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


Dit artikel geeft een uitleg over enige passieve en actieve elektronica basiscomponenten.

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 de onderdelen gekocht worden! Zie ook de links bij "Meer informatie".

De bruggelijkrichter (brugcel)

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

Bruggelijkrichters dienen om een wisselspanning (van een transformator) 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.

De transformator

Trafo-schema-01.png
Afbeelding: 01a
Het schema van de trafo
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


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

De primaire wikkeling (P in afbeelding 01a) van een transformator (afgekort: "trafo") schakelt 50 × per seconde aan en uit. Hierdoor ontstaat een wisselend magnetisch veld, waardoor in de secundaire wikkeling (S in afbeelding 01a) een spanning ontstaat. De verticale lijn in afbeelding 01a geeft aan dat er een metalen kern in de trafo zit. Een trafo wordt veel toegepast in voedingen, zoals hieronder omschreven:

Lees voor de veiligheid ook het artikel Koppelen van trafo's of voedingen

Dit voorbeeld gebruikt een transformator (afgekort: "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 één 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. Twee van de vier dioden kunnen ook zenerdioden zijn, dan wordt de uitgangsspanning direct beperkt tot de zenerwaarde.

Achter de gelijkrichter staat 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 (circa 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 zowel 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.

Codering

Op een brugcel staat een code: de B van "bridge" (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 oftewel 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 koelingsmaatregelen.

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). Deze rimpel is 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 zijn twee hoofdtypen te onderscheiden; 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 hierboven al aangegeven, geen polariteit, in tegenstelling tot de elco. Het maakt dus niets uit hoe dit type condensator wordt aangesloten.

De waarde van een condensator wordt in farad als volgt aangegeven: nF, pF, μF en F. 1 μF = 1000 nF = 1000000 pf. μF= microfarad, nF = nanofarad en pF = picofarad.

De waardeaanduiding op een condensator met kleine waarde bestaat uit een code;

Bijvoorbeeld u33 = 0,33 μF of u1 = 0,1 μF. Dus: het opgedrukte getal direkt achter de komma zetten en de waarde is bekend.

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 = 4,7 nF = 0,0047 μF;   223 = 22×1000 = 22000 pF = 22 nF = 0,022 μF;   473 = 47×1000 = 47000 pF = 47 nF = 0,047 μF;   102 = 10×100 = 1000 pF = 1 nF = 0,001 μF.

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: 1
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: 2
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 altijd van anode naar kathode door de diode. De anode is dus de pluszijde.

Schemasymbool diode01.gif Diode kenmerk-01.gif
Afbeelding: 11 Afbeelding: 12
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!

Drempelspanning meten

Bij een diode onstaat een drempelspanning bij een stroom in voorwaartse richting (Vforward). De drempelspanning is te vinden in de datasheet van de fabrikant, maar deze is ook zelf te meten.

Drempelspanning-meten-01.png
Afbeelding: 12a
Meten van de drempelspanning
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij een diode is de drempelspanning mede afhankelijk van de stroom die door de diode loopt. Bij toenemende stroom door de diode zal de drempelspanning evenredig toenemen. Daar er bij het meten met een multimeter een zeer lage stroom door de diode vloeit (het gaat om enige µA), zal die drempelspanning laag zijn. Daarom is er in schema 12a een lampje toegevoegd van 6 V/0,05 A, zodat er enig stroomverbruik is.

Bij gebruik van losse diodes gaat het meten van de drempelspanning heel eenvoudig; meet met een multimeter de spanning op een 9 volt blokbatterij. In het voorbeeld van schema 12a is dat bijvoorbeeld een spanning van 8,94 volt. Sluit daarna de batterij aan op de ingang van de schakeling van afbeelding 12a en meet op de uitgang hoeveel spanning daar aanwezig is. Het verschil tussen die twee is de drempelspanning over de diode (in dit geval een OA 60). In het voorbeeld is dat (8,94 - 8,81) = 0,13 volt.

Bij een bruggelijkrichter is het ook mogelijk te bepalen hoe hoog de drempelspanning is. Sluit dan in plaats van de diode in schema 12a, één faseaansluiting (~) en de plus van de gelijkrichter aan (de faseaansluiting aan de plus van de batterij en de plus van de bruggelijkrichter aan meterzijde).


De elektrolytische condensator (afgekort: elco)

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

Elco symbool01.gif
Afbeelding: 13
Schemasymbool van een elco
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De elektrolytische condensator Deze naam werd in 1968 bij de firma Philips in Zwolle al afgekort tot "elco" (daar gebruikte men intern de term: "aluminium elco('s)"). De elektrolytische condensator 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 elektrolytische condensator (elco) betekent dat de elco gevuld is met een elektrolyt. 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: 14
Aansluitingen van diverse typen elco's
Tekening gemaakt door: Klaas Zondervan

Er zijn twee hoofdtypen elco's te onderscheiden:

  1. 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 14 hierboven).
  2. 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 14 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 vóór 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) is de elco te 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 de elco's niet in serie worden geschakeld 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 meer elco-capaciteit nodig is, stel 2000 μF i.p.v. 1000 μF, dan kunnen twee elco's van 1000 μF parallel worden geschakeld (de plus van elco1 aan de plus van elco2 en de min van elco1 aan de min van elco2). De twee elco's samen hebben dan een waarde van 2000 μF. Bij meerdere elco's parallel moeten de waarden bij elkaar opgeteld worden.

Eén grote elco of meerdere kleinere elco's parallel maakt in de elektronica elektrisch gezien niet uit. De totale waarde is 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

Moet een elco worden ontladen, doe dit dan altijd via een weerstand van minimaal 470 ohm, anders wordt de levensduur van de elco sterk bekort.


De gloeilamp

Lampsymbool01.png
Afbeelding: 15
Gloeilamp symbool
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een gloeilamp is een lichtbron waarbij in een zuurstofarme glazen bol een gloeidraad door een elektrische stroom van een spanningsbron wordt verhit zodat deze licht gaat uitstralen. De gloeidraad bestaat uit het overgangsmetaal wolfraam dat een zeer hoge smelttemperatuur kent. De inschakel-piekstroom is funest voor gloeilampen (verkort de levensduur). In koude toestand is de weerstand van de gloeidraad erg laag. Op het moment van inschakelen loopt er een hoge stroomsterkte door de gloeidraad (bij benadering is die hogere stroomsterkte tijdens de eerste milliseconden het tien tot vijftienvoudige van de nominale stroomsterkte!). Pas wanneer de gloeidraad zijn normale werktemperatuur bereikt heeft, zal de gloeilamp de nominale (gespecificeerde) stroom opnemen (bijvoorbeeld 45 mA). Meer over de gloeilamp.


De Goldcap

GoldCaps F-type.png
Afbeelding: 16
Goldcaps Type F
Foto gemaakt door: Fred Eikelboom

De GoldCap is een dubbellaags elektrolytische condensator. Vakterm: EDLC 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 aanvullende informatie in het artikel "GoldCaps".

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: 17
JFET ("Junction Field Effect Transistor")
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De benaming 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.

Let-op.jpg
  LET OP
Pas op! Doordat de gate van een "JFET" hoogohmig is, kan een eventuele statische lading niet wegvloeien en zo een hoge spanning opbouwen op de gate. Deze hoge spanning (elektrostatische lading, afgekort "ESD") kan de (MOS)FET onherstelbaar beschadigen!. Gebruik een polsbandje dat verbonden is met een werk-aarde bij het omgaan met dit onderdeel.

De led

Zie het artikel Wat is een led.

Schemasymbool LED.gif
Afbeelding: 18
Schemasymbool van de led
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De led (de Engelse afkorting LED betekent: "Light Emitting Diode"; in het Nederlands: "Licht uitstralende diode") is een diode (die maar in één richting stroom doorlaat), maar wel een bijzondere: in doorlaatrichting aangesloten, zendt de led licht uit. De led heeft, net als een gewone diode, twee aansluitingen, de anode en de kathode. Afbeelding 18 geeft 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 serieweerstand/serieweerstand nodig om de stroom door de led te beperken tot een veilige waarde.

De drempelspanning van de led

De drempelspanning is ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3,6 volt voor (warm) witte, blauwe en high efficiency groene leds. Willen we het exact weten, dan zijn deze waardes met Google te vinden in de datasheet.

Door het verschil in drempelspanning kan geen witte led (3,6 volt) met een rode led (2 volt) in serie gezet worden. 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 aan via een eigen serieweerstand.

Voor het berekenen van de waarde van de serieweerstand (serieweerstand) zie het artikel Minimale led serieweerstand berekenen.

De doorlaatrichting

Een led wordt altijd in de doorlaatrichting aangesloten. Dus, plus van de voedingsspanning, via een serieweerstand, aan de anode en de min van de voedingsspanning aan de kathode. Zie ook het artikel Het aansluiten van leds.

De duoled

Er bestaan ook tweekleurige leds (ook wel "bi-color leds" genoemd), dit zijn twee leds met verschillende kleur in één behuizing. De leds kunnen antiparallel geschakeld zijn en de duoled heeft dan 2 aansluitdraden, of met een gemeenschappelijke kathode of anode, de duoled heeft dan 3 aansluitingen. Verschillende kleurcombinaties zijn mogelijk.

Aandachtspunten

Een led werkt fundamenteel anders dan een gloeilamp;

  1. Bij een gloeilamp bepalen de spanning die er over staat, én de weerstand van de gloeidraad, hoeveel stroom er door de gloeilamp loopt. Een gloeilamp is dus spanninggestuurd. Hoe meer spanning er over de lamp staat, hoe meer licht deze geeft.
  2. Een led is stroomgestuurd en daarom bepaalt de hoeveelheid stroom de lichtsterkte. De lichtsterkte van een led wordt dus geregeld door er meer'-, of minder stroom doorheen te sturen.
Regelen van de stroomsterkte

Dat regelen van de stroomsterkte wordt gedaan met een serieweerstand (vroeger "voorschakelweerstand" genoemd, een letterlijke vertaling van het Duitse "vorschaltwiederstand"), die een bepaalde waarde (aantal Ω) moet hebben. Er moet dus altijd een serieweerstand worden toegepast om de stroom te beperken tot een veilige waarde. Wanneer geprobeert wordt om de lichtsterkte van een led te regelen door de spanning over de led te variëren (hoger of lager te maken), dan raakt de led binnen de kortste keren defect, omdat, bij het verhogen van de spanning, de stroom door de led plotseling veel te hoog wordt (=zeer snel toeneemt)!

Instellen op nominale stroomsterkte

De meest toegepaste leds zijn die met een maximale Ifw van 20 milliampère. Die 20 mA is dan de aanduiding voor de "maximale" continuestroom (in doorlaatrichting) die ze mogen hebben. Het is dus niet zo dat (zoals velen denken) die 20 mA ook de voorgeschreven stroomsterkte is. Het mag gerust minder. Een vuistregel is, om uit te gaan van een stroom van 2 tot 4 mA. Veel leds geven namelijk al een behoorlijke hoeveelheid licht bij veel lagere stromen dan 20 mA. Hier is te zien (het gaat om de vijfde en zesde afbeelding vanaf de bovenzijde), dat een bepaald type led bij een stroom van één mA al behoorlijk wat licht geeft en zelfs bij een stroom van 80 microampere (tachtig/duizendste ampère!) nog licht uitstraalt.

Knipperled

Een knipper-led is een led met extra elektronica (een timer) ingebouwd, die er voor zorgt dat de led knippert.

Testen van leds

Tip van Klaas Zondervan: testen op de diodestand van een multimeter. De meeste leds gaan dan branden als de plus en de min goed zijn aangesloten (rode draad van de multimeter aan de lange draad van led).

Bij gebruik van een analoge multimeter zonder diodestand: de meter op weerstandsmeting (op het 200 Ω- of 1K bereik) zetten. Wanneer de rode draad aan de lange draad van de led zit, geeft de meter nul aan, met de zwarte draad aan de lange draad van de led zit slaat de meter uit.


De FET

De benaming "FET" staat voor "Field Effect Transistor", in het Nederlands: Veldeffecttransistor. 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. Zie ook "JFET" en "MOSFET".


De MOSFET

Zeer Klein
Afbeelding: 19
MOSFET ("Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor")
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De benaming "MOSFET" staat voor "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor". Het is een unipolaire transistor, met vier aansluitingen: de "source" ("S"), de "drain" ("D"), de "gate" ("G") en het substraat ("B" van bulk), die meestal niet naar buiten uitgevoerd is, maar intern verbonden met de source. 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! Doordat de gate van een "FET" of een "MOSFET" hoogohmig is, kan een eventuele statische lading niet wegvloeien en zo een hoge spanning opbouwen op de gate. Deze hoge spanning (elektrostatische lading, afgekort "ESD") kan de (MOS)FET onherstelbaar beschadigen. Gebruik een polsbandje dat verbonden is met een werk-aarde bij het omgaan met dit onderdeel.

De NTC

Schemasymbool ntc.gif
Afbeelding: 20
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: 21
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 de 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: 22
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 kan de uitgang precies op nul worden ingesteld (zie schema 25). Een zeer bekende OpAmp is de μA741.

Zie voor de zekerheid even op: www.datasheetcatalog.com of op: alldatasheet.com voor de specificaties. Er zijn typen voor max. 18 volt en voor max. 22 volt!


De optocoupler

OptoCoupler.gif
Afbeelding: 23
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 signalen veilig worden overgedragen 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 optocouplers 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 (door elektronici vaak afgekort tot "potmeter") is een weerstand die instelbaar of regelbaar is.

Potmeters-01.gif
Afbeelding: 24
Schemasymbolen potentiometer
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


Potmeter Conrad440891.jpg InstelPotmeter Conrad430862.jpg
Afbeelding: 25 Afbeelding: 26
Potentiometer Instel-potentiometer
Bron: Conrad.nl Bron: Conrad.nl

Een potmeter heeft een sleper die over een koolbaan (of een draadgewonden weerstand) glijdt. Er bestaan draaipotmeters (onderverdeeld in instelbare en continu regelbare typen) en schuifpotmeters.

Het type met een koolbaan kan geen hoge stroomsterktes verdragen. 200 milliampère is het maximum.

Het draaibare type, de gewone potmeter (zie schemasymbool B midden in tekening 24 en afbeelding 25), 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 schemasymbolen A en C in tekening 24 en afbeelding 26) heeft een gleuf of kruisvormige opening in het centrum, waar een schroevendraaier in past om de potmeter in te kunnen stellen. Dit type wordt aangetroffen 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 24). 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: 27
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) en/of omschakelcontact(en), afhankelijk van het type relais;
  • veermechanisme.
Zeer Klein
Afbeelding: 28
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 29 en 30 (zie onder) is weergegeven hoe dit in schema's wordt aangegeven.

Werking

De elektromagneet in het relais bestaat uit een stuk weekijzer (A) met daaromheen een groot aantal windingen van dun gelakt koperdraad (B), zie tekening 28. 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: 29
Relais voor gelijkspanning
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij een gelijkspanningrelais (zie tekening 29) 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 de spoeldraden worden aangesloten, tenzij er op het relais een + en - aangegeven zijn bij de spoelaansluitingen. Ook wanneer er over de spoel een blusdiode gemonteerd is, moet de plus van de voedingsspanning op die aansluiting gemonteerd worden waar de kathodezijde (de streep) van de diode aangesloten 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 is te berekenen met de formule I = U / R.

De stroomsterkte I = is dan 12 / 270 = 0,04444 ampère. Deze waarde vermenigvuldigen met 1000 geeft de stroomsterkte in milliampère. De stroomsterkte door de spoel bedraagt: 44,44 milliampère.

Nu de spoelstroom bekend is, is het "spoelvermogen" (P) te berekenen met de formule P = U x I. P is dan 12 X 44,44 = 533 milliwatt ofwel 0,533 watt.

Nu het vermogen (P) bekend is, is de maximaal toegestane spoelspanning te berekenen. Dat kan op twee manieren:

  1. neem het nominale vermogen en vermenigvuldig dat met 1,3 (=130%). Dit geeft 0,533 x 1,3 = 0,693 watt. Daarna die waarde vermenigvuldigd met de spoelweerstand (R): 0,693 x 270 = 187,11. De wortel hiervan geeft de maximaal toelaatbare spoelspanning. De wortel () van 187,11 = 13,68. Dus de maximaal toelaatbare spoelspanning is 13,7 volt afgerond.
  2. het kan ook met de formule P = U² / R. 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 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: 30
Relais voor wisselspanning
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij een wisselspanningrelais (zie tekening 30) 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 30) 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 kunnen we 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 "Double 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 de relaiscontacten 230 volt wisselspanning schakelen, dienen de aansluitdraden aan bovenstaande eisen te voldoen.

Soorten relais

Er zijn twee hoofdsoorten relais:

  1. monostabiel
  2. bistabiel
Monostabiel relais
Relais-02.gif
Afbeelding: 31
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: 32
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 een relais gebruikt wordt met lage spoelspspoelspanning (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). Er kan dan een kleine schakelaar gebruikt worden (bijv. Conrad bestelnr: 701070 - 89), die gemakkelijk ergens in te bouwen of te plaatsen is en toch indirect een hoge stroom kan schakelen.

Vonkblussing

Wanneer een relais gebruikt wordt om een trafo in- of uit te schakelen, ontstaan er 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 een 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 omgeleid 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 halfgeleiderrelais

Een halfgeleiderrelais (Engels: Solid-State Relay, SSR) is principieel gezien geen relais, want het heeft geen bewegende delen. Toch kan deze component als relais beschouwd worden, omdat het mogelijk is een secundaire kring te schakelen door een gelijkspanning op de ingang (control) aan te leggen. Als aan de ingang van het halfgeleiderrelais een gelijkspanning wordt aangelegd met de juiste polariteit zal de inwendige led oplichten. Deze zal de fototransistor belichten, waardoor een stroom zal vloeien. Deze stroom zal in het triggerblok worden omgezet naar een puls die de triac doet geleiden. Zolang de spanning gehandhaafd blijft zal de triac in geleiding zijn. De fototransistor mag enkel een lichtinval opmerken bij het oplichten van de led. Daarom wordt het halfgeleiderrelais altijd geleverd in een zwarte behuizing, zodat uitwendig licht de werking niet kan beïnvloeden. Meer over halfgeleiderrelais.


Contactor

Een contactor of magneetschakelaar is een zwaar relais dat naast 3 hoofdstroomcontacten of vermogenscontacten (voor krachtstroom) zogenaamde hulpstroomcontacten voor de stuurstroom heeft. De contactor vormt de verbinding tussen de stuurkring en de vermogenkring van een schakeling.
De hoofdcontacten zijn robuuster uitgevoerd, en schakelen het hoofdstroomcircuit. De hulpcontacten, die in het algemeen kleinere stromen voeren, zijn lichter geconstrueerd en hebben een functie in het stuurstroomcircuit. Men onderscheidt twee soorten hulpcontacten: contacten die sluiten bij het aantrekken van het relais ("maakcontacten"), en contacten die openen bij aantrekken van het relais ("verbreekcontacten"). Meer over contactor.


Het reed-contact

Zie het artikel Wat is een reed-contact.

Ook bij reed-contacten kan vonkblussing toegepast worden. 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 schakelaar

Zeer Klein
Afbeelding: 33
Diverse soorten schakelaars
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een schakelaar is een onderdeel in een elektrisch netwerk dat de elektrische stroom kan onderbreken door de geleiding te verbreken. Een schakelaar kan zo de verbinding maken (gesloten) of breken (open).
De schakelaar] vormt onderdeel van een schakeling en kan handbediend zijn of mechanisch geactiveerd worden zoals een eind- of drukschakelaar. De bekendste is de lichtschakelaar in huis waarmee een lamp aan of uit gedaan kan worden.

Op schakelaars is doorgaans de nominale stroomsterkte en spanning aangegeven. De eigenlijke schakelinrichting wordt meestal door een kap afgesloten. Het materiaal, waaruit de schakelaars zijn vervaardigd, dient goed isolerend, onbrandbaar en niet-hygroscopisch (vochtaantrekkend) te zijn. Bovendien mag het bij verwarming niet week worden.

Staat er bij de gegevens "1 × om", ("om" is de afkorting van omschakelen) dan betekent dit dat er één contact in de schakelaar zit dat omschakelt. Staat er bij de gegevens "2 × om", dan betekent dit dat er twee contacten in de schakelaar 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

Hier een omschrijving van de meest gebruikte schakelaars:

De enkelpolige schakelaar is een schakelaar voorzien van 2 aansluitklemmen en 1 schakelknop. Met deze schakelaar wordt één geleider onderbroken ofwel doorverbonden. Hij is daarmee de meest eenvoudige schakelaar die wordt toegepast in de elektrotechniek.

De dubbelpolige of tweepolige schakelaar beschikt over vier aansluitklemmen en 1 schakelknop. De werking is gelijk aan twee parallelle enkelpolige schakelaars die mechanisch gekoppeld zijn. Deze wordt toegepast in apparatuur die aangesloten wordt op de netspanning. Hier worden beide draden tegelijkertijd onderbroken (of ingeschakeld) voor de veiligheid.


De Schottky diode

Zeer Klein
Afbeelding: 34
Schottky diode
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De schottky diode (genoemd naar de Duitser Walter H. Schottky) kenmerkt zich door een lage doorlaatspanning (zie afbeelding 34). Een gewone diode heeft een doorlaatspanning van 0,7 V. Een schottky diode heeft doorlaatspanning van 0,34 V. Bij de BAT85 is de doorlaatspanning 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 spoel

Spoel.png
Afbeelding: 34a
Schemasymbool van een spoel
Tekening gemaakt door: Fred E.

Een spoel (zie afbeelding 34a) is een elektrische component bestaande uit geleidende wikkelingen, meestal van koperdraad, op een spoelvorm (meestal van kunststof) waarin zich al dan niet een magnetiseerbare (weekijzeren) kern bevindt, die wel of niet beweegbaar is. Twee magnetisch gekoppelde spoelen vormen een transformator.
Wanneer er een elektrische stroom door een draad loopt, wordt rondom die draad een magnetisch veld opgewekt. Is de draad in een cilindervormige spiraal (bijvoorbeeld om een koker) tot een spoel gewikkeld, dan wordt het magnetische veld binnen de spoel gebundeld en krijgt het veld een richting. Als zich in de buis een magnetiseerbaar materiaal (weekijzer, ferriet) bevindt, wordt de bundeling van het opgewekte magnetisme sterk vergroot. Omgekeerd zal de spoel een veranderlijk magnetisch veld omzetten in een elektrische spanning.

In de elektronica worden spoelen met name gebruikt voor filtering en als onderdeel van frequentiebepalende circuits voor afstemming of het genereren van signalen. Storende signalen van apparaten, zoals elektromotoren en tl-verlichting, kunnen worden verzwakt door het gebruik van een smoorspoel. Voorbeelden waar een spoel gebruikt wordt: een relais en de watertoevoerafsluitklep van een wasmachine.


De smoorspoel

Loc-met-smoorspoelen-Sven01.jpg
Afbeelding: 35
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 35). 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.

De foto toont 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 is te 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 μH. Houd er maar eens een weerstandsmeter tegen, dan is te 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 pulsen afvlakt en 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.


De spanningsregelaar

Stab IC7805.gif Stab IC-LM317.gif
Afbeelding: 36 Afbeelding: 37
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 wordt gezorgd voor voldoende koeling).

De 78xx en 79xx-series zijn verkrijgbaar in de standaard-spanningen 5, 8, 10, 12, 15, 18, 20 en 24 volt (zie afbeelding 37). Wanneer de gewenste uitgangspanning in de 78xx-serie niet voorkomt, kan de LM317 gebruikt worden. Deze heeft een uitgangspanning die instelbaar is tussen 1,2 en 37 volt (zie afbeelding 38). 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 een grotere koelplaat of koelvin toegepast moet worden. 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 kunnen we het best ongeveer 2,5 tot 5 volt boven de gewenste uitgangsspanning gaan zitten.

Is er meer stroom nodig, dan is het twee-ampère type (78Sxx) of het drie-ampère type (78Txx) te gebruiken.

Is er minder stroom nodig dan 100 mA, dan is de 78Lxx te gebruiken. Zie voor aansluitgegevens afbeelding 05 in het artikel Sluitseinen of sluitverlichting.

Het "Low-dropout" type

Bij het "Low-dropout"-type (door elektronici afgekort tot: "Low drop") 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.

Is er meer stroom nodig dan moeten we het twee-ampère "Low-dropout"-type (KA278Rxx) gebruiken, of het drie-ampère "Low-dropout"-type (KIA378Rxx).

Hier het bassisschema voor de stabilisatieschakeling:

Basis Stabvoeding.gif
Afbeelding: 38
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 tien 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. De minimale waarde van Ci en Co staat meestal vermeld in de datasheet van de fabrikant. Zoniet, neem dan 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 is te 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.

Let-op.jpg
  LET OP!
Waarschuwing
Er dient op gelet worden dat de IC-spanningsregelaar voorzien is van een voldoende grote koelplaat, anders kan de regelaar te heet worden en dan grijpt de inwendige beveiliging in en verminderd deze de maximale stroom!

De tantaal-elco

TantaalElco Conrad.jpg
Afbeelding: 39
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;
  • er kan een kleinere waarde worden toegepast. 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.

Pas op! Het nadeel van tantaal-elco's is dat ze heel gevoelig zijn voor te hoge spanning.


De transistor

Transistor-01.gif
Afbeelding: 40
Transistor
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


Transistoren Conrad.jpg
Afbeelding: 41
Diverse transistoren
Bron: Conrad.nl

De benaming "transistor" is een samentrekking van het Engelse "TRANSfer" en "resISTOR".

In 1947 werd de transistor ontdekt door de heren Shockley, Bardeen en Brittain tijdens experimenten met het materiaal "germanium". Vóór 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-transistor 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: 42
Schakelprincipe van een transistor
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In fig.1 en fig.2 in schema 44 zijn spanningsniveau's bij een NPN-transistor te zien. Wanneer de ingang aan de massa ligt, dan spert T1 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de voedingsspanning (fig.1).

Ligt de ingang aan de voedingspanning, dan geleidt T1 en ligt de uitgang aan massa (fig.2).

Fig.3 en fig.4 in schema 44 geeft de spanningsniveau's bij een PNP-transistor.

Wanneer de ingang aan de voedingspanning wordt gelegd, spert T2 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de massa (fig.3).

Met de ingang aan de massa geleidt T2 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de voedingspanning (fig.4).

Onderdelenlijst
T1 BC547 (TO-92) of BC847 (SOT23)
T2 BC547 (TO-92) of BC847 (SOT23)
R1 4k7
R2 47k
Tabel: 3
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Het schakelprincipe in afbeelding 45 wordt veel gebruikt bij het schakelen van leds en relais.

Zeer Groot
Afbeelding: 43
Schakelgedrag van een transistor
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom


SMD-Transistor Conrad.jpg
Afbeelding: 44
Transistor in SMD-uitvoering
Bron: Conrad.nl


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

Wanneer van een PNP-transistor (zie fig.3 en fig.4 in schema 45) de basis aan een positieve spanning ligt, dan spert de transistor en zijn de leds gedoofd (fig.3). Ligt de basis aan een negatieve spanning, dan geleidt de transistor en branden de leds (fig.4).

Om ruimte te bespaen op de print kan in plaats van de normale versie ook de SMD-uitvoering, zoals in afbeelding 46, worden toegepast.

Onderdelenlijst
T1 BC547 (TO-92) of BC847 (SOT23)
T2 BC547 (TO-92) of BC847 (SOT23)
R1 10k
R2 1k2
Tabel: 4
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom



De Darlington-transistor

Darlington-PNP-01.gif
Afbeelding: 45
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 deze een zeer grote stroomversterkingsfactor heeft. Er zijn Darlingtons zonder- en mét ingebouwde weerstanden. Ook zijn er zonder- en mét ingebouwde beveiligingsdiode. In afbeelding 45 A is het inwendige schema van een BD 678 (PNP-type) weergegeven, met weerstanden en beveiligingsdiode. In afbeelding 45 B 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: 46
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 moet een aantal berekeningen worden gemaakt. Hieronder is één-en-ander uitgelegd.

Een voeding 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. Eén periode duurt dus 0,01 sec. Met deze gegevens is de grootte van de buffer-elco te berekenen. Dat kan 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 moet voor de spanningsstabilisatie rekening worden gehouden met het laagste punt van de rimpelspanning. In het Fairchild Datasheet staat: "

  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."

"

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 is het zeker dat de spanningsregelaar ten allen tijde een voldoende hoge ingangsspanning krijgt en stabiel werkt.

Zeer Groot
Afbeelding: 47
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 is te berekenen hoeveel spanning de trafo secundair moet kunnen leveren:

  • De vereiste minimumspanning op de elco is 17,5 volt. Daar wordt de drempelspanning over twee diodes (1,4 volt) bij opgeteld. Dit geeft 17,5 + 1,4 = 18,9 volt. Deze waarde vermenigvuldigd met 0,7 om de effective uitgangsspanning van de trafo te krijgen geeft 18,9 × 0,7 = 13,23 volt. Deze waarde verhoogd met 10% om netspanningsvariaties op te kunnen vangen geeft dan 14,55 volt.
  • De maximale uitgangstroom moet 1 ampère bedragen. Neem dan een trafo die 1,5 ampère kan leveren. Kies hier voor een standaard trafo met 15 volt secundair/1,5 ampère.

Nu moet de werkspanning van de toegepaste elco worden berekend;

  • Uwerkspanning = Ubrug x 2 ofwel Uwerkspanning = 18,9 × 2 = 37,8 volt. De eerstvolgende standaard waarde die in de handel is, is 50 volt.
Basis Stabvoeding.gif
Afbeelding: 48
Basisschema
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Wanneer de afvlakelco (zie Ca in schema 50) zich op meer dan tien 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

Eerst berekenen hoeveel vermogen het IC moet dissiperen. Dat kan 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 kan 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 (stel 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)

Dit geeft: Pt = (150-40) / 55 ofwel Pt = 2 watt.

Hierboven is 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. De thermische weerstand (Rhs-a) voor de koelplaat is te berekenen 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

Met deze waarden in de formule geeft dit: Rhs-a = (150 - 40)/ 7 - 6 - 0,5 ofwel 110 / 7 - 6,5 ofwel 15,71 - 6,5 = 9,2°C/W

Wat gebeurt er wanneer de max. chiptemperatuur wordt verlaagt 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

Deze waarden in de formule geeft: 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 afbeelding 49. Een weerstand heeft geen polariteit, dus het maakt niets uit hoe een weerstand wordt aangesloten.

Weerst symbool01.gif
Afbeelding: 49
Schemasymbool van een weerstand
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Typen weerstanden

Weerstanden bestaan er in drie typen:

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

Weerstandcodering

In schema's worden afkortingen voor de waarden gebruikt. Zouden alle weerstandwaarden voluit in het schema worden genoteerd, dan zou het schema onleesbaar worden. De waarden worden aangegeven met een hoofdletter, zoals de T voor tera-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 vóór de waardeaanduiding: R47 = 0,47 ohm.

Wanneer de letter R tussen de cijfers staat, is het 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 4.

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: 5
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: 50
Kleurcodering van koolfilmweerstanden
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij koolfilm-weerstanden staan vier ringen op de weerstand.

Houd de weerstand met de zilveren of gouden ring aan de rechterzijde (zie afbeelding 50). Daarna kan aan de hand van de kleurcode (van links naar rechts lezend) de waarde achterhaald worden. Bij een weerstand 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: 51
Kleurcodering van metaalfilmweerstanden
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij metaalfilm-weerstanden staan vijf (en soms zes) ringen op de weerstand. Houd de weerstand met de ringen aan de linkerzijde vast (zie afbeelding 51). Daarna is aan de hand van de kleurcode de waarde te achterhalen.

Van een weerstand met de kleuren: bruin-bruin-zwart-rood-goud 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 temperatuurcoëficiënt aan. (561 mega-ohm wordt in vaktermen "561 meg" genoemd). Bij het berekenen van weerstandswaarden altijd afronden 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 zogenaamde "avalanche" (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: 52 Afbeelding: 53
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 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, 5 tot 10 milliampère geeft goede resultaten.

Zenerdiodes zijn niet bruikbaar bij wisselspanning.

Met twee- of meer tegengesteld geschakelde zenerdiodes is bijvorbeeld de motorsnelheid niet te regelen. 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.

Een tolerantie van bijvoorbeeld 10% bij een weerstand van 50 ohm betekent dat de waarde tussen 45 en 55 ohm kan liggen en dat bij een spanning van 5 volts 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.

Bovenstaande is de reden dat de ervaren elektronicus bij het berekeningen van weerstandswaarden altijd afrondt op de eerstvolgende hogere (verkrijgbare) waarde.


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: 5 jul 2024 10:07 (CET)