|
De UAA170 was jarenlang hét IC waarmee u uitlezingen met 16 LED's maakte. Nu dit IC op grote schaal wordt gedumpt voor € 1,45 via nl.aliexpress.com is het wel leuk een schakelingetje rond dit IC te ontwerpen met als extra een omschakeling van dot- naar bar-uitlezing. |
Kennismaking met de UAA17 van Siemens
Zestien LED's besturen uit acht lijnen
De UAA170 is een 16-pens DIL-IC dat zestien op een rijtje opgestelde LED’s kan sturen uit slechts acht lijnen, waarbij de grootte van de ingangsspanning bepaalt welke LED gaat oplichten. Er brandt dus steeds maar één LED, een principe dat door het leven gaat als 'dot-uitlezing'. Omdat het soms handig is een thermometerschaal als uitlezing te kiezen, hebben wij de basisschakeling uitgebreid met een hulpschakeling. Hierop zit wat elektronica dat de dot-uitlezing omzet in een bar-uitlezing.
De werking van de UAA170
In onderstaande figuur is de vrij eenvoudige schakeling rond de UAA170 voorgesteld. U sluit de voedingsspanning aan tussen de pennen 1 en 10. Pen 1 is dan de massa, terwijl aansluiting 10 voorzien wil worden van een positieve spanning tussen 9 V en 18 V. De aansluitingen 2 tot en met 9 worden gebruikt voor het sturen van de lichtgevende dioden. Er zijn dus slechts acht aansluitingen beschikbaar voor het sturen van 16 LED’s. Uit het schema volgt hoe men dit probleem heeft opgelost. De LED’s zijn onderverdeeld in groepen van vier, die ieder uit één pen gestuurd worden.
In het IC is een referentiespanning ingebouwd. Deze constante, gestabiliseerde spanning van ongeveer 5 V staat ter beschikking op aansluiting 14. De stroom die uit deze uitgang afgenomen mag worden bedraagt 3 mA. Het nut van deze referentiespanning zal later duidelijk worden.
De te meten ingangsspanning wordt aangelegd op aansluiting 11. Soms komt deze spanning rechtstreeks aan deze pen. De spanning op deze ingang mag maximaal 6 V zijn, vaak moet u dus een spanningsdeler tussen de te meten spanning, pin 11 en de massa schakelen. De ingang van het IC is vrij hoogohmig. De schakeling vraagt maximaal 1 µA van de aan pin 11 aangelegde spanning.
 |
| Het basisschema rond de UAA170. (© 2018 Jos Verstraten) |
De aansluitingen 15 en 16 stellen de stroom in die u door de LED’s laat vloeien. De instelspanningen op deze pinnen bepalen zodoende de helderheid van de uitlezing. De stroom door de LED’s kan variëren tussen 0 mA en 50 mA. Het regelgebied van de stroom is afhankelijk van de waarde van de weerstand tussen aansluiting 15 en de massa. Is deze weerstand R1 gelijk aan 1 kΩ, dan staat het volledige regelgebied van 0 tot 50 mA ter beschikking. De waarde van de stroom binnen dit gebied wordt bepaald door de weerstand R2 tussen de pennen 14 en 16. Is deze weerstand groter dan 40 kΩ, dan is de diodestroom nul. De uitlezing is dus gedoofd. De maximale stroom van 50 mA vloeit door de lichtgevende dioden als u de weerstand tussen 14 en 16 gelijk maakt aan 10 kΩ.
Het meetbereik van de schakeling instellen
De aansluitingen 12 en 13 zijn tot nu toe onbesproken. Zij worden aangesloten op twee gelijkspanningen tussen 0 V en 6 V waarbij de spanning op pen 13 altijd groter moet zijn dan de spanning op aansluiting 12. Deze twee instelspanningen bepalen het meetbereik van de meter. Als pen 12 op 0 V staat en pen 13
op 6 V loopt het meetbereik van de meter van 0 V tot 6 V. Dat wil zeggen dat de zestien LED’s een na een oplichten als de ingangsspanning langzaam stijgt van 0 V tot 6 V. Als U12 gelijk is aan 2 V en U13 gelijk aan 4 V loopt het meetbereik van de meter van 2 V tot 4 V. Zolang de ingangsspanning op pen 11 kleiner is dan 2 V zal de eerste LED uit het rijtje branden. Als de spanning stijgt van 2 V tot 4 V zullen alle LED’s een na een oplichten. De laatste LED blijft branden, zolang de ingangsspanning groter is dan 4 V.
U kunt de referentiespanning op pen 14 gebruiken voor het instellen van de spanningen op de pennen 12 en 13.
Bepalen van het soort uitlezing
Naast deze instelling van het meetbereik bepalen de spanningen op 12 en 13 ook het soort uitlezing. Als de spanning op pin 13 meer dan 4 V groter is dan de spanning op 12 zullen de LED’s een na een gaan branden. Zodra de ene dooft, gaat de volgende opgloeien. Is het spanningsverschil tussen 12 en 13 kleiner dan 1,2 V, dan is de overgang geleidelijk. Terwijl de ene LED nog zwak brandt, begint de volgende al op te lichten. Tussen 4 V en 1,2 V spanningsverschil ontstaat een overgangssituatie van de ene naar de andere soort uitlezing.
De praktische schakeling
Het praktisch schema van deze toepassing met de UAA170 is getekend in onderstaande figuur. De ingang op pen 11 is rechtstreeks naar buiten gevoerd, zodat u er alle kanten mee op kunt. R1 en R2 zorgen voor de instelling van het meetbereik. De intensiteit van de uitlezing is vast ingesteld door middel van de weerstanden R3 en R4.
 |
| Het totale schema van de schakeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
De bouw van de schakeling
Een eenvoudige print
De print voor de schakeling is getekend in onderstaande figuur. De volgende figuur geeft een plattegrond voor het volbouwen van het nu nog troosteloos kale stukje epoxy. Alleen over de montage van de LED’s valt iets zinnigs te schrijven. Meestal waren printjes voor de UAA170 versierd met een heleboel draadbruggetjes. De gekke verbindingen tussen IC en de zestien LED’s zijn daar de oorzaak van. Wij hebben dit probleem opgelost door de LED’s tegen de rand van de print te monteren.
 |
| Het printontwerpje voor de schakeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de print. (© 2018 Jos Verstraten) |
De aansluitdraadjes van deze onderdelen lopen over het oppervlak van de print en overbruggen zodoende de koperbanen. Een en ander heeft wél tot gevolg, dat sommige soldeergaatjes voor de LED’s op 12 millimeter van de rand van de print liggen. Nu heeft men platte LED’s met lange aansluitdraden en dan is er geen probleem. Soortgenoten die het met kortere extremiteiten moeten stellen (6 millimeter draadjes) zijn niet zo geschikt en solliciteren vruchteloos. In onderstaande tekening wordt, voor de duidelijkheid, nog even in herinnering gebracht wat de anode en wat de kathode is bij een LED. De lange aansluitdraad is de anode (+).
 |
| Uiterlijk en aansluitgegevens van platte LED's. (© 2018 Jos Verstraten) |
Hoewel enigszins onlogisch, zal de LED die op de printtekening betiteld is met D16 gaan branden bij de laagste ingangsspanning en D1 bij de hoogste. Wij hebben de door de fabrikant opgegeven codering voor de 16 LED’s gevolgd. Dat heeft wél tot gevolg dat de normale uitlezing, dus van links naar rechts bij stijgende spanning, alleen ontstaan als de print op haar kop wordt gemonteerd. Dan staat D16 links en D1 rechts.
De print kan getest worden volgens het schema van onderstaande figuur. U sluit tussen de aansluitlipjes GND en +Ub een gelijkspanning van 9 V tot 18 V aan, met de positieve pool aan +Ub. U verbindt de ingang met een regelbare spanning tussen 0 Vdc en 5 Vdc, bijvoorbeeld van een platte 4,5 V batterij. De ingangsspanning is positief ten opzichte van de massa. Door te experimenteren met de standen van de twee instelpotentiometers op de print en de potentiometer over de batterij krijgt u snel het nodige inzicht in de werking van de schakeling.
In eerste instantie draait u R2 helemaal open en R1 volledig dicht. De meetgrenzen zijn dan 0 V en 5 V zodat bij het verdraaien van de potentiometer over de batterij zowat de totale LED-kolom gaat oplichten. Door verdraaien van de instelpotentiometers kunt u de meetgrenzen, waarop de uitlezing reageert, dichter bij elkaar brengen.
Op een bepaald moment gaan dan natuurlijk wel meer dan één LED tegelijk oplichten. Het afregelen van de trimmers is uiteraard eerst aan de orde bij de specifieke toepassingen waarvoor u het LED-display wilt gebruiken.
 |
| Opstelling voor het experimenteren met het LED-display. (© 2018 Jos Verstraten) |
Van dot- naar bar-uitlezing
Inleiding
Met de basisprint kunt u zowat alle mogelijke verschijnselen meten. Spanning? Sluit een geschikte spanningsdeler aan op de ingang en een van de zestien lichtgevende dioden zal de grootte van de te meten spanning aanduiden. Temperatuur? Schakel vóór de schakeling een geschikte temperatuur naar spanning omzetter en de LED-schaal zal door het laten oplichten van één LED de heersende temperatuur verklappen.
Voor sommige metingen is deze puntvormige uitlezing echter niet zo geschikt. Denk bijvoorbeeld aan een VU-meter of thermometer. Bij de meeste LED VU-meters wordt de intensiteit van het geluidssignaal aangegeven door middel van het oplichten van een aantal naast elkaar opgestelde LED’s. Deze zogenaamde thermometerschaal vormt de te meten grootheid om in een lichtkolom, waarvan de lengte evenredig is met de grootte van de aan de ingang aangesloten spanning. Het zou dus ideaal zijn, als u dit soort bar-uitlezing ook met de UAA170 kunt realiseren. Nu kan dat niet zonder meer. Het IC is er immers op gebouwd maar één van de 16 LED’s te laten branden. Door middel van een eenvoudige schakeling kunt u het IC echter toch een thermometerachtige schaal laten produceren.
Het principe van de schakeling
Het principe van de schakeling kan het best worden toegelicht aan de hand van een experimentje. Stel, zoals in onderstaande figuur geschetst, dat u aan de ingang van de basisschakeling een 4,5 V batterijtje aanlegt met een potentiometer. Als u de potentiometer langzaam opendraait, dan zullen alle LED’s een na een oplichten. Nadien draait u de knop zo snel mogelijk terug in de beginstand. De uitlezing springt van LED D1 naar LED D16. Natuurlijk zullen alle tussenliggende dioden even oplichten. Bij het retour draaien van de potentiometer gaat de spanning immers zeer snel van 4,5 V naar 0 V. Dit gaat echter zo snel, dat u het oplichten van D2 tot en met D15 niet waarneemt.
Wat gebeurt er als u de potentiometer steeds sneller opendraait? De LED-jes zullen nog steeds een na een oplichten, maar door de traagheid van het menselijke oog zult u op een bepaald moment alle dioden schijnbaar gelijktijdig zien oplichten. Hetzelfde verschijnsel doet zich voor film en televisie. Ook daar ziet u een bewegend beeld, terwijl dit beeld toch bestaat uit een groot aantal foto's, die snel na elkaar worden vertoond.
Stel dat u een spanning van 3 V door middel van de UAA170 wilt omzetten in een lichtkolom. Het volstaat dan deze gelijkspanning om te vormen in een 50 maal per seconde van 0 tot 3 V stijgende spanning en dit signaal aan te bieden aan de ingangsklemmen van de schakeling. Vijftig maal per seconde zullen dan de LED’s '0 V' tot en met '3 V' oplichten, hetgeen in het netvlies verwerkt wordt tot een lichtkolom.
 |
| Het principe van de omzetting van dot naar bar. (© 2018 Jos Verstraten) |
U zult dus de ingangsspanning voor de schakeling moeten omzetten in een zaagtandspanning, waarvan de maximale waarde steeds gelijk blijft aan de momentane grootte van de ingangsspanning. In onderstaande figuur wordt grafisch het omzettingsproces voorgesteld. De ingangsspanning Uin wordt gepresenteerd aan de 'dot naar bar'-schakeling. Dit brok elektronica levert een zaagtandspanning, waarvan de voornaamste eigenschap is dat de grootte van iedere tand precies gelijk is aan de grootte van de ingangsspanning op dat moment. Het hart van de schakeling zijn de twee in serie geschakelde onderdelen R1 en C1. De condensator kan zich opladen, dat houdt in dat de spanning langzaam stijgt. Bij het aanschakelen van de voeding is de condensator uiteraard volledig ontladen. De spanning over dit onderdeel is nul. De spanning over de condensator neemt vanaf dat moment echter toe en als er niets gebeurde, zou de condensator zich vol zuigen tot zijn spanning gelijk zou zijn aan de voedingsspanning.
 |
| Het blokschema van de schakeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
Als u er nu voor kunt zorgen dat de condensator wordt ontladen op het moment dat de spanning over het onderdeel gelijk is aan de ingangsspanning, bent u een aardig eind op weg naar waar u wezen moet.
Met een comparator vergelijkt u de spanning over de condensator met de ingangsspanning. Als beide spanningen aan elkaar gelijk worden zal de uitgang van de comparator omklappen. Het volstaat deze informatie te gebruiken voor het in geleiding sturen van de transistor T1.
Uiteraard wilt u dat de condensator volledig wordt ontladen. Transistor T1 moet bijgevolg enige tijd in geleiding blijven, zodat alle elektronen zich rustig van de bovenste plaat van de condensator naar
massa kunnen begeven. Vandaar dat tussen de uitgang van de comparator en de basis van de transistor een monostabiele multivibrator MMV is geschakeld. In rust is de uitgangsspanning van dit blok nul, zodat de transistor niet wordt gestuurd. Het omklappen van de comparator port de MMV op, zodat deze een korte positieve uitgangspuls zal oprispen. Het ontlaadmechanisme komt op gang, de condensator zoekt de massa op en de comparator komt tot rust. Na de puls is het systeem klaar voor de tweede zaagtandperiode.
De praktische schakeling
In het onderstaande schema ziet u de vertaling van het blokschema naar praktische elektronica. Het zaagtand opbouwende netwerk bestaat uit weerstand R1 van 10 kΩ en condensator C1 van 4,7 µF. De spanning over de elco wordt via weerstand R3 aangeboden aan de negatieve ingang van de comparator. De ingangsspanning bereikt de positieve ingang na het doorlopen van weerstand R2. De uitgang van de op-amp IC1 (de comparator) stuurt rechtstreeks de trigger-ingang van een tweede IC. Dat is de beroemde timer 555, die hier echter wordt gebruikt als monostabiele multivibrator. Volstaan kan worden met het vermelden dat op de uitgang (pen 3) een positieve puls verschijnt als de trigger-ingang naar de massa gaat. De duur van deze puls is afhankelijk van de waarde van de onderdelen tussen de voeding, pennen 6 en 7 en de massa. R5 en C3 bepalen dus de breedte van de puls. Het IC voedt zich via de aansluitingen 1 en 8. De niet gebruikte pennen 4 en 5, respectievelijk bruikbaar als reset of modulator, worden bij deze toepassing niet gebruikt en op de voorgeschreven manier onmondig gemaakt. Weerstand R4 stuurt de basis van de ontlaadtransistor T1. Door middel van de eerste sectie van de omschakelaar (Sla) kunt u de uitgang van de schakeling verbinden met de ingang of met de zaagtand over C1.
De tweede sectie van deze schakelaar wordt gebruikt voor het omschakelen van de weerstand R3 op de basisprint. Het zal duidelijk zijn dat de intensiteit van de uitlezing kleiner is bij bar dan bij dot. In het laatste geval brandt één LED continu, terwijl bij bar iedere LED slechts gedurende een fractie van de totale meetcyclus aan het licht is. Gelukkig heeft het UAA170 IC een helderheidsregeling. De weerstand tussen de pennen 14 en 16 bepaalt de intensiteit van de LED’s. Wat ligt er dan meer voor de hand om deze extra service van de fabrikant te gebruiken en deze weerstand omschakelbaar te maken? Voor dot kiest u 18 kΩ, hetgeen een gemiddelde intensiteit tot gevolg heeft. Bij bar schakelt u 10 kΩ in, zoals bekend de minimale waarde voor deze weerstand.
 |
| De praktische schakeling van de dot-naar-bar omzetter. (© 2018 Jos Verstraten) |
De bouw van de schakeling
Een even grote print
In de twee onderstaande figuren zijn het printje en de componentenopstelling voor deze uitbreidingsschakeling weergegeven. De print is even groot als de UAA170-print, zodat u ze eventueel tot een handige sandwich kunt samenbouwen.
 |
| De print voor de dot-naar-bar omzetter. (© 2018 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de print. (© 2018 Jos Verstraten) |
De twee printen combineren
Uiteraard kunt u met alleen de UAA170-print werken als u een toepassing hebt waarbij u tevreden bent met een dot-uitlezing. Wilt u ook bar-uitlezing, dan moet u ook de tweede print bouwen en beide samenvoegen.
Er is dan slechts één wijziging die u moet doorvoeren: de weerstand R3, verantwoordelijk voor het instellen van de lichtintensiteit, wordt niet in de UAA170-print gesoldeerd. In de beide gaatjes die voorzien waren voor de opvang van dit onderdeel, soldeert u loodrecht op de print staande stevige draadjes. Deze moeten ongeveer 2 cm lang zijn en aan de koperkant van de print als antennetjes uitsteken.
U kunt vervolgens de twee printen samenbouwen, waarbij de basisprint boven op de dot-naar-bar print komt. Bij deze montage vallen de twee net op de eerstgenoemde print gesoldeerde draden door de met pen-14 en pen-16 gecodeerde gaatjes van de tweede print.
Nadat beide printen mechanisch met elkaar zijn verbonden, komen de laatste elektrische verbindingen aan de orde. De twee draadjes worden op de tweede print gesoldeerd.
De +Ub, GND, UIT- en IN-soldeerlipjes van beide printen worden met elkaar verbonden. Let wel! De UIT van de tweede print gaat uiteraard naar de IN van de basisprint. Een dubbelpolige omschakelaar, bijvoorbeeld type 7201 van C&K, wordt op de getekende manier verbonden met de print. Het geheel is nu bedrijfsklaar. Na het aanschakelen van de noodzakelijke 12 Vdc voeding en de te meten ingangsspanning kan het systeem ingezet worden voor het meten van bijvoorbeeld de VU’s van een versterker of de temperatuur.
375 stuks LED's, 10 soorten
