ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1989-74 issue october [PDF]

Zitiervorschau

8 '710966 00218

ELEX 7 e jaargang nr. 10 oktober 1989 ISSN 0167-7349 Uitgave van: Uitgeversmij. Elektuur B.V., Peter Treckpoelstr. 2-4, Beek (L) Telefoon: 04490-89444 Telex 56617, fax: 04490-70161 Korrespondentie-adres: Post¬ bus 121, 6190 AC Beek (L) Kantoortijden: 8.30-12.00 en 12.30-16.00 uur Direkteur: M. Landman Bourgognestraat 13, Beek (L) Elex verschijnt de eerste van elke maand. Het blad wordt ook uitgegeven in het Frans en in het Indonesisch. Elex/Elektuur-databank: 24 uur per dag bereikbaar (be¬ halve op maandagmiddag tussen 12.30 en 16.00 uur) voor infor¬ matie en bestellingen via com¬ puter, modem en telefoon (Viditel-systeem). Tel.: 04490-71850 Auteursrecht: Niets uit deze uitgave mag ver¬ veelvoudigd en/of openbaar ge¬ maakt worden door middel van druk, fotokopie, mikrofilm of op welke wijze dan ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgeefster. De auteursrechtelijke bescher¬ ming van Elex strekt zich mede uit tot de illustraties met inbe¬ grip van de printed circuits, evenals tot de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 Rijksoktrooiwet mogen de in Elex op¬ genomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschap¬ pelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoor¬ delijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdra¬ gen, die zij niet voor publikatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een inge¬ zonden bijdrage voor publikatie aanvaardt, is zij gerechtigd deze op haar kosten te (doen) bewer¬ ken; de uitgeefster is tevens ge¬ rechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uit¬ gaven en aktiviteiten te gebrui¬ ken tegen de daarvoor bij de uitgeefster gebruikelijke ver¬ goeding. Nadrukrecht: © Uitgeversmaatschappij Elektuur B.V.-1989 Printed in the Netherlands Druk: NDB, Zoeterwoude

WKXu/vi vak

lid NOTU, Nederlandse Organisa¬ tie van Tijdschrift- Uitgevers

10-2 - elex

Internationaal hoofdredakteur, chef ontwerp: ing. K.S.M. Walraven Hoofdredakteur: P.E.L Kersemakers bc. Redaktie: J.F. van Rooij (eindred.), E. de Ruiter bc, B.M.P. Romijn bc, ing. P.H.M. Baggen, ing. H.D. Lubben, ing. J.P.M. Steeman Ontwerpafd./laboratorium: J. Barendrecht, ing. A.A.J.N. Giesberts, ing. A.M.J. Rietjens, ing. P.J. Ruiters, ing. M.J. Wijffels

Voor het opbouwen van Elex-schakelingen hebben wij speciale standaardprinten ontworpen. Deze standaardprint is zodanig van koperbanen en gaatjes voorzien, dat ze zowel voor een eigen ont¬ werp als voor een ontwerp uit Elex gebruikt kan worden. De gaatjes zijn geboord volgens het genormaliseerde raster 2,54 mm (1/10 inch), zodat alle elektronica-onderdelen (weerstanden, kondensatoren, IC's, enz.) passen. Elex-printen zijn verkrijgbaar in drie formaten:

Redaktiesekretariaat:

formaat 1:

(1/4 x euroformaat), 40 mm x 100 mm f 7,50/Bfrs. 148

formaat 2:

(1/2 x euroformaat), 80 mm x 100 mm f 12,50/Bfrs. 246

M. Pardo G.W.P. van Linden formaat 4Dokumentatie. P.J.H.G. Hogenboom

(1/1 x euroformaat), 160 mm x 100 mm f 20,-/Bfrs. 394 (zie afbeelding)

Voor een aantal Elex-schakelingen zijn kant en klare printen verkrijg¬ baar. Hieronder volgt daarvan een overzicht:

Vormgeving/graf, prod. G.B.S., Beek (L) Techn. illustraties: L.M. Martin Fotografie; J.M.A. Peters Abonnementen: Th.H. Dewitte Jaarabonnement Nederland België buitenland f 57,50 Bfrs. 1190,- f 8 3 , Studie-abonnement f 4 6 , - (Bfrs. 952) Een abonnement kan op ieder ge¬ wenst tijdstip ingaan en loopt au¬ tomatisch 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 5,75; België Bfrs. 119 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 Advertenties: R.F.G.G. Troquet (hfd. adv. expl.) M.H. Bertram-Meijering (verkoop) P.J.M. Kunkels (adm.) Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag.

1986 86659 86660 86661 86717 86681 86688 86723 86687 86725 86756 86724 86765 1987

-Basisprint 5 V netvoeding -experimenteerprint -+ / - 15-volt-voeding -sinusgenerator -transistor als schakelaar -complementaire eindtrap -transistor en relais -astabiele multivibrator -mini-fm-ontvanger -bistabiele multivibrator -LCD-display (universeel)

86766 87640 87022 87636 87653 1988 85493 886025 886026 886027 86799 886034 886071 886077 886087 80543 886126 februari 886127 mei '89 896038

ingangsverzwakker IR audiotransmissie LED VU meter éénknopstreinbesturing fruitmachine wisselstraat-indikatie - auto-audio: regelversterker - auto-audio: inschakelautomaat - auto-audio: boosterprint - testprint opamptester - DC-ontvanger - dipmeter - tiptoets-orgel - transistor-kurve-tracer - meeluisterversterker (twee stuks) - auto-service-module 89 - VHF-ontvanger - dia-overvloeier

f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f

34, - /Bfrs. 9,65/Bfrs. 15,20/Bfrs. 16,40/Bfrs. 12,40/Bfrs. 9,75/Bfrs. 10,40/Bfrs. 9,75/Bfrs. 10.90/Bfrs. 11,70/Bfrs. 10.60/Bfrs. 14,35/Bfrs. 11,20/Bfrs. 17,45/Bfrs. 6,95/Bfrs. 16,95/Bfrs. 23,75/Bfrs. 14,70/Bfrs. 27,75/Bfrs. 14,85/Bfrs. 18.50/Bfrs. 10,15/Bfrs. 27,70/Bfrs. 15,30/Bfrs. 40,28/Bfrs. 15,85/Bfrs. 16,30/Bfrs. 16,25/Bfrs.

670 190 300 323 244 192 205 192 218 234 212 287 224 349 139 334 468 290 547 293 365 200 545 301 792 312 322 321

f 29,75/Bfrs. 586 f 22,15/Bfrs. 436

software: oktober '87 XSS-100 - telex voor MSX f 25, -/Bfrs. 493 (geformatteerde diskette met MSX.D0S.COM en C0MMAND.COM op¬ sturen) oktober '88 XSS-101 - digisimulator voor Atari 1040 ST ƒ25,-/Bfrs 493 (dubbelzijdig-geformatteerde 3VS "-diskette opsturen) Verzend- en administratiekosten f 5,00/Bfrs. 99 per bestelling. Elexprinten zijn in de meeste elektronica-zaken verkrijgbaar. Ze zijn ook rechtstreeks bij Elektuur B.V. te bestellen d.m.v. de bestelkaart elders in dit blad, of tegen vooruitbetaling op giro 124.11.00 t.n.v. Elektuur B.V., Beek (L) (België: PCR 000-017-70.26.01) o.v.v. de desbetreffen¬ de print. Ook via de "databank" (zie kolofon) kan besteld worden.

MAAND

oktober 1989

binnenkort Wat doen we vol¬ gende maand? Na in resp. september en oktober de num¬ mers 1 en 2 van onze ontwerp¬ wedstrijd onder de loep te hebben ge¬ nomen, is in het novembernummer de 3de-prijs-winnaar aan de beurt. Ver¬ volgens gaan we ons bezighouden met de problema¬ tiek van hard water en geven daar een simpele elektroni¬ sche oplossing voor. Natuurlijk hebben we in no¬ vember nog een heel arsenaal van andere schakelin¬ gen voor u. Daarvan noemen we er nog een; namelijk een stukje "fietselektronica", waar¬ mee we het ge¬ bruik van dit milieuvriendelijke vervoermiddel mis¬ schien nog wat kun¬ nen stimuleren.

inhoud zelfbouwprojekten

bij het omslag Ook voor ons blad geldt na¬ tuurlijk dat de jeugd de toe¬ komst heeft en dat mag op het omslag best eens een keer blijken.

audioeindversterker Tegenwoordig is het mogelijk om met twee kleine IC'tjes en een handjevol onderdelen een prima 30 watt eindversterker te fabriceren. ^» ^

36

solar-buitenlamp Zonnecellen laden overdag een akku op, waarmee 's avonds een tuinlampje wordt gevoed. Een zeer ekonomische vorm van verlichting. OO

balansindikator Met behulp van drie LED's wordt in een oogopslag duide¬ lijk of de balans tussen de stereo-kanalen goed is in¬ gesteld, i Q

fase-meter Wat is eigenlijk fase? Wat houdt faseverschuiving of fase¬ draaiing in? We gaan er hier eens wat dieper op in. *Q

13 fase-meter — voor- en na-ijlen zichtbaar gemaakt 18 balansindikator — stereo-evenwichtsmeter 22 buitenlamp met zonnecel-voeding — milieuvriendelijke kosteloze verlichting 28 vorstbeveiliging — voor¬ komt 's winters bevrie¬ zing van leidingen en radiatoren 32 kleurtemperatuurindikator — voor het aantonen van kleurvariaties in daglicht of kunstlicht 36 30 watt audio-eindtrap — eenvoudig te bouwen eindversterker met IC's 43 transistor-in-bedrijftester — winnaar van de 2 de prijs in de Elexontwerpwedstrijd 46 toondekoder — pieptoontjes sturen naar een relais

informatieve artikelen 4 elextra 5 veiligheid 10 ohmse draad-weerstand snel berekend — met behulp van de computer 17, 21 marktinfo 42 nadenkertje 49 'n tip — snoerhouder voor luidsprekerboxen 50 komponenten

ELEXTRA Databank Voor informatie en bestellingen is Elex 24 uur per dag bereikbaar via de Elex/Elektuurdatabank, op telefoonnummer 04490-71850 (behalve op maandag van 12.30 tot 16.00 uur). Voor een verbinding met onze databank hebt u drie dingen no¬ dig, namelijk een computer, een viditel-ontvangprogramma en een telefoonmodem. De procedure is uitermate simpel: — Het databank-systeem is viditel-kompatibel (dus ook dezelfde kodes, adressen en op¬ drachten). — Sluit de computer aan op de modem en de modem op de telefoonlijn. — Start het viditelontvangprogramma. — Draai het bovengenoemde tele¬ foonnummer. — Druk, zodra u een fluittoon hoort, het knopje 'data' in op de modem. Klaar!

Technische vragen Lezers die problemen hebben met Elex-schakelingen kunnen, behalve via de databank (zie boven), ook telefonisch vragen stellen, en wel op maandagmiddag tussen 12.30 en 16.00 uur, tel. 04490-71850. — Alleen vragen die betrekking hebben op in de laatste drie jaar in Elex gepubliceerde schake¬ lingen komen voor beantwoording in aanmerking. — Helaas kunnen wij niet ingaan op vragen die niet rechtstreeks te maken hebben met de gepubli¬ ceerde schakeling zelf, maar met speciale individuele wensen (zoals bijv. aanpassing van onze ontwer¬ pen op fabrieksapparaten). — Wanneer de verkrijgbaarheid van bepaalde onderdelen een probleem vormt, kijk dan eerst de advertenties in Elex en Elektuur nal — Houd uw vraag kort en zakelijk en zorg dat u de nodige meet¬ gegevens bij de hand hebt van de schakeling in kwestie.

Hoeveel ohm en hoeveel farad? Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voor¬ voegsels: p = (pico) = 10~12 = een mil¬ joenste van een miljoenste n = (nano) = 10~9 = een miljardste fi = (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 crok 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 = 6 800 000 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 4^7 = 4,7 fjF = 0,000 0047 F De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeg¬ gen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 000 trillingen per sekonde.

Meetwaarden Soms zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aangegeven. Die meetwaarden dient men als richtwaarden op te vatten: de fei¬ telijk gemeten spanningen en stro¬ men mogen maximaal 10% van de richtwaarden afwijken. De me¬ tingen zijn verricht met een veel voorkomend type universeelmeter met een inwendige weerstand van 20 kS/V.

Schema's Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de ge¬ bruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN, NEN). De schema's worden name¬ lijk in vele landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Ame¬ rikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens "&", " S 1", " 1 " of " = 1" genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen in¬ ternationaal bruikbaar en blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehand¬ haafd. Voor een overzicht van symbolen: zie het artikel Komponenten, achterin dit nummer.

- 10-4 — elex

Bouwbeschrijvingen Elex-schakelingen zijn meestal vrij klein, ongekompliceerd en betrek¬ kelijk gemakkelijk na te bouwen. Voor een aantal schakelingen wor¬ den speciale printen ontworpen, waarvan een deel in kant-en-klare vorm bij ons verkrijgbaar is. Op pagina 2 vindt u daarvan een overzicht. De overige Elex-schake¬ lingen kunnen worden gebouwd op onze standaard-printen, welke leverbaar zijn 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)

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

Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden ge¬ plaatst en aansluitingen en even¬ tuele resterende doorverbindingen worden gerealiseerd. Een platte¬ grond geeft de opgebouwde scha¬ keling in bovenaanzicht weer. Dezich op de onderkant (soldeerzijde) van de print bevindende ko¬ perbanen zijn in de plattegrond dun gedrukt. Soms is voor de bouw van een schakeling slechts een gedeelte van een standaard-print nodig. Het niet gebruikte gedeelte kan men met een figuurzaag langs een ga¬ tenrij afzagen.

Onderdelen Elex-schakelingen bevatten door¬ gaans uitsluitend standaard¬ onderdelen, die goed verkrijgbaar zijn. En bovendien betrekkelijk goedkoop! Ga daarom niet bezui¬ nigen op de aanschaf door het ko¬ pen van grote partijen onderdelen (bijvoorbeeld weerstanden per kilo of "anonieme", ongestempelde transistoren). Goedkoop is vaak duurkoop! Tenzij anders aangegeven worden 'A-watt-weerstanden gebruikt.

Solderen De tien soldeer-geboden. 1. Ideaal is een 15 è 30 wattsoldeerbout met een rechte 2 mm brede "longlife" punt. 2. Gebruik soldeertin, samen¬ gesteld uit 60% tin en 40% lood, bij voorkeur met 1 mm door¬ snede 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 bevesti¬ gingsgaten 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 moe¬ ten worden, bijvoorbeeld een koperbaan en een aansluitdraad, met de soldeerbout. Voeg vervolgens soldeertin toe. Het tin moet vloeien, zich dus ver¬ spreiden 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 verhit¬ ten. 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 des¬ noods 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 onderbrekin¬ gen die langer dan een kwartier duren. 9. Moet er soldeertin worden ver¬ wijderd? Maak dan gebruik van zg. zuiglitze. Verhit het te verwij¬ deren tin met de soldeerbout. Houd het uiteinde van de litze bij het tin. De litze "zuigt" het tin nu op. 10. Oefening baart kunst. Weer¬ standen of stukjes draad zijn zeer geschikt als oefenmateriaal.

Foutzoeken Doet de schakeling het niet met¬ een? 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 ver¬ keerd om? Zijn de voedings¬ spanningsaansluitingen niet ver¬ wisseld? — Zijn de aansluitingen van half¬ geleiders korrekt? Heeft u de onderdelenplattegrond misschien opgevat als het onderaanzicht van de schakeling, in plaats van het bovenaanzicht? — Is alles goed gesoldeerd? Een goede soldeerverbinding is ook in mechanisch opzicht stevig.

Netspanning Maak voor de voeding van uw schakelingen zoveel mogelijk ge¬ bruik van een losse stekernetvoeding (net-adapter). Is dat niet mo¬ gelijk, houd u dan aan de in het artikel "Veiligheid" beschreven voorschriften. Bij reparaties of me¬ tingen aan netgevoede apparaten gelden de volgende hoofdregels: * Verwijder de netsteker uit het stopkontakt vóór het verrichten van werkzaamheden aan het ap¬ paraat. 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 geïsoleer¬ de 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.

'HEID (bron: NEN3544 Elektronische en aan¬ verwante toestellen met netvoeding voor huishoudelijk en soortgelijk alge¬ meen gebruik — veiligheidseisen.) De wet schrijft (terecht!) voor dat aüe elektrische apparaten veilig moeten zijn, met name wat betreft elektrische veilig¬ heid en brandgevaar. Dat geldt natuurlijk ook voor zelfgebouwde apparaten. Er is een Europese norm die grotendeels ook door Nederland is overgenomen. Niet iedereen is in het bezit van deze norm en bovendien is het interpreteren hier¬ van geen eenvoudige zaak. Het lijkt ons daarom verstandig deze NEN3544 — die we verder "de norm" zullen noemen — kompakt samen te vatten, waardoor het ook voor de niet-ingewijde beter mogelijk is op verantwoorde wijze een apparaat op te bouwen. De veiligheidseisen hebben voor een groot deel te maken met de netspan¬ ning, 220 volt, maar ook met de tempe¬ ratuur van aanraakbare onderdelen en de brandveiligheid. Alle netvoedingsproblemen kunt u vermijden door gebruik te maken van veilige (goedgekeurde) net-adapters. U bouwt dan geen direkt uit het net gevoed toestel en u hoeft zich geen zorgen meer te maken over de inhoud van de norm aangaande dit punt. Wij raden u daarom aan zoveel mogelijk adapters met een geschikt ver¬ mogen toe te passen bij zelfgebouwde schakelingen. Als het om direkt uit het net gevoede toestellen gaat, zijn voor de bouwer twee soorten isolatie van belang: klasse I (enkele isolatie, en altijd voorzien van een steker met randaarde en een drieaderig snoer) en klasse II (dubbel geïso¬ leerd en voorzien van een netsteker zon¬ der randaarde. U ziet dus dat er altijd een dubbele beveiliging wordt geëist, enkele isolatie met randaarde of dubbele isolatie. Waar het op aan komt, is dat bij een gesloten behuizing alle aanraakbare delen (dus kast, in- en uitgaande leidin¬ gen of stekerbussen, knoppen, schake¬ laarhefbomen enzovoort) geen gevaarlij¬ ke spanning kunnen voeren.

Klasse I

Figuur 1 geeft enkele voorbeelden v deze zogeheten euro-chassisdelen e een bijbehorende euroapparaatsteke Denk eraan dat deze materialen op zich ook veilig moeten zijn, dus liefst voorzien van KEMA-keur of VDE-keur (dat is het Duitse keur¬ merk). Wees hier kritisch, het kan zijn dat op bijvoor¬ beeld een tuimelschakelaar staat dat hij geschikt is voor 250 V, maar dat deze toch niet veilig is omdat de lucht- en kruipwegen op geen enkele wijze vol¬ doen aan de norm van 3 mm voor enke¬ le isolatie en al helemaal niet aan de norm van 6 mm voor dubbele isolatie. De fabrikant bedoelt iets heel anders, n.l. dat de schakelaar niet stuk gaat bij 250 volt! Gebruikt u geen speciale net-entree, maar sluit u het netsnoer direkt aan op het apparaat, dan moet dit zijn voorzien van een deugdelijke trekontlasting. Fi¬ guur 2 geeft twee voorbeelden van trekontlastingen die voldoende bescherming bieden tegen schuren, torsie en trek op de bevestigingspunten. Denk eraan dat u apparaten van klasse I altijd voorziet van een drie-aderig snoer met daaraan een steker mèt randaarde en hiervoor nooit een snoer met aangegoten euronetsteker zonder randaarde gebruikt! Deze laatste passen zowel in stopkontakten (wandkontaktdozen) zónder als mèt randaarde en mogen daarom alleen voor dubbel geïsoleerde (klasse-N-) apparaten worden gebruikt. Voor de dui¬ delijkheid: figuur 3 toont een steker met randaarde (links) en een euro-netsteker zonder randaarde (rechts).

Schakelaars Toestellen die niet voldoen aan de drie hierna te noemen voorwaarden moeten worden voorzien van een dubbelpolige netschakelaar. 1) Een enkelpolige netschakelaar is toe¬ gestaan voor toestellen die zijn voor¬ zien van een voedingstransformator rr\et kelinge

Kort samengevat komt de norm op het volgende neer: Klasse-l-isolatie vereist dat alle geleidende aanraakbare delen deugdelijk worden geaard. Verder moet de isolatie tussen de netspanning en ieder aanraakbaar deel een testspanning van minstens 2120 V (topwaarde) kun¬ nen doorstaan. Om te voorkomen dat er doorslag optreedt door de lucht o* over het isolatiemateriaal, moet er tussen de netspanning voerende delen en de aan¬ raakbare delen een lucht- of kruipweg worden aangehouden van tenminste 3 mm. De lucht- of de kruipweg is de kortste afstand (door de lucht of over de isola¬ tie) tussen het deel waar de netspan¬ ning op staat en het deel dat aange¬ raakt kan worden.

Klasse II Ook hier in het kort de eisen: een isola¬ tie die 4240 Vt doorstaat, hetgeen een lucht- of kruipweg vereist van tenminste 6 mm. Tevens moeten de draden die verbonden zijn met de netspanning voorzien zijn van een isolatielaag die voldoet aan de eisen voor dubbele isola-

Figuur 2. Een netsnoer moet voorzien zijn van een goede trekontlasting.

2) Een funktieschakelaar (hiermee wordt een aan/uitschakelaar bedoeld die niet in het 220-V-circuit is aangebracht) is toegestaan als de voedingstransfor¬ mator gescheiden wikkelingen heeft en het verbruik van het toestel in de "uit'stand niet meer dan 10 W bedraagt. Wel moet er voor zijn gezorgd dat duidelijk zichtbaar is (bijvoorbeeld met een LED) wanneer de steker in het stopkontakt zit en er dus netspanning aanwezig is. 3) Er is geen netschakelaar vereist als het opgenomen vermogen bij normaal gebruik niet meer dan 10 W bedraagt of wanneer het toestel bedoeld is voor kontinu-bedrijf (klok, antenneversterker). Smeltveiligheden en spoelen, kondensatoren en weerstanden voor storingson¬ derdrukking hoeven echter niet te wor¬ den uitgeschakeld. Hoewel het niet voorgeschreven wordt, is het in dit ver¬ band wel aan te bevelen om een primai-

gescheiden wikkelingen hebben. Als we er van uitgaan dat deze trafo's kortsluitvast zijn, dan verklaart dat ook de afwe¬ zigheid van een primaire zekering. Als u een "gewone", niet kortsluitvaste trafo gebruikt, dan is een primaire zekering noodzakelijk.

ren. Een defekte netschakelaar is dan ook beveiligd.

ningssymbool (~) vermelden.

Bedrading

Het voorgaande verhaal gaat vooral over de veiligheid van het apparaat tijdens

Bij de bedrading van het 220-V-gedeelte moet men zeer zorgvuldig te werk gaan. Gebruik netsnoer of montagesnoer van tenminste 0,75 mm 2 , met een isolatie van tenminste 0,4 mm. Netsnoer met 2 lagen isolatie verdient de voorkeur. De draad moet ook mechanisch stevig zijn bevestigd; alleen solderen is niet vol¬ doende! De draad dient u door een soldeeroogje te steken, om te buigen en dan te solderen. Ontbreken soldeeroogjes, dan kunt u na het solderen een ex¬ tra versteviging aanbrengen met krimpkous. Geschikt zijn ook kabelschoentjes die met een speciale tang worden dicht¬ geknepen en dan niet meer hoeven te worden gesoldeerd of printkroonsteentjes. U mag de draden van het netsnoer nooit direkt op de print vastsoideren. Wie een klasse-l-apparaat bouwt, moet ook speciale aandacht besteden aan de randaarde. Gebruik een geel/groene geï¬ soleerde draad, die zo lang moet zijn dat, als er aan de bedrading wordt ge¬ trokken, de aarddraad als laatste wordt losgetrokken. De randaarde moet deug¬ delijk zijn verbonden met alle elektrisch geleidende delen die aanraakbaar zijn. "Deugdelijk" kan dus inhouden dat u bijvoorbeeld de frontplaat wel degelijk moet voorzien van een eigen aarddraad die met de binnenkomende randaarde is verbonden. Is de frontplaat echter d.m.v. metalen schroeven en metalen delen verbonden met een deel van de behui¬ zing dat al geaard is, dan kunt u dit achterwege laten. Let vooral ook op me¬ talen assen van potmeters of schake¬ laars. Ook die mogen geen gevaar voor aanraking opleveren! Ook als er een storing optreedt, mag er geen gevaar voor de gebruiker ontstaan. Kortgesloten uitgangen, defekte gelijkrichterbruggen en andere fouten die kunnen optreden in het apparaat, mo¬ gen geen gevaar opleveren. De temperatuur van aanraakbare delen mag niet te hoog worden en er worden ook eisen gesteld aan de brandveilig¬ heid. Dit alles kan worden bereikt door een juiste keuze van zekeringen (smelt¬ veiligheden), een voldoend stevige me¬ chanische opbouw, de keuze van juiste isolatiematerialen en voldoende koeling (d.m.v. ventilatie, koellichamen). Laat dus geen zekeringen weg die wel in het schema staan. Voor het zelf dimensione¬ ren van de primaire zekering kunt u als vuistregel aanhouden dat de waarde van de trage zekering niet meer mag zijn

Opschriften Bij alle professionele apparaten ziet u steeds diverse opschriften. Verplicht zijn de volgende: Bij iedere zekering (ook als die op een print zit) moet de stroomwaarde staan vermeld en of het een snelle (F) danwei een trage (T) zekering moet zijn. Verder dient men op de bui¬ tenzijde (maar niet op de bodem) te ver¬ melden: de identiteit van het toestel (dit kan een naam of een ummer zijn), de netspanning (bijv. 220 V ~ ) en de frekwentie (bijv. 50 Hz). Mag het apparaat alleen op wisselspanning worden aan-

Veilig werken

gebruik, maar zodra u de kast open schroeft ontstaat een heel andere situa¬ tie. Uiteraard raden we u aan de steker uit het stopkontakt te trekken voordat de kast wordt opengeschroefd. Maar aangezien er dan niets te meten vaJt, zal toch de steker weer aangesloten moe¬ ten worden. Voor uw persoonlijke veilig¬ heid is het dan prettig als de lichtinstal¬ latie is uitgerust met een aardlekschakelaar van hoogstens 30 mA. Het is ook mogelijk om een steker of tafelkontaktdoos te gebruiken met een ingebouwde aardlekschakelaar. Aardlekschakelaars die gevoeliger zijn dan 30 mA zijn alleen nodig indien te verwachten is dat de lekstroom kleiner blijft dan 30 mA. In de praktijk zal dit zelden voorkomen.

Dit uittreksel is door de redaktie met zorg samengesteld. Toch kunnen wij geen enkele aansprakelijkheid aanvaar¬ den ten aanzien van de juistheid van de informatie, noch de eventueel daaruit voortvloeiende gevolgen.

Figuur 4. Het gaat hier om een klasse-l-toestel dat via een dubbel geïsoleerde trans¬ formator wordt gevoed. Alle aanraakbare en geleidende delen moeten worden geaard. De uitgangen hoeven in dit geval niet te worden geaard.

i klasse-ll-toestel is het voor wat betreft de trafo erg simpel: u mongeïsoleerde trafo. U kunt hier ook zien dat de isolatie tussen punten van het 220-V-circuit, niet vergroot hoeft te worden.

De praktijk Een van de belangrijkste vuistregels is het zoveel mogelijk gescheiden houden van het gedeelte van de schakeling dat de gevaarlijke spanning voert (meestal dus 220 V) en het overige gedeelte. Probeer het deel met gevaarlijke span¬ ningen zo kompakt mogelijk te houden. Wij raden u aan om een net-entree te gebruiken waarin de zekering, en liefst ook de netschakelaar, geïntegreerd is.

Figuur 3. Een steker met randaarde (links) en een euro-netsteker {rechts}.

kundaire wikkelingen kan het nodig zijn om, met het oog op brandgevaar of een te hoge temperatuur, ook sekundair (snelle) zekeringen aan te brengen (Izekering = hominaal). Zit er een elko achter de sekundaire zekering, dan is het beter een trage zekering te gebrui¬ ken in verband met de optredende laadstromen. Om nog even terug te komen op ventila¬ tie: Houd punten die de netspanning voeren ver van ventilatiegaten, want ook een naar binnen gestoken schroevedraaier of een naar binnen vallende me¬ talen ketting mag niet in aanraking ko¬ men met spanningvoerende delen. Apparaten moeten stevig worden ge¬ bouwd. Een val op de tafel van 5 cm hoogte moet ook na meerdere keren geen enkele schade opleveren. Ook na flink rammelen moeten de trafo, de voedingselko en andere essentiële komponenten nog vast op hun plaats zitten. Gebruik geen twijfelachtige of brandba¬ re materialen waaruit gassen kunnen vrijkomen (zoals limonaderietjes als iso¬ latie voor blanke draad, of hout en pa¬ pier). Schroeven die te lang zijn, moet u inkorten; soms komen die gevaarlijk dicht bij andere komponenten.

Transformatoren

Figuur 1. Enkele euro-chassisdelen en een euro-apparaatsteker. Hiermee is de netspan¬ ning op een veilige manier aan te sluiten.i. Deze zijn overigens bedoeld vo voor klasse-lapparaten. Voor kiasse-l! mag er irdpen in het chassisdeel zitten.

In de figuren 4 en 5 hebben we gete¬ kend hoe een transformator met inacht¬ neming van de veiligheidseisen kan wor¬ den aangesloten. Met de aanduiding 1 en 2 geven we respektievelijk aan of er tussen de aangegeven punten een enke¬ le of een dubbele isolatie moet worden toegepast. In principe mogen de in de figuren getekende netschakelaars enkelpolig zijn, omdat alle getekende trafo's

Figuur 6. Het meest praktische is het bouwen van een klasse-ll-toestel. In deze figuur hebben we de knelpunten van kommentaar voorzien. 11 Gebruik een netsnoer met aangegoten euro-netsteker. 2) Het netsnoer wordt via een deugdelijke trekontlasting naar binnen gevoerd. 3) De zekeringhouder. De omgeving van de zekering is ook een prima plaats om type, "soort" netspanning, en de waarde van de zekering te vermeiden (uiteraard aan de buitenzijde van de kast). 41 De netschakelaar. De lucht- en kruipweg tussen de kontakten en het chassis moet minstens 6 mm zijn. Gebruik geen metalen knoppen, deze zijn in de meeste gevallen onvoldoende geïsoleerd. 5) De draden dóór de soldeerogen steken en solderen. 6) Breng een kous aan voor dubbele isolatie of gebruik draad waarvan de isolatielaag voldoet aan de eisen voor dubbele isolatie. 71 De afstand tussen de primaire kontakten tot de kern en de rest van de omgeving moet minstens 6 mm (lucht- of kruipweg) zijn. 81 Gebruik snoer met tenminste 0,4 mm isolatie en een kerndoorsnede van 0,75 mm. 91 Aan de print en de schakeling worden geen bijzondere eisen geste/d. Uiteraard moet de print wel stevig worden bevestigd. 10) De massa van de schakeling mag worden aangeraakt, omdat de nettrafo voor vol¬ doende veiligheid zorgt (als dit tenminste een veiligheidstrafo is). 11) De kast mag best van metaal zijn, immers het primaire circuit is met een dubbele isolatie van de omgeving gescheiden. Kunststof heeft echter de voorkeur.

elex — 10-5

ohmse draad-weerstand snel berekend met behulp van de computer naar een idee van M. Janssens

Naast de vele knutselaars die liever een spoel, trafo of draadgewonden shuntweerstand kopen in plaats van deze te wikkelen, zijn er ook lieden die deze onderdelen graag zelf maken. Het hierbij benodigde formulerekenwerk met de wet van Pouillet kan heel goed door middel van een BASIC-rekenprogramma gedaan worden. Voordat men zich voor het zelf wikkelen van trafo's en spoelen met het berekenen van zaken als zelfinduktie, getransformeerd vermogen en zo meer gaat bezighou¬ den, moet eerst de ohmse weerstand van de spoelwikkeling bekend zijn. Deze hangt af van de soortelijke weerstand van het gebruikte

10-10 - elex

wikkeldraad en de lengte en dikte daarvan. Men kan weliswaar na al het wikkelwerk een ohm-meter over de wikkeling aansluiten, maar op die manier is de kans groot dat de spoel niet aan de gestelde eisen vol¬ doet. Veel beter is het om ruim van tevoren een zo nauwkeurig mogelijke schat¬

ting van het aantal windin¬ gen te maken en daarna uit te rekenen welke draad¬ lengte dit oplevert en welke ohmse weerstand (bij een gegeven draaddikte) hiervan het resultaat is. Het BASICprogramma uit bijgaande listing kan u dit rekenwerk helemaal uit handen nemen. Voordat we ons in het pro¬

gramma verdiepen, eerst nog even iets over "de wet van Pouillet". Deze wet beschrijft het ver¬ band tussen het geleidend vermogen van een of ande¬ re geleider (meestal draadvormig), de lengte ervan, de oppervlakte van de draad¬ doorsnede en het materiaal (uitgedrukt in de soortelijke

896080X-11a

896080X-11b

896080X • 12a

weerstand). In de figuren 1 en 2 hebben we aanschou¬ welijk proberen te maken, wat voor een effekt het ver¬ anderen van de lengte of dikte van een geleider op de weerstand van de geleider heeft. De weerstand die boven in figuur 1 getekend is, stelt een stuk draad van een be¬ paald materiaal en van een vaste lengte voor. Als we met een ohmmeter over bei¬ de uiteinden van dit stuk draad meten, dan meten we een bepaalde weerstand; deze hebben we in figuur 1 met "R" aangeduid. Indien we nu twee van der¬ gelijke precies dezelfde stuk¬ ken draad in serie zetten, dan krijgen we de situatie die onder in figuur 1 is ge¬ tekend. We meten dan een twee keer zo hoge ohmse weerstand. Op precies dezelfde wijze kunnen we ook twee gelijke stukken draad parallel, in plaats van in serie zetten. Dan krijgen we de toestand die in figuur 2 getekend is. Boven hebben we weer ons al bekende stuk draad en onder is een parallel¬ schakeling van twee van zulke stukken draad gete¬ kend. Zoals we weten (en dit ook door meting kunnen vaststellen), meten we over de parallel-schakeling een twee keer zo lage ohmse

weerstand als over één en¬ kel stuk draad. Het resul¬ taat van deze meet-proeven is in de wet van Pouillet vastgelegd. De formule hier¬ van, namelijk R = Q maal 1 gedeeld door A, wil niets anders zeggen dan dat de gemeten ohmse weerstand van een stuk draad ten eerste afhangt van de soor¬ telijke weerstand van de ge¬ bruikte materiaal-soort. Ver¬ der is de weerstand recht evenredig met de draadleng¬ te, maar omgekeerd even¬ redig met de dikte van de draad. In plaats van "dikte" hebben technici het liever over "de oppervlakte van de doorsnede". Deze term wordt dan ook in het pro¬ gramma gebruikt.

Het programma In het programma wordt in feite niets anders gedaan dan de wet van Pouillet uit¬ rekenen. De hierbij gebruik¬ te formule bestaat, zoals ge¬ zegd, uit drie variabelen, na¬ melijk de soortelijke weer¬ stand Q (spreek uit: "rho"; het programma gebruikt het teken "P" hiervoor), de leng¬ te 1 ("L') en de oppervlakte van de doorsnede A ("A"). Samen leveren ze, ingevuld in de formule, de nog onbe¬ kende variabele "R" op, voor de ohmse weerstand. In to¬

taal hebben we dus vier va¬ riabelen die ieder de "onbe¬ kende" kunnen zijn, zodat we ook vier verschillende formules kunnen opschrij¬ ven, afhankelijk van welke drie de bekenden zijn en welke de onbekende. Deze formules zijn in de regels 240, 320, 400 en 480 te vinden. Als we de programmalisting goed bekijken, dan zien we dat er in de regels 510, 530, 550, 570 en 590 in totaal 5 variabelen inge¬ voerd mogen worden. Hoe zit dat? We hadden toch maar vier verschillende for¬ mules? Een blik op de "materialenlijst" in de regels 630. . .790 brengt de op¬ lossing op deze vraag. De soortelijke weerstand "P" (Q) wordt namelijk niet als een vaste waarde behandeld, omdat deze temperatuurafhankelijk is. Om die reden biedt het programma de mogelijkheid om de tempe¬ ratuur in graden Celsius in te voeren, waarna in de rechter helft van de "materi¬ alenlijst" de bij die tempera¬ tuur horende soortelijke weerstand van het materiaal wordt uitgerekend. De linker kolommen (de X-waarden) geven de soortelijke weerstanden, gerelateerd aan 0 graden Celsius. De getallen in de rechter kolom geven de temperatuurs-

896080X - 12b

Figuur 1. De weerstand boven stelt een stuk draad voor; on¬ der zijn twee van zulke stuk¬ ken draad in serie geschakeld. Konklusie: hoe langer een ge¬ leider is, hoe meer weerstand hij heeft. Figuur 2. Boven wederom een stuk draad, voorgesteld door zijn weerstand ft, en onder zijn twee van deze draden parallel gezet. Konklusie: hoe dikker een geleider, hoe minder weer¬ stand hij heeft.

elex -

10-11

10 CLS : REM menu 20 PRINT (1 30 PRINT

»

DE WET VAN POUILLET

II 40 PRINT II 50 PRINT : PRINT 60 PRINT " WAT WILT U BEREKENEN?" 70 PRINT : PRINT 80 PRINT "1 ) De weerstand van een geleider." : PRINT 90 PRINT "2) De lengte van een geleider." : PRINT 100 PRINT "3) De oppervlakte van de draaddoorsnede van een geleider.": PRINT 110 PRINT "4) De soortelijke weerstand van een geleider." : PRINT 120 PRINT Geef uw keu2e in ." 130 PRINT " 140 I$=INKEY$:IF 1$="" THEN 140 150 I = VAL (1$) : IF K I OR I >4 THEN 140 160 CLS 170 ON I GOSUB 190,270,350,430 180 GOTO 10 190 PRINT "BEREKENEN VAN DE WEERSTAND VAN EEN GELEIDER" . _ II 200 PRINT || 210 PRINT 220 GOSUB 510 : GOSUB 530 : GOSUB 550 : GOSUB 590 230 PRINT : PRINT 240 PRINT "De weerstand van de geleider is:";(P«L)/A;"ohm" 250 GOSUB 810 260 RETURN 270 PRINT "BEREKENEN VAN DE LENGTE VAN EEN GELEIDER" 280 PRINT 290 PRINT 300 GOSUB 570 : GOSUB 530 : GOSUB 550 : GOSUB 590 310 PRINT : PRINT 320 PRINT "De lengte van de geleider is:";(R»A)/P;"meter" 330 GOSUB 810 340 RETURN 350 PRINT "BEREKENEN VAN DE OPPERVLAKTE VAN DE DRAADDOORSNEDE VAN": PRINT "EEN GELEIDER" II " 360 PRINT 370 PRINT 380 GOSUB 510 : GOSUB 570 : GOSUB 550 : GOSUB 590 390 PRINT : PRINT 400 PRINT "De oppervlakte van de draaddoorsnede van de geleider is:";: PRINT (P»L)/R;"mm2" 410 GOSUB 810 420 RETURN 430 PRINT "BEREKENEN VAN DE SOORTELIJKE WEERSTAND VAN EEN GELEIDER" 440 PRINT 450 PRINT 460 GOSUB 510 : GOSUB 530 : GOSUB 570 470 PRINT : PRINT 480 PRINT "De soortelijke weerstand van de geleider is:";: PRINT (R«A)/L;"ohm mm2/m" 490 GOSUB 810 500 RETURN 510 INPUT "Geef de draadlengte in meter";L 520 RETURN 530 INPUT "Geef de oppervlakte van de draaddoorsnede in mm2";A 540 RETURN 550 INPUT "Geef de draadtemperatuur in graden Celsius";C 560 RETURN 570 INPUT "Geef de draadweerstand in ohm";R 580 RETURN 590 INPUT "Geef de materiaalsoort";P$ 600 GOSUB 630 610 IF P = 0 THEN 590

620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830

RETURN

REM

Materialen lijst THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN THEN

IF P$ = "aluminium" IF P$ = "chroomnikkel" IF P$ = "ijzer" IF P$ = "konstantaan" IF P$ = "kool" IF P$ = "koper" IF P$ = "kwikzilver" IF P$ = "lood" IF P$ = "maillechort" IF P$ = "manganine" IF P$ = "messing" IF P$ = "nikkel" IF P$ = "nikkeline" IF P$ = "wolfraam" IF P$ = "zink" IF P$ = "zilver" P = 0 : RETURN

X=.026 X=.986 X = .091 X=.481 X=65.04 X=.0165 X=.943 X=.2 X=.2998 X=.419 X=.0679 X=.123 X=.3322 X=.054 X =.058 X=.015

P=X+X*.00435-C : RETURN P=X+X«.0007*C : RETURN P=X+X».625 »C : RETURN P=X-X*.000005-C : RETURN P=X-X».00033*C : RETURN P=X+X*.004 »C : RETURN P=X+X*.0009»C : RETURN P=X+X*.00411»C : RETURN P=X+X«.000273«C : RETURN P=X+X*.00001*C : RETURN P=X+X«.0015*C : RETURN P=X+X*.00622*C : RETURN P=X+X*.0003*C : RETURN P=X+X».0047*C : RETURN P=X+X».004 *C : RETURN P=X+X».0037»C : RETURN

PRINT : PRINT "DRUK OP EEN WILLEKEURIGE TOETS VOOR HET MENU" IF INKEY$="" THEN 820 RETURN

10-12 - elex

koefncient bij 0 graden Cel¬ sius aan. D e hier afgebeelde listing is in GW-BASIC gegeven. In¬ dien bij de BASIC van uw eigen computer sommige kommando's er een beetje anders uitzien en u dus een foutmelding krijgt, raadpleeg dan u w eigen BASIC-kommandolijst voor het ingege¬ ven van de juiste "syntax". (8960890X)

fase-meter voor- en na-ijlen zichtbaar gemaakt

Fase, faseverschuiving en fasedraaiing zijn een aantal begrippen die regelmatig gebruikt worden in de elektronica-literatuur. Maar wat betekenen die termen en hoe kunnen we er aan meten? Op deze vragen zullen we hier proberen een antwoord te geven. Wanneer we over fase pra¬ ten, dan hebben we het al¬ tijd over twee of meer wisselspanningen, waarvan de frekwentie gelijk is, maar de spanning niet op hetzelfde moment door de nullijn gaat. Dit is bijvoorbeeld te zien op de foto in figuur 1, waar de ene spanning onge¬ veer een zesde van de peri¬ odetijd achter loopt. Meestal praten we bij fase¬ verschillen niet over het ver¬ schil in periodetijd, maar hebben we het over een be¬ paalde hoek uitgedrukt in graden. Een periode van een sinus kan namelijk ge¬ zien worden als het doorlo¬ pen van een cirkel, of ook wel 360°. Wanneer een pe¬ riode dus als een hoek van 360° gezien mag worden, is een gedeelte van de perio¬ detijd natuurlijk een kleinere hoek (0,5 t = 180°, 0,25 t = 90 °, etc). Ontstaan Bij faseverschilien praten we dus over twee verschillende signalen met dezelfde fre¬ kwentie, die bijvoorbeeld af¬

komstig zijn van aparte bronnen. Als voorbeeld ne¬ men we de sekondenwijzer van twee horloges. Het zou toeval zijn als deze precies dezelfde tijd aangeven; de ene loopt altijd wel iets voor op de andere, hetgeen te beschouwen is als een faseverschil. En dan hebben we het nog maar niet over eventuele uiterst kleine snelheidsverschillen (vergelijk¬ baar met de frekwentie). We kunnen dus stellen dat er bij de twee horloges altijd wel een miniem faseverschil bestaat en dat dit helaas ook voor de frekwentie geldt, waardoor het fasever¬ schil langzaam verandert en dus nooit konstant is. Dit verhaal gaat ook op voor twee spanningsbron¬ nen. Ook hierbij is er zelden een konstant faseverschil, waardoor het niet zinvol is om daarvoor een speciale meter te maken. Waar de meter wel voor te gebruiken is, zijn de signaalveranderingen die in een schakeling optreden. Neem bijvoor¬ beeld een inverterende ver¬

sterker. Deze zorgt er voor dat het uitgangssignaal als het ware 180° gedraaid is en het is soms best prettig dat we kunnen meten of dit ook daadwerkelijk gebeurt. Transistoren en opamps zijn niet de enige onderdelen die voor een verandering van de fase zorgen. Ook kondensatoren zijn hiervoor verant¬ woordelijk. Hoe dat kan, zit in het feit dat er pas span¬ ning over de platen staat als er eerst een stroom is gaan lopen waarmee de kondensator geladen is. In figuur 2 hebben we dit gra¬ fisch weergegeven en te zien is dat er tussen span¬ ning en stroom een fasever¬ schil van 90° bestaat. In dit geval zeggen we dat de stroom 90° voorijlt op de spanning, omdat de stroom eerder door de nullijn gaat. Spoelen vertonen eenzelfde soort gedrag, alleen blijkt hier de stroom 90° na te ij¬ len op de spanning. Met de faseverandering door spoelen en kondensatoren krijgen we te maken wanneer we met filters aan

de gang gaan. Een filter is namelijk altijd een kombinatie van weerstanden, spoe¬ len, kondensatoren en even¬ tueel enkele aktieve komponenten zoals transistoren en opamps. Een voorbeeld is het hoogdoorlaatfilter in fi¬ guur 3. Bij deze schakeling is de uitgangsspanning in fase met de stroom door de kondensator en u zou ver¬ wachten dat er dus een fa¬ severschil van 90° is tussen in- en uitgang. Helaas gaat deze bewering niet op, want de fasedraaiing blijkt name¬ lijk afhankelijk te zijn van de frekwentie (hoe hoger de frekwentie, hoe kleiner het faseverschil). De oorzaak hiervan zit in de verhouding tussen de impedantie van de kondensator (die kleiner wordt als de frekwentie toe¬ neemt) en de waarde van de weerstand. Blijkt de kon¬ densator meer gewicht in de schaal te leggen, hetgeen bij lage frekwenties het geval is, dan gaat de fasedraaiing richting 90°, terwijl in het omgekeerde geval de fase eerder 0° bedraagt. elex -

10-13

i Figuur 1. Wanneer twee of meer signalen dezelfde frekwentie hebben, maar niet op hetzelfde moment door de nullijn gaan, is er sprake van een faseverschil. Figuur 2. De stroom door en de spanning over een kondensator zijn 90 ° uit fase. Figuur 3. Een schakeling zo¬ als dit hoogdoorlaatfilter, zorgt er voor dat niet alleen de amplitude van het uit¬ gangssignaal afhankelijk is van de frekwentie, maar ook de fasedraaiing die optreedt. Figuur 4. Het belangrijkste deel van de fase-meter is de EXOR-poort, maar de twee in¬ gangssignalen vergeleken worden.

tijd

vco

vco

9 Gevolgen van faseverschil In de meeste gevallen hoe¬ ven we ons over de fase zelden of nooit druk te ma¬ ken, maar er zijn situaties waar de faseverschuiving uiterst belangrijk is. Wan¬ neer er namelijk twee wisselspanningen opgeteld moeten worden, zou een fa¬ severschil van 180° beteke¬ nen dat er geen groter sig¬ naal ontstaat. In dat geval heffen beide spanningen el¬ kaar op en is het netto re¬ sultaat 0 V. Er gaat dan wel een zogenaamde vereffenings stroom lopen, maar daar krijgen we niets voor terug. 10-14 — elex

Vooral in elektriciteitscentra¬ les is dit een belangrijk punt. In de meeste centrales draaien namelijk een aantal generatoren parallel, die exakt synchroon moeten lo¬ pen. Daarnaast zijn alle centrales via het koppelnet met elkaar verbonden en ook daardoor mogen er geen vereffeningsstromen optreden. Gelukkig zijn wij niet belast met alle faseproblemen die door het koppelen van de centrales ontstaan, maar er zijn ook voorbeelden te be¬ denken waar we wel mee te maken krijgen. Neem bij¬ voorbeeld de stereo¬ installatie bij u thuis. Ook

daarin wordt er heel wat ge¬ filterd en het is natuurlijk wel wenselijk dat het fase¬ verschil tussen het ingangs¬ signaal (bijv. van uw CDspeler) en het uitgangssig¬ naal (dat wat de luidspre¬ kers weergeven) voor alle frekwentie ongeveer hetzelf¬ de is. Is dit niet het geval, dan klinkt het geluid niet zoals het moet zijn. Vooral als er tussen het linker en rechterkanaal duidelijke ver¬ schillen zijn, gaat dit ten koste van de kwaliteit. Voor een laatste voorbeeld waarbij de fasedraaiing uit¬ erst belangrijk is, moeten we naar het hoofdstuk "oscillatoren". Deze kunnen

alleen funktioneren als het uitgangssignaal in fase (0°) teruggekoppeld wordt naar de ingang van de versterker trap waar de oscillator mee uitgerust is.

De

fase-meter

Een twee-kanaals-skoop is een perfekt instrument om faseverschillen te kunnen meten, maar aangezien niet iedereen zon apparaat be¬ zit, hebben we een speciale fase-meter ontworpen. Voor¬ dat we ons gaan storten op het schema, gaan we aller¬ eerst eens kijken hoe zo'n meter in grote lijnen is op¬ gebouwd. Dit doen we aan de hand van het bloksche-

ma dat in figuur 4 is afge¬ | len aan, maar we hebben beeld. natuurlijk ook met alle mo¬ Zoals uit het voorgaande gelijkheden tussen 0° en misschien al wel gebleken 180° te maken. Deze zou u is, moet de meter in staat op analoge wijze als in fi¬ zijn om het faseverschil aan guur 5 in beeld kunnen te geven tussen twee wisbrengen. U zult dan zien selspanningen. Dit betekent dat bij faseverschillen tus¬ dat het belangrijkste deel in sen 0° en 90° de uitgangs¬ de schakeling wordt voor¬ spanning van de EXOR in gesteld door het blok waar eerste instantie korte naaldhet plus-teken in staat. Hier pulsen bevat, maar dat het wordt immers uit twee in¬ nivo het merendeel van de gangsspanningen een sig¬ periodetijd 0 bedraagt. naal afgeleid dat na bewer¬ Wordt het faseverschil gro¬ king de meter moet sturen. ter, dan zullen de naaldpulDe schakeling die in dit sen langzaam breder wor¬ blok verwerkt is, noemen den, tot uiteindelijk de puls¬ we een fasevergelijker en in pauze-verhouding 50% is onze schakeling wordt daar¬ geworden (de spanning is voor een zogenaamde dan even lang hoog als EXOR-poort gebruikt. Dit is laag). In figuur 5 hebben we een speciaal soort ORal laten zien dat dit bij 90° poort, waarvan de uitgang het geval is. "hoog" is als het logische ni- Wordt het faseverschil gro¬ vo op de ingangen verschil¬ ter dan 90°, dan wordt de len. Vertalen we dit naar tijd dat de uitgangsspanning een waarheidstabel, dan X "hoog" is telkens groter, krijgen we: totdat het nivo bij 180° kontinu "hoog" blijft. De fase-afhankelijke puls¬ A B X pauze-verhouding van het 0 0 0 uitgangssignaal van de EXOR moet nog omgezet 0 1 1 worden in een voor een me¬ 1 0 1 1 ter begrijpbaar signaal. De 1 0 gemakkelijkste manier om dat te doen, is door de ge¬ Dat zon poort gebruikt kan middelde waarde van de uit¬ worden om het faseverschil gangsspanning van de tussen twee signalen aan te EXOR met behulp van een geven, toont figuur 5. Hier laten we zien wat de EXOR integrator te bepalen en deze spanning na buffering doet als het faseverschil op een voltmeter aan te tussen de signalen A en B sluiten. Dan zal de meter bij respektievelijk 0°, 90° en 180° bedraagt. In het eerste 0° faseverschil een span¬ ning van 0 V aangeven, bij geval zijn de signalen A en 90° de halve voedingsspan¬ B geheel identiek, met als ning en tenslotte bij 180° gevolg dat de EXOR alleen een waarde die overeen¬ de ingangskombinaties 0 en komt met de voedingsspan¬ 0 of 1 en 1 ziet. Uit de ning. waarheidstabel valt nu af te leiden dat het uitgangssig¬ naal X altijd logisch 0 is. Is Twee PLL's het faseverschil tussen A en In figuur 5 zijn we er voor B 90°, dan zijn de nivo's het gemak maar meteen van A en B slechts gedu¬ van uitgegaan dat de signa¬ rende de helft van de tijd len A en B blokspanningen gelijk en zal er uit de EXOR dienen te zijn. Dat wil ech¬ een blokspanning komen ter nog niet zeggen dat de zoals in de figuur is aange¬ meter niet in staat is om geven. Wordt het fasever¬ het faseverschil van sinusschil 180°, dan is het nivo vormige signalen te meten. van A kontinu verschillend Daarvoor moet er alleen van dat van B. We hebben een omzetter tussen ingang dan te maken met de twee en EXOR geschakeld wor¬ middelste mogelijkheden uit den die elke spanningsvorm de waarheidstabel, hetgeen omzet in een blokspanning. een konstant "hoog" uitDe meestgebruikte manier gangsnivo oplevert. om dat te doen, is met be¬ In de figuur geven we drie hulp van een versterker die karakteristieke faseverschilal bij zeer kleine signalen

volledig uitgestuurd wordt. Deze methode wordt ook in de fase-meter gebruikt (de versterkers direkt achter de ingangen). Helaas is het voor een nauwkeurige me¬ ting gewenst dat de in¬ gangsspanningen van de EXOR volledig symmetrisch zijn (dus 50% van de perio¬ detijd "hoog" en 50% "laag"). Door de versterkertrappen, die in dit ontwerp gebruikt worden, is dit niet altijd gegarandeerd. Er zou¬ den dus grote meetfouten kunnen optreden wanneer we het versterkte signaal rechtstreeks op de EXOR zouden aansluiten. Om dit probleem te omzeilen, heb¬ ben we twee PLLs toege¬ voegd. Dit zijn schakelingen die een VCO (spanningsgestuurde oscillator) bevat¬ ten, waarvan de puls-pauze verhouding altijd precies 50% bedraagt. Door er nu voor te zorgen dat de VCO's op dezelfde frekwentie oscilleren als de ingangs¬ signalen en dezelfde fase hebben (of een konstant faseverschil), zijn we van de problemen verlost. Nu heeft de verminking van het in¬ gangssignaal geen invloed meer en is het zelfs moge¬ lijk om het faseverschil te meten tussen twee pulsvormige signalen. Hoe de PLL er voor zorgt dat de VCO in de pas loopt met het ingangssignaal, is snel verklaard. In het blokschema is te zien dat de fase van de VCO vergele¬ ken wordt met de fase van het ingangssignaal. Hiervoor wordt eenzelfde soort scha¬ keling gebruikt als de EXOR, hetgeen betekent dat de gemiddelde uitgangsspanning van deze vergelijker ook hier weer een maat is voor het faseverschil. Deze gemiddelde spanning wordt verkregen in het laagdoorlaatfilter en toegevoerd aan de VCO. Deze gaat zich nu zo instellen dat de frekwentie gelijk is aan die van het ingangssignaal, om¬ dat alleen dan het fasever¬ schil en dus de stuurspanning voor de VCO konstant is.

5 0° Ai

Bi

X!

90° AT 0

r

Bi

X

1

nnnri^ >

o 180 Ai

Bi

h 896056X-12

Figuur S. De gemiddelde waarde van de uitgangsspan¬ ning neemt toe naarmate het faseverschil groter wordt.

Het schema Zoals in figuur 6 te zien is, wijkt het uiteindelijke sche¬ ma niet veel van het blokelex -

10-15

LJ schema af. We zullen daar¬ om de bespreking kort hou¬ den. Laten we beginnen bij de ingangen. Hier komen we allereerst een kondensator tegen die een eventuele gelijkspanningskomponent tegenhoudt. Vervolgens be¬ veiligen D l . . . D4 de ver¬ sterkers met NI en N2 te¬ gen te hoge en negatieve in¬ gangsspanningen. De door NI en N2 versterk¬ te signalen verdwijnen ver¬ volgens in IC2 en IC3. Deze IC's bevatten een komplete PLL-schakeling, alleen het laagdoorlaatfilter moet extern aangesloten worden. In dit geval is dat een vrij speciaal filter, om¬ dat de PLL snel moet kun¬ nen reageren als de frekwentie van het ingangssig¬ naal verandert, maar bij een langzame frekwentiedrift goed moet kunnen bijregelen. Deze vreemde regelkarakteristiek vraagt om een speciaal filter en u zult het met ons eens zijn dat R5, R7, R9 D5, D6 en C9 in¬ derdaad een raar filter vor¬ men. Vooral de dioden; maar dat zijn nu net de on¬ derdelen die het mogelijk maken dat de PLL een plot¬ selinge grote frekwentiesprong snel kan volgen. EXOR-poort N3 is de uit¬ eindelijke fasedetektor, ter10-16 - elex

1N4148

Figuur 6. Door het gebruik van IC's komt het uiteindelij¬ ke schema behoorlijk overeen met het blokschema. Figuur 7. Aan de hand van deze figuur dient u de print van de fase-meter te vervaar¬ digen.

Onderdelenlijst R1,R2 = 10 MQ R3,R4 m 4,7 | 1 j # C12 = 1 nF C 1 3 . . . C 1 6 = 100 nF C17 = 470 pF/25 V C18 = 1 / J F / 1 0 V radiaal

D 1 . . . D 8 = 1N4148 D9 = 1N4001 IC1 = 4030 B

IC2,IC3 = 4046B IC4 = CA3130 IC5 = 7808 M1 = draaispoelmeter 1 mA

wijl R i l en C l l de integra¬ tor vormen om de gemid¬ delde spanning te bepalen, die door IC4 gebufferd wordt. Tenslotte vormen Ml en de voorschakelweerstanden R12 en PI de span¬ ningsmeter, die de gemiddel¬ de uitgangsspanning van de EXOR zichtbaar maakt. Aangezien de spanning die de meter aangeeft tussen 0 V en de voedingsspanning ligt, dienen we er voor te zorgen dat de schakeling vanuit een konstante span¬ ningsbron gevoed wordt. Door gebruik te maken van de welbekende spanningsre¬ gelaars uit de 78XX-serie is dit niet moeilijk. Zoals in het schema te zien is, schrijven we een 7805 voor, die een uitgangsspanning van 5 V levert. Dit kan de regelaar alleen als de in¬ gangsspanning minimaal 3 V hoger is, hetgeen ver¬ klaart waarom er 9 V aan¬ geboden dient te worden. Dit mag overigens een wisselspanning zijn (D9 als enkelzijdige gelijkrichter), maar natuurlijk kunt u ook een netsteker-adapter gebruiken. Diode D9 kan dan zelfs ver¬ vangen worden door een draadbrug.

Solderen en afregelen Voor de schakeling van de

fase-meter hebben we een print laten ontwerpen, waar van figuur 7 de layout toont. Hierdoor is het niet meer zo moeilijk om de me¬ ter op te bouwen, alleen dient u er op te letten dat de polariteitsgevoelige komponenten (dioden, eiko's en uiteraard de IC's) op de goede manier op de print gezet worden, terwijl u bo¬ vendien de draadbrugjes niet moet vergeten. Zit de schakeling in elkaar, dan kan PI na het aanslui¬ ten van de voedingsspan¬ ning afgeregeld worden. Hiervoor gaat u als volgt te werk: verwijder IC2 en IC3 (deze IC's moeten daarvoor wel in voetjes geplaatst wor¬ den), verbind de aansluiting van IC2 waar pen 3 in zat via een weerstand van 10 kQ met massa (pen 5) en verbind bij IC3 dit punt met + 5 V (pen 16). Als u dit gedaan hebt, is het nivo op pen 1 van N3 "laag" en dat op pen 2 "hoog". We weten nu dat de uitgang van deze EXOR ook "hoog' dient te zijn. Door nu PI te verdraaien, zorgen we er voor dat de meter volledig uitslaat en dus een faseverschil van 180° aangeeft. Wanneer vervolgens de bei¬ de weerstanden verwijderd worden en we de IC's weer in hun voetje steken, is de meter klaar om in een ge-

schikt kastje ingebouwd te worden.

60 90 1201

Gebruik Hierover valt niet veel te vertellen, omdat dit zeer eenvoudig is. Sluit de meter aan op de punten waartus¬ sen u het faseverschil wilt meten en gebruik een toongenerator om er voor te zorgen dat de frekwentie van de te meten signalen konstant blijft, maar toch op verschillende waarden in¬ gesteld kan worden. Als de meter goed is afgeregeld, zal de wijzer aangeven wat het faseverschil is. Zoals al gebleken is, kan de meter niet meer dan 180° aangeven, maar in principe meet hij tot 360°. Een fase¬ verschil van bijvoorbeeld 270° ziet de meter als 90°, want hij weet niet of eerst signaal A hoog is geworden en daarna B of omgekeerd. Dit is dus een nadeel van onze meter, maar wie een beetje ingeburgerd is in de theorie, zal al vrij snel kun¬ nen zien of de fase die de meter aangeeft groter of kleiner dan 180° is. (896056X)

® Figuur 8. Een voorbeeld hoe de meter te gebruiken is.

integrator: Schakeling die snelle schommelingen van de ingangsspanning uitmiddelt. Een integrator heeft meestal de vorm van een RC-netwerk; de dimensionering van de komponenten bepaalt de snelheid waarmee de uit¬ gangsspanning reageert op ingangsspanningsvariaties. Eigenlijk kan ook een akku of een bufferelko in een voeding be¬ schouwd worden als een integrator.

gieopslag, bufferen, timing en afvlakking. Philips breidt de bestaande De nieuwe elkds zijn 021-reeks elektrolytische 25 mm lang en hebben een kondensatoren met axiale kapaciteit oplopend van 47 aansluitingen uit met een •tot 1000 MF (± 20%). Hun nieuw type. Ondanks de spanningsgebied loopt van buitengewoon kleine diame¬ ter (maximaal 6,9 mm) heb¬ 6,3 tot 100 V. Ze bevatten een geëtste en geanodiseerben de nieuwe kondensato¬ ren een hoge kapaciteit, die de aluminium folie die zich bevindt in een aluminium te danken is aan het hoge bus met axiale aansluitdraCV-produkt van 6900 y.C. den van gesoldeerd koper. Door de beperkte diameter De folie is samen opgerold is de montagehoogte maxi¬ met een strook papier dat maal 6,9 mm, dus nog niet met het elektrolyt is geïm¬ de helft van de 14 mm die pregneerd. Ze worden gele¬ een elko met radiale aanverd op band, in dozen of sluitdraden vraagt. De kon¬ op spoelen. densatoren zijn geschikt voor mobiele en draagbare apparatuur, zoals afstandbe¬ Voor nadere informatie: dieningen, personenoproePhilips Nederland, pers, draagbare TV's en Components, Eindhoven, autotelefoons, voor het ver¬ telefoon 040-782754. vullen van funkties als ener¬

Nieuwe eiko's

elex - 10-17

balansindikator stereo-evenwichtsmeter Behoort u ook tot die mensen die altijd het gevoel hebben dat de balanspotmeter op de stereo-installatie net niet goed staat en dat het ene kanaal daardoor iets harder is dan het andere? Zo ja, dan hebben we hier de oplossing: een meetinstrument dat aangeeft of de balans korrekt is ingesteld. Op de meeste versterkers zit een zogenaamde balans¬ potmeter, waarmee het mo¬ gelijk is om het volume van de twee kanalen verschil¬ lend in te stellen. Voor een goed stereo-beeld is het na¬ melijk van belang dat de ge¬ luidssterkte die u uit beide boxen waarneemt even hard is. Uiteraard is daarbij de afstand tussen luisteraar en de twee luidspreker-boxen ook bepalend. Als u dus midden tussen de speakers zit, moet de balans zo in¬ gesteld zijn dat linker en rechter kanaal even hard zijn (dit geldt ook bij dat beroemde merk waar u niet in het midden hoeft te zit¬ ten). Als de twee luidspre¬ ker-boxen gelijk zijn, kun¬ nen we vrij gemakkelijk me¬ ten of aan deze voorwaarde voldaan wordt. In dat geval is immers de uitgangsspan¬ ning van het linker kanaal gelijk aan die van het rech¬ ter. Door die twee spannin¬ gen te vergelijken en met een drietal LÉD's aan te ge¬ ven of het nivo van het ene kanaal hoger is dan het an¬ dere of dat beide nivo's ge¬ lijk zijn, kunnen we in een oogopslag zien of de ba¬ lanspotmeter goed is in¬ gesteld. Eigenlijk kan dit al¬ leen indien de versterker op mono staat, omdat alleen dan de signalen van het lin¬ ker en rechter kanaal volle¬ dig identiek zijn. Zijn we echter niet zo kieskeurig en mogen er kleine verschillen tussen de beide kanalen zijn, dan kunnen we ook van een stereo-signaal een aardige balansindikatie krij10-18 - elex

gen. Er is namelijk zelden sprake is van een duidelijk nivo-verschil tussen links en rechts. Werk voor opamps Voor het vergelijken van spanningen zijn opamps perfekte bouwstenen en zo¬ als in figuur 1 te zien is, hebben we ook dankbaar gebruik gemaakt van deze komponenten. Denk nu niet dat alle gebruikte opamps als spanningsvergelijker ge¬ schakeld zijn, wat zoals we straks zullen zien, worden alleen A3, A4 en A5 voor deze taak ingezet. Voordat we echter gaan kij¬ ken de funktie van alle

opamps, beginnen we bij de voeding van het geheel. In het schema is te zien dat dit een normale 15-Vvoeding moet zijn en niet een symmetrische, zoals bij veel opamp-schakelingen gebruikelijk is. Toch behoort deze schakeling tot de kategorie waarbij een symmetri¬ sche spanningsbron wel ver¬ eist is en er is daarom een truuk toegepast om een kunstmatige nullijn te kreeren. Kijk maar naar opamp A6. Hiervan is de plusingang verbonden met een symmetrische spanningsde¬ ler, hetgeen betekent dat de spanning op deze aanslui¬ ting gelijk is aan de halve

voedingsspanning (is 7,5 V). Aangezien de opamp door de verbinding tussen zijn uitgang en de min-ingang volledig is teruggekoppeld, werkt hij als buffer, die de spanning 1 x versterkt en is daardoor de spanning op punt A ook 7,5 V Via R8, D l . . .D4, R 2 e n R 4 i s deze kunstmatige nul¬ potentiaal aangesloten op A l . . . A3, zodat de uit¬ gangsspanning van deze opamps rond deze spanning varieert. Ook A4 en A5 werken rond deze nullijn, ook al zou u dat niet met¬ een zeggen. Beide opamps zijn niet op de een of ande¬ re manier met punt A ver¬ bonden, maar in dit geval zorgt de uitgangs spanning van A3 voor het doorgeven van de nullijn. Om te verklaren wat de rest doet, beginnen we bij de in¬ gangen. Voordat de binnen¬ komende signalen van het linker en rechter kanaal de eerste opamps bereiken, wordt er eerst gelijkgericht met D l . . . D4 en gebufferd met C2 en C4, zodat er op de plus-ingang van Al en A2 een DC-spanning staat die afgeleid is van het nivo van het L- en R-signaal. Aangezien de twee opamps als buffer geschakeld zijn, staat de gelijkspanning ook op pen 7 en pen 1 van respektievelijk Al en A2. De derde opamp (A3) is als verschilversterker gescha¬ keld, waarvan de uitgangs¬ spanning bepaald wordt door het verschil van de spanning op de plus-ingang van A3 en de uitgangsspan-

Figuur 1. Opamps zijn perfekte spanningsvergelijkers en daar wordt in dit ontwerp dan ook dankbaar gebruik van ge¬ maakt. Toch worden niet alle opamps voor dit doel ingezet. Al, A2 en A6 zijn namelijk buffers.

D1...D4 = BAT85

ning van Al. Let wel: niet het verschil van de uit¬ gangsspanning van Al en A2, omdat deze laatste door R6 en R8 nog gedeeld wordt met een faktor 10/11. Deze deling van het signaal uit A2 is noodzakelijk om¬ dat A3 de spanning uit Al met een faktor 10 versterkt, terwijl de spanning uit A2 met een faktor 11 versterkt wordt, hetgeen door de de¬ ler teruggebracht wordt op 10. In feite is A3 dus de komparator die bepaalt of er verschil bestaat tussen het linker en het rechter kanaal. Zijn namelijk beide signalen gelijk, dan wordt de uit¬ gangsspanning van A3 ge¬ lijk aan het kunstmatige nulnivo van 7,5 V. Is echter het rechter kanaal sterker vertegenwoordigd dan het linker, dan zal de uitgangs spanning hoger zijn, terwijl in het omgekeerde geval de spanning juist lager is dan 7,5 V. Hoeveel hoger of la¬ ger het nivo op pen 1 zal zijn, hangt af van het ver¬ schil tussen linker en rech¬ ter kanaal. Een komparator met een venster In de uitgangsspanning van A3 is dan wel de balans¬

informatie verwerkt, maar er moet nog wat gebeuren voordat een van de drie LED's oplicht. Er dient na¬ melijk met een komparatorschakeling gekeken te wor¬ den naar drie verschillende toestanden (hoger dan 7,5 V, lager dan 7,5 V of ge¬ lijk aan 7,5 V). Een schake¬ ling waarmee dit uitstekend kan, is de zogenaamde venster-komparator, die bestaat uit twee komparatoren waarvan er een kijkt naar de mogelijkheid "hoger dan", terwijl de andere de toestand "lager dan" voor z'n rekening neemt. Er wordt dus niet gekeken naar "gelijk aan", hetgeen zou betekenen dat we in principe dus nooit een balans-aanduiding kunnen krijgen. Toch is dat moge¬ lijk. Leggen we namelijk de omschakelpunten van de twee komparators iets uit elkaar, dan ontstaat er een venster, waarbinnen de toestand "gelijk aan" ligt. Er zijn dan immers drie toestanden, namelijk: toestand 1; beide opamps geven aan dat de spanning lager is dan het referentienivo van de onderkant van het venster, toestand 2; één geeft aan dat de spanning hoger is dan de onderdrem¬

pel van het venster, terwijl de andere tot de konklusie komt dat de spanning lager is dan de bovenkant van het venster en tenslotte toestand 3; beide opamps geven aan dat de ingangs¬ spanning hoger is dan de bovendrempel van het venster. Met een getallenvoorbeeld zullen we dit ver¬ duidelijken. Stel dat beide opamps bij 7,5 V omklap¬ pen, dan is er geen "ruimte" om de toestand "gelijk aan" weer te geven. Pas wanneer de ene bij bijvoorbeeld 7,6 V reageert, terwijl de an¬ dere bij 7,4 V omklapt, is er een duidelijk middelpunt. Hoe een en ander in z'n werk gaat, toont het sche¬ ma. Te zien is dat A4 en A5 identiek aangesloten zijn, alleen ligt de referen¬ tiespanning voor A4 iets hoger dan 7,5 V en voor A5 iets lager dan 7.5 V. Ril, PI en R12 vormen na¬ melijk een spanningsdeler die twee spanningen rond 7,5 V levert (Ril en R12 zijn immers gelijk), waarbij het verschil bepaald wordt door de stand van PI. Met deze potmeter stellen we dus in feite de breedte van het venster in. Om te verklaren hoe de venster-komparator en de

sturing van de LED's werkt, gaan we er van uit dat de spanning op de plus-ingangen hoger is dan de referen¬ tiespanning op pen 9 van A4 (de spanning is dan uiteraard ook hoger dan de referentiespanning op pen 6 van A5). In dit geval is de uitgangs spanning van beide opamps "hoog". LED D8 hangt daardoor tussen de voedingsspanning en de ho¬ ge uitgangsspanning van A5 en door de zener (D7) staat er net niet genoeg spanning over de PN-overgang van de LED om deze te laten oplichten. Ook D9 zal niet branden, omdat deze om¬ sloten wordt door het "hoog"-nivo van A4 en A5. Alleen D10 zal branden, aangezien over deze LED en R15 de volledige uit¬ gangsspanning van A4 komt te staan. Daalt de ingangsspanning van de venster-komparator beneden de schakeldrempel van A5, dan is de uitgangs spanning van de beide opamps "laag", met als ge¬ volg dat nu alleen D8 zal branden, omdat de span¬ ning over de andere LED's nagenoeg nul is. Ligt de ingangsspanning er¬ gens binnen het venster, dan zal A4 tot de konklusie elex — 10-19

Onderdeleniijst R1,R3 = 10 MQ R2,R4 = 4,7 kö R5,R6,R9,R10. . R12 100 kQ/1 % R7,R8 = 1 MQ/1 R13...R15 = 1kQ P1 » 100 kQ instel C1..C4,C7 = 100 nF C5 - 220 nF C6 = 10 («F/16 V D1...D4 = BAT85 D5,D6 = 1N4148 D7 = zener 2,7 V/0,4 W D8. . .D10 = LED 1C1 = TLC272 IC2 = TLC274 geschatte kosten van bovenstaande lijst: f 17,50 F/guur 2. Gezien de nogal dun¬ ne banen, zult u de layout langs fotografische weg op de print moeten overbrengen.

komen dat de spanning te laag is om te schakelen de uitgangsspanning is dan "laag" - terwijl A5 juist wel omschakelt en z'n uitgang "hoog" maakt. Als u de lij¬ nen in het schema volgt, zult u zien dat over D8 en D10 nu geen spanning staat, terwijl D9 juist wel aangestuurd wordt. Deze LED brandt daarom ten te¬ ken dat er een zekere mate van balans is.

Bouw en testen Na deze theoretische ver¬ handeling wordt het de 10-20 - elex

hoogste tijd om de soldeerbout heet te stoken, maar voordat u dat kunt doen, zal er eerst geëtst moeten worden. De print waarvan de layout in figuur 2 is afge¬ beeld, is namelijk niet via de print-service te verkrij¬ gen. Gezien het groot aan¬ tal dunne spoortjes, kunt u het beste de layout langs fotografische weg op het printmateriaal overbrengen (eventueel laten doen). Is de print klaar, dan kan er met het monteren van de onderdelen begonnen wor¬ den. Let er bij het solderen

wel op dat u geen printbanen via tinbruggen met el¬ kaar verbindt en denk ook om de polariteit van de elko, de dioden en de LED's. Zitten alle komponenten op de print, dan kunt u de indikator gaan proberen. Sluit daarvoor een 15-V-voedingsspanning aan en draai PI bijna (!) geheel rechtsom (richting minimale weer¬ stand). Als alles goed is, brandt nu D9. Er worden immers geen signalen aan¬ geboden, hetgeen uiteraard een "balans-toestand" moet opleveren. Door nu met een

vinger een van beide ingan¬ gen aan te raken (we voe¬ ren dan een bromsignaal toe), dient de bij deze in¬ gang behorende LED te gaan branden. Gebeurt dit niet, dan eventueel PI nog iets linksom verdraaien. Helpt ook dit niet, dan is er iets mis en zult u een speuraktie moeten opzetten om de fout te ontdekken. Atregelen en gebruik Is de eerste test geslaagd, dan kan de schakeling inge¬ bouwd worden. U kunt hier-

Figuur 3. Wanneer u de balansindikator in een apart kastje onderbrengt, kan deze figuur gebruikt worden om het geheel een professioneel uiter¬ lijk te geven.

voor een apart kastje ge¬ bruiken waarin ook een aparte 15-V-voeding onder¬ gebracht wordt die ca. 15 mA kan leveren (eventu¬ eel een kopie van figuur 3 op het kastje plakken). Uiteraard is het natuurlijk ook mogelijk om de gehele schakeling in de versterker in te bouwen en gebruik te maken van de voeding in dit apparaat. Helaas worden de meeste versterkers met meer dan 15 V gevoed, maar als de spanning lager dan 30 V is, kan een 7815 gebruikt worden om een stabiele voedingsspanning voor de balansindikator te verkrijgen. Of u nu de schakeling wel of niet in een apart kastje onderbrengt, laten we aan u over. Wat in ieder geval wel moet gebeuren, is het aansluiten van de ingangen op de luidsprekeruitgangen van de versterker. Dit is na¬ melijk het gemakkelijkst be¬ reikbare punt waar een stereo-signaal staat dat door de balanspotmeter

Multifuse Hun uiterlijk is misleidend. Ze zien eruit als kleine kera¬ mische schijfkondensatoren, maar het binnenwerk bevat iets totaal anders. Bij deze nieuwe komponenten van de firma Bourns gaat het namelijk om elektronische, zelfherstellende zekeringen. De "multifuses", zoals de fa¬ brikant ze noemt, kunnen in de meeste toepassingen zondermeer een traditionele glaszekering vervangen. Ze zijn even betrouwbaar, ze doen in wezen hetzelf¬ d e . . . maar ze gaan niet stuk!

Hebt u dit gedaan, dan wordt het tijd om PI af te regelen. Allereerst draait u deze instelpotmeter bijna geheel rechtsom (dezelfde stand als bij het testen van

de schakeling). Sluit vervol¬ gens een mono-signaal op de versterker aan (bijv. de uitzendingen van de regio¬ nale omroepen of zet de versterker op mono) en ver¬ draai de balanspotmeter tot¬ dat LED D9 brandt. U ge¬ bruikt nu de maximale ge¬ voeligheid van de indikator, hetgeen wil zeggen dat de LED's bij de meeste stereo¬ signalen door de kleine ver¬ schillen tussen links en recht gaan knipperen. Wilt u de indikator ook bij stereo-signalen kunnen ge¬ bruiken, dan dient het venster dat met PI in¬ gesteld wordt, groter te wor¬ den. Dit gaat dan wel ten koste van de gevoeligheid, maar als u de instelling met zorg kiest, valt dat best mee. Voor de beste afrege¬ ling moet u als testsignaal een muziekstuk gebruiken waarbij het volume-verschil tussen linker en rechter ka¬ naal zeer klein is. Verdraai nu PI totdat het knipperen ophoudt en alleen D9 oplicht.

De werking van een gewone smeltzekering berust er op dat bij het overschrijden van de maximale stroom het draadje binnenin steeds he¬ ter wordt en tenslotte doorsmelt. De inwendige weerstand neemt daardoor eerst geleidelijk ietwat toe en wordt dan plotseling on¬ eindig hoog. De "tripping"karakteristiek van een multi¬ fuse vertoont een soortgelijk beeld. In koude toestand is de inwendige weerstand heel laag (minder dan 1 Q). Wanneer bij toenemende stroom de temperatuur stijgt, kruipt de weerstand

eerst geleidelijk omhoog, waarna hij in het gebied tussen 120 en 140°C plot¬ seling een sprong maakt van enkele ohms naar enke¬ le megaohms. Het bijzonde¬ re is echter dat na het op¬ heffen van de overbelasting en het verstrijken van een korte afkoelingsperiode, de multifuse zichzelf automa¬ tisch reset. Theoretisch is deze zekering dus oneindig vaak bruikbaar; in de prak¬ tijk betekent dat enkele honderden keren. Behalve in elektrische en elektronische circuits, zijn de multifuses ook prima bruikbaar ter bescherming van kleine motoren, voedin¬ gen, transformatoren, ak-

beïnvloed kan worden (u zou ook de ingangen van de eindversterker kunnen nemen, maar daarvoor moet in het inwendige van de versterker gesleuteld wor¬ den). Afhankelijk van het uit¬ gangsvermogen van de ver¬ sterker en de geluidssterkte zult u de indikator via een spanningsdeler moeten aan¬ sluiten. De ingangsspanning van de schakeling mag na¬ melijk niet hoger dan 5 Veif worden. Bij versterkers van 10 W of meer kan het beste voor elke ingang een spanningsdeler gezet wor¬ den die bestaat uit een weerstand van 100 kQ en een van 10 kQ (10 kQ parallel over de ingang en 100 kQ tussen uitgang van versterker en ingang van in¬ dikator).

symmetrische voeding: Voedingsbron die ten op¬ zichte van de nul zowel een positieve als een ne¬ gatieve spanning levert, bijvoorbeeld plus 10 V en min 10 V. Het totale spanningsverschil tussen de plus en de min is dan

20 V.

ku's, etc. De multifuses zijn op het ogenblik al in een heleboel uitvoeringen lever¬ baar. De enkelstuks-prijs va¬ rieert zo tussen de twee en de vijf gulden. Voor inlichtingen: Texim Electronics BV., Post¬ bus 172, 7480 AD Haaks¬ bergen, tel. 05427-33333. elex -

10-21

buitenlamp met zonnecel-voeding gratis energie

De huidige schakeling is ontstaan uit de gedachte om eens wat meer belangstelling te wekken voor een van de weinige milieuvriendelijke en ook nog kosteloze energiebronnen die er op aarde zijn, namelijk het zonlicht. De schakeling uit dit artikel laadt overdag met behulp van een aantal zonnecellen een akku op. 's Avonds kan deze akku zijn energie weer afgeven, doordat er bij duisternis automatisch een gezellig tuinlampje ingeschakeld wordt. Met uitzondering van kern¬ energie, getijden-energie en aardwarmte zijn de meeste energiebronnen op aarde (indirekte) vormen van zonne-energie (we bedoelen zonlicht-energie; de getijdenwerking ontstaat namelijk door gravitatie-invloeden van de zon en de maan in kombinatie met de aard10-22 - elex

rotatie). Zo is bijvoorbeeld het verbranden van steen¬ kool of aardolie niets an¬ ders dan het opnieuw aan¬ spreken van heel lang gele¬ den opgeslagen zonneenergie. Andere energievormen, zo¬ als (rivier)water- en windkracht, zijn eveneens vor¬ men van zonne-energie. Im¬

mers: het water van een ri¬ vier dat voor het opwekken van elektriciteit gebruikt kan worden, is eerst ten gevolge van zonnestraling uit de laaggelegen zee verdampt en toen op een hoger gele¬ gen plaats gekondenseerd; de energie van het weer naar zee terugstromende water kan nuttig gebruikt

worden. Wie een windmolen ge¬ bruikt om elektriciteit op te wekken of een mechanische installatie aan te drijven, maakt gebruik van luchtstromingen die door de zonnewarmte en onderlinge ver¬ schillen in warmteabsorptie van de diverse delen van het aardoppervlak zijn ont-

Tabel 1.

staan. Aangezien de zon op een zomerse dag in onze stre¬ ken niet minder dan 1000 watt aan vermogen per vier¬ kante meter levert, is het bijna verbijsterend te noe¬ men dat er in Nederland en de omringende landen van deze geruisloze en milieu¬ vriendelijke energiebron nog zo weinig gebruik gemaakt wordt. Dat de overheid hier de laatste tijd, zij het aarze¬ lend, iets aan probeert te doen, moge blijken uit de subsidies tot zo'n 40 %, die in sommige gemeenten ge¬ geven worden als men een zonneboiler laat installeren. Door onbekendheid met de mogelijkheden die zonneenergie biedt, gaat dit soort ontwikkelingen echter onno¬ dig traag. Dat er over zonne-energie nogal wat misverstanden bestaan, blijkt ook wel uit de veel gehoorde opmerking dat het in Nederland meer waait dan dat er de zon schijnt en dat het gebruik van windmolens in deze streken dus rendabeler is dan het installeren van zon¬ nepanelen. Zodra men ech¬ ter verneemt dat een zonne¬ paneel zelfs op een bewolk¬ te dag nog water met een temperatuur van 60 graden Celsius kan leveren, draait men wat bij. Zelfs zonder warm-waterpanelen is het mogelijk om van zonne-energie te profite¬ ren. Men kan namelijk zijn huis voor een groot deel met zonne-energie verwar¬ men door het huis zodanig te ontwerpen en te oriënte¬ ren dat er aan de zuidkant

een grote glasoppervlakte is. In hoeveel gemeenten wordt er echter in de nieuwbouw¬ wijken al volgens dit princi¬ pe gebouwd? Vrijwel ner¬ gens, zodat de bewoners jaarlijks een paar honderd gulden te veel aan stook¬ kosten betalen. De extra hoeveelheden olie of aard¬ gas die als gevolg van deze miskalkulatie verstookt moeten worden, brengen ook een extra uitstoot van kooldioxide met zich mee; dit laatste verergert het at¬ mosferische broeikas-effekt. Hoewel er met direkte om¬ zetting van zonne-energie in warmte de grootste winst te behalen is, kan het voor al¬ lerlei toepassingen ook inte¬ ressant zijn om zonlicht in elektriciteit om te zetten. Daar met de huidige, in de handel verkrijgbare elektri¬ sche zonnepanelen rende¬ menten van maximaal 15% te behalen zijn, maar de kostprijs van dergelijke pa¬ nelen nog altijd aan de ho¬ ge kant is, worden zulke pa¬ nelen alleen toegepast op plaatsen waar geen andere mogelijkheid bestaat om aan elektriciteit te komen. Te denken valt hier aan licht- en radiobakens, kommunikatietorens, eenzaam gelegen telefooncellen, straatlantaarns enzovoort. Voor huishoudelijk gebruik treft men elektrische zonne¬ panelen meestal in bergach¬ tige gebieden aan waar elek¬ trische leidingen geheel ont¬ breken. De panelen dienen dan om (in kombinatie met een akku) halogeenspotjes en/of TL-lampen (met een omvormer) te laten branden,

beiastingsweerstand IQ)

spanning (V)

stroom (mA)

vermogen |mW)

1000 500 270 150 100 50 33 9,1

13 13 12 10 g 5,5 4,5

15 30 53 83 100 120 130 160

195 390 636 830 900 660 585 320

en voorzien eveneens de ra¬ dio en televisie van stroom. Voor precies dezelfde toe¬ passingen vindt men tegen¬ woordig elektrische zonne¬ panelen op de daken van boten en caravans. Voor het zwaardere werk, dus voor koken en verwarming, wordt er meestal op hout, olie of gas teruggevallen. De schakeling uit dit artikel is bedoeld om wat meer be¬ langstelling op te wekken voor zonne-energie in het algemeen. Het artikel be¬ handelt, omdat Elex nu een¬ maal een elektronica-blad is, geen warm-waterpanelen voor zelfbouw, maar een schakeling die met elektri¬ sche zonnepanelen werkt.

2

Figuur 1. Zonnecellen kan men in allerlei typen en afmetingen krijgen. Tabel 1. De door het paneeltje uit het prototype geleverde spanningen en stromen die er bij diverse belastingsweerstan¬ den optraden. Aan de hand van deze resultaten werd de vierde kolom berekend, met daarin het geleverde vermo¬ gen. Deze tabel werd tot de grafieken uit figuur 3 ver¬ werkt.

Elektrische zonnecellen De zonnecellen die te koop worden aangeboden (zie de foto in figuur 1), zijn elek¬ trisch identiek met de be¬ kende, uit P- en N-silicium opgebouwde silicium-gelijkrichtdioden. Als men over een diode die van een door¬ zichtige glazen behuizing voorzien is, een voltmeter aansluit (met de plus-klem aan de anode en de minklem aan de kathode) en de diode in het zonlicht houdt, dan slaat de voltmeter uit. Men meet dan een span¬ ning van enkele honderden millivolts. Men noemt dit verschijnsel, waarbij zonlicht de grenslaag tussen het Pen het N-silicium treft en daarbij in elektriciteit wordt omgezet, het foto-voltaïsche effekt. elex - 10-23

896129X

A1,A2 = IC1 = MC1458 B1 = zonnecel,9V B2 = akku,6V T1=TIP120/BD679 B

C

D3=stabistor,2V1

E

TIP 120

BD 679

Figuur 2. Overdag wordt de akku door de zonnecellen op¬ geladen; als het buiten vol¬ doende donker is, schakelt komparator Al de lamp in. In¬ dien de akkuspanning te laag wordt, of als er weer licht op de zonnecel valt, dan schakelt komparator A2 de lamp weer uit.

Om genoeg elektrisch ver¬ mogen te kunnen verkrijgen, worden zonnecellen veel groter uitgevoerd dan gewo¬ ne silicium-dioden. Zo kan een enkele zonnecel een doorsnede van zon 10 cm hebben. Uit zo'n zelfde ron¬ de plak mono-kristallijn sili¬ cium had men ook enkele duizenden gelijkrichtdioden kunnen maken. Mono-kris¬ tallijn silicium is silicium dat uit één enkel kristal bestaat. De atomen hiervan zijn alle¬ maal volgens hetzelfde re¬ gelmatige roostervormige patroon gerangschikt. Er bestaan echter ook zon¬ necellen die uit poly10-24 — elex

kristallijn silicium zijn opge¬ bouwd. Deze zijn te herken¬ nen aan het onregelmatige, uit meerdere vlakken be¬ staande kristal-patroon dat aan hun oppervlak duidelijk waargenomen kan worden. De struktuur van dit materi¬ aal is zodanig dat men zou kunnen spreken van meer¬ dere, in willekeurige richtin¬ gen tegen elkaar aangeperste kristallen. Halverwege de jaren zeven¬ tig slaagde men erin om nog een ander type siliciumcel te konstrueren. Een der¬ gelijke zogeheten amorfe siliciumcel bestaat uit een laag glas waarop een dun

laagje kunstmatig verontrei¬ teit over. De rest wordt te¬ nigd silicium is aangebracht. ruggekaatst of in warmte Dit type zonnecel treft men omgezet (deze warmte kan tegenwoordig veelvuldig aan natuurlijk ook nuttig ge¬ in draagbare rekenmachines, bruikt worden, indien men walkman-radio's, horloges een gekombineerd zonnepa¬ enzovoort. neel bouwt, waarvan men Hoewel dit laatste type zon¬ zowel elektriciteit als warm "water kan aftappen). necel het goedkoopst gefa¬ Terwijl het rendement van briceerd kan worden en monokristallijne cellen, zoals daarom zeer populair is, gezegd, wel zon 15 procent heeft een monokristallijne kan bedragen, ligt dat van siliciumcel wegens het hoge rendement, namelijk zon 15 poly-kristallijne cellen tussen de 10 en de 12 procent; procent, nog altijd de voor¬ dat van amorfe siliciumcelkeur. Aan de ruwweg 1000 watt per vierkante meter die len ligt tussen de 6,5 en de 10 procent. er aan zonne-energie bin¬ nenkomt, houdt men dan Hoewel we het alleen nog zon 150 watt aan elektricimaar over siliciumcellen ge-

URL(V)

896126X-12a

896129X-12b

iRL(mA)

1000

270

150

100

50

RL(fi) 896129 - 12d

896129X-12C

had hebben, is het ook mo¬ gelijk om zonnecellen met andere materialen dan silicium(-oxide) te konstrueren. Dergelijke cellen, bijvoor¬ beeld die op basis van gallium-arsenide, leveren een hoger rendement, maar zijn nog in een experimenteel stadium en dus moeilijk ver¬ krijgbaar.

Meten aan zonnecellen Alvorens men zonnecellen op een schakeling, zoals die uit figuur 2, gaat aansluiten, moeten eerst de gegevens van de beschikbare zonne¬ cellen bekend zijn. Indien er geen gegevens zijn, verricht dan zelf wat metingen. De beste methode hiervoor is om de cellen in het volle zonlicht op te stellen, aller¬ lei verschillende belastings¬ weerstanden op de zonne¬

cel-klemmen aan te sluiten en de hierbij optredende spanningen en stromen te meten. De gevonden meet¬ resultaten ordent men tot een tabel die men daarna tot een aantal grafieken ver¬ werkt. In tabel 1 en de gra¬ fieken van figuur 3 zijn de meet-resultaten weergegeven die met behulp van het zonnepaneeltje verkregen wer¬ den dat voor het prototype van onze buitenlamp (zie de foto van figuur 4) gebruikt werd. De onregelmatigheden in de grafieken zijn te wijten aan sluierbewolking die tij¬ dens het meten af en toe langs trok en meet-onnauwkeurigheden (toleranties van gebruikte weerstanden en dergelijke). Nadat de drie kolommen voor de span¬ ning, de stroom en de be¬ lastingsweerstand in een ta¬ bel genoteerd waren, werd ook nog telkens het gelever¬ de vermogen uitgerekend.

Dit werd in een vierde ko¬ lom genoteerd. Hierna wer¬ den de gegevens uit tabel 1 tot de grafieken uit figuur 3 verwerkt. Uit deze grafieken kan worden afgelezen, bij welke belastingsweerstand het paneeltje zijn maximale vermogen leverde (bij de toen aanwezige hoeveelheid zonlicht). De belastings¬ weerstand waarbij het pa¬ neeltje zijn maximale ver¬ mogen leverde, bleek een waarde van ongeveer 100 ohm te moeten hebben; het paneeltje leverde dan zo'n 900 mW. Dit punt waarbij het maximale vermogen ge¬ leverd werd, is in de grafie¬ ken met een dikke stip aan¬ geduid. Als men enig idee heeft, welke spanning en stroom het paneel (of een enkele cel) kan leveren, dan kan men overwegen of het noodzakelijk is om cellen of panelen in serie te zetten

Figuur 3. Het resultaat van en¬ kele metingen aan het zonne¬ paneel uit het prototype. Te zien zijn de stromen, spannin¬ gen en vermogens die bij di¬ verse belastingsweerstanden gemeten werden; aan de vermogenskurve kan men zien welke belastingsweerstand het hoogste rendement oplevert. De onregelmatigheden in de grafieken zijn te wijten aan de sluierbewolking die tijdens het meten het zonlicht af en toe een beetje temperde.

elex - 10-25

Figuur 4. Het prototype bestaat uit een kombinatie van een zonnepaneel, een modelbouw-akku, een fiets-halogeenlamp en wat elektronica. Figuur 5. De komponentenopstelling voor een Elex-print formaat 1.

f

(voor een hogere spanning) of parallel (voor een grotere stroom). Denk er wel aan dat een zonnecel elektrisch gezien een gewone siliciumdiode is; indien u met een paneel een akku wilt opla¬ den, dan moet er tussen het paneel en de akku een gelijkrichtdiode worden aange¬ bracht. Is deze niet aanwe¬ zig dan kan er stroom van¬ uit de akku naar het zonne¬ paneel gaan teruglopen, zo¬ dra het paneel (bij afwezig¬ heid van zonlicht) een lage¬ re spanning dan de akku heeft.

De schakeling De beveiligingsdiode waar¬ over we het net hadden, is ook in de schakeling van fi¬ guur 2 te vinden (Dl). In se¬ rie met de beveiligingsdiode is Rl aangebracht; deze werkt als stroombegrenzer, zodat kleine akku's niet door een te grote laadstroom beschadigd kunnen raken. In serie met de plus¬ leiding naar de akku is een zekering aangebracht. Deze voorkomt dat de akku bij kortsluiting beschadigd kan worden. Het is de bedoeling van de schakeling dat de zonnecel¬ len overdag de akku opla¬ den; dit laden vindt via het circuit Dl, Rl en de zeke¬ ring plaats. De elektronica die in figuur 2 te zien is, dient niet voor het onder¬ breken van het laadproces, maar voor het bij duisternis automatisch inschakelen van de tuinlamp en bij een te lage akkuspanning weer uitschakelen hiervan. De 10-26 — elex

zonnecellen leveren in de tuinlamp dus niet alleen energie aan de akku, maar dienen ook als licht-sensor. Om dit meet- en regelwerk té kunnen verrichten, be¬ schikt de schakeling over een tweetal komparators, namelijk Al en A2. Al kijkt of het al donker ge¬ noeg is om de lamp in te schakelen, terwijl A2 de lamp weer uitschakelt, in¬ dien de akkuspanning van de 6 volts akku beneden ongeveer 4,3 volt komt. Komparator Al vergelijkt de spanning die op de zonne¬ cel staat met de instelbare referentiespanning op de lo¬ per van PI. De zonnecel¬ spanning komt via R2 op pen 5 van Al terecht. Om te zorgen dat deze span¬ ning niet kan wegvallen als er bijvoorbeeld even een wolk voor de zon komt, is kondensator Cl aange¬ bracht. Deze houdt de zon¬ necelspanning even vast en werkt dus als een soort ge¬ heugen. De zonnecelspan¬ ning op pen 5 van Al wordt vergeleken met de re¬ ferentiespanning op pen 6 van Al. Deze wordt met PI ingesteld. Met deze potmeter bepaalt men dus bij wel¬ ke mate van duisternis de schakeling de lamp inscha¬ kelt. Om te zorgen dat zowel Al als A2 niet kunnen "aarze¬ len" tussen twee uitgangsnivo's (de lamp zou dan kunnen gaan knipperen of maar half branden), zijn bei¬ de komparators van hysteresis voorzien. Bij Al zorgt R3 hiervoor en bij A2 neemt R i l deze taak voor

zijn rekening. R5, die even¬ eens een hysteresis-funktie heeft, komt verderop aan bod. Zodra het donker genoeg is, wordt de spanning op pen 5 van Al lager dan de met PI ingestelde spanning op pen 6 van Al. De uitgang van Al, pen 7, wordt dan laag. De uitgangsspanning van Al wordt via een span¬ ningsdeler, bestaande uit R7 en R8, doorgegeven aan pen 2 van A2 en daar als referentiespanning gebruikt. De andere pen van A2 kijkt naar de akkuspanning, of liever gezegd: de akkuspan¬ ning minus de spanningsval over D3 (2,1 volt). D3 is een zogeheten stabistor; deze bestaat inwendig uit een drietal in serie gescha¬ kelde dioden (voor hogere spanningen treft men voor dit soort toepassingen altijd een gewone zenerdiode aan). Bij een volle 6 volts akku staat er over de akkuklemmen een spanning van tussen de 6 en de 6,5 volt. Op pen 3 van A2 staat er dan een spanning van ruim 4 volt. Die is hoger dan de referentiespanning op pen 2 van A2. Zoals gezegd, is de uitgang van Al laag, indien het donker is. Op pen 2 van A2 staat dan een lage referentie-spanning. Indien de akkuspanning, en dus de spanning op pen 3 van A2, voldoende hoog is, dan is ook de uitgang van A2 (pen 1) hoog. Aangezien de uit¬ gang van A2 via R12 met de basis van Tl verbonden is, komt Tl dan in geleiding

Onderdelenlijst R1 = 10 R2,R11 = 150 R3 = 820 kQ R4 = 100 kQ R5 = 220 kö R6 = 39 kö R7 - 8,2 kö R8 = 2,7 kQ R9 = 1,8 kQ R10 = 120 kQ R12.R13 = 2,2 kQ P1 = 100 kQ instel C1 = 100(iF/16 V C2 = 100 nF T1 = TIP12Oof BD679 D1 = 1N4001 D2 = 1N4148 D3 = stabistor 2,1 V7 400 mW IC1 = 14S8 La = lamp 6 V/0,45 A (loodjakku 6 V eventueel: zekering (3 A) plus zekeringhouder zonnepaneel 7 è 9 V

en gaat de lamp (La) bran¬ den. De lamp blijft branden tot¬ dat de akkuspanning tot be¬ neden zo'n 4,3 volt gedaald is. Op dat moment komt er namelijk zo'n lage spanning op pen 3 van A2 te staan, dat deze komparator om¬ klapt en Tl uit geleiding brengt. De enige andere ma¬ nier om de lamp te doven is het fel belichten van de zonnecel. Hierdoor zullen zowel Al als A2 omklap¬ pen en de lamp doen do¬ ven. Om te voorkomen dat er enige terugwerking is tussen de lamp en het paneel (het paneel zou door de lamp wel eens een beetje belicht kunnen worden!), en ook om te zorgen dat de lamp door storend omgevingslicht niet kan gaan knipperen, is R5 aangebracht. Deze weer¬ stand verhindert ook moge¬ lijke knipper-effekten ten ge¬ volge van een instabiele voedingsspanning (als de lamp wordt in- of uitgescha¬ keld kan de voedingsspan¬ ning een beetje veranderen). De schakeling is zodanig gedimensioneerd dat als de lamp door een te lage ak¬ kuspanning wordt uitge¬ schakeld, deze pas weer

kan gaan branden als de akku-spanning boven de 5,7 volt gekomen is. Kondensator C2 voorkomt eventuele oscillatie-neigingen van de opamps. De funktie van D2 is het voorkomen van extreem ho¬ ge gelijkspanningen op pen 5 van Al. Bij een volop be¬ schenen zonnepaneel is de afgegeven spanning veel ho¬ ger dan de akku-spanning en moet D2 samen met R2 de ingang van Al bescher¬ men.

Opbouw De komponenten-opstelling voor een Elex-print formaat 1 is in figuur 5 en de foto van figuur 6 te zien. Het lijkt ons het beste om geen nicad-akku's maar een gesloten 6 volts lood-akku te gebruiken van het type dat voor motorfietsen of au¬ to's bestemd is. Lood-akku's voor modelbouw zijn ook geschikt. De zonnecellen en de akku dienen u/el voldoende kapaciteit te hebben om de lamp gedurende de gewenste tijd te laten branden. Indien men een akku van 10 Ah heeft, dan kan men deze theoretisch 1 uur lang een stroom van 10 A laten leve¬

ren (bij konstante spanning). Bij een stroom van 5 A zal het echter twee uur duren tot de akku leeg is en bij een stroom van 1 A zelfs 10 uur. Bij het laden van de akku gelden dezelfde regels. Een akku van 10 Ah kan dus theoretisch met een laadstroom van 10 A in 1 uur vol zijn, met een stroom van 5 A in 2 uur en met een stroom van 1 A in 10 uur. We hebben dan geen rekening gehouden met de energie-verliezen die er zo¬ wel bij het laden als het ontladen ontstaan. In de praktijk houdt men als vuistregel aan dat men 1,5 maal zoveel moet laden als men ontladen kan. Als de laadstroom gelijk is aan de ontlaadstroom (dit hoeft na¬ tuurlijk niet), dan zal men bijvoorbeeld 15 uur moeten laden en 10 uur kunnen ontladen. Om te zorgen dat de akku voldoende wordt bijgeladen, dient de door de cellen gele¬ verde gemiddelde laad¬ stroom en de dagelijkse laadtijd bekend te zijn. 15 uur lang een stroom van 1 A betekent een kapaciteit van 15 Ah. Rekening hou¬ dend met de laad-verliezen

kunnen we daarmee een 1A-lamp zo'n 10 uur laten branden. De door het zonnepaneel geleverde spanning dient ruim boven die van de ak¬ ku, dus rond de 7 a 9 volt, te liggen. Hoe u uw eigen tuinlamp ook uitvoert, als één geheel (zoals bij ons prototype) of met volkomen gescheiden lamp en paneel, zorg er voor dat er niet te veel licht van de lamp op het paneel kan schijnen, om onderlinge beïnvloeding te voorkomen. Indien u genoeg cellen hebt om een akku te kunnen opladen, maar de cellen wat weinig stroom kunnen leve¬ ren, probeer het dan gerust met een kleinere akku en een lampje van een lager vermogen dan de 3 watt uit ons prototype. Een andere mogelijkheid is om de lamp minder lang te laten bran¬ den. Voor het instellen van de lichtsterkte waarbij de lamp inschakelt, kan het beste Cl even los genomen wor¬ den; anders reageert de lamp pas met enkele tiental¬ len sekonden vertraging op het (opzettelijk) verduisteren van het zonnepaneel. (896129X)

komparator: Schakeling, meestal in de vorm van een opamp, die twee spanningen vergelijkt en door een hoge of lage spanning aan de uitgang te kennen geeft, welke van de twee spanningen groter is.

Figuur 6. Het elektronisch ge deelte van ons prototype tij¬ dens de test-fase; later werd de print in een behuizing ver¬ werkt en achterop het zonne¬ paneel bevestigd.

hysteresis: Bij bijvoor¬ beeld een komparator, een thermostaat, een re¬ lais, etc, dient er altijd een klein verschil te zijn tussen het in- en uitschakelpunt, want anders zou het genoemde onderdeel bij de desbetreffende spanning of temperatuur besluiteloos heen en weer gaan klapperen (jitteren). Dit verschil noemt men de hysteresis. elex -

10-27

vorstbeveiliging anti-bevries schakeling voor radiatoren

Nu de winterperiode voor de deur staat, wordt het weer tijd om huis en haard hierop voor te bereiden. Eén van de zaken die u in ieder geval voor elkaar moet hebben, is uw CV-installatie. Zorg er dus voor dat de ketel en alles wat daarbij hoort in tiptop konditie verkeert. Hebt u een aantal ruimtes waar een radiator hangt en het ondanks dat 's winters nog behoorlijk koud kan worden, dan is het misschien verstandig om deze schakeling te bouwen. Met dit apparaat voorkomt u namelijk bevriezing van radiatoren en leidingen. Er zijn heel wat huizen waar bepaalde ruimtes, zo¬ als de garage, door een klei¬ ne radiator net vorstvrij ge¬ houden worden. Wanneer we echter 's avonds na een dag goed stoken de CV la¬ ger draaien, dan zal er ge¬ durende een paar uur (af¬ hankelijk van de isolatie van het huis) geen warmte meer opgewekt worden. Op dat moment is de kans groot dat de temperatuur bij strenge vorst in de koudste ruimte net onder het vriespunt komt. Op zich is dat meestal nog niet zo'n probleem, omdat we alles 10-28 - elex

kunnen verwijderen dat be¬ vriezen kan. Hierbij vergeten we echter één belangrijk ding. Bij de huidige moderne CV-ketels wordt de pomp alleen inge¬ schakeld als de brander funktioneert. Wanneer we dus 's avond de thermostaat lager zetten, dan stroomt er gedurende een lange tijd geen water meer door het circuit. Dit heeft dan weer tot gevolg dat de leidingen en radiatoren op de koudste punten van het huis gemak¬ kelijk kunnen gaan bevrie¬ zen, met alle nare gevolgen van dien.

Om van dit probleem ver¬ lost te zijn, nebben we een schakeling ontworpen, die registreert of er gevaar voor bevriezing is en zo ja er voor zorgt dat de pomp gaat lopen. Stromend water bevriest immers lang niet zo snel als stilstaand water.

Werk voor een opamp Wanneer we een algemene schets van de schakeling maken, dan ziet die er als volgt uit: het apparaat moet kunnen konstateren of de temperatuur beneden 0 °C

komt en in dat geval dient er een relais bekrachtigd te worden waarmee er iets in de CV geschakeld wordt zodat de pomp gaat lopen. Wat we dus nodig hebben js een temperatuurgevoelig onderdeel en dan ligt de NTC het meeste voor de hand. Wanneer we vervol¬ gens dit onderdeel in serie met een normale weerstand opnemen, dan ontstaat er een temperatuurafhankelijke spanningsdeler en krijgen we een spanning waarvan het nivo afhankelijk is van de temperatuur. Nu is het vervolgens nog een kwestie

Figuur 1. Met behulp van een NTC wordt een temperatuurafhankelijke spanning gekreëerd, die vervolgens door de opamp vergeleken wordt met een referentiespanning afkomstig van de spannings¬ deler met PI.

12V

B1 = B80C1500

van vergelijken met een vooraf ingestelde referen¬ tiespanning om tot een schakelhandeling te komen en dat we daarvoor een opamp gebruiken als komparator spreekt bijna voor zich.

Het schema Zoals u in figuur 1 kunt zien, hebben we hiervoor in feite de totale schakeling al met u doorgenomen. Toch lopen we alles nog even langs, zodat u bij proble¬ men precies weet hoe alles werkt. Weerstand Rl is de NTC, die samen met R2 de temperatuurafhankelijke span¬ ningsdeler vormt. De span¬ ning die op het knooppunt van Rl en R2 staat, is daardoor afhankelijk van de weerstand van de NTC. Heeft dit onderdeel een gro¬ te weerstand, hetgeen bij la¬ ge temperaturen het geval is, dan is de spanning er over eveneens hoog, terwijl er bij toenemende tempera¬ turen een lagere spanning over de NTC staat. Om het mogelijk te maken d^t er tussen de NTC en rest van de schakeling een lang verbindingssnoer mag zitten, hebben we Cl opge¬ nomen. Deze filtert stoorsig¬ nalen weg, zodat we daar

1

geen last van krijgen. De referentiespanning be¬ trekken we van de loper van PI. Deze vormt immers met R3 een tweede span¬ ningsdeler, maar dan een waarvan de uitgangsspan¬ ning instelbaar is. IC1 ver¬ gelijkt vervolgens de referen¬ tiespanning met de uit¬ gangsspanning van de temperatuurafhankelijke deler en als de spanning over Rl hoger is dan de referen¬ tiespanning, hetgeen bij lage temperaturen het geval kan zijn, dan wordt de spanning op pen 6 van de opamp "hoog". Hierdoor gaat er in Tl een bepaalde basisstroom lopen, zodat de transistor gaat geleiden en het relais bekrachtigd wordt. Door R4 en R5 is de opamp niet een normale komparator, maar heeft de schakeling een kleine hysteresis gekregen. Dit is wel prettig als de temperatuur rond het referentiepunt heen en weer schommelt. Zonder hysreresis zou daardoor het relais kontinu in- en uitge¬ schakeld worden. Om de schakeling vanuit de CV-ketel te kunnen voeden, hebben we aan het geheel een spanningsstabilisator toegevoegd, die voor een konstante 12-Vgelijkspanning zorgt. In te¬ genstelling tot wat gebruike¬

lijk is hebben we geen 7812 voor dit doel ingezet, maar een LM317. Dit IC kan na¬ melijk een veel hogere in¬ gangsspanning verwerken dan de 7812. Hierdoor kun¬ nen we de schakeling pro¬ bleemloos voeden vanuit de 24-V-trafo voor de CV. Deze moet dan wel genoeg energie kunnen leveren, om¬ dat er CV-ketels in de han¬ del zijn waarbij de trafo zo krap bemeten is er net ge¬ noeg vermogen voor de gasklep is. Hebt u zo'n installa¬ tie, dan moet de schakeling uit een externe spannings¬ bron gevoed worden. Neem daarvoor dan een netadapter die 12-V-gelijkspanning levert. Hiermee kan het hele voedingsdeel dan vervallen.

Bouw In verband met de veiligheid hebben we speciaal voor deze schakeling een print ontworpen, die voldoet aan alle normen. Als u namelijk het voorgeschreven relais benut, mag u 220 V met het apparaat schakelen (welke spanning we uitein¬ delijk gaan schakelen, ver¬ tellen we verderop). Aan de hand van de layout in figuur 2 moet u een print vervaardigen, waarna de on¬ derdelen gemonteerd kun¬ nen worden. Dit is het ge¬

bruikelijke "standaardwerk", zodat we daarover niet veel hoeven te vertellen. Gebruik voor IC2 in ieder geval een voetje, omdat u dan de voe¬ ding kunt testen, zonder dat bij een eventueel defekt in het spanningsregeldeel de rest van de schakeling be¬ schadigd wordt. Aangezien het de bedoeling is dat de schakeling na in¬ bouw in een geschikt kastje, ergens in de beurt van de CV-ketel komt te hangen, wordt de NTC natuurlijk niet op de print gemon¬ teerd. In plaats daarvan sol¬ deren we aan de aansluitin¬ gen van de NTC een stuk afgeschermd snoer, waarna met krimpkous de soldeer lassen geïsoleerd en water¬ dicht gemaakt worden, (zie figuur 3). Is alles gemonteerd, dan kunt u de schakeling gaan testen. Hiervoor hebt u no¬ dig een glas ijsblokjes waar¬ aan een beetje water is toe¬ gevoegd. Als dit een tijdje heeft gestaan, is de tempe¬ ratuur van de vloeistof na¬ genoeg 0 °C en kunnen we daarmee de schakeling perfekt ijken. Hang daarvoor de NTC in het glas en regel PI dusdanig af dat het re¬ lais net aantrekt. De scha¬ keling is nu afgeregeld en kan in een kunststoffen kastje ingebouwd worden. elex — 10-29

Aansluiten op de ketel Voordat we hieraan begin¬ nen, is een waarschuwing voor de gevaren die daaraan kleven misschien wel op z'n plaats. Bij het schakelen van de pomp in de CVinstallatie heeft u namelijk niet alleen te maken met de gevaarlijke netspanning, maar ook met het al of niet goed funktioneren van de ketel. Als namelijk door een fout de pomp niet in wer¬ king komt op het moment dat de branders ingescha¬ keld worden, dan moet de ketelthermostaat en eventu¬ eel de droogkookbeveiliging (voorzover die in de ketel ingebouwd is) er voor zor¬ gen dat de installatie tijdig uitgeschakeld wordt. Ge¬ beurt dit niet, dan is de kans vrij groot dat de ketel explodeert en wat dat voor gevolgen heeft, is niet te

overzien. Verzekeringsmaat¬ schappijen kunnen in zo'n geval dan ook nog voor de nodige moeilijkheden zor¬ gen, omdat er in veel polis¬ voorwaarden staat dat u niet zelf aan de verwarmings¬ installatie mag knutselen. Wie zich door deze waar¬ schuwing afgeschrikt voelt, raden we aan om toch door te lezen. We beschrijven na¬ melijk straks ook een ma¬ nier om de schakeling zon¬ der grote ingrepen in de in¬ stallatie aan te sluiten. In het gebruik is deze methode echter vrij duur, zodat we kunnen voorstellen dat u dan toch maar de gevaren wilt trotseren. Hoe u de schakeling vol¬ gens deze eerste methode aan kunt sluiten, toont fi¬ guur 4. Zoals te zien is, worden de schakelkontak¬ ten van het relais parallel aan de pompautomaat-

Onderdelenlijst R1 = 1 kQ NTC (zie fi¬ guur 6) R2 = 100 kQ R3,R4 = 10 kQ R5 = 10 MQ R6 = 22 kQ R7 = 390 Q R8 = 3,3 kQ P1 = 1 kQ instel C1 = 47nF/16 Vradiaa! C2 = 220 jiF/40 V radiaal C3 = 10 pF/16 V radiaal D1 = 1N4148 T1 = BC547B IC1 = TLC271 IC2 = LM317 in TO220behuizing B1 = B80C1500 Re1 = relais geschikt voor 220 V/AC {bijv. V23127B0002-A101) K I = printkroonsteen 3-polig koeling voor IC2 kunststoffen kastje

Figuur 2. In verband met de veiligheid hebben we voor de schakeling van de vorstbeveiliging een echte print ontwor¬ pen. Hierdoor is het mogelijk om 220 V te schakelen. Figuur 3. De aansluitingen van de NTC moet met behulp van krimpkous geïsoleerd en waterdicht gemaakt worden. Figuur 4. Methode 1: de schakelkontakten van het re¬ lais worden parallel aan de "schakelaar" van de pompautomaat aangesloten. Bij deze methode moet u wel de vei¬ ligheid terdege in de gaten houden.

220V

© pomp

schakeling

10-30 — elex

896126X -14

"schakelaar" gezet, zodat de stroomkring voor de pomp ook door de vorstbeveiliging gesloten kan worden. Om bij de "schakelaar" van de pompautomaat te ko¬ men, moet in elk geval het kastje van de automaat ge¬ opend worden en dan is het nog maar de vraag of u ook daadwerkelijk de "schake¬ laar" kunt vinden. Bij veel automaten fungeert namelijk een triac als schakelaar, het¬ geen het zoeken naar de juiste aansluitpunten niet vergemakkelijkt. Aangezien de pomp meestal bij de ketel ingebouwd is, dient het kastje van de vorstbeveiliging ook bij of in de CV-ketel gemonteerd te worden. In dat geval betrek¬

ken we de wisselspanningsvoeding rechtstreeks vanuit de CV-trafo en zijn we ver¬ plicht om de NTC via een lange afgeschermde draad op de schakeling aan te sluiten. De sensor moet im¬ mers in de koudste ruimte hangen en dat is zelden het hok waar de CV-installatie staat. De eerste methode is in fei¬ te de beste, maar alleen als u terdege weet waar u mee bezig bent, kunt u deze vol¬ gen. In alle andere gevallen raden we u aan om metho¬ de twee te gebruiken. Hier¬ bij gaan we er van uit dat u niet de pomp schakelt, maar de totale CVinstallatie. Dit wil dus zeg¬ gen dat er bij temperaturen

beneden 0 °C warmte naar de radiatoren gevoerd wordt, om zodoende bevrie¬ zingsgevaar te voorkomen. Om nu niet al teveel energie te verspillen, hangen we de NTC niet zomaar ergens in de ruimte op, maar bevesti¬ gen we hem rechtstreeks op de radiator (of de buizen). Deze blijven dan vorstvrij, terwijl het in de ruimte zelf gerust beneden 0 °C mag komen. De beste plek om de NTC vast te monteren is overigens op de retour¬ leiding, zodat de schakeling pas uitschakelt als de tem¬ peratuur van de totale radi¬ ator boven het vriespunt ligt. Hoe we bij deze tweede methode de schakeling aan¬

sluiten, toont figuur 5. Te zien is dat het grootste ver¬ schil zit in hetgeen er ge¬ schakeld wordt. Overbrug¬ den we bij methode 1 de pompautomaat, bij deze manier staan de schakel¬ kontakten van het relais parallel aan de kamerthermostaat. Hiervoor bent u niet verplicht om het kastje in de woonkamer op te hangen, want de draden naar de thermostaat komen ook uit bij de ketel. De schakeling kan dus ook bij deze methode naast de ke¬ tel opgehangen worden en vanuit de CV-trafo gevoed worden. Het gebruik van een netadapter is echter vei¬ liger. (896126X)

CV - ketel

kraan radiator

Figuur 5. Methode 2 is min¬ der elegant, maar wel veili¬ ger. In plaats van de pomp te schakelen, stellen we nu de totale CV-installatie in wer¬ king. Figuur 6. De door ons ge¬ bruikte NTC ziet er zo uit als hier getekend is en heeft een drietal gekleurde banden waarmee de waarde aangege¬ ven wordt.

NTC: Een NTC is een weerstand waarvan de weerstand groter wordt naarmate de temperatuur van het onderdeel lager wordt. We zeggen dan dat deze weerstand een negatieve temperatuurkoëfficiënt heeft. komparator: De naam komparator zegt het ei¬ genlijk al: kompareren = vergelijken. De kompara¬ tor vergelijkt twee span¬ ningen en geeft met de uitgangsspanning aan welke van de twee span¬ ningen groter is. elex — 10-31

kleurtemperatuurindikator hulp bij fotografische experimenten Voor de Elex-lezers die zich voor optische experimenten interesseren, hebben we hier een zeer eenvoudige schakeling voor het aantonen van kleurzweem in daglicht of kunstlicht. • Deze schakeling is voor natuurkundige experimenten bedoeld.

Hoewel kleurtemperatuurindikators bij allerlei opti¬ sche natuurkunde-experimenten kunnen worden in¬ gezet, ligt hun voornaamste toepassingsgebied in de fo¬ tografie. Indien u nu zegt dat u nog nooit een kleurtemperatuur-indikator nodig gehad heeft bij het maken van dia's of foto's en nooit kleurfilters gebruikt, dan moet u maar eens uw oude vakantieplaatjes te voor¬ schijn halen en ze goed bestuderen. Iets dat u misschien al eer¬ der was opgevallen aan deze foto's of dia's, is dat de films die binnenshuis be¬ licht zijn, er vaak wat oranje- of roodachtig uitzien in vergelijking met buitenop¬ namen. De buitenopnamen,

10-32 - elex

anderzijds, vertonen het ver¬ schijnsel dat ze er vaak wat te blauwig uitzien, vooral als het om berglandschap¬ pen of opnamen rond het Middellandse Zeegebied en soortgelijke nogal zuidelijk gelegen streken gaat. Het vreemde aan deze zaak is dat uzelf, toen u de op¬ namen maakte, helemaal niet de indruk had dat het licht een te rood of een te blauw karakter had. Het is dus kennelijk zo dat het menselijk oog geen be¬ trouwbare indikator is voor het bepalen of de heersende lichtomstandigheden voor een fotografische opname geschikt zijn. Dit ligt aan het feit dat het menselijk oog zich niet al¬ leen aan allerlei wisselende

lichtsterkten kan aanpassen, maar zich ook snel aan de kleur van het heersende dag- of kunstlicht aanpast. Dit laatste realiseert men zich pas als men bijvoor¬ beeld plotseling van buiten, dus vanuit het daglicht, een ruimte inkijkt die met gloei¬ lampen verlicht wordt. Op dat moment beseft men hoe oranje-achtig het licht van een gloeilamp eigenlijk wel is, vergeleken met dag¬ licht. Een fotograaf zegt in zo'n geval: "Die gloeilampen veroorzaken een roodzweem op de film". Hij zal dan eventueel een voor deze lichtsoort geschikte film (een kunstlicht-film) in zijn kamera stoppen of met behulp van een flitser het licht van de gloeilampen

proberen te overstemmen. Of hij zal misschien een lichtblauw kunstlicht-filter voor het objektief schroe¬ ven. Bij buitenopnamen echter zal een fotograaf een daglichtfilm in zijn kamera stoppen (deze is afgestemd op een kleurtemperatuur van circa 5500 K). Bij een te groot blauw-aandeel zal hij proberen het wat te blauwe buitenlicht met be¬ hulp van een lichtrose daglicht-filter te kompenseren, zodat de film een wat neutralere licht-kleur krijgt aangeboden. Omdat het voor het menselijk oog ken¬ nelijk niet altijd mogelijk is om de heersende kleurtem¬ peratuur van het licht te be¬ palen (en ervaring ook niet

altijd helpt), kan een indikator voor het bepalen van de kleurtemperatuur erg goed van pas komen, als men tenminste prijs stelt op korrekte kleuren op foto's en dia's. De bovenstaande opmerkin¬ gen over dag- en kunstlichtfilm hebben overigens alleen betrekking op dia-film. Kleurzweem op negatief-film kan in de afdruk-centrale weggewerkt worden (ook al gebeurt dit meestal niet).

Licht: elektro¬ magnetische energie

Tabel

:rrca 2

O nm

430 i 490 nm 530 nm nm Jnm r»fln 760 nm circa 800 n m , . . 3000 nm

Alvorens we op de schake¬ ling ingaan, lichten we eerst nog de wat vreemde term "kleurtemperatuur" toe. Licht is, net als radiogolven, een vorm van elektro-magnetische straling. Net zoals bij radiogolven gebruikelijk is, kunnen we lichtgolven naar golflengten of frekwenties indelen. In de praktijk onderscheidt men de diver¬ se lichtkleuren meestal naar hun golflengte. Dit is ook te zien in tabel 1, waarin de kleuren zoals wij die kennen en de bijbehorende golfleng¬ ten (in nanometers) gegeven zijn. De kleuren uit tabel 1 komen we in de praktijk meestal niet in hun zuivere vorm tegen. Zo bestaat bij¬ voorbeeld het daglicht niet uit één kleur, maar uit een mengsel van alle kleuren uit het spektrum tegelijk. Sa¬ men levert dit wit op. Met behulp van een prisma kan men dit witte, door de zon uitgezonden licht weer in licht van verschillende golf¬ lengten scheiden en daar¬ mee aantonen dat dit witte

licht inderdaad een mengsel van kleuren is. Naast het voor ons zichtbare licht tref¬ fen we ook nog het infra¬ rode licht (dat wij meestal als warmte ervaren) en het ultraviolette licht aan. Nu is de zon niet de enige bron van lichtstraling die we kennen. Indien we bijvoor¬ beeld een kachel maar heet genoeg zouden kunnen la¬ ten worden, dan zou de uit¬ gezonden straling daarvan wèl zichtbaar voor onze ogen worden. Het metaal van de kachel gaat namelijk bij een nogal hoge tempera¬ tuur een dofrode gloed ver¬ tonen. Wie wel eens een staalgieterij bezocht heeft, zal weten dat metalen bij steeds gro¬ ter wordende hitte steeds andere kleuren uitzenden. Deze variëren van "zwart" (onzichtbaar, maar wel voel¬ baar) via dofrood naar fel¬ rood, oranje en zelfs geel. Bij nog hogere temperaturen kan het metaal zelfs wit lij¬ ken (men spreekt niet voor niets van "witheet").

Kleur-temperatuur Omdat, zoals uit het voor¬ gaande is gebleken, bij een bepaalde temperatuur een bepaalde lichtkleur (golfleng¬ te) hoort, hebben natuur¬ kundigen een tabel samen¬ gesteld waarin zowel de temperatuur (in Keivin, afge¬ kort K), als de door een verhit voorwerp uitgestraal¬ de licht-golflengte voorkomt (om de temperatuur in Kei¬ vin te krijgen hoeft u alleen maar de temperatuur in gra¬ den Celsius te nemen en hier 273 bij op te tellen; 20 graden Celsius is dus

Tabel 2.

allerlei lichtbronnen zeer donkerblauwe lucht in de schaduw bewolkt of nevelig weer daglicht-TL-lamp wolkenloze hemel, in volle zon idem, tot 3 uur na zonsopgang idem. vanaf 3 uur voor zonsondergang gloeilamp 100 watt TL-lamp met "warme" tint brandende kaars of olielamp

kleur-temperaturen (Keivin! meer dan 8000 K circa 7000 K circa 6500 K circa 6000 K circa 5500 K circa 5500 K circa 2800 K circa 2900 K circa 1000 K

Foto. Onze schakeling kan een echte kleurtemperatuur-meter als deze natuurlijk niet vervan¬ gen. Maar de prijs van zo'n professioneel instrument liegt er dan ook niet om. Tabel 1. De verschillende kleu¬ ren van het lichtspekrum, met daarnaast hun golflengte. Tabel 2. Een aantal veel voor¬ komende lichtbronnen en hun kleurtemperatuur.

elex — 10-33

Figuur 1. De schakeling bestaat uit een Wheatstonebrug met in iedere brugtak een LDR als meetweerstand. Voor de linker LDR bevindt zich een rood kleurfilter en voor de rechter LDR een blauw kleur¬ filter.

gelijk aan 293 Keivin). Om hun tabel te kunnen samenstellen, zijn de na¬ tuurkundigen bij hun bere¬ keningen niet van gloeiend metaal, maar van een theo¬ retische "ideale straler" uit¬ gegaan; een "ideale straler" is "volkomen zwart" bij een temperatuur van 0 K. De al¬ dus met behulp van een "ideale straler" verkregen tabel wordt een kleurtemperatuur-tabel genoemd. Deze tabel bestaat uit twee kolommen: een voor alle mogelijke temperaturen en een tweede voor de bijbeho¬ rende kleuren die de "ideale straler" bij deze temperatu¬ ren zal krijgen. Indien een fotograaf nu zegt dat het licht van een of an¬ dere flitser een bepaalde kleurtemperatuur, bijvoor¬ beeld 5500 K, heeft, dan bedoelt hij niets anders dan dat het licht van deze flitser dezelfde golflengten produ¬ ceert als die, welke door een ideale straler met een temperatuur van 5500 K zouden worden uitgestraald. Het spreekt vanzelf dat als de fotograaf zou zeggen dat een TL-lamp een kleurtem¬ peratuur van bijvoorbeeld 2900 K heeft, dit helemaal niet betekent dat deze TLlamp ook werkelijk een tem10-34 — elex

peratuur van 2900 K heeft; u zou zo'n lamp dan niet meer in uw keuken durven monteren. Het licht dat een TL-balk produceert, wordt namelijk niet veroorzaakt doordat het materiaal van de lamp een zeer hoge tem¬ peratuur heeft, maar door fluorescentie. In de praktijk kan er dus een groot ver¬ schil bestaan tussen de wer¬ kelijke temperatuur van een voorwerp en de kleurtempe¬ ratuur ervan. Bij gloeilam¬ pen is de temperatuur van de gloeidraad altijd gelijk aan de kleurtemperatuur (gelukkig is het glas van de lamp veel kouder!); de gloeidraden van de lamp zijn dus als ideale stralers te be¬ schouwen. In tabel 2 kunt u de door allerlei lichtbronnen veroor¬ zaakte kleurtemperaturen aflezen. We moeten hierbij opmerken dat de in deze tabel gegeven lichtbronnen, net als bij zonlicht het geval is, een mengsel van kleuren produceren. In tabel 2 is te zien dat zelfs het gewone daglicht bij allerlei verschillende weers¬ omstandigheden nogal uit¬ eenlopende kleurtemperatu¬ ren kan opleveren. Toch zal het daglicht gemiddeld ge¬ nomen nog altijd een blau¬

wer spektrum opleveren dan De schakeling een gloeilampenverlichting In figuur 1 is te zien dat binnenshuis. Om die reden een kleurtemperatuur-indikawerken fotografen dan ook tor op zeer eenvoudige wij¬ buitenshuis met daglichtze kan worden samenge¬ films (voor kleurtemperatu¬ steld. De schakeling is geba¬ ren van zo'n 5500 K) en seerd op een Wheatstonebinnenshuis met kunstlichtbrug. films (voor kleurtemperatu¬ De Wheatstone-brug in fi¬ ren van rond de 3200 K). guur 1 bestaat uit een linker Indien men echter niet en een rechter tak. De lin¬ voortdurend van film wil ker tak wordt gevormd door wisselen, dan kan men ook Rl (plus PI) en R2, en de buitenshuis met een kunstrechter tak door R3 en R4. lichtfilm werken; wel moet Indien de weerstandsverhou¬ men dan een roodfilter voor ding tussen Rl (plus PI) en de kamera-lens aanbrengen, R2 dezelfde is als die tus¬ anders wordt de film te sen R3 en R4, dan verhou¬ blauw. den ook de spanningen over deze weerstanden zich De kleurzweem die het dag¬ op dezelfde wijze. Doordat licht vertoont, hangt niet al¬ over de linker tak van de leen af van de weersom¬ standigheden, maar ook van brug dezelfde spanning staat als over de rechter de tijd van de dag. Rond tak, is de spanning over de zonsopgang en zonsonder¬ p