Persoonlijke instellingen

Elektronica basis

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom


Let-op.jpg
  LET OP
Een waarschuwing: er zijn, sinds een aantal jaren, imitatie-onderdelen op de markt. Dit zijn vervalsingen van de echte halfgeleiders, zoals o.a. 2N3055 en BD679. Kijk dus zeer goed uit waar u de onderdelen koopt! Zie ook de links bij 'Meer informatie'.

De bruggelijkrichter (brugcel)

Gelijkrichter02.gif
Afbeelding: 01
Bruggelijkrichters
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


Netspanning-01.gif
Afbeelding: 02
De sinusvormige golf van de netspanning
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom







Bruggelijkrichters dienen om een wisselspanning in een gelijkspanning om te zetten. De wisselspanning van het lichtnet heeft een frequentie van 50 herz (Hz), ofwel 50 perioden per seconde. In tekening 02 is de sinusvorm van de netspanning weergegeven.

Er bestaan drie basisschakelingen, zie tekening 03:

1) de enkelfazige/enkelzijdige met één diode (zie fig. 1). Frequentie op de uitgang = 50 herz.

2) de dubbelfazige/dubbelzijdige met twee diodes en een middenaftakking op de trafo (zie fig. 2). Frequentie op de uitgang = 100 herz.

3) de dubbelfazige/dubbelzijdige met een bruggelijkrichter (zie fig. 3). Frequentie op de uitgang = 100 herz.

In dit voorbeeld gebruiken we een trafo met secundair een spanning van 12 volt wisselspanning (AC). De dioden in fig. 1 en fig. 2 (zie afbeelding 03) moeten minstens een sperspanning hebben van twee × de topwaarde van de wisselspanning.
De bruggelijkrichter bestaat uit vier dioden in een behuizing, de brugcel (zie links op tekening 01) of uit vier losse dioden die in brug geschakeld zijn (zie rechts op tekening 01). Dit is de Graetz-schakeling, genoemd naar de uitvinder ervan.

Achter de gelijkrichter hebben we een pulserende gelijkspanning, daarom wordt een elco geplaatst (met grote capaciteit) om de rimpelspanning te verminderen. De onbelaste spanning achter de elco is 1,414 × de wisselspanning die op de ingang van de gelijkrichter staat, minus de drempelspanning over twee diodes (1,4 volt). Dus bij een ingangsspanning van 12 volt wisselspanning staat er op de elco een spanning van: (12 × 1,414) - 1,4 = 15,56 volt.

In figuur 2 (zie tekening 03) geleidt afwisselend diode A of B. In figuur 3 (zie tekening 03) geleiden afwisselend de diodeparen A en A' of B en B'. Aan de rechterzijde van tekening 03 is de vorm van de uitgangsspanning weergegeven.

Gelijkrichter-01.gif
Afbeelding: 03
Gelijkrichtschakelingen
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

In tekening 04 ter verduidelijking van de werking nogmaals de schakeling uit figuur 2 hierboven. Tijdens de positieve fase van de netspanning geleidt diode A (zie fig. 1A) en tijdens de negatieve fase van de netspanning geleidt diode B (zie fig. 1B). Daar de netfrequentie 50 herz. is, en tijdens de negatieve én positive fase van de netspanning een diode in geleiding is, staat op de uitgang (+) een pulserende gelijkspanning met een frequentie van 100 herz.

Zeer Klein Zeer Klein
Afbeelding: 04 Afbeelding: 05
De werking van de schakeling met twee diodes     De werking van de schakeling met vier diodes
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

In tekening 05 ter verduidelijking van de werking nogmaals de schakeling uit figuur 3 hierboven (zie tekening 03). Tijdens de positieve fase van de netspanning geleiden de diodes A en A' (zie fig. 2A). Tijdens de negatieve fase van de netspanning geleiden diodes B en B' (zie fig. 2B). Daar de netfrequentie 50 herz. is, en er bij zoweel de negatieve als de positieve fase van de netspanning twee diodes geleiden, staat op de uitgang (+) een pulserende gelijkspanning met een frequentie van 100 herz.

Code

Op een brugcel staat een code: de B van brug, dan de maximale spanning: bijv. 40 volt, daarna de C van Current (stroom in milliampère), en daarachter de maximaal toelaatbare continu-stroom, in dit geval 2200 milliampère oftwel 2,2 Ampère (zie tekening 01). In tekening 06 is een bruggelijkrichter weergegeven met een maximale spanning van 40 volt en een maximale stroom van 5000 milliampère ofwel vijf ampère.

Gelijkrichter03.gif
Afbeelding: 06
Brugcel (bruggelijkrichter)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Er zijn ook typen waarop achter de C twee waarden aangegeven staan: bijv. C3300/2200. Het eerste getal is de maximaal toelaatbare continu-stroom, wanneer de brugcel op een voldoende groot koelelement gemonteerd is, én er koelpasta tussen de brugcel en het koelelement aangebracht is. Het tweede getal (achter de schuine streep) is de maximaal toelaatbare stroom, wanneer de brugcel vrij opgesteld is, dus zonder aanvullende koelingmaatregelen.

Afvlakking van de uitgangsspanning

Zeer Klein
Afbeelding: 07
Afvlakking van de rimpel m.b.v. een elco
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Achter de gelijkrichter (dus op + en -) is een pulserende gelijkspanning (rimpelspanning genoemd) aanwezig, en daar is de meeste apparatuur niet voor ontworpen. Die apparatuur verwacht een behoorlijk afgevlakte spanning (gelijkspanning, met zo klein mogelijke rimpel). Daarom wordt over de plus en min van de gelijkrichter een elco met grote capaciteit geplaatst (zie tekening 07) om de rimpelspanning te verminderen c.q. af te vlakken. De uitgangsspanning noemt men daarom afgevlakte gelijkspanning. De waarde van de elco (aantal μF) is afhankelijk van de grootte van de uitgangsstroom.


Zeer Klein
Afbeelding: 08
Slecht afgevlakte spanning met grote rimpel
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij enkelzijdige gelijkrichting met één diode zal op de buffer-elco een grote rimpel staan. De uitgangsspanning bevat dan een rimpel die veel te groot is om gevoelige apparatuur te kunnen voeden (zie tekening 08). We kunnen deze rimpel nog wel verkleinen door een aantal zeer grote elco's parallel te schakelen, maar vanwege de ruimte die dit inneemt (en de kosten) gebruikt men voor het merendeel voedingen met bruggelijkrichter.

Zeer Klein
Afbeelding: 09
Afgevlakte spanning met kleine rimpel
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij dubbelzijdige gelijkrichting (d.m.v. een bruggelijkrichter) zal op de buffer-elco een veel kleinere rimpel staan, omdat de frequentie van het aantal pulsen nu verdubbeld is (zie tekening 09).


De condensator

Bij condensatoren onderscheiden we twee hoofdtypen. De gewone condensator, die niet gepolariseerd is (geen plus en min heeft), en de Elektrolytische_Condensator. (elco), die wèl gepolariseerd is (een plus en min heeft). In schema's wordt een gewone condensator aangegeven zoals afgebeeld in tekening 10.

Condensator symbool01.gif
Afbeelding: 10
Schemasymbool van een condensator
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een condensator wordt gebruikt voor verschillende doeleinden, zoals ontstoring (bijv. op de elektromotor van een model-locomotief of model-treinstel). Dit type condensator heeft, zoals we hierboven al aangaven, geen polariteit, in tegenstelling tot de elco. Het maakt dus niets uit hoe we dit type condensator aansluiten.

De waarde van een condensator wordt in farad als volgt aangegeven: nF, pF, μF en F. 1 μF = 1000nF = 1000000pf. μF= microfarad, nF = nanofarad en pF = picofarad.
De waardeaanduiding op een condensator met kleine waarde bestaat uit een code;
Bijvoorbeeld u33 = 0,33μF of u1 = 0,1μF. Dus: het opgedrukte getal direkt achter de komma zetten, en u weet de waarde.
Staan er alléén getallen op de condensator, dan gaat het zo;
Het meest rechtse getal is de vermenigvuldigingsfactor: 2 = × 100, 3 = × 1000, 4 = × 10000 enz.
472 = 47 × 100 = 4700 pf = 4,7nF = 0,0047μF;   223 = 22×1000 = 22000 pF = 22nF = 0,022μF;   473 = 47×1000 = 47000 pF = 47nF = 0,047μF;   102 = 10×100 = 1000pF = 1nF = 0,001μF.

Hier volgt een tabel met een aantal codes:

Code Picofarad
(pF)
Nanofarad
(nF)
Microfarad
(μF)
102 1000 1 0,001
152 1500 1,5 0,0015
222 2200 2,2 0,0022
332 3300 3,3 0,0033
472 4700 4,7 0,0047
682 6800 6,8 0,0068
103 10000 10 0,01
153 15000 15 0,015
223 22000 22 0,022
333 33000 33 0,033
473 47000 47 0,047
683 68000 68 0,068
104 100000 100 0,1
154 150000 150 0,15
224 220000 220 0,22
334 330000 330 0,33
474 470000 470 0,47
Tabel: 11
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Achter de cijfers kan een letter staan, deze duidt de tolerantie aan.

Lettercode Tolerantie
B +/- 0,10p
C +/- 0,25p
D +/- 0,5p
E 0,5%
F 1%
G 2%
H 3%
J 5%
K 10%
M 20%
N 30%
P +100%/-0%
Z +80/-20%
Tabel: 12
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

De diode

De diode, die maar in één richting stroom doorlaat, wordt o.a. gebruikt voor gelijkrichting. Een diode heeft twee aansluitingen, de anode en de kathode. De stroom loopt van anode naar kathode door de diode. De anode is dus de pluszijde.

Schemasymbool diode01.gif Diode kenmerk-01.gif
Afbeelding: 13 Afbeelding: 14
Schemasymbool van een diode De kathode is op de diode aangegeven met een streep (of ring)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom     Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

In tekening 13 staat het schema-symbool van de diode. Het streepje geeft de kathode aan. Ook op de behuizing is een streep afgedrukt. Deze streep geeft eveneens de kathode aan (zie tekening 14).

Bij het zelfbouwen van modelspoor-elektronica worden de 1N4148, 1N4007, BYV28-200 of 1N5408 vaak gebruikt. De 1N4148 kan 150 milliampère verwerken bij maximaal 75 volt. De 1N4007 kan maximaal één ampère verwerken bij 1000 volt. De BYV28-200 kan maximaal drie ampère verwerken bij 200 volt en de 1N5408 kan maximaal drie ampère verwerken bij 1000 volt. De BYV28-200 is uitermate geschikt voor detectieschakelingen (vier diodes, in combinatie met een stuk geïsoleerde rails).

De sperspanning

De hierboven vermelde spanningen betreffen de sperspanning van de diode. De sperspanning is de spanning die de diode in tegengestelde richting (dus niet in de doorlaatrichting) kan weerstaan. Wordt de spanning hoger, dan slaat de diode door en is onherstelbaar defect!


De elektrolytische condensator (afgekort: elco)

In schema's wordt een elco aangegeven zoals afgebeeld in tekening 15.

Elco symbool01.gif
Afbeelding: 15
Schemasymbool van een elco
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De elektrolytische condensator (deze lange naam werd ongeveer 50 jaar geleden al afgekort tot elco) is ook een condensator, maar dan een condensator die leverbaar is met een zeer grote elektrische capaciteit, zoals 10000 μF of 33000 μF. Er zijn echter ook elco's leverbaar met kleinere waarden, zoals bijvoorbeeld 0,1 μF of 0,33 μF. De elco heeft een speciale eigenschap, hij is namelijk gepolariseerd (ook wel polair genoemd). Dat betekent dat de elco een positieve pool (de plus), en een negatieve pool (de min) heeft.
De benaming elco betekent dat de elco gevuld is met een elektroliet. Deze elektroliet bevindt zich tussen twee stroken opgerold materiaal: de kathode, bestaande uit aluminiumfolie, en de anode, bestaande uit sterk opgeruwd aluminiumfolie, met daarop een dun laagje aluminiumoxide. Deze elektroliet bevindt zich tussen twee stroken opgerold materiaal: de kathode, bestaande uit aluminiumfolie, en de anode, bestaande uit sterk opgeruwd aluminiumfolie, met daarop een dun laagje aluminiumoxide.

Elcoos.GIF
Afbeelding: 16
Aansluitingen van diverse typen elco's
Tekening gemaakt door: Klaas Zondervan

Er zijn twee hoofdtypen elco's te onderscheiden:

  • De axiale elco, waarbij aan weerszijden van de behuizing een aansluitdraad zit.
    Bij de axiale elco is op de behuizing aangegeven wat de plus- of min-aansluiting is (zie rechts op tekening 16 hierboven).
  • De radiale elco, waarbij beide aansluitdraden aan één zijde van de behuizing zitten.
    Bij de radiale elco is door middel van een lengteverschil van de aansluitdraden aangegeven, wat plus en min zijn. De langste draad is hierbij de plus-aansluiting. Meestal is ook op de behuizing met een grijze band aangegeven wat de min-aansluiting is (zie links op tekening 16 hierboven).

De waarde van een elco wordt in schema's in farad of microfarad aangegeven: 1 μF = één microfarad. Een elco met een waarde van één farad wordt als volgt aangegeven: 1F ofwel 1.000.000 μF.

Bij waarden onder de één microfarad wordt het op deze manier aangegeven: er staat een μ-teken vòòr de waardeaanduiding: μ47 = 0,47 μF.

Een elco kan stroom opslaan (net als een accu) en wordt dan ook vaak voor dat doel gebruikt. De bekendste toepassing is het afvlakken van de gelijkgerichte spanning in voedingen ('afvlakken' betekent vermindering van de rimpelspanning) en bij led-verlichting in rijtuigen (led-strips) kunnen we de elco gebruiken om het knipperen van de leds tegen te gaan.

Let-op.jpg
  LET OP
Een elco mag nooit op een wisselspanning (AC) aangesloten worden, anders raakt deze binnen de kortste keren defect, vanwege oververhitting! En een elco mag nooit verkeerd-om op de voedingsspanning aangesloten worden, dat overleeft de elco ook niet!

Let er ook goed op dat u de elco's niet in serie zet, want dan vermindert de waarde. Dus: parallel = 1000 + 1000 = 2000 μF en in serie wordt het 1/Cx = 1/C1 + 1/C2 = 1/1000 + 1/1000 = 2/1000 ---> Cx = 1000/2 = 500 μF!

Pas op voor het kortsluiten van een elco. Bij een elco van 100μF kan al een stroom van 20 ampère gaan lopen!

Elco's parallel schakelen

Wanneer u meer elco-capaciteit, stel 2000 μF i.p.v. 1000 μF, wilt hebben, dan kunt u twee elco's van 1000 μF parallel schakelen (plus van elco1 aan plus van elco2 en min van elco1 aan min van elco2). De twee elco's samen hebben dan een waarde van 2000 μF. Bij meerdere elco's parallel moet u de waarden bij elkaar optellen. Eén grote elco of meerdere kleinere elco's parallel maakt bij het modelspoor elektrisch gezien niet uit. De totale waarde is gewoon de som van alle elco's in parallelschakeling. Het kan, vanwege de beperkte ruimte in een rijtuig, handiger zijn om een aantal kleinere elco's parallel te schakelen omdat deze gemakkelijker weg te werken zijn.

Let-op.jpg
  LET OP
Een elco mag nooit kortgesloten worden, omdat er dan kortstondig een zeer grote stroom gaat lopen!

Elco ontladen

Wilt u een snel een elco ontladen, doe dit dan altijd via een weerstand van minimaal 470 ohm, anders bekort u de levensduur van de elco sterk.


De Goldcap

GoldCaps F-type.png
Afbeelding: 19
Goldcaps Type F
Foto gemaakt door: Fred Eikelboom

De GoldCap is een dubbellaags elektrolytische condensator. Vakterm: ELDC ofwel Electric Double Layer Capacitor. De GoldCaps hebben een maximale werkspanning van 2,3, 2,5, 2,7 3,6, 5,5 en 6,3 volt. De dubbellaags condensator is o.a. ook onder de namen PowerCaps, DynaCaps of GreenCaps in de handel. GoldCaps hebben een trage laad- en ontlaadtijd. Zie het artikel 'GoldCaps' bij 'Meer informatie'.

Toevoeging 27-12-2015: In een nieuwe datasheet van de fabrikant staat een grafiek met daarin de spanningen na 1 uur, 100 uur en 200 uur opladen.


De JFET

Zeer Klein
Afbeelding: 20
JFET (Junction Field Effect Transistor)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De benamig JFET staat voor Junction Field Effect Transistor, in het Nederlands: Verbindings Veld Effect Transistor ('Verbinding' slaat op het feit dat de gate intern metallisch met de source/drain van de transistor verbonden is). Het is een unipolaire transistor met drie aansluitingen: de source (S), de drain (D) en de gate (G). De stroom loopt van Drain naar Source. De JFET wordt o.a. in hoogfrequent apparatuur toegepast. De JFET noemt men unipolair, (in tegenstelling tot een gewone transistor, die bipolair is) omdat slechts één soort ladingsdrager (gaten of elektronen) deelneemt aan de stroom tussen source en drain. De spanning op de gate zorgt voor het sturen van de stroom van source naar drain. De JFET is namelijk spanninggestuurd, in tegenstelling tot een gewone transistor, die stroomgestuurd is. In tegenstelling tot een gewone transistor, loopt bij een JFET dus geen stroom van betekenis door de gate, zoals door de basis van een transistor. Pas op! Een JFET is gevoelig voor elektrostatische lading.


De led

Schemasymbool LED.gif
Afbeelding: 21
Schemasymbool van de led
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De led (afkorting van light emitting diode is een diode (die maar in één richting stroom doorlaat), maar wel een bijzondere: in doorlaatlichting aangesloten, zendt de led licht uit. De led heeft, net als een gewone diode, twee aansluitingen, de anode en de kathode. In afbeelding 21 ziet u het schema-symbool van de led. Het streepje geeft de kathode aan. Bij de standaard leds is één aansluitpen langer dan de andere. De langste pen geeft de kathode aan. Ook zijn er leds die aan de behuizing een plat vlakje hebben. Ook dit geeft de kathode aan. Een led werkt anders dan een gewone gloeilamp, en heeft daarom een voorschakelweerstand/serieweerstand nodig om de stroom door de led te beperken tot een veilige waarde.

De drempelspanning van de led

De vuistregel is ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en high efficiency groene leds. Wilt u het exact weten, dan kunt u deze waardes vinden via Google in de datasheet
Door het verschil in drempelspanning kunt u geen witte led (3 volt) met een rode led (2 volt) in serie zetten. Beide kleuren leds krijgen dan namelijk dezelfde stroomsterkte, en dat kon nog wel eens een heel uiteenlopende helderheid opleveren! Sluit dus rode en witte leds altijd via een eigen voorschakelweerstand aan.
Voor het berekenen van de waarde van de voorschakelweerstand (serieweerstand) verwijzen wij naar het artikel Minimale led voorschakelweerstand berekenen.

De doorlaatrichting

Een led wordt altijd in de doorlaatrichting aangesloten. Dus, plus van de voedingsspanning, via een voorschakelweerstand (serieweerstand), aan de anode en de min van de voedingsspanning aan de kathode. Zie ook het artikel Hoe sluit u leds aan.


De MOSFET

Zeer Klein
Afbeelding: 22
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De benamig MOSFET staat voor Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Het is een unipolaire transistor, met drie aansluitingen: de source (S), de drain (D) en de gate (G). De stroom loopt van Drain naar Source. De MOSFET wordt o.a. in decoders toegepast. De MOSFET noemt men unipolair, (in tegenstelling tot een gewone transistor, die bipolair is) omdat slechts één soort ladingsdrager (gaten of elektronen) deelneemt aan de stroom tussen source en drain. De spanning op de gate zorgt voor het sturen van de stroom van source naar drain. De MOSFET is namelijk spanninggestuurd, in tegenstelling tot een gewone transistor, die stroomgestuurd is. Een ander verschil met een gewone transistor is, dat er bij een MOSFET geen stroom van betekenis door de gate loopt, zoals door de basis van een transistor.

Let-op.jpg
  LET OP
Pas op! Een MOSFET is gevoelig voor elektrostatische lading. Gebruik een geaard polsbandje bij het omgaan met dit onderdeel.

De NTC

Schemasymbool ntc.gif
Afbeelding: 23
Schemasymbool NTC
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De NTC is een weerstand die op temperatuur(verandering) reageert. De afkorting staat voor: Negatieve Temperatuur Coefficiënt. Wanneer de NTC koud is, heeft deze een hoge weerstandswaarde. Bij verwarming (temperatuurstijging) neemt de weerstandswaarde af. NTC's worden onder andere gebruikt bij temperatuurmetingen.


De OpAmp

OpampUA741-01.gif
Afbeelding: 24
OpAmp (Operational Amplifier)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een OpAmp (Operational Amplifier) zoals bijv. de μA741 (zie tekening 24) heeft een inverterende ingang (in het schema aangeduid met een minteken) en een niet-inverterende ingang (in het schema aangeduid met een plusteken, zie tekening 25). De OpAmp heeft de eigenschap dat hij het verschil tussen de spanningen op zijn ingangs-pinnen als uitgangsspanning zal willen geven (de uitgangsspanning kan uiteraard echter niet hoger dan de voedingsspanning worden). De spanning op de inverterende ingang, zal geïnverteerd naar buiten gebracht worden.

OpampUA741-02.gif
Afbeelding: 25
Offset-instelling
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Om de uitgangsspanning precies op nul volt af te kunnen regelen, (wanneer de beide ingangen op gelijk potentiaal staan), zijn de offset-ingangen aanwezig. Door middel van een potentiometer kunnen we de uitgang precies op nul instellen (zie schema 25). Een zeer bekende OpAmp is de μA741.
Kijk voor de zekerheid even op: www.datasheetcatalog.com of op: www.alldatasheet.com voor de specificaties. Er zijn namelijk typen voor max. 18 volt en voor max. 22 volt!


De optocoupler

OptoCoupler.gif
Afbeelding: 26
OptoCouplers voor DC en AC ingangsspanningen
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De optocoupler dient om twee cirquits elektrisch te scheiden, zodat er geen galvanische koppeling tussen beiden is. Wordt bijvoorbeeld gebruikt om een gedeelte van schakeling waarop netspanning aanwezig is, van het laagspannings gedeelte te scheiden. Door hier gebruik te maken van een optocoupler kunnen we veilig signalen overdragen van het ene naar het andere circuit.

Bij de modelbaan wordt de optocoupler vaak gebruikt om de elektronica (zoals bijv. S88-printen en wisselaansturings-printen) van de digitale railspanning gescheiden te houden. Veelgebruikte optocoupler zijn hier de ILQ620, LTV814, LTV844 en PC 814. Dit zijn AC optocouplers, bedoeld voor wisselspanning op de ingang. De PC817 is een vaak toegepaste DC optocoupler, bedoeld voor gelijkspanning op de ingang.


De potentiometer

De potentiometer (vaak afgekort tot 'potmeter') is een weerstand die instelbaar of regelbaar is.

Potmeters-01.gif
Afbeelding: 27
Schemasymbolen potentiometer
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


Potmeter Conrad440891.jpg InstelPotmeter Conrad430862.jpg
Afbeelding: 28 Afbeelding: 29
Potentiometer Instel-potentiometer
Bron: Conrad.nl

Bron: Conrad.nl

Een potmeter heeft een sleper die over een koolbaan (of een draadgewonden weerstand) glijd. Er bestaan draaipotmeters (onderverdeeld in instelbare en continu regelbare typen) en schuifpotmeters.
Het type met een koolbaan kan geen hoge stroomsterktes verdragen. Doorgaans is 150 tot 200 milliAmpère het maximum.

Het draaibare type, de gewone potmeter (zie: schemasymbool B midden in tekening 30 en afbeelding 31), heeft een as, waarop een knop gemonteerd kan worden (zie bijvoorbeeld de volumeregelaar op een audio-versterker.
Schuifpotmeters werken hetzelfde als draaipotmeters, alleen is hier de sleper lineair verstelbaar.

De instelpotmeter (zie schemasymbool A links in tekening 27 en afbeelding 28) heeft een gleuf of kruisvormige opening in het centrum, waar een schroevendraaier in past om de potmeter in te kunnen stellen. Dit type treffen we aan op printen, en deze dienen bijvoorbeeld voor het instellen van spanningen. De instelpotmeter wordt dan als variabele spanningsdeler toegepast (zie schemasymbool C rechts in tekening 28). De spanning op de sleper (het middencontact) kan hiermee op elke gewenste waarde tussen de voedingsspanning en de massa ingesteld worden.

Bij draai-potmeters maakt men ook nog een onderscheid tussen lineaire of logaritmische typen. Bij het lineaire type wordt dit aangegeven met de letter B op de behuizing. Bij het logaritmische type staat de letter A op de behuizing. Heel vroeger kwamen ook typen voor met lin of log op de behuizing (zie: potentiometer bij 'Meer informatie').

Er zijn uitvoeringen die geschikt zijn voor printmontage en met soldeerogen voor het aansolderen van draden.


De PTC

Schemasymbool ptc.gif
Afbeelding: 30
Schemasymbool PTC
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De PTC is een weerstand die op temperatuurverandering reageert.
De afkorting staat voor: Positieve Temperatuur Coefficiënt. Wanneer de PTC koud is, heeft deze een lage weerstandswaarde. Bij verwarming neemt de weerstandswaarde toe.


Het relais

Een relais is een door een elektromagneet bediende schakelaar. Het is een eenvoudige en veelgebruikte component in elektrische en elektronische schakelingen.

Een relais bestaat uit de volgende onderdelen:

  • elektromagneet (de spoel met het weekijzer);
  • anker;
  • schakelcontact en/of omschakelcontact, afhankelijk van het type relais;
  • veermechanisme.
Zeer Klein
Afbeelding: 31
Schematische weergave van de onderdelen van een relais
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een relais heeft minimaal één moedercontact, aangegeven met C, dit is de afkorting van Common (ofwel gemeenschappelijk) en één schakelcontact, aangegeven met NO, dit is de afkorting van Normally Open (ofwel in ruststand geopend). De meeste relais zijn voorzien van omschakelcontacten. Bij het verbreekcontact staat dan NC, dit is de afkorting van Normally Closed (ofwel in rusttoestand gesloten). In afbeeldingen 34 en 35 (zie onder) is weergegeven hoe dit in schema's wordt aangegeven.

Hoe werkt een relais?

De elektromagneet in het relais bestaat uit een stuk weekijzer (A) met daaromheen een groot aantal windingen van dun gelakt koperdraad (B), zie tekening 34. De lak om het koperdraad voorkomt dat de windingen onderling kortsluiting maken. Wanneer op de aansluitdraden van de spoel (S) een voldoende hoge spanning wordt gezet, ontstaat in- en om de spoel een magnetisch veld. Dit veld zal het weekijzer in/om de spoel magnetiseren. Door de magnetische trekkracht wordt het weekijzeren anker door de elektromagneet aangetrokken. Zodra er een voldoende hoge spanning aanwezig is over de spoel, zal het relais dus 'aantrekken' (inschakelen of omschakelen afhankelijk van het type relais). Zodra de stuurspanning wegvalt, zal het magnetisch veld wegvallen en het relais in de ruststand terugspringen door het veermechanisme (V).
Weekijzer is een oude benaming voor niet gehard ijzer of staal.

DC of AC

Staat er een = symbool op de spoel, dan is de relaisspoel bedoeld voor gelijkspanning (DC). Staat er een ~ symbool op de spoel, dan is de relaisspoel bedoeld voor wisselspanning (AC). Gelijkspanningrelais

Zeer Klein
Afbeelding: 32
Relais voor gelijkspanning
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij een gelijkspanningrelais (zie tekening 32) veroorzaakt de stroom in de kern (het weekijzeren gedeelte waar de spoel omheen gewikkeld is) een (magnetische) Noord- en Zuidpool. In het weekijzeren anker, waaraan de contacten van de schakelaar bevestigd zijn, ontstaan ook een Noord- en Zuidpool, zodat het anker wordt aangetrokken door de kern met spoel.
Het maakt normaliter bij gelijkspanningsrelais niet uit hoe u de spoeldraden aansluit, tenzij er op het relais een + en - aangegeven zijn bij de spoelaansluitingen. Ook wanneer er over de spoel een blusdiode gemonteerd is, dient u de plus van de voedingsspanning op die aansluiting te monteren waar de kathodezijde (de streep) van de diode aan gesloten is. Bij twijfel is het raadzaam om de datasheet van de fabrikant te raadplegen.

Het spoelvermogen

Sommige fabrikanten geven in hun datasheet aan welk maximale spoelvermogen het relais kan verdragen. Vaak staat er dan bijvoorbeeld: maximale spoelvermogen 130% van het nominale vermogen. Wanneer dan een relais ontworpen is voor nominaal 12 volt gelijkspanning en de spoelweerstand bijv. 270 Ω mag er maximaal 13,7 volt op de spoelaansluitingen staan volgens de onderstaande berekeningen:

UNom = 12 volt   R = 270 ohm.
De opgenomen stroom van de spoel berekenen we met de formule I = U / R
De stroomsterkte I = is dan 12 / 270 = 0,04444 ampère. Deze waarde vermenigvuldigen we met 1000 om de stroomsterkte in milliampère te krijgen. De stroomsterkte door de spoel bedraagt: 44,44 milliampère.
Nu de spoelstroom bekend is, kunt u het 'spoelvermogen' (P) berekenen met de formule P = U x I. P is dan 12 X 44,44 = 533 milliwatt ofwel 0,533 watt.
Nu we het vermogen (P) weten, kunnen we bepalen wat de maximaal toegestane spoelspanning is. Dat kunt u op twee manieren doen:

  • We nemen het nominale vermogen en vermenigvuldigen dat met 1,3 (=130%). We krijgen dan 0,533 x 1,3 = 0,693 watt. Daarna vermenigvuldigen we die waarde met de spoelweerstand (R): 0,693 x 270 = 187,11. Wanneer we hiervan de wortel nemen, weten we de maximaal toelaatbare spoelspanning. De wortel () van 187,11 = 13,68. Dus de maximaal toelaatbare spoelspanning is 13,7 volt afgerond.
  • We kunnen ook de formule P = U² / R gebruiken. Wanneer het spoelvermogen P een factor 1,3 zo groot is, betekent dit dat U² (Ukwadraat) ook een factor 1,3 zo groot wordt en dat U dan ook (1,3) keer zo groot wordt. (1,3) = 1,14 (afgerond). De maximaal toelaatbare spoelspanning volgt dan uit: 12 × 1,14 = 13,68 = 13,7 volt afgerond.

(de berekening van het spoelvermogen is beschikbaar gesteld door Klaas Zondervan).

Het wisselspanningrelais

Zeer Klein
Afbeelding: 33
Relais voor wisselspanning
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij een wisselspanningrelais (zie tekening 33) gebeurt precies hetzelfde. Alleen wisselt hier de polariteit van de spanning 50× per seconde (50 herz.). Daardoor trilt het weekijzeren anker 100 keer per seconde, aangezien het zowel op het positieve, als het negatieve deel van de sinus wordt aangetrokken. Bij de polariteitwisseling ontstaat ook even een nuldoorgang van de stroom. Op dat moment is de magnetische aantrekkingskracht even weg en zou het anker meteen weer afvallen. Om dat te voorkomen is een koperen plaatje in de vorm van een gesloten winding (zie fig. A op tekening 33) op de kern aangebracht. Wanneer het magnetisch veld het grootst is, gaat er in dat koper een kortsluitstroom lopen. Die stroom wekt weer een klein magnetisch veld op, dat zijn eigen ontstaan tegenwerkt. Gevolg hiervan is, dat er een beetje stroom loopt door het koperen plaatje bovenaan de kern als de stroom van de spoel door nul gaat. De aantrekkingskracht van de grote spoel is even nul, maar op dat moment is er wel een aantrekkingskracht, die veroorzaakt wordt door de stroom door het koperen plaatje. Hierdoor valt het anker niet af en ontstaat er geen trilling van het anker. Bij een wisselspanningrelais is de kern vaak opgebouwd uit stripjes weekijzer. Dit wordt gedaan om wervelstromen in de kern te voorkomen.

Aantrekspanning en houdspanning

Een relais heeft een aantrekspanning en een houdspanning. De aantrekspanning is de spanning waarbij het relais volledig aantrekt (of omklapt). Voor het aantrekken van het anker is veel meer elektrische energie nodig dan voor het vasthouden van het anker tegen de kern. Dit komt doordat er een magnetische weerstand van de luchtspleet én de spanning van de trekveer overwonnen moeten worden. De houdspanning, dit is de spanning waarbij het relais nog net niet terugveert en het contact niet verbroken wordt, is lager.

Aanduidingen op een relais

Op een relais wordt vaak aangegeven wat de spoelspanning is, voor welke soort stroom het bedoeld is (AC of DC), en wat het maximaal te schakelen vermogen (spanning × stroom) is. Staat er niets aangegeven, dan kunt u vaak aan de hand van het typenummer op het relais bij de fabrikant het datasheet (gegevensblad) bekijken. Op het relais staat bijvoorbeeld: 12V~1A230V~ of 12VAC1A230V~, dit betekent dat de spoel ontworpen is voor 12 volt wisselspanning (AC), en de contacten maximaal één ampère mogen schakelen bij 230 volt AC. 24V=2A230V~ of 24VDC2A230V~, dit betekent dat de spoel ontworpen is voor 24 volt gelijkspanning (DC), en de contacten maximaal twee ampère mogen schakelen bij 230 volt AC. Staat er bij de gegevens '1 × om', ('om' is de afkorting van omschakelen) dan betekent dit dat er één contact in het relais zit dat omschakelt. Staat er bij de gegevens '2 × om', dan betekent dit dat er twee contacten in het relais zitten die gelijktijdig omschakelen, enz.

Ook kan, inplaats van de aanduiding '1 × om' of '2 × om', de Engelse methode gebruikt zijn. Dan geeft de fabrikant met een code aan wat voor soort relais het is, zoals:

  • SPST Single Pole Single Throw ofwel: één maak- of verbreekcontact
  • DPDT Double Pole Double Throw ofwel: twee omschakelcontacten
  • 4PST Four Pole Single Throw ofwel: vier maak- of verbreekcontacten
  • 4PDT Four Pole Double Throw ofwel: vier omschakelcontacten

Er bestaat nog een andere codering:

  • SPNO Single Pole Normally Open ofwel: één maakcontact
  • DPNC Single Pole Normally Closed ofwel: twee verbreekcontacten
  • SPCO Single Pole Change Over ofwel: één wisselcontact
  • 4PCO Four Pole Change Over ofwel: vier wisselcontacten
Let-op.jpg
  LET OP
Bij spoelspanningen van 230 volt dient de isolatie van de stuurdraden te voldoen aan de geldende veiligheidseisen en dus een bepaalde voorgeschreven minimale dikte te hebben i.v.m. elektrocutiegevaar. Ook wanneer u met de relaiscontacten 230 volt wisselspanning schakelt, dienen de aansluitdraden aan bovenstaande eisen te voldoen.

Soorten relais

Er zijn twee hoofdsoorten relais:

  • monostabiel
  • bistabiel

Monostabiel relais

Relais-02.gif
Afbeelding: 34
Schemasymbool monostabiel relais 1 x om (fig. A) en 2 x om (fig. B)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De standaarduitvoering is een monostabiel relais. Dit is een type relais dat tijdens de bekrachtiging in één stand wordt gehouden, maar zonder bekrachtiging (dus zodra de stuurspanning wegvalt) in de ruststand terugspringt door het veermechanisme.

Bistabiel relais

Relais-03.gif
Afbeelding: 35
Schemasymbool bistabiel relais 1 x om (fig. A) en 2 x om (fig. B)
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een bistabiel relais is een relais met twee standen, dat na de bekrachtiging in de geschakelde stand blijft. Daardoor blijven de contacten staan in de stand waarin ze geschakeld worden, ook na het uitschakelen van de stuurspanning. Een bistabiel relais is voorzien van twee spoelen, de 'set'- en de 'reset'-spoel. Het vasthouden van het anker in één van de twee posities kan mechanisch of m.b.v. een kleine permanente magneet geschieden.

Wanneer worden relais gebruikt?

Relais worden overal ingezet op die plaatsen waar een hoge stroom geschakeld moet worden. Om de volgende redenen wordt gebruik gemaakt van een relais i.p.v. een schakelaar:

  • een hoge stroomsterkte vereist zeer dikke draden van- en naar de schakelaar;
  • de hoge elektrische stromen verkorten de levensduur van een gewone schakelaar aanzienlijk;
  • een kleine schakelaar kan eenvoudiger ergens geplaatst worden (betere ruimtebenutting);
  • beperken van spanningsverliezen door lange bedrading.

Wanneer u een relais gebruikt met lage spoelspanning (12 of 24 volt), volstaan dunne draden (0,14 mm² als aanstuurbedrading van de lichte enkelpolige schakelaar naar het relais. De dikkere draden lopen van de voeding naar het schakelcontact van het relais en vanaf het het schakelcontact van het relais verder naar de verbruiker (bijv. een wisselspoel). U kunt dus gebruikmaken van een kleine schakelaar (bijv. Conrad bestnr.: 701070 - 89), die gemakkelijk ergens in te bouwen of te plaatsen is, en toch een hoge stroomsterkte schakelen.

Vonkblussing

Wanneer u een relais gebruikt om een trafo in- of uit te schakelen, ziet u vaak vonken tussen de relaiscontacten, wanneer het relais uitschakelt. In dat geval is de trafo de schuldige. De spoel van de trafo probeert namelijk de stroom zo lang mogelijk te laten lopen door het circuit, met name op het moment van uitschakelen, waardoor er tussen de contacten een vonk ontstaat. Bij nieuwe relais die wisselspanning moeten schakelen, wordt daarom vaak een 'blusnetwerkje' gemonteerd over de contacten, zodat deze een langere levensduur hebben. Zo'n blusnetwerkje (in het Engels 'snubber') bestaat uit een weerstand en een condensator, die in serie geschakeld zijn. Dat blusnetwerkje zorgt er voor dat de stroom die door de schakelaar wil, na het uitschakelen omgeleidt wordt. Voor de weerstand wordt meestal een waarde van 100 tot 330 Ω gebruikt en voor de condensator een waarde van 0,1 µF/400V= of zelfs 0,1 µF/630V=. Af fabriek zijn kant-en-klare vonkblussers leverbaar waarbij de weerstand en de condensator ingegoten zijn in een kleine behuizing. Bij relais die gelijkspanning moeten schakelen wordt vaak een diode-netwerkje gebruikt.


Het reed-contact

Zie: artikel 'Wat is een reed-contact'
Ook bij reed-contacten kan vonkblussing toegepast worden. U sluit dan het blusnetwerkje (0,1 µF/400V= met 100 Ω ¼ Watt in serie) aan over het reed-contact (zie ook: 'Meer info').


De Schottky diode

Zeer Klein
Afbeelding: 36
Schottky diode
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De Schottky diode (genoemd naar de Duitser Walter H. Schottky) kenmerkt zich door een lage doorlaatspanning. Bij de BAT85 is deze spanning zelfs extra laag.

Dit type is een diode voor snelle schakeltoepassingen, hetgeen betekent dat de hersteltijd zeer kort is. Bij de BAT85 is deze hersteltijd maar vijf nanoseconden, in tegenstelling tot gewone diodes, die een hersteltijd van 100 tot meerdere 100en nanoseconden hebben.

Bij de BAT85 is de maximale doorlaatstroom 200 milliampère. Piekstroom gedurende minder dan een seconde: 600 milliampère. Doorlaatspanning bij 1 milliampère: 320 millivolt. Bij <10 milliampère: 400 millivolt. Bij <30 milliampère: 500 millivolt. Bij 100 milliampère: 500 millivolt, tot een max. van 800 millivolt bij 200 milliampère.


De smoorspoel

Loc-met-smoorspoelen-Sven01.jpg
Afbeelding: 37
Smoorspoelen in Roco loc
Foto gemaakt door: Sven

De functie van een smoorspoel is, om hoogfrequente stoorsignalen tegen te houden, zoals bijvoorbeeld in televisies, radio's en mobiele telefoons e.d. Ook worden ze gebruikt voor laagfrequente filtering, zoals bij scheidingsfilters voor luidsprekers.
Ook in modeltreinen worden smoorspoelen toegepast (zie afbeelding 37). De smoorspoelen reduceren de stroom niet noemenswaardig. Daarvoor is de gelijkstroomweerstand veel te klein. Ze dienen hier voor het ontstoren van de motor, zodat stoorpulsen die ontstaan door het vonken van de collector, niet naar de buitenwereld doordringen. In de meeste locs zitten dergelijke spoeltjes. Hier worden ze per paar toegepast.

Op de foto ziet u de 'klassieke' onstoring, met parallel aan de motoraansluitingen (de koolborstels) een condensator, en twee spoelen tussen de beide motoraansluitingen en de stroomafnemers. De meeste smoorspoelen zijn duidelijk als spoelen herkenbaar, maar op de afbeelding zien ze er uit als weerstanden. Aan de hand van de kleurringen kunnen we zien dat de waarde 100 eenheden is (bruin-zwart-bruin). Die heten niet ohm, maar microhenry (μH). Hier hebben de spoelen dus een waarde van 100 μ;H. Houdt u er maar eens een weerstandsmeter tegen, dan zult u zien dat de weerstand veel minder is dan 100 ohm, waarschijnlijk zelfs minder dan één ohm. De smoorspoelen dienen dus samen met de condensator (dat blauwe knobbeltje) voor de ontstoring.

Bij het aansluiten van een locdecoder op de ontstoorschakeling, dient de condensator over de koolborstels verwijderd te worden. De reden hiervoor is, dat de condensator de hoge frequenties van de motorregeling kortsluit, waardoor de motorregeling niet goed werkt (en de decoder slecht af te regelen is).
De smoorspoelen kunnen aanwezig blijven, tenzij de decoderfabrikant aangeeft dat die ook verwijderd moeten worden.

Zie ook het artikel Stappenplan decoderinbouw bij 'Meer informatie'.


De spanningsregelaar

Stab IC7805.gif Stab IC-LM317.gif
Afbeelding: 38 Afbeelding: 39
7805 LM317
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een spanningsregelaar kan een vaste of een instelbare uitgangsspanning hebben. Bekende typen zijn de 78xx-serie voor positieve uitgangsspanning en de 79xx-serie voor negatieve uitgangsspanning. (op de plaats van de xx staat de spanning afgedrukt). Deze spanningsregelaars kunnen doorgaans een stroom van 1 of 1,5 ampère. verwerken (mits we zorgen voor afdoende koeling).
De 78xx en 79xx-series zijn verkrijgbaar in de standaard-spanningen 5, 8, 10, 12, 15, 18, 20 en 24 volt (zie afbeelding 38). Wanneer de gewenste uitgangspanning in de 78xx-serie niet voorkomt, kunnen we gebruikmaken van de LM317. Deze heeft een uitgangspanning die instelbaar is tussen 1,2 en 37 volt (zie afbeelding 39).

De standaard spanningsregelaar moet altijd een ingangspanning (dit is de spanning over de buffer-elco) krijgen die minimaal drie volt hoger is dan de gewenste uitgangsspanning. Het gaat bij deze minimale spanning om de voedingspanning minus rimpel (zie voor nadere info: 'Voedingsberekeningen'). Dit is noodzakelijk voor het goed kunnen regelen van de uitgangsspanning. Ook is er een maximum gesteld aan de ingangsspanning.

Het is wel raadzaam om geen al te hoge spanning op de ingang te zetten, daar er dan behoorlijke warmteverliezen optreden, waardoor we verplicht een grotere koelplaat of koelvin moeten toepassen. Het beste is een 2,5 tot 5 volt hogere spanning dan de uitgangsspanning. Het is dus altijd noodzakelijk om in de datasheet van de fabrikant te kijken wat de hoogte van de betreffende spanningen mag/moet zijn.

Voorbeelden:
Bij de μA7812 zijn de aanbevolen waarden: minimaal 14,5 volt en maximaal 30 volt op de ingang.
Bij de LM7812 zijn de aanbevolen waarden: minimaal 14,5 volt en maximaal 27 volt op de ingang.
Bij de LM317 mag het verschil tussen ingangsspanning en uitgangsspanning niet meer dan 40 volt bedragen. Ook hier kunt u het best ongeveer 2,5 tot 5 volt boven de gewenste uitgangsspanning gaan zitten.

Hebt u meer stroom nodig, dan neemt u het twee-ampère type (78Sxx) of het drie-ampère type (78Txx).
Wanneer u minder stroom nodig hebt dan 100 mA, dan kunt u gebruik maken van de 78Lxx. Zie voor aansluitgegevens afbeelding 05 in het artikel Sluitseinen (Sluitverlichting).

Het Low Drop type

Bij het Low Drop-type moet op de ingang minimaal 1 volt (bij de KA78R12) tot 1,5 volt (bij de LT1086-12) meer staan (aanwezig zijn), dan de uitgangsspanning.

Voorbeelden:
Bij de LT1086-12 zijn de aanbevolen waarden: minimaal 13,5 volt en maximaal 25 volt op de ingang.
Bij de KA78R12 zijn de aanbevolen waarden: minimaal 13 volt en maximaal 29 volt op de ingang.

Hebben we meer stroom nodig dan nemen we het twee-ampère 'Low Drop'-type (KA278Rxx) of het drie-ampère 'Low Drop'-type (KIA378Rxx).

Hier het bassisschema voor de stabilisatieschakeling:

Basis Stabvoeding.gif
Afbeelding: 40
Basisschema
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Component Ca is de afvlakelco. Vin is de spanning vanaf de afvlakelco na de gelijkrichter. Ci dient geplaatst te worden indien de afstand tussen de buffer-elco en het IC meer dan vijf cm is. Deze dient ter onderdrukking van oscillatieverschijnselen. Co dient ter verbetering van de stabilisatie-eigenschappen bij snel wisselende belastingen en dient zo dicht mogelijk bij het IC geplaatst te worden.

Veel fabrikanten raden aan om voor Ci en Co tantaalelco's te gebruiken (auteur dezes doet dat zelf (indien mogelijk) ook altijd). De minimale waarde van Ci en Co staat meestal vermeld in de datasheet van de fabrikant. Zoniet, dan neemt u voor Ci een 10μF Tantaal of een 22μF Aluminium-elco en voor Co 47μF Tantaal of een 100μF Aluminium-elco. De waarde van de afvlak-elco (Ca) achter de gelijkrichter kunnen we berekenen.

Het verdient ten zeerste aanbeveling om tussen ingang en uitgang van het IC een diode op te nemen (zie schema 43). Deze diode zorgt er voor dat, wanneer de spanning op de ingang wegvalt, er geen stroom (vanuit een elco groter dan 1000μF in tegengestelde richting door het regel-IC (de regelaar) gaat lopen, want dan bestaat de grote kans dat de regeltransistor in het IC doorslaat of beschadigd raakt.


De tantaal-elco

TantaalElco Conrad.jpg
Afbeelding: 41
Tantaal-elco
Bron: Conrad.nl

Bij een tantaal-elco wordt voor het diëlektricum gebruik gemaakt van tantalium(V)oxide (Ta2O5).
Het voordeel van tantaal-elco's is:

  • ze nemen minder ruimte op de print in beslag (veel kleinere afmetingen dan een aluminium-elco met dezelfde capaciteit);
  • hebben een zeer lage lekstroom;
  • u kunt een kleinere waarde toepassen. 22μF Tantaal komt overeen met een 150μF Aluminium-elco.

In schema's wordt hetzelfde symbool toegepast als voor de aluminium-elco. In de onderdelenlijst wordt het echter specifiek aangegeven, wanneer er een Tantaal-elco wordt toegepast.


De transistor

Transistor-01.gif
Afbeelding: 42
Transistor
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


Transistoren Conrad.jpg
Afbeelding: 43
Diverse transistoren
Bron: Conrad.nl

De benaming 'Transistor' is een samentrekking van 'TRANSfer' en 'varISTOR'.

In 1947 werd de transistor ontdekt door de heren Shockley, Bardeen en Brittain tijdens experimenten met het materiaal Germanium.

Vòòr die tijd gebruikte men Germanium voor het maken van diodes. De eerste transistor had ongeveer de afmetingen van een golfbal. Veel electronici gebruiken de afkorting 'tor'. Er bestaan twee hoofdsoorten transistoren: NPN en PNP.
Een transistor heeft een Collector, een Basis en een Emitter, respectievelijk aangegeven met C, B en E.

Bij een NPN-tor is de aansluiting: Vcc - Belasting - NPN-tor - Massa (zie fig.1 en fig.2 hieronder)

Bij een PNP-tor is de aansluiting: Vcc - PNP-tor - Belasting - Massa (zie fig.3 en fig.4 hieronder)
(Vcc is een term die veelvuldig in schema's wordt gebruikt en betekent 'Positieve voedingsspanning').

De NPN-transistor is iets gemakkelijker te produceren en is daarom goedkoper. De NPN-transistor wordt daarom het meest gebruikt.

Transistor-02a.gif
Afbeelding: 44
Schakelprincipe van een transistor
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In fig.1 en fig.2 in schema 44 ziet u de spanningsniveau's bij een NPN-transistor. Wanneer we de ingang aan de massa leggen, dan spert T1 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de voedingsspanning (fig.1).
Leggen we de ingang aan de voedingspanning, dan geleidt T1 en ligt de uitgang aan massa (fig.2).
In fig.3 en fig.4 in schema 44 ziet u de spanningsniveau's bij een PNP-transistor.

Wanneer we de ingang aan de voedingspanning leggen, spert T2 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de massa (fig.3).
Leggen we de ingang aan de massa, dan geleidt T2 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de voedingspanning (fig.4).

Onderdelenlijst
T1 BC547
T2 BC557
R1 4k7
R2 47k

Van het schakelprincipe in afbeelding 45 maken we gebruik bij het schakelen van leds.

Zeer Groot
Afbeelding: 45
Schakelgedrag van een transistor
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom


SMD-Transistor Conrad.jpg
Afbeelding: 46
Transistor in SMD-uitvoering
Bron: Conrad.nl


Wanneer we bij een NPN-transistor (zie fig.1 en fig.2 in schema 45) de Basis aan een negatieve spanning leggen, dan spert de transistor en zijn de leds gedoofd (fig.1). Leggen we de basis aan een positieve spanning, dan geleidt de transistor en branden de leds (fig.2.)

Wanneer we bij een PNP-transistor (zie fig.3 en fig.4 in schema 45) de Basis aan een positieve spanning leggen, dan spert de transistor en zijn de leds gedoofd (fig.3). Leggen we de basis aan een negatieve spanning, dan geleidt de transistor en branden de leds (fig.4).

In het geval dat we ruimte willen besparen op de print, kunnen we inplaatst van de normale versie ook de SMD-uitvoering, zoals in afbeelding 46, toepassen.

Onderdelenlijst
T1 BC547
T2 BC557
R1 10k
R2 1k2
Tabel: 46
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom



De Darlington-transistor

Darlington-PNP-01.gif
Afbeelding: 47
Darlington-transistor
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een darlington-transistor of kortweg darlington, is een schakeling van twee in cascade gekoppelde transistoren in één behuizing. Deze dubbele transistor-configuratie werd in 1953 bedacht door de Amerikaanse elektrotechnicus Sidney Darlington. De stroomversterkingsfactor (hfe) van een darlington-transistor is bij benadering het product van de stroomversterkingsfactoren van de twee afzonderlijke transistoren, zodat een darlington een zeer grote stroomversterkingsfactor heeft. Er zijn darlingtons zonder- en mét ingebouwde weerstanden. Ook zijn er darlingtons zonder- en mét ingebouwde beveiligingsdiode. In afbeelding 50A is het inwendige schema van een BD 678 (PNP-type) weergegeven, met weerstanden en beveiligingsdiode. In afbeelding 50B is het schemasymbool van de Darlington (PNP-type) weergegeven.


De varistor

Dit is een weerstand waarvan de waarde varieert met de spanning die wordt aangelegd over de weerstand (zie ook VDR).


De VDR

Schemasymbool vdr.gif
Afbeelding: 48
Schemasymbool VDR
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De VDR (Voltage Dependent Resistor (=spannings afhankelijke weerstand), ook wel varistor genoemd) is een weerstand die op spanningsverandering reageert. Bij een lage spanning gedraagt de VDR zich als een gewone weerstand. Bij toenemende spanning neemt de weerstandswaarde af. Wordt ook gebruikt als beveiliging tegen te hoge spanningen.


Voedingsberekeningen

Bij een zelfbouwvoeding moeten we een aantal berekeningen maken. Hieronder is één-en-ander uitgelegd.

We gaan een voeding maken met daarin een spanningsregelaar μA7812. De voeding moet één ampère kunnen leveren. Vuistregel voor de rimpelspanning is max. drie volt. Er wordt een bruggelijkrichter gebruikt, dus de frequentie van de gelijkgerichte spanning is 100 herz. Één periode duurt dus 0,01 sec. Met deze gegevens kunnen we de grootte van de buffer-elco berekenen. Dat doen we met de volgende formule:
C = I / (T × Urimpel). C is de gezochte waarde van de elco. I = 1 (ampère). T = 100 (herz). Urimpel = 3 (volt).
De formule wordt dan: C = 1 / (100 × 3) ofwel C = 1 / 300 = 0,00333 farad. C is dus 3333 μF. Standaardwaarde = 3300 μF.
Nu moeten we, voor de spanningsstabilisatie, rekening houden met het laagste punt van de rimpelspanning:

In het Fairchild Datasheet staat:

Citaat>>
'(1) The input voltage must remain typically 2,0 volt above the output voltage even during the low point on the input ripple voltage.
(2) Ci is required if regulator is located an appreciable distance from power supply filter.
(3) Co improves stability and transient response. '
Einde citaat.<<

Het laagste punt van de rimpelspanning (zie lijn B in grafiek 49) moet dus ten allen tijde hoger liggen, dan de door de fabrikant aangegeven minimum ingangsspanning. Dan zijn we er zeker van dat de stabilisator ten allen tijde een voldoende hoge ingangsspanning krijgt en stabiel werkt.

Zeer Groot
Afbeelding: 49
Rimpelspanning
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

In grafiek 49 is de vorm van de spanning over de buffer-elco aangegeven. Bij A is de Top-Top spanning aangegeven. Aan de grafiek is te zien dat hier een rimpelspanning van drie volt aanwezig is. Het gaat er nu om dat de spanning aan de onderzijde van de rimpel (aangegeven met de oranje lijn bij B) voldoende hoog is.
Voor de μA7812 geeft de fabrikant een minimumspanning op van 14,5 volt. De rimpelspanning bedraagt 3 volt. De voedingspanning (Top-Top) op de ingang van de μA7812 moet dan minimaal 14,5 + 3 = 17,5 volt bedragen.

Nu kunnen we berekenen hoeveel spanning de trafo secundair moet kunnen leveren:
De vereiste minimumspanning op de elco is 17,5 volt. Daar tellen we de drempelspanning over twee diodes (1,4 volt) bij op. Komen we op 17,5 + 1,4 = 18,9 volt. Deze waarde vermenigvuldigen we met 0,7 om de effective uitgangsspanning van de trafo te krijgen. We krijgen dan 18,9 × 0,7 = 13,23 volt. Deze waarde verhogen we met 10% om netspanningsvariaties op te kunnen vangen. We krijgen dan 14,55 volt.
De maximale uitgangstroom moet 1 ampère bedragen. We nemen dan een trafo die 1,5 ampère kan leveren. We kiezen hier voor een standaard trafo met 15 volt secundair/1,5 ampère.

Nu moeten we de werkspanning van de toegepaste elco berekenen; Uwerkspanning = Ubrug x 2 ofwel Uwerkspanning = 18,9 × 2 = 37,8 volt. We nemen nu de eerstvolgende standaard waarde die in de handel is, namelijk 50 volt.

Basis Stabvoeding.gif
Afbeelding: 50
Basisschema
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Wanneer de afvlakelco (zie Ca in schema 50) zich op meer dan 10 cm afstand van de μA7812 bevindt, moet volgens advies van de fabrikant -Ci is required if regulator is located an appreciable distance from power Supply filter- een tantaalelco (Ci) van 10μF in de onmiddelijke nabijheid van de μA7812 gemonteerd worden.

De koeling

We gaan eerst berekenen hoeveel vermogen het IC moet dissiperen. Dat doen we met de formule: Uin - Uuit × Imax
Uin = 19 volt.   Uuit = 12 volt.   Imax = 1 ampère. Het IC moet dus (19 - 12) × 1 = 7 watt dissiperen.

Nu moet berekend worden of er een koelplaat noodzakelijk is. Dat doen we met de formule: Pt = (Tj-Ta) / Rj-a.
Pt is het maximaal te dissiperen vermogen van het IC, zonder koelplaat.
Tj is de maximaal toegestane chiptemperatuur volgens de datasheet, meestal 150°C.
Ta is de omgevingstemperatuur (deze stellen we op 40°C).
Rj-a is de thermische weerstand van de chip naar de omgeving (in het geval van een μA7812 in TO220-behuizing is deze 55°C/W)
We krijgen dan: Pt = (150-40) / 55 ofwel Pt = 2 watt.

We hebben hierboven berekend dat het te dissiperen vermogen 7 watt is en het IC zonder koelplaat maar 2 watt kan verwerken. Het IC moet dus gekoeld worden. Er moet nu berekend worden wat de thermische weerstand van de koelplaat moet zijn. We berekenen de thermische weerstand (Rhs-a) voor de koelplaat met de formule: Rhs-a = (Tj - Ta / Pt) - (Rj-c) - (Rc-hs).

Tj is de maximaal toegestane chiptemperatuur volgens de datasheet, meestal 150°C.
Ta is de omgevingstemperatuur (40°C).
Pt is het maximaal te dissiperen vermogen, in dit geval 7 watt.
Rj-c is de thermische weerstand van de chip naar de behuizing (in het geval van een μA7812 in TO220-behuizing is deze 6).
Rc-hs is de thermische weerstand tussen IC en koelplaat, meestal zo rond de 0,5°C/W

Zetten we de waarden in de formule dan krijgen we: Rhs-a = (150 - 40)/ 7 - 6 - 0,5 ofwel 110 / 7 - 6,5 ofwel 15,71 - 6,5 = 9,2°C/W

Nu willen we weten wat er gebeurt wanneer we de max. chiptemperatuur verlagen naar 125°C:

Tj is de maximaal toegestane chiptemperatuur volgens de datasheet, meestal 125°C.
Ta is de omgevingstemperatuur (40°C).
Pt is het maximaal te dissiperen vermogen, in dit geval 7 watt.
Rj-c is de thermische weerstand van de chip naar de behuizing (in het geval van een μA7812 in TO220-behuizing is deze 3).
Rc-hs is de thermische weerstand tussen IC en koelplaat, meestal zo rond de 0,5°C/W

Zetten we deze waarden in de formule dan krijgen we: Rhs-a = (120 - 40)/ 7 - 3 - 0,5 ofwel 80 / 7 - 3,5 ofwel 11,42 - 3,5 = 7,9°C/W


De weerstand

De waarde van een weerstand wordt aangegeven in ohm, met het symbool Ω. In schema's wordt het symbool gebruikt zoals aangegeven in tekening 54. Een weerstand heeft geen polariteit, dus het maakt niets uit hoe u een weerstand aansluit.

Weerst symbool01.gif
Afbeelding: 51
Schemasymbool van een weerstand
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Typen Weerstanden

De weerstand bestaat in meerdere typen:

  • De koolfilmweerstand, waarop een dun laagje kool is aangebracht.
  • De metaalfilmweerstand, waarop een dun laagje metaal is aangebracht.
  • De draadgewonden weerstand. Bij dit type is een stuk weerstanddraad om een keramische kern gewikkeld. De lengte én de diameter van de draad bepalen de weerstandswaarde.

Weerstandcodering

In schema's worden afkortingen voor de waarden gebruikt. Zouden we alle weerstandwaarden voluit in het schema noteren, dan zou het schema onleesbaar worden. De waarden worden aangegeven met een hoofdletter, zoals de T voor Terra ohm en de M voor Mega ohm, behalve de kΩ, die wordt als 'k' geschreven.

Bij waarden van 1000 ohm en hoger gaat het zo: 1000 ohm = 1k,   4700 ohm = 4k7,   12000 ohm = 12k,   1000000 ohm = 1M,   3300000 ohm = 3M3 enz.

Bij waarden onder de 1000 ohm wordt een R achteraan de waarde toegevoegd; zo wordt 56 ohm geschreven als 56R, en 720 ohm als 720R.

Bij waarden onder de één ohm wordt het op deze manier aangegeven: er staat een R vòòr de waardeaanduiding: R47 = 0,47 ohm.

Wanneer de letter R tussen de cijfers staat hebben we te maken met een weerstand met achter de komma een decimale waarde, bijvoorbeeld 1R8 = 1,8 Ω (vroeger werd bij de firma Philips de letter E gebruikt in plaats van de R. Een weerstand van 6E8 is dus hetzelfde als 6R8 en heeft dus een waarde van 6,8 Ω).

E-Reeksen

Weerstanden zijn ingedeeld in E-Reeksen. Een E-reeks is een vastgelegde, uniforme reeks van waarden. De volgende E-reeksen zijn in de handel: E6, E12, E24, E48, E96 en E192.

In de E12-reeks (standaard waarden met 10% tolerantie) komen de volgende waarden voor: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82. Tot deze reeks behoren b.v. de waarden 12 ohm, 220 ohm, 33 kΩ, 560 kΩ enz.
De waarden in de E-reeksen zijn zo gekozen dat de weerstandswaarden binnen de tolerantiegrenzen elkaar niet of nauwelijks overlappen, zoals te zien is in tabel 55.

Grenswaarden van de E12-reeks

Waarde Minimaal Maximaal
10 9 11
12 10,8 13,2
15 13,5 16,5
18 16,2 19,8
22 19,8 24,2
27 24,3 29,7
33 29,7 36,3
39 35,1 42,9
47 42,3 51,7
56 50,4 61,6
68 61,2 74,8
82 73,8 90,2
Tabel: 52
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

In de E24-reeks (weerstanden met 5% tolerantie) komen de volgende waarden voor: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. Tot deze reeks behoren b.v. de waarden 11 ohm, 240 ohm, 36k, 510k enz.

Over de E-reeksen is in de WikiPedia en via Google uitgebreidere informatie te vinden.

Kleurcodering van weerstanden

Weerstanden zijn voorzien van een gestandaardiseerde code in de vorm van gekleurde ringen.

Weerst code01.gif
Afbeelding: 53
Kleurcodering van koolfilmweerstanden
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij koolfilm-weerstanden staan vier ringen op de weerstand.
We moeten de weerstand met de zilveren of gouden ring aan de rechterzijde houden (zie tabel 56). Daarna kunnen we aan de hand van de kleurcode (van links naar rechts lezend) de waarde achterhalen.
Wanneer we een weerstand hebben met de kleuren: bruin-zwart-rood-goud, dan is de waarde 1 0 × 100 = 1000 ohm ofwel 1k, met een tolerantie van 5%.
Een weerstand met de kleuren oranje-wit-geel-rood heeft een waarde van 3 9 × 10k = 390k met een tolerantie van 2%.
Een weerstand met de kleuren groen-blauw-goud-goud heeft een waarde van 5 6 × 0,1 = 5,6 ohm met een tolerantie van 5%. Soms staan er maar drie ringen op de weerstand, dan heeft deze een tolerantie van 20%.

Weerst code02.gif
Afbeelding: 54
Kleurcodering van metaalfilmweerstanden
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij metaalfilm-weerstanden staan vijf (en soms zes) ringen op de weerstand. We moeten de weerstand met de ringen aan de linkerzijde vasthouden (zie tabel 54). Daarna kunnen we aan de hand van de kleurcode de waarde achterhalen.
Wanneer we een weerstand hebben met de kleuren: bruin-bruin-zwart-rood-goud, dan is de waarde 1 1 0 × 100 = 11k met een tolerantie van 5%. Een weerstand met de kleuren oranje-wit-zwart-rood-rood heeft een waarde van 3 9 0 × 100 = 39k met een tolerantie van 2%.
Een weerstand met de kleuren groen-blauw-bruin-blauw-groen heeft een waarde van 5 6 1 × 1M = 561 Mega ohm met een tolerantie van 0,5%. Een eventuele zesde ring geeft de temperatuurcoëfficiënt aan. (561 Mega ohm wordt in vaktermen '561 Meg' genoemd).

Bij het berekenen van weerstandswaarden dient u altijd af te ronden naar de eerstvolgende verkrijgbare hogere waarde, zie Tolerantie.


De Zenerdiode

Zenerdioden zijn genoemd naar C.M. Zener, een Amerikaanse natuurkundige, die het zener-effect ontdekte. De zenerdiode heeft, net als de gewone diode, een kathode en een anode. Op de behuizing zit een ring die de kathodezijde aangeeft. Er bestaan gewone zenerdioden, maar ook zenerdioden die het zgn. Avalance (Engels) of lawine-effect hebben. Bij de laatste typen neemt de inwendige weerstand plotseling sterk af van enkele tientallen Mega ohm tot ongeveer 100 ω wanneer ze in geleiding komen (c.q. doorslaan).

Zener symbool01.gif Zener symbool02.gif
Afbeelding: 55 Afbeelding: 56
Schemasymbool zenerdiode 2e Schemasymbool zenerdiode
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom   Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De zenerdiode wordt normaliter aangesloten in sperrichting. Er bestaan echter ook zenerdiodes voor lage spanningen (lager dan twee volt), die in doorlaatrichting aangesloten dienen te worden. Zodra de aangelegde spanning boven de doorslagspanning (zenerspanning) komt, gaat de zenerdiode geleiden. De spanning over de zenerdiode blijft dan redelijk constant.
Er moet in serie met de zenerdiode altijd een weerstand worden aangesloten (meestal aan de kathodezijde), om er voor te zorgen dat de maximale doorlaatstroom niet overschreden wordt. Voor een goede werking van de zenerdiode is een minimumstroom benodigd. Bij ongeveer 5 tot 10 milliampère bereiken we goede resultaten.

Zenerdiodes zijn niet bruikbaar bij wisselspanning.

Mocht u denken dat u eventueel met twee- of meer tegengesteld geschakelde zenerdiodes bijv. de motorsnelheid zou kunnen temperen, dan komt u bedrogen uit. Daar een zenerdiode in tegengestelde stroomrichting als gewone diode werkt, zal er dus bij twee antiparellel staande zenerdiodes (van bijv. 12 volt) in beide richtingen nooit meer dan 0,6 volt over de zenerdiodes komen te staan. Zenerdiodes zijn dus alleen toepasbaar bij gelijkstroomtoepassingen.


De tolerantie

Let-op.jpg
  LET OP
Één van de zaken die bij elektronica in de gaten gehouden moeten worden, is de zogenaamde tolerantie bij de componenten. Hieronder wordt verstaan dat de waarde van een bepaalde component, bijvoorbeeld de weerstand, niet altijd is wat die moet zijn. Bedenk, dat het hier meestal gaat om onderdelen die in massa geproduceerd worden, vaak geheel machinaal, zoals weerstanden. De tolerantie wordt, normaal gesproken, op het onderdeel weergegeven.

Bij een tolerantie van bijvoorbeeld 10% bij een weerstand van 50 ohm betekent dat, bij een spanning van 5 volt, dat de stroomsterkte door de weerstand tussen 90 en 110 milliampère kan zijn, een verschil van 20%! Meestal zal dat niet erg zijn, maar bij gevoelige componenten, zoals leds en transistoren, kan dat het 'overlijden' van de component betekenen.
(toegevoegd door Dick van der Knaap).

Bovenstaande is de reden dat de elektronicus bij het berekeningen van weerstandswaarden altijd afrond op de eerstvolgende hogere waarde. Dan hoeft hij zich over de tolerantie geen zorgen te maken.


Meer informatie

Encyclopedie:
Beneluxspoor.net:
over spanningsregelaars/elco's.
Externe websites:
Onderdelen.
over imitatie halfgeleiders.
Informatie over verschillende types PowerCaps (Goldcaps). (pdf, 20Mb, dus lange laadtijd!)
Technische informatie over PowerCaps (Goldcaps). (pdf)
Aanvullende info over relais.
Meer over de condensator. (Component)
Meer over de diode. (Component)
Meer over de elco. (Component)
Meer over de E-reeks.
Meer over de gelijkrichter.
Meer over de Goldcap (Duits). (Component)
Meer over millihenry.
Meer over de potentiometer. (Component)
Meer over relais.
Meer over vonkblussing (snubber).
Meer over de weerstand. (Component)
Meer over de Zenerdiode. (Component)
Informatie over verschillende types Goldcaps. (pdf)
Technische informatie over verschillende types Goldcaps. (pdf)
Meer over imitatie-halfgeleiders.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 28 jan 2018 17:02