|
Lichtlopers worden vaak gebruikt in de modelbouw, bij lichtreclames, etalages en discotheken. Met dit ontwerp krijgt u iets speciaals in huis. Het geheel werkt modulair, dus u kunt zoveel lichtvlekjes in de keten introduceren als u zélf wilt. |
Het principe van een lichtloper
De eenvoudige lichtloper
Alle commercieel verkrijgbare lichtlopers werken volgens het principe dat geschetst is in de onderstaande figuur. Een oscillator wekt pulsen op met een regelbare frequentie. Deze pulsen worden geteld in een digitale teller. De uitgangscodes van deze teller worden door een decoder omgezet in een aantal sequentiële stuursignalen waarmee de triac's van de verschillende uitgangen worden aangestuurd. De uitgangssignalen van de decoder worden een voor een 'H'. Als het systeem drie uitgangen heeft dan zullen de drie lampen die op deze uitgangen worden aangesloten een na een oplichten.
Het lichtloper-effect ontstaat doordat er niet drie, maar een heleboel kleine lampjes op de drie uitgangen worden aangesloten. Deze lampjes zijn in groepen van drie op de drie uitgangen van de lichtloper aangesloten. Omdat de drie lampjes van iedere groep om de beurt oplichten lijkt het net alsof er lichtvlekjes door de lichtloper vloeien.
Dit eenvoudige principe heeft als voordeel dat er weinig elektronica voor nodig is. Nadeel is echter dat de omloopsnelheid van de lichtspot alleen regelbaar is door de frequentie van de oscillator te variëren en dat alle lampjes even lang branden.
 |
| Het blokschema van een 'ordinaire' lichtloper. (© 2018 Jos Verstraten) |
Het blokschema van de in dit artikel beschreven modulaire lichtloper is geschetst in de onderstaande afbeelding. De opbouw is principieel anders. De schakeling werkt namelijk volledig analoog en is bovendien modulair opgebouwd. Het hart van de schakeling wordt gevormd door een aantal monostabiele multivibratoren (MMV). Dat zijn schakelingen die een puls opwekken met een bepaalde duur als er op de ingang van de schakeling een korte startpuls wordt aangelegd. De werking van de schakeling volgt uit het feit dat de uitgang van een monostabiele multivibrator de ingang is van de volgende monostabiele multivibrator uit de keten.
Als de uitgangspuls van de eerste monostabiele multivibrator verdwijnt zal de tweede monostabiele multivibrator uit de keten starten en zo verder.
De laatste schakeling is verbonden met de startingang van de eerste schakeling. Het gevolg is dat de schakeling zichzelf in beweging houdt. Het volstaat dat u eenmalig een startpulsje geeft. Deze puls zal door de keten rondlopen. Dat is uiteraard een klein nadeel van deze schakeling. De voordelen wegen echter zonder meer op tegen deze onvolmaaktheid.
 |
| Het blokschema van de modulaire lichtloper. (© 2018 Jos Verstraten) |
Het modulaire ontwerp heeft een aantal voordelen:
- U kunt de pulsduur van iedere monostabiele multivibrator afzonderlijk instellen. Op deze manier is het mogelijk aan ieder lamp uit de lichtloper een eigen individueel in te stellen brandduur toe te kennen. De totale omlooptijd van de lichtvlek is dan gelijk aan de som van alle individuele pulslengtes van de monostabiele multivibratoren.
- U kunt het systeem naar believen uitbreiden met extra kanalen. Het volstaat voor ieder extra kanaal een extra monostabiele multivibrator in de keten op te nemen.
- U kunt meer dan één lichtvlek in de lichtslang injecteren. De schakeling is voorzien van een startknop en bij ieder druk op deze knop zal er een extra lichtvlek door de keten gaan lopen. Wel gaat dit niet altijd op! Als de brandtijden van de verschillende lampen zeer ongelijk staan ingesteld kan het gebeuren dat de eerste lichtvlek door de tweede wordt ingehaald. De tweede wordt dan als het ware door de eerste opgeslokt en zal verdwijnen.
Bespreking van het schema
De monostabiele multivibrator
In onderstaande figuur is het principiële schema van de werking van een monostabiele multivibrator getekend. De schakeling heeft een ingang die door middel van de weerstand R1 met de voeding verbonden wordt. De ingang op punt 1 kan echter door middel van de drukknop S1 worden kortgesloten naar de massa. In rust is de uitgang op punt 2 van de schakeling 'L'. Wordt de ingang 'L', dan zal de monostabiele multivibrator starten. De uitgang wordt 'H'. De lengte van deze puls wordt bepaald door een RC-netwerk dat in de monostabiele multivibrator is ingebouwd. Na enige tijd gaat de uitgang in ieder geval weer naar 'L'.
De uitgang van de schakeling wordt gedifferentieerd door middel van het netwerk C1/R2. De spanning op punt 3 is in rust door middel van de weerstand R2 met de voeding verbonden en is dus 'H'. Op het moment dat de uitgang van de monostabiele multivibrator naar 'H' gaat zal de condensator deze plotselinge spanningssprong doorkoppelen naar punt 3. De spanning wordt gelijk aan 2 x 'H'. De condensator ontlaadt echter zeer snel. Wat overblijft is een smalle positieve naaldpuls op punt 3. Als de uitgang van de monostabiele multivibrator weer naar 'L' gaat zal ook deze plotselinge spanningssprong door de condensator C1 worden doorgekoppeld. Het resultaat is nu echter dat de spanning op punt 3 even naar 'L' gaat. Deze smalle negatieve puls kan gebruikt worden voor het starten van de tweede monostabiele multivibrator uit de keten. In wezen is deze spanning immers precies gelijk aan de startpuls op punt 1.
 |
| Het principe van een monostabiele multivibrator. (© 2018 Jos Verstraten) |
De praktische schakeling van de MMV is getekend in onderstaande figuur. Hart van de schakeling is een timer-IC van het type 555. De functie van de pennen wordt in het kort besproken.
- Pen 2 is de startingang.
Deze ingang moet u in rust met de voedingsspanning verbinden. De schakeling wordt actief als u er een negatieve puls (van 'H' naar 'L') op aanlegt. Dat gebeurt als u de startknop S1 indrukt. - Pen 3 levert de uitgangspuls.
In rust is de spanning 'L'. Na het ontvangen van een startpuls gaat de spanning naar 'H' en blijft op deze waarde totdat de cyclus is afgelopen. De lengte van de cyclus wordt bepaald door de onderdelen R2 en C1. Hoe groter deze onderdelen, hoe langer de uitgangspuls op pen 3 actief zal zijn. - Pen 4 is de reset.
Ook deze ingang moet in rust op 'H' staan en wordt actief bij 'L'. Als u op drukknop S2 drukt zal een eventueel aanwezige puls op de uitgang van de schakeling onmiddellijk naar 'L' gaan. - Pen 5 is de modulatie-ingang.
Deze wordt in deze toepassing niet gebruikt en u moet deze pen ontkoppelen naar de massa met behulp van een condensator.
Na een bepaalde tijd wordt de spanning over de condensator gelijk aan 2/3 van de voedingsspanning. Dit verschijnsel wordt geregistreerd door pen 6. Interne schakelingen in de 555 zorgen ervoor dat op dit moment pen 7 weer laagimpedant wordt. De condensator wordt zeer snel naar 1/3 van de voedingsspanning ontladen.
De uitgang op pen 3 is 'H' vanaf het moment waarop u de startknop indrukt tot het moment waarop de spanning over C2 gelijk wordt aan 2/3 van de voedingsspanning.
De condensator C3 vormt, samen met de ingangsimpedantie van de volgende schakeling, de differentiator die de achterflank van de puls omvormt tot een scherpe negatieve naaldpuls waarmee u de volgende monostabiele multivibrator uit de keten kunt ontsteken.
 |
| Het basisschema van de monostabiele multivibrator. (© 2018 Jos Verstraten) |
Het volledig uitgewerkt praktisch schema van één module uit de lichtloper is getekend in onderstaande figuur. De basisschakeling van de vorige figuur wordt aangevuld met enige extra's.
Op de eerste plaats wordt de uitgang van de 555 gebruikt voor het ontsteken van een triac. Als de uitgangsspanning 'H' wordt zal er stroom gaan lopen door R5, D1 en de gate van de triac. Dit laatste onderdeel ontsteekt, de lamp wordt met de netspanning verbonden. Als de uitgangspuls weer 'L' wordt zal de triac blijven geleiden tot de volgende nuldoorgang van de sinusvormige netspanning verschijnt. Het onderdeel wordt stroomloos, het gevolg is dat de triac weer spert en de lamp dooft.
De triac kan alleen gatestroom ontvangen als er een galvanische koppeling bestaat tussen de massa van de schakeling en een van de aders van het net. Vandaar de doorverbinding, rechts onder in het schema, tussen de massa GND en een van de netleidingen.
 |
| Het uitgewerkte schema van één module van de lichtloper. (© 2018 Jos Verstraten) |
De schakeling heeft acht aansluitingen, die genummerd zijn van 1 tot en met 8. De functie van deze aansluitingen wordt nu in het kort besproken.
- Aansluiting 1
De FEEDBACK, via deze lijn moet u de ingang van de eerste module verbinden met de uitgang van de laatste module. Alleen als u deze terugkoppeling aanbrengt zal een lichtvlek die op de laatste module is aangekomen nadien automatisch terugspringen naar de eerste module. - Aansluiting 2
De positieve voedingsaansluiting. Hierop moet u de positieve klem van een 9 V voeding aansluiten. U kunt bijvoorbeeld een kleine netstekkervoeding toepassen. - Aansluiting 3
De RESET-lijn, die de resetingangen van alle 555's in rust met de voeding verbindt en die naar nul gaat als op de RESET-knop wordt gedrukt. De RESET-schakelaar is gestippeld getekend, omdat u deze bij slechts één unit moet aanbrengen. - Aansluiting 4
De ingang van de module. Deze moet u bij de eerste module doorverbinden met aansluiting 1, de FEEDBACK, maar ook met de START-schakelaar. Deze schakelaar is alleen bij deze eerste eenheid aanwezig. Bij alle overige eenheden wordt de ingang verbonden met de uitgang (8) van het vorige module. - Aansluiting 5
De massa van de schakeling. Deze moet u met de negatieve pool van de 9 V voeding verbinden. Daarnaast moet deze aansluiting echter ook worden verbonden met één ader van de 230 V netspanning. Vergeet u deze verbinding te leggen, dan zullen de triac's geen gatestroom kunnen trekken en deze elementen kunnen dan niet ontsteken. - Aansluiting 6
Op deze aansluiting sluit u een ader van het 230 V net aan. - Aansluiting 7
De tweede aansluiting van het 230 V net. - Aansluiting 8
De uitgang van de module. Deze wordt verbonden met de ingang (4) van de volgende module. Alleen bij de laatste eenheid wordt daarvan afgeweken. Dan moet u (8) met (1) doorverbinden, zodat de uitgang van de laatste module via de FEEDBACK de ingang van de eerste eenheid kan sturen.
De bouw van de schakeling
Levensbelangrijke opmerking
Allereerst maar een zeer belangrijke opmerking. Deze schakeling is rechtstreeks verbonden met de 230 V netspanning. Dat betekent dat alle punten van de printen via een kleine weerstand met de fase van het net zijn verbonden. Aanraken van de printen kan dus dodelijk zijn! Als u met een werkende schakeling wilt experimenteren, gebruik dan altijd een 1/1 scheidingstrafo, zodat de schakeling niet met de fase van het net is verbonden.
De print en de componentenopstelling
De print en de componentenopstelling van één module zijn in de onderstaande twee figuren voorgesteld. Let bij de bestukking op de ene draadbrug die op de print aanwezig is. De triac wordt bevestigd op een L-vormige koellichaam, nadien kunnen de drie aansluitdraadjes door de printgaatjes worden geduwd en gesoldeerd. De lamp wordt niet rechtstreeks op de print aangesloten, maar via een tweepolig printkroonsteentje.
 |
| Het printontwerpje van één module. (© 2018 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van één module. (© 2018 Jos Verstraten) |
Met één module kunt u uiteraard geen lichtloper samenstellen. Om enig effect te kunnen verwachten moet u toch minstens vier modulen bestukken. Nadat alle printen gemonteerd zijn kunt u het geheel tot een lichtloper samenbouwen.
De bedoeling is dat de modules loodrecht naast elkaar op een montageplaat worden bevestigd. Dat kan op twee manieren. U kunt alle printjes door middel van L-vormige bevestigingshoekjes op de montageplaat schroeven op een onderlinge afstand van 3 cm. U kunt ook alle eenheden eerst aan elkaar bevestigen en nadien de gehele combinatie in de vier uiterste hoeken door middel van de L-vormige beugeltjes in een behuizing bevestigen. U hebt dan per eenheid twee 30 mm lange kunststof afstandsbusjes nodig en een M3 schroefdraadstang waarvan twee stukken van de juiste lengte worden afgezaagd.
Nadat de eenheden zijn gemonteerd kunt u de printen elektrisch met elkaar verbinden. Met het bedradingsschema van onderstaande figuur als richtlijn zal dat geen probleem zijn. De acht aansluitingen zijn zo op de lange zijde van de print gegroepeerd dat de onderlinge bedrading tot een minimum beperkt kan blijven.
Zes aansluitingen kunnen door alle printjes doorlopen. U kunt zes lange ongeïsoleerde draden door de gaatjes van de +9 V, FEEDBACK, RESET, GND, 230 V en 230 V steken en deze op alle koperen vlakjes van de printen solderen.
Nadien kunt u met korte draadstukken de uitgangen met de ingangen verbinden, de GND met het net koppelen en de FEEDBACK-lus in orde maken.
U sluit de twee drukknoppen aan tussen de massa en de IN- en RESET-aansluitingen van de eerste, meest linkse, print.
 |
| De bedrading tussen de modules. (© 2018 Jos Verstraten) |
Nadat u ieder module provisorisch hebt voorzien van een gloeilamp kunt u een netsnoer met de printencombinatie verbinden. Na het inschakelen van het net zult u in de meeste gevallen eerst op de RESET moeten drukken. Als u vervolgens even op de START drukt, zullen de lampen van de modules van links naar rechts achtereenvolgens gaan oplichten. De brandtijden kunt u uiteraard met de potentiometers instellen.
Zoals reeds geschreven kunt u een tweede lichtvlek in het systeem injecteren door nog eens op de START te drukken. Wat verder noodzakelijk is, is een flinke dosis verbeelding om de verschillende potentiometers zo in te stellen dat het leukste effect ontstaat!
Op Amp Applications Handbook
