|
Met deze knipperlicht centrale kunt u twee groepen 6 V lampjes of LED's met voorschakelweerstand in tegenfase laten knipperen. De instelbare frequentie ligt tussen 0,5 Hz en 5 Hz. De twee complementaire uitgang kunnen ieder 1,5 A leveren. De voedingsspanning bedraagt maximaal 6,0 Vdc |
Het principe van de schakeling
Wat is een knipperlicht centrale?
Een knipperlicht centrale is in modelbouwkringen een zeer begeerd object. Met zo'n centrale kunt u immers nuttige en leuke effecten verkrijgen, zoals alarmindicatie bij overwegen, miniatuur reclamepanelen, etc. Het komt er op neer dat de schakeling twee uitgangen heeft, waarop u miniatuur lampjes (6 V) of LED's met voorschakelweerstand kunt aansluiten. De lampjes op beide uitgangen gaan in tegenfase knipperen, als de ene uitgang zijn lampjes aanstuurt, zal de tweede uitgang zijn lampjes uitsturen. U kunt de in dit artikel beschreven schakeling zeer eenvoudig nabouwen met standaard onderdelen. Tóch kan de centrale hoge eisen vervullen. Zo kunt u in totaal niet minder dan 3 A stroom uit de centrale trekken, stroom die verdeeld is over de twee uitgangen. Een voordeel van de schakeling is dat de twee uitgangen onafhankelijk van elkaar werken en dat het niet noodzakelijk is dat u deze met even grote belastingen afsluit. Bovendien is de werking van de schakeling, met name de frequentie, volledig onafhankelijk van de grootte van de belasting. Uiteraard kunt u de frequentie van het knipperlicht continu instellen en wel binnen de grenzen 0,5 Hz en 5 Hz. De schakeling wordt gevoed uit een spanning van 5 Vdc à 6 Vdc.
Het blokschema
Het blokschema van deze universele knipperlicht centrale is getekend in onderstaande figuur. Hart van de schakeling is een oscillator met een astabiele multivibrator. Dit blok bepaalt de frequentie van het uitgangssignaal. Deze schakeling wordt afgesloten met een inverter. De uitgang van de oscillator en de uitgang van de inverter gaan vervolgens naar twee identieke stroomversterkers die de twee signalen geschikt maken voor het sturen van de belasting.
 |
| Het blokschema van de universele knipperlicht centrale. (© 2017 Jos Verstraten) |
Bespreking van het schema
Het principe van een Schmitt-trigger schakeling
Hart van de schakeling is een NAND-poort met Schmitt-trigger werking uit een 7413 uit de oeroude TTL-serie. Als de ingangsspanning van een dergelijke poort 0 V is zal de uitgang 'H' zijn. Als u de ingangsspanning nadien laat stijgen, zal de uitgang bij een bepaalde drempel U2 omschakelen van 'H' naar 'L'. Dit noemt men de bovenste drempel van de schakeling. Laat u nadien de ingangsspanning weer dalen dan kunt u vaststellen dat de uitgangsspanning 'L' blijft, ook al daalt de ingangsspanning tot onder de bovenste drempel U2. De ingang moet dalen tot onder de onderste drempel U1, alvorens de uitgang reageert door weer 'H' te worden. Het verschil tussen de beide drempels noemt men de 'hysteresis' van de schakeling.
Een Schmitt-trigger als oscillator
Het schema van de schakeling is getekend in onderstaande figuur. Bij het inschakelen van de voedingsspanning is de condensator C1 volledig ontladen. De basis van de transistor staat dus op 0 V, het gevolg is dat ook de emitterspanning 0 V is. Deze spanning wordt aangelegd aan de ingangen van de Schmitt-trigger poort, met als gevolg dat de uitgangsspanning 'H' is. Deze hoge spanning gaat via de weerstand R1 de condensator C1 opladen. Het gevolg is dat de spanning over de condensator langzaam stijgt. Omdat de transistor als emittervolger is geschakeld zal de spanning op de emitter deze spanningsstijging over de condensator volgen, zij het met een spanningsverschil van ongeveer 0,6 V. Dat is de geleidingsspanning van de basis-emitter overgang van de transistor.
Op een bepaald moment is de condensator zover opgeladen dat de spanning op de emitter van de transistor gelijk wordt aan de bovenste drempel U2 van de poort. De uitgang schakelt van 'H' naar 'L'. De condensatorspanning is nu groter dan de spanning op de uitgang van de poort. Het gevolg is dat de stroom door de condensator van richting verandert. De condensator wordt nu ontladen door een stroom die bepaald wordt door de waarde van de weerstand R1. De condensatorspanning gaat dalen en na een bepaalde tijd zal de spanning op de emitter gelijk worden aan de onderste spanningsdrempel U1 van de Schmitt-trigger. De uitgang van de schakeling klapt om van 'L' naar 'H'. De condensator kan nu weer opladen tot de bovenste drempel. U kunt besluiten dat over de condensator een spanning ontstaat die op en neer gaat tussen de beide drempels van de poort. Op de uitgang van de schakeling ontstaat een blokvormige spanning.
 |
| Het schema van de TTL-oscillator. (© 2017 Jos Verstraten) |
De frequentie van het uitgangssignaal wordt uiteraard bepaald door de waarde van de condensator C1 en de waarde van de weerstand R1. Hoe groter de condensator en de weerstand, hoe langer het duurt alvorens de spanning op de emitter gestegen of gedaald tot een van de drempels. De frequentie is dus omgekeerd evenredig met de waarde van de onderdelen. In principe kunt u deze schakeling ook gebruiken zonder de emittervolger. Nadeel is echter dat de waarde van de terugkoppelweerstand R1 dan aan een maximale waarde van ongeveer 470 Ω is gebonden. Dat wordt bepaald door de eigenschappen van de TTL-technologie van de gebruikte poort. Met als gevolg dat u voor de condensator een zeer grote elco moet toepassen. Door gebruik te maken van de emittervolger wordt de ingang van de poort afgesloten met de weerstand R2. Deze kan klein zijn en heeft geen invloed op de frequentie van het signaal. De frequentiebepalende weerstand R1 kan nu veel groter zijn met als gevolg dat u een veel kleinere en dus goedkopere condensator kunt toepassen.
De stroomversterker
Het schema van de stroomversterker is getekend in onderstaande figuur. De schakeling bestaat uit een tweetraps versterker. Als de ingangsspanning 'L' is spert transistor T1. De collector van deze halfgeleider staat bijgevolg op de voedingsspanning. Hetzelfde geldt voor de basis van T2. Omdat de emitter van deze transistor aan de voeding ligt zal deze halfgeleider sperren. Er vloeit geen stroom naar de uitgang. Als de ingangsspanning 'H' wordt zal de eerste transistor in geleiding worden gestuurd. De collectorspanning gaat naar nul. Het gevolg is nu dat de basis van transistor T2 op een veel lagere spanning komt te staan dan de emitter. Er vloeit dus een forse basisstroom, waarvan de waarde wordt bepaald door de grootte van de weerstand R3. Het gevolg is dat de transistor T2 volledig in verzadiging komt. De uitgang wordt verbonden met de voeding en kan stroom leveren aan de belasting. Tussen de uitgang en de massa is een indicatie-LED D1 geschakeld, in serie met de stroombegrenzingsweerstand R4. Deze LED geeft aan dat de schakeling werkt en dat er spanning op de uitgang van de versterker ter beschikking staat.
 |
| Het schema van de stroomversterker. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het volledig schema van de knipperlicht centrale is getekend in onderstaande figuur. Dit schema is in feite niets meer dan de combinatie van de twee reeds besproken deelschakelingen. De uitgang van de eerste Schmitt-trigger poort stuurt de ingangen van de tweede poort. Deze poort inverteert het uitgangssignaal van de eerste poort. Als dit signaal 'L' is zal op de uitgang van de tweede poort 'H' staan. De twee poortuitgangen sturen de ingangen van de twee identieke stroomversterkers. Op de uitgangen UIT1 en UIT2 staan twee complementaire signalen ter beschikking voor het voeden van 6 V gloeilampjes of LED's met voorschakelweerstanden.
 |
| Het volledig schema van de knipperlicht centrale. (© 2017 Jos Verstraten) |
De bouw van de schakeling
Het printontwerp
De schakeling kan opgebouwd worden op het kleine printje dat in onderstaande figuur wordt voorgesteld.
 |
| Het printje van de knipperlicht centrale. (© 2017 Jos Verstraten) |
Nadat de twee draadbruggetjes rechts van het IC zijn aangebracht kunt u alle onderdelen op de print solderen. U moet de twee eindtransistoren via U-vormige koelprofielen op de print bevestigen. Let op de manier waarop de middelste collectoraansluiting gerealiseerd wordt! Deze duwt u niet in een printgaatje, maar buigt u naar boven en soldeert u vast aan een soldeeroogje dat samen met de transistor en het koelprofiel op de print wordt geschroefd. De elektrische verbinding tussen collector en print komt tot stand via het boutje en het moertje waarmee u dit boutje op het grote koperen eiland vastschroeft.
 |
| De componentenopstelling van de knipperlicht centrale. (© 2017 Jos Verstraten) |
Zoals reeds geschreven moet u de schakeling voeden uit een spanning tussen 5 Vdc en 6 Vdc. Meer dan 6 Vdc mag écht niet, want dan gaat het IC kapot. Het is absoluut noodzakelijk een gestabiliseerde voeding te gebruiken die een uitgangsstroom van 1,5 A kan leveren. Als u zélf een voeding wilt bouwen, dan kunt u gebruik maken van een 8 V trafo, een gelijkrichtbrug, een afvlakcondensator van 1.000 μF en een geïntegreerde spanningsstabilisator van het type 7805 die u op een flinke koelplaat monteert.
Belangrijke opmerking
De schakeling is niet kortsluitvast! Als u een voeding gebruikt die ook geen stroombegrenzing heeft betekent het kortsluiten van een van de uitgangen naar de massa onherroepelijk het einde van de betreffende eindtransistor. Als u echter een 7805 gebruikt in de voeding kan een korte kortsluiting geen kwaad. Dit IC heeft namelijk een ingebouwde stroombegrenzing die bij kortsluiting de stroom door de stabilisator en de eindtransistor op een veilige waarde begrenst.
Digitale korte golf antenne analyzer
