Conrad 10197 Operation Manual [nl]

Voorwoord

Net als in de afgelopen jaren is er ook in 2016 weer een Conrad-elektronicakalender met 24 experimen­ten voor de 1ste tot en met de 24ste december. Het thema is de digitale elektronica. Het gaat om een
digitale teller met de CMOS-bouwsteen 4060. Deze IC bevat 14 digitale verdeler-flipflops en aanvullend
een veelzijdig inzetbare klok-oscillator. Het maakt zeer verschillende en zeer veelzijdige gebruiken
mogelijk, die niet alleen leerzaam zijn, maar ook leuk. Aan het einde staat een circuit dat al voorstel­ling van een houtvuur en vallende sterren aan de kerstboom gehangen kan worden.

Er zijn verschillende manieren om de elektronica-kalander te gebruiken. De één wil misschien
eenvoudig alles precies volgens het plan opbouwen en genieten van het resultaat, terwijl de ander het
precies wil begrijpen. De beschrijvingen van de proef moeten voor beiden toegankelijk zijn. Daarom
worden de opbouw en de functie steeds slechts bondig beschreven, zoals nodig voor een succesvolle
opbouw. Daarna worden de technische achtergronden in korte vorm toegelicht. Zo vindt men de
beslissende aanwijzingen, waarmee men ook op zoek kan naar verdere informatie. De experimenten
zijn trouwens het leukst wanneer men er met anderen aan werkt. Ouders en grootouders kunnen
misschien waardevolle ervaring doorgeven en de interesse van het kind en jongeren wekken.

Met de beschikbare onderdelen kunnen nog veel meer circuits gebouwd worden dan hier worden
getoond. Wie de vastgestelde proeven met interesse doorwerkt, vindt snel verdere circuitvarianten en
soortgelijke gebruiken. En er kunnen ook geheel nieuwe circuits worden ontwikkeld. Uw vindingrijk­heid kent geen grenzen!

Wij wensen u veel plezier en een vrolijke kersttijd!

1 De LED-test

De eerste proef van de advent zal een LED laten oplichten. Een LED mag nooit direct aan een span­ningsbron worden gelegd, men heeft altijd een voorweerstand nodig. Zonder deze weerstand wordt de
LED door te veel stroom vernield. De LED moet in de juiste richting worden ingebouwd. Hij heeft twee
verschillende aansluitingen. De korte draad is de minpool (kathode K), de langere draad is de pluspool
(anode A). De bredere onderste rand is aan de zijde van de kathode afgevlakt. Bovendien is bij alle
LEDs in deze kalender de grotere houder binnenin de LED met de kathode verbonden.

Achter het eerste deurtje vindt u een rode LED en een daarbij behorende weerstand. Bovendien hebt u
een 9V blokbatterij nodig. De eerste proef moet bijzonder voorzichtig worden uitgevoerd. Let op, kijk
niet direct in een brandende LED van geringe afstand van minder dan één meter. Felle LEDs kunnen
schade aan het netvlies veroorzaken. Voorkom dat steeds beide LED-aansluitingen gelijktijdig de
batterijaansluiting aanraken! De weerstand moet steeds in serie worden aangesloten, anders brandt de
LED door. Houdt de beide onderdelen aan de batterij, zoals aangegeven in de tekening. De LED licht
helder op.

Elektronische circuits worden overzichtelijk weergegeven in circuitafbeeldingen. Er is een symbool voor
elk onderdeel. De LED bestaat uit een driehoek voor de anode en een rechte streep voor de kathode.
Dat duidt de stroomrichting aan. Twee korte pijlen naar buiten staan voor het afgegeven licht. De
weerstand wordt als rechthoekig kastje weergegeven. Elke weerstand heeft een bepaalde weerstands-

waarde. Hier zijn het 10.000Ohm = 10 Kilo-ohm (10 kΩ, in de circuitafbeelding kort 10k). Het
werkelijke onderdeel wordt gekenmerkt met een gekleurde ring (bruin, zwart, oranje voor 10.000 en
goud voor mogelijke afwijkingen tot +/–5%).

De circuitafbeelding toont een serieel circuit. De stroom vloeit door batterij, weerstand en LED. De
weerstand heeft daarbij de opgave om de stroomsterkte op een zinvolle waarde te begrenzen. Hoe

groter de weerstand, hoe kleiner de stroomsterkte. Bij 10 kΩ wordt de LED weliswaar nog ver onder de
maximaal toegestane stroom bedreven, maar licht toch al voldoende helder op.

2 Batterijverbinding

Het tweede deurtje verbergt een batterijclip voor de 9V batterij. Bouw de proef van de eerst dag nog
eens iets anders op. Gebruik de batterijclip en let erop dat de zwarte verbindingsdraad van de minpool
is en de rode van de pluspool. Voorkom beslist een kortsluiting van de batterij, dus een directe
verbinding van de beide polen. Daarbij kan de batterij zeer heet worden en bij een langer aanhouden­de kortsluiting kan deze in een extreem geval zelfs exploderen. Bovendien verkorten kortsluitingen de
levensduur van de batterij.

De weerstand van 10 kΩ definieert de stroom door de LED. In dit geval kan men ervan uitgaan dat er
ongeveer 2V op de LED ligt, en dus nog 7V op de weerstand. Daaruit ontstaat een stroom van slechts
0,7 mA. Ter vergelijking: LEDs worden meestal voor stromen van 20mA uitgelegd. Deze rode LED heeft
echter al genoeg aan minder dan 1mA, om duidelijk zichtbaar licht te leveren.

3 Gekoppelde opbouw

Open het derde deurtje en neem een insteekprintplaat uit het vak. Daarmee vereenvoudigd zich de
opbouw van gecompliceerde circuits. De insteekprintplaat met in totaal 270 contacten in het 2,54 mm
rooster (0,1 inch) zorgt voor een zekere verbinding van de onderdelen.

De insteekprintplaat heeft in het middelste bereik 230 contacten, die steeds door verticale strepen met
vijf contacten leidend zijn verbonden. Bovendien zijn er aan de rand 40 contacten voor de voeding,
bestaande uit twee horizontale contactveer-strepen met elk 20 contacten. Het insteekveld beschikt
daarmee over twee onafhankelijke voedingsrails, die hier gebruikt worden voor de pluspool en de
minpool van de batterij.

Het inzetten van onderdelen vereist relatief veel kracht. Daarom buigen de aansluitdraden gemakkelijk
om. Het is belangrijk dat de draad exact van boven wordt ingevoerd. Daarbij help een pincet of een
kleine tang. Een draad wordt mogelijk kort over de insteekprintplaat aangepakt en loodrecht naar
beneden gedrukt. Op deze manier kunnen zelfs de gevoelige aansluitdraden, zoals de vertinde
uiteinden van de batterijclips, worden gebruikt zonder knikken.

Bouw de schakeling uit de eerste proef nog eens op de insteekprintplaat op. Het gaat hier weer om een
seriële schakeling met weerstand en LED. De circuitafbeelding toont hetzelfde circuit, maar met een iets
andere opstelling van de onderdelen, die vergelijkbaar is met de werkelijke proef.

4 Lampschakelaars

Achter het vierde deurtje vindt u de voor alle volgende proeven benodigde draad. Bouw een LED-lamp
met schakelcontact. Snij een gewenst stuk draad van 4 cm lang en verwijder aan de uiteinden de
isolatie op een lengte van ongeveer 5 mm. Deze draad moet als verbinding met de LED worden
ingebouwd. Een kortere draad van 2 cm lengte wordt als trekontlasting ingebouwd om de zwakke
verbindingsdraden te beschermen. De batterijclip moet altijd verbonden blijven, zodat de aansluiting
niet overmatig wordt versleten.

De eenvoudige schakelaar bestaat uit twee blanke stukken draad, die met één vinger aangeraakt
kunnen worden. Snij daarvoor draadstukken van 2 cm lengte af en verwijder de isolatie volledig.

5 Een veiligheidsdiode

U vindt nog een rode LED achter deurtje nummer 5. Bouw deze tweede LED in de stroomkring in.
Daarbij moet de richting kloppen, anders vloeit er geen stroom. Wanneer alles juist werd opgebouwd,
lichten de beide LEDs op. En ofwel nu twee LEDs in serie liggen, is de helderheid van de eerste LED
bijna gelijk gebleven.

De nieuwe LED heeft een belangrijke functie voor de volgende proeven. Deze dient als veiligheidsdiode
en moet een valse polariteit van de batterij voorkomen. Het onderdeel dat morgen gebruikt wordt
reageer namelijk zeer gevoelig op een valse polariteit en moet tegen mogelijke fouten worden
beschermd. Tegelijkertijd is de LED een eenvoudige stroomindicator, waarmee men de juiste functie
van een circuit kan identificeren.

6 Digitaal schakelcircuit

Open het deurtje nummer 6. Daarachter vindt u het belangrijkste onderdeel van deze kalender, de
CMOS-IC 4060. Deze IC met 16 aansluitbeentjes bevat in totaal 14 verdeler-flipflops en een veelzijdige
oscillatorschakeling. De aansluitingen 1 en 16 liggen aan de linker zijde en worden gekenmerkt door
een inkerving. Het opschrift, dat men van de onderste rij (pen 1 tot pen 8) kan uitlezen, biedt een
aanvullende aanwijzing. Voor het eerste gebruik van de ICs moeten de aansluitingen parallel uitgericht
worden, omdat ze na de productie nog iets te ver naar buiten staan. Druk alle beentjes van een zijde
samen op een hard tafelblad om ze juist uit te richten. Zet de IC dan juist op de insteekprintplaat. Let
op, wanneer hij er verkeerd om wordt ingezet, zijn de aansluitingen 8 (GND, min) en 16 (VCC, plus)
omgedraaid, zodat de bedrijfsspanning omgekeerd is aangesloten en de IC wordt verwoest. In dat geval
helpt ook de veiligheidsdiode op de pluspool niets, want deze beschermt alleen tegen een verkeerd om
aangesloten batterij.

De eerste proef gebruikt een deel van de oscillatorschakeling op de aansluitingen 10 en 11. De ingang OSC1
wordt aan GND (minpool, logische nul) gelegd. Aan de uitgang OSC2 ligt de LED met zijn voorweerstand.

Wanneer alles juist werd opgebouwd, licht de LED op. De IC heeft ook de spanning aan de uitgang
uitgeschakeld (logische één) en heeft daarmee de ingangstoestand omgekeerd. Voor de meeste proeven
met de 4060 moet aanvullend de reset-ingang (RES) aan GND gelegd worden. De rode LED aan de VCC­aansluiting toont de bedrijfsspanning en beschermt de IC. Wanneer alles correct is branden beide LEDs
even helder.

7 Een open ingang

Open het zevende deurtje en neem een weerstand eruit. Deze heeft 22 MΩ (22 mega-ohm, rood, rood,
blauw) en wordt in de volgende proeven altijd weer in het oscillatorcircuit gebruikt. De weerstand wordt
slechts eenzijdig aan de ingang OSC1 aangesloten. Daarmee heeft men een »open ingang«. Het is
onbestemd of één of nul is aangesloten, de LED is aan of uit. Het resultaat is toevallig en kan worden
beïnvloed door naderen met de vinger. Reeds binnen een afstand van enkele centimeters kan de toestand
van het poortje veranderen. De statische ladingen en de daarmee verbonden elektrische velden zijn
daarvoor verantwoordelijk.

Door kort aantikken met de vinger kan de uitgang in- of uitgeschakeld worden. Wanneer deze is
ingeschakeld lichten de beide LEDs op, is deze uitgeschakeld, dan kunnen beide LEDs uit zijn. De IC heeft
dan zelf praktisch geen stroom meer nodig. Er kunnen zich echter toestanden voordoen waarbij de
uitgang weliswaar nog uit is, maar de IC desondanks toch een zekere stroom nodig heeft. Dat is het geval
wanneer de ingangsspanning noch bij nul noch bij de bedrijfsspanning ligt, maar ergens tussen deze
spanningen. Zolang de ingang wordt aangeraakt, kan zich ook een halve helderheid voordoen waarbij de
LEDs daadwerkelijk zeer snel knipperen. Dit komt door de 50 Hz wisselvelden van het elektriciteitsnet,
doe ertoe leiden dat het eigen lichaam een kleine wisselspanning voert.

8 Terugkoppeling

Een weerstand met 10 kΩ (bruin, zwart, oranje) vindt u achter het deurtje nummer 8. Deze wordt
ditmaal als veiligheidsweerstand aan de ingang van de ICS gebruikt. De 22 MΩ weerstand verbindt de

tweede uitgang met de ingang van het oscillatorcircuit. De LED is aan of uit, dat is vooraf niet te zeggen.
Een bestaande toestand blijft willekeurig lang behouden. U kunt de toestand echter veranderen wanneer
u de vrije aansluiting aan de ingang nu eens aan de plus en dan weer aan de min houdt. Bovendien kunt
u met een beetje geluk de LED in- of uitschakelen, wanneer u de weerstand eenvoudig alleen met de
vinger aantikt of met een stuk draad aanraakt, dat u in de hand houdt.

In dit circuit liggen twee omzetters achter elkaar. Een ingangstoestand nul wordt na de eerste omzetter
een toestand één en na de tweede omzetter weer nul. Via de terugkoppeling blijft men dan de nul­toestand ook behouden bij de ingang. Omgekeerd verschijnt een één-toestand bij de uitgang weer als
één en blijft bestaan. Wanneer de ingang echter ook slechts heel kort in de andere toestand wordt
gebracht, kipt het circuit om. Daarvoor is een toevallige impuls die ontstaat bij aanraking terwijl u
elektrisch geladen bent vaak voldoende.Men noemt een dergelijk circuit ook tijdbasisschakeling of
flipflop. het circuit is daarmee tegelijkertijd een digitale opslag met de opslagcapaciteit 1 bit. Wanneer u
de rechter LED aan de uitgang OSC3 uit het circuit neemt, is het circuit ook in één-toestand praktisch