ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1986-37 issue september [PDF]

Zitiervorschau

nr. 37 september 1986 f 4,75 Bfrs. 98

licht aan — licht uit toevalsgestuurde verlichtingsautomaat

zeepdoosradio

zonnezaklantaarn milieuvriendelijk en goedkoop

met MOSFET

paraboolmikrofoon akoestische verrekijker

telefoonhulpje handige extra bel

ELEX JHBIHHniMHfaHHHrauHÉH^HIH

4 e jaargang nr. 9 september 1986 ISSN 0167-7349 Uitgave van: Elektuur B.V., Peter Treckpoelstr. 2-4, Beek (L) Telefoon: 04402-89444, Telex 56617 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 (L) Elex/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.

% J ü:»* 5 v *'

* v C "«, s; e » * v,: *i !* * i, ü :'< ïi .*: !* .

/2lC4

/2 556 01

/2556 02 /\j\BC 5 BC547B

T" C3

^

12V

-**-v^-©

|

"F C4

C5

C6l

Hém

ö

c±3

^p10n

a«l|'

HB470M ^ P

i T T^T

mm

16V

1 1

T

N1...N4 = IC1-4030 Dl, D2 =1N4001

*h

instelling bedrijfsduur

^

mm

12V

—Oh

0

£3

16V

©

12 11 9 6 5 4 3 A B C D El F G 0 0 01 0 2 0 3 Q4 05 06

© IC3=4024

IC2=4015

|ïóc OOQ102Q3

02

QOQ1Q2 03

12V

H

I

J

K

L

M

N

O

D3,D4=1N4148

(^

elex — 9-21

dat bij het invallen van de duisternis de oscillator 01 en het schuifregister IC2 in werking treden. De schakeling rond IC2 werkt op dezelfde wijze als de toevalsgenerator die in het artikel "inbrekerverschrikker" van vorige m a a n d beschreven is: het gaat om een schuifregister waarvan twee uitg a n g e n via een EXORpoort naar d e ingang zijn teruggekoppeld. De klokfrekwentie voor IC2 wordt geleverd door de oscillator 01, die met een hoge frekwentie oscilleert (periodetijd 50 ms). In frakties van sekonden ontstaat hierdoor aan d e uitgangen van IC2 een toevallige kombinatie van enen en nullen, waarmee (via 8 relais) 8 verschillende belastingen ingeschakeld kunnen worden.

Enkele voorbeelden: de halverlichting, het buitenlicht boven d e huisdeur, d e TV-ontvanger, d e radio, d e leeslamp in d e huiskamer, enzovoort. Dankzij d e toevalsgenerator kan de start-kombinatie er o p de volgende d a g weer volled i g anders uitzien: nu wordt eerst het licht in de g a r a g e ingeschakeld, etc. Als het hierbij bleef, zou deze schakeling echter geen wezenlijke verbetering opleveren in vergelijking met een kant en klaar gekochte tijdschakelaar. Wat nog ontbreekt, is d e schijn van menselijke aktiviteit. Dit probleem wordt opgelost met behulp van de tweede oscillator 02, die a a n de toevalsgenerator een tweede klokfrekwentie levert (periodetijd 15 minuten). Het gevolg is, dat om

het kwartier een andere kombinatie van belastingen met het lichtnet wordt verbonden. Het licht in de hal g a a t uit, maar in de badkamer wordt het nu ingeschakeld; in een andere ruimte kan (bijvoorbeeld) alles blijven zoals het was, omdat het licht in die ruimte gestuurd wordt door een schuifregisteruitgang waarvan het logische nivo niet veranderd is. Rond middernacht komt a a n alle aktiviteiten een einde: licht uit in alle ruimtes! Dit wordt bereikt door middel van een lange tijden-schakelaar, die het lichtspel na enige uren onderbreekt: IC3! Dit IC is een binaire deler met zeven uitgangen (Q0. .Q6) die achtereenvolgens logisch " 1 " worden. Met behulp van een

d r a a d b r u g kiest men een van deze uitgangen (A. . . .G). Welke uitgang men kiest, hangt af van de gewenste bedrijfsduur: elke volgende uitgang geeft een verdubbeling van de tijd. Op deze wijze kan men d e schakeling programmeren voor tijden tot 24 uur en langer. Als de ingestelde tijd (bijvoorbeeld vanaf zonsond e r g a n g tot middernacht) verstreken is, gebeurt er niets meer: een resetimpuls zet de gehele schakeling o p stand-by, en deze toestand duurt tot d e volgende zonsonderg a n g . Bovendien moet de reset-impuls er voor zorgen, dat het gehele systeem weer de begintoestand aanneemt. Dit wordt bereikt met behulp van D2 en T1, die de reset van het schuifregister en

Tabel 1 Onderdelenlijst (twee drivertrappen)

stand

tijd (uren)

A B C D E F G

0,5 1 2 4 8 16 32

Figuur 1. Het schema van onze toeval-gestuurde verlichtingsautomaat ziet er op het eerste gezicht wat verwarrend uit. Daar staat echter tegenover, dat deze schakeling in een onbeheerd huis op realistische wijze de schijn van menselijke aanwezigheid wekt. Eerst wordt met behulp van IC2 en 01 een toevalskode opgewekt; deze bepaalt, welke belastingen worden ingeschakeld, en welke niet. Vervolgens verandert die kode om het kwartier. Het lichtspel is voorbij als (na verloop van uren) het gehele systeem gereset wordt (door een teller die men met behulp van een draadbrug kan programmeren). De volgende dag begint bij zonsondergang het hele spel opnieuw.

Tabel. De draadbrug aan de uitgang van IC3 bepaalt hoe lang de schakeling aktief blijft. 9-22 -

elex

R1 = LDR R2,R5 = 10 kQ R3,R8,R9 = 1 MQ R4 = 4,7 kS R6,R7,R10,R11,R12, R13 = 1 kQ C1.C4

@—m

=

1 /JF/16 V

C2 = 4,7 M F/16 V C3,C6 =» 10 nF C5 = 470f^F/16 V C7,C8,C9 = 100 nF T 1 , , , T 3 = BC547B D 1 . . . D 4 = 1N4148 IC1 = 4030 (EXOR-gates) IC2 = 4015 (dubbel-schuif register) IC3 = 4024 (binaire deler met zeven uitgangen) IC4 = 556 (dubbele timer) S1 = enkelpolige aan/uitschakelaar Re1,Re2 = relais 12 V, met 1 aan/uit-kontakt, spoel 80 mA max., schakelvermogen al naar gelang de belasting 1 Elex-standaardprint formaat 2 Voor elke extra driver-trap: R = 1 kQ, T = BC547B, D = 1N4148, Re = (zie boven) 12 V, etc. Kosten (zonder relais en voeding) ca. f 25,—

02 voor hun rekening nemen. De teller (IC3) wordt via pen 2 (R) gereset als d e nieuwe d a g aanbreekt: Dan wordt de LDR laagohmig, en o p pen 3 van de EXOR-poort N1 verschijnt een " 1 " . Overdag wordt het schuitregister (voor de zekerheid) via D1 voortdurend in de reset-toestand gehouden (pennen R1 en R2). Het vertragingsnetwerk R3/C1 heeft tot doel te verhinderen, dat na het inschakelen op alle uitgangen van het register nullen verschijnen. Door het vertragende effekt van het netwerk blijft, nadat 01 en IC2 geaktiveerd zijn, gedurende korte tijd een " 1 "

toongenerator met één transistor Voor het maken van een toongeneratorschakeling bestaan vele mogelijkheden. Deze mini-schakeling is de simpelste methode. Twee passieve komponenten die de toonhoogte bepalen, een transistor en een luidspreker vormen de totale schakeling. U zult waarschijnlijk denken dat deze schakeling nooit kan werken: De basis van d e transistor is niet aangesloten en de transistor zit verkeerd om in de schakeling. Toch is het schema goed. De schakeling werkt echt wel. Zoals we in de mini-schakeling van het februarinummer hebben laten zien, kan een transistor als zenerdiode geschakeld worden. Er zijn alleen een aantal verschillen. Bij een zener blijft de spanning over de diode konstant of wordt groter bij verhoging van de stroom. Bij de transistor daalt de zenerspanning bij verhoging van de stroom. Als we de schakelaar indrukken zal de elko geladen worden. Wanneer de spanning over de elko gelijk is geworden aan d e zenerspanning van de transistor, zal deze door-

aanwezig o p de uitgang van N2. Dit heeft tot gevolg dat de (ongewenste) konfiguratie van 8 nullen voorkomen wordt.

De

drivertrappen

De 8 uitgangen van het schuifregister zijn verbonden met de basis-aansluitingen van 8 drivertransistoren (waarvan er in het schema slechts twee getekend zijn). Andere typen d a n de genoemde kunnen ook worden toegepast, mits deze de stroom van de relais kunnen verdragen. Soms zal men met minder dan acht drivers al voldoende mogelijkhe-

slaan. Er g a a t dan een stroom door de luidspreker lopen. Door deze stroom daalt de zenerspanning. De spanning over de elko is nu groter dan de zenerspanning. De elko gaat zich gedeeltelijk ontladen. Door de transistor loopt nu een stroom die d e som is van de stroom door de weerstand en de ontlaadstroom van de elko. De zenerspanning zal nog iets dalen. Wanneer de elkospanning gelijk is geworden a a n deze lagere zenerspanning, zal de elko zich niet verder ontladen. Er zal dus een kleinere stroom door de transistor g a a n lopen. Bij deze stroom hoort een hogere zenerspanning. Omdat nu de spanning over de transistor (= elko-spanning) lager is d a n d e zenerspanning, zal de transistor sperren. Er loopt dus geen stroom meer door de luidspreker. Via de weerstand zal d e elko weer geladen worden tot de elko-spanning weer gelijk geworden is aan de zenerspanning. De transistor gaat opnieuw geleiden en het hele verhaal zal zich herhalen. Door de luidspreker gaat een pulserende stroom lopen. De frekwentie van deze pulserende stroom is afhankelijk van de laad-

den hebben; in dat geval kunnen de drivertrappen die niet nodig zijn worden weggelaten. Elke trap bestaat uit de volgende onderdelen: basisweerstand (R12), transistor (T2), vrijloopdiode (D3) en relais (Re1). De relaiskontakten moeten berekend zijn op het te schakelen vermogen. Wie een miniatuur-relais toepast voor het schakelen van meerdere 100 wattgloeilampen, hoeft zich niet te verbazen als na korte tijd de kontakten verbrand zijn. De relais-spoelen moeten elk voorzien worden van een vrijloopdiode. Verder spreekt het vanzelf dat

men d e schakeling inbouwt in een passende behuizing, en d e 220 Vbedrading o p degelijke wijze uitvoert. Het gebruiik van een netvoeding ligt voor d e hand, want tijdens de vakanties zal deze schakeling gedurende meerdere weken in bedrijf zijn. Het stroomverbruik van de schakeling wordt in hoofdzaak b e p a a l d door de relais-spoelen. Houd er rekening mee, dat d e relais alle 8 tegelijk in aktie kunnen komen; daarom moet de voeding minstens 1 ampère kunnen leveren.

tijd van de kondensator. Deze tijd wordt b e p a a l d door de weerstand en de kondensator. Hoe groter d e waarden, hoe lager de frekwentie. Met 1 kQ en 10 \iï is de frekwentie ongeveer 100 Hz. De schakeling kan bijvoorbeeld als morse-generator gebruikt worden. Ook als deurbel is de schakeling bruikbaar. De voeding kan

dan gemaakt worden door de spanning van de beltrafo gelijk te richten. Het stroomverbruik is laag. De schakeling is door ons uitgebreid met drie schakelaars, waardoor ieder gezinslid zijn eigen toontje heeft. Bij indrukken van alle schakelaars krijgen we een hoge toon, de algemene familietoon.

m

_£L£

4^

12V

©-

i

fa 10|i 16V

®-

BC546A BC546B BC547A BC547B o.i.d.

Si'

1N4001

O-M-

BC546A BC546B BC547A BC547B ai.d

8 W

O elex — 9-23

experimenteer-systeem

sinusgenerator ledere wisselspanning heeft een b e p a a l d e golfvorm, die je op een oscilloskoop zichtbaar kunt maken. Die vorm kan bijvoorbeeld een blok, een zaagtand of een driehoek zijn. Dat zijn echter geen "zuivere" trillingen: ze bestaan namelijk uit een grondtoon plus een flink aantal hogere harmonischen. Als je zo'n komplexe golfvorm uiteenrafelt, dan kom je tot de ontdekking, dat de "bouwstenen" ervan allemaal dezelfde vorm hebben: het zijn sinusvormige trillingen (figuur 2). Kennelijk is d e sinus d e meest elementaire en universele golfvorm. Van dit feit wordt in d e muziekelektronica een dankbaar gebruik gemaakt. FM-synthesizers bijvoorbeeld kunnen de meest krankzinnige geluiden produceren door het kombineren van een flink aantal sinusvormige trillingen met uiteenlopende 9-24 -

elex

frekwentie en amplitude. Voor het afregelen of doormeten van audioapparatuur hebben we vaak een ingangssignaal nodig van een b e p a a l d e frekwentie. Dat signaal moet vrij zijn van hogere harmonischen, omdat anders de meetresultaten erg moeilijk te interpreteren zijn. In zo'n geval moeten we dus een sinusgenerator gebruiken. Nu is het opwekken van een zuivere sinustrilling met een lage vervorming en een stabiele frekwentie en amplitude geen eenvoudige zaak.

Dat is a a n de prijs van een professionele generator d a n ook duidelijk te merken. De oplossing die wij hebben bedacht is een kompromis: voor een redelijke prijs een sinusgenerator die in de praktijk best zal voldoen.

Elektronen op zig-zag-koers Eigenlijk is de naam "sinusgenerator" niet helem a a l terecht: a a n d e uitg a n g verschijnt weliswaar een sinus, maar we g a a n

uit van een driehoekssignaal (figuur 1). De spanning daarvan stijgt lineair tot een b e p a a l d e waarde en neemt d a a r n a weer lineair af. Zo'n spanningsverloop is met een klein aantal komponenten betrekkelijk eenvoudig te realiseren; we komen daar straks nog o p terug. Maar hoe maken we nu van een driehoek een sinus? In d e figuren 1 en 2 zien we een duidelijke overeenkomst. Als we de scherpe kantjes van de driehoek wat zouden kunnen afronden, waren we

Figuur 1. Een wisselspanning, die rondom het nulpunt lineair toe- en weer afneemt, resulteert in een driehoekssignaal. De scherpe pieken in het signaal wijzen op de aanwezigheid van hogere harmonischen. Figuur 2. Een zuivere sinus heeft veel weg van een driehoekssignaal, alleen zijn de toppen mooi afgerond.

al een heel eind o p weg. Gelukkig is dat niet zo moeilijk; het enige dat we ervoor nodig hebben, zijn twee dioden. Figuur 3 verduidelijkt het principe. Tussen twee signaalleidingen is een diode geschakeld. Deze diode gaat pas geleiden als de spanning erover groter is d a n ongeveer 0,6 volt. Dat geleidend worden is geen kwestie van "alles of niets": er is een klein overgangsgebied. Je zou kunnen zeggen, dat een diode geleidelijk begint te geleiden. Een volkomen kortsluiting vormt de diode overigens nooit: hoe hoog de spanning ook wordt, er blijft altijd een restspanning van 0,6 volt over de diode bestaan. In figuur 4 zien we het spanningsverloop a a n de uitgang van de schakeling, als we de ingangsspanning opvoeren van 0 volt tot een waarde die boven de drempelspanning ligt. Er is

o-cn O

-1—n

Figuur 4. De spanningskarakteristiek van een diode in doorlaatrichting. Hier is duidelijk te zien, dat de spanningsdrempel in werkelijkheid een klein spanningsgebied is, waarin de diode langzamerhand in geleiding komt. Daardoor is de knik in de karakteristiek niet scherp, maar enigszins afgerond. Precies wat we nodig hebben dus. Figuur 5. Twee antiparallel geschakelde dioden zorgen ervoor, dat zowel de positieve als de negatieve toppen van het signaal van hun scherpe kantjes worden ontdaan.

O—Q3

0 O-

Q

Figuur 6. Het schema: de driehoeksspanning wordt opgewekt door een oscillator, die is opgebouwd uit twee OTA's. In plaats van twee dioden zijn er hier zes gebruikt. Door die trapsgewijs in te zetten wordt de vervorming (de afwijking van de ideale sinusvorm) nog kleiner.

-o

lij.

™* -15V/*

Figuur 3. Een siliciumdiode kan de scherpe toppen van een signaal afronden, als tenminste de signaalspanning iets groter is dan de drempelspanning van de diode.

©

©

•>-220n

©

©

= 220n

1

1

IC1=0TA1,0TA2 =13600 IC2=A1, A2,A3 = 3 / 4 TL084

1

0

f TT f RU )"a

—I 5551—1> -15V

-0

4

• el ex - 9-25

Onderdelenlijst R1.R2 = 470 Q R3 = 47 kQ R4 = 33 kQ R5.R6 = 10 kQ R7 = 560 Q R8 = 220 Q R9,R10 = 46,4 kQ 1 % (47 kQ) R11.R12 = 41,2 kQ 1 % (39 kQ + 2,2 kQ) R13.R14 = 165 Q 1 % (150 Q + 15 Q) R15 = 680 Q R16 = 390 Q R17 = 4,7 Q R18 = 470 Q P1 = 5 kQ

cXaü

o .nnnnnnnn O JIUOOOOCK» QR1B P O n s c O-O OIRB IQ

P2 = instelpotmeter 25 kQ P3 = instelpotmeter 100 kQ C1 = 470 nF C2 = 47 nF C3 = 4,7 nF C4 = 470 pF C5.C6 = 220 nF D 1 . . .D6 = 1N4148 IC1 = LM 13600 IC2 = TL 084

J

onnnoflo.

7 T T Ti TEH.

clBnaJool4oo-MfOOlaia-P ts30>o4^o4^«Gao> )o-Hl5ocH4sodBlZ]p

Geschatte bouwkosten zonder voeding en behuizing: ca. f 2 5 , ^

al duidelijk iets van een afronding te zien. Omdat een driehoeksspanning niet alleen bovenaan, maar ook onderaan scherpe punten heeft, hebben we natuurlijk twee dioden nodig, die antiparallel worden geschakeld (figuur 5). Zo krijgen we een golfvorm, die al aard i g op een sinus begint te lijken. Deze principeschakeling kan nog wat geperfektioneerd worden, maar daarover straks meer. Eerst g a a n we het schema in figuur 6 eens bekijken.

Niet bang zijn voor OTA's De naam OTA is een afkorting van "Operational Transconductance Amplifier". Dat klinkt ontzettend ingewikkeld, maar in feite gaat het gewoon om een o p a m p met een stroomuitg a n g . Met een OTA kunnen op een vrij eenvoudige manier schakelingen worden gerealiseerd, waarvoor anders veel meer komponenten nodig zouden zijn: spanningsgestuurde versterkers en 9-26

elex

filters in d e muziekelektronica bijvoorbeeld. Het schemasymbool lijkt o p dat van een o p a m p ; het verschil is, dat niet de uitgangsspanning, maar de uitgangsstroom geregeld wordt. Bij een bep a a l d e spanning o p de ingang levert de uitgang een b e p a a l d e stroom. De verhouding tussen die twee wordt de transkonduktantie genoemd (vandaar de naam), en die komt overeen met d e versterkingsfaktor bij een normale opamp. Het bijzondere a a n de LM 13600 is, dat de transkonduktantie met behulp van een stuurstroom instelbaar is: hoe meer stroom pen 1 (of 16) krijgt, des te meer milliamperes levert de OTAuitgang per volt ingangsspanning. De transkonduktantie kan variëren van 10 MA/V tot 10 mA/V bij stuurstromen van 1 ^A tot 100 mA. IC1 bevat twee OTA's; we gebruiken ze allebei voor de opbouw van de driehoekoscillator. Met potmeter P1 kan een b e p a a l d e stuurspanning worden ingesteld. A1, een gewone opamp, maakt

daar een stroom van, die naar de stuuringang van de eerste OTA gaat. Afhankelijk van de stand van P1 levert de OTA dus een grotere of kleinere stroom. Met behulp van die (konstante) stroom wordt via S1 een van de kondensatoren C1 t/m C4 o p g e l a d e n , zodat de spanning over die kondensator lineair oploopt. De positieve flank van het driehoekssignaal hebben we daarmee al gerealiseerd. Hoe ontstaat nu de negatieve flank? Daarvoor hebben we de tweede OTA nodig. Die werkt als een inverterende trigger. Op de uitgang ervan staat een b e p a a l d e spanning. Ux, die afhankelijk is van de waarde van R18. Als de spanning aan de inverterende ingang (die gelijk is a a n de kondensatorspanning) groter wordt dan Ux, d a n schakelt OTA 2 om: d e polariteit o p d e uitg a n g wordt omgekeerd. Omdat de niet-inverterende ingang van de eerste OTA verbonden is met de uitgang van OTA 2, moet ook de uitgangsstroom van OTA 1 van polariteit

wisselen. Daardoor wordt de kondensator, eveneens lineair, ontladen. Dit proces herhaalt zich alsmaar; d e schakeling kan dus worden beschouwd als een oscillator, waarvan de frekwentie kan worden ingesteld met behulp van S1 (grof) en P1 (fijn). Dezelfde schakeling kan ook worden gebruikt als een spanningsgestuurde oscillator (VCO). In plaats van de verbinding naar P1 kan er d a n een verbinding worden gemaakt met een willekeurige andere spanningsbron. Over R5 ligt de uitgangsspanning van OTA 2. Dat is een blokgolf. Wie dit signaal nodig heeft, kan het afnemen van pen 9 van IC1. De amplitude van het driehoekssignaal wordt geregeld door P2, waarna het op A2 terecht komt. Deze o p a m p fungeert als een soort buffer. Daarachter zitten d e dioden, die voor de afronding van de toppen moeten zorgen. De a a n d a c h t i g e lezer zal het ongetwijfeld opvallen, dat er zes dioden zijn inplaats van d e afgesproken twee. Waar is dat voor nodig?

7

Figuur 7. Deze oscilloskoopfoto laat de door onze schakeling opgewekte golf vorm (boven) zien in vergelijking met een "professionele" sinus. Netjes toch?

362232590504406 8682146172720064 1444713805585951 1851874054762224 427178428941 = 1041677554991686 966937438674942 11841 $347739652 033970953169994 3780276325113101 Op het Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI) te Amsterdam is een nieuw wereldrecord gevestigd. CWI-medewerkers Herman te Riele, Walter Lioen en Dik Winter slaagden erin op de Control Data CYBER 205 supercomputer van het Amsterdams Akademisch Rekencentrum SARA een getal van 75 cijfers te ontbinden in twee grote priemfaktoren (getallen die alleen door één en zichzelf deelbaar zijn). Het getal komt voor op een onlangs door het Amerikaans Wiskundig Ge-

Het antwoord op die vraag is uitvoerig besproken in het artikel over de "roek-interface" in het decembernummer van 1985. In het kort: de dioden worden hier trapsgewijs ingezet, korte tijd na elkaar dus, zodat de afronding wat geleidelijker verloopt en de ideale sinusvorm beter wordt benaderd. De laatste van de drie gebruikte opamps dient gelijktijdig als buffer en als eindversterker. P3 is de volumeregelaar van het uitgangssignaal. P2 kunnen we daarvoor niet gebruiken: daarmee wordt eenmalig het signaal, dat op de dioden terechtkomt, zodanig afgeregeld dat de toppen niet te veel en ook niet te weinig worden afgevlakt. Bij een te klein signaal doen d e dioden namelijk helemaal niets, omdat de toppen lager zijn dan de drempelspanning van de dioden. Bij een te groot

nootschap gepubliceerde lijst met honderden getallen waarvan de ontbinding gewenst is. Het vorige record stond sinds 1984 op naam van Sandia Laboratories in de VS. Daar werd op een CRAY X/MP supercomputer — momenteel de grootste konkurrent van de CYBER 205 als "getallen-kraker" — een getal van 71 enen ontbonden. In de VS is al wel een getal van 81 cijfers gekraakt door acht parallel rekenende "gewone" SUN-computers, maar dat vergde 1260 uur rekentijd. De CWIberekening kostte slechts 12,2 uur. Deze recordjacht dient niet alleen als maat voor de rekenkracht van de meest geavanceerde computers. Sinds enkele jaren worden produkten van grote priemgetallen gebruikt bij het koderen en dekoderen van vertrouwelijke boodschappen (door militairen, banken,

signaal begint d e afvlakkende werking te vroeg: het resultaat is d a n een golfvorm met steile flanken en een vlakke top, die enigszins op een blokgolf lijkt. Met d e afregeling van P2 staat of valt dus de kwaliteit van onze sinusgenerator. En hoewel een oscilloscoop hierbij geen overbodige luxe is (figuur 7), kan het ook o p het gehoor, mits natuurlijk d e generator wordt aangesloten o p een versterker. Een sinus klinkt neutraler en minder scherp dan alle andere golfvormen. Deze sinusgenerator is ontworpen als onderdeel van het Elex Experimenteer Systeem; aan de print is dat ook duidelijk te zien. Wie hem "los" wil gebruiken, zal voor een geschikte voeding moeten zorgen. Er zijn een positieve en een negatieve spanning nodig van 15 volt of eventueel wat minder, als de twee spanningen maar gelijk zijn

a a n elkaar. Bij gebruik in het experimenteersysteem moet natuurlijk wel de +/—15-volt-voeding o p d e grondplaat worden gestoken! De waarden van R9 t/m R14 in de onderdelenlijst zien er wat merkwaardig uit. Ze zijn berekend en niet afgerond o p standaardwaarden om een zo nauwkeurig mogelijke benadering van een sinusvormig signaal mogelijk te maken. De gewenste waarden kunnen worden bereikt door serieschakeling van normale weerstanden. In de onderdelenlijst is dat al aangegeven. In figuur 7 is duidelijk te zien, dat het signaal van onze generator (bovenaan) sprekend lijkt op een echte sinus, maar dat er toch ook wel verschillen zijn. Er is dus sprake van enige vervorming, maar voor de meeste toepassingen is dat geen probleem.

e.d.). Omdat het praktisch onmogelijk is om uit het produkt de samenstellende priemgetallen terug te vinden, wordt de versleuteling als zeer veilig beschouwd. "Veilige" getallen moeten dus in ieder geval veel groter zijn d a n het CWI-record. Stichting Mathematisch Centrum,

Wetenschappen. De drie bedrijven leveren veel kennis en apparatuur o p het g e b i e d van de kommunicatie om de eerste inrichting van de expositie tot stand te brengen. Daarnaast zijn afspraken gemaakt om in de komende jaren de presentatie aktueel te houden tot en met de laatste vorderingen van de techniek. Door een wereldomspannend netwerk van kabelen radioverbindingen komen gegevens vanuit alle delen van de wereld binnen handbereik. Hoe onze samenleving met die indrukwekkende informatiestroom omgaat, komt o p deze tentoonstelling met tal van voorbeelden a a n de orde. Dat daarbij de computer een grote rol speelt, zal duidelijk zijn. Daarnaast komen ook zaken als glasvezeltechniek en satellietkommunikatie a a n de orde. De expositie is met ingang van 12 september aanstaande toegankelijk voor het publiek.

Centrum voor Wiskunde en Informatica, Kruislaan 413, 1098 SJ Amsterdam

"Mens en informatie" Tussen drie bedrijven in ons land is een bijzondere samenwerking tot stand gekomen. De PTT, Philips Nederland en Siemens Nederland NV werken samen a a n een presentatie in het Museon te Den Haag over moderne informatieverwerking en de toepassingen daarvan in ons dagelijks leven. De tentoonstelling is mede mogelijk gemaakt door een subsidie van het Ministerie van Onderwijs en

elex - 9-27

alkotest naar een idee van M. Casterick

Een borreltje of een pilsje op z'n tijd is lekker en gezellig - maar je moet natuurlijk wel maat weten te houden! Met enig voorbehoud presenteren we hier een apparaatje dat daarbij kan helpen, maar dat ook gewoon als gezelschapsspelletje gebruikt kan worden. "Hou het h-huis eens vast, ikkik — hik — k-krijg d-de sleutel niet in 't sl-slot!" Zo ongeveer is het onderschrift van een heel bekende cartoon, waarop twee mannen te zien zijn, arm in arm en in verreg a a n d e staat van nathalzerij verkerend, vergeefs p o g e n d om diep in d e nacht bij het licht van d e straatlantaarns een huisdeur open te krijgen. Zolang er moppen bestaan en d e verspreiding daarvan in gedrukte vorm, zolang ook zullen we deze "geestige" toespeling op een menselijke zwakheid tegen blijven komen. Dat de grens tussen humor en bittere ernst heel gemakkelijk kan worden overschreden als in plaats van een huisdeur, een autoportier met onvaste hand wordt geopend, wordt elke d a g weer bewezen door d e verkeersongevallen-statistiek, waar alkohol maar al te vaak tot d e oorzaken behoort. Om deze reden kan het niet vaak genoeg gezegd worden om ook na een zeer matig gebruik van deze "legale d r u g " de auto maar te laten staan tot men weer volledig nuchter is. Het idee dat een b e p a a l d promillage een beslissende maat zou zijn voor de rijvaardigheid (en vaak het verschil tussen leven en d o o d bepaalt) is eigenlijk te zot om over te praten. Toch brengt deze gedachte maar al te vaak vindingrijke zakenlui en lichtgelovige borrelaars op "geniale" ideëen om 9-28 -

elex

uit te vinden of iemands persoonlijke alkoholspiegel nog onder of juist boven de wettelijk toegestane grens ligt. Zelfs al zouden we aannemen dat deze "ideëen" voor de volle honderd procent betrouwbaar zouden zijn: alleen al het gebruik ervan is (moreel) twijfelachtig! Het hoeft dan ook geen verbazing te wekken dat onze alkoholtestschakeling slechts in d e verte verwant is met het boven aangeroerde thema: d e schakeling is net zo min geschikt voor een echte alkoholtest met

promillage-aanduiding en rijvaardigheidsindikatie, als het door zovelen aangeprezen "kopje koffie n a " waardoor d e symptomen van alkoholgebruik alleen maar versterkt worden. Daarmee willen we niet zeggen dat we met ons "behendigheidsspeeltje" niet zouden kunnen vaststellen wie van de deelnemende proefkonijnen van tevoren te diep in het glaasje heeft gekeken! Omdat alles bij onze — bijzonder eenvoudige — schakeling draait om een vaste hand, zal het aantal "missers" precies even snel

stijgen als het vloeistofnivo in de flessen o p tafel daalt. Misschien krijgen enkele lezers wel zin om zelf een paar wetenschappelijke experimenten te g a a n uitvoeren — het feit dat bij deze proeven juist alkohol gedronken moet worden, kan daarbij wel eens een sterk motiverend e faktor zijn! Maar één ding moeten we heel nadrukkelijk stellen: we willen beslist niet dat dit a p p a r a a t wordt gebruikt om vast te stellen of iemand nog auto kan rijden of niet. Om deze reden kunnen we ook niet

zeggen bij werk sleutelgat een promillage van 0,5 hoort. Dus niet vergeten om de logeerkamer in ord e te maken of om een taxi te bestellen, wanneer je met je vrienden deze alkotester in d e "harde" praktijk wilt uitproberen.

f

onderdelenlijst rood ^ f *jf

3V S y

Een blik door het sleutelgat De cartoon waar we het in het begin over h a d d e n (al 'n heel oude, overigens), heeft de uitvinder van deze schakeling doen inzien dat de toenemende moeite die het kost om een sleutel in het bijbehorende sleutelgat te manoevreren, in direkt verb a n d moet staan met d e hoeveelheid gekonsumeerde alkohol. Omdat hij na enkele riskante proeven — met zichzelf als proefpersoon — deze theorie als bewezen moest beschouwen, vroeg hij zich af (na het wegwerken van de kater) of de meetmethode niet tot een algemeen bruikbare alkoholtest kon worden uitgewerkt. Na d a g e n l a n g piekeren werd geen bruikbare methode gevonden om een kompleet eengezinshuis of zelfs maar een voordeur o p eenvoudige manier te transporteren, maar na een in dienst van d e wetenschap "doorweekte" nacht kwam d e reddende gedachte: "Het zou toch mogelijk moeten zijn om een sleutelgat te gebruiken zonder dat daar een kompleet huis omheen zit!" Zo gezegd, zo g e d a a n — en zoals uit de figuren blijkt werd het huis door een behuizing vervangen, welke we nu eens a a n een nader onderzoek zullen onderwerpen. Figuur 1 vormt een overtuigend bewijs voor d e geniale eenvoud van onze alkoholtest-installatie, die vanweg e het geringe aantal onderdelen eigenlijk d e naam "schakeling" nauwelijks meer verdient. Een batterij, een sleutel, een zoemer met ingebouwde oscillator, een LED met serieweerstand en

S

1 weerstand 68Q 1 LED rood 1 zoemer met ingebouwde oscillator (bijv. Citizen Mini Buzzer MEB 12-05) 1 batterij 3 V 1 sleutel

bouwkosten zonder kastje: minder dan f 10,—

Figuur 1. Als we de batterij niet meetellen, dan hebben we aan zegge en schrijve drie elektronische onderdelen genoeg om vast te kunnen stellen wie de meest vaste hand bezit. De rest is een eenvoudige mechanische konstruktie — voor elke geroutineerde hobby-elektronicus een fluitje van een cent. Figuur 2. Deze tekening verduidelijkt de samenhang tussen frontplaat en de rest: die moet met behulp van isolerend materiaal (twee smalle strookjes printplaat bijvoorbeeld) van de plaat met de sleutelgaten verwijderd blijven. Duidelijk?

een paar stukjes blik — veel meer hebben we niet nodig. Het is nu alleen nog maar zaak deze onderdelen op de juiste manier a a n elkaar te bevestigen. We zullen daarom wat meer aandacht besteden a a n d e konstruktie van die merkwaardige sleutelgaten. Bekijk figuur 2 maar eens: we nemen een plaatje blik (o.i.d.) waar we net zo veel sleutelgaten uit zagen als we zin hebben — alleen moeten ze van links naar rechts of van rechts naar links steeds kleiner worden. De sleutel die we g a a n gebruiken moet nog net door het kleinste gat passen zonder te klemmen.

Achter d e sleutelgaten bevinden zicht kleine metalen "kamertjes", waarvan d e (achter)wand door de baard van de sleutel aangeraakt kan worden, en die van de frontplaat zijn geïsoleerd. Zodra iemand die achterwand inderd a a d met de sleutel aantikt, g a a t d e in figuur 1 getekende LED branden: er is dan een gesloten stroomkring ontstaan van de batterij via de sleutel, achterplaat, LED plus weerstand en weer terug naar de batterij. Hiermee hebben we gelijk beschreven wat het a p p a r a a t allemaal doet. De moeilijkheid is alleen dat de zoemer niet m a g klinken, want in dat geval zouden

we d e frontplaat met d e sleutel hebben aangeraakt (wat met onvaste hand gemakkelijk kan gebeuren). Valsspelen is zo g o e d als onmogelijk, als wordt afgesproken dat d e LED in elk geval even moet branden: dit kan door een "getuige" worden bevestigd, ook als die wat verder weg staat. Bovendien m a g d e zoemer niet gehoord worden: de rand van het sleutelgat m a g niet word e n geraakt. Het omzeilen van deze "klip" lukt alleen als d e h a n d van d e proefpersoon niet trilt. Proost!

elex

van schema tot print met medewerking van L Boullart

Het bouwen van een elektronische schakeling gaat nog steeds het gemakkelijkst wanneer er een kant en klare print voorhanden is, maar wanneer dit niet het geval is, zullen we zelf aan de slag moeten met de etsbak. Als we geluk hebben, kunnen we gebruik maken van een bestaande print-layout. Het wordt pas lastiger als het ontwerp ook nog zelf gemaakt moet worden: naast de praktische uitvoering komt er dan ook nog het denkwerk In dit artikel laten we u zien dat het ontwerpen en maken van een print helemaal niet zo moeilijk hoeft te zijn als velen soms wel denken.

Er bestaan vele manieren om een print af te drukken. De printenfabrikant gebruikt meestal methoden die voor de hobbyist niet zijn w e g g e l e g d . Afhankelijk van de hoeveelheid printen die van één soort gemaakt moeten worden, zal d e fabrikant gebruik maken van de zeefdruktechniek of van de fotografische techniek. Wie zelf printen maakt, zal echter nooit de zeefdrukmethode toepassen omdat hiervoor grote investeringen noodzakelijk zijn. De fotografische methode wordt wel door sommige hobbyisten gebruikt, vanwege de goede resultaten die hiermee bereikt kunnen worden en het voordeel dat er op eenvoudige wijze meerdere afdrukken gemaakt kunnen worden. De kosten die gemaakt moeten worden voor de benodigde a p p a ratuur en materialen zijn 9-30 -

elex

redelijk hoog, maar naar verhouding in ieder geval vele malen lager d a n bij d e zeefdrukmethode. Wanneer u regelmatig printen fabriceert d a n wordt de investering misschien het overwegen waard. Bent u echter niet van plan om vaak printen te maken d a n is deze methode toch nog veel te duur. Goedkoper is d a n de plak- en tekenmethode. Beide methoden komen apart a a n de orde maar we zullen beginnen met hetgeen ze gemeenschappelijk hebben: het materiaal.

Plaatje kunststof met koper Een print is een plaatje kunststof met d a a r o p koperbanen waarmee d e verbinding tussen de diverse onderdelen gemaakt wordt. Wanneer u een print bekijkt, zult u zich afvragen hoe die ba-

nen op het kunststofplaatje terecht zijn gekomen. In het begin van de geschiedenis van de printen werden uit een plaat dun koper de banen gestanst en op een kunststof drager geplakt. Tegenwoord i g gaat men uit van een plaat waarvan het hele vlak bedekt is met een dun laagje koper. Van deze koperlaag moet dus een deel verwijderd worden, zodat alleen de sporen overblijven. Dit verwijderen van het koperoppervlak wordt g e d a a n door te etsen met behulp van een vloeistof waarin koper oplost. Hiervoor worden de delen van het vlak die moeten blijven staan (de banen) met een lakl a a g bedekt, zodat het etsmiddel het onder de lak liggende koper niet kan aantasten. Samengevat is het maken van een print dus het gedeeltelijk afdekken van de

koperlaag met bijvoorbeeld lak zodat bij het etsen de afgedekte delen o p de print blijven staan en de niet afgedekte delen worden "weggevreten".

Het

printontwerp

Veel tijdschriften en boeken geven bij een schakeling die zij publiceren een printontwerp (zie Elektuur) of er wordt aangegeven hoe u de schakeling kunt bouwen o p een stuk experimenteerprint (zoals in Elex). Wanneer u echter d e Elexschakeling o p een "echte print" wilt bouwen, moet u zelf een print ontwerpen. Veel mensen schrikken hiervoor terug en dat terwijl het ontwerpen van een print gemakkelijker is dan u denkt. Het is gewoon een kwestie van vaak doen. Begin in ieder geval nooit met een grote schakeling met veel IC's. Dit kunt u

pas na veel oefenen. Het beste is om voor uw eerste printontwerp een schakeling te kiezen met één transistor. Als dit g o e d is g e g a a n kunt u een print g a a n ontwerpen waarop meerdere transistoren geplaatst moeten worden. Pas na veel oefening kunt u d a n eens g a a n denken a a n een schakeling met IC's. Voor het maken van het printontwerp hebben we nodig: een aantal vellen ruitjespapier, een vel doorzichtig papier en twee pennen met verschillende kleuren. Op het ruitjespapier wordt het ontwerp van de print-layout getekend. Door de onderdelen en de banen met verschillende kleuren te tekenen, heeft u later een g o e d overzicht wat de printsporen zijn. Vooral in het begin raden wij u a a n om de onderdelen zo o p de print te zetten zoals ze in het schema zitten. Wees daarbij niet b a n g voor draadbruggen: als u later meer ervaring heeft, zult u

manieren vinden om deze te voorkomen. Doordat we het ontwerp o p ruitjespapier tekenen, kunnen we er voor zorgen dat alle onderdelen netjes op de print komen, terwijl

daarnaast het bepalen van d e juiste afstand tussen d e gaten wat gemakkelijker is. Natuurlijk moeten we hiervoor wel de maten van de verschillende onderdelen kennen. Zorg er daarom voor dat u de komponenten bij de hand heeft om ze te kunnen nameten. Als bij het ontwerp van de print d e gaten g o e d zijn ingetekend, wordt het eindresultaat straks netter. Speciaal voor het ontwerpen van printen bestaan tekenmallen waarmee de diverse bouwstenen op ware grootte getekend kunnen worden. Deze zijn vrij duur maar ze besparen een behoorlijke hoeveelheid werk. Voordat de print klaar is, zult u waarschijnlijk een

klaar is, tekenen we de banen over op het vel doorzichtig papier, zodat we alleen de print-layout overhouden. Hierbij is de methode van overtekenen afhankelijk van de methode waarmee de print straks gemaakt wordt. Gaat u d e print fotografisch maken dan wordt het vel doorzichtig papier de film waarmee we g a a n belichten. In dit geval zijn d e eisen die a a n het tekenwerk gesteld worden veel hoger d a n voor de plak- en tekenmethode, maar hierover later meer. Vergeet in ieder geval nooit om op het stuk doorzichtig papier a a n te geven welke kant de onderdelenzijde en welke kant de soldeerzijde is. Wanneer u dit vergeet, is de

»

»

aantal vellen ruitjespapier verprutst hebben maar dat hoort erbij en later zal dit wel beter g a a n . Er is één ding waar we altijd rekening mee moeten houden: De tekening o p het ruitjespapier is de onderdelenzijde van de print. Let dus goed op bij de transistoren en IC's. Deze zijn van d e bovenkant gezien. Dit houdt bij torren bijvoorbeeld in dat de volgorde van basis, emitter en koliektor in spiegelbeeld moeten worden getekend ten opzichte van d e manier waarop ze zijn aangegeven in het databoek. Wanneer het ontwerp

•

•*

tervaste inkt en/of de wrijfsymbolen niet tijdens het etsen van de print afspoelen. Dit schoonmaken van d e print doen we met vim en water of met een speciaal schuurblokje, wat te koop is in de onderdelenwinkel. De schone print moeten we zo min mogelijk aanraken om vetvlekken van onze vingers te voorkomen. Dit is bij het aanbrengen van de afd e k l a a g behoorlijk lastig maar het uiteindelijke resultaat zal beter zijn. Nu is het een zaak om het ontwerp over te brengen o p de print. Hiervoor kunnen verschillende methoden toegepast worden. De heer L Boullart stuurde ons d e volgende methode: Hij begint met het ontwerp o p een stuk ruitjes-

«

*•

w

i.

*

kans groot dat de uiteindelijke print in spiegelbeeld wordt afgedrukt.

Plak- en tekenmethode Dit is de methode waarbij de afdeklaag direkt op de printplaat wordt aangebracht met een watervaste stift of met wrijfsymbolen. Helaas kunnen we op deze manier slechts één kopie van het printontwerp maken tenzij we voor elke kopie de hele procedure herhalen. Om te beginnen moeten we een stuk printplaat vetvrij maken om er voor te zorgen dat straks de wa-

Figuur 1. Printen maken volgens de plak- en tekenmethode. Figuur 2. Het resultaat na het etswerk. Figuur 3. Dat de plak- en tekenmethode niet alleen geschikt is voor kleine printen, is te zien op deze foto.

elex — 9-31

papier te plakken en wel dusdanig dat het ruitjespatroon zichtbaar blijft. Het schoongemaakte stukje print wordt o p een ander vel ruitjespapier geplakt en met een potlood wordt o p het stuk print het ruitjespatroon doorgetrokken (zie figuur 1). Nu kunnen met een watervaste viltstift de banen op de print getekend worden. In plaats van het tekenen met een viltstift kunnen de baantjes ook met etsbestendige wrijfsymbolen op de print aangebracht worden en natuurlijk kunnen wrijfsymbolen en viltstift gekombineerd worden. Voor hen die wat willen experimenteren ligt hier een groot terrein bloot. Er zijn namelijk nog vele andere laken inktsoorten die als afd e k l a a g bruikbaar zijn. Zelfs plakplastik kan toegepast worden ('"n tip" in Elex nr. 34). Met wat handigheid kan o p deze manier een print gemaakt worden met een professioneel uiterlijk (zie de figuren 2 en 3). Het overbrengen van het ontwerp met behulp van het ruitjespatroon is soms wat lastig. Makkelijker is het om o p het schoongemaakte stukje print het ontwerp te plakken en d a n met een priem a a n te geven waar de gaatjes moeten komen. Hierna 9-32 -

elex

moeten de aangegeven punten nog met elkaar verbonden worden met watervaste inkt of wrijfsymbolen. Het resultaat zal echter minder mooi zijn. Wanneer de watervaste inkt droog is (bij wrijfsymbolen hoef je na het plakken niet te wachten) kunnen we d e print g a a n etsen, maar daarover volg e n d e m a a n d meer.

Fotografische methode In vergelijking tot de plaken tekenmethode is deze methode veel ingewikkelder en kan er heel wat fout g a a n . Het vergt nogal wat doorzettingsvermogen maar wanneer u deze methode eenmaal onder de knie heeft, kunnen er zeer snel mooie printen gemaakt worden. Het is a a n te raden om als dat mogelijk is eerst eens te g a a n kijken bij iemand die al langer printen o p deze manier afdrukt. U kunt daar veel van leren. Voor het fotografisch maken van printen heeft u nodig: Een g o e d e film, belichtingsapparatuur, fotografisch printmateriaal en de daarbijbehorende ontwikkelaar. Als eerste hebben we een film nodig, wat in wezen niets anders is d a n een stuk transparant (d.w.z. vol-

doende UV-lichtdoorlatend) materiaal waarop met absoluut niet lichtdoorlatende zwarte inkt d e banen zijn getekend. Als transparant materiaal kan kalkeerpapier gebruikt worden, dat in elke goede kantoorboekhandel te koop is. Dit papier wordt normaliter gebruikt door architekten. Zoals al eerder is gesteld: de netheid van het eindresultaat hangt sterk af van de kwaliteit van het tekenwerk. Door verschillende soorten stiften of soorten zwarte inkt uit te proberen kan worden vastgesteld wat de minst lichtdoorlatende l a a g is. Dit kunt u testen door het kalkeerpapier met d a a r o p de zwarte banen tegen het licht te hou-

Figuur 4. De fotografische methode in vogelvlucht. Figuur 5. Het werken met wrijfsymbolen. Door met een potlood over het moedervel te wrijven laten de symbolen los en plakken op de print.

den. Voor het tekenwerk kunt u in plaats van stiften ook gebruik maken van speciale tekenpennen (Rotring, Steadler) hetgeen het tekenwerk nauwkeuriger maakt, maar helaas is de prijs van de pennen daar ook naar. Ook kunt u als basis doorzichtig plasticfolie gebruiken wat verkrijgbaar is bij uw onderdelenleverancier. De banen kunt u er met behulp van wrijfsymbolen op aanbrengen. Het voordeel hiervan is dat het materiaal zich zeer gemakkelijk laat verwerken zodat de film mooier wordt (zie figuur 5 en 6).

Belichten Als d e film klaar is kunnen we beginnen met het belichtingswerk. Daarvoor hebben we speciaal geprepareerde fotografische print nodig. Op deze printplaat is een lichtgevoelige laag aangebracht. Dit materiaal is in elke elektronicawinkel te koop. Het is ook mogelijk om zelf gewoon printplaat van een fotogevoelige lak te voorzien, met behulp van speciale vloeistoffen die verkrijgbaar zijn in spuitbussen (let op de houdbaarheidsdatum) en sinds kort ook in plastic flesjes met deppen Nadelen: Er moet volkomen stofvrij gewerkt worden, d e laklaag moet overal even dik worden aangebracht, d e spuitbussen stinken erg en de inhoud is giftig. Vooral beginners raden wij a a n om hun toevlucht te nemen tot kant en klare lichtgevoelige printplaat. Voor het werken met fotoprint hebben we geen doka nodig, het is voldoende om te werken bij gedempt daglicht of bij kunstlicht afkomstig van gloeilampen. Het materiaal is alleen gevoelig voor UV-licht hetgeen in te geringe mate aanwezig is in de genoemde lichtbronnen, om schadelijk voor de fotogevoelige l a a g te zijn. Voor de belichting van de fotogevoelige laag hebben we dus een speciale lichtbron nod i g die voldoende UV uit-

1

Figuur 6. Met een mesje kunnen té lange banen ingekort worden. Figuur 7. De benodigde chemikaliën voor de fotografische methode. De flessen voor de vloeistoffen en de plastik ontwikkelschalen zijn te koop in de fotovakhandel.

straalt. Daarvoor kunt u de volgende lampen gebruiken: Een hoogtezon, een UV-TL-buis of een kwiklamp (witte straatverlichtingslamp). U legt de film met de g o e d e kant naar boven op de print. Over print en film wordt nu een glasplaat g e l e g d , waarbij u eventueel de glasplaat kunt verzwaren om de film beter a a n te drukken. Met één van de UV-lichtbronnen wordt nu de print belicht. Over de belichtingstijd zijn weinig richtlijnen te geven omdat deze onder andere afhankelijk is van d e afstand van de print tot de lamp en d e sterkte van de lichtbron en de lichtdoorlaatbaarheid van de film. De juiste belichtingstijd moet bep a a l d worden a a n d e hand van proefstrookjes.

Ontwikkelen Als de print belicht is moet de fotolak nog ontwikkeld worden in een ontwikkelaar, die bestaat uit een oplossing van 10 gram natriumhydroxide (NaOH) per liter water. Natriumhydroxide is in de vorm van kleine witte bolletjes bij de drogist te koop. Trouwens, gewone gootsteenontstopper werkt ook prima, want dit is natriumhydroxide in ongezuiverde vorm. De belichte print wordt in de ontwikkelaar ondergedompeld en zal langzaam blauw/paars worden. U laat nu de print ongeveer 1 minuut in de ontwikkelaar liggen waarbij de vloeistof in bewe-

ging gehouden wordt. Hierna de print onder flink stromend water g o e d afspoelen. De laatste restanten fotolak worden d a n door de kracht van het water verwijderd. Als alles goed is g e g a a n , zal de fotolak op de juiste plaats verdwenen zijn. Is dit niet het geval en is de l a a g slechts gedeeltelijk opgelost d a n was de ontwikkeltijd te kort. Gelukkig is dit geen enkel probleem, want we kunnen de print gewoon weer even terugleggen in de ontwikkelaar. Wil de l a a g d a n nog steeds niet oplossen d a n was de belichtingstijd te kort. Zijn het echter kleine stukjes die niet weg willen d a n moet de oorzaak hiervan bij de film gezocht worden. Er zijn d a n blijkbaar delen die niet voldoende licht doorlaten. Met een mesje moet dan de fotolaag plaatselijk weggekrabd worden, zodat er na het etsen geen kortsluiting tus-

sen de banen kan optreden. Is er teveel fotolak opgelost d a n was in ieder geval de film niet g o e d , met andere woorden: er waren nog lichtdoorlatende plekken o p de film aanwezig. Zijn deze plekken klein dan kunnen we de fouten op de print met een watervaste stift "restaureren". Pas als het resultaat bevredigend is m a g d e print geëtst worden. Volgende m a a n d g a a n we verder met etsen, boren en het afwerken van de print.

elex - 9-33

de transistor als schakelaar Nadat we ons de afgelopen maand intensief hebben beziggehouden met de problematiek rondom spanningsdelers, betreden we nu een interessant maar ook moeilijk gebied: het terrein van de halfgeleiders, waar we uitgebreid kennis zullen maken met (onder andere) dioden en transistors. Wandelende gaten en andere merkwaardigheden Transistors en dioden bestaan meestal uit silicium, een zogenaamde halfgeleider. Laten we beginnen met het uit de weg ruimen van een veel voorkomend misverstand. Er zijn mensen die denken dat een halfgeleider een stof is, die de stroom een beetje geleidt: beter d a n een isolator, maar slechter d a n een echte geleider als bijvoorbeeld koper. Dat is beslist niet waar. In d e elektronica verstaan we onder halfgeleiders 9-34 -

elex

komponenten die stroom in een richting g o e d doorlaten en in d e tegenovergestelde richting niet of nauwelijks. Zuiver silicium geleidt stroom helemaal niet, omdat er zich tussen de atomen van het materiaal geen vrije elektronen bevinden. Let wel: geen vrije elektronen, want natuurlijk beschikt ieder siliciumatoom wel over zijn vast g e b o n d e n elektronen. Door een technische kunstgreep is het toch mogelijk, het silicium geleid e n d te maken. Daar zijn twee methoden voor, die allebei moeten worden

gebruikt om een diode of een transistor te kunnen maken. Bij beide methoden worden vreemde atomen geïmplanteerd in de kristalstruktuur van het silicium. Dat kunnen stoffen zijn die één elektron meer of één elektron minder hebben d a n de siliciumatomen. De vreemde atomen met een elektronenoverschot proberen zich in het kristalrooster van het silicium te persen. Dat gaat met zoveel moeite g e p a a r d , dat de overtollige elektronen er los bij komen te hangen. Dan zijn er dus wél vrije elektronen. Bij het aanleggen

van een elektrische spanning over het materiaal zullen die zich g a a n verplaatsen: er vloeit een stroom. Omdat elektronen negatief zijn, spreekt men hier van N-materiaal. Het geïmplanteerde materiaal kan ook bestaan uit atomen, die één elektron minder hebben d a n de siliciumatomen. Zo'n atoom nestelt zich in het kristalrooster en om daar minder o p te vallen, pikt het een elektron van een naburig silicium-atoom. Onder het motto: "Als ze mijn fiets jatten, haal ik er ergens anders wel een weg!" stelt de bestolene

gebakken aardappelschijfjes!). Door een kleine organisatorische misgreep zijn er maar 19 zakjes, het laatste kind krijgt dus niets. Het doet d a n een greep naar de chips van zijn buurman. Op zijn beurt berooft die het volgende kind, enzovoort. Een oplettende toeschouwer kan nu in twee richtingen een beweging waarnemen. Terwijl de ellendige toestand van het ver-

zich schadeloos ten koste van een ander siliciumatoom. Als over zo'n kristal een spanning wordt aangelegd, g a a t er ook een stroom lopen. Dat klinkt wat vreemd, omdat er immers te weinig elektronen zijn, maar een voorbeeld kan het misschien verduidelijken. Op een verjaardagspartijtje met 20 kinderen worden zakjes chips uitgedeeld (geen IC's, maar PN-overgang

-l

4.SV

I.

II

IM.0^^

I

stoken zijn van chips zich verplaatst van links naar rechts, vindt er tegelijkertijd van rechts naar links een chipstransport plaats. Datzelfde gebeurt in het kristalrooster van het silicium. Als de gaten (de plaatsen waar een elektron ontbreekt) d e ene kant o p g a a n , bewegen zich noodzakelijkerwijs de elektronen d e andere kant op. En elektronentransport betekent stroom. Het elektronenarme silicium noemt men P-materiaal.

De

Een diode is o p g e b o u w d uit een laagje P-materiaal en een laagje N-materiaal (figuur 1). Het grensgebied tussen die twee lagen speelt een belangrijke rol. Het overschot aan elektronen van de N-laag vult daar namelijk de gaten in de P-laag op, zodat er in die grenslaag geen vrije elektronen, maar ook geen gaten zijn. De grenslaag is dus een isolator. We g a a n nu over de diode een spanning aanleggen: we verbinden de min-pool van een batterij met de P-laag van de diode (figuur 2). Omdat d e van de batterij afkomstige elektronenstroom van min naar plus loopt, worden de gaten in de P-laag opgevuld: het kristal wordt elektrisch neutraal en laat geen stroom door. De diode spert. Als we de diode ompolen, komen de door de batterij geleverde vrije elektronen in de tot d a n toe isolerende sperlaag terecht. Tegelijkertijd onttrekt de pluspool elektronen a a n d e Plaag. Daardoor kan er elektronentransport plaatsvinden: de diode geleidt.

De

4.5V M.O.,jS.

Li

P-N-overgang

Figuur 1. Een halfgeleiderdiode bestaat uit twee verschillend gedoteerde silicium- of gemaniumkristallen. In de buurt van de grenslaag tussen die twee vormt zich een isolerende laag, de PN-overgang, die ontstaat doordat de overtollige elektronen uit de IV-laag de "gaten" in de Plaag opvullen. Onder de tekening is het schemasymbool afgebeeld. Figuur 2. Afhankelijk van de polariteit van de spanning over de diode wordt de isolerende overgangslaag vergroot (a) of geheel opgelost (b). In het eerste geval spert de diode, in het andere geval wordt de stroom vrijwel ongehinderd doorgelaten. Figuur 3. Een typische diodekarakteristiek. Er blijkt uit, dat de stroom door de diode afhankelijk is van de spanning. Pas bij ongeveer 0,6 volt begint er een zwakke stroom te lopen, die bij een iets hogere spanning ineens veel groter wordt.

drempelspanning

Een diode kan in meerdere opzichten worden vergeleken met het ventiel van een fiets. Dat laat d e lucht maar in één richting door, maar zelfs in doorlaatrichting is er een zekere kracht nodig om d e elasticiteit van het ventielslangetje te overwinelex -

9-35

nen. Ook door een diode gaat pas stroom lopen, als de spanning een bep a a l d e waarde heeft bereikt. Voor siliciumdiodes bedraagt die drempelspanning ongeveer 0,6 volt. Aan de karakteristiek van figuur 3 is te zien, dat de geleiding niet plotseling inzet; aanvankelijk gaat het geleiden wat moeizaam, maar iets boven d e drempelspanning is er d a n plotseling geen houden meer aan. Ook als de diode volop in geleiding is, blijft er over d e diode een spanningsverlies van 0,6 volt meetbaar. Vermenigvuldigd met de stroom door de diode levert dat het vermogen op, dat in de diode wordt omgezet in warmte.

Opbouw van de transistor Figuur 4 toont de schematische opbouw van een transistor. In plaats van twee verschillend gedoteerde kristallen zijn er hier drie lagen met elkaar verbonden. Er zijn twee kombinaties mogelijk: PNP en NPN. Omdat NPNtransistors verreweg het meest gebruikt worden, zullen we die verder bespreken. Bij drie kristallen zijn er twee grenslagen (figuur 4). Theoretisch zou je een transistor ook kunnen beschouwen als twee tegen elkaar ingeschakelde dioden (figuur 5). Het is echter niet mogelijk, uit twee dioden een transistor samen te stellen. De drie kristallen staan ieder via een aansluitdraad in verbinding met de buitenwereld. De middelste aansluiting noemen we de BASIS, de andere twee heten KOLLEKTOR en EMITTER. Aan het schemasymbool (figuur 6) is g o e d te zien, dat er tussen basis en emitter pas een stroom kan g a a n lopen, als de spanning groter is d a n c a . 0,6 volt. Tussen die twee aansluitingen ligt namelijk gewoon een diode. De clou zit hem in het kollektor-emitter-circuit. Normaal gesproken kan er tussen die twee aansluitingen 9-36 - elex

geen stroom lopen, omdat er twee tegen elkaar in geschakeiae dioden in de weg zitten. Daar komt verandering in, zodra er een basis-emitter-stroom loopt: d a n is er tussen koliektor en emitter ineens wel geleiding mogelijk. Kennelijk wordt de isolerende werking van d e kollektoremitter-overgang opgeheven door d e basisstroom. Daarbij is het dan ook nog zo, dat een kleine basisstroom de weg kan openen voor een veel grotere kollektorstroom. De transistor kan dus worden ingezet als stroomversterker (figuur 7). De emitterstroom is even groot als de koliektor- en basisstroom samen. Omdat de basisstroom naar verhouding erg klein is, m a g hij in de praktijk bij de berekening van de emitterstroom verwaarloosd worden. Voordat we nu verder g a a n met de praktische verwerking van al deze theorie, willen we eerst nog een mechanisch model laten zien van een transistor. Zulke modellen duiken met grote regelmaat in d e vakliteratuur o p en vaak zijn ze een g o e d hulpmiddel om ongrijpbare begrippen als spanning, stroom, weerstand of versterking beter te begrijpen. In figuur 8 is het watermodel van een transistor afgebeeld, kompleet met basis, koliektor en emitter. Twintig jaar geleden vond ik dit plaatje in de handleiding van een experimenteerbouwdoos en het maakte me toen in één klap de werking van een transistor duidelijk.

Experimenteren Voor de experimenten van deze m a a n d hebben we de in figuur 11 afgebeelde printplaat nodig. Enthousiaste doe-het-zelvers kunnen a a n de hand van deze figuur de print zelf maken; de anderen kunnen hem bestellen of via hun elektronicahandelaar betrekken. De schakeling o p de print kan met behulp van drie draadbrug-

Figuur 4 en 5. Een transistor heeft twee P/V-overgangen. Stuk voor stuk gedragen ze zich net als een diode. Zodra er door de onderste PN-overgang (tussen basis en emitter) een stroom loopt (die hoeft maar heel zwak te zijn), wordt de weg tussen koliektor en emitter vrijgegeven. De kollektorstroom kan een veelvoud bedragen van de basisstroom; dat is afhankelijk van de stroomversterkingsfaktor van de gebruikte transistor.

4 C

O

N

8

M

P

° %

N

86734X-4

Figuur 6. Het schemasymbool van de transistor. De pijl geeft aan, of het om een PNP- of een NPN-transistor gaat. De pijl wijst de stroomrichting (van + naar —) aan. NPN-transistors worden het meest gebruikt. Bij PNPtransistors ligt de emitter aan plus en de koliektor aan min; in schakelingen ermee ligt de plus aan massa. De in schema's gebruikelijke afkorting voor "koliektor" is een C en geen K, wat natuurlijk buitengewoon inkonsekwent (of inconsequent?) is. Figuur 7. In de emitter komen van de basis en van de koliektor afkomstige stromen bij elkaar. Omdat de basisstroom naar verhouding erg gering is, is er nauwelijks een meetbaar verschil tussen kollektorstroom en emitterstroom.

O E

86734X-S

koliektor

NPN

PNP

emitter

86734X-6

8

86734X-9b

Onderdelenlijst R1 = 1 kQ R2 = 10 kS (zie tekst) T1 = BC 547B of BC 546B of BC 550B L1,L2 = lampje 15 volt, max. 200 mA (zie tekst) 2 fittingen voor de lampjes 4 banaanstekerstiften 1 printplaat (zie tekst) 17 soldeerpennen 3 draadbruggen met steekschoentjes EES-voeding + / — 15 volt Geschatte bouwkosten zonder print: ca. f 10,—

Figuur 8. Transistor-watermodel. Links sluit de grote klep de waterstroom geheel af: de transistor spert. Rechts drukt het kleine waterstroompje (de basisstroom) de kleine klep open. Via de as van deze klep wordt die beweging overgebracht naar de grote klep, die daardoor omhoog gaat. In het brede kanaal (het kollektoremitter-circuit) kan het water dan ongehinderd doorstromen. Figuur 9. De aansluitingen op de printplaat "Transistor als schakelaar". Met behulp van enkele draadbruggen kunnen er diverse varianten op de schakeling worden gemaakt. Figuur 10. Zo worden de verschillende onderdelen op de print gemonteerd. Het lampje L2 en de weerstand R2 hebben we in deze aflevering nog niet nodig. L2 moet voorlopig vervangen (of overbrugd) worden door een draadbrug. Figuur 11. De onderkant van de printplaat met de printsporen. De print kan gemakkelijk zelf worden gemaakt, maar kan ook kant en klaar besteld worden.

elex - 9-37

13

12

+

ingang

i

©

--&-&—Jn~l—&

koliektorspanning (bereik: 20 V DC)

+15V

ingang BC547B

0

kollektorspanning (bereik: 20 V DC)

%-pP-pL

-p-p-

•P-p

© gen worden gemodificeerd; figuur 12 toont de opstelling voor het eerste experiment. Er zijn een transistor, een lampje en een weerstand bij nodig. De emitteraansluiting moet via een d r a a d b r u g worden verbonden met massa. Wie geen 15-voltlampje heeft, kan er ook een van 12 volt gebruiken. In plaats van de draadbrug van emitter naar massa moet dan een weerstand van 15 Q worden gemonteerd. Wie die ook niet heeft, moet de d r a a d b r u g maar laten zitten en er het beste van hopen. Als de print op de grondplaat wordt gestoken, samen met de +/—15-voltnetvoeding, gebeurt er aanvankelijk niets: de twee tegen elkaar ingeschakelde dioden tussen koliektor en emitter vormen een effektieve isolator. Ook als we de ingang a a n massa leggen, zien we geen enkel resultaat. Weliswaar staat er nu een spanning over de basiskollektor-overgang, maar die is verkeerd g e p o o l d : min a a n de P-basis en plus a a n de N-kollektor. De kollektorspanning, gemeten tussen koliektor en massa, bedraagt 15 volt. Dezelfde spanning staat op beide aansluitingen van het lampje. Het spanningsverschil over het lampje bedraagt dus pre9-38 -

elex

86734X-12

cies nul volt. Kortom, een nogal doods geheel. Om wat leven in de brouwerij te brengen leggen we nu de ingang van d e schakeling a a n +15 volt. Nu g a a t het lampje wèl branden. Geen wonder, want via de ingangsweerstand R1 loopt er via basis en emitter een stroompje naar massa. Dat stroompje opent d e weg van de koliektor naar de emitter. De kollektorspanning is nu bijna nul, zodat vrijwel de volle voedingsspanning over het lampje ligt. Aanvankelijk geen stroom door de transistor, maar wel de volle spanning erover — d a a r n a wel stroom en geen spanning meer: dat doet denken a a n een schakelaar. En inderdaad is dat precies de funktie die d e transistor in deze schakeling heeft. Door een vrij forse basisstroom wordt de kollektor-emitterovergang maximaal geleidend. Opmerkelijk daarbij is, dat de kollektor-emitterspanning zeer klein wordt, met c a . 0,3 volt nog kleiner d a n de basis-emitterspanning (0,6 volt). De toestand waarin de transistor o p dat moment verkeert, heet "verzadiging". Het zal inmiddels wel duidelijk zijn, dat kollektorspanning en basisspanning een tegengesteld gedrag vertonen: als de basisspanning hoog is, is de

•p-p

— -0-fr basisspanning (bereik: 2V DC)

kollektorspanning laag. De transistor geleidt d a n en het lampje brandt. Een lage basisspanning resulteert in een hoge kollektorspanning, omdat de transistor dan spert. Nog iets over R1: die weerstand is noodzakelijk, omdat de spanning tussen basis en emitter niet groter m a g worden d a n ongeveer 0,6 volt. Een basisspanning van 15 volt zou de transistor beslist niet overleven. R1 begrenst dus d e basisstroom tot een veilige waarde. Als de basisweerstand te klein wordt gekozen, duikt er een ander probleem op: d a n is de basisstroom te klein om de transistor helemaal open te sturen. Probeer maar eens R1 te vervangen door een weerstand van 470 Q: het lampje zal d a n nog maar zwak oplichten. In figuur 13 is te zien, hoe de spanningen en stromen in d e schakeling kunnen worden onderzocht. Het is misschien wat overdreven om alleen voor dit experiment vijf universeelmeters a a n te schaffen: d e metingen kunnen ook na elkaar worden uitgevoerd. Ontbrekende STROOMmeters moeten d a n uiteraard wel door d r a a d b r u g g e n worden vervangen, anders doet d e schakeling niet veel. Veel plezier met experimenteren!

® Figuur 12. De komplete experimenteerschakeling bestaat uit niet meer dan een transistor, een 15-V-lampje en een voorschakelweerstand (R1). Met het leggen van de juiste draadbruggen krijgen we het lampje aan het branden. Figuur 13. Zo kan men de werking van de schakeling exakt nameten. Tussen haakjes is steeds het bereik aangegeven waarop de multimeter dient te worden ingesteld; een hoger bereik mag natuurlijk ook.

MOSFET-middengolf9 i

ontvanger

nog een variatie op het thema zeepdoosradio Wie de kleine mini-radio uit het juli-nummer gebouwd heeft, zal wel ontdekt hebben, dat ook aan HFschakelingen veel plezier te beleven valt. Als u intussen de smaak te pakken hebt, kunt u deze maand uw verkenning van het HF-gebied voortzetten. De ingangstrap van onze nieuwe ontvanger-schakeling is opgebouwd rond een MOSFET-transistor. Muziekprogramma's ontvangen met volmaakte kwaliteit — dat kan uitsluitend via de FM-band. Maar de radio heeft natuurlijk veel meer te bieden d a n alleen muziek. Vroeger, toen nog lang niet iedereen televisie h a d , nam het gesproken woord o p de radio een belangrijke plaats in. De

omroepen d e d e n er moeite voor, en boden de luisteraar een ruim aanb o d van dergelijke programma's: aktuele informatie en edukatieve uitzendingen werden afgewisseld door hoorspelen en kabaret. Tegenwoordig leven we in het tijdperk van Derrick, Dallas en de video-clip, een ontwikke-

ling die ook voor d e radio niet zonder gevolgen is gebleven. In plaats van boeiende praatprogramma's horen we steeds vaker dat inhoudsloze geb a b b e l waarvan het nivo niet verder reikt d a n de disko. Er zijn natuurlijk uitzonderingen die niet overeenkomen met dit sombere beeld; maar dergelij-

ke uitzendingen, die geen funktie hebben als gangmaker voor d e omzet van de platenmaatschappijen, zijn grotendeels verbannen naar d e weinig populaire middengolf. Menige bezitter van een moderne audio-installatie is zelfs niet in staat d e middengolf te ontvangen: het komt immers vaak voor, elex - 9-39

T1 BF981

1

dat de tuner (of de receiver — dat is een gewone radio zonder luidsprekers) uitsluitend geschikt is voor de FM-ontvangst. De middengolf wordt, indien aanwezig, meestal a a n g e d u i d met AM. Deze afkorting geeft slechts a a n , dat de zenders die men o p deze b a n d ontvangt, amplitude-gemoduleerd zijn, en vertelt dus niets over de golflengte. De zenders op de langeen de korte golf zijn overigens ook amplitude-gemoduleerd, zodat de a a n d u i d i n g AM in principe onnauwkeurig is. Als u de wereld beneden de 88 megahertz eens wilt verkennen, is onze middengolf-radio (ook op te bouwen voor de lange golf) precies wat u zoekt. De mogelijkheid tot ontvangst van buitenlandse stations biedt u de kans, aangelegenheden uit de wereldpolitiek ook eens van een andere kant te bekijken. Misschien raakt u wel zo verslingerd a a n de radio, dat u het luisteren leuker gaat vinden d a n televisie-kijken. Wie zijn beeldende fantasie weer tot leven wil brengen, bouwt dus snel deze schakeling op! Zeg nu niet, dat u al een draagbare cassetterecorder hebt met een ingebouwde ontvanger voor meerdere golfbereiken! Voor de hobby-elektroni9-40 — elex

2:

1

——•—i-m -i

9V*

86714X-3a

3b t

D»1 -o-

D:s'

-o-

S""

-o-

gaD«-

-o-O-

S«" • ,o-

•»•

-o-

D>D.D,-

-©-

-o-

DsDsDi Dj-

-o~ -©-

-©-

Dt-

"«*„ f. ~ "stmin

St

"ttéf m* "

86714 X-3b

86741X-4

Stmax

mogen liggen. De eigenlijke ingangsspanning g a a t naar pen 11. De spanningsdeler R1/R2 is alleen nodig als d e signaalspanning groter is d a n 6 volt. Uref is een referentiespanningsbron, d i e d e spanningsdeler R5/R4/R3 voedt. Daarmee kan het "meetbereik" van d e lichtbalk worden vastgelegd. Een voorbeeld: als d e te kontroleren signaalsterkte tussen 1 en 3 volt ligt, d a n moeten we d e spanningsdeler zo dimensioneren, dat o p p e n 12 een spanning van 1 volt staat en o p p e n 13 een spanning van 3 volt. De eerste LED brandt d a n konstant als de ingangsspanning (pen 11) 1 volt of minder is; bij een ingangsspanning van 3 volt of meer blijft d e laatste LED branden. Ertussenin lichten beurtelings de andere LED's op. Bij een smal spanningsbereik (bijvoorbeeld 1,4 volt) treedt er een vloeiende overgang op, doordat d e afzonderlijke LED's elkaar g a a n "overlappen". Maken we het bereik breder (bijvoorbeeld 4 volt) d a n worden d e overgangen wat abrupter, omdat een volg e n d e LED pas a a n g a a t als d e vorige al uit is. In figuur 3a is dat heel duidelijk te zien. Wie vloeiende overgangen wil en toch een breed bereik, zal wat dieper in d e beurs moeten tasten: d a n moeten er twee IC's worden gebruikt en 30 LED's (de laatste LED van het eerste IC en d e eerste LED van het tweede IC moeten in dat geval worden weggelaten). De stroom door d e LED's, en d a a r m e e dus d e helderheid van d e indikatie, wordt b e p a a l d door d e stroom d i e vanuit pen 16 via R7 en R8 naar pen 14 loopt. In figuur 2 is parallel a a n R8 een fototransistor getekend; daardoor past d e helderheid van d e LED's zich automatisch a a n bij het omgevingslicht.

UAA 180 Een lichtbalkindikatie met elex - 9-43

's

2.1D166

// // // // // // // // // // // //

'l M l M i

n n 17

M IIWI

W| Mt

M||M|MtM|l«

indikatie

i

r^ ü

16

r^ g

O B

D12-

15

D10-

R

fl ' i l BP1011

Mi

UAA 180

D8-

UlH!) IJ I

u

2

u

]

u

i

u

S

u

6

u

7

u

D6-

8

u 04 02-

0* X

Figuur 5. De principeschakeling van de lichtbalksturing met de UAA 180. Dit IC kan maximaal 12 LED's sturen. Ook hier zorgt de fototransistor weer voor de aanpassing aan het omgevingslicht.

6

'

[ I

Figuur 6. Dit diagram laat de samenhang zien tussen de ingangsspanning en de LEDindikatie bij de UAA 180.

| | | i

i

F

—L

u* « - « • » « .

O+tfrel

86741X-6

Figuur 7. De schakeling van onze "lichtrups",^ die de eigenschappen van de UAA 170 duidelijk demonstreert. Figuur 8. De UAA 170 zit in een 16-pens DIL-behuizing, de UAA 180 heeft 18 pennen.

-j33Ön]-

8

n n 15

16 IC1 555

n

n

i-i

14

13

12

UAA170 1

3

,2,

U' U

n n 18 17

4

5

u u u f-1 16

f-l 15

1-1 f - l 14 13

7

n 12

4 5 6 /. J „ ,2, ha"" O u u u u u

Tabel 1. De b e l a n g r i j k s t e gegevens v a n de U A A 170.

Tabel 2. De b e l a n g r i j k s t e gegevens v a n de U A A 18JA

8 l_l

U

3

400 mW

9-44 - elex

•

u

,n. _n_ 11 10

UAA180

- } 9V1

de UAA 180 kan uit maximaal 12 LED's bestaan: d e principeschakeling is in figuur 5 te vinden. Aan pen 17 wordt d e ingangsspanning gelegd, waarvan d e lengte van d e lichtbalk afhangt. Ook deze spanning m a g niet hoger zijn dan 6 volt; als dat wel zo is, moet d e spanningsdeler R1/R2 worden aangebracht. Bij dit IC wordt het bereik bep a a l d door het spanningsverschil tussen pen 16 (minimum) en pen 3 (maximum). De "dubbele" spanningsdeler waarmee d a t wordt ingesteld bestaat hier uit R3, R4 en R5. Hoewel niet zo in het oog

n11 n10 n9

s U

max. 418 V max. 6 V 5,5 mA 0,3 nA 10 mA 1V

1,2 V 5V

lopend als bij d e UAA 170, zijn ook hier d e overgangen vloeiender als het spanningsbereik niet te groot wordt gekozen; 1 volt is een mooie waarde (figuur 6). De helderheid van d e LED's wordt b e p a a l d door de stroom, die via pen 2 in het IC vloeit. De fototransistor heeft dezelfde funktie als bij d e UAA 170. Pen 2 kan ook open blijven; d e LED-stroom stelt zich d a n in o p ongeveer 10 mA. Lïchtrups Een ver familielid van het in d e inleiding van dit

artikel besproken elektronische vuurvliegje is d e elektronische lichtrups, waarvan het schema in figuur 7 te zien is. De schakeling is bedoeld als demonstratie van d e mogelijkheden van d e UAA 170 en heeft verder geen enkel praktisch nut, hoewel regelmatige diskobezoekers er misschien iets van kunnen maken waarmee ze in het donker beter opvallen. Neem d a n wel wat reservebatterijen mee, want het stroomverbruik is ongeveer 30 mA. De UAA 170 wordt "aangedreven" door een als oscillator geschakelde 555-timer, die een drie-

hoeksspanning opwekt. Wat dat precies is, hebt u elders in dit nummer kunnen lezen. De frekwentie kan met behulp van d e potmeter worden ingesteld; als het bereik daarvan onvoldoende is, kan experimenteren met d e waarde van C1 uitkomst bieden. De zenerdiode D17 brengt d e voedingsspanning van d e 555 terug naar 9 volt, omdat anders het uitgangssignaal te groot zou worden voor d e UAA 170.

9 1-1

zonnezaklantaarn Nee, dit keer geen grap. Al doet de titel veel denken a a n een nepschakeling uit één van d e halfgeleidergidsen, deze Elex-schakeling werkt wel. Het schema van de zonnezaklantaarn is te vinden in figuur 1. Het woord schakeling is eigenlijk wat veel voor een handje vol onderdelen die we zonder printje in een klein kastje kunnen bouwen. Het geheel vormt een o p l a a d b a r e zaklantaarn. De energie voor het laden wordt g e h a a l d uit een aantal zonnecellen. Op deze manier kunnen we het zonlicht opslaan om in het donker te gebruiken. Voor de energieopslag worden vier NiCd-akku's gebruikt. De akku's staan in serie, dus moet een lampje van ongeveer 5 V/ 50. . .100 mA gebruikt worden. Om de akku's te kunnen laden is het noodzakelijk dat de zonnecellen een spanning leveren

van 7. . .9 V. Een cel kan maximaal 0,5 V leveren. Er zijn dus minimaal 14 cellen in serie nodig voor het verkrijgen van de benod i g d e spanning (dit is dus meer d a n aangegeven op d e tekening). De diode zorgt er voor dat de NiCdakku's zich niet kunnen ontladen via de zonnecellen. Wanneer de laadstroom groter wordt d a n d e maximale laadstroom van d e akku's, moeten we een weerstand in serie

MARKT-INFO Kookprogramma huiscomputer

voor

Het Amsterdamse softwarehouse Horn Soft BV ontwikkelde het eerste nederlandse computerprogramma voor huishoudelijk gebruik. Jarenlang wordt er al gesproken over de "Home-computer", maar de toepassingen voor het a p p a r a a t g a a n niet verder d a n administratieve programma's of spelletjes. CuliCom is een programma dat van die computers d a n eindelijk die "huiscomputer" maakt. Gerenommeerde restaurants hebben recepten ter beschikking gesteld welke, na te zijn gekodeerd, in het programma zijn verwerkt. Wim Konijn, als culi-

r—£>

^ | 1N40O1

1 270 l—j—ro , I

. [

- _T_

JÜTÜ.

-f-

f J

"L_

® sv

zonnecellen : 7...9 V (min. 50mA) akku's :4x1,25VNiCds(0,5...4Ah) 86729X-1

nair redakteur werkzaam bij een landelijk d a g b l a d , heeft zijn uitgebreide kennis van de kookkunst samen met een groep programmeurs a a n de computer toevertrouwd. Hierdoor is het programma in staat de verschillende recepten te kombineren tot meer d a n 13.000 komplete menu's. Uiteraard wordt bij de menusamenstelling rekening gehouden met het seizoen. Bovendien ziet men altijd hoe duur het gerecht is en of het moeilijk klaar is te maken. Omdat niet iedereen dezelfde voorkeur heeft, zal het programma de eindkeuze altijd a a n de gebruiker overlaten. Vaak zal het programma wel een advies geven. Bij ieder menu geeft het programma een wijnsuggestie. Hiervoor is een uitgebrei-

met de zonnecellen opnemen. De laadstroom wordt daardoor beperkt. Door overdag d e zaklantaarn o p een plek o p te bergen waar voldoende licht is, kunnen de akku's bijtanken. Welke zonnecellen u moet kopen is wat moeilijk te zeggen. Het a a n b o d is groot, net als het prijsverschil. Hierdoor is het voor ons onmogelijk om een bij uw beurs passende zonnecel voor te schrijven.

de wijnkaart ingebouwd met ruim 100 internationale wijnen. Het gebruik is uiterst eenvoudig gehouden. Het programma geeft d e gebruiker steeds een aantal keuzemogelijkheden. Met behulp van dit vraag- en antwoordspel kan men zijn eigen menu samenstellen. Door d e duizenden kombinaties die er zijn, zal de gebruiker niet snel in herhalingen vervallen. Het programma is leverbaar voor vrijwel elk computersysteem en er wordt een uitgebreide nederlandstalige handleiding meegeleverd. Alle recepten kunnen o p een printer worden afgedrukt en tevens kunnen me.nu kaarten worden afgedrukt. Horn Soft BV Herengracht 250 Amsterdam (X281 M) elex — 9-45

kursus wisselstroom In het vorige deel hebben we een astabiele multivibrator (AMV) laten zien met twee LED's. Één van de twee LED's kan vervangen worden door een weerstand. We krijgen d a n de schakeling die in figuur 1.11 is weergegeven. De weerstanden en kondensatoren zijn zo gedimensioneerd dat d e LED regelmatig kort oplicht.

1-11

ff H€) C1.C2 M a n t a a l e l k o

Ringschakeling De AMV-schakeling bestaat uit twee timer-schakelingen die achter elkaar gezet zijn. Meer d a n twee is ook mogelijk. In figuur 1.13 zijn drie timer-schakelingen gebruikt. We krijgen d a n een ringschakeling. De werking hiervan komt overeen met de AMV, maar bij deze schakeling zullen van d e drie lampjes er telkens twee branden. Ringschakelingen worden niet zo vaak toegepast, omdat ze niet altijd even betrouwbaar zijn. Het is namelijk mogelijk dat de schakeling stil blijft staan. Alle lampjes g a a n dan branden. Door de basis van één van de transistoren met d e min te verbinden kan d e ringschakeling weer gestart worden.

1-13

J

84931-2-13

We kunnen deze schakeling gebruiken om er een knipperend sieraad mee te maken, bijvoorbeeld een broche of een dasspeld. In een goedkope broche kan d e LED gemonteerd worden en via twee dunne draadjes verbinden we het sieraad met de schakeling. Zij die zelf als goudsmid a a n de g a n g willen, kunnen heel wat kanten op. Door g o e d gebruik te maken van de vorm van de onderdelen kan een fraai kunstwerk ontstaan. De astabiele multivibrator kan gevoed worden uit een 3-V-batterij of uit 2 penlight-batterijen. Het stroomverbruik is ongeveer 3 mA, zodat de schakeling behoorlijk lang zal werken zonder dat we nieuwe batterijen hoeven a a n te schaffen. Eventueel kunnen ook twee knoopcellen gebruikt worden voor het voeden van de schakeling. Van de speld van de broche kan een schakelaar gemaakt worden. In de hobby-zaken zijn speciale spelden te koop die volgens figuur 1.12 op een stukje kunststof gelijmd moeten worden. Ook is het mogelijk om zelf een sluiting/schakelaar te maken, door een doorgeknipte veiligheidsspeld o p een stukje printplaat te solderen.

Hll- 1 ® '6V IOOO »

16 v

'

v y

BC547B 34931 2.15 86661-1-13

Samenvatting Bij timer schakelingen wordt de vertragingstijd verkregen door gebruik te maken van de laadtijd van een kondensator. De vertragingstijd hangt af van d e waarde van de kondensator en d e waarde van d e weerstand die de laadstroom begrenst. Bij lage waarden is de vertragingstijd korter omdat d a n de kondensator sneller geladen is. Een astabiele multivibrator bestaat uit twee timerschakelingen die elkaar aktiveren (triggeren).

hoofdstuk 2 Wisselspanning Laten we nog eens terug g a a n naar de multivibrator met LED's (figuur 2.1, dat is figuur 8 in hoofdstuk 1). De

2-1

84931 210

9-46 - elex

86663-2-1

spanning op de koliektor van T2 wisselt telkens tussen 0 V en 4,5 V. Wanneer een langzaam knipperritme ingesteld wordt, is het mogelijk om met een voltmeter de spanning op de koliektor te volgen (figuur 2.1).

2-2

spanning. ü* 4,5 V

o

r\

f -r f

2«

3S

koppelen. Deze schakeling heeft zelf geen LED's of lampjes; maar met deze testgenerator kunnen we wel LED's sturen. Het is d e bedoeling om d e uitgangsspanning van de generator te g a a n bekijken. De spanning wordt ongeveer een keer per sekonde in- en uitgeschakeld.

2-6

tijd

+ 4,5 V

84931 3 2

m

v "k k

86661-2-2

Het verloop van de spanning in d e tijd is te zien in het tijdsdiagram in figuur 2.2. Op de horizontale as is de tijd weergegeven en o p de vertikale as d e spanning. De grafiek moeten we als volgt bekijken: Wanneer we de schakeling in werking zetten, zal de spanning o p de koliektor g a a n stijgen. Na ongeveer een halve sekonde is de spanning 4,5 V geworden. Eén sekonde na het inschakelen g a a t de spanning weer dalen. Na ongeveer 1,25 sekonde is de spanning op de koliektor weer 0 V. Twee sekonden na het inschakelen wordt het spanningsverloop herhaald Het verloop van d e spanning is waarschijnlijk niet zoals men zou verwachten. Wanneer we naar de LED's kijken, dan zouden we eerder d e blokspanning volgens figuur 2.3 verwachten. Door het laden en ontladen van de kondensator verdwijnen de steile flanken.

2"3

» ;t 4.5 V

-

8 is

2$

3$

H '1

Ub = 4,5 V

I I* I X'

t

t-2-6

B493T 3-6

Door twee experimenten zullen we zien dat het mogelijk is om een LED te laten branden wanneer de uitgangsspanning 4,5 V is, maar ook wanneer de uitgangsspanning 0 V is. Met behulp van soldeerpennen en aansluitbusjes sluiten we een LED a a n volgens figuur 2.6. Op de foto is te zien hoe de LED en de weerstand aangesloten kunnen worden. Wees voorzichtig met het solderen. Een te hoge temperatuur kan de LED beschadigen. Door d e aansluitdraden van de LED met een tang vast te houden, kunnen we er voor zorgen dat de temperatuur nooit te hoog wordt.

84931 3 3 86661? 3

In het volgende experiment g a a n we d e spanning uit figuur 2.2 verder onderzoeken. Hiervoor hebben we d e schakeling in figuur 2.4 nodig. De schakelaar die in de

2-4

+ 4.5 V

t- J T 0

••flrï

_ 86663X4

86661-2-4

komponentenopstelling is getekend m a g worden weg gelaten. Aan- en uitzetten kan door d e batterij los te

Wanneer we de spanning aansluiten, zal de LED g a a n knipperen. Met behulp van een voltmeter meten we de uitgangsspanning zoals aangegeven is in figuur 2.1. We zien d a n dat de LED brand wanneer de uitgangsspanning 0 V is. Hetzelfde doen we met d e schakeling in figuur 2.7. De LED zal dan branden wanneer de uitelex - 9-47

2-10

2-7

C3

1000 „ 15V

*m

~Ur

D1

4,5 v t

02

•

}l

—

84931-3-10

Ub - 4.5 V

A 86661-2-7

een kondensator in serie met de LED's schakelen (figuur 2.9). De twee LED's branden om beurten, net als in de schakeling in figuur 8 in hoofdstuk 1. Wat gebeurt er? Volgens het tijdsdiagram van figuur 2.2 stijgt de spanning op t = 0 naar 4,5 V. Door de spanning op de

84931-3-7

2-11 gangsspanning ongeveer 1,6 V bedraagt. Door de LED wordt de spanning begrensd op deze waarde. Bij de schakeling van figuur 2.7 zien we dus het omgekeerde van de schakeling in figuur 2.6. U zult zich nu mischien afvragen hoe dit kan. De verklaring is echter simpel. De schakeling wordt gevoed met 4,5 V. Deze spanning

84931 3 11

uitgang zal de elko geladen worden. De stroom li die bij het laden gaat lopen, vloeit door D1 omdat een LED een diode is (zie figuur 2.10). Na 1 sekonde wordt de uitgangsspanning 0 V. De uitgang is dan als het ware kortgesloten, waardoor de kondensator zich gaat ontladen. De ontlaadstroom lo is tegengesteld aan de laadstroom dus zal er tijdens het ontladen van C3 stroom door D2 gaan lopen (zie figuur 2.11). Na twee sekonden herhaalt zich de hele procedure. De kondensator wordt geladen waarbij er stroom door D1 loopt etc.

2-8

Ub - 4.5 V

2-12 86661-2-8

u,

86663X8

'1.6V-

staat te allen tijde over R4 en T2. Wanneer de uitgangsspanning 0 V is, moet er dus over R4 4,5 V staan. Er kan namelijk geen spanning verdwijnen. Is de uitgangsspanning 4,5 V, dan moet de spanning over R4 nul volt zijn. Hierbij moeten we bedenken dat de uitgangsspanning gelijk is aan de spanning over T l De LED kan alleen branden wanneer er spanning over staat. Dit is in figuur 2.6 dus alleen het geval als de uitgangsspanning 0 V is.

2-9

f°

jHT

IS -1.6V —

2S B493V3-12 86661-2-12

Door een kondensator in serie met de uitgang te schakelen gaan dus twee antiparallel geschakelde LED's om beurten branden. Dit houdt in dat er een stroom gaat lopen die van tijd tot tijd van richting verandert. De polariteit van de spanning over de dioden moet dan ook telkens omkeren. In de doorlaatrichting staat er over de dioden ongeveer 1,6 V (bij een rode LED). In het tijdsdiagram wisselt de spanning dus tussen +1,6 V en —1,6 V (figuur 2.12). Door de kondensator is de uitgangsspanning van de testgenerator als het ware naar onderen verschoven. Een ideale blokvormige wisselspanning is weergegeven in figuur 2.13. Het zal u waarschijnlijk

2-13 u

+ t

B493J-3 13

Wanneer we twee LED's antiparallel aansluiten zoais in figuur 2.8, dan zal er slechts één LED gaan branden. (Antiparallel is parallel maar met tegengestelde polariteit.) Bij de schakeling van figuur 2.8 kan slechts één LED gaan branden, omdat de spanning aan de uitgang nooit negatief wordt. Dat verandert wanneer we 9-48 — elex

86661-2-13

wel opvallen dat het gedeelte boven de tijd-as even groot is als het gedeelte onder de tijd-as. Dit is een eigenschap van een zuivere wisselspanning.

KOMPONENTEN \ Komponenten Hier een lijst van de in Elex gebruikte onderdelen. Zoals in de rubriek "Elextra" al gezegd, wijken de symbolen soms af van de standaard-versies.

aarde

\

koptelefoon zenerdiode

luidspreker De schema's in Elex bevatten o.a. de volgende symbolen:

thyristor

gloeilampje

spoel

draad (geleider) neonlamp je

diac weerstand

verbindingen

spoel met kern

triac

potentiometer (potmeter)

transformator

kruising zonder verbinding

LED (lichtgevende diode)

afgeschermde kabel p"~»

instelpotmeter

schakelaar (open)

drukknop (open)

ir

i

relais (kontakt in ruststand) fotodiode (lichtgevoelige diode)

NPN-transistor operationele versterker (opamp) stereo potmeter

aansluiting (vast)

PNP-transistor

AND-poort (EN-poort)

aansluiting (losneembaar)

LDR

(lichtgevoelige weerstand) NAND-poort (N EN-poort)

meetpunt kondensator

batterij-cel

4

variabele kondensator

fototransistor (NPN) met en zonder basisaansluiting

N-kanaal J-FET

H3

OR-poort (OF-poort)

NOR-poort (NOF-poort)

elektrolytische kondensator

batterij (3 cellen) P-kanaal J-F ET

EXOR-poort (EXOF-poort)

zekering

diode draaispoelinstrument batterij (meer dan 3 cellen)

EXNOR-poort (EX-NOF-poort)

elex - 9-49