Conrad 192230 Operation Manual [nl]
Leerpakket Elektronica Start
Bestnr. 19 22 30
Version 07/09
GEBRUIKSAANWIJZING
Deze gebruiksaanwijzing hoort bij dit product. Zij bevat belangrijke informatie over de inbedrijfstelling
en het gebruik. Let hierop, ook wanneer u dit product aan derden overhandigt.
Bewaar daarom deze gebruiksaanwijzing om in voorkomende gevallen te kunnen raadplegen.
In de inhoudsopgave op pagina 2 vindt u een lijst met inhoudspunten met vermelding van het bijbehorende.
Inhoudsopgave
1 Voorbereidingen ..................................................................................................................3
2 Eerste proeven met LED’s ..................................................................................................9
2.1 LED met voorschakelweerstand......................................................................................9
2.2 Stroomrichting................................................................................................................11
2.3 Stroomsterkte ................................................................................................................12
2.4 Signaallamp met druktoets ............................................................................................13
3 LED-schakeltechniek ........................................................................................................15
3.1 De drempelspanning van een diode..............................................................................15
3.2 Serieschakeling ............................................................................................................17
3.3 Weinig energie – veel licht ............................................................................................19
3.4 Parallelschakeling..........................................................................................................20
3.5 Kleurenspel....................................................................................................................22
3.6 Knipperlicht....................................................................................................................23
4 Testapparaten met LED’s..................................................................................................24
4.1 Kabeltester ....................................................................................................................24
4.2 Watermelder ..................................................................................................................25
4.3 Alarminstallatie ..............................................................................................................26
4.4 Polariteitstester..............................................................................................................27
4.5 Batterijtester ..................................................................................................................28
4.6 De LED als temperatuursensor ....................................................................................29
5 Transistorschakelingen ....................................................................................................31
5.1 Versterking ....................................................................................................................31
5.2 Naloopsturing ................................................................................................................32
5.3 Aanraaksensor ..............................................................................................................33
5.4 De LED als lichtsensor ..................................................................................................34
5.5 Constante helderheid ....................................................................................................35
5.6 Temperatuursensor ......................................................................................................36
5.7 Aan en uit ......................................................................................................................37
5.8 LED-knipperlicht ............................................................................................................39
2
1 Voorbereidingen
Dit leerpakket vergemakkelijkt uw start in de elektronica. Hier zullen we eerst de onderdelen
voorstellen.
Experimenteerbord
Alle schakelingen worden opgebouwd op een experimenteerbord.
Het bord met in het totaal 270 contacten in een raster van 2,54 mm zorgt voor zekere verbindingen van de geïntegreerde schakelingen (ic’s) en de afzonderlijke onderdelen.
Het experimenteerbordje heeft in het midden 230 contacten, die elk door verticale stroken met
5 contacten geleidend onderling verbonden zijn. Bovendien zijn er aan de rand 40 contacten
voor de voeding, die uit twee horizontale stroken met elk 20 contacten bestaan. Het experimenteerbord beschikt daarmee over twee onafhankelijke voedingsrails. Afbeelding 1.2 toont
alle interne verbindingen. U ziet duidelijk de korte contactstroken in het midden en de lange
voedingsrails op de zijkanten.
3
Afb. 1.1: Het experimenteerbord
Afb. 1.2: De interne contactreeksen
Het insteken van de onderdelen vergt relatief veel kracht. De aansluitdraden knikken daardoor
gemakkelijk om. Belangrijk is, dat de draden exact van boven af ingebracht worden. Een pincet
of een kleine tang kan daarbij nuttig zijn. Een draad wordt zo kort mogelijk boven het bordje
vastgenomen, en dan verticaal naar beneden gedrukt. Op die manier kunt u ook gevoelige
aansluitdraden zoals de vertinde uiteinden van de batterijclips inzetten.
Voor de proeven heeft u kortere en langere stukjes draad nodig, die u op lengte moet afknippen
van de meegeleverde voorraad. Om de isolatie te verwijderen van de draaduiteinden, bleek het
praktisch, de isolatie met een scherp mesje rondom in te snijden.
Batterij
Het volgende overzicht toont de onderdelen zoals ze er in werkelijkheid uit zien, en het schemasymbool zoals dat in de schakelschema’s wordt gebruikt. In de plaats van een batterij kan
bijv. ook een voeding worden gebruikt.
Gebruik geen alkali-batterij of geen accu, maar alleen eenvoudige zink-koolstofbatterijen.
Weliswaar heeft een alkali-batterij een grotere levensduur, maar ze levert in geval van een fout,
bijv. bij een kortsluiting, net als een accu een zeer grote stroom van tot 5 A, waardoor dunne
draden of zelfs de batterij zelf sterk kunnen opwarmen. De kortsluitstroom van een zink-koolstofbatterij daarentegen is meestal kleiner dan 1 A. Dat is groot genoeg om gevoelige onderdelen stuk te maken, maar er bestaat geen gevaar op verbranden.
De meegeleverde batterijclip beschikt over een aansluitdraad met soepele uiteinden. De isolatie is
van de uiteinden verwijderd, en ze zijn vertind. Op die manier zijn ze stijf genoeg, om ze in de contacten van het experimenteerbordje te duwen. Toch kan het gebeuren dat ze door frequent gebruik
hun vorm verliezen. Er wordt aanbevolen, de batterij aangesloten te laten en alleen de clip van de
batterij af te trekken.
4
Afb. 1.3: De batterij en haar schemasymbool
Een individuele zink-koolstof- of alkali-cel heeft een elektrische spanning van 1,5 V. In een batterij staan er meerdere cellen in serie geschakeld. Overeenkomstig geeft het schemasymbool
het aantal cellen in de batterij. Bij hogere spanningen is het gebruikelijk de middelste cellen te
vervangen door een stippellijn.
LED’s
Het leerpakket LED’s bevat twee rode LED’s en een groene en een gele LED. Bij alle lichtdiodes
moet worden gelet op de polariteit. De minaansluiting heet kathode en is de kortste aansluitdraad. De plusaansluiting is de anode. Binnen in de LED ziet u een kelkvormige houder voor het
LED-kristal, die op de kathode is aangesloten. De anode-aansluiting is met een extreem dun
draadje verbonden met een contact op de bovenkant van het kristal. Let op, in tegenstelling tot
gloeilampen mogen LED’s nooit rechtstreeks op de batterij worden aangesloten. Er is altijd een
voorschakelweerstand nodig.
5
Afb. 1.4: De schemasymbolen voor verschillende batterijen
Afb. 1.5: De lichtdiode
Weerstanden
De weerstanden in het leerpakket zijn koolfilmweerstanden met een tolerantie van ±5 %. Het
weerstandsmateriaal is op een keramische staafje opgebracht, en voorzien van een beschermingslaag. De waarde is aangegeven onder de vorm van gekleurde ringen. Naast de weerstandswaarde is ook de nauwkeurigheid aangegeven.
Weerstanden met een tolerantie van ±5 % zijn er in waarden van de E24-reeks, waarbij elke
decade 24 waarden bevat, met elk een ongeveer gelijkmatige afstand tot de volgende waarde.
Tabel 1.1: De weerstandswaarden volgens de normreeks E24
1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0
3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1
5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1
De kleurcode wordt gelezen, vertrekkende van de ring, die het dichtst bij de rand van de weerstand ligt. De eersten twee ringen staan voor twee cijfers, de derde ring voor de vermenigvuldiger van de weerstandswaarde in ohm. Een vierde ring geeft de tolerantie aan.
6
Afb. 1.6: Een weerstand
Tabel 1.2: De kleurcode bij weerstanden
Kleur Ring 1 Ring 2 Ring 3 Ring 4
1ste cijfer 2. Cijfer vermenigvuldiger Tolerantie
Zwart 0 1
Bruin 1 1 10 1 %
Rood 2 2 100 2 %
Oranje 3 3 1.000
Geel 4 4 10.000
Groen 5 5 100.000
blauw 6 6 1.000.000
Paars 7 7 10.000.000
Grijs 8 8
wit 9 9
Goud 0,1 5 %
Zilver 0,01 10 %
Een weerstand met de kleurringen geel, paars, bruin en goud heeft de waarde 470 ohm bij een
tolerantie van 5 %. In het leerpakket bevinden zich telkens twee weerstanden van de volgende
waarden:
100 Ω bruin, zwart, bruin
220 Ω rood, rood, bruin
330 Ω oranje, oranje, bruin
470 Ω geel, paars, bruin
1 kΩ bruin, zwart, rood
10 kΩ bruin, zwart, oranje
100 kΩ bruin, zwart, geel
7
Transistoren
Transistoren zijn onderdelen voor het versterken van kleine stromen. De hier gebruikte BC547
zijn silicium NPN-transistoren.
De aansluitingen van de transistor heten emitter (E), basis (B) en collector (C). Bij de beide
transistoren zit de basisaansluiting in het midden. De emitter ligt rechts, als u naar de tekst kijkt
en de aansluitingen naar beneden wijzen.
Condensator
Een ander belangrijk onderdeel in de elektronica is de condensator. Een condensator bestaat uit
twee metalen vlakken, waartussen isolatie zit. Als hier een elektrische spanning op wordt aangesloten, dan vormt zich tussen de beide platen van de condensator een elektrisch veld, waarin
energie is opgeslagen. Een condensator met een groot plaatoppervlak en een kleine plaatafstand heeft een grote capaciteit, en kan dus bij een gegeven spanning veel lading opslaan. De
capaciteit van een condensator wordt gemeten in Farad (F).
Grote capaciteiten worden bereikt met elektrolytische condensatoren (elco’s). De isolatie
bestaat hier uit een zeer dunne laag aluminiumoxide. De elco bevat een vloeibaar elektrolyt en
een opgewikkelde aluminiumfolie met grote oppervlakte. De spanning mag slechts in één
richting worden aangesloten. In de verkeerde richting loopt er een lekstroom die de isolatielaag
afbreekt, waardoor het onderdeel stuk gaat. De minpool is aangegeven met een witte lijn, en
heeft een kortere aansluitdraad.
8
Afb. 1.7: De transistoren
Afb. 1.8: Een elektrolytische condensator
2 Eerste proeven met LED’s
Met een batterij en een klein gloeilampje zou u een en ander kunnen proberen, tot het lampje
oplicht. Met een LED probeert u dit beter niet: als u hem rechtstreeks op de batterij aansluit gaat
de LED al gauw kapot. U moet wat omzichtiger te werk gaan: Belangrijk zijn de juiste spanning, de
juiste polariteit, en een geschikte voorschakelweerstand. Maar moeilijk is het niet. Probeer de
voorgestelde schakelingen uit, en maak u vertrouwd met de veilige omgang met LED’s.
2.1 LED met voorschakelweerstand
Bouw uw eerste stroomkring let batterij, LED en voorschakelweerstand. Gebruik een rode LED
en een batterij van 9 V. Met de grootste weerstand (1 kΩ = 1000 Ω, kleuren: bruin, zwart, rood)
uit het leerpakket bent u voor wat betreft de LED-stroom aan de veilige kant. Afbeelding 2.1
geeft de opbouw van de schakeling als schema.
Gebruik voor de opbouw het experimenteerbordje. De bovenste voedingsrail moet worden verbonden met de pluspool van de batterij, met de rode aansluiting dus van de batterijclip. De
onderste rail wordt overeenkomstig verbonden met de zwarte clipaansluiting, met de minpool
van de batterij dus. De opbouw gebeurt op deze manier analoog met het schema, zodat de
schakeling gemakkelijk op fouten kan worden gecontroleerd. Plooi de aansluitdraden van de
LED’s en de weerstanden zo om, dat ze in de contacten passen. Enkele aansluitdraden werden
overigens voor een betere weergave speciaal voor de proefopbouw en de foto’s ingekort. Voor
uw experimenten moet u de draden indien mogelijk onverkort laten, zodat de onderdelen bruikbaar blijven voor uw experimenten.
9
Afb. 2.1: Het schema van een LED met voorschakelweerstand
Waarschijnlijk zal deze schakeling meteen werken. De LED licht helder op. Als dat niet het
geval is moet de fout worden gezocht. Een onderbreking op een willekeurige plaats van de
stroomkring onderbreekt de stroom. Controleer dus alle leidingen en de plaats van de onderdelen op het experimenteerbord. Een andere mogelijk foutoorzaak is een verkeerd-om aangesloten LED. En verder kan de batterij leeg zijn. Toch zal u vaststellen, dat ook zeer oude batterijen een LED nog altijd zwak kunnen doen oplichten.
Onderzoek eens een andere variante van het schema. De LED en de weerstand worden opgeruild. De stroom loopt dan eerst door de LED en pas daarna door de weerstand. De werking is
echter net hetzelfde als in het omgekeerde geval. Het komt er dus alleen op aan, dat de drie
onderdelen in een gesloten kring zijn aangesloten.
10
Afb. 2.2: De opbouw op het experimenteerbord
Afb. 2.3: Van plaats omgeruilde onderdelen
2.2 Stroomrichting
Keer de LED eens om, zodanig dat de anode aan de minpool van de batterij ligt. Nu brandt er
niets meer! De stroom kan dus maar in één richting door de LED stromen. De doorlaatrichting
is de stroomrichting van anode naar kathode, als dus de anode aan de kant van de pluspool zit,
en de kathode aan de kant van de minpool. In de omgekeerde richting spert de LED. Een diode
is dus zoiets als een elektrisch ventiel. En alleen als er stroom door loopt licht ze op. Afbeelding
2.5 toont een LED in sperrichting. Zo kan hij niet branden.
De pijl in het schema van de LED in afbeelding 2.6 geeft de richting aan van de elektrische
stroom. De stroomrichting werd net als de omschrijving plus en min historisch willekeurig vastgelegd. De stroom loopt steeds van de pluspool van de batterij door de verbruiker naar de minpool van de batterij. Vandaag weten we, dat negatief geladen elektronen zich net andersom door
de draden bewegen, als afgebeeld op afbeelding 2.6. In werkelijkheid zijn er echter bijv. in vloeistoffen ook positieve ladingsdragers, die zich in de stroomrichting bewegen. Ook in de LED zelf
zijn er zowel negatieve als positieve ladingsdragers.
11
Afb. 2.4: LED en weerstand omgeruild
Afb. 2.5: De LED in sperrichting
2.3 Stroomsterkte
Plaats nu in plaats van de weerstand van 1 kW een kleinere weerstand van 470 Ω (geel,
paars, bruin). De LED licht duidelijk helderder op. Dat wijst op een grotere stroom. De regel
luidt: hoe groter de weerstand, hoe kleiner de stroom. Nauwkeurigere berekeningen volgen
verder.
Onderzoek de helderheid van alle LED’s telkens met een weerstand van 1 kΩ (bruin, zwart,
rood), 470 Ω (geel, paars, bruin) en 330 W (oranje, oranje, bruin). Gebruik echter
geen kleinere weerstand dan 330 Ω, omdat er dan in deze schakeling met een batterij van 9 V
een te grote stroom kan lopen, die de LED’s in gevaar brengt.
12
Afb. 2.6: De definitie van de stroomrichting
Afb. 2.7: Meer helderheid met een kleinere voorschakelweerstand
Loading...