|
Knipperlicht centrale met twee uitgangen |
|
klik hier voor compleet overzicht |
- twee complementaire uitgangen
- 1,5 A per uitgang
- frequentie instelbaar van 0,5 Hz tot 5 Hz
- Slechts 21 onderdelen
INLEIDING
Een zogenaamde knipperlicht centrale is vooral in modelbouwkringen een zeer begeerd object. Met zo'n schakeling
kunnen immers een heleboel optisch nuttige en leuke effecten verkregen worden zoals de alarmindicatie bij overwegen, miniatuur
reclamepanelen, etc.
De op deze pagina beschreven schakeling is zeer eenvoudig na te bouwen met standaard onderdelen, maar kan toch zeer hoge eisen
vervullen.
Zo kan er in totaal niet minder dan 3 A stroom uit de centrale getrokken worden, stroom die verdeeld is over twee uitgangen. Deze
twee uitgangen werken geïnverteerd ten opzichte van elkaar. Als de ene uitgang stroom levert, staat de andere op 0 V.
Een voordeel van de schakeling is dat de twee uitgangen onafhankelijk van elkaar werken en dat het dus niet noodzakelijk
is dat deze met even grote belastingen worden afgesloten.
Bovendien is de werking van de schakeling, met name de frequentie, volledig onafhankelijk van de grootte van de belasting.
Uiteraard kan men de frequentie van het knipperlicht continu instellen en wel binnen de grenzen 0,5 Hz en 5 Hz.
De schakeling wordt gevoed uit een spanning van 5 à 6 V.
HET BLOKSCHEMA
Het blokschema van deze universele schakeling is getekend in figuur 1.
Hart van de schakeling is een oscillator, uitgevoerd onder de vorm van een astabiele multivibrator. Dit blok bepaalt de frequentie
van het uitgangssignaal. Deze schakeling wordt afgesloten met een inverter. De uitgang van de oscillator en de uitgang van de
inverter gaan vervolgens naar twee identieke stroomversterkers die de twee signalen geschikt maken voor het sturen van de belasting.
Figuur 1: Het blokschema.
DE OSCILLATOR
De oscillator is, zoals gezegd, uitgevoerd onder de vorm van een astabiele multivibrator. Daarvoor wordt een beroep gedaan op
de meest eenvoudige schakeling die denkbaar is: een geïntegreerde Schmitt-trigger met RC-terugkoppeling. Het
principeschema van de schakeling is getekend in figuur 2. De schakeling wordt toegelicht aan de hand van de grafieken in figuur 3.
Figuur 2: De oscillator.
Figuur 3: Werking van de oscillator.
Hart van de schakeling is een poort ST1 uit een 7413 NAND met Schmitt-trigger werking. Als de ingangsspanning van een dergelijke
poort 0 V is zal de uitgang 'H' zijn.
Als men de ingangsspanning van zo'n poort nadien van 0 V laat stijgen, zal de uitgang bij een bepaalde drempel omschakelen van
'H' naar 'L'. Dit noemt men de bovenste drempel van de schakeling.
Laat men echter nadien de ingangsspanning weer dalen dan zal men vaststellen dat de uitgangsspanning 'L' blijft, ook al daalt de
ingangsspanning tot onder de bovenste drempel. De ingang moet dalen tot onder een tweede drempelwaarde, de onderste drempel,
alvorens de uitgang reageert door weer 'H' te worden.
Het verschil tussen de beide drempels noemt men de 'hysteresisch' van de schakeling.
Nu terug naar de schakeling.
Bij het inschakelen van de voedingsspanning is de condensator C volledig ontladen. De basis van de transistor staat dus op 0 V,
het gevolg is dat ook de emitterspanning 0 V is. Deze spanning wordt aangelegd aan de ingangen van de Schmitt-trigger
poort, met als gevolg dat de uitgangsspanning 'H' is. Deze hoge spanning gaat via de weerstand R1 de condensator C opladen. Het
gevolg is dat de spanning over de condensator langzaam stijgt. Omdat de transistor als emittervolger is geschakeld zal de
spanning op de emitter deze spanningsstijging over de condensator volgen, zij het met een spanningsverschil van ongeveer 0,6 V. Dat
is de geleidingsspanning van de basis-emitter overgang van de transistor.
Op een bepaald moment is de condensator zover opgeladen dat de spanning op de emitter van de transistor gelijk wordt aan de
bovenste drempel van de poort. De uitgang schakelt plotsklaps van 'H' naar 'L'. De condensatorspanning is nu dus groter dan de
spanning op de uitgang van de poort. Het gevolg is dat de stroom door de condensator van richting verandert. De condensator wordt
nu ontladen door een stroom die bepaald wordt door de waarde van de weerstand R1. De condensatorspanning gaat dus dalen en na enige
tijd zal de spanning op de emitter gelijk worden aan de onderste spanningsdrempel van de Schmitt-trigger. De uitgang van de
schakeling klapt om van 'L' naar 'H'. De condensator kan nu weer geladen worden tot de bovenste drempel.
Men kan dus besluiten dat over de condensator een spanning ontstaat die op en neer gaat tussen de beide drempels van de
poort. Op de uitgang van de schakeling ontstaat een blokvormige spanning.
De frequentie van het uitgangssignaal wordt uiteraard bepaald door de waarde van de condensator C en de waarde van de weerstand R1.
Hoe groter de condensator en de weerstand, hoe langer het duurt alvorens de spanning op de emitter gestegen of gedaald tot een van
de drempels. De frequentie is dus omgekeerd evenredig met de waarde van de onderdelen.
In principe kan men deze schakeling ook gebruiken zonder de emittervolger. Nadeel is echter dat de waarde van de
terugkoppelweerstand R1 dan aan een maximale waarde van ongeveer 470 Ohm is gebonden. Dat wordt bepaald door de eigenschappen van
de TTL-technologie van de gebruikte poort. De ingangen van een dergelijke poort leveren stroom. Als de ingang wordt afgesloten
met een te grote weerstand zal er over de weerstand zoveel spanning vallen, dat de spanning op de ingang nooit onder de
laagste drempel van de schakeling kan komen.
Een en ander heeft tot gevolg dat men voor de condensator een zeer grote elco zou moeten toepassen. Door gebruik te maken van de
emittervolger wordt de ingang van de poort afgesloten met de weerstand R2. Deze kan klein zijn en heeft geen invloed op de
frequentie van het signaal. De frequentiebepalende weerstand R1 kan nu veel groter zijn met als gevolg dat men een veel kleinere
en dus goedkopere condensator kan toepassen.
|
Interessante elektronica links Klik hier ... Kattenschrikdraad installatie houdt katten in of uit uw tuin Klik hier ... Boeken voor de elektronicus Klik hier ... Software voor schema tekenen, print ontwerpen en simulatie Klik hier ... Goedkope digitale oscilloscopen, via USB aan te sluiten op uw PC Klik hier ... Goedkope meetapparatuur voor het testen van uw onderdelen Klik hier ... Draadloze elektronica in uw huis Klik hier ... Inbraakalarm van Marmitek en KlikAanKlikUit Klik hier ... Bespaar energie met PowerSafer |
DE STROOMVERSTERKER
Het principiële schema van een stroomversterker is getekend in figuur 4.
De schakeling bestaat uit een tweetraps versterker. Als de ingangsspanning 'L' is spert transistor T1. De collector van deze
halfgeleider staat bijgevolg op de voedingsspanning.
Figuur 4: De stroomversterker.
Hetzelfde geldt voor de basis van T2. Omdat de emitter van deze transistor aan de voeding ligt zal deze halfgeleider sperren. Er
vloeit geen stroom naar de uitgang.
Als de ingangsspanning 'H' wordt zal de eerste transistor in geleiding worden gestuurd. De collectorspanning gaat naar nul. Het
gevolg is nu dat de basis van transistor T2 op een veel lagere spanning komt te staan dan de emitter. Er vloeit dus een forse
basisstroom, waarvan de waarde wordt bepaald door de grootte van de weerstand R3. Het gevolg is dat transistor T2 volledig in
verzadiging wordt gestuurd. De uitgang wordt verbonden met de voeding en kan stroom leveren aan de belasting. Tussen de uitgang
en de massa is een indicatie-LED D1 geschakeld, in serie met de stroombegrenzingsweerstand R4. Deze LED geeft aan dat de
schakeling werkt en dat er spanning op de uitgang van de versterker ter beschikking staat.
HET VOLLEDIG SCHEMA
Het volledig schema van de knipperlicht-centrale is getekend in figuur 5. Dit schema is in feite niets meer dan de combinatie
van de twee reeds besproken deelschakelingen.
De uitgang van de eerste Schmitt-trigger poort stuurt de ingangen van de tweede poort. Deze poort inverteert het uitgangssignaal van
de eerste poort. Als dit signaal dus 'L' is zal op de uitgang van de tweede poort 'H' staan.
Figuur 5: Het volledig schema.
De twee poortuitgangen sturen de ingangen van de twee identieke stroomversterkers. Op de uitgangen UIT1 en UIT2 staan twee complementaire signalen ter beschikking voor het voeden van 6 V gloeilampjes of LED's. Bij gebruik van LED's moeten deze uiteraard voorzien worden van een stroombegrenzende serieweerstand.
| WEERSTANDEN | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| R1 | 330 Ohm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R2 | 10 kOhm | instelpot, staand, 10x5 |
| R3 | 1 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R4 | 4,7 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R5 | 150 Ohm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R6 | 2,2 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R7 | 680 Ohm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R8 | 4,7 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R9 | 150 Ohm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | R10 | 2,2 kOhm | 1/4 W koolweerstand, 5 % |
| R11 | 680 Ohm | 1/4 W koolweerstand, 5 % | - | - | - |
| CONDENSATOREN | |||||
| C1 | 220 uF | 16 V print-elco | C2 | 100 uF | 16 V print-elco |
| HALFGELEIDERS | |||||
| D1 | LED | 5 mm groen | D2 | LED | 5 mm rood |
| T1 | BC107 | universele NPN-transistor | T2 | BC107 | universele NPN-transistor |
| T3 | BD140 | PNP-transistor, medium vermogen | T4 | BC107 | universele NPN-transistor |
| T5 | BD140 | PNP-transistor, medium vermogen | IC1 | 7413 | 4 x NAND, Schmitt-triggger |
| DIVERSEN | |||||
| 1 | IC-voetje | 14 pennen | 2 | koelprofiel | SOT-32 |
| 6 | - | soldeerlipje | - | - | - |
DE BOUW VAN DE SCHAKELING
De schakeling kan opgebouwd worden op het kleine printje dat in figuur 6 wordt voorgesteld.
Figuur 6: De componentenopstelling.
Nadat de twee draadbruggetjes rechts van het IC zijn aangebracht kan men alle onderdelen op de print solderen. De twee
eindtransistoren moeten via U-vormige koelprofielen op de print bevestigd worden. Let op de manier waarop de middelste
collectoraansluitingen gerealiseerd worden! Deze worden niet in een printgaatje geduwd, maar vast gesoldeerd aan een soldeeroogje
dat samen met de transistor en het koelprofiel op de print geschroefd wordt.
De elektrische verbinding tussen collector en print komt tot stand via de schroef en het moertje waarmee men deze schroef op het
grote koperen eilandje vast schroeft.
GEBRUIK VAN DE SCHAKELING
Zoals reeds geschreven moet de schakeling gevoed worden uit een spanning tussen de 5 en de 6 V. Het is absoluut noodzakelijk
een gestabiliseerde voeding te gebruiken die een uitgangsstroom van 1,5 A kan leveren. Verder is het verboden meer dan 6 V over de
schakeling te zetten. Het TTL-IC kan namelijk niet meer dan deze spanning verdragen.
Wil men zelf een voeding bouwen, dan kan men gebruik maken van een 8 V trafo, een gelijkrichtbrug, een afvlakcondensator van 1.000 uF
en een geïntegreerde spanningsstabilisator van het type 7805 die op een flinke koelplaat wordt gemonteerd.
De frequentie van het uitgangssignaal is regelbaar met de instelpotentiometer R2.
BELANGRIJKE OPMERKING
De schakeling is niet kortsluitvast! Als men een voeding gebruikt die ook geen stroombegrenzing heeft betekent het
kortsluiten van een van de uitgangen naar de massa onherroepelijk het einde van de betreffende eindtransistor. Als men echter een
7805 gebruikt in de voeding kan een kortstondige kortsluiting geen kwaad. Dit IC heeft namelijk een ingebouwde stroombegrenzing zodat
bij kortsluiting de stroom door de stabilisator, maar dus ook door de eindtransistor van de schakeling op een veilige waarde begrensd
wordt.
EXTRA SERVICE: DOWN-LOADEN VAN HET PRINTONTWERP
U kunt het ontwerpje van de print van deze nabouwschakeling uit onze Internet-site down-loaden. Het ontwerp werd gescand met een resolutie van 300 dpi en staat ter beschikking als TIF-file, LZW-compressie.
Deze file kan in ieder grafisch programma geopend worden en geprint op transparante folie. Gebruik hiervoor bij voorkeur een inkjet-printer!
Druk het ontwerpje af met de afmetingen die hieronder staan vermeld!
Nadien kunt U met dit transparant een stukje foto-gevoelige printplaat belichten.
Klik hier ... en ga terug naar het begin van deze pagina
Klik hier ... en ga terug naar de bouwbeschrijvingen van Vego
Klik hier ... en ga terug naar het hoofd-menu van de Vego-site