Persoonlijke instellingen

Knipperlichtschakelingen

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Versie door Fred (overleg | bijdragen) op 27 feb 2016 om 15:59
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

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


Knipperschakeling met transistoren

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.


Overweg Knipperlicht01a.gif
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 LED's met een maximale doorlaatstroom van 20 milliAmpère. Voor high-efficiency LED's (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, welke u kunt toepassen op uw modelspoorbaan.


555.gif 555inw.gif
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.
Tabel: 02
Bron: WikiPedia.org CCimage.jpg


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 LED's

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! LED's 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. LED's 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 LED's allemaal met b.v. de lange stugge draad in dezelfde richting te monteren.
Wanneer u SMD-LED's gebruikt, is het helemaal oppassen. Dan is de kans dat u + en - verwisseld levensgroot.


Schakelingen

Eén rode knipperende LED

NE555 1 LED.gif
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: afbeelding 03 en flipflop) in het IC om, en schakelt uitgang 3 om. De uitgang (pin 3) wordt, afhankelijk van de spanning op pin 6, naar de min en 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 dient ter ontkoppeling van de inwendige spanningsdeler.


Twee rode knipperende LED's

NE555 2 LED.GIF
Afbeelding: 05
Schema van twee knipper-LED's 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 welke de LED's 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 LED's

NE555 4 LED.gif
Afbeelding: 06
Schema van vier knipper-LED's met IC
(de waarden van C1 t/m C3 en de weerstanden staan in tabel 03).
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom


Door twee extra LED's toe te voegen aan de schakeling in afbeelding 05 verkrijgen we een knipperlichtschakeling welke de vier LED's om-en-om laat knipperen. Hierbij branden altijd twee LED's 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 LED's zo op de schakeling aan, dat er telkens twee LED's aan weerszijden tegelijkertijd knipperen. Ook hier stellen we met potmeter P1 de knipperfrequentie in.


Twee knipperende of continu brandende witte LED's voor WUBO

555 2 LED WUBO.gif Wubo-WHermsen01.gif
Afbeelding: 07 Afbeelding: 08
Schema van twee knipper-LED's 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, welke twee witte LED's continu laat branden (en die zoals in schema 07 te zien is beide LED's ook kan laten knipperen.


555 2 LED WUBO-b.gif Wubo-WHermsen02.gif
Afbeelding: 09 Afbeelding: 10
Schema van twee knipper-LED's 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 LED's 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'.


Gemeenschappelijke Anode/Kathode bij seinen met LED's

Diode GAnode GKathode-01.PNG
Afbeelding: 11
De verschillende schema's bij gemeenschappelijke Anode of -Kathode
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom


De LED's 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 LED's in het sein met elkaar verbonden. Rechts op de tekening (GK), ziet u de 'gemeenschappelijke Kathode'-aansluiting. Hierbij zijn beide Kathodes van de LED's in het sein met elkaar verbonden. We dienen dus bij kant-en-klare seinen te weten hoe de LED's 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 LED's inwendig aangesloten zijn. Let op! Sluit nooit een kant-en-klaar sein, dat voorzien is van LED's, (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 LED's 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 LED's met 'gemeenschappelijke Anode'

NE555 2 LED WUBO Menno01.gif
Afbeelding: 12
Schema van twee knipper-LED's 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 LED's, voorzien van een gemeenschappelijke Anode-aansluiting, zoals in veel kant-en-klare seinen toegepast wordt. We hebben nu een knipperlichtschakeling welke twee witte LED's continu laat branden en die wanneer het relais bekrachtigd wordt, beide witte LED's 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 LED's continu aangestuurd.


NE555 2 LED WUBO Menno01-b.gif
Afbeelding: 13
Schema van twee knipper-LED's 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 LED's 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 LED's 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 welke twee rode LED's, om-en-om laat knipperen. Zodra de stuurspanning op het relais wegvalt en de rode LED's uitgaan, zal de witte LED gaan knipperen met de halve frequentie van beide rode LED's.
Andersom zullen, wanneer er spanning op de stuuringang gezet wordt, en de witte LED uitgaat, de rode LED's om-en-om gaan knipperen.


555 3 LED 1 Wit 2 Rood-AKI.gif
Afbeelding: 14
Schema van AKI met drie knipper-LED's
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 LED's gedoofd.


555 3 LED 1 Wit 2 Rood-AKI-b.gif
Afbeelding: 15
Schema van AKI met drie knipper-LED's
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 LED's om-en om aangestuurd, en is de witte LED gedoofd.


Vier rode en twee witte knipperende LED's (voor AKI)

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

555 6 LED 2 Wit 4 Rood-AKI.gif
Afbeelding: 16
Schema van AKI. Witte LED's 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 LED's aangestuurd, en zijn de rode LED's gedoofd.


555 6 LED 2 Wit 4 Rood-AKI-b.gif
Afbeelding: 17
Schema van AKI. Rode LED's 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 LED's (per twee) om-en-om aangestuurd, en zijn de witte LED's gedoofd.



Het bedradingsschema voor de AKI-schakeling
Overweg AKI Bedrading-01.gif
Afbeelding: 18
Bedradingsschema van de LED's van de AKI
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


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


Twee rode en twee witte knipperende LED's, plus twee oranje LED's (voor AKLI)

555 6 LED 2 Wit 2 Rood-AKLI.gif
Afbeelding: 19
Schema van AKLI met vier knipper-LED's en twee oranje LED's
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 LED's aangestuurd, en zijn de rode LED's gedoofd. Zodra de stuurspanning op het relais aanwezig is, zullen de rode LED's gaan knipperen, en zullen de witte LED's doven.
Andersom zullen, wanneer de spanning op de stuuringang uitgezet wordt, de witte LED's gaan knipperen, en de rode LED's doven.


555 6 LED 2 Wit 2 Rood-AKLI-b.gif
Afbeelding: 20
Schema van AKLI met vier knipper-LED's en twee oranje LED's
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 LED's aangestuurd, en zijn de witte LED's gedoofd.


Storing

Om een storing te simuleren kan schakelaar S1 omgezet worden. De knipperschakeling krijgt geen spanning meer, dus de gewone LED's (de rode en witte) zijn gedoofd. De oranje LED's 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.


6 LED 2 Wit 2 Rood-AKLI-tweesnelh.gif
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 LED's aangestuurd (aantal knipperingen instelbaar met P1), en zijn de rode LED's gedoofd.


6 LED 2 Wit 2 Rood-AKLI-tweesnelh-b.gif
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 LED's gaan knipperen, en zullen de witte LED's 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 LED's op (ongeveer) het dubbele aantal knipperingen als dat van de witte LED's 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 LED's aangestuurd met hogere knippersnelheid, omdat P2 nu parallel aan P1 geschakeld is, en zijn de witte LED's gedoofd. Wanneer de spanning op de stuuringang (punt 'S') uitgeschakeld wordt, valt het relais af, waardoor het tweede relaiscontact omschakelt. De rode LED's doven. Nu zullen de witte LED's gaan knipperen op een lager tempo dan de rode LED's, 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 LED's in. Schakel daarna de stuurspanning (punt 'S') in. Het relais is aangetrokken. Stel daarna met P2 het aantal knipperingen van de rode LED's 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 LED's dat in serie staat.



Het bedradingsschema voor de AKLI-schakeling
Overweg AKLI Bedrading-01.gif
Afbeelding: 23
Bedradingsschema van de LED's van de AKLI
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


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



Meer informatie

Encyclopedie
(zie: Cursussen).
Sjabloon:Link externSjabloon:Link extern
Externe websites:
Datasheets (gegevensbladen) van componenten
Sjabloon:Link extern
WikiPedia informatie
Sjabloon:Link conradSjabloon:Link extern
Relais informatie



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