Conrad 4019631150066 Operation Manual [nl]

Voorwoord

Velen hebben al met verlangen op de adventstijd gewacht, want dan start er weer een elektronica-kalender met 24 experimenten. Dit jaar is het thema
„Operationele versterkers (OPV) en omzetters“. De focus ligt op de viervoudige OPV LM324, die veel interessante experimenten mogelijk maakt met de piëzo­omzetter. Er kunnen verschillende geluiden worden geproduceerd en met een beetje vaardigheid kan je zelfs een simpel muziekinstrument bouwen. De piëzo­omzetter kan echter ook gebruikt worden als een microfoon- of trillingssensor als men zijn zwakke signalen versterkt met de OPV.

Alle experimenten kunnen geheel zonder voorafgaande kennis met succes worden opgebouwd en getest. De afbeeldingen van de opbouw helpen u daarbij. Wie
het schakelschema echter nader bekijkt, kan het experiment vaak ook iets anders opbouwen en misschien hier en daar een draadje besparen. In de tekst
worden altijd eerst de pure opbouw en de verwachte functie beschreven. Daarnaast is er meestal een korte uitleg. Natuurlijk kunnen hier niet alle beginselen
van elektronica worden overgedragen, maar deze of gene wordt misschien nieuwsgierig en onderzoekt zelfstandig verder.

In sommige experimenten zijn er extra taken waarvoor oplossingspunten worden toegewezen. Of een opdracht helemaal is opgelost, bepaalt u zelf, of u zoekt
een scheidsrechter, misschien een familielid of een vriend. Aan het eind worden alle punten opgeteld en komt u erachter of u al een meester in de elektronica
bent.

Wij wensen u veel plezier en een vrolijke kersttijd!

1 Elektrische geluiden

Achter het eerste deurtje vindt u een centraal bouwdeel van deze elektronicakalender: een piëzo-schakelomzetter met aansluitdraden. Bovendien bevindt zich
wat draad in het eerste vak. Er moet in een aanvullende 9V-batterij worden voorzien. Indien er geen nieuwe batterij beschikbaar is, is een sterk gebruikte
batterij die voor andere apparaten reeds te zwak is voldoende voor de eerste experimenten. Houd de beide kabels van de piëzo-schakelomzetter aan de batterij.
Bij de eerste aansluiting hoort men een knappen. Bij de tweede maal blijft het stil, omdat de schakel omzetter reeds is opgeladen. U kunt echter de beide
draden van de piëzo-schijf bij elkaar houden of met een stuk draad verbinden, om ze te ontladen. Ook daarbij hoort men een knappen en opnieuw bij het
nogmaals opladen. De voorwaarde is echter dat u de kale uiteinden van de kabels niet rechtstreeks aanraakt, omdat er ook via de huidweerstand een ontlading
kan plaatsvinden.

Informatie: De keramische piëzo-schijf is tegelijkertijd een kleine condensator met twee metalen platen en
daartussenin een isolator. De elektrische krachten tussen de ladingen zorgen voor een vervorming van de
isolator en dus voor de geluidsopwekking. Als de condensator al tot 9V (volt) is opgeladen, zal een nieuwe
verbinding met de batterij geen verschil meer maken, zodat men niets hoort.

Opdracht: Door herhaaldelijk ompolen van de batterij kunt u krakende geluiden met nog hogere geluidssterkte
produceren. Als u het kunt demonstreren: 2 punten.

2 Contact vinden

Het tweede deurtje verbergt een printplaat en een batterijclip voor de 9V-batterij. De zachte kabels van de batterijclips zijn aan de uiteinden gestript en vertind,
zodat men ze in de contactgaten van de insteekprintplaten kan steken. Ze moeten echter slechts eenmaal worden aangesloten en dan altijd in dezelfde positie
blijven. Indien alles wordt uitgeschakeld, kan men het beste de batterij van clip halen, maar laat de kabels aangesloten. Op de plaat wordt een draadje
ingebouwd als trekontlasting, zodat de batterijkabel niet te veel wordt bewogen.

Ook de aansluitkabels van de piëzo-schakelomzetters moeten indien mogelijk slechts één keer worden aangesloten en daarna op hun plek blijven. Het is
betrouwbaar gebleken kleine gaatjes door het folie te prikken aan de achterzijde van de insteekprintplaat en de kabel erdoorheen te voeren. De aansluitingen
van de piëzo-schijf kunnen dus ook altijd op hun plek blijven, zelfs als dit component niet wordt gebruikt in sommige experimenten. Overigens maakt het niet
uit welke draad van de omzetter het bovenste of het onderste contact is, terwijl het bij de batterij essentieel is, dat de pluspool (rood) aan de bovenzijde wordt
aangesloten.

Bouw de proef met een omschakelaar met blote draad. De bovenaansluiting van de omzetter moet afwisselend worden aangesloten op de pluspool en de
minpool van de batterij. Trek de isolatie van de draad en strip met een draadsnijder passende stukken van de overige draad af, waarmee dan de
schakelcontacten worden gebouwd. Alle overige verbindingsdraden en de draad voor de trekontlasting van de batterijkabel behouden hun isolatie in het
middengebied en worden alleen aan de einden over een lengte van ongeveer 5 mm gestript. De plastic isolatie is zacht genoeg, om ze met de vingernagels af te
trekken. Als alternatief kan men ze met een scherp mes rondom insnijden, maar zonder de draad te knikken, die anders gemakkelijk zou kunnen breken.
Wanneer alles correct is opgebouwd, kan het experiment beginnen. Met de zelfgebouwde omschakelaar kunt u de piëzo-schijf zoveel keer laden en ontladen als

u wilt, waarbij telkens een geluid ontstaat.

Maar het gaat ook zonder batterij! Sluit de schakelomzetter kort met de schakelaar en druk licht met een scherp voorwerp op het membraan. Open het contact
en verwijder dan pas de mechanische druk van de schijf, die zich daarbij elektrisch oplaadt. Wanneer het contact dan weer wordt gesloten, hoort men een
duidelijk knappen. Echter de piëzo-schijf kan niet alleen worden opgeladen door mechanische druk, maar ook door een temperatuurverandering. Verwarm de
schijf met open contact door aan te raken. Ze laadt zich daarbij op en produceert bij het ontladen een geluid. Na enige tijd afkoelen kan er weer een knappen
worden gehoord.

Opdracht: Zet het hele
experiment enige tijd in de kou
buiten. Haal het dan weer terug
in de warmte en produceer
minstens vijf duidelijk hoorbare
klikgeluiden na elkaar: 3 punten.

3 Laden en ontladen

Achter het derde deurtje vindt u een weerstand van 2,2 k (2,2 kilo-ohm). Het is gemarkeerd met drie gekleurde ringen (rood, rood, rood). Een vierde, gouden,
ring geeft de nauwkeurigheidsklasse van 5% aan. Zet deze weerstand parallel met de schakelomzetter. Hij zorgt dan altijd voor een snelle ontlading. Daarom is
dit keer een eenvoudig contact voldoende. Er ontstaat telkens een geluid bij het sluiten en openen van het contact. Laat de schakelaar niet voor lang gesloten,
want de weerstand verbruikt energie. De batterij moet indien mogelijk echter voldoende zijn tot het eind van de experimenten.

Informatie: Men kan gemakkelijk inschatten wanneer de batterij leeg zal zijn. De stroomsterkte bedraagt 9 V
gedeeld door 2,2 k, dus ongeveer 4 mA. Bij een capaciteit van een alkalinebatterij van 500 mAh, zou het 125
uren, of ongeveer
vijf dagen duren tot de batterij leeg is.

Opdracht: Bouw twee aanraakcontacten en schakel uw huidweerstand in serie met de aanwezige weerstand van
2,2 k. De huidweerstand bedraagt enkele 100 k, zodat de ontlading bij geringe stroom zeer veel langzamer en
stiller wordt. De weerstand tot nu toe heeft slechts nog een beschermende functie en beperkt de stroom bij
onopzettelijk direct contact met de sensorcontacten. Door meer of minder sterke aanraking kunt u de weerstand
veranderen. Het doel is, dat alleen nog bij het sluiten van de schakelaar een krakend geluid te horen is, maar
niet bij het openen: 4 punten.

4 Licht en geluid

Open deurtje nummer 4, hier vindt u een rode lichtdiode (LED). Bouw de LED in de positieve leiding van uw opbouw in. Daarmee ziet u wanneer de schakelaar
gesloten is en er stroom aanwezig is. Bij de inbouw van een LED moet men op de polariteit letten

De LED heeft twee verschillende aansluitingen. De korte draad is de minpool (kathode), de langere draad is de pluspool (anode). Wanneer de LED eenmaal is
ingebouwd, dan kan men nog maar moeilijk zien welke de korte draad is. Er is echter nog een tweede herkenningsteken. De bredere onderste rand is aan de
zijde van de kathode afgevlakt. Bovendien is bij alle LEDs in deze kalende de grotere houder binnenin de LED met de kathode verbonden.

Informatie: In een serieschakeling wordt de batterijspanning van 9 V verdeeld over de individuele verbruikers.
Op de LED staat nu een spanning van ongeveer 2 V, op de weerstand van 7 V. Omdat de spanning op de piëzo­luidspreker daarmee ook slechts nog 7 V is, is het kraken bij het bedienen van de schakelaar een beetje stiller.
Omdat onze oren echter gewend zijn aan veel grotere bereiken van verschillende geluidsvolumes, blijft dit kleine
verschil praktisch onhoorbaar.

Opdracht: Bedien het schakelcontact zo, dat de beide draden elkaar alleen heel licht aanraken of zwak
over elkaar strijken. Daarmee ontstaat een krassend geluid in de luidspreker, zoals dit vaak in oudere
telefoons wordt gehoord. Het contact is noch betrouwbaar gesloten noch volledig geopend. De LED toont
dan een knipperend licht. Dit effect is echter alleen met veel vaardigheid te bereiken: 4 punten.

5 Geïntegreerd circuit goed geland?

Open het vijfde deurtje. Daarachter vindt u de belangrijkste component van deze kalender, de viervoudige operationele versterker LM324. Dit IC (Integrated
Circuit, geïntegreerd circuit) met 14 aansluitpennen bevat vier zelfstandige versterkers met elk twee ingangen en een uitgang. De individuele versterkers zijn
uitwisselbaar, maar de twee aansluitingen voor de bedrijfsspanning mogen nooit worden verwisseld, omdat het IC daardoor verwoest kan worden. De positieve
aansluiting bevindt zich op pen 4, de negatieve aansluiting op pen 11. Op een insteekplaat voor experimenten vindt men echter meestal de pluspool boven en de
minpool onder. Het IC moet dus zo worden gebruikt, dat het etiket op de kop staat.

Stelt u zich voor, dat de viervoudige-OPV een ruimteschip is, dat moet landen op Mars. Iedereen wacht met spanning op een eerste teken van leven, dat bewijst
dat het ruimtevaartuig correct is geland. In dit geval toont het oplichten van het rode LED aan dat alles goed is. En de weerstand voorkomt schade, indien er
toch een fout is opgetreden. In tegenstelling tot op Mars kan men nu alles eenvoudig verhelpen en het geheel opnieuw proberen.

Informatie: Een operationele versterker versterkt het spanningsverschil tussen de twee
ingangen. Bij grotere verschillen is de uitgang ofwel volledig ingeschakeld of volledig
uitgeschakeld. In dit geval is de spanning aan de +- ingang hoger dan aan de - –ingang,
daarom is de LED aan. Normaliter ligt de IC aan de volledige bedrijfsspanning, maar nu ligt
nog de beschermende weerstand in de plusleiding.

Opdracht: Bouw het circuit zo om, dat een andere van de vier mogelijke versterkers wordt
gebruikt (1 punt). Of probeer het gelijk met alle drie de andere versterkers (3 punten).

6 Aanraaksensor

Het deurtje nummer 6 brengt een weerstand met 330 k (oranje, oranje, geel) tevoorschijn. Bouw een circuit met open OPV-ingang. Twee draden met blote
uiteinden voeren naar buiten. In de normale toestand is de LED aan. Wanneer men de beide ingangsdraden verbindt, dan gaat deze uit. Het is ook genoeg om
de twee draden met de vingers aan te raken, omdat de geleiding van de huid voldoende is om de toestand te veranderen. Als men alleen de draad aan de +­ingang aanraakt, kan de LED aan of uit zijn en vaak ook knipperen. Wanneer er elektrische leidingen in de buurt zijn, kan een brommen of zoemen uit de
luidspreker te horen zijn.

Informatie: De spanning tussen de twee ingangen wordt ongeveer 100.000 keer
versterkt. In dit geval wordt echter de inverterende ingang (-) rechtstreeks met de
uitgang verbonden. De aldus opgewekte tegenkoppeling vermindert de
spanningsversterking op één. Op de uitgang staat dus altijd bijna precies dezelfde
spanning als op de niet-inverterende ingang (+). De spanningsversterking is
weliswaar nog slechts één richting, maar de OPV levert een zeer grote
stroomversterking. Daarom reageert de versterker gevoelig op zwakke ruissignalen.

Opdracht: Raak de LED-anode en de ingang zwak aan. De LED moet daarbij niet
geheel uit gaan, maar alleen zwakker branden: 4 punten.

7 Nagloeien bij aanraking

Het zevende deurtje verbergt een geheel nieuw component, namelijk een condensator met 100 nF (nanofarad). Het gaat om een keramische schijfcondensator,
die gemarkeerd is met de opdruk 104 (100.000 pF, picofarad). Bouw het in uw circuit in. De LED is deze keer tegen plus aangesloten, zodat de ruststand wordt
omgekeerd. In de normale toestand is de LED uit. Wanneer u echter de draad kortsluit of met de vinger aanraakt, gaat de LED aan. Ze brandt dan lang en gaat
alleen langzaam weer uit. Men kan hiermee een nachtlicht bouwen, dat bij een eenvoudige aanraking inschakelt en vanzelf weer uitschakelt.

Informatie: Dit circuit werkt niet met elke gewenste OPV, maar is aangewezen op
een speciale eigenschap van exact dit type aangewezen. De LM324 bevat bipolaire
operationele versterkers met PNP-ingangstrappen, die tot beneden tot negatieve
spanning en zelfs nog een beetje daaronder werken. De basisstroom van de
ingangstransistoren bedraagt ongeveer 30 nA, dus 0,03 μA. Deze zeer kleine
stroom laadt de condensator aan de ingang slechts langzaam op. De
ingangsspanning neemt met ongeveer 0,3 V/s toe. Het duurt daarom iets langer
dan 20 s, tot de spanning boven 7 V is gestegen en de LED uitgaat.

Opdracht: Raak de ingangen zo zwak aan, dat de LED nog niet uitschakelt, maar
slechts zwak gelijkmatig oplicht. U moet zelf uitvinden hoe u met uw vingers
precies de juiste weerstand bouwt: 3 punten.

8 Lichtregeling

Er komt nog een LED tevoorschijn vanachter het achtste deurtje. Ze is groen en moet nu in de plaats van de rode LED op de uitgang van OPV worden
aangebracht. De rode LED daarentegen krijgt een nieuwe taak: deze wordt tot fotodiode getransformeerd en is daarmee een effectieve lichtsensor. Let op de
inbouwrichting met de kathode aan de ingang van de OPV. Wanneer u de rode LED met een felle zaklamp beschijnt, gaat de groene LED aan.

Informatie: Een fotodiode is geconstrueerd als elke andere diode of lichtdiode.
In de tegengestelde richting vormt zich een isolerende barrièrelaag, die elke
stroomgeleiding voorkomt. Wanneer er echter licht binnendringt in de

barrièrelaag, worden sommige elektronen uit hun verbindingen bevrijd en
kunnen zich vrij bewegen. Dan stroomt een stroom. Omdat een LED-kristal
slechts een gering oppervlak heeft, valt er slechts weinig licht in en genereert
een zeer kleine fotostroom. In dit geval is een fotostroom van ongeveer 30 nA
voldoende, om de LED in te schakelen.

Opdracht: Bouw een extra condensator zoals op dag 7 in. Daarmee wordt het
inschakelen vertraagd en met observeert een nagloeien van de groene LED: 2
punten.

9 van rood naar groen

Achter deurtje nummer 9 vindt u een weerstand met 4,7 k (geel, violet, rood). Hij fungeert als een voorschakelweerstand voor de groene LED. Omdat nu beide
LEDs op de uitgang zijn aangesloten, bepaalt de uitgangsspanning de helderheidsverhouding tussen de twee kleuren. Wanneer de draadschakelaar wordt
gesloten, gaat de rode LED aan. Wanneer men de schakelaar opent, wordt de rode LED langzaam zwakker en de groene steeds helderder, tot op het einde alleen
de groene LED nog brandt.

Informatie: De ingangsstroom door de +- ingang veroorzaakt een spanningsval van ongeveer 10 mV
bij de weerstand van 330 k. Met de gesloten schakelaar bedraagt de spanning op de inverterende
ingang is nul volt, de uitgangsspanning is dus hoog. Wanneer men de schakelaar opent, begint de
condensator zich te ontladen. Omdat deze echter tussen de uitgang en de inverterende ingang ligt,
wordt de ontlading vertraagd. Een dergelijk circuit noemt men ook integrator. De uitgangsspanning
verandert evenredig met de laadstroom en de tijd.

Opdracht: Bouw het circuit zo om, dat in plaats van de schakelaar er een aanraakcontact bestaat.
Dit keer moet de vingerdruk sterker zijn, want men moet een weerstand onder 330 k bereiken.
Eventueel moet de vinger licht bevochtigd worden: 3 punten.

10 Lichtsensor

Een gele LED komt achter het tiende deurtje tevoorschijn. Deze is goed geschikt als lichtsensor. Afhankelijk van de helderheid is het circuit hetzij rood of groen.

Informatie: In principe kan elke LED ook als fotosensor worden ingezet. Wissel de
LEDs uit en test welke van de LEDs bij een bepaalde witte lichtbron de grootste
gevoeligheid vertoont. Met een zaklamp kan men daarvoor de verwijdering
meten, waarbij de uitgang omschakelt. Om de meting te bespoedigen, moet men
de condensator verwijderen.

Opdracht: Voer de experimenten zonder condensator uit met verschillende
lichtbronnen. Zoek bereiken waarbij beide LEDs aan de uitgang met ongeveer
gelijke sterkte branden. Daarmee kunt u aantonen dat deze lampen snel
knipperen. Een sterk knipperende lamp toont een groot bereik, waarbij beide
LEDs branden. Vind u de meest knipperende lamp in uw huis: 4 punten.

11 Kleurmixer

Achter het elfde deurtje verbergt zich een elektrolytische condensator (elco) met 22 μF (microfarad). Let op, bij een elco moet altijd op de polariteit worden
gelet. De minpool is aangegeven met een dikke witte streep. Alleen in de juiste insteekrichting isoleert de condensator goed. In de verkeerde richting stroomt er
stroom en kan de elco langzaam vernietigen. Hier wordt de elco gebruikt om een eenmaal ingestelde toestand voor een lange tijd te behouden. Met de
zelfgebouwde schakelaar kan men de condensator laden of ontladen. Daarmee verandert de uitgangsspanning van de OPV en daarmee ook de helderheid van
de rode en groene LEDs. Zo laat zich een gewenste kleurmix ingesteld.

Informatie: Het schakelschema is weer een integrator, waarbij ditmaal de
ingangsstroom afhankelijk van de schakeling positief, nul of negatief kan zijn. In de
neutrale middenstand van de schakelaar, zal de uitgangsspanning niet veranderen.
Maar in feite leidt de onvermijdelijke isolatiefout van de elco en de huidige
ingangsstroom van de OPV tot een langzame verandering.

Opdracht: Bouw de schakelaar om tot een dubbele aanraaksensor met vier blote
draden. Afhankelijk van welke contacten u met uw vinger aanraakt, verandert het
aandeel van de twee kleuren: 5 punten.

12 Aardbevingssensor

Een weerstand met 330 k (oranje, oranje, geel) vindt u achter het deurtje nummer 12. Hij wordt nu gebruikt om de piëzo-schakelomzetter tot een
trillingssensor te maken. Harde geluiden en sterke trillingen laten de twee leds knipperen. Verhoog en verlaag de gehele opbouw, dan lichten de rode en groene
LED afwisselend op. De piëzo-schijf werkt als een versnellingssensor. Wanneer u daarmee door de kamer gaat, wordt elke stap duidelijk aangegeven.

Informatie: De operationele versterker wordt hier gebruikt zonder
tegenkoppeling als comparator. In rusttoestand zijn beide ingangsspanningen
hetzelfde, dus men kan niet voorspellen hoe de uitgang zich gedraagt. De OPV
is namelijk een kleine offsetfout in de orde van grootte van 1 mV (millivolt), die
hier in ruststand de uitslag geeft. Maar zodra de door de omzetter gegenereerde
signaalspanning aanzienlijk groter is dan 1 mV, bepaalt dit de uitgangstoestand.

Opdracht: Verzwaar het membraan met een klein gewicht van maximaal 10 g.
De sensor wordt daarmee nog gevoeliger voor grondtrillingen. Probeer de
sensor zo op te stellen, dat hij de stappen van een persoon in de kamer
weergeeft: 5 punten.

13 Klapschakelaar

Een verdere weerstand met 100 k (bruin, zwart, geel) vindt u achter het 13e deurtje. Daarmee moet een klapschakelaar worden gebouwd, die de LEDs bij
harde geluiden of na het aantikken van de sensor omschakelt. Let tijdens het inbouwen op de correcte polariteit van de elco, waarvan de minpool op de niet­inverterende ingang hoort. In ruststand brandt de groene LED. Het duurt ongeveer een halve minuut, totdat de sensor zich heeft ingesteld op maximale
gevoeligheid. Een geluid of trilling veroorzaakt dan een abrupt omschakelen van groen naar rood. Vervolgens duurt het ongeveer een halve minuut tot de
schakeling weer naar de groene toestand omschakelt. De verandering van rood naar groen is een langzaam vervagen. Als de rode LED volledig uit is, duurt het
nog ongeveer tien seconden tot het circuit klaar is voor nieuwe geluiden. Met een zeer sterk signaal kan men zeker al eerder uitschakelen. Op dezelfde manier
kan men een hard geluid de rode fase afkorten. Als het ononderbroken zeer luid is, genereert het circuit een iets snellere omschakeltijd.

Informatie: De functie van dit circuit is niet eenvoudig te doorzien. Een ideale operationele versterker zou zich
heel anders gedragen. Hier worden echter bijzondere eigenschappen van de bipolaire OPV met PNP-ingangstrap
gebruikt. De ingangsstroom ligt bij ongeveer 30 nA, zodat een spanningsval van 10 mV aan de inverterende
ingang ligt, bij de niet-geïnverteerde ingang zijn er daarentegen slechts 3 mV. Het verschil is voldoende om een
stabiele rusttoestand te genereren. De sensor moet minstens 7 mV opbrengen om de toestand te veranderen. Bij
het kantelen in de rode toestand trekt de elco de spanning aan de +-ingang hoog en houdt deze toestand door de
terugkoppeling stabiel. Hij moet zich vervolgens zo ver opladen, dat de ingangsspanning onder 3 mV zakt, wat
ongeveer een halve minuut duurt. Dan slaat de uitgangstoestand om. Daarmee zou de invoer enkele volts onder
nul worden getrokken, wat echter niet meer tot het normale werkingsgebied van de OPV hoort. Onder -0,5 V
keert de functie van de OPV om. Uit een terugkoppeling wordt daarom voor een zekere tijd een tegenkoppeling,
de schakeling werkt als integrator. Daarom verandert de uitgangstoestand slechts langzaam.

Opdracht: Neem de elco uit het circuit en zet de schijfcondensator met nF in om het proces te versnellen. Bouw
daarmee het circuit zodanig om, dat bij elk geluid een rode lichtflits wordt geproduceerd: 3 punten.

14 Toongenerator

Het 14e deurtje biedt nog een weerstand met 100 k (bruin, zwart, geel). Bouw nu een signaalgenerator die een hard geluid produceert. Bovendien wordt het
uitgangssignaal op de groene LED weergegeven. Men ziet vervolgens alleen een uniform licht. Wanneer u echter snel de ogen beweegt, is een snel in- en
uitschakelen van de LED te herkennen.

Informatie: Een spanningsdeler met twee identieke weerstanden legt de halve
voedingsspanning aan de +-ingang van de OPV. Een extra weerstand op de uitgang
vormt een terugkoppeling, die de uitgangstoestand behoudt hetzij bij hoge spanning
of bij kleine spanning. Daarnaast is er een tegenkoppeling naar de inverterende
ingang, die echter wordt vertraagd door een condensator. Altijd wanneer de
condensator ver genoeg is opgeladen of ontladen, wordt de uitgangstoestand
omgeschakeld. Zo ontstaan regelmatige oscillaties.

Opdracht: Vervang de 100-k-weerstand in de tegenkoppeling door een veel kleinere

weerstand van 4,7 k. Het geluid wordt daardoor veel hoger: 2 punten.

15 Akoestische temperatuursensor

Achter het deurtje nummer 15 vindt u een weerstand van 10 k (bruin, zwart, oranje), die nu in plaats van de weerstand met 100 k zal worden gebruikt. Dit
resulteert in een hoge toon. Raak de condensator met twee vingers aan. Hij zal daarbij licht opwarmen, wat resulteert in een verandering van de toonhoogte.

Informatie: De meeste elektrische componenten veranderen hun eigenschappen met
de temperatuur. Bij vele keramische condensatoren is deze verhouding bijzonder
uitgesproken. Meer in het bijzonder wordt de capaciteit dichtbij de
kamertemperatuur van 20 °C maximaal en daalt duidelijk bij hogere en aanzienlijk
lagere temperaturen. Een verwarming met de vingers leidt daarom tot een hogere
toonfrequentie.

Opdracht: Zet het circuit enkele minuten buiten in de kou en onderzoek de invloed
van lage temperaturen. Zet het circuit direct op de verwarming en zoek de warmste
plek in de kamer: 4 punten.

16 Net als een geigerteller ...

Achter het 16e deurtje vindt u nog een schijfcondensator, dit keer met slechts 10 nF (opdruk 103). Bouw deze in de toongenerator in. Ook veranderde
weerstanden worden gebruikt om de toonhoogte aan te passen. Bovendien wordt de tot nu toe in de tegenkoppeling gebruikte weerstand door een rode LED
vervangen, die nu als lichtsensor werkt. Het resultaat is een toongenerator, waarvan de frequentie afhankelijk is van de helderheid. Als het erg donker is, hoort
men alleen nog een knetteren. Zodra licht invalt op de sensor, verhoogt de frequentie van de toon. Met een beetje fantasie klinkt dat als een geigerteller,
wanneer men een radioactief monster in de buurt brengt.

Informatie: De LED heeft in dit experiment twee functies. In de
doorgangsrichting gedraagt ze zich als elke ander diode en zorgt voor een snelle
ontlading van de condensator. In de sperrichting isoleert ze daarentegen en laat
alleen een stroom vloeien, die afhankelijk is van de helderheid. Het circuit
produceert daarom korte pulsen, waarvan de frequentie toeneemt met de
helderheid.

Opdracht: Bouw aanvullend de condensator met 100 nF in, zodat de frequentie
nog lager wordt. In het donker zal men alleen een geïsoleerd knakken horen en
ziet men ook zwakke lichtflitsen van de rode LED. Test welke LED de kleinste
sperstroom vertoont en daarmee in het donker de laagste frequentie genereert.
Het geluid herinnert nu nog duidelijker aan een geigerteller: 4 punten.

17 Elektronisch orgel

Achter deurtje nummer 17 vindt u een weerstand met 100 k (bruin, zwart, geel). Bouw de toongenerator om tot een elektronisch orgel. De gebruikelijke
instrumenten hebben veel toetsen, dit komt met twee contacten, die fungeren als aanraaksensor. Wanneer men beide contacten met de vingers aanraakt, bouwt
men een weerstand, die de toon bepaald. Een steviger druk produceert een hogere noot.

Informatie: Het circuit lijkt op de geigerteller-oscillator van de dag
ervoor, maar het heeft met de weerstand van 100 k in de
terugkoppeltak een aangepast frequentiebereik. Bovendien is er nu
een bufferversterker met eenvoudige spanningsversterking, die voor
een goede scheiding van de signaalgever zorgt. Daarmee worden
terugwerkende krachten op de oscillator vermeden, die kunnen
optreden in binnen het bereik van eigenresonanties van de omzetter.

Opdracht: Oefen met dit instrument en speel een kerstlied. Als
anderen het lied kunnen herkennen: 5 punten.

18 Lichtorgel

Open het deurtje nummer 18 en neem een weerstand met 330 k (oranje, oranje, geel) eruit. Bouw bovendien de LED weer in als lichtsensor. Met een zaklamp
of een andere lichtbron kunt u nu de toon veranderen. Een sterke toenadering van de lamp verhoogt de frequentie. De term "lichtorgel" staat meestal voor een
apparaat dat het licht in reactie op geluiden bestuurt. Hier is het omgekeerd: het licht bepaalt de toonhoogte.

Informatie: Het circuit maakt weer gebruik van een
bufferversterker voor een ongestoorde toonweergave. Met
de LED als fotodiode ontstaat er bij gemiddelde
helderheid slechts een kleine laadstroom. Door de
aangepaste weerstanden wordt het geluid echter hoog
genoeg en naar een goed speelbaar bereik verschoven.

Opdracht: Speel een kerstlied met een felle zaklamp. Als
je nummer wordt herkend: 5 punten.

19 Lichttelegrammen

Een weerstand met 10 k (bruin, zwart, oranje) vindt u achter het deurtje nummer 19. Bouw een toongenerator, die kan worden ingeschakeld met een
lichtbron. De gele LED dient als lichtsensor, de rode LED als elektronische schakelaar voor de toongenerator. Het circuit is een ontvanger voor lichttelegrafie.
Verzend bijvoorbeeld een SOS-noodoproep (... --- ...), die door iedereen wordt begrepen.

Informatie: Het circuit bestaat uit reeds bekende

bouwgroepen. De uitgang van de linker OPV is in
ruststand positief. De rode LED geleidt dan en stopt
daarmee de toongenerator. Bij een voldoende grote
sensorstroom wordt de uitgang van de lichtsensor
ingeschakeld. De rode LED wordt vervolgens in de
sperrichting aangedreven en de toongenerator wordt
ingeschakeld.

Opdracht: Bouw parallel met de sensor-LED een
schakelcontact of contactsensor als seinsleutel. De
lichtontvanger wordt daardoor een transceiver. U kunt op
ontvangen berichten antwoorden: 4 punten.

20 Sirene

Open het deurtje nummer 20 en neem een weerstand met 33 k (oranje, oranje, oranje) eruit. Bouw een sirene. Hier worden voor de eerste keer alle vier de
versterkers van de LM324 samen gebruikt. Omdat er veel componenten worden gebruikt, is de opbouw heel complex.

Informatie: Het circuit bestaat uit twee oscillatoren met verschillende frequentie. Direct aan de elco van de
eerste oscillator ligt een langzaam stijgende en weer dalende spanning, die met een bufferversterker de
werkelijke toongenerator bereikt en daar de ingangsspanning moduleert. De hoogste toon wordt gegenereerd
wanneer de spanning precies in het midden ligt. Zowel bij hogere als ook bij een lagere ingangsspanning neemt
de uitgangsfrequentie af. Omdat de bipolaire OPV niet over het volledige spanningsbereik werkt, vindt men een
diepe en minder diepe fase.

Opdracht: Bouw aanvullend een LED met een bijpassende voorschakelweerstand in, zodat men het
signaalverloop van de langzame oscillator kan zien: 3 punten.

21 Lichtalarm

Achter deurtje nummer 12 vindt u een weerstand met 3,3 M (oranje, oranje, groen). Het wordt nu gebruikt in een langzame oscillator. Bovendien is er een
lichtsensor die de toon inschakelt. Deze alarminstallatie kan worden gebruikt om kerstcadeaus te beschermen tegen vroegtijdige ontdekking. Als iemand in de
verboden kamer komt en het licht aan doet, zal u een onderbroken alarmsignaal horen. Zonder alarm ziet men een afwisselende flitser met de rode en groene
LED, die als stand-by-weergave kan dienen.

Informatie: Ook dit circuit bestaat uit reeds bekende bouwgroepen. Dit keer zijn er twee diodes die de oscillator
kunnen stoppen. Pas als de rode en groene LEDs zijn vergrendeld, ontstaat het geluid.

Opdracht: Gebruik de nog resterende weerstanden en condensatoren om de toonhoogte of herhalingsfrequentie
te veranderen: 2 punten.

22 Ritmetonen

Achter deurtje nummer 22 vindt u nog een condensator van 100 nF (104). Daarmee kunnen twee oscillatoren met dezelfde frequentie worden opgebouwd. Beide
tonen bereiken de luidspreker. Wijzig de frequentie van de oscillatoren door de condensator met de vinger te verwarmen. Daarbij ontstaan ritmetonen. Na de
afkoeling naderen de frequenties elkaar, het ritme vertraagt, tot deze volledig verdwijnt.

Informatie: Als twee tonen dichter bij elkaar liggen, hoort men
een toe- en afnemende geluidssterkte in de maat van het verschil
tussen de twee tonen. Als het frequentieverschil zeer klein is,
zullen de twee oscillators uitgelijnd zijn op een
gemeenschappelijke frequentie. Maar ze kunnen nog steeds
verschillende fasen hebben, wat het volume en de klank
verandert. De uitdaging is om beide oscillatoren zo goed mogelijk
tegen elkaar te ontkoppelen, zodat zelfs kleine verschillen in
frequentie mogelijk zijn. Daartoe dienen de twee
bufferversterkers en de elco op de bedrijfsspanning.

Opdracht: Verwarm beide condensatoren zo gelijkmatig, dat de
oscillatoren altijd dezelfde stijgende frequentie hebben. Dit
vereist enige oefening en vaardigheid, want u moet aan de klank
herkennen wanneer één van de oscillatoren uit de koppeling
dreigt te breken: 3 punten.

23 Orgel voor twee handen

Een tweede condensator met 10 nF (103) bevindt zich achter deurtje nummer 23 Daarmee zal nu een tweestemmig orgel worden gebouwd. De tonen worden
veranderd door de vingerdruk op de sensordraden. Men krijgt echter alleen twee volledig onafhankelijke tonen wanneer de twee sensoren, die anders goed van
elkaar geïsoleerd, worden aangeraakt door twee personen. Zodra ze deze met de handen aanraken, beïnvloedt elk de toon van de andere.

Informatie: Het circuit is niet erg verschillend van de
ritmeoscillator van de laatst. Omdat de huidweerstand echter
aanzienlijk groter is dan de daar ingezette 10 k, moeten de
condensatoren worden verkleind.

Opdracht: Vervang één van de twee condensatoren door één met
100 nF en de bijbehorende sensordraden door een weerstand met
33 k. Daardoor krijgt het orgel een permanente tweede stem met
een constante toon, vergelijkbaar met een doedelzak. U kunt nu
melodieuze tweeklanken spelen. Het zal echter alleen een echt
muzikaal genie lukken om een tweestemmig Kerstlied in koor te
spelen. Als het u lukt met overtuiging, krijgt u 10 punten, wanneer
het resultaat toch niet heel bevredigend is, dan navenant minder.

24 Fonkelende sterren

Tot nu toe werd er altijd gebruik gemaakt van relatief hoogohmige weerstanden om de batterij te sparen, die het mogelijk tot Kerstmis zou moeten volhouden.
Achter het laatste deurtje vindt u een weerstand met slechts 1 k
wordt de piëzo-schijf niet als luidspreker, maar als signaalsensor ingezet. Zodra de familie met voldoende inzet een kerstlied zingt, beginnen drie LEDs zacht te
knipperen, dat na verloop van tijd zwakker wordt en dan stopt. Dit feestelijke licht kan aan de kerstboom worden bevestigd. En als niemand meer wil zingen,
kan men een tak van de kerstboom aantikken, zodat de sensor het licht opnieuw start.

(bruin, zwart, rood). Op kerstavond zullen geen scheve klanken de stemming drukken, daarom



Informatie: De werkelijke sensor is de reeds van dag 13 bekende klopsensor met langzaam afnemende
uitgangsspanning. Hij voedt via een voorschakelweerstand van 1 k de drie LEDs, die aanvullend door drie OPVs
bestuurd worden. De echte nieuwheid van dit experiment is de faseverschuiver-oscillator met drie fasen. De
LEDs worden daarom achtereenvolgens en met zachte overgangen ingeschakeld.

Opdracht: Nu zijn 24 experimenten met succes opgebouwd, maar dat is nog lang niet het einde van de
mogelijkheden. Talloze andere circuits zijn mogelijk met de bestaande onderdelen. Verzin een eigen circuit, dat
zoveel mogelijk verschilt van alle gepresenteerde experimenten: 10 punten.