|
Met dit zelf te bouwen apparaat krijgt u een volledig beginners-laboratorium in handen waarmee u kunt starten met uw elektronica-hobby. Geen dure meetinstrumenten nodig! De trainer levert gelijkspanningen en laagfrequent wisselspanningen en heeft drie analoge metertjes om de signalen in uw schakeling te observeren. |
Kennismaking met de analoge trainer
De elektronicus, een blinde mol
In feite is een elektronicus een mens met zware zintuiglijke beperkingen. Immers, van de dans die miljarden elektronen uitvoeren in zijn of haar schakeling merkt deze menssoort helemaal niets. Om die elektronen aan het dansen te zetten en die dans te bewonderen zijn hulpmiddelen noodzakelijk, 'meetapparatuur' genoemd. Voor het aan de praat krijgen en begrijpen van zelfs de eenvoudigste schakeling met één transistor of op-ampje hebt u nodig:
- Twee voedingen die gelijkspanningen leveren als voeding voor die elektronen.
- Een functiegenerator die signalen levert die de elektronen aan het dansen zet.
- Een universeelmeter om de diverse spanningen in de schakeling te controleren.
- Een oscilloscoop om de dans der elektronen te bewonderen.
Al met al een investering die al gauw meer dan € 500,00 kan bedragen. Nogal veel geld om met een hobby te starten!
Ons goedkoop alternatief: de analoge trainer
Die hoge kosten vormen een barrière voor iemand die met elektronica als hobby wilt beginnen. Is daar niet iets op te verzinnen? Ja, bouw deze analoge trainer na en u kunt voor minder dan honderd euro aan de slag met de elektronica als intrigerende en verrijkende hobby. Dit ene apparaat is een vervanger voor de vier eerder genoemde meetapparaten. Uiteraard mét veel beperkingen, maar als u met uw hobby start is dat geen probleem. Later kunt u alsnog besluiten echte instrumenten aan te schaffen.
Als zo'n apparaat goed wordt ontworpen en de nodige zorg aan het uiterlijk wordt besteed, dan wordt zo'n experimentator bovendien hét pronkstuk van uw hobby-laboratorium of het schoollokaal. Kijk maar naar de onderstaande foto, waar het prototype van dit meetapparaat wordt voorgesteld.
 |
| Het afgebouwde prototype van de analoge trainer. (© 2019 Jos Verstraten) |
Is deze analoge trainer gemakkelijk te bouwen door een beginner?
De uitvoering van het prototype van deze analoge trainer, waarvan de bovenstaande foto een indruk geeft, hoeft zeker niet onder te doen voor gelijk welk professioneel apparaat. Natuurlijk vergt het heel wat uren en zeer nauwkeurig werken alvorens dit resultaat op de werkbank staat. Maar aan de hand van deze uitgebreide bouwbeschrijving moet u toch een aardig eind in de buurt komen.
U zult bovendien vast wat hulp nodig hebben van meer ervaren elektronica hobbyisten, bijvoorbeeld voor het maken van de printen, het afregelen van het apparaat en het verzamelen van de componenten. Maar hulp zoeken en krijgen is, dank zij Internet, op dit moment niet zo'n probleem. Via diverse elektronica- en techniekfora kunt u om hulp vragen. Denk hierbij aan:
- Forum van 'Circuits Online'.
- Forum van 'Schakelingen Online'.
- Forum van 'Tweakers Net'.
- Het elektrotechniek forum van 'Wetenschapsforum'.
- Een elektronica hobby-club bij u in de buurt.
Wat kunt u met dit apparaat doen?
Met deze analoge trainer kunt u niet alleen alle toepassingen van operationele versterkers onderzoeken, maar kunt u misschien volledig onbekende analoge schakelingen, zoals Norton-versterkers, OTA's, logaritmische versterkers en multipliers al experimenterend leren kennen.
Het vormt bovendien de experimentele basis van onze serie artikelen over het ontwerpen met operationele versterkers, zie Cursus op-amp schakelingen.
Het concept van de analoge trainer
Analoge schakelingen werken, per definitie, met analoge spanningen. Het volstaat dus niet een aantal wel-signaal/geen-signaal schakelaartjes op te nemen en een aantal LED'jes voor het uitlezen van de aan/uit-spanningen, zoals bij digitale trainers.
In principe moet u voor het uittesten van analoge schakelingen een grote hoeveelheid signalen ter beschikking hebben: sinussen, driehoeken, blokken en dat over een groot frequentiebereik. Wilt u kunnen zien wat de schakelingen met die signalen doen, dan hebt u voltmeters, millivoltmeters en een oscilloscoop nodig. Kortom, u moet een compleet laboratorium opbouwen.
Toch kan het veel eenvoudiger en goedkoper. Als u zich voornamelijk in de basiswerking van geïntegreerde analoge schakelingen wilt verdiepen, dan kunt u net zo goed op een andere manier werken. Met potentiometers kunt u gelijkspanningen instellen, regelbaar in het nuttige werkingsgebied van de schakeling. Door aan die potentiometers te draaien kunt u zeer laagfrequente sinussen, blokken en driehoeken simuleren. Een scoop is dan overbodig om te kijken hoe die signalen door de te testen schakeling worden beïnvloed. U kunt net zo goed enige simpele analoge metertjes gebruiken en op die draaispoel meetinstrumentjes leest u de werking van de schakeling af. Hebt u niet zo'n zin om voortdurend aan knopjes te draaien, dan kunt u een eenvoudige functiegenerator inbouwen, die dat werkje als het ware voor u opknapt. Hij wekt zeer trage driehoeken en blokken op.
Hiermee is het silhouet van de analoge trainer aan de horizon verschenen. Natuurlijk moet u de proefschakelingen rond de operationele versterker kunnen opbouwen. Dat kan op een proefprintje, maar veel professioneler en overzichtelijker gaat dat als u daarvoor een speciaal printje gebruikt.
Het blokschema van de universele analoge trainer
De onderstaande figuur geeft het blokschema van deze universele analoge trainer. Links boven zit het blok 'Functiegenerator' dat het wisselspanningssignaal opwekt. Nu moet u dat begrip wisselspanning niet al te ruim interpreteren. De schakeling wekt, naar uw keuze, een driehoek- of vierkantspanning op met een periodeduur van één seconde tot twee minuten!
Wat daar het nut van is? Wel, bij analoge schakelingen komt het vaak voor dat u de zogenaamde transferkarakteristiek moet opnemen, dat is de relatie tussen uit- en ingangsspanning. U laat dan de ingangsspanning langzaam stijgen en voor iedere waarde van die spanning leest u op een meter de grootte van de uitgangsspanning af. Dit kan met de hand door het verdraaien van een potentiometer. Door die lange periodeduur van de in de analoge trainer ingebouwde functiegenerator kunt u dat proces echter automatiseren. U stuurt de traagste driehoek in de te testen schakeling en sluit een van de meters aan op de uitgang van de generator. De spanning varieert dan zo langzaam van waarde, dat u steeds het verband tussen in- en uitgangsspanning op de meters kunt aflezen en noteren.
Hiermee is meteen de vraag beantwoord waarom we ouderwetse analoge naaldinstrumenten hebben ingebouwd. Op dergelijke meters kunt u heel goed het verloop van een spanning in functie van de tijd aflezen. U ziet of de meternaald stijgt of daalt, de interpretatie van een stijgende of dalende spanning. Op moderne digitale meters is een dergelijk proces absoluut niet te volgen.
Het functiegeneratorblok heeft twee potentiometers. Deze dienen voor het instellen van de uitgangsspanning en de frequentie. Met een omschakelaar kunt u twee bereiken instellen, namelijk 1 V en 10 V. Met een tweede omschakelaar kunt u kiezen tussen vierkant- of driehoekspanning.
 |
| Het blokschema van de analoge trainer. (© 2019 Jos Verstraten) |
Een op-amp heeft twee ingangen en een uitgang. Het zou dus handig zijn als u steeds drie verschillende spanningen tegelijkertijd kunt observeren. Dat kan, met de drie draaispoelmetertjes, ingebouwd in het blok 'Indicatoren'. Ze hebben de nul in het midden, zodat u zowel positieve als negatieve spanningen kunt meten, zonder het omdraaien van schakelaars of omprikken van draadjes. Door middel van schakelaars kunt u voor iedere meter een van beide meetgebieden inschakelen: ±1 V of ±10 V. De ingangsimpedantie van de meters is erg hoog (20 MΩ) zodat ze nooit de werking van een schakeling kunnen verstoren. Anderzijds zijn de uitgangsimpedanties van de drie spanningsproducerende schakelingen erg laag, zodat ook zij geen invloed hebben op de eigenschappen van de te testen schakelingen.
Tot slot herkent u een algemeen blok 'Voeding'. Deze levert de voedingsspanningen (+15 V, massa en -15 V) voor het voeden van de testschakelingen.
Het frontplaatje van de analoge trainer
Aan de hand van de bespreking van het blokschema hebt u al een indruk gekregen van de noodzakelijke bedieningsorganen en in- en uitgangen. Deze hebben wij op een overzichtelijke manier samengevat in het onderstaand frontplaatje van het apparaat. Dit kunt u als voorbeeld gebruiken voor uw eigen ontwerp.
 |
| Een idee hoe u de frontplaat van uw analoge trainer kunt indelen. (© 2019 Jos Verstraten) |
De schakelingen van de analoge trainer
De schakeling van de functiegenerator
De praktische schakeling van de functiegenerator is getekend in de onderstaande figuur. In principe kunt u driehoeken en blokken erg eenvoudig opwekken met operationele versterkers. Er zijn echter speciale IC's in de handel, die niets liever doen dan u de gevraagde spanningen aanbieden. Deze IC's stammen uit het analoge tijdperk en zijn dus oeroud, maar nog wél verkrijgbaar. Vandaar dat we zo'n schakeling hebben toegepast, namelijk de XR2207. Dit IC heeft twee uitgangen. Op de ene (pen 13) staat een vierkantspanning ter beschikking, op de andere (pen 14) een driehoekspanning. Beide signalen hebben dezelfde frequentie. De driehoek kan zonder meer afgetakt worden. Wil de vierkant echter aan de uitgang verschijnen, dan moet er een extra weerstandje aangebracht worden tussen de positieve voeding en de pen nummer 13.
Het IC heeft erg veel mogelijkheden, die we hier niet gebruiken. Vandaar dat een aantal ingangen ofwel rechtstreeks aan de massa liggen (pennen 8 en 9) ofwel via een ontkoppelingcondensator (4, 5 en 7).
De frequentie wordt bepaald door de waarde van de condensator tussen de aansluitingen 2 en 3 en door de grootte van de weerstand tussen aansluiting 6 en de negatieve voeding. Voor het genereren van de noodzakelijke zeer lage frequentie hebt u een zeer grote condensatorwaarde nodig. U ontkomt dus niet aan het gebruik van een elco. Het probleem daarbij is echter dat de polariteit van de spanningen op pennen 2 en 3 wisselt. Een elco wordt dus gedurende een halve periode verkeerd gepolariseerd. Gelukkig bestaat er een eenvoudig trucje om met elco's toch een niet gepolariseerde condensator op te bouwen. Zet twee elco's van dezelfde waarde in serie, met plus aan plus of min aan min en overbrug beide onderdelen met een diode.
Als pen 2 positief is ten opzichte van pen 3, dan gaat de diode D2 geleiden en wordt condensator C1 tussen de genoemde aansluitingen opgenomen. Als de polariteit van de spanningen wisselt, dan gaat D2 sperren en D1 geleiden. C1 wordt nu kortgesloten door de geleidende diode en is niet van tel. Zijn rol wordt nu overgenomen door C2.
 |
| De schakeling van de functiegenerator. Klik op het schema om het te vergroten. (© 2019 Jos Verstraten) |
De frequentiebepalende weerstand is opgebouwd uit de serieschakeling van R1 en R2 en heeft een regelbereik van 1 op 100. R1 legt de maximale frequentie vast, R2 de minimale.
De schakeling mag gevoed worden met spanningen van maximaal ±13 V. Nu hebben we om diverse redenen gekozen voor een symmetrische voedingsspanning van ±15 V. Vandaar de twee zenerdioden D3 en D4 in de voedingsaansluitingen van het IC. De voeding wordt gereduceerd tot de veilige waarde van ±10 V. De condensatoren C3 en C4 zorgen voor een extra ontkoppeling van de voeding.
Door middel van schakelaar S1 kunt u ofwel de driehoek, ofwel de blok naar de rest van de schakeling sturen. Nu wil het geval dat het IC een driehoek levert met een amplitude gelijk aan ongeveer de helft van de amplitude van de blok. Beide signalen moeten even groot zijn, vandaar dat de blok door middel van een spanningsdeler (het instelpotentiometertje R5) aan de schakelaar wordt aangeboden.
De volgende trap rond IC2 is een simpel versterkertje, waarmee u de signalen opvoert tot de gewenste 20 Vtop-tot-top. De versterking is regelbaar door middel van R8. Na deze versterking komt de instelling voor de grootte van de uitgangsspanning aan de beurt. Is schakelaar S2 gesloten, dan verschijnt de volle 20 V over de potentiometer R11. U kunt de grootte van de uitgangsspanning dan instellen tussen 0 V en 10 V. Wilt u een kleinere uitgang, dan opent u de schakelaar, waardoor R9 en R10 gaan meespelen en het grootste gedeelte van de uitgangsspanning opslokken. Na de potentiometer R11 volgt een buffer, opgebouwd rond IC3. Deze zorgt voor een constante en lage uitgangsimpedantie, zonder de grootte van de spanning te beïnvloeden.
Het schema van de gelijkspanningsgeneratoren
Het schema waarmee de twee gelijkspanningen worden opgewekt, is getekend in de onderstaande figuur. De schakeling is de eenvoud zelve. Staat schakelaar S3 in de getekende stand, dan wordt er een spanningsdeler gevormd tussen de +15 V en de -15 V, opgebouwd uit de weerstanden R13, R14 en R16. De waarde van deze onderdelen is zo gekozen dat over potentiometer R14 een spanning van 2 V valt, keurig verdeeld tussen -1 V en +1 V. Door het verdraaien van de loper kunt u dus iedere gewenste spanning tussen de genoemde grenzen aftakken en via een buffer IC4 aan de uitgang (uit-2) aanbieden. Wilt u een grotere spanning opwekken, dan schakelt u S3 om, de verhouding van de spanningsdelerweerstanden wordt anders, zodat er over de potentiometer een totale spanning valt van 20 V, weer symmetrisch verdeeld tussen de plus en de min. Zoals overal in de trainer zijn ook hier de voedingsaansluitingen van de op-amp keurig ontkoppeld door middel van 100 nF condensatoren.
Het tweede deel van de schakeling, rond operationele versterker IC5, is identiek van opbouw.
 |
| Het schema van de gelijkspanningsgeneratoren. (© 2019 Jos Verstraten) |
Het schema van de drie spanningsmeters
De schakeling voor het sturen van de drie meetinstrumentjes is getekend in de onderstaande figuur. U wilt zowel positieve als negatieve spanningen meten, vandaar dat het gebruik van meetinstrumenten met de nul in het midden voor de hand ligt. De meters moeten spanningen van -10 V tot +10 V kunnen meten. Dergelijke metertjes liggen helaas niet voor het oprapen. Na een zoektocht op internet vonden wij bij diverse leveranciers voor een schappelijk prijsje draaispoelmetertjes van Monacor met een bereik van 50 μA ~ 0 ~ +50 μA en afmetingen van 60 mm bij 46 mm. Deze hebben een inwendige weerstand van 1,2 kΩ. Ook door diverse Chinese leveranciers worden dergelijke metertjes spotgoedkopp geleverd, zij het met iets andere afmetingen en bevestigingen.
In principe kunt u door een geschikte weerstand is serie met de draaispoel op te nemen rechtstreeks gelijkspanningen meten. De totale weerstand is dan toch wel wat laag, vandaar dat gekozen is voor een elektronische meetschakeling. Het te meten ingangssignaal wordt door middel van een weerstand (R26) aangeboden aan een als buffer geschakelde operationele versterker (IC6). Deze schakeling wordt gekenmerkt door een zo goed als oneindige ingangsweerstand en spanningsversterking van 1. De uitgang van de buffer stuurt een bereikenschakelaar S7. In de stand ±1 V wordt de meter gestuurd uit de uitgang van de buffer via twee weerstandjes R31 en R32, deze laatste ijkt het meetbereik.
In de stand ±10 V worden twee tien keer zo grote weerstanden in serie met de meter opgenomen, waarbij de instelpotmeter R34 dient voor het ijken van het bereik. De offset van de op-amp zorgt ervoor dat er op de uitgang van de buffer toch een kleine spanning verschijnt, zelfs als de ingang aan de massa ligt. U moet deze offset compenseren en dat doet u door aan de positieve ingang van de op-amp een kleine instelspanning aan te leggen.
Twee zenerdioden D5 en D6 worden gebruikt voor het genereren van een kleine positieve en even grote negatieve spanning. Tussen beide spanningen staat een instelpotmeter R29. De loper van dit onderdeel gaat naar de positieve ingang van de op-amp, via twee zeer grote weerstanden R27 en R28. Bij het afregelen van de trainer kunt u deze instelpotmeter gebruiken om, bij open ingang, de uitslag van de meter exact op nul af te regelen.
De ingangsweerstand van de meterschakeling wordt bepaald door de waarde van R27 en R28 en is dus 20 MΩ, meer dan voldoende om zonder beïnvloeding in wat voor soort schakeling dan ook te kunnen meten.
 |
| De schakeling van de drie spanningsmeters. (© 2019 Jos Verstraten) |
De voeding van de trainer is getekend in de onderstaande figuur en verbergt geen wereldschokkende nieuwe uitvindingen. De twee 15 V wikkelingen van de trafo worden door middel van vier in bruggeschakelde dioden gelijkgericht en leveren gelijkspanningen van ongeveer ±20 V. Deze spanningen worden aangeboden aan de ingangen van geïntegreerde stabilisatoren van het type 7815 en 7915. De gestabiliseerde uitgangsspanningen van ±15 V worden nog eens extra ontkoppeld en voeden de geïntegreerde schakelingen van de analoge trainer. Beide spanningen en de massa worden ook nog eens door middel van twee driepolige DIN-connectoren naar buiten gevoerd voor het voeden van de testbordjes.
 |
| De schakeling van de symmetrische voeding. (© 2019 Jos Verstraten) |
De bestukking van de twee printen
Inleiding
De elektronica is ondergebracht op twee printen. Op de hoofdprint zitten de schakelingen van de generatoren en de meters, op de voedingsprint uiteraard de voeding.
De hoofdprint
In de twee onderstaande figuren zijn de koperzijde en de componentenzijde van de hoofdprint voorgesteld. Naast de standaard boringen van 0,8 mm voor de IC's, 1 mm voor de onderdelen en 1,3 mm voor de printsoldeerpennetjes, moet er een aantal grotere gaten geboord worden. Op de eerste plaats gaten van 3,5 mm voor de bevestiging van de print op de frontplaat en gaten van 6,0 mm voor het vastschroeven van de 4 mm stekkerbussen. Vervolgens vier 10 mm gaten voor de potentiometers. Tot slot drie 40 mm gaten voor de meetinstrumenten. Wie niet wil vijlen, koopt een gatenzaag van 40 mm, zet deze in de boormachine in de boorstandaard en boort/zaagt mooie ronde gaten in het epoxy van de print.
 |
| De koperzijde van de hoofdprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de hoofdprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
Montage van de tuimelschakelaars
In het prototype hebben wij schakelaars van het merk C&K toegepast. U hebt zes enkelpolige omschakelaars, bijvoorbeeld type 7101, nodig. Daarnaast twee dubbelpolige omschakelaars, type 7201 en tot slot twee enkelpolige drukschakelaars van het type 8125. Soldeer eerst stevige draadjes, bijvoorbeeld de afgeknipte draadeinden van de gemonteerde weerstanden, in de lipjes van de tuimelschakelaars. Attentie: de draadjes moeten allemaal aan dezelfde zijde van de lipjes zitten! Duw de schakelaars vervolgens in de print en wel zo, dat de onderkant van de lipjes op de print rust. De lipjes moeten aan de bovenkant van de gaatjes staan. Als u een schakelaar omgekeerd bevestigt, dan zit hij 2 mm te laag en past hij niet meer in het bevestigingsgat van de frontplaat!
De twee drukschakelaars eisen extra aandacht. Let op de positie van de met 'C', 'NO' en 'NC' aangeduide contacten. Bovendien moeten deze schakelaars niet zo ver mogelijk in de print worden geduwd. De schakelaarlipjes zitten 2 mm van de print af.
Belangrijke opmerking
De tuimelschakelaar S10 die de netspanning schakelt is ook op de hoofdprint aanwezig en wordt met twee lange koperbaantjes met de aansluitingen '230 V' op de print verbonden. Let er bij het solderen op dat er geen tinkloddertjes per ongeluk op deze banen terecht komen en controleer, na solderen van de schakelaar, even met de ohmmeter dat deze twee baantjes nergens contact mee maken! Om u hierop extra te attenderen hebben wij deze schakelaar, de koperbaantjes en deze soldeerlipjes rood gekleurd op de componentenopstelling.
 |
| Montage van de tuimelschakelaars op de print. (© 2019 Jos Verstraten) |
Voor ieder gat heeft u de onderdelen van twee 4 mm stekkerbussen nodig. Het schroefje en het ringetje worden verwijderd en nadien duwt u een extra isolatiebus om het metalen gedeelte. Deze combinatie gaat op de print en wordt aan de koperzijde op het eilandje vastgeschroefd.
Vervolgens kunt u de twee driepolige DIN-chassisdelen bevestigen. Deze montage wordt verduidelijkt aan de hand van de onderstaande tekening.
 |
| De montage van de twee chassisdelen voor het voeden van de experimenteerschakelingen. (© 2019 Jos Verstraten) |
Als laatste stap moet u de vier potentiometers bevestigen. Nadat de assen op de juiste lengte zijn gezaagd (afhankelijk van de knoppen u gekocht hebt) kunt u deze onderdelen op de print schroeven en de aansluitlipjes op de koperzijde vast solderen.
Draadjes solderen
Alvorens u de hoofdprint terzijde legt, moet u acht soepele draadjes van 15 cm solderen op de printlipjes van de 230 V en de drie meteraansluitingen. Deze draadjes voert u door de 3,5 mm gaatjes tussen de soldeerlipjes naar de koperzijde van de print.
De voedingsprint
De voeding van de trainer zit op een afzonderlijk printje, waarvan de twee onderstaande figuren het ontwerp en de componentenopstelling tonen. De twee stabilisatoren IC9 en IC10 worden op kleine U-vormige koelprofieltjes geschroefd.
 |
| Het ontwerpje van de voedingsprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de voedingsprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
De constructie van het volledig apparaat
Een aluminium montageplaat maken
De twee printen worden als een soort sandwich op elkaar en samen aan de frontplaat bevestigd, waarbij een aluminium montageplaat tussen beide printen wordt opgenomen. Deze aluminium montageplaat is snel gemaakt: zij is even groot als de hoofdprint en heeft weinig gaatjes. Om precies te zijn, elf gaatjes van 3,5 mm voor het doorvoeren van bevestigingsschroeven en een gat van 10 mm voor het solderen van de 230 V draadjes aan de voedingsprint. In dat gat komt trouwens een rubber kabeldoorvoer.
Het maken van de frontplaat
Wel een probleem is de frontplaat. Hoe maakt u als hobbyist een mooie, professionele frontplaat? Allereerst hebt u een ontwerp nodig, liefst op ware grootte. In de onderstaande figuur ziet u het ontwerp van de frontplaat van het prototype. Kopieer deze afbeelding naar uw grafisch programma. Klik met de linker muisknop op de afbeelding en nadien met de rechter muisknop. Kies in het menu 'Afbeelding kopiëren'. Open een grafisch programma, bijvoorbeeld 'PaintShop' en importeer de afbeelding Als u dit ontwerp twee keer afdrukt met als afmetingen 24,5 cm bij 20,0 cm op twee vellen zelfklevend A4-papier hebt u de basis om een mooie ontwerp te maken.
Wij gebruiken geen aluminium voor zo'n frontplaat maar epoxy printplaat. Dat materiaal is veel beter en gemakkelijker mechanisch te bewerken en het gaat niet krom staan als u er wat teveel kracht op uitoefent, bijvoorbeeld bij het maken van de drie grote gaten voor de meters.
Plak de eerste afdruk op een plaat aluminium of epoxy en pons alle middelpunten van alle te boren gaatjes en gaten in de plaat. Bewerk nu het plaatje, dus boor alle kleine gaatjes en zaag/frees met een gatenzaag of plaatboor de grote gaten voor de meters uit. Als de frontplaat helemaal klaar en goed glad geschuurd kunt u de tweede afdruk heel nauwkeurig op de frontplaat plakken. Werk af met een vel transparante zelfklevende folie. Wij gebruiken hiervoor Herma Transparant Labels nummer 4375. De folie langzaam vanuit één kant op de frontplaat laten zakken en driftig alle luchtbelletjes naar de zijkanten wrijven!
Met een zeer scherp hobbymes kunt u nu de grote gaten uit het papier snijden, langs de rand van de gaten in de frontplaat. Bij de overige kleine gaatjes kunt u met een rond vijltje het papier uit het gat vijlen. Let op! Vijl steeds van de bovenzijde naar de onderzijde, doet u het in de andere richting, dan trekt u het zelfklevende papier en/of de folie los van de plaat, scheurt het en is het leed niet te overzien.
Slottip: vaak is het erg moeilijk grote gaten, zoals voor de DIN-chassisdelen en de stekkerbussen, mooi rond te boren, zelfs bij gebruik van een boorstandaard. Boor deze gaten voor met een spiraalboortje van 6 mm en gebruik nadien een zogenaamde plaatboor voor het ruimen van de gaten. Zuiver rond en braamloos!
 |
| Het ontwerp van de frontplaat, af te drukken op 24,0 cm bij 20,0 cm formaat. (© 2019 Jos Verstraten) |
De schaaltjes van de meetinstrumenten zijn geijkt in μA en dat kan natuurlijk niet. Dus: schaaltjes voorzichtig uit de meters halen (twee kleine schroefjes), met een scherp mesje met ronde punt de ongewenste cijfers wegschrapen (de schaalindeling blijft natuurlijk staan) en met zelfklevende cijfers een nieuw schaaltje ontwerpen van -10 V tot +10 V. Dat gaat vrij gemakkelijk: de zwarte cijfers zijn fabrieksmatig op het witgeschilderde schaaltje gezeefd en de zwarte verf laat makkelijk los, zonder de witte laag te beschadigen.
Nadat de schaaltjes weer op hun plaats zitten en de meetinstrumenten door middel van de vier bijgeleverde schroefjes op de frontplaat zijn bevestigd, kunnen frontplaat en hoofdprint verenigd worden. Als alles goed is gegaan, dan passen alle schakelaars precies in de gaatjes en staan de DIN- en stekkerbussen precies onder de gaten van de frontplaat. De assen van de schakelaars steken zelfs twee mm uit en door middel van de bijgeleverde moeren draait u de zaak vast. Let hierbij er op dat u het papier niet beschadigt. U kunt nu de meetinstrumenten aansluiten.
De printencombinatie verenigen met de frontplaat
De M3-moertjes, gebruikt voor de provisorische bevestiging van print op front worden verwijderd, op de schroeven komen 10 mm lange afstandsbussen en daarop de aluminium montageplaat. Voer de twee draadjes van de 230 V soldeerlipjes van de hoofdprint door de rubber tule.
Vervolgens kunt u een groot aantal schroeven met M3-moertjes zekeren. Vier blijven nog even open, daar komen weer 10 mm afstandsbusjes overheen en nadien de voedingsprint. Dan kunt u ook die schroeven vastdraaien. Op drie punten brengt u extra steunschroeven aan tussen hoofdprint en montageplaat, natuurlijk met tussenschakeling van afstandsbusjes. Deze schroeven voorkomen mechanische belasting van de print bij het induwen van banaanstekkers in de stekkerbussen.
De twee printen worden nu verbonden. De 230 V draadjes aan de ene kant van de voedingsprint en drie draadjes van de +15 V, -15 V en massa aansluitingen van de ene print gaan naar de gelijknamige aansluitingen van de andere print. De trainer is nu klaar om afgeregeld te worden.
 |
| De montage van de twee printen op de aluminium montageplaat en de frontplaat. (© 2019 Jos Verstraten) |
Ook bij deze stap is het misschien verstandig de hulp van een meer ervaren hobbyist in te roepen die beschikt over een universeelmeter. Verbindt een netkabel met het printkroonsteentje op de voedingsprint en schakel het apparaat aan. De drie meters zullen waarschijnlijk iets afwijkend van nul aanwijzen. Laat het apparaat een kwartiertje opwarmen en regels als volgt af.
- Nulstellen van de meters
Zet de bereikenschakelaars op 1 V en verdraai de instelpotentiometers R29, R38 en R46 tot de meters 0 V aanduiden. - IJking van de meetbereiken
Sluit de drie ingangsbussen van de meters parallel aan op een van de uitgangen van de gelijkspanning. Sluit op deze uitgang bovendien een universeelmeter aan. Zet de bereikenschakelaars op 10 V en stel de uitgangsspanning van de trainer in op +10 V. Verdraai de instelpotmeters R34, R42 en R50 tot alle meters +10 V aanwijzen. Zet vervolgens alle bereikomschakelaars op 1 V en verdraai de potentiometer tot de uitgangsspanning van de trainer +1 V bedraagt. Regel R32, R40 en R48 af tot volle schaalaanduiding op de meetinstrumenten. - Afregeling van de frequentiegenerator
Sluit de uitgang van de functiegenerator aan op een van de meters. Zet de 'Grootte'-potentiometer maximaal open en de bereikenknop op 10 V. Als u de functieknop op de stand 'Driehoek' zet en de frequentieknop in de middenstand, dan zal de naald van de meter langzaam heen en weer gaan tussen ongeveer -10 V en +10 V. Regel R8 af tot die grenzen bereikt of niet meer overschreven worden. Er kan een kleine asymmetrie in het uitgangssignaal zitten, wat zich uit in bijvoorbeeld een iets lagere negatieve maximale spanning dan positief. Dit wordt veroorzaakt door het IC, is niet te verhelpen en bovendien geen probleem. Schakel nadien de functieschakelaar op 'Vierkant' en regel R5 af op een spanningszwaai van -10 V naar +10 V. Ook hier kan een kleine asymmetrie aanwezig zijn.
De behuizing
Een mooie schakeling wil in een fraaie behuizing ondergebracht worden, zodoende hebben we aan de behuizing van de analoge trainer de nodige aandacht besteed. Wat we willen bereiken is een mooie zwarte kast met hellend front, zodat u de analoge trainer gemakkelijk kunt bedienen en de meetinstrumenten goed kunt aflezen. In de onderstaande foto ziet u hoe wij de behuizing van het prototype hebben gemaakt uit vier stukjes profiel en vijf rechthoekige aluminium plaatjes uit 1,0 mm dikke plaat.
 |
| De behuizing waarin het prototype werd ondergebracht. (© 2019 Jos Verstraten) |
In de onderstaande figuur hebben wij alle afmetingen overzichtelijk samengevat. Nog een tip: in plaats van het moeizame zagen kunt u de 1,0 mm dikke aluminiumplaat ook breken. Dat gaat als volgt. Teken eerst de afmetingen af. Kerf nadien aan beide zijden flink in met een Stanly-mes (denk aan uw vingers) langs een metalen lat. Leg de plaat vervolgens met de kerf op de rand van de tafel. Buig de plaat voorzichtig heen en weer. Na enige malen buigen breekt het aluminium keurig op de kerf. Even naschuren met schuurpapier en u heeft een kaarsrechte rand.
Nadat alle platen en de profielen op maat zijn gemaakt en zorgvuldig geschuurd met fijn schuurpapier, kunt u alles met zwarte spuitbusverf afwerken. Kies matte verf, stofjes vallen dan niet zo erg op. Vervolgens worden de delen in de profielen geklemd en kunt u de bodemplaat met vier zelftappende boutjes vastschroeven in de onderzijde van de profielen. Tot slot wordt de printencombinatie mét frontplaat met vier identieke boutjes in de bovenzijde van de profielen bevestigd.
 |
| De afmetingen van de aluminium platen van de behuizing. (© 2019 Jos Verstraten) |
Voor de duidelijkheid geeft de onderstaande figuur een dwarsdoorsnede door het prototype van deze analoge trainer.
 |
| Dwarsdoorsnede door deze analoge trainer. (© 2019 Jos Verstraten) |
Een 741 experimenteerprint
Inleiding
Weliswaar is uw analoge trainer klaar voor gebruik, maar zonder experimenteerprintje hebt u er niet veel plezier van. Met dat experimenteerprintje kunt u schakelingen opbouwen rond een standaard operationele versterker. Ook hieraan hebben we de nodige zorg besteed, kijk maar naar de onderstaande figuur, waar het experimenteerprintje voor de operationele versterker van het type 741 wordt gepresenteerd.
 |
| Het printje waarop u op-amp schakelingetjes kunt opbouwen. (© 2019 Jos Verstraten) |
Het printje bevat een 741 op-amp, enige onderdelen voor de voeding van het onderdeel en verder een groot aantal soldeerlipjes, waarop de externe experimenteerschakeling wordt gebouwd. De genoemde onderdelen zitten op de koperzijde van de print, de andere zijde is voorzien van een afdrukje waarop een universeel schema rond de op-amp is getekend. Het schakelingetje is getekend in de onderstaande figuur.
De voedingsaansluitingen van de op-amp worden niet rechtstreeks gevoed uit de beschikbare ±15 V. Deze spanningen worden door twee zenerdioden gereduceerd tot ongeveer ±10 V. Bij sommige experimenten wordt de op-amp namelijk volledig uitgestuurd, hetgeen tot gevolg heeft dat de uitgangsspanning ongeveer gelijk wordt aan de voedingsspanning. Bij voeding met ±15 V zou dat ongeveer ±13 V zijn, een spanning die de meters op de analoge trainer niet kunnen verwerken. Vandaar de enigszins gereduceerde voedingsspanning, zodat de uitgang van de op-amp nooit groter of kleiner dan ±10 V kan worden.
Twee elcootjes zorgen voor de ontkoppeling van de voedingsspanningen, terwijl twee 1 kΩ weerstanden een permanente stroom door de zeners sturen, hetgeen de stabiliteit van de spanningen bevordert. Naast de twee weerstanden, elco's en zeners is een instelpotentiometertje aanwezig, waarmee u de offset van de op-amp kunnen wegregelen. Bovendien is nog plaats voor een aantal componenten, gemerkt van A tot en met I, die al dan niet gevuld wordt bij de diverse experimenten.
 |
| Het schakelingetje van de 741 experimenteerprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
 |
| De print van de 741 experimenteerprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
Eerst moet u het frontplaatje maken en op de print plakken. Het ontwerp is te bewonderen in de onderstaande figuur. Dit kan op de reeds beschreven manier gedownload worden en afgedrukt op uw inkjet printer met als afmetingen 11 cm bij 9 cm.
 |
| Het frontplaat ontwerp van de experimenteerprint. (© 2019 Jos Verstraten) |
Het eindresultaat wordt perfect als u nog een aluminiumplaatje maakt ter grootte van de print en dit met 25 mm afstandsbusjes onder het printje schroeft.
 |
| De componentenopstelling van de 741 experimenteerprint. LET OP! Op de koperzijde solderen! (© 2019 Jos Verstraten) |
Onze 'Cursus op-amp schakelingen'
En hoe nu verder?
Weet u niet zo een-twee-drie hoe u nu verder moet met uw mooie analoge trainer? Dan raden wij u aan om onze 'Cursus op-amp schakelingen' te volgen. Een goede start om de mogelijkheden van uw analoge trainer te leren ontdekken!
U leert daar in een dertigtal lessen hoe u even zoveel schakelingen rond een of twee operationele versterkers kunt ontwerpen. Iedere les bespreekt een eenvoudige schakeling die u op uw 741-experimenteerprint kunt opbouwen. Met uw analoge trainer kunt u signalen en spanningen aan de ingang van deze schakelingen aanbieden. De drie metertjes worden verbonden met relevante punten in de schakeling. Aan de manier waarop de wijzers van de paneelmetertjes heen en weer gaan krijgt u een goede indruk over de manier waarop een schakeling werkt. En dat zonder dure meetapparatuur!
De menu-pagina van deze cursus opent u met de volgende link: Cursus op-amp schakelingen.
Wat aan de orde komt in deze cursus
Om u een indruk te geven wat deze cursus inhoudt geven wij u hier een kort overzicht van de schakelingen die u leert ontwerpen:
- De op-amp als bufferversterker
- De op-amp als inverter
- De op-amp als inverterende versterker
- De op-amp als niet-inverterende versterker
- De op-amp als mengversterker
- De op-amp als verschilversterker
- De op-amp als integrator
- De op-amp als differentiator
- De op-amp als comparator
- De op-amp als comparator met hysteresis
- De op-amp als functiegenerator
- De op-amp als niet-lineaire versterker
- De op-amp als vensterdiscriminator
- De op-amp als slope-detector
- De op-amp als ideale diode
- De op-amp als dubbelzijdige gelijkrichter
- De op-amp als nauwkeurige gelijkrichter
- De op-amp als topdetector
- De op-amp als ideale topdetector
- De op-amp als clampschakeling
- De op-amp als sinusgenerator
- De op-amp als rechthoekgolf generator
- De op-amp als flip-flop
- De op-amp als delay
- De op-amp als monostabiele multivibrator
- De op-amp als poort
- De op-amp als tiptoets
- De op-amp als trapspanningsgenerator
- De op-amp als anti-rimpel filter
Koop uw gereedschap bij Amazon
