Knipperlichtschakelingen

Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu

Vorige | Volgende

---

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

---

Knipperschakeling met transistoren

Stroombron-schakeling om een LED te laten knipperen met korte lichtflitsen (lichtpulsen). Transistor T1 moet een C-type zijn (dus BC549C), anders werkt de schakeling niet goed.

Afbeelding: 01

Eenvoudig schema van knipper-LED met transistoren

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

De weerstand van 3,3M en de elco-waarde bepalen de knipperfrequentie. De waarde van 180R geldt voor LEDs met een maximale doorlaatstroom van 20 milliAmpère. Voor high-efficiency LEDs (deze geven al een zee van licht bij 2 milliAmpère) moet de waarde van R4 1k8 of hoger zijn. De belastbaarheid van de, in deze schakeling, gebruikte weerstanden is ¼ watt.

Onderdelenlijst
T1	BC549C
T2	BC557
R1	3,3M
R2	3k3
R3	1k
R4	180R of 1k8
C1	330n   50 V
D1	LED

Tabel: 01

Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

---

Knipperschakelingen met een IC

In plaats van transistoren, kunt u ook een IC toepassen. Dit scheelt weer tijd bij het opbouwen van de schakeling en heeft als bijkomend voordeel dat al door het wijzigen van de waarde van één component, het gedrag van de schakeling aan te passen is. De NE555 is uitstekend geschikt om er een knipperschakeling mee te maken, die u kunt toepassen op uw modelspoorbaan.

Afbeelding: 02		Afbeelding: 03
Timer IC NE555		Inwendige opbouw van de NE555
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom		Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De NE555 is een IC, ontworpen voor gebruik in timers en multivibrator-toepassingen. De NE555 bestaat uit 23 transistoren, 2 diodes, en 16 weerstanden. Het blokschema van de NE555 ziet u in afbeelding 03. Het IC is in 1972 op de markt gekomen, en daarmee al meer dan 43 jaar (medio 2015) verkrijgbaar. Later verscheen er een uitvoering met twee stuks NE555 in één behuizing, de NE556. Deze kan in plaats van twee losse 555's gebruikt worden. Nog weer later verscheen een uitvoering met vier stuks 555 in één behuizing, de NE558. Deze kan in plaats van vier losse 555's (of twee losse 556's) gebruikt worden. Inwendig is het schema van de 558 iets gewijzigd/verbeterd t.o.v. de NE555. De 555 kan op drie verschillende manieren gebruikt worden:

• In A-stabiele mode: de 555 fungeert als oscillator. (bijv. in alarminstallaties en toongeneratoren).

• In Bi-stabiele mode: de 555 fungeert als flip-flop.

• In Mono-stabiele mode: de 555 fungeert als 'one-shot'. (bijv. in timer-toepassingen).

De aansluitingen van de NE555

Pinnummer	Naam	Doel/Functie
1	GND	De massa (min), de 'lage' waarde.
2	TR	Een korte puls, van 'hoog' naar 'laag' op de trigger, start de timer.
3	Q	Tijdens het tijdsinterval blijft deze ingang/uitgang op VCC.
4	R	Een tijdsinterval kan onderbroken worden door een korte 'lage' (0V) puls op de reset te zetten.
5	CV	De controlespanning laat elektriciteit (spanning) toe naar de interne spanningsdeler (⅔ VCC).
6	THR	De nominale spanning waarbij het interval eindigt (het interval eindigt wanneer Uthr hoger is dan ⅔ VCC).
7	DIS	Verbonden met een condensator of een elco, waarvan de ontladingstijd het tijdsinterval zal beïnvloeden.
8	V+	VCC. De positieve voedingsspanning, die tussen 5 en 15 Volt moet liggen.

Verklaring van de afkortingen:

GND	= Ground.	CV	= Contol Voltage.	TR	= Trigger.	THR	= Threshold.
Q	= Uitgang.	DIS	= Discharge.	R	= Reset.	V+	= De positieve voeding-aansluiting.

Q kan positief of negatief zijn. Deze aansluiting kan namelijk naar de plus of naar de min geschakeld worden, vandaar de ietwat vreemde aanduiding met Q
(Vcc is een term die veelvuldig in schema's wordt gebruikt en betekent 'Positieve voedingsspanning').

Kijkt u voor de zekerheid even op de links, onderaan deze pagina, voor de specificaties. Er zijn namelijk typen voor maximaal 15 volt en voor maximaal 18 volt! De belastbaarheid van de in deze schakelingen gebruikte weerstanden is ¼ watt.

---

De knipperfrequentie

In alle hier getekende schema's met de NE555 staan één- of twee instelpotentiometer(s) (instelbare regelbare weerstand), hiermee stellen we de knipperfrequentie van de schakeling in. Mocht de juiste frequentie niet gehaald worden in één van de eindstanden van de instelpotentiometers, dan kunt u de waarde van C2 groter of kleiner nemen. Dus bij een te hoge frequentie van het signaal neemt u, in plaats van een elco met een waarde van 10 µF (microFarad), een elco met een waarde van 22 µF. Bij een te lage waarde van de knipperfrequentie kunt u voor C2 een lagere waarde nemen (bijvoorbeeld 6,8 µF). Eventueel kan ook de waarde van R1 vergroot of verkleind worden. Voor R1 geen kleinere waarde nemen dan 1k2.

---

De LEDs

Een LED moet altijd worden gevoed via een voorschakelweerstand. De waarde van de weerstand is afhankelijk van de te gebruiken voedingsspanning én de doorlaatspanningswaarden (ook wel 'stapspanning' genoemd) van de LED én hij moet er tevens voor zorgen dat de doorlaatstroom de juiste waarde heeft (8 tot 10 mA).

Doorlaatspanning

• groene LED: 2,1 V;
• rode LED: 1,85 V;
• gele LED: 1,95 V;
• witte LED: 2,95 V.

De waarde van de voorschakelweerstand moet dus altijd aangepast worden aan de doorlaatspanning.

De aansluitingen

Let op! LEDs zijn polariteitgevoelig en moeten dus allemaal op dezelfde wijze worden aangesloten, anders werkt het niet en is de kans groot dat de LED defect raakt. LEDs zijn daarom voorzien van een lange en een korte stugge aansluitdraad. De lange draad geeft de + (plus) van de LED aan. Om het uzelf gemakkelijk te maken en de kans op fouten te minimaliseren, is het aan te bevelen de LEDs allemaal met b.v. de lange stugge draad in dezelfde richting te monteren.
Wanneer u SMD-LEDs gebruikt, is het helemaal oppassen. Dan is de kans dat u + en - verwisseld levensgroot.

Schakelingen

Eén rode knipperende LED

Afbeelding: 04

Schema van knipper-LED met IC (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Voor bijv. het maken van een waarschuwingssignaal met één knipperende rode LED, is de schakeling in afbeelding 04 (hierboven) prima geschikt.

De werking van de schakeling

Via R1 en P1 wordt elco C2 geladen. Wanneer de spanning op de elco (en pin 6) voldoende hoog is (1/3 van de voedingsspanning), klapt de flip-flop (zie ook: afbeelding 03) in het IC om, en schakelt uitgang 3 om. De uitgang (pin 3) wordt nu, afhankelijk van de spanning op pin 6, naar de min of de plus geschakeld. Elco C2 wordt nu weer ontladen via P1 en pin 7. Dit laden/ontladen herhaalt zich voortdurend. Met instelpotmeter P1 is de laad/ontlaadtijd in te stellen. Elco C1 dient voor het opvangen van zeer kortstondige voedingsspanningsvariaties. Deze elco dient zo dicht mogelijk bij de pinnen 4, 8 en 1 gemonteerd te worden. Condensator C3 (let op, is geen elco) dient ter ontkoppeling van de inwendige spanningsdeler (=de drie weerstanden in afbeelding 03).

---

Twee rode knipperende LEDs

Afbeelding: 05

Schema van twee knipper-LEDs met IC. (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Door een extra weerstand en een extra LED te plaatsen, verkrijgen we een knipperlichtschakeling, die de LEDs om-en-om laat knipperen. Voor bijv. het maken van een overweg, met aan weerszijden van het spoor één knipperende rode lamp is de schakeling in afbeelding 07 prima geschikt. Ook hier stellen we met instelpotmeter P1 de knipperfrequentie in.

---

Vier rode knipperende LEDs

Afbeelding: 06

Schema van vier knipper-LEDs met IC (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Door twee extra LEDs toe te voegen aan de schakeling in afbeelding 05 verkrijgen we een knipperlichtschakeling, die de vier LEDs om-en-om laat knipperen. Hierbij branden altijd twee LEDs tegelijkertijd. Voor bijvoorbeeld het maken van een overweg met een AKI-installatie, met aan weerszijden van het spoor twee afwisselend knipperende rode lampen, is de schakeling in afbeelding 10 prima geschikt. We sluiten de LEDs zo op de schakeling aan, dat er telkens twee LEDs aan weerszijden tegelijkertijd knipperen. Ook hier stellen we met potmeter P1 de knipperfrequentie in.

---

Twee knipperende of continu brandende witte LEDs voor WUBO

Afbeelding: 07		Afbeelding: 08
Schema van twee knipper-LEDs voor WUBO (ruststand). (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).		WUBO (seinbeeld betekent: 'er nadert gèèn trein').
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom		Tekening gemaakt door: Werner Hermsen

Door de schakeling uit afbeelding 06 (hierboven) te voorzien van een dubbelpolig relais en de bedrading iets te veranderen, verkrijgt u een WUBO-knipperlichtschakeling, die twee witte LEDs continu laat branden (en die, zoals in schema 09 en afbeelding 10 te zien is, beide LEDs ook kan laten knipperen.

Afbeelding: 09		Afbeelding: 10
Schema van twee knipper-LEDs voor WUBO (werkstand)		WUBO (seinbeeld betekent: 'er nadert een trein!').
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom		Tekening gemaakt door: Werner Hermsen

Wanneer het relais bekrachtigd wordt (door spanning op punt 'S' te zetten), zullen beide LEDs om-en-om gaan knipperen. Ook hier stelt u met instelpotmeter P1 de knipperfrequentie in. Voor een voorbeeld van een geschikt relais, zie onderaan deze pagina, bij 'Meer informatie'.

---

Twee knipperende of continu brandende witte LEDs voor WIT (Waarschuwings Installatie Tunnels)

Bij de WIT-knipperlichtschakeling, branden òf twee witte LEDs continu, òf knipperen beide LEDs om-en-om. Hiervoor gebruikt u dezelfde schakeling als voor de WUBO (zie: schema 07 en 09). De LEDs worden nu verticaal geplaatst.

---

Gemeenschappelijke anode/kathode bij seinen met LEDs

Afbeelding: 11

De verschillende schema's bij gemeenschappelijke anode of -kathode

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

De LEDs in kant-en-klare seinen kunnen inwendig aangesloten zijn als 'gemeenschappelijke anode' of 'gemeenschappelijke kathode. In schema 13 (hierboven) ziet u wat dit inhoudt. Links op de tekening (GA), ziet u de 'gemeenschappelijke anode'-aansluiting. Hierbij zijn beide anodes van de LEDs in het sein met elkaar verbonden. Rechts op de tekening (GK), ziet u de 'gemeenschappelijke kathode'-aansluiting. Hierbij zijn beide kathodes van de LEDs in het sein met elkaar verbonden. We dienen dus bij kant-en-klare seinen te weten hoe de LEDs inwendig (lees: in het sein) aangesloten zijn.
Dit wordt normaliter in de bijgeleverde documentatie van het sein vermeldt. Weet u dit niet, dan zult u met behulp van bijv. een universeelmeter (multimeter) moeten onderzoeken hoe de LEDs inwendig aangesloten zijn. Let op! Sluit nooit een kant-en-klaar sein, dat voorzien is van LEDs, (en waarvan niet bekend is of er eventueel al een voorschakelweerstand gemonteerd is door de fabrikant) zomaar op een voedingsspanning aan, want dan hebt u zeer grote kans dat één- of meerdere LEDs nooit meer branden. Dus, een sein altijd testen met een 1K6 weerstand opgenomen in de plus- of mindraad van de voeding.

---

WUBO-schakeling voor seinen met LEDs met 'gemeenschappelijke anode'

Afbeelding: 12

Schema van twee knipper-LEDs voor WUBO (ruststand). (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).

Schema gemaakt door: Menno Voorloop

De schakeling uit afbeelding 12 (hierboven) is voor seinen met LEDs, voorzien van een gemeenschappelijke anode-aansluiting, zoals in veel kant-en-klare seinen toegepast wordt. We hebben nu een knipperlichtschakeling die twee witte LEDs continu laat branden en die wanneer het relais bekrachtigd wordt, beide witte LEDs om-en-om laat knipperen. In schema 12 staat het relais getekent in de ruststand (er is geen spanning aanwezig op de stuuringang). Nu worden de witte LEDs continu aangestuurd.

Afbeelding: 13

Schema van twee knipper-LEDs voor WUBO (werkstand). (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).

Schema gemaakt door: Menno Voorloop

In schema 13 staat het relais getekend in de 'werkstand' (er is spanning aanwezig op de stuuringang, dus het relais in 'aangetrokken'). Nu worden de witte LEDs om-en om aangestuurd. Transistor T1 inverteert (keert de polariteit om van) het signaal dat op pin 3 van het IC staat.
Om de knipperfrequentie in te kunnen stellen, kunt u R2 door een instelPotentiometer van 500k vervangen.

Onderdelenlijst
IC1	NE555		C1	100μ   25 V
T1	BC547		C2	2,2μ   35 V
R1	4k7		C3	150n   50 V
R2	390k		D1/D2	LED   Wit
R3	10k		D3	1N4148
R4	1k2		Re1	Relais 12 V=   2×om

Tabel: 03

Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

De waarde van R4 is een richtwaarde. De werkelijke waarde is afhankelijk van de voedingsspanning, het type LED in het sein, en of er LEDs of lampjes toegepast worden.

---

Schakelingen voor AKI's

De knipperfrequentie van een AKI

Bij het grootspoor knipperen de rode lampen van een AKI met een frequente van 90 keer per minuut. De witte lamp knippert op de helft van die frequentie (45 keer per minuut). Bij het modelspoor is die frequentie van 90 per minuut eigenlijk te laag, omdat ons rijdend materieel (en eventuele scenery) een stuk kleiner is. Zou u echter die 90 knipperingen per minuut omrekenen naar bijv. schaal H0, dan verkrijgt u een veel te hoge frequentie. We moeten daarom een iets hogere knipperfrequentie kiezen dan bij het grootspoor, om onze modelspoor-AKI er natuurgetrouw uit te laten zien. Een frequentie van 100 tot 110 per minuut komt dan veel natuurgetrouwer op ons over. Maar dit is ook weer een kwestie van persoonlijke smaak. U kunt het beste de frequentie van de AKI-schakeling zo instellen dat u er tevreden mee bent, want daar gaat het in modelspoorland toch eigenlijk om.

---

Twee rode en een witte knipperende LED (voor AKI)

Door een extra LED én een relais toe te voegen aan de schakeling in afbeelding 06 (hierboven) verkrijgen we een knipperlichtschakeling die twee rode LEDs, om-en-om laat knipperen. Zodra de stuurspanning op het relais wegvalt en de rode LEDs uitgaan, zal de witte LED gaan knipperen met de halve frequentie van beide rode LEDs.
Andersom zullen, wanneer er spanning op de stuuringang gezet wordt, en de witte LED uitgaat, de rode LEDs om-en-om gaan knipperen.

Afbeelding: 14

Schema van AKI met drie knipper-LEDs

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 14 staat het relais getekent in de ruststand (er is geen spanning aanwezig op de stuuringang). Nu wordt de witte LED aangestuurd, en zijn de rode LEDs gedoofd.

Afbeelding: 15

Schema van AKI met drie knipper-LEDs

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 15 staat het relais getekend in de 'werkstand' (er is spanning aanwezig op de stuuringang, dus het relais in 'aangetrokken'). Nu worden de rode LEDs om-en om aangestuurd, en is de witte LED gedoofd.

---

Vier rode en twee witte knipperende LEDs (voor AKI)

Door drie extra LEDs toe te voegen aan de schakeling in afbeelding 18 (hierboven) verkrijgen we een knipperlichtschakeling, die vier rode LEDs, of twee witte LEDs laat knipperen. Zodra de stuurspanning op het relais wegvalt en de rode LEDs uitgaan, zullen de witte LEDs gaan knipperen met de halve frequentie van de vier rode LEDs.
Andersom zullen, wanneer er spanning op de stuuringang gezet wordt, en de witte LEDs uitgaan, de rode LEDs (per twee) om-en-om gaan knipperen.

Afbeelding: 16

Schema van AKI. Witte LEDs knipperen

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 16 staat het relais getekent in de ruststand (er is geen spanning aanwezig op de stuuringang). Nu worden de witte LEDs aangestuurd, en zijn de rode LEDs gedoofd.

Afbeelding: 17

Schema van AKI. Rode LEDs knipperen

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 17 staat het relais getekend in de 'werkstand' (er is spanning aanwezig op de stuuringang, dus het relais is 'aangetrokken'). Nu worden de rode LEDs (per twee) om-en-om aangestuurd, en zijn de witte LEDs gedoofd.

---

Het bedradingsschema voor de AKI-schakeling

Afbeelding: 18

Bedradingsschema van de LEDs van de AKI

Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De bedrading vanaf de schakeling (de print) naar de LEDs bestaat uit in totaal vijf draden, zie: schema 18).

---

Twee rode en twee witte knipperende LEDs, plus twee oranje LEDs (voor AKLI)

Afbeelding: 19

Schema van AKLI met vier knipper-LEDs en twee oranje LEDs

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Door de schakeling uit schema 18 iets aan te passen kunnen we de voorloper van de AKI, de AKLI aansturen. In schema 22 staat het relais getekent in de ruststand (er is geen spanning aanwezig op de stuuringang). Nu worden de witte LEDs aangestuurd, en zijn de rode LEDs gedoofd. Zodra de stuurspanning op het relais aanwezig is, zullen de rode LEDs gaan knipperen, en zullen de witte LEDs doven.
Andersom zullen, wanneer de spanning op de stuuringang uitgezet wordt, de witte LEDs gaan knipperen, en de rode LEDs doven.

Afbeelding: 20

Schema van AKLI met vier knipper-LEDs en twee oranje LEDs

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 20 staat het relais getekend in de 'werkstand' (er is spanning aanwezig op de stuuringang, dus het relais is 'aangetrokken'). Nu worden de rode LEDs aangestuurd, en zijn de witte LEDs gedoofd.

Storing

Om een storing te simuleren kan schakelaar S1 omgezet worden. De knipperschakeling krijgt geen spanning meer, dus de gewone LEDs (de rode en witte) zijn gedoofd. De oranje LEDs branden nu, ten teken dat de installatie gestoord is.

---

Uitbreiding van bovenstaande schakeling (voor AKLI). Twee snelheden.

Door de schakeling uit schema 18 uit te breiden met een extra instelpotmeter, kunnen we er voor zorgen dat de rode lampen dubbel zo snel knipperen als de witte lampen.

Afbeelding: 21

Schema voor AKLI. In de stand 'Langzaam'. (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 04).

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

In schema 21 staat het relais getekend in de ruststand (er is geen spanning aanwezig op de stuuringang 'S'). Nu worden de witte LEDs aangestuurd (aantal knipperingen instelbaar met P1), en zijn de rode LEDs gedoofd.

Afbeelding: 22

Schema voor AKLI. In de stand 'Snel'. (de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 04).

Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Zodra de stuurspanning op het relais aanwezig is (zie: schema 22, punt 'S'), zullen de rode LEDs gaan knipperen, en zullen de witte LEDs doven. Tegelijkertijd schakelt het extra contact van het relais om, en verbindt P2 met knooppunt R1/P1.
P2 staat nu parallel aan P1. Daardoor wordt elco C2 sneller geladen, en gaat de schakeling sneller knipperen. U kunt nu P2 zo instellen dat de rode LEDs op (ongeveer) het dubbele aantal knipperingen als dat van de witte LEDs branden.

In schema 22 staat het relais getekend in de 'werkstand' (er is spanning aanwezig op de stuuringang, dus het relais is 'aangetrokken'). Nu worden de rode LEDs aangestuurd met hogere knippersnelheid, omdat P2 nu parallel aan P1 geschakeld is, en zijn de witte LEDs gedoofd. Wanneer de spanning op de stuuringang (punt 'S') uitgeschakeld wordt, valt het relais af, waardoor het tweede relaiscontact omschakelt. De rode LEDs doven. Nu zullen de witte LEDs gaan knipperen op een lager tempo dan de rode LEDs, omdat P2 nu niet meer parallel aan P1 staat.

Afregelen van de schakeling

Stel beide instelpotmeters in op de maximale waarde. Zorg dat er geen spanning op de stuuringang staat (relais in de ruststand). Stel nu met P1 het aantal knipperingen van de witte LEDs in. Schakel daarna de stuurspanning (punt 'S') in. Het relais is aangetrokken. Stel daarna met P2 het aantal knipperingen van de rode LEDs in.

---

Onderdelenlijst
IC1	NE555		C1	100µ   25 V
P1	500k   instel		C2	10µ   35 V
P2	820k   instel		C3	150n   50 V
R1	4k7		D1/D2	LED   Rood
R2	820R		D3/D4	LED   Wit
R3	680R		D5	1N4148
R4	820R		D6/D7	LED   Oranje
Re1	Relais 12 V=   2×om		S1	Schakelaar   1×om

Tabel: 04

Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

De waarden van R2, R3 en R4 zijn richtwaarden. De werkelijke waarde is afhankelijk van het type LED en het aantal LEDs dat in serie staat.

---

Het bedradingsschema voor de AKLI-schakeling

Afbeelding: 23

Bedradingsschema van de LEDs van de AKLI

Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

De bedrading vanaf de schakeling (de print) naar de LEDs bestaat uit in totaal zes draden (zie: schema 23).

Het relais

Het in bovenstaande schakelingen gebruikte relais betreft een dubbel omschakelend relais. Dus een zogenaamd 2x om relais met 1 ruststand en het heeft dus maar 1 spoel. Een bi-stabiel relais is hier niet toepasbaar, want het moet altijd in de beginstand terugkeren. U kunt bijvoorbeeld de Conrad 507435-62 of de 504394-62 daarvoor gebruiken.

---

Meer informatie

Encyclopedie
Artikel Cursus basis-elektronica	(zie: Cursussen).

Externe websites:
Datasheets (gegevensbladen) van componenten
alldatasheet.com	Informatie over de NE555.
datasheetcatalog.com	Informatie over de NE555.

WikiPedia informatie
nl.wikipedia.org	Informatie over de NE555.

Relais informatie
Conrad.nl	Webshop.
Conrad.com	Relais.

---

Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu

Vorige | Volgende

Contact met de redactie:

---