ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1986-34 issue june

een origineel sieraad

lekbeveiliging voor de wasmachine

kristal-ijkgenerator afstemhulp voor KG-ontvangers

riSSS*^

ELEX

4 e jaargang nr. 6 juni 1986 ISSN 0167-7349

Internationaal hoofdredakteur/ chef ontwerp: K.S.M. Walraven

Uitgave van: Elektuur BV., Peter Treckpoelstr. 2-4, Beek (L) Telefoon: 04402-89444, Telex 56617

Hoofdredakteur: P.E.L. Kersemakers

Korrespondentie-adres: Postbus 121, 6190 AC Beek (L) Kantoortijden: 8.30-12.00 en 12.30-16.00 uur Direkteur: J.W. Ridder Bourgognestraat 13, Beek ( U Eiex/Elektuur-databank: 24 uur per dag bereikbaar (behalve op maandagmiddag tussen 12.30 en 16.00 uur) voor informatie en bestellingen via computer, modem en telefoon (Viditel-systeem). Tel.: 04402-71850. Elex verschijnt rond de eerste van elke maand. Onder dezelfde naam wordt Elex ook in het Duits uitgegeven.

Auteursrecht: Niets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie, mikrofilm of op welke wijze dan ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgeefster. De auteursrechtelijke bescherming van Elex strekt zich mede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed circuits, evenals tot de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 Rijksoktrooiwet mogen de in Elex opgenomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die zij niet voor publikatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een ingezonden bijdrage voor publikatie aanvaardt, is zij gerechtigd deze op haar kosten te (doen) bewerken; de uitgeefster is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en aktiviteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgeefster gebruikeliike vergoeding.

Nadrukrecht: Voor Duitsland: Elektor Verlag GmbH, 5100 Aken. Uitgeversmaatschappij Elektuur B.V-1986 Printed in the Netherlands Druk: NDB, Zoeterwoude

V7

vak

lid NOTU, Nederlandse Organisatie van Tijdschrift- Uitgevers 6-02 — elex

%

1

:J «, »i

PRINTEN

;

CJI'TL ' 1

Redaktie: J.F. van Rooij (eindred.), P.H.M. Baggen, I. Gombos (ass.) Ontwerpafd./ laboratorium: J. Barendrecht, G.H.K. Dam, A.M.J. Rietjens, A.P.A. Sevriens, J.P.M. Steeman, P.I.A. Theunissen, M.J. Wijffels Redaktiesekretariaat: M. Pardo G.W.P. Wijnen

Voor het o p b o u w e n van Elex-schakelingen h e b b e n w i j speciale p r i n t e n o n t w o r p e n . W e h e b b e n niet gekozen v o o r een aparte print v o o r elke s c h a k e l i n g , maar v o o r een s t a n d a a r d p r i n t . Deze s t a n d a a r d p r i n t is z o d a n i g v a n k o p e r b a n e n e n gaatjes voorzien dat ze zowel v o o r een eigen o n t w e r p als v o o r een uit Elex g e b r u i k t kan w o r d e n . De gaatjes zijn v o l g e n s het genormaliseerde raster 2,54 m m (1/10 inch) g e b o o r d , zodat alle elektronica o n d e r d e l e n ( w e e r s t a n d e n , k o n d e n s a t o r e n , IC's, enz.) p a s s e n . D o o r ervoor te zorgen d a t je een paar Elexp r i n t e n in v o o r r a a d h e b t , k u n j e m e t e e n aan de slag als je een bepaalde schakeling w i l b o u w e n . Er h o e v e n geen speciale, dure p r i n t e n besteld t e w o r d e n en je hoeft o o k niet aan de g a n g m e t bakken etszuur o m zelf een print t e v e r v a a r d i g e n . E l e x - p r i n t e n zijn v e r k r i j g b a a r in drie f o r m a t e n : formaat 1

Dokumentatie: P.J.H.G. Hogenboom Vormgeving/graf. prod.: G.B.S., Beek (L)

(1/4 x e u r o f o r m a a t ) , 40 m m x 100 m m f 5 , - / B f r s . 99

i:-«ii;;;i!«:!l!fti;=li-formaat 2 :

|

!l? |i!J

Bil

'Ifftiirilii

Techn. illustraties: L.M. Martin

1

mm

" , : •, II, , £ . .

-

•

-

.

•

•

• ; . .

.

_

:

(1/2 x e u r o f o r m a a t ) 80 m m x 100 m m f 9 , 5 0 / B f r s . 187

|

Fotografie: J.M.A. Peters

Abonnementen: T.H.H. Dewitte Jaarabonnement Nederland België buitenland f 45,Bfrs. 930 f 61,50 Studie-abonnement f 3 6 , - (Bfrs. 744) Een abonnement kan op ieder gewenst tijdstip ingaan en loopt automatisch door, tenzij het 2 maanden voor de vervaldatum schriftelijk is opgezegd. De snelste en goedkoopste manier om een nieuw abonnement op te geven is die via de antwoordkaart in dit blad. Reeds verschenen nummers op aanvraag leverbaar (huidige lossenummerprijs geldt). Losse nummerprijs: Nederland f 4,50; België Bfrs. 93

Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevoren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer. Commerciële zaken: H.J. Ulenberg Hoofd adv.-exploitatie E.A. Hengelmolen Advertenties: W.H.J. Peeters Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag.

(1/1 x e u r o f o r m a a t ) , 160 m m x 100 m m f 1 8 , - / B f r s . 355

Voor de " k u r s u s D I G I - t a a l " is e e n e x p e r i m e n t e e r p r i n t verkrijgbaar: digi-trainer, bestelnr. 83601 f 3 2 , 7 0 / B f r s . 644

EXPERIMENTEERSYSTEEM juni 86659 - Basisprint 86660 - 5 V netvoeding

f 34,f 9,65

Verzend- en a d m i n i s t r a t i e k o s t e n f 3 , 5 0 / B f r s . 69 per bestell i n g . Elex-printen zijn in d e m e e s t e elektronica-zaken verkrijgbaar. Ze zijn o o k rechtstreeks bij Elektuur B.V t e bestellen d . m . v de bestelkaart elders in d i t b l a d , of t e g e n v o o r u i t b e t a ling o p giro 124.11.00 t.n.v. Elektuur B.V, Beek (L) (België: PCR 000-017-70.26.01) o.v.v. d e d e s b e t r e f f e n d e print. Ook via de " d a t a b a n k " (zie kolofon) kan besteld w o r d e n .

juni

1986

DEZE MAAISlD binnenkort Omdat we bij het verschijnen van Elex juli aan het begin staan van het vakantieseizoen, hebben we in dat nummer eens extra aan de automobilisten gedacht: uitgerust met een diefstalalarm en een pechflitser, gaan ze misschien met een iets veiliger gevoel van huis. En de niet-autobezitters? Die kunnen bijvoorbeeld op het strand naar een muziekje luisteren uit een radiootje ter grootte van een luciferdoosje.

r^RrJrt

inhoud zelfbouwprojekten

bij het omslag: Elektronica op school: de bedenker van het Elexexperimenteer-systeem, B. Körner, temidden van een aantal van zijn leerlingen.

nieuw Een grote grondplaat, waarop allerlei kleine experimenteerprintjes kunnen worden gestoken — dat is de basis van het nieuwe Elex-experimenteer-systeem. Ook nieuw: de printen zijn bij ons kant-en-klaar te koop!

25, 34

informatie, praktische tips

kristalijkgenerator Een eenvoudig en goedkoop hulpmiddel om de afstemschaal van een (zelfbouw)ontvanger nauwkeurig te ijken — zender dure HF-meetappara-

tuur

11 glitter-broche — een mini-lichtshow als sieraad 14 kristal-ijkgenerator — afstemhulpje voor de kortegolfontvanger 19 RC-meetbrug met melodie-chip — farad en ohm muzikaal gemeten 22 vooruit-achteruit servodetektor — voor radiografisch bestuurde modellen 28 sympathieke deurbel — klinkt goed, kost weinig 32 magneetventiel als lekbeveiliging — voorkomt ongewenste overstromingen 40 mobiele halogeen filmzon — kompakte, snoerloze lichtbron

j ^

radio-aktiviteit

glitterbroche Dat elektronica behalve nuttig ook mooi kan zijn, behoeft eigenlijk al lang geen betoog meer. Dit LEDsieraad bewijst dat nog eens.

11

Tsjernobyl heeft ons allemaal weer goed wakker geschud. Wat is radio-aktiviteit eigenlijk en hoe gevaarlijk is het precies? We gaan er eens wat nader op in.

4 elextra 18 mini-schakeling — AND zonder voedingsspanning 36 marktinfo 37 radio-aktiviteit — wat is dat eigenlijk? 42 'n tip — zelf printen maken 43 IC-info — de vensterkomparator TCA 965 48 komponenten

grond37 beginselen 10 hoe zit dat? 25 Elex experimenteersysteem — inleiding 44 Elex experimenteersysteem — 5-volt-netvoeding met 100-Hzuitgang 46 kursus ontwerpen — deel 20 (slot)

Over het lezen van Elex, het bouwen van Elex-schakelingen en over wat Elex nog méér voor de lezer betekenen kan.

Lezersservice — Nog vragen of opmerkingen over de inhoud van Elex? Schrijf gerust als er iets niet duidelijk is. Het antwoord volgt zo snel mogelijk. Er is één voorwaarde: zend een voldoende gefrankeerde retour-enveloppe mee. Zet " T V " (technische vragen) op de brief en stuur deze naar: redaktie Elex, Postbus 121, 6190 AC Beek (L). — De Elex-redaktie staat altijd open voor meningen, wensen of nieuwtjes van lezers. In de rubriek "Postbus 121" worden interessante kommentaren en aanvullingen op oudere artikelen gepubliceerd. Zet " L P " op de brief. — Elex-printen zijn verkrijgbaar bij de uitgever van Elex en bij de betere elektronica-onderdelenhandelaar. — Elex is ook bereikbaar via de databank (zie kolofon, pag. 02).

p = (pico ) = 10 '2 = een miljoenste van een miljoenste n = (nano) = 10~9 = een miljardste \i = (micro) = 10~6 = een miljoenste m = (milli) = 10~3 = een duizendste k = (kilo) = 103 = duizend M = (Mega) = 106 = miljoen G = (Giga) = 109 = miljard Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: Weerstanden: 3k9 = 3,9 kQ = 3900 Q 6M8 = 6,8 MQ = 6800000 Q 0Q33 = 0,33 Q Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 nF = 0,000 000 0056 F 4M7 = 4,7 MF = 0,000 0047 F De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeggen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 000 trillingen per sekonde.

Bouwbeschrijvingen

Schema's Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN,NEN). De schema's worden namelijk in vele landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " & " , ">A", " 1 " of " = 1" genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar en blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. Voor een overzicht van symbolen: zie het artikel Komponenten, achterin dit nummer. Hoeveel ohm en hoeveel farad? Bij grdte of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels: 6-04 — elex

Elex-schakelingen zijn klein, ongekompliceerd en betrekkelijk gemakkelijk te begrijpen. Er zijn speciale Elex-printen voor ontwikkeld, in drie formaten: Maat 1: 4 cm x 10 cm Maat 2: 8 cm x 10 cm Maat 4: 16 cm x 10 cm (Europa-formaat Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende doorverbindingen worden gerealiseerd. Een plattegrond geeft de opgebouwde schakeling in bovenaanzicht weer. De zich op de onderkant (soldeerzijde) van de print bevindende koperbanen zijn in de plattegrond dun gedrukt. Soms is voor de bouw van een schakeling slechts een gedeelte van een Elex-print nodig. Het niet gebruikte gedeelte kan men met een figuurzaag langs een gatenrij afzagen. Onderdelen Elex-schakelingen bevatten doorgaans uitsluitend standaard-onderdelen, die goed

verkrijgbaar zijn. En bovendien betrekkelijk goedkoop! Ga daarom niet bezuinigen op de aanschaf door het kopen van grote partijen onderdelen (bijvoorbeeld weerstanden per kilo of "anonieme", ongestempelde transistoren). Goedkoop is vaak duurkoop! Tenzij anders aangegeven worden %-watt-weerstanden gebruikt.

Solderen De tien soldeer-geboden. 1. Ideaal is een 15 a 30 watt-soldeerbout met een rechte 2 mm brede "longlife" punt. 2. Gebruik soldeertin, samengesteld uit 60% tin en 40% lood, bij voorkeur met 1 mm doorsnede en met een kern van vloeimiddel. Gebruik geen soldeermiddelen zoals soldeerwater, -vet of -pasta. 3. Bevestig vóór het solderen alle onderdelen stevig op de print. Verbuig daartoe de uit de bevestigingsgaten stekende aansluitdraden. Zet de soldeerbout aan en maak de punt schoon met een vochtig doekje of sponsje. 4. Verhit de beide metalen delen die aan elkaar gesoldeerd moeten worden, bijvoorbeeld een koperbaan en een aansluitdraad, met de soldeerbout. Voeg vervolgens soldeertin toe. Het tin moet vloeien, zich dus verspreiden over het gebied waar de te solderen delen elkaar raken. Haal 1 a 2 sekonden later de bout weg. Tijdens het afkoelen van de soldeerverbinding mogen de twee delen niet ten opzichte van elkaar bewegen. Anders opnieuw verhitten. 5. Een goede soldeerlas ziet er uit als een bergje met een rondom holle helling. 6. Kopersporen en onderdelen, met name halfgeleiders, mogen niet te warm worden. Zorg desnoods voor extra koeling door de te solderen aansluitdraad met een pincet vast te houden. 7. Knip uit de soldeerlas stekende aansluitdraden af met een scherpe zijkniptang. Pas op voor rondvliegende stukjes draad! 8. Zet de soldeerbout uit na het solderen en tijdens onderbrekingen die langer dan een kwartier duren. 9. Moet er soldeertin worden verwijderd? Maak dan gebruik van zg. zuiglitze. Verhit het te verwijderen tin met de soldeerbout. Houd het uiteinde van de litze bij het tin. De litze "zuigt" het tin nu op. 10. Oefening baart kunst. Weerstanden of stukjes draad zijn

zeer geschikt als oefenmateriaal.

Foutzoeken Doet de schakeling het niet meteen? Geen paniek! Nagenoeg alle fouten zijn snel op te sporen bij een systematisch onderzoek. Kontroleer allereerst de opgebouwde schakeling: — Zitten de juiste onderdelen op de juiste plaats? Kijk of de onderdelenwaarden en typenummers kloppen. — Zitten de onderdelen niet verkeerd om? Zijn de voedingsspanningsaansluitingen niet. verwisseld? — Zijn de aansluitingen van halfgeleiders korrekt? Heeft u de onderdelenplattegrond misschien opgevat als het onderaanzicht van de schakeling, in plaats van het boven-aanzicht? — Is alles goed gesoldeerd? Een goede soldeerverbinding is ook in mechanisch opzicht stevig.

Netspanning Isoleer netspanningsleidingen zodanig dat er bij een gesloten kast geen aanraakgevaar bestaat. Alle van buiten bereikbare metalen delen moeten zijn geaard. * De netkabel moet met een trekontlastingsbeugel of -doorvoer aan de kast zijn bevestigd. * De drie aders van de netkabel moeten mechanisch stevig zijn bevestigd. (Alléén een soldeerverbinding is onvoldoende!). * De aarddraad moet langer zijn dan de twee andere draden. Bij onverhoopt lostrekken van de netkabel blijft de aardverbinding dan het langst gehandhaafd. * Houd ongeïsoleerde netspanningsvoerende draden of soldeerpunten minstens 3 mm van andere draden of soldeerpunten verwijderd. * Verwijder de netsteker uit het stopkontakt vóór het verrichten van werkzaamheden aan het apparaat. Uitschakelen alleen is niet voldoende! * Kontroleer de drie netspanningsaansluitingen op onderbrekingen en onderlinge kortsluitingen. * Bevestig bij het meten aan netspanningsvoerende delen van een schakeling éérst de meetsnoeren met behulp van geïsoleerde meetklemmen; steek daarna pas de steker in het stopkontakt. * Zorg er bij het meten aan het laagspanningsgedeelte van een schakeling voor dat de netspanningsvoerende delen geïsoleerd zijn.

HOEZH DAT? Er zijn in de elektronica twee begrippen die nogal eens met elkaar worden verward: weerstand en impedantie. Wat is het verschil hiertussen? Wel, het eerste is wat de naam al zegt; dat is de normale (gelrjkstroom)weerstand, die je in principe met een multimeter kunt meten. Dat laatste kun je echter niet zomaar met de "impedantie", want dat is de wisselstroomweerstand. Is dat dan met hetzelfde? Nee! Bij een gewoon weerstandje van bijvoorbeeld 10 Q, maakt het allemaal niet uit — daarvan zijn de gelijkstroom- en wisselstroomweerstand exakt gelijk. Maar er zijn ook komponenten, waarbij tussen beide weerstandswaarden een enorm verschil zit. Denk maar eens aan een kondensator. Gelijkstroom kan daar absoluut met doorheen: een kondensator heeft dus een oneindig hoge gelijkstroomweerstand Maar bij het aanleggen van een wisselspannmg, gaat er bij elke polariteitswisseling een laad- en ontlaadstroom lopen. Hoe groter de kapaciteit van de kondensator, des te meer stroom er loopt. Dus de wisselstroomweerstand wordt kleiner naarmate de kapaciteit van de kondensator toeneemt. Daarnaast heeft ook de frekwentie van de wisselstroom een direkte invloed op de impedantie van de kondensator. Want hoe sneller de polanteitswisselingen elkaar opvolgen, des te meer stroom per tijdseenheid er loopt. Dus kunnen we stellen dat de wisselstroomweerstand van een kondensator afneemt, naarmate de frekwentie van de wisselstroom hoger wordt. Maar een kondensator is met de enige komponent met een frekwentie-afhankehjke impedantie. Een luidspreker bijvoorbeeld, heeft ook last van dit verschijnsel. De door de fabrikant opgegeven impe-

r

:

MA iKT-INI Ü goedkope rookdetektor Voor d e detektie van rook heeft Motorola zojuist een snuffelschakeling in CMOS uitgebracht. Deze nieuwe snuffelaar, de MC14468P, zit in een 16-pens kunststof DIL-omhulling en heeft op z'n chip ook nog een stuurschakeling voor een piëzo-elektrische alarmgever met een FET-ingangsspanningsvergelijker. Het IC bevat tevens een testschakeling voor de batterijspanning, en er is een inschakelterugstelmogelijkheid die het alarm blokkeert na het vervangen van de batterij. Als snuffel6-10 - elex

element dient een ionisatiekamer te worden gebruikt voor het opvangen van de rookgassen. Een handige eigenschap van dit snuffel-IC is de doorkoppelmogel ijkheid: er kunnen 40 snuffelaars aan elkaar worden geknoopt op een gemeenschappelijke (centrale) signaalgever! De bouwsteen voldoet aan de UL217 specifikaties. Er zijn slechts enkele omringende komponenten nodig (goedkoop!) en de eigen vermogenopname is uiterst gering. Voor nadere informatie: BV. Diode, Utrecht, tel.: 030-884214 (X262-M)

dantiewaarde van meestal 4 of 8 Q is in werkelijkheid verre van konstant. De spreekspoel binnenin de luidspreker heeft namelijk ook een gelijkstroom- en een wisselstroomweerstand, die zich gedragen alsof ze in serie staan.

0

60 80

« 0.. 100

P 86673X-1

De gelijkstroomweerstand is konstant (wordt bepaald door de draadweerstand van de spoel), terwijl de wisselstroomweerstand variabel is. Want steeds wanneer we de stroom door de spoel verhogen, wordt er een magnetisch veld opgewekt, dat op zijn beurt een remmende werking op de stroomverhogmg heeft. Dit leidt tot een wisselstroomweerstand die hoger wordt naarmate de frekwentie toeneemt. Doordat de gelijkstroomweerstand van de spoel een flink aandeel uitmaakt van de totale impedantie, is de frekwentie-afhankelijkheid van die impedantie gelukkig met zo sterk als bij een kondensator. Toch dient een luidsprekerontwerper er wel degelijk rekening mee te houden, omdat het gedrag van een scheidmgshlter bijvoorbeeld helemaal afhangt van de impedantie waarmee het belast wordt. Maar dat is weer een verhaal op z i c h . . . .

glitter-broche mini-lichtshow op je revers Het is geen geheim: ook op het gebied van de mode, en meer in het bijzonder van de sieraden, heeft de elektronica al geruime tijd haar intrede gedaan. Maar de vrolijk gekleurde knipperende LED's hebben niet alleen mode-ontwerpers aan het denken gezet over een synthese van kleding en halfgeleidertechniek: een medewerker van ons lab verraste ons met een erg origineel idee. . . Ietwat verlegen kwam Schuchtere Piet de discokelder binnen, die spaarzaam verlicht was door het bonte geflikker van een lichtorgel. "Ik heb me v a n d a a g vast voorgenomen om haar nu eindelijk eens aan te spreken". Deze — en andere — gedachten gingen door zijn hoofd; tot hij merkte dat zijn "geheime liefde" er al was en, bovendien, kennelijk diep in gesprek met Vlotte Joop, een niet te onderschatten "konkurrent". Die had er meestal geen moeite mee, met een aardige jongedame in gesprek te geraken! "We zullen eens kijken, of we met behulp van de elektronica wat kunnen bereiken", mompelde Schuchtere Piet, en onopvallend zette hij een schakelaartje in zijn jaszak om, zodat de a a p uit de mouw kwam, of juister: een LED-broche op z'n kraag in werking trad. Alom stokkende gesprekken en nieuwsgierige blikken — en tenslotte een meisjesstem die zijn hart sneller d e e d slaan: "Geweldig, Piet! Kun je voor mij ook zoiets maken?" We volstaan verder met op te merken dat de onder-

handelingen over de bouw van onze Elex-glitterbroche, en de daaropvolgende bezoekjes over en weer, een neveneffekt hadden dat de stoutste verwachtingen van onze eens zo verlegen held verre overtrof — misschien dat we het daarom in Elex bij voorkeur hebben over elektronici en niet over "elektroni-kussen"! Nou ja — elektronica heeft tenslotte ook iets met "kon-

takten" te maken. En ook als je je niet toevallig op het elektronische liefdespad wilt begeven: het is toch altijd leuk om een ander met een technisch "speeltje" te verrassen, ook voor diegenen die de disco-leeftijd te boven zijn gekomen. Nietwaar? Als we nu vlijtig beginnen te bouwen, zijn we nog net o p tijd om er o p vakantie de "blitz" mee te maken. En met een beetje lef kun-

nen we onze glitterbroche het hele jaar door dragen — we zullen het nu dus maar snel over de eigenlijke schakeling g a a n hebben.

Een 5-bij-7 mini-matrix Moeten we nog uitleggen wat een diode-matrix is? Voor alle zekerheid dan maar. In figuur 1 zien we

O

o ooo •Sjr

,?*^.-.X».^-i^. (

Ó

(J) Ó Ó

6

Figuur 1. Bij een LED-matrix zitten anode en kathode van de LED's op elk kruispunt aan een horizontale resp. vertikale draad. Door kombineren van telkens één rij- en één kolomaansluiting kan elke LED afzonderlijk gestuurd worden. Als we méér rijen of kolommen tegelijk aansluiten, kunnen we sommige patronen niet meer laten verschijnen. Wanneer bijvoorbeeld de met een streepjeslijn getekende verbindingen óók worden gelegd, kunnen vier van de LED's alleen nog maar tegelijk oplichten. elex -

6-11

TIL 305 pennummering

o1

LD1 TIL 305

Ü

•3jj£; iiii35 -3ÜL JüE JÜ*

s~\

•r

IJIII#' £

stroomopname Ub(V) 1

£

1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

diverse elkaar kruisende draden, die vertikaal (de "kolommen") en horizontaal (de "rijen") verlopen. Op elk kruispunt bevindt zich (in dit geval) een LED. Om een LED te laten oplichten, moet telkens het uiteinde van één rij en één kolom met een spanningsbron worden verbonden. Het leuke van zo'n matrix is nu dat het aantal LED's beduidend groter is dan het aantal aansluitingen: in het voorbeeld van figuur 1 kunnen we met 10 aansluitingen (5 rijen en 5 kolommen) niet minder dan 25 afzonderlijke LED's aansturen — afhankelijk van welke rij en welke kolom met de spanningsbron verbonden worden. Zo'n matrix is in zeer klein formaat in de winkel te koop — even groot als een zevensegment-display (dus niet veel groter dan een gewoon DIL-IC'tje). Door een kombinatie van 5-plus-7 aansluitingen kunnen 35 afzonderlijke lichtpuntjes gestuurd worden. Nu is het echt erg onhand i g om dit "met d e h a n d " te doen: we roepen dus de hulp in van een IC dat we in andere schakelin6-12 -

elex

l max (mA) 1,8 4,2 9 18 30 39 51 65 85

gen al vaker zijn tegengekomen. Het gaat om een binaire ("tweetallige") teller, hier in de vorm van een 4060. De ontwerpers van dit IC zijn zo vriendelijk geweest om er ook nog een klokoscillator in te stoppen, en daar maken we dankbaar gebruik van. In de "vakantieklok" van vorig jaar (aug. '85) hebben we dit IC ook al gebruikt. Samengevat: een klokpuls op de ingang van een binaire teller (of deler, dat is feitelijk hetzelfde) zorgt ervoor dat het meercijferige binaire getal op de uitgangen, met één verhoogd wordt. Als we bij nul beginnen, zien we bij de eerste klokpulsen de "getallen" volgens de tabel op de uitgangen verschijnen. Dat betekent dat na elke klokpuls een ander "bitpatroon" op de uitgangen staat. Nadat het hoogst mogelijke getal (alle uitgangen één) bereikt is, begint het hele spel opnieuw. We kunnen dit grootste getal berekenen: vermenigvuldig het getal 2 net zovaak met zichzelf als het IC uitgangen heeft. Of wiskundig wat nauw-

fiïii

keuriger: 2 n (waarbij n het aantal uitgangen is). Bij dat alles mogen we ervan uitgaan, dat doorgaans meerdere uitgangen tegelijk " h o o g " (en de andere "laag") zullen zijn. Als we nu dus de uitgangen van de teller met de ingangen van de matrix verbinden, d a n zullen (meestal) meer LED's tegelijk branden. De met R1, C l en een deel van de chip opgebouwde oscillator zorgt ervoor dat het bitpatroon op de matrixaansluitingen enkele malen per sekonde verandert. Zodoende flitsen er voortdurend verschillende patronen over het display, waardoor de toeschouwer wel gefascineerd moet raken. Hoe de opeenvolgende patronen eruit zullen zien, hangt er natuurlijk vanaf hoe we de diverse in- en uitgangen aan elkaar knopen. Dit kan op talloze manieren, waarvan wij er hier slechts één presenteren. Wie graag experimenteert, kan hier zijn hart ophalen! In d e schakeling valt op, dat op drie plaatsen een kolom en een rij van de matrix met elkaar zijn ver-

DP

Figuur 2. In de 5x 7-diodenmatrix TIL305 zijn 35 miniI-EDs geïntegreerd, die we aan het branden krijgen door middel van verschillende logische nivo's op de horizontale rijen en de vertikale kolommen. Deze steeds veranderende nivo's zijn beschikbaar op de uitgangen van de binaire teller 4060. In dit IC zit tevens een oscillator ingebouwd.

Figuur 3 en 4. Het is niet verplicht de schakeling precies volgens onze layout te bouwen. Figuur 4 geeft slechts één van de talloze mogelijkheden om de onderdelen met elkaar te verbinden. Soldeer"cracks" kunnen proberen de onderdelen zonder print rechtstreeks aan elkaar te solderen: zo ontstaat een kompakt geheel dat prima geschikt is om als sieraad op een kledingstuk te bevestigen. Een deel van de "pootjes" van de IC's kan direkt op elkaar worden gesoldeerd, aangezien het niet uitmaakt welke uitgang van de teller met welke ingang van de matrix wordt verbonden. Tabel. De logische nivo's op de uitgangen van een binaire teller. Na elke telpuls wordt het binaire getal op de uitgangen (in de vorm van nullen en enen) met één verhoogd. Bij de 4060 ziet het er een beetje anders uit, omdat niet elke "delertrap" van de teller met een pootje naar buiten is gevoerd.

Tabel. Q QB Qs CU Q: Ch Ch Qo

bonden (pen 5 en 10, pen 7 en 8, pen 12 en 13). We moeten toegeven dat dit een weinig elegante kunstgreep is, die echter noodzakelijk was omdat de teller domweg niet genoeg uitgangen heeft. Gelukkig doet het nauwelijks afbreuk aan het aantal mogelijke patronen. Zoals bij d e meeste schakelingen hebben we ook nu weer een layout ontworpen. Wanneer we, zoals in het verhaal, de matrix ergens zichtbaar o p ons jasje willen dragen, dan is het natuurlijk a a n te bevelen de rest van de schakeling ergens anders uit het zicht te houden: we hebben dan een verlengkabeltje nodig! Of we solderen beide IC's pen tegen pen aan elkaar, helemaal zonder print. Daar is natuurlijk wel wat soldeer-ervaring voor nodig! En pas op: bij de ingangen van de matrix en de uitgangen van de teller maakt het natuurlijk niet uit welke pennen met elkaar worden verbonden — dat heeft immers alleen

op de "patroontjes" invloed. Bij alle andere aansluitingen bestaat het gevaar van "verboden" kontakten met alle risico's van dien. Figuur 3 laat zien hoe we het een en ander in de praktijk kunnen realiseren. Wie het display-IC te duur vindt — een kleine 25 gulden is tenslotte niet niks — kan met 35 "losse" rode LED's (3 mm of 5 mm) zelf een matrix in elkaar knutselen. Het kost natuurlijk wel wat moeite, maar het is aanzienlijk goedkoper. In het schema hebben we daarom de "inwendige b e d r a d i n g " van het display ingetekend. Het stroomverbruik levert geen problemen op: met twee nicad-knoopcelletjes zitten we al goed (we hoeven tenslotte geen schijnwerper te voeden!). En wie wat meer ruimte ter beschikking heeft, kan natuurlijk een "steviger" voeding toepassen, zolang de spanning maar niet boven d e 5 volt komt. Zelfs in dat geval blijft het stroomverbruik beperkt tot

zo'n 85 mA (en slechts 18 mA in het eerste geval). En nu a a n de slag: het volgende feestje komt er al a a n !

T1 T2 T3 T4 T5 T6

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1

enz.

Onderdelenlijst R1 = 560 kQ R2 = 3,3 Q C1 = 10 nF keramisch IC1 == 74HC4060 LD1 = TIL305 1 standaardprint formaat 1 geschatte kosten van de onderdelen ca. f 40, —. Deze hoge prijs is een gevolg van het gebruik van de TIL305.

L elex - 6-13

kristal-ijkgenerator afstemhulpje voor de Elex-KG-ontvanger Bij zelfbouw-ontvangers doet zich vaak het probleem voor dat men eigenlijk niet precies weet op welke frekwentie men heeft afgestemd. Zelf een schaal tekenen is niet zo moeilijk, maar of deze ook werkelijk klopt, kan alleen worden vastgesteld met kostbare HF-meetapparatuur. Toch bestaat er een eenvoudig en goedkoop hulpmiddel waarmee men de ideale ijking van de schaal uitstekend kan benaderen: de kristal-ijkgenerator. Wat is een kristal-ijkgenerator? Om deze vraag te beantwoorden, moeten we eerst iets meer weten over de golftheorie. Het zal de meeste lezers wel bekend zijn, dat elk niet-sinusvormig signaal kan worden beschouwd als de som van een aantal sinusvormige signalen. Als voorbeeld nemen we een pulsspanning met een frekwentie van 1 kHz. Deze golfvorm kan worden ontleed in zuivere sinusgolven die onderling de-

zelfde frekwentie-afstand hebben. Deze afstand is gelijk aan de grondfrekwentie. We vinden dus sinusvormige spanningen met frekwenties van 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz enz. In het speciale geval van een symmetrische pulsspanning (rechthoekspanning) vinden we alleen oneven veelvouden: De som van deze afzonderlijke signalen is de rechthoekspanning (zie figuur 1). Zoals in de figuur te zien is, neemt de ampli-

tude van deze zogeheten "harmonischen" af, naarmate de frekwentie hoger wordt. Als we de pulsspanning toevoeren a a n een afstembaar bandfilter, zullen we bij het verschuiven van de doorlaatband de harmonischen een voor een te horen krijgen. We draaien a a n de knop en horen dan sinussignalen met een onderlinge afstand van 1 kHz. Eerst de sterke grondfrekwentie van 1 kHz, en vervolgens de steeds

1

Figuur 1. Een niet-sinusvormig signaal (bijvoorbeeld een pulsspanning) kan worden ontleed in een aantal sinusvormige signalen. De onderlinge frewentie-afstand van deze sinus-signalen komt overeen met de grondfrekwentie en hun aantal is theoretisch onbegrensd. De figuur maakt dit aanschouwelijk met behulp van een bijzonder voorbeeld: de symmetrische rechthoekspanning. Deze bevat slechts oneven harmonischen. De frekwenties zijn steeds veelvouden van de grondfrekwentie 11 kHz). 6-14 -

elex

86650X-1

zwakker wordende harmonischen van 2, 3, 4, 5 (enzovoort) kHz. De werkelijkheid is natuurlijk ingewikkelder d a n dit eenvoudige voorbeeld doet vermoeden. Afhankelijk van de golfvorm zijn in het geschetste spektrum van harmonischen niet alle "plaatsen" bezet. De golfvorm van het signaal (duty-cycle) is b e p a l e n d voor de mate waarin de amplitude van de harmonischen afneemt bij toenemende frekwentie. Als het signaal impulsvormig is (zie figuur 2), zijn de amplituden ook bij zeer hoge frekwenties nog tamelijk sterk. Bij een duty-cycle (puls/pauze-verhouding) van 0,1 is de amplitude van elke 10e piek gelijk aan nul. Het verband tussen dit theoretische verhaal en de praktijk van de kortegolfontvangst, is als volgt. Wat in het voorgaande gezegd werd over het laagfrekwente gebied, geldt ook voor HF-signalen; een ontvanger is immers niets anders d a n een traploos afstembaar filter voor HF. En ook in dit geval geldt: niet-sinusvormige HF-signalen bevatten harmonischen die door de ont-

vanger worden herkend als evenzovele hoogfrekwente draaggolven. Nauwkeuriger uitgedrukt: een rechthoeksignaal van bijvoorbeeld 100 kHz bevat harmonischen met een onderlinge atstand van 100 kHz. Als dit signaal wordt toegevoerd aan een radio-ontvanger, zal over het gehele afstembereik (van LG tot KG) om de 100 kHz een draaggolf worden ontvangen. Maar zoals bekend bevat een ongemoduleerde draaggolf geen geluidsinformatie, zodat hij via de luidspreker moeilijk te herkennen is. De ontvangerruis wordt weliswaar onderdrukt, maar als de ontvanger van nature al weinig ruist of voorzien is van een squelch-schakeling die de ruis elimineert, zal het onmogelijk zijn de draaggolf te herkennen. Bovendien: wie zal zeggen of een gevonden draaggolf werkelijk afkomstig is van onze 100-kHz-ijkgenerator? Misschien komt hij wel van buiten. Om deze reden is het noodzakelijk de generator-draaggolf te voorzien van een hoorbaar kenmerk. Omdat we voor dit doel weinig hebben aan een rode viltstift, bewandelen we een andere weg: de modulatie.

Figuur 2. De golfvorm is bepalend voor de amplituden van de harmonischen. Bij een impulsvormig signaal zijn ook de hoogste harmonischen nog zeer sterk. Figuur 3. Gemoduleerde HFdraaggolven. 3a: modulatie met een analoog signaal. 3b: modulatie met een digitaal signaal. Dit signaal wordt verkregen door de zender in- en uit te schakelen in het tempo van de gewenste modulatiefrekwentie.

Figuur 4. Blokschema van onze ijkgenerator. De funkties die in de tekst worden behandeld, zijn in deze figuur gemakkelijker te herkennen dan in het volledige schema.

3a

100kHz

JUL

100kHz

AM 22Hz

minimi

A mplitude-modulatie Bij de AM-omroep (MG-, LG- en KG-banden) wordt het over te dragen signaal op de volgende wijze uitgezonden: de sterkte (amplitude) van de hoogfrekwente draaggolf wordt veranderd in het ritme van het laagfrekwente spraakof muzieksignaal (figuur 3). Een draaggolf waarvan de golfvorm het verloop heeft dat in figuur 3b getekend is, draagt een rechthoeksignaal over, want de omhullende kurve die we om d e draaggolf kunnen tekenen, heeft een rechthoekige vorm. Een dergelijke golfvorm kan op een voudige wijze worden opgewekt door een HF-oscillator (bijvoorbeeld onze 100-kHz-ijkgenerator) zeer snel in en uit te schakelen.

PAM

1MHz

AMV1

0-

GATE AMV2

Stemt men de ontvanger af op een van de ijkfrekwenties die door de generator worden opgewekt, d a n hoort men (mits de ontvanger voor AM-ontvangst geschikt is) een toon, waarvan de frekwentie overeenkomt met de inen uitschakelfrekwentie. Gelukkig hoeven we het

in- en uitschakelen van de ijkgenerator niet met de hand te verrichten. Omdat we met de hand nooit sneller kunnen schakelen dan enkele malen per sekonde, laten we dit werkje over a a n een CMOS-oscillator. Intussen zijn we zover, dat we het blokschema (fi-

guur 4) van onze ijkgenerator eens moeten bekijken. Deze Elex-schakeling kan namelijk nog meer dan we tot nu toe verteld hebben. Hij levert ons niet alleen om de 100 kHz een ijksignaal, maar produceert ook bij elk tiende ijkpunt (dus op een raster van 1 MHz) een signaal elex -

6-15

.

1 22K h

CLK

fC

BF494

Figuur 5. De schakeling bestaat uit een kristal oscillator, een tiendeler, en vier CMOS-poorten, waarvan er twee als oscillator dienen, en twee als 'digitale modulator".

iC2

CE |5-, V dd

IC1

4017 •

#

nt 1

N1...N4 = IC2=4093B of

Figuur 6. Zonder de 1,5-kHzmodulator zou het uitgangssignaal de vorm hebben die hier is getekend: 100-kHzsignalen en 1-MHz signalen wisselen elkaar af in pakketten van gelijke lengte.

HC4093

o»

BF494 N1 CEB X

1_T

01

9V

' 1MHz

14 C4

^

L1,

c

C3

ff 86650X-5

-®

dat zich duidelijk onderscheidt van de 100-kHzsignalen. De werking kunnen we dus vergelijken met een liniaal waarop de centimeters worden aangegeven met lange streepjes en de millimeters met korte. 1MHz

100kHz

1MHz

1MHz

De schakeling Behalve het CMOS-IC 4093 (dat NAND-poortschakelingen bevat en in Elex vaak wordt toegepast), treffen we in het schema (figuur 5) nog een ander veelzijdig IC aan, de 4017. Dit IC is geschakeld als tiendeler. De frekwentie van het signaal dat op pen 12 van IC1 naar buiten komt, is tien maal lager dan de ingangsfrekwentie. Het signaal is impulsvormig en dus rijk aan harmonischen. Maar we beginnen bij het begin. Geheel links in figuur 5 bevindt zich een kristaloscillator, waarvan de frekwentie met behulp van C4 wordt afgeregeld op 1 MHz. Hoe dat moet, leest u later nog. N3 laten we voorlopig buiten beschouwing. N2 en N4 dienen als modulatoren. Ze schakelen het 100-kHz-signaal (afkomstig van IC1, pen 12) en het 1-MHz-signaal (van IC1, pen 14) aan en uit met een frekwentie van 22 Hz (die wordt opgewekt door N1). De signalen van 6-16 — elex

7a 2 2 Hz-omschakelsignaal

~/h

1MHz gemoduleerd

100kHz

omhullende kurve (AM)

/

86650X 7 100kHz

100kHz

100kHz

Figuur 7a: Zo ziet het feitelijke uitgangssignaal van onze ijkgenerator er uit: gemoduleerde TO-MHz signalen morden afgewisseld door (schijnbaar ongemoduleerde) 100-kHz-signalen. Uit figuur 7b blijkt echter, dat het 100-kHz-signaal wel degelijk gemoduleerd is: de pakketten verschijnen met een frekwentie van 22 Hz, en deze mag men opvatten als een omhullende kurve. Het gevolg is, dat de draaggolf hoorbaar wordt als een knettergeluid.

8 geval 1

O

Hr>_^[ JUÏÏL0(B

0 1

uitgang 1 1

geval 2 .

1 1

0 1

1 0

1

O

geval 2 Figuur 8. Waarheidstabel van een NAND-poort en de toepassing als digitale modulator.

Mfio 0

100 kHz en 1 MHz worden om beurten doorgegeven. Als a a n de uitgang van N2 het 100-kHz-signaal aanwezig is, levert de uitg a n g van N4 geen signaal, en omgekeerd. Aan d e uitgang van d e schakeling worden beide signalen gemengd, zodat het uitgangssignaal (nog steeds zonder de tussenkomst van N3) de vorm zou hebben die in figuur 6 is getekend. Maar laten we N3 vooral niet vergeten! Met N3 is een oscillator opgebouwd, die de amplitude van de 1-MHzijktoon schakelt met een frekwentie van 1,5 kHz. Het feitelijke uitgangssignaal heeft daarom ongeveer de vorm die in figuur 7a is getekend. We zullen nu proberen stap voor stap uit deze wirwar af te leiden wat er in de aangesloten ontvanger nu eigenlijk te horen is. Zoals uit de figuur blijkt, wisselen "pakketten" van het 100-kHz-signaal (schijnbaar ongemoduleerd) en pakketten van het 1-MHzsignaal (gemoduleerd met 1,5 kHz) elkaar af, op de maat van het 22-Hz-omschakelsignaal. Omdat het 1-MHz-signaal gemoduleerd is, zullen we op de "megahertz-punten" in de ontvanger duidelijk een toon van 1,5 kHz waarnemen. Maar hoe zit het nu met het 100-kHz-raster? Zijn die signalen werkelijk ongemoduleerd? Deze

B

geval 1 '

A 0 0

0

O

PE>- innr

O F

vraag beantwoorden we a a n de hand van de golfvorm die getekend is in figuur 7 b In deze figuur hebben we het 1-MHzsignaal gewoon weggelaten. (Volgens de reeds genoemde golftheorie is dat toegestaan, we kunnen een signaal weglaten zonder dat de werking van de rest verandert!) Wat overblijft, is een 100-kHzsignaal waarvan de amplitude gemoduleerd wordt met een frekwentie van 22 Hz. Dat houdt in, dat de ijksignalen van het 100-kHz-raster gekenmerkt worden door een karakteristieke 22-Hz-rechthoektoon. Men zou nu kunnen denken, dat een 22-Hztoon te l a a g is om gehoord te worden; vergeet echter niet, dat deze regel uitsluitend geldt voor sinustonen. Een rechthoektoon van die frekwentie is wel degelijk te horen omdat hij (in tegenstelling tot de sinus) talrijke harmonischen bevat, en deze komen als een knettergeluid uit de luidspreker. Eén probleem hebben we nog niet behandeld: de ijksignalen van het 1-MHzraster vallen samen met die van het 100-kHz-raster. Bij 1 MHz horen we dus de pieptoon van 1,5 kHz en de knettertoon tegelijkertijd. Daar is echter niets op tegen, want tenslotte gaat het er om dat de MHz-signalen zich onderscheiden van de andere.

Nog wat logika? Heel graag! Het principe van de amplitude-modulatie met behulp van logische poorten behandelen we nu iets uitvoeriger. Hoewel dit onderwerp in Elex al eerder a a n de orde is geweest, geven we het belangrijkste nog even in het kort weer. Figuur 8 geeft (onder meer) de waarheidstabel van de toegepaste NANDpoorten. Als één van de ingangen (ongeacht wel-

Onderdelenlijst R1 R2 R3 R4 R5 R6

= = = = = =

33 kQ 22 kQ 2,2 kQ 1 MQ 220 kQ 1,5 kQ

ke) logisch "0" is (geval 1), dan is een nivo-wisseling a a n de andere ingang niet van invloed op het nivo van de uitgang. Dat is en blijft logisch "1". Slechts indien een van de ingangen logisch " 1 " is (geval 2), zal het logische nivo dat op de andere ingang aanwezig is, in geïnverteerde vorm aan de uitg a n g worden doorgegeven. Het logische nivo op een van de ingangen bepaalt dus, of het signaal dat op de andere in-

r

LZh

Ï

~l

rlBS. K>

op i TVOS

LI

C1 = 10 nF C2 = 270 pF C3 = 1 nF, keramisch C4 = 60 pF, trimmer C5 = 100 nF C6 = 68 nF C7 = 4,7 nF C8,C9 = 56 pF T1 = BF494 IC1 == 4017 IC2 == 4093 of HC4093 L1 = 4,7 mH S1 = schakelaar, enkelpolig X1 = kristal 1 MHz Elex-standaardprint formaat 1 Kosten: ca. f 20,—

LVIEHF elex - 6-17

g a n g aanwezig is, al of niet wordf doorgegeven. Dit is een eenvoudige vorm van "amplitudemodulatie" die overigens uitsluitend van toepassing is o p digitale signalen.

Wie ijkt de ijkgenerator? Over deze vraag hebben we wel even moeten nadenken. Tenslotte zullen de meeste lezers niet beschikken over een geijkte meetzender of frekwentiemeter. Wie ze wel heeft, hoeft d e rest niet te lezen. De overige bouwers van onze generator kunnen de ijking verrichten met behulp van een zender die precies op het ijk-raster ligt. Men hoeft slechts te ijken bij één frekwentie, want de rest klopt dan vanzelf. IJkzenders bevinden zich op alle "ronde" frekwenties: 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz en 25 MHz. De ijkzenders zijn te herkennen a a n het feit dat ze (draaggolf)impulsen uitzenden met een on-

m

MM

11

derlinge afstand van een sekonde. Het is echter niet zo, dat men op elk gewenst moment alle ijkzenders kan ontvangen; dat hangt af van de tijd van het jaar, het uur van de d a g , de zonnevlekkencyclus en de ontvangstkondities op de plaats waar u woont. Overdag is de Amerikaanse ijkzender WWV op 15 MHz bijna altijd te ontvangen. Ook d e Engelse LG-omroepzender Droitwich o p 200 kHz is een betrouwbare ijkbron. Als men, na enig proberen, een ijkzender gevonden heeft, wordt de ijkgenerator ingeschakeld. Meestal is het niet nodig de generator te verbinden met de antenne-ingang van de ontvanger; gewoon ernaast leggen is bijna altijd voldoende. We horen dan zowel het generatorsignaal als de ijkzender. Waarschijnlijk zullen beide signalen naast elkaar te vinden zijn, dus niet o p precies dezelfde frekwentie. De kristalfrekwentie moet immers nog (met behulp van

I

M

I

de trimmer) worden afgeregeld op exakt 1 MHz. Als beide frekwenties bijna aan elkaar gelijk zijn, horen we een zachte interferentie-fluittoon. Naarmate de frekwenties dichter bij elkaar liggen, zal de toon lager zijn. Als de frekwenties van de zender en de ijkgenerator exakt hetzelfde zijn, verdwijnt de interferentietoon. Deze toestand wordt echter zelden bereikt, omdat we van deze eenvoudige ijkgenerator geen absolute stabiliteit mogen verwachten. Dit verschijnsel doet overigens niets af a a n d e praktische bruikbaarheid. Frekwenties van vele megahertz hoeven niet met een nauwkeurigheid van enkele hertz te worden b e p a a l d . De ijkgenerator is zo klein, dat hij meestal in de ontvanger kan worden ingebouwd. De uitgang kan rechtstreeks verbonden worden met de antenneingang, maar meestal is het al voldoende als men om de antenne-ingang een draadwikkeling legt en deze verbindt met de

generatoruitgang. Het stroomverbruik bedraagt slechts 4 mA, zodat de ijkgenerator door de ontvanger gevoed kan worden. Het is geen bezwaar als de voedingsspanning twee of drie volt hoger of lager is, dan in het schema wordt aangegeven. Men dient de generator af te regelen bij de voedingsspanning die men in d e praktijk gaat gebruiken. Verder is het aan te bevelen dat men na de inbouw de afregeling nog eens kontroleert. Tijdens de "normale" ontvangst kan men d e ijkgenerator beter uitschakelen, want tenslotte veroorzaken de ijksignalen storing. De ijksignalen zijn goed te horen in het frekwentiebereik tussen 100 kHz en ca. 30 MHz. Dit gebied bestrijkt de lange golf, de middengolf en alle kortegolfbanden. Als men IC2 vervangt door het HC-type (HC4093) ontvangt men de ijksignalen tot c a . 200 MHz, dus ver in het VHF-bereik.

^ 1

MINI SCHAKELING AND zonder voedingsspanning IC's zijn handige dingen: je gebruikt ze gewoon zonder verder na te hoeven denken over de werking van de schakeling die er binnenin verstopt is. Deze vlieger g a a t tenminste op voor logische poort-IC's, waarvan de funktie in een tabel samengevat kan worden. Vaak echter loont het de moeite er eens over na te denken hoe een logische funktie ook zónder een IC te realiseren is. Vooral in gevallen wanneer men voor een enkel poortje niet meteen een heel IC met vier of zes poorten wil verknoeien, of wanneer men op een bestaande print nog een funktie wil toevoegen. Dat is dan ook de reden voor het ontstaan van deze mini-schakeling: Een AND-poort, op6-18 -

elex

gebouwd uit slechts een transistor en twee weerstanden, die bovendien niet eens een voedingsspanning nodig heeft. Volgens de AND-logica kan alleen dan op de uitg a n g een spanning staan, wanneer gelijktijdig op beide ingangen een spanning aanwezig is. We zullen de vier mogelijke kombinaties van ingangsspanningen eens even doorlopen. Worden A en B a a n 0 volt gelegd, d a n staat er op de uitg a n g natuurlijk geen spanning. Staat er op A wél en op B géén spanning, d a n is de transistor in bedrijf. Er vloeit een basisstroom door R1 en dus een kollektorstroom door R2. De transistor geleidt, en de uitgangsspanning is weer nul. In het omgekeerde geval, wél spanning o p B maar niet o p A, d a n verschijnt er evenmin uit-

*a

tabel 1

A

B

uitgang

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1

0: geen spanning 1: spanning

_Q

uitgang

H§)

NPN-transistor (bijv. BC 546)

Ba ©»

gangsspanning. De basisemitter-diode spert en d e uitgang ligt via R2 op 0 volt. Alleen wanneer er op beide ingangen spanning wordt a a n g e b o d e n , staat de hele schakeling, dus ook de uitgang, onder spanning. De schakeling kan zonder meer gebruikt worden tussen TTL-poorten (74XX-serie) met de gebruikelijke voe-

-©

86669X-1

dingsspanning van 5 volt. Ze funktioneert echter ook bij andere (hogere) spanningen. Eventueel moet de waarde van R2 wat veranderd worden (uitproberen!). Het is echter onmogelijk verschillende van deze AND-poorten achter elkaar te zetten, omdat d a n alleen de eerste voedingsspanning zou krijgen en de rest niet.

RC-meetbrug met melodie-chip farad en ohm muzikaal gemeten Voor het meten van weerstands- en kapaciteitswaarden is de aloude Wheatstone-brug nog steeds een van de meest betrouwbare en nauwkeurige hulpmiddelen. Het nulpunt van onze brug wordt aangegeven met behulp van een akoestisch signaal. Van dorre pieptonen is echter geen sprake: de meetprocedure wordt opgeluisterd door de klanken van een geïntegreerde "wenskaart-melodiegenerator". R. Voogd Over de vraag of muzikale wenskaarten een zegen voor de mensheid zijn, kan men van mening verschillen. Vast staat echter, dat men met deze kleine wondertjes van de ICtechniek veel meer kan doen dan opbergen in een schoenendoos of een burolade. Wat doe je ermee als het nieuwtje er af is? Het oplossen van dit probleem was voor ons laboratorium-team een bron van welkome afwisseling. Het doel was, schakelingen te bedenken waarin de overbekende pieeeep van een domme toongenerator vervangen kan worden door het opgewekte "Happy Birthday". Een van de vele mogelijkheden is een Wheatstonebrug met akoestische indikatie. Wie nog niet weet wat deze klinkende naam inhoudt, kan zijn licht opsteken in het volgende hoofdstuk.

Het geniale idee van Wheatstone Wat is eenvoudiger te kontroleren: als er een verandering optreedt in een spanning die voordien een willekeurige waarde had, of als een spanning die eerst nul was, een wil-

lekeurige, andere waarde aanneemt? De juiste oplossing luidt: het tweede geval. Het ligt immers voor de hand, dat de waarde nul en een willekeurige waarde zich beter van el-

kaar laten onderscheiden d a n twee waarden die beide willekeurig zijn. Nul is tenslotte een "getal" dat zich van alle andere wezenlijk onderscheidt. Als we in dit vraagstuk het be-

grip "spanning" vervangen door "geluidssterkte", begrijpen we nog beter waar het om gaat. Als een toon die de geluidssterkte nul heeft, een willekeurige waarde aanneemt, kan elex -

6-19

F/guur 1. Schema van een Wheatstone-brug. De spanningsmeter geeft altijd nul volt aan, als de spanning die met P1 wordt ingesteld, gelijk is aan de spanningswaarde op de loper van P2. De absolute weerstandswaarde van de potentiometers is hierbij niet van belang.

•

Figuur 2. Dit voorbeeld verduidelijkt het verschijnsel dat in figuur 1 wordt getoond. Beide spanningsdelers IR1/R2 en R3/R4) veroorzaken elk een spanningsval van 3 volt ten opzichte van massa; bijgevolg is het spanningsverschil tussen de punten A en B nul volt. Dit geldt niet alleen voor gelijkspanningen maar ook voor wisselspanningen. Figuur 3. In het rechtergedeelte van het volledige schema herkennen we weer de Wheatstone-brug. Opvallend is, dat de spanningsdeler voor de kapaciteitsmeting tegengesteld is aan die voorweerstanden (S2 moet dan in de bovenste stand staan). Deze maatregel is noodzakelijk omdat kondensatoren en weerstanden zich tegengesteld gedragen: de wisselstroomweerstand van een kondensator wordt geringer naarmate de kapaciteit toeneemt.

het verschil (al is het nog zo klein) altijd worden waargenomen. Als de waarde nul bedraagt, is er namelijk in het geheel geen toon aanwezig; en voor ons oor is het bep a a l d niet moeilijk een toon die aanwezig is te onderscheiden van een toon die niet aanwezig is, zelfs als de aanwezige toon een zeer geringe sterkte heeft. Als de twee tonen beide een waarneembare sterkte hebben, wordt het vaststellen van kleine verschillen veel moeilijker, en aan een schatting van de sterkten in absolute waarden kan men zich maar beter helemaal niet wagen. Nul is altijd nul — of, anders gezegd: het juiste foon-getal van een toon is moeilijk te schatten, maar het afwezig zijn van een toon is duidelijk herkenbaar. Wat dit verhaal nu met de Wheatstone-brug te maken heeft? Heel veel. De waarde van de spanning over 6-20 - elex

i

•*-i

VK

©

i

LJNÜ

3^s

PI

O^n

de brug kunnen we met eenvoudige middelen zo veranderen, dat deze nul wordt. De brug is dan in evenwicht. Als vervolgens enig onderdeel van de brug in de geringste mate van waarde verandert, kunnen we dit zeer eenvoudig waarnemen. Het schema van figuur 1 bestaat uit twee parallelgeschakelde spanningsdelers. We voeren aan deze schakeling een gelijkspanning toe, en meten het spanningsverschil tussen de lopers van P1 en P2. Wanneer we P1 een willekeurige instelling geven en vervolgens draaien aan P2, zullen we zien dat het spanningsverschil nul wordt, als de weerstandsverhouding tussen het onderste en het bovenste deel van d e koolbaan o p beide potentiometers hetzelfde is. Deze regel geldt niet alleen als de potentiometers dezelfde totale weerstandswaarde hebben, maar ook als ze van

verschillende waarde zijn. In figuur 2 zijn de beide potentiometers vervangen door vaste weerstanden. We kunnen nu de spanningsdeler-regel toepassen; deze houdt in, dat de spanningen over de afzonderlijke weerstanden zich verhouden als de weerstandswaarden. Stel dat R1 en R2 dezelfde waarde hebben, en dat ook R3 en R4 even groot zijn. Als nu de spanning U 6 volt bedraagt, zal de spanningsval over elk van de weerstanden 3 volt zijn. De spanningen op de punten A en B zullen dan (ten opzichte van massa) 3 volt bedragen. Wordt het meetinstrument echter aangesloten tussen de punten A en B, dan zal het spanningsverschil over het instrument nul zijn, want 3 min 3 is nul. Door de waarde van een van de weerstanden te veranderen, kunnen we de brug uit het evenwicht brengen. Deze verstoring

kunnen we weer onged a a n maken door ook in de andere spanningsdeler een waarde te veranderen, en wel zo, dat de verhoudingen weer aan elkaar gelijk worden. Als we voor R1 een vaste weerstand nemen, en voor de kombinatie R3/R4 een potentiometer, kunnen we a a n de hand van de potentiometer-stand heel eenvoudig bepalen hoe groot de waarde van de (onbekende) weerstand R2 is. De potentiometer wordt zo afgeregeld, dat de spanning tussen A en B nul is. Wiskundig kunnen we deze eigenschappen als volgt uitdrukken: als voldaan is a a n de nulvoorwaarde, geldt de relatie (R2 noemen we Rx): R1/Rx = R3/R4

Omdat R1 steeds dezelfde waarde heeft, is de waari de van de onbekende

Onderdelenlijst R1 = 10 Q R2 = 100 Q R3.R7 = 1 kQ R4.R8 = 10 kQ R5 - 100 kQ R6 = 1 MQ P1 = 10 kQ lin. C1 = 100 pF C2 = 1 nF C3 = 10 nF C4 - 100 nF C5 = 1 MF C6,C7 = 10 M F/16 V elko 51 = 12 standen-schakelaar 52 = omschakelaar, enkelpolig 53 = aan-uit-schakelaar diversen: 1 kristal-oortelefoon (geen dynamisch, laagohmig type!) 1 wenskaart-melodiegenerator Kosten zonder melodiegenerator en kast: ca. f 1 5 , -

weerstand uitsluitend een funktie van de verhouding R4 : R3. Nu we dit weten, kunnen we ook begrijpen hoe de meetbrug werkt: als R3 en R4 de deelweerstanden van een potentiometer zijn, kunnen we deze potentiometer voorzien van een (geijkte) schaal, waarop de waarde van de onbekende weerstand Rx rechtstreeks kan worden afgelezen. Deze Wheatstone-relatie geldt zowel voor gelijkspanning als voor wisselstromen. In plaats van en gelijkspanning kunnen we a a n de brug dus ook een muzieksignaal toevoeren. Als we de brug aansluiten op de uitgang van een melodie-generator, en de voltmeter vervangen door een oortelefoon, kunnen we de brug in evenwicht brengen door aan de potentiometer te draaien totdat het geluid verdwijnt. Omdat kondensatoren zich voor wisselspanningen gedragen als ohmse weerstanden, kan een dergelijke brug ook voor kapaciteitsmetingen worden ingezet. Een schakeling die al deze eigenschappen in zich verenigt, vinden we in figuur 3.

De schakeling Links in figuur 3 zien we de

C1 = C2C3 = C4» CS C6 = C7 =

100 pF 1 nF 10 nF 100 nF 1 uF 10nF/16 V 10(jF/16 V

melodie-generator. Deze schakelingetjes bestaan in verschillende uitvoeringen, zodat het uiterlijk niet altijd overeenkomt met de door ons getekende versie. De piezo-zoemer wordt voorzichtig losgesoldeerd, en de vrijgekomen kontakten verbinden we met de brugschakeling (de polariteit is in dit geval niet van belang). Het kontakt dat bediend wordt door de scharnier-beweging van de wenskaart, vervangen we door een normale aan-uit-schakelaar. Deze ingrepen moeten met de nodige voorzichtigheid worden uitgevoerd, want de dunne kopersporen zijn nogal kwetsbaar. De rest van de schakeling lijkt veel op het principeschema dat in de figuren 1 en 2 gegeven is. De enkelvoudige weerstand R1 is vervangen door een groep van zes omschakelbare weerstanden. Weerstand R3 heeft een vaste waarde; dit geeft een aanzienlijke verbetering van de afleesnauwkeurigheid. Ook de kondensatoren zijn omschakelbaar. In vergelijking met de weerstanden zitten de kondensatoren echter "omgekeerd" in de brug: nadat S2 is omgeschakeld naar de stand "kapaciteitsmeting", bevindt de onbekende kondensator Cx zich in

het "bovenste" deel van de brug. De reden hiervan is, dat in een spanningsdeler het gedrag van kondensatoren tegengesteld is aan dat van weerstanden: naarmate de kapaciteit geringer is, zal de wisselstroomweerstand groter worden.

IJk ing en bediening De weerstandswaarde die met de keuzeschakelaar (12 standen) wordt ingesteld, geeft de grens van het gekozen bereik aan; Rx m a g dus nooit groter zijn dan die waarde. Een voorbeeld: we ijken de schaal voor weerstandswaarden tussen 100 kohm en 1 Mohm; in dat geval wordt S1 ingesteld op 1 Mohm. Voor Rx kiezen we een waarde van 470 kohm. Nadat de potentiometer is afgeregeld op minimale geluidssterkte, wordt het punt dat men op de schaal gevonden heeft, gemerkt met de waarde 0,47 (470 kohm is immers 0,47 x 1 Mohm). Deze procedure wordt herhaald met de overige waarden van de standaardreeks (dus 390 kohm, 680 kohm, etc). De ijking die op deze wijze wordt bereikt, geldt automatisch ook voor alle andere bereiken. Willen

we bijvoorbeeld een weerstand van 47 kohm meten, dan kiezen we met S1 de waarde 100 kohm, en ook in dit geval zullen we bij de schaalwaarde 0,47 de geringste geluidssterkte vinden. Een afzonderlijke ijking voor de kapaciteitsmeting is niet nodig — deze volgt automatisch uit de weerstandsijking. Het oortelefoontje moet een hoogohmig kristaltype zijn. Deze schakeling is zo eenvoudig, dat we van een print meer last dan gemak zouden hebben. De onderdelen worden zwevend gemonteerd tussen de aansluitclipjes van de schakelaars, de aansluitklemmen en de potentiometer. Het minuscule batterijtje van het wenskaart-IC kan worden vervangen door een normale 1,5 V penlight-batterij. Op de foto is te zien hoe de weinige onderdelen die deze schakeling telt, kunnen worden ondergebracht in een standaard-kastje van kunststof.

elex -

6-21

ruit-achteruit servo-detektor §1$

thema: modelbouw

Hoewel men bij radiografisch bestuurde schaalmodellen vaak het eerste denkt aan vliegtuigen en schepen, kent ook de miniatuur-auto een enthousiaste groep liefhebbers. Onze kleine pulsbreedte-detektor maakt het mogelijk een zelfgebouwd automodel voor- of achter-uit te laten rijden of te laten stoppen, al naar gelang de stand van de stuurknuppel. De schakeling kan gekombineerd worden met de gangbare zenders voor afstandsbesturing. Het servo-principe Voor de kenners zal het volgende geen nieuws zijn: de bewegingen die de "piloot" met de stuurknuppel maakt, worden 6-22

elex

overgedragen op de ontvanger door middel van zogeheten "pulsbreedtemodulatie". In de rusttoestand wordt door de zender een reeks pulsen

uitgezonden waarvan de breedte precies 150 millisekonden bedraagt. Verandert men de stand van de knuppel, dan verandert de breedte van de

pulsen evenredig: knuppel naar boven — bredere pulsen, knuppel naar beneden — smallere pulsen (of omgekeerd). Op deze wijze kan de stand van

een "gaspedaal" of van een roer tamelijk nauwkeurig worden ingesteld. Ontvangers voor dit systeem zijn uitgerust met een elektronische schakeling die de pulsbreedteinformatie omzet in een evenredige spanning. Daarom wordt het systeem ook wel a a n g e d u i d met "proportionele afstandsbesturing". De schakeling die de pulsen omzet in een evenredige spanning, kan tamelijk uitgebreid zijn, maar als men niet hoeft te beschikken over alle denkbare mogelijkheden, kan het gewenste resultaat al met eenvoudige middelen bereikt worden. Bij een zelfgebouwde mini-auto kan men bijvoorbeeld op de elektronica drastisch besparen, als men de bewegingen van het voertuig beperkt tot vooruit en achteruit (met konstante snelheid) en stoppen. De schakeling die in dit arti-

125 ms

monoflop-signaal ( a )

ontvangen signaal ^ ^ <125ms Cy

ontvangen signaal >12 5 m ,

© 86644X -1

2 175 ms

monoflop-signaal ( a )

ontvangen signaal ^^ <175ms (b)

ontvangen signaal ^ _ >175ms \£J 86644X 2

Figuur 1/Figuur 2. De schakeling stelt vast, of de breedte van de ontvangen pulsen kleiner is dan 125 ms (1b), groter dan 175 ms (2c), of tussen beide waarden ligt. Dit wordt bereikt door de inkomende pulsen te vergelijken met twee referentie-pulsen die elk door een monoflop worden opgewekt (1a en 2a). Tijdens de positieve flank van het referentiesignaal kan het nivo van de puls die op dat moment wordt ontvangen logisch "1" of logisch "O" zijn. Met behulp van een D-flipflop kunnen uit deze logische toestanden de logische nivo's worden afgeleid, die voor de motorsturing nodig zijn. Figuur 3. Wie de tekst goed gelezen heeft, zal bij dit schema niet veel toelichting nodig hebben. De genoemde monoflops en f lip flops zijn gemakkelijk te herkennen. Dat de relais van de motorsturing via driver-transistoren worden bekrachtigd, spreekt vanzelf. Ook over de motorsturing valt weinig te vertellen: al naar gelang de stand van de kontakten, luidt de opdracht: vooruit, achteruit of stop.

kel beschreven wordt, kan men bedienen met de g a n g b a r e zenders die in de handel verkrijgbaar zijn en door bijna alle modelbouwers gebruikt worden. Omdat de elektronica eenvoudig en goedkoop is, kan deze schakeling uitstekend gekombineerd worden met een zender waarvan men nog niet alle mogelijkheden benut heeft.

Mono f/op en D-flipflop Zoals reeds gezegd, moet onze schakeling kunnen vaststellen of een impuls die van de zender komt, korter of langer is dan 150 millisekonden. Voor dit doel beschikt de schakeling over twee monoflops, die in de pulsduur-herkenning een ondergrens en een bovengrens aanbrengen. Als de breedte van

3 . . .12 V

0 R1

É i

C1 M II . 100n 2

11,25 msl

DiT

10M 10V

T Re1 J

1N4148|

n

A

R

"-CI-TR MMV1 50 Hz

MJUL

•TH

v

[ÏÖM

JK,V 5

CLK

Q

FF1

0'

°>{ZEK-(|f)

D 6

BC 5 4 9 C

++ BC 5 4 9 C R

S O

13 B4 22k

FF2

>

C4

H

e-LL 0

_»0

x

—T

Q D10p 10V

MMV2 f - 0 | T_R R

3 . . .12 V 11,75 msl lOOn _L_

rg J

©

3 . . .12 V

<2>*

1N4148 •8


XEC21 b

U

M M V 1 , M M V 2 = IC1 = 4 0 9 8 FF1, FF2 = IC2 = 4 0 1 3 86644X 3

elex -

6-23

de zenderpulsen tussen 125 ms en 175 ms ligt, zal de detektor niet reageren, zodat de aangesloten motor stilstaat. Pulsen die breder of smaller zijn dan de genoemde waarden, hebben tot gevolg dat de motor vooruit of achteruit gaat draaien. We lichten dit toe aan de hand van figuur 1. Deze heeft betrekking op de deelschakeling die rond de 125-ms-monoflop is opgebouwd. Telkens wanneer de ingang van de monoflop een puls van de zender ontvangt, ontstaat aan de uitgang een signaal waarvan de vorm in figuur 1a is getekend. Dit referentiesignaal wordt vergeleken met het signaal dat rechstreeks van de zender komt. De ontvangen puls kan langer of korter zijn dan de puls die door de monoflop wordt geleverd. Als hij korter is, krijgt de motor de opdracht: "achteruit". Is hij langer, dan moet nog worden b e p a a l d of we te doen hebben met een pulsbreedte tussen 125 ms en 175 ms of dat de puls breder dan 175 ms is. Tussen 125 ms en 175 ms betekent "stop", en langer dan 175 millisekonden betekent "vooruit". Met behulp van een tweede monoflop kunnen we die gevallen van elkaar onderscheiden (figuur 2). Twee D-flipflops zetten de verkregen informatie om in elektrische signalen. Hoe een gewone flipflop werkt, is in Elex al eerder beschreven; maar wat houdt die letter "D" eigenlijk in? De informatie

aan de D-ingang van een D(elay)-flipflop wordt naar de uitgang doorgegeven tijdens de o p g a a n d e (positieve) flank van de klokpuls. Strikt genomen hebben we dus het bekende IC 4013 geschakeld als een soort "schuifregister". Een blik op het schema (figuur 3) leert, dat de monoflop-uitgang met de klok-ingang van de D-flipflop verbonden is. Is het signaal dat van de zender komt korter dan de grenswaarde, dan is tijdens de positieve flank op de klok-ingang een logische "0" aanwezig op de D-ingang. Deze "0" wordt dan doorgegeven aan de Q-uitgang. Is het signaal langer, dan wordt aan de uitgang een logische " 1 " doorgegeven. In tabel 1 zijn de logische toestanden van de flipflops bij de verschillende pulsbreedten nog eens weergegeven. Als we vervolgens naar de motorsturing kijken, begrijpen we ook waarom de logische nivo's van een van de flipflops eerst nog geïnverteerd moeten worden (met behulp van de inverterende uitgang). In de ruststand van de stuurknuppel zijn beide relais niet bekrachtigd. De motor krijgt dan dus geen stroom. In alle andere gevallen gedragen de relais zich, ten opzichte van elkaar, tegengesteld, zodat de ene keer de stroom in positieve richting kan vloeien en de andere keer in negatieve richting. De schakeling is voorzien van een "inschakel-reset"; deze zorgt er voor dat de

Tabel 1

<

125 ms

125

175 ms

motor na het inschakelen van de voedingsspanning altijd stilstaat. De impuls die door het inschakelen ontstaat, belandt via C5 op de set-ingang van de ene flipflop, en op de reset-ingang van de andere. De flipflops nemen hierdoor elk van andere toestand aan; maar omdat de relais door tegenfasige uitgangen worden gestuurd, zal de motor toch stilstaan. De schakeling kan gevoed worden met spanningen tussen 3 V en 12 V, zodat de aanpassing meestal geen probleem is. Het stroomverbruik is in hoofdzaak afhankelijk van het toegepaste relais-type, en kan dus per geval sterk verschillen. Men dient de relais te kiezen op basis van de maximale motorstroom (dat houdt in: de aanloopstroom!). Vanzelfsprekend kunnen met onze servodetektor ook andere belastingen worden gestuurd. Ook zogenaamd "parallel-bedrijf" behoort tot de mogelijkheden, bijvoorbeeld wanneer de landingslichten moeten g a a n branden als op de motor gas wordt teruggenomen. . . Modelbouwers bedenken nu eenmaal de gekste dingen.

Figuur 4. Ook deze schakeling kan weer op onze standaardprint worden gemonteerd. Het kan natuurlijk voorkomen, dat er wegens ruimtegebrek in het model geen plaats is voor deze print. In dat geval kunt u proberen met behulp van een gaatjesprint de opbouw nog kompakter te maken. Met enig geduld is dat beslist mogelijk.

Onderdelenlijst B1 = 33 kQ R2 = 47 kQ R3,R4 = 22 kS R5 = 10 kQ C1,C2,C6 = 100 nF C3,C4,C5 = 10 nF/10 V T1.T2 = BC549C D1.D2 = 1N4148 IC1 = 4098 IC2 = 4013

• 175 ms

Q-FF1

1

0

0

Q FF2

0

ü

1

Re1,Re2 = Siemens printrelais 6 V, nr. V23027-A0001 Elex-standaardprint formaat 1 Kosten (zonder voeding, behuizing, montagemateriaal, en relais): ca. f 15,00

6-24

elex

elex experimenteersysteem — inleiding Wie de elektronica als hobby heeft ontdekt en met sukses een aantal schakelingen uit Elex heeft nagebouwd, zal misschien op een gegeven moment zelf wel eens iets willen ontwerpen. Aan zo'n eigen ontwerp moet vaak heel wat "gesleuteld" worden voordat het tot volle tevredenheid werkt. Met het Elex Experimenteer Systeem kunnen op een eenvoudige manier verbindingen, komponenten en schakelingen worden uitgeprobeerd zonder dat ze telkens losen vastgesoldeerd moeten worden.

gezien tegen koperzijde

Nieuw in Elex!

45

Vanwege het bijzondere karakter van dit experimenteersysteem, zijn hiervoor speciale, kant-enklare printen ontworpen. Waarschijnlijk een hele geruststelling voor hen die echt d e allereerste schreden op het p a d der elektronica zetten. Maar dat is nog niet alles. Want men kan die printen natuurlijk zelf etsen a a n d e hand van de afgedrukte layout, maar ze worden door Elex ook geleverd\ De steekprintjes zijn alle voorzien van een duidelijke komponenteriopdruk; alleen bij de grote basisprint is uit kostenoverwegingen afgezien van een opdruk. Verdere informatie en prijzen onder het kopje "printen" op p a g i n a 2.

Dit eenvoudige en goedkope systeem, bedacht en ontwikkeld door de Duitse leraar B. Körner, is uitermate geschikt voor zelfbouw. Het bestaat uit een aantal kleine printplaatjes (50 x 90 mm zie figuur 1), die a a n de onderzijde zijn voorzien van vier banaanstekerpennen. Dat zijn banaanstekers met a a n de bovenkant een draadeind met moertjes inplaats van een kabelklem. Die printplaatjes kunnen op een grote grondplaat (bar;isprint) worden gestoken; via de stekerpennen krijgt het printje dan de voe-

i. T

A

%

r<&-

Figuur 1. De afmetingen van een (nog niet geëtstel experimenteerprint. Eén stekerpen is zijwaarts verplaatst om te voorkomen dat de print verkeerd in de grondplaat wordt gezet, waardoor de voedingsspanning op de verkeerde aansluitingen zouden terechtkomen.

—Q-

€> 50

alle maten in mm

elex — 6-25

2 IBc

ÏT

y

#

• • # #

#

# # • • *

•

# •

3 f •

t

n

e *

e .

•

*>

•

*

f

.i

*,

•

«

e» . e

i1

f

f.»

f

i

*

•

•

•

•

:

••

M

? r

O OO fd O

O ™2 ui o OO -O

O rO ID Q

> in

o

>

>

>

Q

O

0 O

o

oo > in > U) r

+

o o o o

Figuur 2. Tweemaal de grondplaat: de bovenste is uitgevoerd in multiplex, de onderste is een printplaat. Een netvoeding kan op een willekeurige plaats op de grondplaat worden geprikt. Figuur 3. De komponentenzijde van de grondplaat. Behalve vier draadbruggen moeten er 48 telefoonbussen (plus drie aan de rand) en een paar soldeerstiften worden gemonteerd. Figuur 4. Een groepsfoto van alle tot nu toe gerealiseerde experimenteerprintjes. Figuur 5. De koperzijde van de print is hier, evenals de komponentenopstelling van figuur 3, afgebeeld op 50% van de ware grootte. Doe-hetzelvers kunnen de koperlayout na vergroting overnemen op transparante folie, welke dan als etsmasker fungeert. De print kan echter ook kanten-klaar bij ons besteld worden (zie pag. 2).

n

? >

nO

dingsspanningen toegevoerd: +5 V, +15 V, - 1 5 V en natuurlijk 0 V (figuur 2). Om verwisseling van de voedingsspanningen te voorkomen zitten de stekerpennen asymmetrisch op de print (figuur 2). Het steekprintje past dus maar op één manier op de grondplaat. De grondplaat (figuur 3) Piedt plaats a a n maximaal twaalf experimenteerprinten. Eén daarvan moet een netvoedingsprint zijn; de grondplaat zelf bevat namelijk geen elektronica, alleen verbindingen en aansluitingen. Intussen bestaan er reeds een paar honderd verschillende experimenteerprintjes voor dit systeem (figuur 4). De eenvoudigste bevatten slechts een paar komponenten: weerstanden, kondensatoren, transistors, enzovoort. De komponenten kunnen met elkaar worden verbonden door middel van stukjes soepel montagedraad, die aan de uiteinden zijn

0

> in +

O O

9o in

r

> m r +

0

r 1 in

o •

> in

ï

O O

oo > in > r in +

> UI

+

oo oo >• m >

0

UI

UI

+

5-

in

>

O

o 9o

> UI

•

0

>

> in V

o o > UI r 1

> UI

+

O O

YV

o \f f\ I ]

\ > f UI

•-.•'

• . ' • ' •

• . • • • • • . • . . • . : •

• • . - . • . •

: • • . • : • . : • • • •

r

•

• .

: > ;

> in

oo -26 — elex

J

voorzien van steekschoentjes. Die passen over de soldeerpennen die zich o p de printjes bevinden. Zo kunnen eenvoudige experimenteerschakelingen snel worden opgebouwd en gewijzigd. Maar ook ingewikkelder schakelingen zijn g o e d mogelijk; er zijn namelijk steekprintjes die komplete schakelingen bevatten: versterkers, oscillatoren of meetschakelingen bijvoorbeeld. De in- en uitgangen daarvan kunnen via de soldeerpennen worden doorverbonden met andere modules, ledere m a a n d zullen beide soorten printen in Elex a a n bod komen: één of twee kleine experimenteerschakelingen met toelichting, opgezet als een soort kursus, en een wat ingewikkelder print, zodat ook gevorderde liefhebbers van experimenten a a n hun trekken kunnen komen. Deze m a a n d beginnen wij met de grondplaat en met een eenvoudige voeding,

4

r.m- • —

1. {

.

r-r. 'i '

p 7" "•'••3*'t*

1l ü v

to

** V

:;

* |*V'

:

4

« f»

9 fc|

1 *.• i £

% i 1 É _ • j . ,*

.« : ' WB • ' <

* *• - 1 * - m

ÉÉÉI

-

t1

"~l

m :\, h Ê

*

• - '

m

mm | |-1 >f«

' "ffy m.

i i p i ilf

i .1 i

;

| 'm i

i

*••§>

; ft' j

s ;. i »

j i • |

S~3 -4

11 pasr

ft

•

«; |

i

f f| -|;!

die alleen 5 volt levert.

Grondplaat De grondplaat kan op twee manieren worden uitgevoerd. De originele versie bestaat uit een printplaat van 320 mm x 240 mm. Voor "zelf-etsers"

1 rl

;§'•'

|

i "J" ' j • f | •' 1 , ' i r» i ' M '

\! f iï"

1 1

l I

™» _

§

1

-

•

!

is d e layout van de koperzijde (op 50%!) afgedrukt in figuur 5. Zij die allergisch zijn voor etsmiddelen en wat dies meer zij, kunnen de print ook kompleet bij ons bestellen. Na montage van de banaanstekerbussen is de grondplaat klaar om gebruikt te

worden. Die bussen mogen natuurlijk niet geïsoleerd zijn: er moet kontakt worden gemaakt met de koperbanen. Versie twee bestaat uit een multiplex plaat, waarin de bussen direkt worden aangebracht. Er moet natuurlijk heel nauwkeurig worden gewerkt; met behulp van de layout kunnen de afstanden precies worden b e p a a l d . De diameter van de boorgaten hangt af van de dikte van de gebruikte telefoonbussen. De verbindingen worden a a n de onderzijde gemaakt met montagedraad. Als er een printplaat wordt gebruikt, moeten er vier draadbruggen g e l e g d worden. De bussen en soldeerpennen a a n de rand zijn niet essentieel, ze kunnen als meet- of massa-aansluiting dienst doen. Wie de grondplaat in een houten kast inbouwt, kan daarin ook een netvoeding onderbrengen.

elex -

6-27

sympathieke deurbel een snufje elektronica met veel naklank Je kunt 'm kant-en-klaar kopen: dat is de duurste manier. Je kunt ook een heel speciaal IC gebruiken: de gemakkelijkste manier. Of (en dat is natuurlijk wel het leukste) je kunt dit artikel doorlezen en met gewone onderdelen je eigen tweeklank-gong bouwen: dat is de Elex-manier! De tijd is gelukkig voorbij, dat een schril, zenuwslopend kabaal in de hal er ons op attent moest maken dat er iemand buiten stond die g r a a g binnen zou willen komen. De "smidshamer", oorzaak van de herrie, is al in veel gevallen vervangen door een metalen staafje met plastic kapjes, en dat is maar g o e d ook. Nu gaat het zo: het staafje wordt bij een druk op de belknop (die eigenlijk "gongknop" zou moeten heten) door een magneet tegen een metaalplaatje gestoten, veert terug, stoot vervolgens tegen een tweede metaalplaat, en keert dan in de rustpositie terug. Dit alles gaat g e p a a r d met

een beschaafd "dingdong". Zoals bij een vibrafoon hebben de beide metaalplaatjes die voor het geluid zorgen, verschillende afmetingen, waardoor de verschillende toonhoogten ontstaan. Bij de huidige stand van de mikro-elektronica is het een koud kunstje de typische "gong-sound" elektronisch te imiteren en in een klein IC'tje te verpakken — we hoeven dan alleen nog maar een klein luidsprekertje aan te sluiten. Wie de katalogus van een willekeurige elektronicazaak doorbladert, vindt naast de inmiddels al doodgewone gong-IC's ook geïntegreerde schakelingen, waarbij de aan-

beller door een druk op de knop hele of halve muziekstukken laat afspelen, die in het IC liggen opgeslagen. We zullen ons hier niet bezighouden met de vraag of de grens van de kitsch hiermee wordt overschreden. Maar het maakt ongetwijfeld een vreemde indruk, om op een bloedhete zomerdag met "White Christmas" te worden verwelkomd. Om dit soort problemen te voorkomen, zullen we het in dit artikel over een "simpele" gong hebben, die niet meer (en niet minder) dan twee tonen opwekt: een "ding" bij het indrukken van de belknop, en een "dong" bij het loslaten. In plaats van één IC,

Figuur 1. In het schema zien we de omhullende-generator (rond I\I1 en N2), de oscillator die met N3, R3 en C3 is opgebouwd, de komparator IC2 en de schakelende versterker T2. De drie dioden tussen opamp-uitgang en basis van T2, voorkomen dat de rest spanning op pen 6 (die nooit helemaal nul volt wordt) de transistor toch zou doorschakelen tijdens de "nulperiode" van de blokgolf.

12V/150mA

**-©

**~® 6-28 -

elex

©

©

©

/\

h. X hebben wij er hiervoor twee nodig. Dat hoeft niet per se een nadeel te zijn, want in tegenstelling tot veel speciale gong-IC's zijn de door ons gebruikte exemplaren gemakkelijk verkrijgbaar (de meeste lezers zullen ze waarschijnlijk al in het bakje met "standaard-spul" hebben liggen). En afgezien daarvan: wat zou de elektronic a als hobby voorstellen zonder stukjes print, zonder een beetje soldeerwerk en zonder het "onderdelen-bij-elkaar-scharrelen"? (Voor een rustig plekje om te werken, moet je zelf zorgen!) Bovendien valt er best het een en ander op te steken door de beschrijving a a n d a c h t i g door te lezen.

Van rechts naar links. . . g a a n we meestal niet door het schema; doorgaans in de andere richting. Er is echter een eenvoudige reden om deze keer eens a a n het einde te beginnen: de schakeling is d a n gemakkelijker te begrijpen! Van rechts komend, zien we in het schema (figuur 1) eerst transistor T2, en daar valt al een heleboel over te vertellen. Deze transistor moet voldoende stroom leveren voor de luidspreker, zodat de gong altijd g o e d te horen is. Een eindtrap, dus? Ja en nee; in ieder geval geen versterker volgens algemeen bekend recept. Bij T2 gaat het namelijk om een "schakelende transistor". Deze kent maar twee toestanden: volledig geleidend en gesperd. De stroom door de transistor heeft dan ofwel zijn maximale waarde,

• of is nul. Alle tussenliggende waarden, die bij een gewone versterkertrap wel voorkomen, schitteren hier door afwezigheid. Dat heeft een enorm voordeel: de transistor wordt tijdens gebruik niet warm, hoewel hij maximaal vermogen a a n de luidspreker levert. Kouwe drukte, zou je dus kunnen zeggen. We kunnen dit verschijnsel gemakkelijk verklaren. Pak figuur 2 er maar eens bij. Als de transistor spert, staat over het kollektoremitter-circuit weliswaar de gehele voedingsspanning, maar er kan geen stroom lopen, omdat de transistor zich als een geopende schakelaar gedraagt. En spanning zonder stroom kan nu eenmaal geen vermogen leveren en dus ook geen warmte opleveren! Nu de omgekeerde situatie. Door een voldoend hoge spanning op de basis wordt de transistor in verzadiging gestuurd: deze kan nu met een gesloten schakelaar worden vergeleken. Er loopt een zeer grote stroom doorheen, die bep a a l d wordt door enerzijds de weerstand en anderzijds door de voedingsspanning. De weerstand van het kollektoremitter-circuit is nu zo klein geworden, dat we die mogen verwaarlozen; daar staat dus ook nauwelijks spanning over. Met andere woorden: het spanningsverschil tussen koliektor en emitter is zo klein, dat de stroom door de transistor ook nu geen warmte veroorzaakt. Het bovenstaande geldt natuurlijk alleen als we een blokgolf o p de basis zetten! Tot zover onder de pet?

G a a n we verder. Als we T2 als schakelaar gebruiken, en de spanning over de luidspreker steeds tussen twee uiterste waarden heen en weer "pendelt", hoe kunnen we dan het wegsterven van de gongtoon, het steeds zachter klinken, nabootsen? Heel gemakkelijk! We veranderen gewoon de pulspauze-verhouding (dutycycle) van d e blokgolf (figuur 3). Hoe smaller de aanvankelijk 50% "brede" pulsen worden, des te zachter klinkt het geluid uit de luidspreker. Het membraan blijft tijdens elke periode relatief "langdurig" in ruststand a, om d a n heel eventjes naar positie b te springen, en d a a r n a weer terug naar de oorspronkelijke stand. Als de pulsjes steeds smaller worden, wordt op een gegeven moment een punt bereikt dat ze niet meer aanwezig (meetbaar) zijn-, het luidsprekermembraan blijft dan in de "nulstand". De blokgolf wordt, zoals men zegt, "pulsbreedtegemoduleerd". De pulsbreedte verandert evenred i g met het verloop van een externe modulatiespanning. In het hier beschreven geval gaat het om een omhullende die het verloop van de "gongklank" bepaalt (fig u u r ^ . We hebben dus nodig: een pulsbreedtemodulator en een omhullende-generator. Deze vinden we allebei in zeer eenvoudige vorm terug in het schema van figuur 1.

Figuur 2. Een transistor werkt als een schakelaar als er een blokspanning op de basis staat, waarvan de waarde ofwel nul volt is ofwel groot genoeg is om de transistor volledig uit te sturen. Zowel bij open als bij gesloten schakelaar is het produkt van de spanning over de schakelaar en de stroom door de schakelaar nagenoeg nul. Dat betekent dat het in de schakelaar "verstookte" vermogen ook zowat nul is. Een geschakelde transistor wordt dan ook bijna niet warm als hij volledig uitgestuurd wordt. Bovendien wordt het rendement van de transistor beduidend hoger omdat de energie die bij een "gewone" versterker de transistor verwarmt, nu in geluid kan worden omgezet. Figuur 3. Deze drie golf vormen, die er op het eerste gezicht tamelijk verschillend uitzien, hebben een gelijke frekwentie. Ze verschillen alleen maar wat hun duty-cycle betreft. Deze uitdrukking (die in procenten wordt aangegeven) is een maat voor de verhouding tussen "berg" en "dal" (één en nul) gedurende één periode van de blokgolf.

50% duty-cycle

10Ï. duty- cycle

90% duty- cycle

0

De pulsbreedtemodulator Deze bestaat uit de met elex - 6-29

5a u meetpunt A

meetpunt B

i

i

i

i t

b

Ui

meetpunt C

^

_Q vjj k/\j/y\ l

V|T

?

}

t

Figuur 4. Het verloop van de omhullende-spanning op het meetpunt A. Bij indrukken van de belknop wordt een omhullende opgewekt, die exponentieel afneemt. Dit komt overeen met het wegsterven van de klank na het aanslaan van een mechanisch klanklichaam. Zolang de knop ingedrukt wordt gehouden, gebeurt er verder niets. Pas bij het loslaten ontstaat er een tweede, gelijk opgebouwde omhullende. Figuur 5. Op meetpunt B kunnen we zien, dat de oscillatorfrekwentie verandert bij het indrukken van de belknop (figuur 5a). In het onderste deel van figuur 5b zien we de spanningsvormen op de twee ingangen van IC2: de omhullende en de driehoekspanning. We kunnen de omhullende beschouwen als een variabele triggerdrempel. Als de momentele waarde van de driehoekspanning boven de triggerdrempel komt, dan wordt de uitgang van de opamp logisch "nul" (en omgekeerd). Op deze manier ontstaat er een blokspanning, waarvan de pulsbreedte overeenkomt met het verloop van de omhullende.

6-30

elex

IC2 o p g e b o u w d e komparator. Een driehoeksgolf met een frekwentie die d e toonhoogte van d e "gong" bepaalt, staat op de inverferende ingang van een opamp, en wordt daar vergeleken met een gelijkspanning o p de "+"ingang. Afhankelijk van d e waarde van de driehoekspanning, lager of hoger d a n d e referentiespanning, krijgen we a a n d e uitgang van d e o p a m p een hoge of lage gelijkspanning (ongeveer gelijk a a n d e + en 0 van d e voedingsspanning). Door nu d e referentiespanning te variëren, kunnen we eenvoudig de pulsbreedte veranderen van de in een blokspanning omgezette driehoekspanning (figuur 5a en b). Als we d e verbinding met P1 even wegdenken, kunnen we met P2 d e pulsbreedte van d e blokgolf, of beter: d e duty-cycle, van nul tof honderd procent variëren. Nul procent komt overeen met een konstante spanning van nul volt aan d e uitgang van d e opamp, terwijl honderd procent overeenkomt met een gelijkspanning ongeveer 1er hoogte van de voedingsspanning.

De omhullendeschakeling Als P2 zó is ingesteld, dat d e pulsbreedte net nul procent bedraagt, d a n is de van d e loper van P2 afgenomen spanning een maaf voor d e pulsbreedte van het signaal op punt C. Door het indrukken c.q. loslaten van de belknop (S1) klappen de uitgangen van de beide poortjes N1 en N2 telkens om — in "tegenfase". Dus als NM "hoog" wordt, wordt N2 " l a a g " en omgekeerd. Bij indrukken van S1 g a a t eerst d e uitgang van N1 van nul naar één. C2 en P1 maken van deze spanningssprong een omhullende, die overeenkomt met het verloop van de geluidssterkte van een a a n het trillen gebrachte gong. Na het loslaten van de knop gebeurt hetzelfde met N2, C1 en P I De dioden D3 en D4 geven de beide omhullenden door a a n d e komparator.

De oscillator Het derde van d e vier poortjes uit IC1 gebruiken we om de oscillator op te bouwen. De schakeling daarvan is in Elex al zó

vaak gebruikt en beschreven, dat we er verder niet o p in zullen gaan. Het enige nieuwe a a n deze toepassing is de frekwentieomschakeling door middel van de FET T l Aan de frekwentiebepalende weerstand R3 wordt bij het indrukken van S1 de potmeter P3 parallel geschakeld, omdat T1 d a n g a a t geleiden. Zo verkrijgen we d e twee verschillende toonhoogten, die voor een tweeklank-gong nu eenm a a l nodig zijn. Het verschil in toonhoogte kan met P3 naar smaak worden ingesteld. Een instelling die doet denken aan het geluid van een koekoek, lijkt ons het mooiste.

Afregeling P2 wordt net zover naar massa gedraaid, dat er geen geluid meer uit de luidspreker te horen is. Vervolgens o p d e belknop drukken en P1 vanaf massa in tegenovergestelde richting verdraaien — maar niet te ver, omdat d e omhullende anders gaat " d i p p e n " (wordt "afgetopt"). In dat geval klinkt de schakeling niet •zozeer als gong, maar veel eerder als een kikker

Figuur 6. Om onze deurgongschakeling op de al aanwezige (6a) belinstallatie te kunnen aansluiten, hebben me een netvoeding nodig, die we tussen beltrafo en print zetten (6b). De tweeaderige kabel die van het belknopje komt, verbinden we met de schakelaar-aansluitingen op de print. Het kleine luidsprekertje dat we op de uitgang hebben aangesloten, monteren we op een kartonnen koker om de klank te verbeteren. De lengte van die koker kan het beste door uitproberen worden bepaald: begin met een lange koker en snij er na elke test een klein stukje vanaf, net zolang tot de klank zo mooi mogelijk is. Het zou nog beter zijn, om twee in elkaar passende stukken PVC-pijp te gebruiken (zoiets als voor waterafvoer en riolering gebruikt wordt).

met keelpijn. Nu alleen nog maar het gewenste toonhoogteverschil instellen met P3 — en klaar is Kees. We moeten nog even opmerken, dat de afregeling met geduld en voorzichtigheid dient te geschieden, omdat P1 en P2 elkaar wederzijds beïnvloeden. Maar met wat oefening en gespitste oortjes zal het wel lukken, ook zonder hulp van een oscilloskoop.

Installatie We kunnen een gewone bel of gong jammer genoeg niet zonder meer vervangen door ons elektronisch alternatief: onze schakeling heeft een gelijkspanning nodig, terwijl de mechanische uitvoering op wisselspanning draait. Er is dus een klein netvoedinkje nodig, dat zo'n 6 tot 12 V levert en direkt op de beltrafo kan worden aangesloten. Fi-

guur 6 laat zien welke draden van de bestaande installatie anders moeten worden aangesloten. Voor de luidspreker kunnen we, als we voor R5 33 Q nemen, een 4-ohm-exemplaar van 0,5 W gebruiken. Bij een 5-W-luidspreker moet R4 12 Q worden. Het a p p a r a a t krijgt een fraai uiterlijk, als we voor de luidspreker een klein exemplaar nemen, en dat op een kartonnen koker monteren (bijv. van een

Onderdelenlijst R1 = 47 kQ R2 = 1 MQ R3 = 22 kQ R4 = 33 Q P1 = 1-MQ-instelpotmeter P2,P3 = 100-kQinstelpotmeter C1 = 1 /nF/16 V C2 = 2,2 nF/16 V C3 = 100 nF C4

=

100 , J F / 1 6 V

T1 = BF256 T2 = BD 139 IC1 = 4093 IC2 = 741 D 1 . . . D 9 = 1N4148 S1 = drukknop LS = luidspreker 4 a 8 Q, 0,5 W 1 standaardprint formaat 1 geschatte kosten zonder netvoeding, kastje en montagemateriaal ca. f 20,—

keukenrol). Als d e lengte daarvan g o e d gekozen is, neemt het volume toe en wordt de klank mooier. Door d e koker te beplakken met aluminium- of messingkleurige folie, krijgt het geheel een professioneel uiterlijk, als bij een "echte" mechanische gong. Wie tenslotte de toonhoogte te schel vindt, kan zonder meer C3 door een grotere waarde vervangen, bijvoorbeeld 220 nF of 330 nF. elex -

6-31

magneetventiel als lekbeveiliging Slangen tussen wasmachine en kraan zijn vaak een bron van ellende als ze (onder druk) kapot springen. Om u de aanblik te besparen van stromen water die onder de deur door lopen en uw woning in een mum van tijd omtoveren in een akwarium, hebben wij een schakeling ontworpen die voorkomt dat de slang onnodig onder druk komt te staan. Nadenken bespaart komponenten Bij een lekveiliging denkt men ook meteen a a n vloeistofsensors die een magneetventiel in werking stellen; de kraan wordt gesloten en de watertoevoer tot staan gebracht. Dit soort schakelingen heeft echter één groot nadeel: Zij reageren pas wanneer er ettelijke centimeters water op de vloer staat en het kwaad eigenlijk al geschied is. Ook onze schakeling maakt gebruik van een magneetventiel — een

andere (elektrisch bestuurbare) manier om de toevoer van water te stoppen is er eigenlijk niet. Wél kan men door logisch nadenken de sensorelektronica uitsparen, iets wat niet op de laatste plaats ten goede komt aan de portemonnee van d e lezer. Apropos portemonnee: Gezien d e kosten voor het renoveren van door uw wasmachine veroorzaakte waterschade bij de buren en gezien het feit dat verzekeringen zich nog al eens graag door middel van kleine lettertjes in polissen distantiëren van

d e kosten van dit soorl ongelukjes, kan men deze schakeling beschouwen als een toonbeeld van zuinigheid. Een lek in d e slang bij een draaiende machine is alleen dan gevaarlijk, wanneer de machine net geen water gebruikt (figuur 1). Doordat het magneetventiel in d e machine gesloten is, ontstaat er druk in de slang. Laat de slang u in deze fase in de steek, zijn de gevolgen niet te overzien. Een goed ontworpen schakeling moet dan ook d e kraan sluiten als d e machine niet gebruikt

Figuur 1. Wanneer de kraan geopend is en de ventielen in de wasmachine gesloten zijn, veroorzaakt dit een grote druk op de toevoerslang. Maakt men dan ook nog gebruik van een versleten of ongeschikte (rubber-)slang, dan kan deze overdruk leiden tot lekkages of scheuringen.

1a ventiel 1 dicht

86655X-1

6-32 -

elex

©-

Onderdelenlijst

J-J,

C1 = 100 nF/16 V bruggefijkrichter B 40C 1000 T r i = trafo 6 V/250 mA Re = relais (1 inschakelkontakt), bijv. Siemens-Ekaart-relais

220 V

s [Z3L3

220 V

©-

wordt en op die momenten tijdens het programma dat er geen water nodig is. De machine zelf levert ons de elektrische signalen die aangeven wanneer de machine water gebruikt bij het afwerken van haar programma. Kijk maar eens naar de twee spoelen L1 en L2 in figuur 2. Dit zijn de wikkelingen van twee magneetventielen in uw wasmachine, één voor het voorwas- en één voor het hoofdwasprogramma. De beide ventielen zorgen ervoor dat het water door verschillende zeepbakjes loopt en dat de huisvrouw/man geen zeeppoeder hoeft bij te vullen nadat het voorwasprogramma afgelopen is. Deze ventielen worden gestuurd door de schakelklok van de wasmachine — bij moderne machines tegenwoordig al door een mikroprocessor. We moeten echter nog wel uitzoeken waar de punten A en B zich bevinden. Het vinden van de ventielen zelf levert over het algemeen geen problemen op: Zij bevinden zich meestal direkt aan de toevoerslang voor het spoelwater. Welke de juiste aansluitpennen zijn, is eenvoudig een kwestie van uitproberen (al te veel mogelijkheden zijn er niet). Twee aansluitingen van de spoelen zijn met elkaar verbonden (punt

©

Aangezien de schakeling slechts is opgebouwd uit een paar komponenten en de prijzen van trafo en relais sterk variëren, hebben we afgezien van een schatting van de bouwkosten.

1

C). De overige twee zijn de punten A en B waarmee onze schakeling wordt verbonden. De schakeling bestaat slechts uit een trafo, een gelijkrichterbrug en een relais. Eenvoudiger kan het haast niet!

Ventiel(-logica) De werking van de schakeling wordt duidelijk wanneer we kijken naar het logische gedrag van magneetventielen: Heeft uw wasmachine nieuw water nodig, dan wordt een van beide ventielen g e o p e n d (zie opmerking a a n het slot van dit artikel). Daarloe moet het schakelkontakt SA of SB gesloten zijn. Wanneer dit het geval is, vloeit er een stroom door het gesloten kontakt, door de transformator en door de niet geaktiveerde ventielspoel. Deze stroom veroorzaakt een sekundaire spanning die resulteert in een gelijkspanning over kondensator C l Die gelijkspanning dient voor het aansturen van een derde (extern) relais, Re. Via de kontakten van dit relais wordt nog een magneetventiel ingeschakeld, dat zich direkt aan de kraan zelf bevindt. Daardoor kan er slechts water uit de kraan (het ventiel) stromen als het ook daadwerkelijk nodig is. Ook als de stroom eens

onverhoopt uit zou vallen bestaat er geen reden tot ongerustheid: Magneetventielen zijn altijd zó ontworpen, dat ze sluiten wanneer er geen stroom door hun spoelen vloeit. Zoeven werd naar aanleiding van beide spoelen verwezen naar een opmerking a a n het eind van de tekst. Hier d a n de bedoelde opmerking: Ventiel 3 (aan de kraan) treedt in werking wanneer zich een van d e twee ventielen in de wasmachine opent. Zorg ervoor dat u er zeker van bent dat dit ook bij uw wasmachine het geval is (houd de zeepbakjes van uw machine eens in de gaten of vraag deze informatie op bij de technische dienst van de zaak waar u de machine gekocht heeft). Is dit niet het geval, dan is deze schakeling helaas niet geschikt voor uw type machine. Jammer genoeg is de schakeling ook niet bruikbaar bij wasmachines met drie ventielen (of het zou moeten zijn dat men een trafo heeft met twee primaire wikkelingen).

Figuur 2. SA en SB bevinden zich net als LI en L2 in de wasmachine. De spoelen LI en L2 zijn de wikkelingen van de magneetventielen. De eigenlijke lekbeveiliging wordt op de punten A en B aangesloten, en bestaat slechts uit een trafo met bruggelijkrichter, een relais en een extra magneetventiel L3. Dat ventiel wordt ingeschakeld wanneer slechts een van de twee ventielen L1 of L2 geaktiveerd is. Figuur 3. Doorsnede van een magneetventiel; eigenlijk niets anders dan een elektrisch gestuurde kraan. Dit soort ventielen is verkrijgbaar in winkels waar sanitair verkocht wordt of via de technische dienst van uw wasmachinefabrikant. Ze kunnen ook uit oude wasmachines worden gesloopt, waardoor de kosten nog verder dalen. Het is erg belangrijk dat men de gebruikelijke veiligheidsvoorschriften in acht neemt tijdens het installeren van het ventiel en het aansluiten van de lekbeveiliging aan de machine.

elex — 6-33

elex experimenteer- systeem 5-volt-netvoeding met 100-Hz-uitgang Het aantal elektronische schakelingen, dat met behulp van het elex experimenteer-systeem kan worden opgezet en uitgeprobeerd, is in principe natuurlijk onbegrensd. Eén ding hebben al die schakelingen echter gemeen: er is een voedingsspanning nodig. De hier beschreven module levert een 5-volt-gelijkspanning bij een maximale stroom van 1 ampère. Als "toegift" is er dan nog een blokspanning van 100 Hz, die bijvoorbeeld gebruikt kan worden als signaalgever voor logische schakelingen. met kant-en-klaar leverbare print! Misschien hebt u zelf wel eens geprobeerd een experimenteel schakelingene te maken o p bijvoorbeeld een elex-print. De opzet lukt meestal nog wel: met een b e p a a l d idee in het achterhoofd worden d e komponenten netjes ingesoldeerd en verbonden. Als dat proefmodel dan niet optimaal werkt, begint d e ellende. Transistors worden uit- en ingesoldeerd, verbindingen worden onderbroken, weerstanden en kondensa-

toren worden in serie entof parallel geschakeld. Omdat de aanvankelijke planning langzaam maar zeker de mist ingaat, worden nieuwe komponenten "zwevend" gemonteerd. De kopersporen op de print worden oververhit en laten los en het uiteindelijk resultaat is een surrealistisch a a n d o e n d geheel van al d a n niet defekt geraakte komponenten, die met onduidelijke klodders soldeer min of meer bij elkaar worden

gehouden. Gelukkig is een meer professionele manier van experimenteren nu voor iedereen mogelijk met behulp van het elex experimenteer-systeem, dat elders in dit nummer werd geïntroduceerd. Wij beginnen deze m a a n d met een netvoeding voor het systeem. Over de schakeling zelf is niet veel bijzonders te vertellen, maar over de mechanische opbouw des te meer. De print is namelijk direkt met het lichtnet

verbonden. Punten die netspanning voeren, mogen op geen enkele manier kunnen worden aangeraakt. Bovendien moeten de stekerpennen precies in d e bussen o p de grondplaat passen.

De schakeling Sinds de invoering, lang geleden, van d e bekende stabilisator-IC's van de series 78XX en 79XX is het ontwerpen en bouwen van netvoedingen een eenvou-

1 ^

0-^ -34 -

elex

100 Hz Figuur 1. De schakeling van onze experimenteervoeding is opgezet volgens het oude en vertrouwde recept. Het bekende stabilisator IC 7805 en de gebruikelijke onderdelen eromheen worden aangevuld met wat komponenten die voor een 100-Hz-blokgolf zorgen. Het IC kan alleen het volle vermogen leveren als het op een koelplaatje wordt gemonteerd.

d i g karwei, als tenminste de uitgangsspanning een vaste waarde m a g hebben en de uitgangsstroom niet groter hoeft te zijn d a n 1 ampère. De schakeling van figuur 1 zal voor de meeste lezers dan ook wel geen verrassingen opleveren. Aan de eigenlijke schakeling zijn wat komponenten toegevoegd, die een 100-Hzsignaal leveren a a n een aparte uitgang. De uit R1 en R2 gevormde spanningsdeler verzwakt de door de gelijkrichter afgegeven pulserende gelijkspanning zodanig, dat de transistor (T1) er niet door wordt vernield. Overstuurd wordt hij echter wel, zodat de oorspronkelijke spanning als een keurige blokgolf op de uitgang terechtkomt. D1 zorgt ervoor, dat de door C1 gebufferd e gelijkspanning de basis van de transistor niet kan bereiken; in dat geval zou de transistor konstant opengestuurd worden en dat is natuurlijk niet de bedoeling. IC1 is kortsluitvast; dat wil zeggen dat het IC ook bij kortgesloten uitgang niet stuk gaat. Bovendien onderbreekt het IC de stroom als de temperatuur te hoog oploopt. Daardoor is de netvoeding vrijwel onverwoestbaar.

Mechanische opbouw Zoals in figuur 3 duidelijk te zien is, bevindt de transformator zich ook o p d e print. Het voordeel van die werkwijze is, dat de netvoeding op iedere willekeurige plaats op de grondplaat gestoken kan worden, waarbij dan op alle bussen automatisch d e juiste spanningen staan. De printplaat moet a a n de onderkant worden afgeschermd, omdat op twee koperbanen de volle netspanning staat. Als afscherming kan een niet geëtste printplaat worden gebruikt met dezelfde afmetingen als de print (90 x 50 mm). De koperzijde komt aan de onderkant. Op de hoeken moet het koper worden verwijderd, omdat anders de stekerpennen zouden worden kortgesloten. Het netsnoer wordt vastgeklemd tussen de print en het afschermplaatje, bij wijze van trekontlasting. Let er daarbij wel op, dat de isolatie van het netsnoer niet wordt doorboord door onder de print uitstekende aansluitdraden of -pennen. De trafo moet een type zijn, dat volledig is ingekapseld in een kunststof-behuizing. Tenslotte is het experimenteren met

elektronische schakelingen ook zonder het risiko van elektrokutie al enerverend genoeg! .

De

steekkontakten

Alle prints van ons nieuwe experimenteersysteem hebben a a n de onderkant vier banaanstekerpennen, waarmee de print op de grondplaat wordt gestoken. Via deze pennen krijgen de printen ook hun voedingsspanning(en). Omdat de O-volt-stekerpen een halve centimeter naar het midden verplaatst is, passen alle printen maar op één manier op de grondplaat. De boringen voor de pennen moeten uiteraard zeer zorgvuldig worden aangebracht. In figuur 2 tot en met 5 is duidelijk te zien, waar de diverse komponenten op de print komen en hoe via de stekerpennen de print en het afschermplaatje boven elkaar worden gemonteerd. De voeding kan natuurlijk ook voor andere doeleinden worden gebruikt; in dat geval zijn de stekerpennen en het afschermplaatje niet nodig. Als er geen behoefte is a a n een 100-Hz-signaal, kunnen ook R1, R2, T1, R3 en D1 worden weggelaten.

Figuur 2. De voedingsprint en het afschermplaatje worden boven elkaar gemonteerd met behulp van de vier banaanstekerpennen en moertjes. De middelste moertjes doen tevens dienst als afstandsbusjes.

Figuur 3. De sandwichkonstruktie van de twee prints in vogelvluchtper spek tief. Het netsnoer wordt vastgeklemd tussen de twee printplaatjes. De isolatie ervan mag niet verder worden verwijderd dan absoluut noodzakelijk is.

Figuur 4. Layout en opdruk van de print. Veel elex-lezers zullen waarschijnlijk opgelucht ademhalen, want deze kant-en-klare print vergemakkelijkt de bouw natuurlijk aanzienlijk. Eventueel kan men de print ook zelf etsen door de hier afgedrukte layout over te brengen op lichtgevoelige printplaat.

elex -

6-35

Onderdelenlijst R1,R4 = 1 kQ R2 = 10 kS

R3 = 470 Q C1 = 2200/JF/16 V (staand model) C2

=

1000

JJF/16 V

(staand model) D l = 1N4007 D2 = LED B1 = B40C1500 T1 = BC547 IC1 = 7805 Tr1 = 8 V / 1 A sek., voor printmontage 1 koellichaam voor TO 220, 12,5 K / W 1 print nr. 86660 1 afschermplaatje

50 x 90 mm (zie tekst) 1 netsnoer 2 soldeerpennen 4 banaanstekerpennen Geschatte bouwkosten zonder print: ca. f 35,—

MARKT-INI-'O Nieuw autotelefoontoestel Vanaf 1 mei levert PTT Telecommunicatie een nieuw autotelefoontoestel waarmee ook buiten het voerof vaartuig getelefoneerd kan worden. De Carvox 2453 zoals het toestel heet is, evenals de andere Carvox-modellen, bovendien op eenvoudige wijze in een ander voer- of vaartuig te gebruiken. Hiervoor is alleen een extra inbouwpakket nodig. De flexibele toepassingsmogelijkheden maken de Carvox 2453 voorts bijzonder geschikt voor huur over een korte periode. Met d e nieuwe Carvox 2453 en zijn voorgangers Carvox 2451 en 2452 kan via het Autotelefoonnet-2 vanuit Nederland en Luxemburg getelefoneerd worden en begin 1987 ook vanuit België. Het standaardpakket van de Carvox 2453 (voor vast gebruik in een b e p a a l d voer- of vaartuig) bestaat uit een handset met inge6-36 — elex

bouwde bediening en luidspreker, een kabelset en een zendfontvanger die door middel van een speciale montageplaat ingebouwd wordt. Een mechanisch slot beveiligt de zendfontvanger tegen eventuele diefstalpogingen. Het nieuwe autotelefoontoestel biedt de abonnee onder meer de volgende (extra) faciliteiten: — geheugen voor 100 telefoonnummers met doorbladermogelijkheid — geheugen voor het laatst gekozen nummer — geheugen voor de volumestand van d e luidspreker — doorschakelfunktie (via de autotelefooncentrale) — ingebouwde kostenindikator — elektronisch slot. Om met de Carvox 2453 buiten het voer- of vaartuig te telefoneren kunnen aan het autotelefoontoestel in een handomdraai een speciale antenne en akku be-

vestigd worden (zie foto). Handset en zendfontvanger zijn o p hun beurt weer eenvoudig uit het voer- of vaartuig te halen. Bij d r a a g b a a r gebruik zijn de zend- en o p v a n g m o gelijkheden van de Carvox 2453 enigszins beperkt. Gebruik van de "transportable" is bovendien niet toegestaan in gebouwen of op een hoogte van meer d a n 10 meter boven het maaiveld of wateroppervlak. Vanwege de beperkte kapaciteit van de akku wordt de abonnee voorts a a n g e r a d e n de gesprekken zo kort mogelijk te houden. Een korte pieptoon maakt de abonnee erop attent dat d e akku (3 Ah) bijna leeg is. Het laden van de akku kan plaatsvinden via de stroomvoorziening van het eigen voer- of vaartuig; hiervoor hoeft de akku niet eerst losgekoppeld te worden van de zendtontvanger. Tijdens het laden kan met d e Carvox 2453 gewoon getelefoneerd worden. Ook is het mogelijk de akku via een netlader (220 V) te laden.

PTT pers- en publiciteitsdienst, Postbus 30000, 2500 GA 's-Gravenhage (X260 M)

KALEIDOSKGGi

radio-aktiviteit wat is dat eigenlijk? De ramp in het Russische Tsjernobyl heeft iedereen weer goed wakker geschud. Dat radio-aktieve straling schadelijk is, weten we allemaal. Maar wat het precies is en hóe gevaarlijk, dat weet bijna geen mens. We gaan er hier eens wat nader op in. Alhoewel menigeen in verhitte diskussies over wel ot geen kernenergie zijn woordje weet te doen, blijkt dat velen weinig of niets weten van de fysische achtergronden van radio-aktieve straling. Er wordt door wetenschappers en semi-wetenschappers met moeilijke begrippen gegooid, als rem, rad, dosis, somatische en mutagene schade, enz., maar voor de meesten is dat niet meer dan abrac a d a b r a . Daarom leek het ons nuttig om eens iets meer te vertellen over de verschillende soorten straling en een uitleg te geven van enkele bekend klinkende termen. Te zijner tijd hopen we gelegenheid te vinden om deze fysische informatie in Elex a a n te vullen met een stukje praktische elektronica, in de vorm van een zelfbouw-stralingsmeter.

Natuurlijke

straling

Misschien herinnert u zich uit de scheikundelessen nog wel iets van het periodieke systeem van Mendelejev, waarin alle tot nu toe bekende elementen volgens atoomgewicht zijn gerangschikt. Ook zal daarbij iets gezegd zijn over zogenaamde isoto-

elektrisch veld-

U238

pen. Een isotoop van een element heeft wel de typische chemische eigenschappen ervan, maar afwijkende fysische eigenschappen en een ander atoomgewicht. Een isotoop ontstaat wanneer een instabiel element vervalt tot een stabiele vorm. Hierbij komt energie in de vorm van straling vrij. Zo kan

X264M-1

uranium 238 vervallen tot het isotoop lood. Uranium behoort tot de elementen die uit zichzelf vervallen, waarbij de zogenaamde natuurlijke radio-aktieve, ioniserende straling vrijkomt. Wanneer deze straling op een materie terecht komt, ontstaan er ionen (elektrisch positief of negatief geladen atomen

Figuur 1. Een radio-aktieve stof zendt drie soorten straling uit. Onder invloed van een elektrisch veld kunnen de uit deeltjes bestaande alfaen bètastralen (o en fl) afgebogen worden.

elex -

6-37

KALEDOSKGGI of molekulen). Deze ionen reageren anders op hun omgeving dan d e neutrale atomen of molekulen. Men onderscheidt ionenstraling in drie soorten: alfa-, bèta- en gammastraling. Alfastralen bestaan uit positief geladen heliumkernen, die elk twee protonen en twee neutronen bevatten (massagetal 4; vier maal zwaarder dan een waterstofatoom). Door hun sterk ioniserende werking is d e stralingswijdte van de alfadeeltjes gering; in lucht reiken zij slechts enkele centimeters ver en dringen maar een paar honderdste millimeter in organische weefsels door. Bètastralen bestaan uit elektronen (negatief geladen deeltjes). Met bijna de snelheid van het licht verlaten zij de vervallende atomen. Bètadeeltjes kunnen zelfs een paar meter in lucht en ongeveer 8 mm in organisch weefsel doordringen. Alfa- en bètastralen zijn, wanneer men er kortstondig aan blootgesteld wordt, niet zo erg gevaarlijk. Ze beschadigen hoogstens het huidoppervlak. Reeds enkele millimeters dikke aluminium- of kunststoffolie biedt voldoende bescherming. Gevaarlijker wordt het echter wanneer alfaof bètadeeltjes eenmaal in een lichaam gedrongen zijn — hier komen we nog o p terug. De derde soort straling is de gammastraling. Gammastralen zijn energierijke elektromagnetische (korte) golven en bevatten dus geen deeltjes. Ze dringen daarom gemakkelijker dan alfa- en bètastralen door materie heen. Minstens 15 cm dikke loden platen of meters dikke betonnen wanden bieden tegen gammastralen pas voldoende bescherming. Röntgenstralen zijn energie-arme gammastralen en hebben dezelfde eigenschappen als deze. ledere radio-aktieve stof 6-38 -

elex

Figuur 2. Een dosismeter van zakformaat. Hiermee kan de stralingsdosis gemeten worden, maaraan personen gedurende een bepaalde tijd blootgesteld zijn.

kent een zogenaamde halveringstijd. In deze tijd is de helft van de atomen van een element tot isotopen vervallen. De halveringstijd van bijvoorbeeld plutonium, een produkt van snelle kweekreaktors, bedraagt 24.000 jaar; we zitten er dus nog enige honderdduizenden jaren mee opgescheept. Natuurlijke radio-aktiviteit komt uit het heelal (kosmische straling) en uit stoffen die zich in de aarde, in het water en in d e lucht (terrestrische straling) bevinden. Via dierlijk en plantaardig voedsel komen radio-aktieve stoffen in het menselijk lichaam terecht (inkorporatie). De kumulatie (samenvoeging) van de effekten die de alfa- en bètadeeltjes op ons lichaam uitoefenen, heeft een blijvende wijziging van de organische cellen tot gevolg, waarvan oa. de gevreesde kanker en mutagene schade (verandering in de genetische opbouw) de gevolgen kunnen zijn.

Figuur 3. Een industriële geiger muller teller. Dit apparaat duidt de aanwezigheid van radio-aktiviteit aan.

Kunstmatige radio-aktiviteit Radio-aktiviteit kan ook kunstmatig verkregen worden. Reeds voor men d e kunst verstond om atomen te splitsen, waren d e gevaren van de daardoor vrijkomende straling bekend. Vooral wat betreft d e uitwerking van röntgenstraling bestond toen al een ruime dokumentatie over wetenschappelijke onderzoekingen, waarin steeds gewaarschuwd werd voor de kankerverwekkende eigenschap. Uit deze dokumentatie blijkt tevens dat er geen grenzen a a n te geven zijn wanneer en bij welke stralingsdosis geen gevaar te duchten is. Zelfs d e uitermate geringe hoeveelheid radioaktiviteit, die onze televisietoestellen (vooral kleuren-TV's) uitzenden, m a g niet gezond ge-

noemd worden. Vandaar dat er toch normen zijn opgesteld waarin men de "toegestane", niet al te gevaarlijke stralingsdosis heeft proberen vast te leggen. Men kan o.a. meten met een zogenaamde geiger(müller)-teller. Zo'n instrument is alleen geschikt voor het grovere werk; de van een kerncentrale afkomstige radio-aktieve straling kan hiermee nauwelijks vastgesteld worden. Er zijn echter andere meetmethoden ontwikkeld waardoor ook zwakkere intensiteiten gemeten kunnen worden.

Stralingsdosis en uitwerking Een aantal begrippen die in verband met radio-

aktieve straling gebezigd worden, zijn weliswaar als Sl-eenheden niet meer toegestaan, maar worden toch nog steeds gebruikt. Een voorbeeld daarvan is de "röntgen", uitgedrukt in r of R. Deze eenheid geeft a a n dat gammastralen (waaronder ook röntgenstralen) in een c m 3 lucht .1,61 -1012 ionenparen vrijmaken. Dat komt overeen met een lading van 2,58-10- 7 As (ampèresekonde = coulomb) in een gram lucht. De energie die deze lading vertegenwoordigt, bedraagt 8,38-10- 4 Ws (watt-sekonde = joule). Om de uitwerking van gammastralen o p materie te kunnen uitdrukken, heeft men d e eenheid "rad" ingevoerd. Een rad is gelijk aan de uitwerking

I >^ VI Ê

/(ALL'DOSKOOP

van 1 röntgen op 1 gram materie. Deze eenheid zegt echter nog niets over de uitwerking op levende wezens. Hiervoor is de eenheid "rem" bedoeld, waarmee de uitwerking op mensen aangegeven wordt van 1 röntgen, vermenigvuldigd met een kwaliteitsfaktor. Deze kwaliteitsfaktor geeft a a n hoeveel maal groter de uitwerking van een bepaalde straling is in vergelijking met die van g a m m a stralen. Bètastralen hebben ongeveer dezelfde uitwerking op het menselijk lichaam als gammastra-

len (bij gelijke hoeveelheid stralingsenergie); d e kwaliteitsfaktor voor bètastralen bedraagt dus 1. Alfastralen en snelle neutronen hebben een 10 tot 20 maal grotere uitwerking d a n gammastralen (bij gelijke hoeveelheid fysische energie); de kwaliteitsfaktor ligt dan ook tussen 10 en 20. Tegenwoordig drukt men de uitwerking van straling op het menselijk lichaam uit in de meer praktische eenheid "mrem" (milli-rem) en spreekt men van "stralingsdosis". De stralingsdosis per jaar noemt men

te grove maat geworden, vandaar dat men tegenwoordig de stralingsdosis in milli-rem uitdrukt. Uit voorgaand stukje geschiedenis blijkt wel duidelijk dat er in feite geen toelaatbare dosis aangegeven kan worden. En we zullen toch met een empirisch vastgestelde en technologisch gebonden grens genoegen moeten nemen, willen we gebruik blijven maken van de mogelijkheden die ons door radio-aktiviteit geboden worden. Ook al is deze grens nog zo veilig gesteld, we zitten toch nog steeds met een natuurlijke straling, waarvan de jaardosis momenteel zo'n 125 mrem bedraagt; en we kunnen toch moeilijk allemaal een loden pak aantrekken. Radio-aktieve straling kan zowel somatische als genetische schade aan ons lichaam toebrengen. Somatische schade uit zich na korte of lange tijd in b e p a a l d e lichamelijke ziekten of heeft zelfs de d o o d tot gevolg. Van genetische schade merken wij niets, maar onze nakomelingen wel. Door beschadiging van erfelijkheidsdragers (genen) kunnen bij nakomelingen zowel psychische als somatische gebreken ontstaan.

"jaardosis". De overstap van rem naar mrem heeft de volgende oorzaak: In 1902 hield men de maximaal toegestane dosis op 2500 rem. In 1920 bracht men daar verandering in door de grens naar 100 rem te verleggen. Met schade en schande werd men wijzer; de toelaatbare stralingsdosis werd alsmaar kleiner. In 1931 was het nog 50 rem, in 1936 25 rem, in 1948 15 rem, in 1956 5 rem, in 1959 0,17 rem en in 1973 bleef er nog "slechts" 0,15 rem over. De eenheid rem is in de loop der jaren dus een

Over de mogelijke gevolgen van radio-aktieve straling zijn heel wat onderzoekingen verricht. Degenen die zich wat meer in deze materie willen verdiepen, verwijzen wij d a n ook naar bestaande literatuur hierover, die momenteel zeker uitgebreid genoemd m a g worden.

elex -

6-39

mobiele halogeen film zon

licht uit — spot aan Voor alledaagse toepassingen, zoals het vinden van de weg in het donker of het indraaien van een zekering wanneer het licht is uitgevallen, is een doodgewone zaklamp voldoende. Mensen die hogere eisen stellen, gebruiken in plaats van deze gewone zaklamp staaflantaarns met enorme reflektors en een dito voorraad batterijen. Voor het maken van film- of videoopnamen schieten zelfs deze krachtige lantaarns echter te kort. Dan moet het stopkontakt te hulp worden geroepen, want een flinke lamp verbruikt nu eenmaal behoorlijk wat stroom (die helaas voor een groot deel in warmte verstookt wordt). Het a a n b o d van zogehe6-40 - el ex

ten filmzonnen is bijzonder groot en kwaliteit en prijzen lopen nogal uiteen. Eén nadeel hebben ze echter alle gemeen en dat is de alom bekende (en beruchte) kabel naar het stopkontakt. Het zal echt niet d e eerste keer zijn dat tijdens opnamen o p een feestje, de hele film- of video-installatie tegen de grond gaat, omdat "tante Truus" even struikelde over de kabel van de filmzon. Uit eigen ervaring kunnen wij mededelen dat bij de eigenaar van d e kamera d e feestvreugde dan snel over is! Gelukkig bieden de zegeningen van de moderne techniek voldoende mogelijkheden om dit probleem te omzeilen en die

hinderlijke kabel naar het stopkontakt te vermijden. De oplossing is om simpelweg akku's te gebruiken in kombinatie met een halogeenlamp! Voor dit projekt heeft men geen elektronische komponenten of een print nodig; een bijzonder ontwerp dus, waarbij het voornamelijk aankomt op de mechanische konstruktie van d e behuizing.

De

stroombron

Bladert men d e katalogi door van de meeste postorderbedrijven in elektron ica-komponenten, dan blijkt dat het a a n b o d van akku's tegenwoordig bijna onoverzienbaar is. Er zijn lood- en nicad-akku's

F/guur 1. De reflektorkleppen aan de behuizing (in insiderskringen ook wel "barndoors "genoemd) geven de indruk van een professioneel design. Het akku-kastje kan aan een riem om het middel worden gedragen: praktisch en modieus! Dit soort "akkugordels" is overigens ook verkrijgbaar in de vakhandel. Helaas zijn echter de prijzen van dien aard, dat u ongetwijfeld zelfbouw zult prefereren. De kabel tussen de behuizing en de lamp moet van voldoende diameter zijn. Ook de schakelaar moet geschikt zijn voor de optredende stromen.

Figuur 2. Van een schakeling kan men bij dit eenvoudig schema eigenlijk niet meer spreken. Drie in serie geschakelde lood-akku's, een twee polige schakelaar, een zekering en een halogeenlamp: Dit zou zelfs een beginnende hobbyist geen problemen mogen opleveren. De technische gegevens zijn te vinden in de onderdelen/ijst. Figuur 3. Ook een prima idee: De akku's worden verdeeld over een "power-gordel". Deze levert 12 volt bij een kapaciteit van 7,7 Ah.

van verschillende formaten en vermogens met spanningen tussen 2 en 12 volt (of nog hoger). Naast de spanning is d e ampère-uur-waarde een belangrijk kriterium voor het vermogen van een "oplaadbare batterij". Deze waarde geeft namelijk a a n hoe lang een akku een b e p a a l d e stroom kan leveren. Een voorbeeld: Een akku van 1 Ah kan een uur lang een stroom leveren van 1 A. Bij een stroom van 100 mA neemt de "levensduur" toe met een faktor 10, omdat 10 uur maal 0,1 ampère weer resulteert in 1 ampère maal uur of 1 Ah.

Wil men de stroom echter naar believen verhogen, kent ook deze berekening haar beperkingen. Het is bijvoorbeeld onmogelijk om in ons voorbeeld een stroom van 1000 ampère a a n de akku te onttrekken gedurende 3,6 sekonden (een duizendste uur). Moderne akku's zijn echter dusdanig robuust, dat zelfs in het geval van een kortsluiting gedurende enkele minuten nog een stroom vloeit die aanzienlijk hoger is dan de aangegeven uurwaarde (in het voorbeeld dus 1 A). Voor onze halogeenlamp is het niet van b e l a n g wat voor akku men gebruikt. Door verschillende akku's

WÊÊ

i

in serie- of parallel te schakelen, kan men elke gewenste spanning of Ahwaarde zelf samenstellen. Het zal iedere Elex-lezer ongetwijfeld bekend zijn dat de spanningen van afzonderlijke akku's en batterijen opgeteld kunnen worden door deze in serie te schakelen. De stroom die ter beschikking staat, wordt hierdoor echter niet groter. Voor ons ontwerp hebben wij een serieschakeling in gedachten van drie akku's, met ieder een spanning van 2 volt en een kapaciteit van 5 Ah (in totaal dus 6 V en 5 Ah). Op d e foto kan men zien dat wij voor het inbouwen

van de akku's gebruik hebben gemaakt van een eenvoudige kunststof kastje. Per stuk kosten de akku's zo'n 30 gulden. Hoewel het kastje met 50 x 105 x 105 mm niet echt klein te noemen is, blijkt het in de praktijk nauwelijks de bewegingsvrijheid te beperken, als het aan een riem om het middel gedragen wordt. Erg belangrijk voor onze mobiele filmzon is een stabiele en goed passende stekerverbinding voor de aansluiting van de lamp. Om ervoor te zorgen dat de akku's in de behuizing niet kunnen verschuiven, is het aan te bevelen de overgebleven ruimte op te vullen

WÊËÊÈÈÈÈÈÈÊÈÈÊÈÈ

f^: '

f«^S*f

él elex -

6-41

met schuimrubber of piepschuim.

De lichtbron Voor mensen met een auto zijn ze allang een begrip — halogeenlampen die ten opzichte van konventionele lampen een hoger rendement hebben. De oorzaak hiervan ligt in het feit dat deze lampen gevuld zijn met joodgas waardoor de withete gloeidraad niet al te snel doorbrandt. Naast chloor, fluor, broom en astaat, behoort jood tot de groep van de halogenen. De elementen uit deze groep onderscheiden zich door b e p a a l d e chemische eigenschappen — vandaar d e naam. In ons prototype hebben wij gebruik gemaakt van een extreem platte, lensvormige schijnwerper van General Elektric. Gloeidraad, reflektor en diffusor vormen hierbij een geheel. De technische gegevens zijn opgenomen in de onderdelenlijst. Van dit soort schijnwerpers bestaan vele varianten waarvan de hoek van uitstraling (uittreding) verschillend is, afhankelijk van de soort toeassing. Meestal moet bij film- of

video-opnamen een zo breed mogelijk veld helder verlicht worden. Voor opnamen in bijvoorbeeld een grot, is een gebundelde straal aan te bevelen. Verder is het verstandig om bij video-opnamen nooit gebruik te maken van een lamp met geribbeld glas, omdat het patroon ervan te zien is als schaduwen op de gezichten van de hoofdrolspelers.

De behuizing Een stevige handgreep is hier al net zo belangrijk als een afdoende toevoer van lucht voor de koeling van de lamp. Het gebruik van vuurvast materiaal is een absolute "must" dus metaal in plaats van hout entof plastic! Afgezien van deze restrikties, staat het u vrij uw film- of videozon die vorm te geven die u het beste uitkomt. Misschien is de professionele "studio-look" van ons prototype wel een goed idee.

Het laden van de akku's. . .

•••Bil

mm? mm* elex

onderdelenlijst: akku's B1,B2,B3 = 2-volt-lood-akku 5 A h , bijv.: HPS 250 van HAGEN lamp La = 6 volt/20 watt halogeenlamp, bijv.: H 7554 van General Electric. Hoek van uitstraling 30° hor./20° vert. De lamp is in deze uitvoering ook verkrijgbaar met andere hoeken van uitstraling. diversen: 1 behuizing voor de akku's 1 tweepolige schakelaar 1 verbindingsstekersysteem met flexibele kabel geschatte kosten voor lamp en akku's ongeveer f 150,

. . . is een nogal "delikaat" onderwerp. Houdt

M

6-42 -

men zich tijdens het laden namelijk niet a a n de voorschriften, dan is het mogelijk dat de akku's onherstelbaar beschadigd worden. Voor lood-akku's geldt in principe het volgende: Per akku (bij serieschakeling) m a g de laadspanning van 2,3 volt niet worden overschreden. De akku zoekt daarbij zelf zijn laadstroom, die afneemt naarmate de tijd verstrijkt. Men hoeft daarom bij lood-akku's niet b a n g te zijn voor een overschrijding van de laadtijd. Voor ons ontwerp bedraagt de laadspanning 6,9 volt. Voor nicad-akku's liggen de zaken iets anders: In dit geval moet de stroom vast ingesteld worden. In principe geldt de volgende regel: maximale laadstroom = een tiende van de Ah-waarde. Daarbij moet de laadtijd begrensd worden. De informatie hierover kunt u het beste nalezen in de beschrijving van uw laada p p a r a a t of die van uw akku's. Veel katalogi geven naast een beschrijving van de akku's, tevens uitvoerige informatie over het laden.

Voor het zelf ontwerpen van print-layouts maakt men normaliter gebruik van smalle plastic plakstrookjes en soldeeroogjes, die o p doorzichtige folie geplakt worden. Dit zwarte, lichtdichte plak- of afwrijfmateriaal is in nogal wat variaties verkrijgbaar in de vakhandel. Wie dit spul echter slechts zelden en in kleine hoeveelheden nodig heeft, die kan d e "printbanen" ook zelf maken met behulp van een eenvoudig stukje gereedschap. Men neme. . .een kurk van een wijnfles waarin vlak naast elkaar twee halve scheermesjes worden geklemd. Om ervoor te zorgen dat de onderlinge

afstand klopt en men zich niet in de vingers snijdt bij het aanbrengen van d e mesjes, worden er vooraf met een scherp mes twee evenwijdige sneden in de kurk gemaakt. De beide helften van het scheermes moeten precies even ver uit d e kurk steken. Met dit dubbele mes kunnen heel gemakkelijk (print-)banen uit zwarte folie worden gesneden. Soldeeroogjes maakt men door ze uit de folie te ponsen met een gewone perforator. Wanneer men het mes niet gebruikt, is het verstandig om de scheermesjes met een tweede kurk te bedekken.

IC info de venster-komparator TCA965 Het IC TCA965 kan worden gebruikt voor alle toepassingen, waarbij het er om gaat de hoogte van een (meet)spanning die binnen bepaalde grenzen kan variëren onder kontrole te houden. Dus in schakelingen die bijvoorbeeld in een akwarium de temperatuur regelen of die de spanning van een akku in de gaten houden. Ook deze keer hebben wij voor d e IC-info een geïntegreerde schakeling gekozen, die al vele jaren tot de gangbare komponenten behoort. Toch is de TCA965 bij de meeste elektronica-hobbyisten lang niet zo bekend als de spanningsregelaar 723, die we in de vorige aflevering beschreven. Waarschijnlijk ligt dat aan het feit dat de benaming "vensterkomparator" de meeste mensen o p het eerste gezicht niet zo erg veel zegt. Het woord "venster" in de naam verwijst naar een spanningsvenster, dat is

een spanningsbereik dat niet onder- of overschreden m a g worden. Een eenvoudig voorbeeld: als de spanning van een auto-akku lager wordt dan 11,5 volt, d a n is de akku vrijwel ontladen. Wordt de spanning hoger dan 14,4 volt, dan is het gevaar voor overlading groot. Een kontroleschakeling voor die akku zal dus een spanningsvenster in de gaten moeten houden, dat loopt van 11,5 tot 14,4 volt. Ligt de spanning binnen dat venster, dan is alles in orde; zo niet, dan moet er alarm geslagen worden. Met behulp van

een TCA965 kan dat probleem uitstekend worden opgelost. Het IC registreert niet alleen of de meetspanning binnen of buiten het ingestelde venster ligt, het geeft ook a a n of er sprake is van over- dan wel van onderschrijding.

Inwendig In figuur 1 zien we een blokschema van het inwendige van het IC. Links zijn vier ingangen te zien. Bij de spanning "venstermidden" wordt in het IC de spanning "halve vensterhoogte" opgeteld; de som van beide span-

ningen komt terecht op de inverterende ingang van de komparator K1. Aan de niet-inverterende ingang van K2 daarentegen ligt het verschil tussen de spanning "venstermidden" en de spanning "halve vensterhoogte". De ingangstrappen V1 een V2 doen bij dat optellen en aftrekken niet mee: ze verhogen alleen de ingangsimpedantie. Door deze g a n g van zaken wordt het mogelijk de afmetingen van het venster op twee manieren vast te leggen. Ten eerste kan men referentiespanningen, die gelijk zijn aan

1b

1a

onderkantvenster

- ° Inflibrt A

venstermidden

£-T4> -o InhibrtB

U, halve vensterhoogte .0, Ukc—

bovenkant venster

86658X-1a

Figuur 1, Het inwendige van de TCA965 en de aansluitvolgorde. Twee komparatoren "bekijken" of de ingangsspanning onder, boven of binnen de vastgestelde grenzen ligt.

elex — 6-43

de maximale en de minimale spanning, toevoeren a a n respektievelijk pen 7 (U7) en pen 6 (U6). De te kontroleren spanning komt dan a a n pen 8 (U8). Bij de tweede manier wordt aan pen 8 een referentiespanning gelegd, die overeenkomt met het midden van het spanningsvenster. Een andere referentiespanning, gelijk a a n de maximaal toegestane afwijking van dat venstermidden, komt aan pen 9 (U9). Als ingang fungeren dan, parallelgeschakeld, de pennen 6 en 7. De met d e letter "H" aangeduide blokken achter de komparatoren K1 en K2 zorgen voor de noodzakelijke hysteresis. Dat is een soort vertraging, die ervoor zorgt dat d e uitgangen van het IC niet in een snel tempo heen en weer blijven schakelen als de ingangsspanning precies op een van de vensterkanten ligt. De NOR-poort en de drie inverters leveren de uitgangssignalen "onder het venster" (pen 2), "boven het venster" (pen 14), "binnen het venster" (pen 13) en "buiten het venster" (pen 3). Een uitg a n g is logisch nul, als de desbetreffende bewering over de ingangsspanning waar is. Alle uitgangen kunnen stromen tot 50 mA verwerken, zodat bijvoorbeeld LED's en kleine relais direkt kunnen worden aangesloten. Verder is er in het IC nog een referentiespanningsbron geïntegreerd (rechts boven). Met behulp daarvan kunnen via spanningsdelers de referentiespanningen voor de ingangen worden gemaakt.

Tabel 1 Elektrische karakteristieken (Us = 10 V, Tu = 25°C) min. stroomopname (pin 13 en 2 " h o o g " ) ingangsstroom (pen 6, 7, 8) ingangsstroom (pen 9) ingangsnulspanning (pen 6/7, 7/8) ingangsspanningsbereik (pin 6, 7, 8)

Is

Ui

-20 1,5

ingangsspanningsbereik (pen 9)

Ui

50

U5

2,8 5,5

h 11 U10

referentiespanning (onbelast) gestabiliseerde spanning (zonder externe weerstanden bij Us 2 7,9 V) temperatuurkoëfficiënt van de referentiespanning spanningsafhankelijkheid van de referentiespanning sperstroom uitgangsverzadigingsspanning (la = 10 mA) hysteresis (vensterkanten) inhibit-drempel inhibit-stroom

Uw

typ.

max.

eenheid

5 20 -400 ±10

7 50 -3000 20 Us - 1,0

mA nA nA mV V

Us 2 3,2 6,5

mV

3,0 6 0,5 3

aUb

AUs AUs

14

22 1,5 -100

U4,8 14,12

„A

pen 2 onder

J

boven pen]4 _

1 1

pen13

,1 1

binnen

1

pen 3

1

: onderkant venster Ug : bovenkant venster

principeschakeling I

onderkant bovenkant ingangsvenster venster spanning u, =0

pen 3 "buiten"

U g : 0 Volt U i : aan pen 8

pen 13 "binnen"

De uitgangen aan pen 2 en 14 kunnen d.m.v. een "laag"-nivo

pen 14 "boven"

op de inhibit-ingangen op "hoog"-nivo gebracht worden.

uitgangen : pen 2 "onder"

2b

uitgangen

pen 2

D*

y

pen14

y

onder

Ui

•+V-

U,-U,

Ug : halve vensterbreedte U | : aan pen 6 en 7

pen 13

!

' ~

principeschakeling II

6-44 — elex

mV mV V

uitgangen

uitgangen : pen 2 "boven"

De figuren 2a en 2b geven in beknopte vorm nog eens alle informatie over de twee manieren, waarop dit IC kan worden gebruikt. Een praktische toepassing van de schakeling volgens figuur 2a vinden we in figuur 3: het is de reeds eerder besproken akkuspanningsbewa-

MA

10 200 30

UQL

Ug : venstermidden

Uitwendig

mV/K mV/K

IQH UHY

V V

binnen buiten pen 3

1 U»

fc

1 U,

U,'U,

U, --(/„•

onderkant bovenkant venster venster venstermidden

pen 3 "buiten" pen 13 "binnen"

De uitgangen aan pen 2 en 14 kunnen d.m.v. een "laag"-nivo

pen 14 "onder"

op de inhibit-ingangen op "hoog"-nivo gebracht worden.

ker. De van pen 10 afkomstige vaste referentiespanning gaat naar de instelpotmeters P1 en 92. Met P1 wordt de onderkant van het venster ingesteld (11,5 V), met P2 de bovenkant (14,4 V). Een groene

LED is aangesloten op de "binnen"-uitgang (pen 13). Zolang dus de akkuspanning binnen het ingestelde venster blijft, is die uitgang logisch nul, zodat er stroom door de LED kan lopen. Wordt de akku-

Figuur 2. De TCA965 kan op twee verschillende manieren worden gebruikt. Het "venster" wordt bepaald door de buitenste begrenzingen la) of door het venstermidden en de gewenste vensterhoogte (b).

spanning te hoog of te l a a g , d a n gaat de groene LED natuurlijk uit. Bij een te hoge spanning wordt pen 14 logisch nul, waardoor LED D2 gaat branden; is de spanning daarentegen te laag, dan wordt dat gesignaleerd door LED D3. Als deze schakeling wordt ingebouwd in een auto, moet er o p gelet worden dat de voeding voor de schakeling aangesloten wordt aan een spanningvoerende leiding achter het kontaktslot. Weliswaar gebruiken de schakeling en de LED niet veel stroom, maar een onnodige belasting van de akku kan toch beter worden vermeden.

Uitgangen

U1 principeschakeling I U I = U8 U8 < (U7 - U9) U8 > (U6 + U9) (U6 + U9) > U8 > (U7 - U9) U6 + U9. . .bovenkant venster U7 — U9. . .onderkant venster (U6 + U9) - (U7 - U9). .. . . .vensterhoogte

principeschakeling II U1 = U6/7 U6/7 > (U8 + U9) U6/7 < (U8 - U9) (U8 + U9) > U6/7 > (U8 U8. . .venstermidden

pen 2 14 13 3 L (H) H (H) H (L) L (H) x) H (H) L (H) H (L) L (H) xx) H H L H De waarden tussen haakjes gelden bij externe inhibitie via de aansluitingen 4 en 12 *) Inhibit-aansluiting 4 op 0 **) Inhibit-aansluiting 12 op 0

U9)

U9. . .halve vensterhoogte (t.o.v. massa)

Figuur 3. Schakeling van een akkuspanningsbewaker, voor de kontrole van de ladingstoestand van 12 V-loodakku's. Figuur 4. De Floramaat houdt de vochtigheidsgraad in de gaten van de grond in een plantenbak.

vergeleken, maakt het in de praktijk niet zoveel verschil. Ook hier zien we drie LED's: D5 (rood) geeft a a n dat de aarde te vochtig is, D7 (geel) brandt als de grond te droog is en D6 (groen) geeft a a n dat alles in orde is. Met de potmeter wordt de vochtigheidsbehoefte van de plant ingesteld; deze zal experimenteel moeten worden b e p a a l d . T1 dient als automatische aan/uitschakelaar: zodra de voeler uit de potgrond wordt verwijderd, is het IC stroom loos.

1 R J R5

R3

o

D1

r D1 D5

D2

1 t*.

—i PI r

R1

06

-1

T1

•"

.

T

1S1 TCA965

7

1

ii i

D4 = 1NM4S

07

6 1 r-

r

<

f

47yXl6V S 10

|

—* .

t,

1 B

R8

R6

) B C 5 60C

1

r

j R2f

- . P1

j

t.t'1

J ^

i

De schakeling van de "Floramaat" laat duidelijk zien, dat de TCA965 ook niet-elektrische grootheden zoals temperatuur, toerental, vloeistofnivo, snelheid, en verlichtingssterkte kan bewaken, als die omgezet worden in proportionele gelijkspanningen.

4

1

In het schema ligt de veranderlijke, van de voeler afkomstige spanning a a n pen 8 en de referentiespanning voor het venstermidden aan de pennen 6 en 7. Dat komt niet helemaal overeen met de schakeling van figuur 2b. Omdat het hier gaat om twee spanningen die met elkaar worden

logische funktie (waarheidstabel)

„er 1

In de schakeling van figuur 2b worden het venstermidden en d e halve vensterhoogte met behulp van referentiespanningen gedefinieerd, en dienen pen 6 en pen 7 samen als ingang. Een praktische toepassing van dit aansluitschema zien we in figuur 4. Het is een, eigenlijk onmisbaar, hulpmiddel voor iedereen die van planten en bloemen houdt. De echte liefhebber op dit gebied weet wel, dat het vrijwel onmogelijk is om op het oog de vochtigheidsgraad van de aarde in een plantenbak te bepalen. Aan de oppervlakte is de verdamp i n g immers veel groter d a n binnenin. Deze "Floramaat" is voorzien van een voeler met vooraan twee elektroden, die in de aarde wordt gestoken. Door de aarde loopt dan een kleine stroom, geleverd door de konstante stroombron T2. De weerstand tussen de elektroden, en d a a r m e e ook de spanningsvol erover, is een maat voor de vochtigheidsgraad.

Tabel 2

03

9 v

1

oc

"=

m

'T- 1 uTk C2 R7 10n

£

T

^

F 10

r

T

86658-4

elex — 6-45

kursus ontwerpen deel 2 0 (slot) Veel elektrotechnische gegevens worden uitgedrukt in dB. In deel 19 van deze kursus werd bijvoorbeeld de flanksteilheid van LC-filters aangegeven in dB per oktaaf. Wat is dat nu, het begrip dB? dB geeft een verhouding aan, vaak tussen twee vermogens. Een geluidsinstallatie versterkt bijvoorbeeld het uitgangsvermogen van 10 iMI van een mikrofoon tot een luidsprekervermogen van 10 W. De verhouding bedraagt dan: ^ L = 1000 000 = 60 dB 10 MW Waarom schrijven we in plaats van "60 dB" dan niet gewoon "1000000-voudig"? Omdat het in dB's gemakkelijker is! Veronderstellen we eens dat d e versterker bestaat uit drie trappen. De eerste trap, de mikrofoonvoorversterker, versterkt een faktor 31,62, de nageschakelde voorversterkertrap een faktor 1585 en de eindtrap een faktor 19,95.

1

D-

mikrofoonversterken

eindtrap 10W

-0t\

luidspreker

Vermenigvuldigt men deze drie getallen, dan is hef resultaat weliswaar 1 000 000, maar dat kon men vooraf niet vermoeden. De technicus is echter slimmer; hij zoekt het op in een dB-tabel (zie tabel 1) en vindt de waarden 15, 32 en 13 dB. Telt men deze waarden op, dan is het resultaat weer 60 dB. Het is dus veel eenvoudiger de dB-getallen bij elkaar o p te tellen d a n de versterkingsfaktoren met elkaar te vermenigvuldigen. We zullen ons rekenvoorbeeldje nog een beetje verder doorvoeren: In plaats van één willen we nu twee identieke eindtrappen aansluiten. Dit houdt dus een verdubbeling in van het uitgangsvermogen, van 10 naar 20 W.

eindtrap 10W

D—

rrrikroloonversterker

-*\

I I luidspreker

voortrap eindtrap

r-*1 J

•

I luidspreker

Een faktor 2 in vermogen komt volgens de tabel overeen met 3 dB, wat verbazingwekkend weinig is voor die extra 10 W. De verhouding tussen ingangs- en uitgangsvermogen is nu 63 dB (i.p.v. 2 000 000 ). Sluiten we nog twee eindtrappen extra aan, dan verdubbelt het uitgangsvermogen opnieuw, waardoor het totaal op 66 dB komt (63 + 3). De dB-berekening lijkt bij dit laatste voorbeeld tamelijk onrealistisch. Hoewel het vermogen nu met zo'n 20 W is toegenomen in plaats van met 10 W, is het dB-gefal wederom slechts toegenomen met 3. Het menselijke 6-46 — elex

gehoor ondergaat de geluidssterkten echter inderdaad, zoals zich de dB-getallen verhouden: Voor het oor is deze verhoging met 20 W dus echt identiek a a n de eerdere verhoging met 10 W. Om voor een derde maal een zelfde geluidstoename te bereiken, zijn nog eens 3 dB nodig; een verdere vermogensverdubbeling dus, oftewel 8 eindtrappen met samen 80 W. Het maakt trouwens geen verschil of het vermogen geleverd wordt door één of door meer eindtrappen. Uit dit voorbeeld wordt duidelijk dat het verschil tussen een 80-watt-eindtrap en een van 90 W tamelijk gering is (afgezien van de eventuele overbelasting van luidsprekers). Rekenkundig bedraagt het verschil ca. 12,5%, wat overeenkomt met een ver-1,125-voudiging. Volgens de tabel komt dat ongeveer overeen met 0,5 dB. Tot nu toe hebben we gerekend met versterkingen. Verzwakkingen komen echter in de elektronica minstens net zo vaak voor. Natuurlijk levert de 10-W-versterker uit ons voorbeeld niet kontinu 10 W. Nemen we eens aan dat de volumeregelaar in de voorversterker zó is ingesteld, dat er precies 1 W geleverd wordt (een tiende van het totale vermogen).

3 mik/ofoonversterker + 15dB

V

voortrap

eindtrap 10W

+32 dB

+ 13dB

•rfl luidspreker

•CU 85814X-3

-10dB

Een tiende is in de tabel niet te vinden. Bij vermogensverzwakkingen telt de faktor waarmee verzwakt wordt; hier dus tien. De vermogensverhouding 1 :10 komt volgens d e tabel overeen met 10 dB. Omdat we te maken hebben met een verzwakking, wordt dit getal eenvoudig negatief genomen, —10 dB. De dB-berekening in de versterker ziet er dus als volgt uit: 15 dB (mikrofoonvoorversterker) — 10 dB (potmeter voor geluidssterkte) + 32 dB (voorversterker) + 13 dB (eindtrap) = 50 dB. Tabel 1.

dB 0 0,5 1.0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5.0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 100

vermogensverhouding 1.000 1,122 1.259 1,413 1,585 1.778 1,995 2,239 2,512 2,818 3,162 3,981 5,012 6,310 7,943 10,00 12,59 15,85 19,95 25,12 31,62 39,81 50,12 63,10 79,43 100,0 1,000 10" 105 106 10' 10" 10» 1010

spannings verhouding 1.000 1,059 1,122 1,189 1,259 1,334 1,413 1,496 1,585 1,679 1,778 1,995 2,239 2,512 2,818 3,162 3,548 3,981 4,467 5,012 5,623 6,310 7,079 7,943 8,913 10,00 31,62 100.0 316,2 1000 3162 10" 3162 x 10" 105

De waarden van de tweede rij in de tabel, die voor spanningen, stijgen minder snel. Ook spanningsverhoudingen kan men uitdrukken in dB. In plaats van "de spanning wordt verdubbeld" kan men ook zeggen, dat ze toeneemt met 6 dB. Maar waarom nou met 6 dB en niet met 3 dB zoals het vermogen? Nemen we eens aan dat het gaat om de spanning over een weerstand. Wanneer de spanning verdubbelt, d a n verdubbelt ook de stroom. Hierdoor verviervoudigt het vermogen in de weerstand; het vermogen is immers het produkt van stroom en spanning. Een viervoudig vermogen komt overeen met 6 dB; dezelfde 6 dB van de dubbele spanning. Toch moet men hier mee oppassen. De spannings- en vermogens-dB's komen alleen dan met elkaar overeen, wanneer de weerstand waarover gemeten wordt in beide gevallen dezelfde is. Hier dan ook een voorbeeldje van hoe het echt mis kan gaan: Een ermittervolger versterkt zoals bekend de spanning niet, 0 dB dus. Kan dit soort schakelingen daarom geen vermogens versterken? Kennelijk toch. De ingangsweerstand is namelijk aanzienlijk hoger dan de uitgangsweerstand (een verschil ter grootte van de stroomversterkingsfakfor), zodat de uitgangsstroom vele malen groter is dan de ingangsstroom. De vermogensversterking van deze schakeling kan daardoor wel een faktor 400 bedragen, oftewel 26 dB. Omdat vermogens-dB's onafhankelijk zijn van weerstanden, geven dB's meestal vermogensverhoudingen weer. Overigens is een waarde van 400 in de tabel niet te vinden. Er moet dus een beetje gerekend worden: 400 = 4 • 100. Deze twee getallen zijn wel in de tabel vertegenwoordigd: 4 = 6 dB, 100 = 20 dB. Telt men deze twee op, is het resultaat 26 dB. Omgekeerd kan men ook dB-getallen die niet in de tabel staan, omrekenen door ze te ontbinden: 26 dB is 20 dB + 6 dB of 13 dB + 13 dB. De overeenkomstige versterkingsfaktoren worden vermenigvuldigd, dus 4 • 100 of 20 • 20. Aan veel dB-getallen valt niet te zien dat ze een verhouding uitdrukken tussen twee grootheden. In deze gevallen moet men zien uit te vinden welke de referentiegrootheid is. In deel 18 dook het begrip dB per oktaaf op als maat voor het afvallen ( of stijgen) van de flanken van (luidspreker-)filters. 6 dB per oktaaf wil hier zeggen, dat het signaal met de dubbele (of halve) frekwentie van het referentiesignaal 6 dB sterker is als dit referentiesignaal. Signaal en referentiesignaal zijn hier onderling verwisselbaar; ze worden gekenmerkt door de frekwentieafstand van een oktaaf. De konkrete waarden kan men willekeurig vaststellen (echter alleen op de flank!). Op de aan het filter aangesloten luidspreker is door de fabrikant (hopelijk) ook een dB-waarde aangegeven: de geluiddruk. De referentiegrootheid hiervan luidt als volgt: 20 fxNIm . Een geluiddruk van 90 dB (of dB(A)) wil zeggen dat de luidspreker onder testomstandigheden volgens b e p a a l d e normen (afstand 1 m, elektrisch ingangsvermogen 1 W) het 31 620-voudige opwekt van de gedefinieerde druk.

uilgangsvermogen ingangsvermogen

Bij een cassetterecorder wordt de dynamiek (de signaal- ruisverhouding) aangegeven in dB. Het gaat daarbij om de verhouding tussen het sterkste signaal dat de recorder zonder oversturing afgeven kan, en de zwakste toon die nog net niet in de ruis ten onder gaat. Tegenwoordig m a g men van een goed a p p a r a a t zo'n 60 dB verwachten. Bedraagt de maximale uitgangsspanning bijvoorbeeld 1 V, dan moet men rekenen op een duizendste daarvan aan ruis (1 mV; zie tabel). Eenvoudig "dB" schrijven achter de 60 is strikt genomen niet helemaal korrekt. Eigenlijk zou het dB(A) moeten zijn, omdat de dynamiek over het algemeen volgens een gewogen frekwentiekarakteristiek gemeten wordt. Aangezien ruis alle frekwenties bevat en het menselijke oor hoge en lage frekwenties slechter hoort dan de middenfrekwenties, worden de hoge en lage aandelen van de ruisbijdrage tijdens het testen weggefilterd volgens de zogenaamde gehoorkurve. Hierdoor wordt de het totale ruisnivo verminderd en verkrijgt men mooiere, maar ook realistischere dynamiekwaarden.

foon

W/m2

dfi l

1

130 | 120

/ n^ to-

/JON. 120

!

WO

2

WO 10~

90

90 80

to

-; .~r—

110

~«n

i

80

W4

74 ~~~~-~*^

/

1

10

H*7

to

70 60

60

W~6

50

50 40

40

W~8

30

11 [ 0

10

i ^ < _ ^

fS

1L

10

Tfff

10

r^^lw

20

10

^

o«) 10"

•

1

1

1 lllll

lOk

20k

-»f

HZ

krommen van gelijk luidheidsnivo (isolonen)

De letter achter "dB" is dus van belang. Vaak duidt deze de bijbehorende referentiegrootheid aan. Zo wordt in de antennetechniek met dB^ de verhouding aangegeven tot 1 y\l hoogfrekwentspanning over aansluitingen van 75 Q. Dat het opgeven van de weerstandswaarde erg belangrijk is, hebben we in het voorgaande al uitgelegd. Bij installaties van 50 of 60Q moet men ca. 1 dB optellen (omdat over een lage belastingssweerstand de stroom en daarmee het vermogen bij gelijke spanning hoger is). dBm wordt gebruikt om het vermogen in uit te drukken; referentie is 1 W over 600 Q. Door de "meegeleverde" referentiegrootheid zijn dB-getallen ook geschikt voor direkte spannings- en vermogensopgaven (in b e p a a l d e systemen). 60 dB^ komt overeen met 1 mV antennespanning (aan 75Q), 30 dBm komt overeen met 1W. Voor liefhebbers van wiskunde tot slot de formule, waarmee dB's worden berekend: voor spanningen: 20 Ig

voor vermogens: 20 Ig Po

4 kHz

8kHi

De met 0 aangegeven grootheden zijn de referentiegrootheden. einde elex -

6-47

n

n 11 ' i l

JÊA

•Ik

!•

I

KOMPGNENTlzN Weerstanden

Hoeveel o h m en hoeveel farad?

Meetwaarden

worden met R aangegeven. Door middel van gekleurde ringen is de waarde erop gedrukt. De kleurkode is als volgt:

Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels:

Soms zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aangegeven. Die meetwaarden dient men als richtwaarden op te vatten: de feitelijk gemeten spanningen en stromen mogen maximaal 10% van de richtwaarden afwijken. De metingen zijn verricht met een veel voorkomend type universeelmeter met een inwendige weerstand van 20 kQ/V.

1

1!

11 \

bruin

ie crjf er 2e 0 - cijfer 1

1

\ nullen

0

rood

2

2

00

3

3

000

geel

4

4

0000

groen

5

5

00 000

blauw

ft

ft

000000

violet

7

7

grijs

8

8

wit

9

9

-

goud

-

-

züver

tolerantie in%

-

oranje

zonder

k M G

j

V

zwart

M m

1

i

kleur

p n

I

xO.1

± l% ±2%

±0.5%

± 5%

xO.01

* 10%

-

± 20%

(J-H = =

0 9 0" B O"3 O3

-

oe o9

= = = =

een miljoenste van een miljoenste een miljardste een miljoenste een duizendste duizend miljoen miljard

Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma, maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: 3k9 = 3,9 kQ = 3900 Q 4^7 = 4,7/JF = 0 000 0047 F

oftewel potmeters worden met P aangegeven. Het zijn speciale weerstanden met een verstelbaar sleepkontakt. Met dat sleepkontakt wordt een deel van de spanning die over de hele potmeter-weerstand staat, afgetakt. Met een schroevedraaier instelbare, zogenaamde instelpots, kosten ongeveer twee kwartjes; echte potmeters (met een as) zijn te koop vanaf ongeveer f 1,50.

0

ingang uitgang massa

chassis aan nul

zijn kleine ladingreservoirs. Ze worden met C aangeduid. Aangezien ze wel wisselspanning maar geen gelijkspanning doorlaten, worden ze daarnaast ook gebruikt voor het transporteren van wisselspanning. De hoeveelheid lading die ze kunnen bevatten, oftewel de kapaciteit, wordt in farad (F) gemeten. De waarden van gewone kondensatoren (keramische en folie-kondensatoren) liggen tussen 1 pF en 1 IUF, dus tussen 1 1 F en F). De waarde is 1.000.000.000.000 1.000.000 op de kondensator vaak in de Elex-schrijfwijze aangegeven. Voorbeelden:

lichtnet aarde

draad (geleider)

verbindingen

f

=

1,5

nF;

M 03

=

0,03JJF

=

30

nF:

100

p

(of

n100 of n1l = 100 pF De werkspanning van gewone kondensatoren moet minstens 2 0 % hoger zijn dan de voedingsspanning van de schakeling. De prijs is afhankelijk van de kapaciteit en van het materiaal waaruit de kondensator is opgebouwd: f 0,40 tot f 1,50.

kruising zonder verbinding

-2-

(eiko's) hebben een heel hoge kapaciteit (ruwweg tussen 1f^F en 10.000^F1. Ze zijn echter wel gepolariseerd d.w.z. ze hebben een plus- en een minaansluiting, die niet verwisseld mogen worden. Bij tantaal-elko's (een heel klein type elko) is de plus altijd de langste van de twee aansluitdraden. De werkspanning van elektrolytische kondensatoren (eiko's) is in het schema en in de onderdelenlijst opgegeven. De prijs van eiko's hangt samen met de waarde en de spanning. Eentje van 10^F/35 V kost zo rond f 0,40.

-10-

afgeschermde kabel

schakelaar (open)

-X

Hh Elektrolytische kondensatoren

Potentiometers

Diverse tekensymbolen

Kondensatoren

1n5

Voorbeelden: bruin-rood-bruin-zilver: 120 Q 10% geel-violet-oranje-zilver: 47.000 Q = 47 kQ 10% (in Elex-schema's: 47 k) bruin-groen-groen-goud: 1.500.000 Q = 1,5 MQ 5% (in Elex-schema's: 1M5) In Elex-schakelingen worden uitsluitend weerstanden gebruikt uit de zogeheten E12-reeks met een tolerantie van 10% (of 5%). Tenzij anders aangegeven worden %-watt-weerstanden gebruikt. Ze kosten ongeveer een dubbeltje.

-- Ipico) =
drukknop (open)

-o

aansluiting (vast)

-?

aansluiting (losneembaar)

<SV

meetpunt

SHI

H3

gelijkspanningsbron (batterij, akku) lichtgevoelige weerstand

-l_/

n

Nrc

temperatuurgevoelige weerstand

koptelefoon

luidspreker

spoel

Variabele kondensatoren nstelpotmeter

Evenals bij weerstanden bestaan ook bij kondensatoren speciale instelbare uitvoeringen. Met een schroevedraaier instelbare " t r i m m e r s " kosten ca. f 1, — ; variabele kondensatoren met een as zijn te koop vanaf ongeveer f 2,50.

spoel met kern

transformator

relais (kontakt in ruststand) potentiometer (potmeter) draaispoel instrument gloeilamp neonlampje

stereopotmeter

6-48 - elex

variabele kondensator

zekering

'JL_£"

•n.

i

KOMPONENTEN Dioden

Transistors

Geïntegreerde schakelingen

aangeduid met D, zijn de eenvoudigste halfgeleiders en kunnen het beste worden vergeleken met elektronische éénrichtings-wegen of fietsventielen. Ze geleiden de stroom slechts in één richting. Draai je ze o m , dan sperren ze. In doorlaatrichting valt er over de aansluitingen van een siliciumdiode een spanning van ca. 0,6 V (drempelspanning). De aansluitingen heten kathode (streepje in symbool) en anode. De kathode is meestal op het huisje van de diode aangegeven door middel van een gekleurde ring, een punt of een inkeping. Zijn de aansluitingen onbekend, dan kan de diode m.b.v. een lampje en een batterij worden getest. Het lampje brandt alleen als de diode is aangesloten in de getekende richting.

zijn net als dioden en LED's halfgeleiders. Ze hebben drie aansluitingen: basis, emitter en koliektor. Er zijn NPN- en PNP-transistors. Bij NPN-transistors ligt de emitter altijd aan een negatievere spanning dan de koliektor, bij PN P-typen is dat precies andersom.

meestal afgekort tot "IC's", bestaan tegenwoordig in zoveel varianten, dat er nauwelijks iets in het algemeen over te zeggen valt. De meeste IC's zijn ondergebracht in een DIL-behuizing (dual-in-line): de bekende zwarte "kevertjes" met twee rijen pootjes. Vaak staan die pootjes trouwens iets te ver uit elkaar en moeten ze (voorzichtig!) wat worden bijgebogen, wil het IC in het voetje passen. Om vergissingen te voorkomen is pen 1 op het IC altijd gemerkt met een punt of een inkeping o.i.d.

0T—. " Ü '""""

NPN-transistor

Een kleine stroom die van basis naar emitter loopt, veroorzaakt een (veelt grotere stroom tussen koliektor en emitter. Daarom zeggen we dat de transistor de basisstroom "versterkt" (stroomversterking). Transistors zijn vandaag de dag de belangrijkste basiselementen in versterkerschakelingen.

£®~®-~

TV De belangrijkste technische gegevens van een diode zijn de sperspanning en de maximale stroom in doorlaatrichting. In Elex worden hoofdzakelijk twee typen gebruikt: 1N4148 (sperspanning 75 V, doorlaatstroom 75 mA), prijs ca. f 0,15. 7N4001 (sperspanning 50 V, doorlaatstroom 1 A l , prijs ca. f 0,25.

N R ^ M M - • ~ • *•*"- *"*»> '«—»

Zenerdiode

™

In onze schakelingen worden de typen BC 547 (NPN) en BC 557 (PNP) het vaakst gebruikt. Deze twee hebben dezelfde aansluitingen. In de meeste schakelingen kan men in plaats van de BC 547 en BC 557 ook andere typen gebruiken met ongeveer dezelfde eigenschappen: NPN: BC 548, BC 549, BC 107 (108, 109), BC 237

(238, 239) PNP: BC 558, BC 559, BC 177 (178, 179), BC 251 (252, 253). De prijs van al deze typen ligt rond f 0,40.

is een diode die in sperrichting boven een bepaalde spanning (de zenerspanning) niet meer spert. Deze diode slaat dus door zonder daarbij defekt te raken. De spanning die over de diode staat, blijft vrij konstant. Ze zijn verkrijgbaar voor verschillende spanningen (en vermogens). Prijs: vanaf f 0,25.

LED's (light emittïng diodes} zijn in een doorzichtige behuizing ondergebrachte dioden, die oplichten als er stroom door loopt. De spanning over deze dioden bedraagt geen 0,6 V, maar ligt afhankelijk van het type tussen 1,6 V en 2,4 V. De benodigde stroom bedraagt 15 a 25 mA. De kathode (streepje in symbool) herkent men aan het korte pootje. De goedkoopste LED's kosten zo ongeveer een kwartje.

=0 =€

'Ut

Speciale transistoren zijn bijvoorbeeld de fototransitor en de FET. De fototransistor kan opgevat worden als een fotodiode met versterker. De FET is een transistor die met een spanning (dus geen stroom) in geleiding gebracht kan worden. Zo als er bij een transistor NPN- en PNP-typen zijn, zo kennen we bij FET's N- en P-kanaal-typen.

Indien een voorgeschreven type halfgeleider niet voorhanden is kan heel vaak gebruik worden gemaakt van een gelijkwaardig (ekwivalent) type. Geïntegreerde schakelingen (IC's) zijn vaak door verschillende fabrikanten van een in details afwijkend type-nummer voorzien. In schema's en onderdelenlijsten wordt uitsluitend het gemeenschappelijke hoofdgedeelte van het type-nummer weergegeven. Een voorbeeld. De operationele versterker, type 741, komt in de volgende "gedaanten" voor: ^A 741, LM 741, MC 741, RM 741, SN 72741, enzovoorts. Elex-omschrijving: 741. Het verdient aanbeveling om IC's in IC-voeten te plaatsen (ze kunnen dan, indien nodig, makkelijk vervangen worden).

Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN, NEN). De schema's worden namelijk in vefe landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " & " , " > 1", " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar èn blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. Elex

MEru

operationele versterker (opamp)

TI

fototransistor (NPN) met en zonder basisaansluiting AND-poort (EN-poort)

Fotodiode is eigenlijk een omgekeerde LED; in plaats van licht te geven ontvangt deze diode licht en levert een lichtafhankelijke stroom. Prijs: vanaf ca. f 2,50.

44^ Kapaciteitsdiode is een diode die, in sperrichting aangesloten, zich als een kondensator gedraagt. De kapaciteit van de kondensator is afhankelijk van de spanning over de diode: een spanningsafhankelijke kondensator dus. Prijs: vanaf ca. f 1, - .

M --ëf: N-Kanaal J-FET

-NAND-poort (NEN-poort)

P-kanaal J-FET

Andere aktieve k o m p o n e n t e n

J »t \S—

zijn o.a. de thyristor, de diac en de triac. De thyristor is een diode die met een stuurstroom (gatestroom) in geleiding gebracht kan worden. De triac werkt als een thyristor, maar dan voor wisselstroom. De diac spert in beide richtingen maar komt boven een bepaalde spanning volledig in geleiding.

OR-poort (OF-poort)

j y ^ S o — NOR-poort (NOF-poortl

i

thyristor

'+

—

I

j ] - jS-EXOR-poort (EX-OF-poort) I

^K^

'

b—

"

I

"jfe -\TT7V_ triac

—ft.

.1/^

EXNOR-poort (EX-NOF-poortl

! " ^ " L I

J

elex -

6-49