|
|
Elektronica basisUit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom
Dit artikel geeft een uitleg over enige passieve en actieve elektronica basiscomponenten.
De bruggelijkrichter (brugcel)
Er bestaan drie basisschakelingen, zie tekening 03: 1) de enkelfazige/enkelzijdige met één diode (zie fig. 1). Frequentie op de uitgang = 50 Herz. 2) de dubbelfazige/dubbelzijdige met twee diodes en een middenaftakking op de trafo (zie fig. 2). Frequentie op de uitgang = 100 Herz. 3) de dubbelfazige/dubbelzijdige met een bruggelijkrichter (zie fig. 3). Frequentie op de uitgang = 100 Herz. In dit voorbeeld gebruiken we een trafo met secundair een spanning van 12 volt wisselspanning (AC).
De dioden in fig. 1 en fig. 2 (zie afbeelding 03) moeten minstens een sperspanning hebben van twee × de topwaarde van de wisselspanning. Achter de gelijkrichter hebben we een pulserende gelijkspanning, daarom wordt een elco geplaatst (met grote capaciteit) om de rimpelspanning te verminderen. De onbelaste spanning achter de elco is 1,414 × de wisselspanning die op de ingang van de gelijkrichter staat, minus de drempelspanning over twee diodes (1,4 volt). Dus bij een ingangsspanning van 12 volt wisselspanning staat er op de elco een spanning van: (12 × 1,414) - 1,4 = 15,56 volt. In figuur 2 (zie tekening 03) geleidt afwisselend diode A of B. In figuur 3 (zie tekening 03) geleiden afwisselend de diodeparen A en A' of B en B'. Aan de rechterzijde van tekening 03 is de vorm van de uitgangsspanning weergegeven.
In tekening 04 ter verduidelijking van de werking nogmaals de schakeling uit figuur 2 hierboven. Tijdens de positieve fase van de netspanning geleidt diode A (zie fig. 1A) en tijdens de negatieve fase van de netspanning geleidt diode B (zie fig. 1B). Daar de netfrequentie 50 Herz is, en tijdens de negatieve én positive fase van de netspanning een diode in geleiding is, staat op de uitgang (+) een pulserende gelijkspanning met een frequentie van 100 Herz.
In tekening 05 ter verduidelijking van de werking nogmaals de schakeling uit figuur 3 hierboven (zie tekening 03). Tijdens de positieve fase van de netspanning geleiden de diodes A en A' (zie fig. 2A). Tijdens de negatieve fase van de netspanning geleiden diodes B en B' (zie fig. 2B). Daar de netfrequentie 50 Herz is, en er bij zowel de negatieve als de positieve fase van de netspanning twee diodes geleiden, staat op de uitgang (+) een pulserende gelijkspanning met een frequentie van 100 Herz. CoderingOp een brugcel staat een code: de B van bridge (brug), dan de maximale spanning: bijv. 40 volt, daarna de C van Current (stroom) in milliampère en daarachter de maximaal toelaatbare continu-stroom, in dit geval 2200 milliampère oftewel 2,2 Ampère (zie tekening 01). In tekening 06 is een bruggelijkrichter weergegeven met een maximale spanning van 40 volt en een maximale stroom van 5000 milliampère ofwel vijf ampère.
Er zijn ook typen waarop achter de C twee waarden aangegeven staan: bijv. C3300/2200. Het eerste getal is de maximaal toelaatbare continu-stroom, wanneer de brugcel op een voldoende groot koelelement gemonteerd is, én er koelpasta tussen de brugcel en het koelelement aangebracht is. Het tweede getal (achter de schuine streep) is de maximaal toelaatbare stroom, wanneer de brugcel vrij opgesteld is, dus zonder aanvullende koelingsmaatregelen. Afvlakking van de uitgangsspanning
Achter de gelijkrichter (dus op + en -) is een pulserende gelijkspanning (rimpelspanning genoemd) aanwezig, en daar is de meeste apparatuur niet voor ontworpen. Die apparatuur verwacht een behoorlijk afgevlakte spanning (gelijkspanning, met zo klein mogelijke rimpel). Daarom wordt over de plus en min van de gelijkrichter een elco met grote capaciteit geplaatst (zie tekening 07) om de rimpelspanning te verminderen c.q. af te vlakken. De uitgangsspanning noemt men daarom afgevlakte gelijkspanning. De waarde van de elco (aantal μF) is afhankelijk van de grootte van de uitgangsstroom.
Bij enkelzijdige gelijkrichting met één diode zal op de buffer-elco een grote rimpel staan. De uitgangsspanning bevat dan een rimpel die veel te groot is om gevoelige apparatuur te kunnen voeden (zie tekening 08). We kunnen deze rimpel nog wel verkleinen door een aantal zeer grote elco's parallel te schakelen, maar vanwege de ruimte die dit inneemt (en de kosten) gebruikt men voor het merendeel voedingen met bruggelijkrichter.
Bij dubbelzijdige gelijkrichting (d.m.v. een bruggelijkrichter) zal op de buffer-elco een veel kleinere rimpel staan, omdat de frequentie van het aantal pulsen nu verdubbeld is (zie tekening 09). De condensatorBij condensatoren onderscheiden we twee hoofdtypen. De gewone condensator, die niet gepolariseerd is (geen plus en min heeft), en de elektrolytische condensator (elco), die wèl gepolariseerd is (een plus en min heeft). In schema's wordt een gewone condensator aangegeven zoals afgebeeld in tekening 10.
Een condensator wordt gebruikt voor verschillende doeleinden, zoals ontstoring (bijv. op de elektromotor van een model-locomotief of model-treinstel). Dit type condensator heeft, zoals we hierboven al aangaven, geen polariteit, in tegenstelling tot de elco. Het maakt dus niets uit hoe we dit type condensator aansluiten. De waarde van een condensator wordt in farad als volgt aangegeven: nF, pF, μF en F. 1 μF = 1000nF = 1000000pf. μF= microfarad, nF = nanofarad en pF = picofarad. Hier volgt een tabel met een aantal codes:
Achter de cijfers kan een letter staan, deze duidt de tolerantie aan.
De diodeDe diode, die maar in één richting stroom doorlaat, wordt o.a. gebruikt voor gelijkrichting. Een diode heeft twee aansluitingen, de anode en de kathode. De stroom loopt van anode naar kathode door de diode. De anode is dus de pluszijde.
In tekening 13 staat het schema-symbool van de diode. Het streepje geeft de kathode aan. Ook op de behuizing is een streep afgedrukt. Deze streep geeft eveneens de kathode aan (zie tekening 14). Bij het zelfbouwen van modelspoor-elektronica worden de 1N4148, 1N4007, BYV28-200 of 1N5408 vaak gebruikt. De 1N4148 kan 150 milliampère verwerken bij maximaal 75 volt. De 1N4007 kan maximaal één ampère verwerken bij 1000 volt. De BYV28-200 kan maximaal drie ampère verwerken bij 200 volt en de 1N5408 kan maximaal drie ampère verwerken bij 1000 volt. De BYV28-200 is uitermate geschikt voor detectieschakelingen (vier diodes, in combinatie met een stuk geïsoleerde rails). De sperspanningDe hierboven vermelde spanningen betreffen de sperspanning van de diode. De sperspanning is de spanning die de diode in tegengestelde richting (dus niet in de doorlaatrichting) kan weerstaan. Wordt de spanning hoger, dan slaat de diode door en is onherstelbaar defect! De elektrolytische condensator (afgekort: elco)In schema's wordt een elco aangegeven zoals afgebeeld in tekening 15.
De elektrolytische condensator Deze naam werd in 1968 bij de firma Philips in Zwolle al afgekort tot elco (daar gebruikte men intern de term: "aluminium elco"). De elektrolytische condensator is ook een condensator, maar dan een condensator die leverbaar is met een zeer grote elektrische capaciteit, zoals 10000 μF of 33000 μF. Er zijn echter ook elco's leverbaar met kleinere waarden, zoals bijvoorbeeld 0,1 μF of 0,33 μF. De elco heeft een speciale eigenschap, hij is namelijk gepolariseerd (ook wel polair genoemd). Dat betekent dat de elco een positieve pool (de plus), en een negatieve pool (de min) heeft.
Er zijn twee hoofdtypen elco's te onderscheiden:
De waarde van een elco wordt in schema's in farad of microfarad aangegeven: 1 μF = één microfarad. Een elco met een waarde van één farad wordt als volgt aangegeven: 1F ofwel 1.000.000 μF. Bij waarden onder de één microfarad wordt het op deze manier aangegeven: er staat een μ-teken vóór de waardeaanduiding: μ47 = 0,47 μF. Een elco kan stroom opslaan (net als een accu) en wordt dan ook vaak voor dat doel gebruikt. De bekendste toepassing is het afvlakken van de gelijkgerichte spanning in voedingen ('afvlakken' betekent vermindering van de rimpelspanning) en bij led-verlichting in rijtuigen (led-strips) kunnen we de elco gebruiken om het knipperen van de leds tegen te gaan.
Pas op voor het kortsluiten van een elco. Bij een elco van 100μF kan al een stroom van 20 ampère gaan lopen! Elco's parallel schakelenWanneer u meer elco-capaciteit, stel 2000 μF i.p.v. 1000 μF, wilt hebben, dan kunt u twee elco's van 1000 μF parallel schakelen (plus van elco1 aan plus van elco2 en min van elco1 aan min van elco2). De twee elco's samen hebben dan een waarde van 2000 μF. Bij meerdere elco's parallel moeten de waarden bij elkaar opgeteld worden. Eén grote elco of meerdere kleinere elco's parallel maakt bij het modelspoor elektrisch gezien niet uit. De totale waarde is gewoon de som van alle elco's in parallelschakeling. Het kan, vanwege de beperkte ruimte in een rijtuig, handiger zijn om een aantal kleinere elco's parallel te schakelen omdat deze gemakkelijker weg te werken zijn.
De gloeilampEen gloeilamp is een lichtbron waarbij in een zuurstofarme glazen bol een gloeidraad door een elektrische stroom van een spanningsbron wordt verhit zodat deze licht gaat uitstralen. De gloeidraad bestaat uit het overgangsmetaal wolfraam dat een zeer hoge smelttemperatuur kent. De inschakel-piekstroom is funest voor gloeilampen (verkort de levensduur). In koude toestand is de weerstand van de gloeidraad erg laag. Op het moment van inschakelen loopt er een hoge stroomsterkte door de gloeidraad (bij benadering is die hogere stroomsterkte tijdens de eerste milliseconden het tien tot vijftienvoudige van de nominale stroomsterkte!). Pas wanneer de gloeidraad zijn normale werktemperatuur bereikt heeft, zal de gloeilamp de nominale (gespecificeerde) stroom opnemen (bijvoorbeeld 45 mA). Meer over de gloeilamp. De Goldcap
De GoldCap is een dubbellaags elektrolytische condensator. Vakterm: ELDC ofwel Electric Double Layer Capacitor. De GoldCaps hebben een maximale werkspanning van 2,3, 2,5, 2,7 3,6, 5,5 en 6,3 volt. De dubbellaags condensator is o.a. ook onder de namen PowerCaps, DynaCaps of GreenCaps in de handel. GoldCaps hebben een trage laad- en ontlaadtijd. Zie aanvullende informatie in het artikel GoldCaps. Toevoeging 27-12-2015: In een nieuwe datasheet van de fabrikant staat een grafiek met daarin de spanningen na 1 uur, 100 uur en 200 uur opladen. De JFET
De benamig JFET staat voor Junction Field Effect Transistor, in het Nederlands: Verbindings Veld Effect Transistor ('Verbinding' slaat op het feit dat de "gate" intern metallisch met de source/drain van de transistor verbonden is). Het is een unipolaire transistor met drie aansluitingen: de source (S), de drain (D) en de gate (G). De stroom loopt van "drain" naar "source". De JFET wordt o.a. in hoogfrequent apparatuur toegepast. De JFET noemt men unipolair, (in tegenstelling tot een gewone transistor, die bipolair is) omdat slechts één soort ladingsdrager (gaten of elektronen) deelneemt aan de stroom tussen source en drain. De spanning op de gate zorgt voor het sturen van de stroom van source naar drain. De JFET is namelijk spanninggestuurd, in tegenstelling tot een gewone transistor, die stroomgestuurd is. In tegenstelling tot een gewone transistor, loopt bij een JFET dus geen stroom van betekenis door de gate, zoals door de basis van een transistor. Pas op! Een JFET is gevoelig voor elektrostatische lading (ESD)! De ledZie het artikel Wat is een led.
De led (de Engelse afkorting LED betekent: Light Emitting Diode'; in het Nederlands: 'Licht uitstralende diode') is een diode (die maar in één richting stroom doorlaat), maar wel een bijzondere: in doorlaatrichting aangesloten, zendt de led licht uit. De led heeft, net als een gewone diode, twee aansluitingen, de anode en de kathode. In afbeelding 21 ziet u het schema-symbool van de led. Het streepje geeft de kathode aan. Bij de standaard leds is één aansluitpen langer dan de andere. De langste pen geeft de kathode aan. Ook zijn er leds die aan de behuizing een plat vlakje hebben. Ook dit geeft de kathode aan. Een led werkt anders dan een gewone gloeilamp, en heeft daarom een serieweerstand/serieweerstand nodig om de stroom door de led te beperken tot een veilige waarde. De drempelspanning van de ledDe drempelspanning is ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3,6 volt voor (warm) witte, blauwe en high efficiency groene leds. Wilt u het exact weten, dan kunt u deze waardes vinden via Google in de datasheet De doorlaatrichtingEen led wordt altijd in de doorlaatrichting aangesloten. Dus, plus van de voedingsspanning, via een serieweerstand, aan de anode en de min van de voedingsspanning aan de kathode. Zie ook het artikel Het aansluiten van leds. De duoledEr bestaan ook tweekleurige leds (ook wel bi-colorleds genoemd), dit zijn twee leds met verschillende kleur in één behuizing. De leds kunnen antiparallel geschakeld zijn en de duoled heeft dan 2 aansluitdraden, of met een gemeenschappelijke kathode of anode, de duoled heeft dan 3 aansluitingen. Verschillende kleurcombinaties zijn mogelijk. AandachtspuntenEen led werkt fundamenteel anders dan een gloeilamp;
Regelen van de stroomsterkteDat regelen van de stroomsterkte wordt gedaan met een serieweerstand (vroeger voorschakelweerstand genoemd), die een bepaalde waarde (aantal Ω) moet hebben. We moeten dus altijd een serieweerstand toepassen om de stroom te beperken tot een veilige waarde. Wanneer geprobeert wordt om de lichtsterkte van een led te regelen door de spanning over de led te variëren (hoger of lager te maken), dan raakt de led binnen de kortste keren defect, omdat, bij het verhogen van de spanning, de stroom door de led plotseling veel te hoog wordt (=zeer snel toeneemt)! Instellen op nominale stroomsterkteDe meest toegepaste leds zijn die met een maximale Ifw van 20 milliampère. Die 20 mA is dan de aanduiding voor de maximale continuestroom (in doorlaatrichting) die ze mogen hebben. Het is dus niet zo dat (zoals velen denken) die 20 mA ook de voorgeschreven stroomsterkte is. Het mag gerust minder. Een vuistregel is, om uit te gaan van een stroom van 8 tot 10 mA. Veel leds geven namelijk al een behoorlijke hoeveelheid licht bij veel lagere stromen dan 20 mA. Hier is te zien (het gaat om de vijfde en zesde afbeelding vanaf de bovenzijde), dat een bepaald type led bij een stroom van één mA al behoorlijk wat licht geeft, en zelfs bij een stroom van 80 microampere (tachtig/duizendste ampère!) nog licht uitstraald. KnipperledEen knipper-led is een led met extra elektronica (een timer) ingebouwd, die er voor zorgt dat de led knippert. Testen van ledsTip van Klaas Zondervan: testen op de diodestand van je multimeter. De meeste leds gaan dan branden, als je de plus en de min goed aansluit. (rode draad van de multimeter aan lange draad van led). De MOSFET
De benamig MOSFET staat voor Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Het is een unipolaire transistor, met drie aansluitingen: de "source" (S), de "drain" (D) en de "gate" (G). De stroom loopt van drain naar source. De MOSFET wordt o.a. in decoders toegepast. De MOSFET noemt men unipolair, (in tegenstelling tot een gewone transistor, die bipolair is) omdat slechts één soort ladingsdrager (gaten of elektronen) deelneemt aan de stroom tussen source en drain. De spanning op de gate zorgt voor het sturen van de stroom van source naar drain. De MOSFET is namelijk spanninggestuurd, in tegenstelling tot een gewone transistor, die stroomgestuurd is. Een ander verschil met een gewone transistor is, dat er bij een MOSFET geen stroom van betekenis door de gate loopt, zoals door de basis van een transistor.
De NTC
De NTC is een weerstand die op temperatuur(verandering) reageert. De afkorting staat voor: Negatieve Temperatuur Coefficiënt. Wanneer de NTC koud is, heeft deze een hoge weerstandswaarde. Bij verwarming (temperatuurstijging) neemt de weerstandswaarde af. NTC's worden onder andere gebruikt bij temperatuurmetingen. De OpAmp
Een OpAmp (Operational Amplifier) zoals bijv. de μA741 (zie tekening 24) heeft een inverterende ingang (in het schema aangeduid met een minteken) en een niet-inverterende ingang (in het schema aangeduid met een plusteken, zie tekening 25). De OpAmp heeft de eigenschap dat hij het verschil tussen de spanningen op zijn ingangs-pinnen als uitgangsspanning zal willen geven (de uitgangsspanning kan uiteraard echter niet hoger dan de voedingsspanning worden). De spanning op de inverterende ingang, zal geïnverteerd naar buiten gebracht worden.
Om de uitgangsspanning precies op nul volt af te kunnen regelen, (wanneer de beide ingangen op gelijk potentiaal staan), zijn de offset-ingangen aanwezig.
Door middel van een potentiometer kunnen we de uitgang precies op nul instellen (zie schema 25). Een zeer bekende OpAmp is de μA741. De optocoupler
De optocoupler dient om twee cirquits elektrisch te scheiden, zodat er geen galvanische koppeling tussen beiden is. Wordt bijvoorbeeld gebruikt om een gedeelte van schakeling waarop netspanning aanwezig is, van het laagspannings gedeelte te scheiden. Door hier gebruik te maken van een optocoupler kunnen we veilig signalen overdragen van het ene naar het andere circuit. Bij de modelbaan wordt de optocoupler vaak gebruikt om de elektronica (zoals bijv. S88-printen en wisselaansturings-printen) van de digitale railspanning gescheiden te houden. Veelgebruikte optocoupler zijn hier de ILQ620, LTV814, LTV844 en PC 814. Dit zijn AC optocouplers, bedoeld voor wisselspanning op de ingang. De PC817 is een vaak toegepaste DC optocoupler, bedoeld voor gelijkspanning op de ingang. De potentiometerDe potentiometer (vaak afgekort tot 'potmeter') is een weerstand die instelbaar of regelbaar is.
Een potmeter heeft een sleper die over een koolbaan (of een draadgewonden weerstand) glijd. Er bestaan draaipotmeters (onderverdeeld in instelbare en continu regelbare typen) en schuifpotmeters. Het draaibare type, de gewone potmeter (zie: schemasymbool B midden in tekening 30 en afbeelding 31), heeft een as, waarop een knop gemonteerd kan worden (zie bijvoorbeeld de volumeregelaar op een audio-versterker. De instelpotmeter (zie schemasymbool A links in tekening 27 en afbeelding 28) heeft een gleuf of kruisvormige opening in het centrum, waar een schroevendraaier in past om de potmeter in te kunnen stellen. Dit type treffen we aan op printen, en deze dienen bijvoorbeeld voor het instellen van spanningen. De instelpotmeter wordt dan als variabele spanningsdeler toegepast (zie schemasymbool C rechts in tekening 28). De spanning op de sleper (het middencontact) kan hiermee op elke gewenste waarde tussen de voedingsspanning en de massa ingesteld worden. Bij draai-potmeters maakt men ook nog een onderscheid tussen lineaire of logaritmische typen. Bij het lineaire type wordt dit aangegeven met de letter B op de behuizing. Bij het logaritmische type staat de letter A op de behuizing. Heel vroeger kwamen ook typen voor met lin of log op de behuizing (zie: potentiometer bij 'Meer informatie'). Er zijn uitvoeringen die geschikt zijn voor printmontage en met soldeerogen voor het aansolderen van draden.
De PTC
De PTC is een weerstand die op temperatuurverandering reageert. Het relaisEen relais is een door een elektromagneet bediende schakelaar. Het is een eenvoudige en veelgebruikte component in elektrische en elektronische schakelingen. Een relais bestaat uit de volgende onderdelen:
Een relais heeft minimaal één moedercontact, aangegeven met C, dit is de afkorting van Common ofwel gemeenschappelijk) en één schakelcontact, aangegeven met NO, dit is de afkorting van Normally Open (ofwel in ruststand geopend). De meeste relais zijn voorzien van omschakelcontacten. Bij het verbreekcontact staat dan NC, dit is de afkorting van Normally Closed (ofwel in rusttoestand gesloten). In afbeeldingen 34 en 35 (zie onder) is weergegeven hoe dit in schema's wordt aangegeven. Hoe werkt een relais?De elektromagneet in het relais bestaat uit een stuk weekijzer (A) met daaromheen een groot aantal windingen van dun gelakt koperdraad (B), zie tekening 34. De lak om het koperdraad voorkomt dat de windingen onderling kortsluiting maken. Wanneer op de aansluitdraden van de spoel (S) een voldoende hoge spanning wordt gezet, ontstaat in- en om de spoel een magnetisch veld. Dit veld zal het weekijzer in/om de spoel magnetiseren. Door de magnetische trekkracht wordt het weekijzeren anker door de elektromagneet aangetrokken. Zodra er een voldoende hoge spanning aanwezig is over de spoel, zal het relais dus 'aantrekken' (inschakelen of omschakelen afhankelijk van het type relais). Zodra de stuurspanning wegvalt, zal het magnetisch veld wegvallen en het relais in de ruststand terugspringen door het veermechanisme (V). DC of ACStaat er een = symbool op de spoel, dan is de relaisspoel bedoeld voor gelijkspanning (DC). Staat er een ~ symbool op de spoel, dan is de relaisspoel bedoeld voor wisselspanning (AC). Gelijkspanningrelais
Bij een gelijkspanningrelais (zie tekening 32) veroorzaakt de stroom in de kern (het weekijzeren gedeelte waar de spoel omheen gewikkeld is) een (magnetische) Noord- en Zuidpool. In het weekijzeren anker, waaraan de contacten van de schakelaar bevestigd zijn, ontstaan ook een Noord- en Zuidpool, zodat het anker wordt aangetrokken door de kern met spoel. Het spoelvermogenSommige fabrikanten geven in hun datasheet aan welk maximale spoelvermogen het relais kan verdragen. Vaak staat er dan bijvoorbeeld: maximale spoelvermogen 130% van het nominale vermogen. Wanneer dan een relais ontworpen is voor nominaal 12 volt gelijkspanning en de spoelweerstand bijv. 270 Ω mag er maximaal 13,7 volt op de spoelaansluitingen staan volgens de onderstaande berekeningen: UNom = 12 volt R = 270 ohm.
(de berekening van het spoelvermogen is beschikbaar gesteld door Klaas Zondervan). Het wisselspanningrelais
Bij een wisselspanningrelais (zie tekening 33) gebeurt precies hetzelfde. Alleen wisselt hier de polariteit van de spanning 50× per seconde (50 Herz). Daardoor trilt het weekijzeren anker 100 keer per seconde, aangezien het zowel op het positieve, als het negatieve deel van de sinus wordt aangetrokken. Bij de polariteitwisseling ontstaat ook even een nuldoorgang van de stroom. Op dat moment is de magnetische aantrekkingskracht even weg en zou het anker meteen weer afvallen. Om dat te voorkomen is een koperen plaatje in de vorm van een gesloten winding (zie fig. A op tekening 33) op de kern aangebracht. Wanneer het magnetisch veld het grootst is, gaat er in dat koper een kortsluitstroom lopen. Die stroom wekt weer een klein magnetisch veld op, dat zijn eigen ontstaan tegenwerkt. Gevolg hiervan is, dat er een beetje stroom loopt door het koperen plaatje bovenaan de kern als de stroom van de spoel door nul gaat. De aantrekkingskracht van de grote spoel is even nul, maar op dat moment is er wel een aantrekkingskracht, die veroorzaakt wordt door de stroom door het koperen plaatje. Hierdoor valt het anker niet af en ontstaat er geen trilling van het anker. Bij een wisselspanningrelais is de kern vaak opgebouwd uit stripjes weekijzer. Dit wordt gedaan om wervelstromen in de kern te voorkomen. Aantrekspanning en houdspanningEen relais heeft een aantrekspanning en een houdspanning. De aantrekspanning is de spanning waarbij het relais volledig aantrekt (of omklapt). Voor het aantrekken van het anker is veel meer elektrische energie nodig dan voor het vasthouden van het anker tegen de kern. Dit komt doordat er een magnetische weerstand van de luchtspleet én de spanning van de trekveer overwonnen moeten worden. De houdspanning, dit is de spanning waarbij het relais nog net niet terugveert en het contact niet verbroken wordt, is lager. Aanduidingen op een relaisOp een relais wordt vaak aangegeven wat de spoelspanning is, voor welke soort stroom het bedoeld is (AC of DC), en wat het maximaal te schakelen vermogen (spanning × stroom) is. Staat er niets aangegeven, dan kunt u vaak aan de hand van het typenummer op het relais bij de fabrikant het datasheet (gegevensblad) bekijken. Op het relais staat bijvoorbeeld: 12V~1A230V~ of 12VAC1A230V~, dit betekent dat de spoel ontworpen is voor 12 volt wisselspanning (AC), en de contacten maximaal één ampère mogen schakelen bij 230 volt AC. 24V=2A230V~ of 24VDC2A230V~, dit betekent dat de spoel ontworpen is voor 24 volt gelijkspanning (DC), en de contacten maximaal twee ampère mogen schakelen bij 230 volt AC. Staat er bij de gegevens '1 × om', ('om' is de afkorting van omschakelen) dan betekent dit dat er één contact in het relais zit dat omschakelt. Staat er bij de gegevens '2 × om', dan betekent dit dat er twee contacten in het relais zitten die gelijktijdig omschakelen, enz. Ook kan, inplaats van de aanduiding '1 × om' of '2 × om', de Engelse methode gebruikt zijn. Dan geeft de fabrikant met een code aan wat voor soort relais het is, zoals:
Er bestaat nog een andere codering:
Soorten relaisEr zijn twee hoofdsoorten relais:
Monostabiel relais
De standaarduitvoering is een monostabiel relais. Dit is een type relais dat tijdens de bekrachtiging in één stand wordt gehouden, maar zonder bekrachtiging (dus zodra de stuurspanning wegvalt) in de ruststand terugspringt door het veermechanisme. Bistabiel relais
Een bistabiel relais is een relais met twee standen, dat na de bekrachtiging in de geschakelde stand blijft. Daardoor blijven de contacten staan in de stand waarin ze geschakeld worden, ook na het uitschakelen van de stuurspanning. Een bistabiel relais is voorzien van twee spoelen, de 'set'- en de 'reset'-spoel. Het vasthouden van het anker in één van de twee posities kan mechanisch of m.b.v. een kleine permanente magneet geschieden. Wanneer worden relais gebruikt?Relais worden overal ingezet op die plaatsen waar een hoge stroom geschakeld moet worden. Om de volgende redenen wordt gebruik gemaakt van een relais i.p.v. een schakelaar:
Wanneer u een relais gebruikt met lage spoelspanning (12 of 24 volt), volstaan dunne draden (0,14 mm² als aanstuurbedrading van de lichte enkelpolige schakelaar naar het relais. De dikkere draden lopen van de voeding naar het schakelcontact van het relais en vanaf het het schakelcontact van het relais verder naar de verbruiker (bijv. een wisselspoel). U kunt dus gebruikmaken van een kleine schakelaar (bijv. Conrad bestelnr: 701070 - 89), die gemakkelijk ergens in te bouwen of te plaatsen is, en toch een hoge stroomsterkte schakelen. VonkblussingWanneer u een relais gebruikt om een trafo in- of uit te schakelen, ziet u vaak vonken tussen de relaiscontacten, wanneer het relais uitschakelt. In dat geval is de trafo de schuldige. De spoel van de trafo probeert namelijk de stroom zo lang mogelijk te laten lopen door het circuit, met name op het moment van uitschakelen, waardoor er tussen de contacten een vonk ontstaat. Bij nieuwe relais die wisselspanning moeten schakelen, wordt daarom vaak een 'blusnetwerkje' gemonteerd over de contacten, zodat deze een langere levensduur hebben. Zo'n blusnetwerkje (in het Engels 'snubber') bestaat uit een weerstand en een condensator, die in serie geschakeld zijn. Dat blusnetwerkje zorgt er voor dat de stroom die door de schakelaar wil, na het uitschakelen omgeleidt wordt. Voor de weerstand wordt meestal een waarde van 100 tot 330 Ω gebruikt en voor de condensator een waarde van 0,1 µF/400V= of zelfs 0,1 µF/630V=. Af fabriek zijn kant-en-klare vonkblussers leverbaar waarbij de weerstand en de condensator ingegoten zijn in een kleine behuizing. Bij relais die gelijkspanning moeten schakelen wordt vaak een diode-netwerkje gebruikt. Het reed-contactZie: artikel 'Wat is een reed-contact' De Schottky diode
De Schottky diode (genoemd naar de Duitser Walter H. Schottky) kenmerkt zich door een lage doorlaatspanning. Bij de BAT85 is deze spanning zelfs extra laag. Dit type is een diode voor snelle schakeltoepassingen, hetgeen betekent dat de hersteltijd zeer kort is. Bij de BAT85 is deze hersteltijd maar vijf nanoseconden, in tegenstelling tot gewone diodes, die een hersteltijd van 100 tot meerdere 100en nanoseconden hebben. Bij de BAT85 is de maximale doorlaatstroom 200 milliampère. Piekstroom gedurende minder dan een seconde: 600 milliampère. Doorlaatspanning bij 1 milliampère: 320 millivolt. Bij <10 milliampère: 400 millivolt. Bij <30 milliampère: 500 millivolt. Bij 100 milliampère: 500 millivolt, tot een max. van 800 millivolt bij 200 milliampère. De smoorspoel
De functie van een smoorspoel is, om hoogfrequente stoorsignalen tegen te houden, zoals bijvoorbeeld in televisies, radio's en mobiele telefoons e.d. Ook worden ze gebruikt voor laagfrequente filtering, zoals bij scheidingsfilters voor luidsprekers. Op de foto ziet u de 'klassieke' onstoring, met parallel aan de motoraansluitingen (de koolborstels) een condensator, en twee spoelen tussen de beide motoraansluitingen en de stroomafnemers. De meeste smoorspoelen zijn duidelijk als spoelen herkenbaar, maar op de afbeelding zien ze er uit als weerstanden. Aan de hand van de kleurringen kunnen we zien dat de waarde 100 eenheden is (bruin-zwart-bruin). Die heten niet ohm, maar microhenry (μH). Hier hebben de spoelen dus een waarde van 100 μH. Houdt u er maar eens een weerstandsmeter tegen, dan zult u zien dat de weerstand veel minder is dan 100 ohm, waarschijnlijk zelfs minder dan één ohm. De smoorspoelen dienen dus samen met de condensator (dat blauwe knobbeltje) voor de ontstoring. Bij het aansluiten van een locdecoder op de ontstoorschakeling, dient de condensator over de koolborstels verwijderd te worden. De reden hiervoor is, dat de condensator de hoge frequenties van de motorregeling kortsluit, waardoor de motorregeling niet goed werkt (en de decoder slecht af te regelen is). Zie ook het artikel Stappenplan decoderinbouw bij 'Meer informatie'. De spanningsregelaar
Een spanningsregelaar kan een vaste of een instelbare uitgangsspanning hebben. Bekende typen zijn de 78xx-serie voor positieve uitgangsspanning en de 79xx-serie voor negatieve uitgangsspanning. (op de plaats van de xx staat de spanning afgedrukt). Deze spanningsregelaars kunnen doorgaans een stroom van 1 of 1,5 ampère verwerken (mits we zorgen voor afdoende koeling). De standaard spanningsregelaar moet altijd een ingangspanning (dit is de spanning over de buffer-elco) krijgen die minimaal drie volt hoger is dan de gewenste uitgangsspanning. Het gaat bij deze minimale spanning om de voedingspanning minus rimpel (zie voor nadere info: 'Voedingsberekeningen'). Dit is noodzakelijk voor het goed kunnen regelen van de uitgangsspanning. Ook is er een maximum gesteld aan de ingangsspanning. Het is wel raadzaam om geen al te hoge spanning op de ingang te zetten, daar er dan behoorlijke warmteverliezen optreden, waardoor we verplicht een grotere koelplaat of koelvin moeten toepassen. Het beste is een 2,5 tot 5 volt hogere spanning dan de uitgangsspanning. Het is dus altijd noodzakelijk om in de datasheet van de fabrikant te kijken wat de hoogte van de betreffende spanningen mag/moet zijn. Voorbeelden: Hebt u meer stroom nodig, dan neemt u het twee-ampère type (78Sxx) of het drie-ampère type (78Txx). Het Low Drop typeBij het Low Drop-type moet op de ingang minimaal 1 volt (bij de KA78R12) tot 1,5 volt (bij de LT1086-12) meer staan (aanwezig zijn), dan de uitgangsspanning. Voorbeelden: Hebben we meer stroom nodig dan nemen we het twee-ampère 'Low Drop'-type (KA278Rxx) of het drie-ampère 'Low Drop'-type (KIA378Rxx). Hier het bassisschema voor de stabilisatieschakeling:
Component Ca is de afvlakelco. Vin is de spanning vanaf de afvlakelco na de gelijkrichter. Ci dient geplaatst te worden indien de afstand tussen de buffer-elco en het IC meer dan tien cm is. Deze dient ter onderdrukking van oscillatieverschijnselen. Co dient ter verbetering van de stabilisatie-eigenschappen bij snel wisselende belastingen en dient zo dicht mogelijk bij het IC geplaatst te worden. Veel fabrikanten raden aan om voor Ci en Co tantaalelco's te gebruiken (auteur dezes doet dat zelf (indien mogelijk i.v.m de hoogte van de aanwezige spanning) ook altijd). De minimale waarde van Ci en Co staat meestal vermeld in de datasheet van de fabrikant. Zoniet, dan neemt u voor Ci een 10μF tantaal of een 22μF aluminium-elco en voor Co 47μF tantaal of een 100μF aluminium-elco. De waarde van de afvlak-elco (Ca) achter de gelijkrichter kunnen we berekenen. Het verdient ten zeerste aanbeveling om tussen ingang en uitgang van het IC een diode op te nemen (zie schema 43). Deze diode zorgt er voor dat, wanneer de spanning op de ingang wegvalt, er geen stroom (vanuit een elco groter dan 1000μF in tegengestelde richting door het regel-IC (de regelaar) gaat lopen, want dan bestaat de grote kans dat de regeltransistor in het IC doorslaat of beschadigd raakt. De tantaal-elco
Bij een tantaal-elco wordt voor het diëlektricum gebruik gemaakt van tantalium(V)oxide (Ta2O5).
In schema's wordt hetzelfde symbool toegepast als voor de aluminium-elco. In de onderdelenlijst wordt het echter specifiek aangegeven, wanneer er een tantaal-elco wordt toegepast. De transistor
De benaming "transistor" is een samentrekking van het Engelse "TRANSfer" en "resISTOR". In 1947 werd de transistor ontdekt door de heren Shockley, Bardeen en Brittain tijdens experimenten met het materiaal Germanium. Vòòr die tijd gebruikte men Germanium voor het maken van diodes. De eerste transistor had ongeveer de afmetingen van een golfbal. Veel electronici gebruiken de afkorting 'tor'. Er bestaan twee hoofdsoorten transistoren: NPN en PNP. Bij een NPN-tor is de aansluiting: Vcc - Belasting - NPN-tor - Massa (zie fig.1 en fig.2 hieronder) Bij een PNP-tor is de aansluiting: Vcc - PNP-tor - Belasting - Massa (zie fig.3 en fig.4 hieronder) De NPN-transistor is iets gemakkelijker te produceren en is daarom goedkoper. De NPN-transistor wordt daarom het meest gebruikt.
In fig.1 en fig.2 in schema 44 ziet u de spanningsniveau's bij een NPN-transistor. Wanneer we de ingang aan de massa leggen, dan spert T1 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de voedingsspanning (fig.1). Wanneer we de ingang aan de voedingspanning leggen, spert T2 en ligt de uitgang op bijna hetzelfde niveau als de massa (fig.3).
Het schakelprincipe in afbeelding 45 wordt veel gebruikt bij het schakelen van leds en relais.
Wanneer we bij een PNP-transistor (zie fig.3 en fig.4 in schema 45) de Basis aan een positieve spanning leggen, dan spert de transistor en zijn de leds gedoofd (fig.3). Leggen we de basis aan een negatieve spanning, dan geleidt de transistor en branden de leds (fig.4). In het geval dat we ruimte willen besparen op de print, kunnen we inplaatst van de normale versie ook de SMD-uitvoering, zoals in afbeelding 46, toepassen.
De Darlington-transistor
Een darlington-transistor of kortweg darlington, is een schakeling van twee in cascade gekoppelde transistoren in één behuizing. Deze dubbele transistor-configuratie werd in 1953 bedacht door de Amerikaanse elektrotechnicus Sidney Darlington. De stroomversterkingsfactor (hfe) van een darlington-transistor is bij benadering het product van de stroomversterkingsfactoren van de twee afzonderlijke transistoren, zodat een darlington een zeer grote stroomversterkingsfactor heeft. Er zijn darlingtons zonder- en mét ingebouwde weerstanden. Ook zijn er darlingtons zonder- en mét ingebouwde beveiligingsdiode. In afbeelding 50A is het inwendige schema van een BD 678 (PNP-type) weergegeven, met weerstanden en beveiligingsdiode. In afbeelding 50B is het schemasymbool van de Darlington (PNP-type) weergegeven. De varistorDit is een weerstand waarvan de waarde varieert met de spanning die wordt aangelegd over de weerstand (zie ook VDR). De VDR
De VDR (Voltage Dependent Resistor (=spannings afhankelijke weerstand), ook wel varistor genoemd) is een weerstand die op spanningsverandering reageert. Bij een lage spanning gedraagt de VDR zich als een gewone weerstand. Bij toenemende spanning neemt de weerstandswaarde af. Wordt ook gebruikt als beveiliging tegen te hoge spanningen. VoedingsberekeningenBij een zelfbouwvoeding moeten we een aantal berekeningen maken. Hieronder is één-en-ander uitgelegd. We gaan een voeding maken met daarin een spanningsregelaar μA7812. De voeding moet één ampère kunnen leveren. Vuistregel voor de rimpelspanning is max. drie volt. Er wordt een bruggelijkrichter gebruikt, dus de frequentie van de gelijkgerichte spanning is 100 Herz. Eén periode duurt dus 0,01 sec. Met deze gegevens kunnen we de grootte van de buffer-elco berekenen. Dat doen we met de volgende formule: In het Fairchild Datasheet staat: Citaat>> Het laagste punt van de rimpelspanning (zie lijn B in grafiek 49) moet dus ten allen tijde hoger liggen, dan de door de fabrikant aangegeven minimum ingangsspanning. Dan zijn we er zeker van dat de stabilisator ten allen tijde een voldoende hoge ingangsspanning krijgt en stabiel werkt.
In grafiek 49 is de vorm van de spanning over de buffer-elco aangegeven.
Bij A is de Top-Top spanning aangegeven. Aan de grafiek is te zien dat hier een rimpelspanning van drie volt aanwezig is. Het gaat er nu om dat de spanning aan de onderzijde van de rimpel (aangegeven met de oranje lijn bij B) voldoende hoog is. Nu kunnen we berekenen hoeveel spanning de trafo secundair moet kunnen leveren: Nu moeten we de werkspanning van de toegepaste elco berekenen; Uwerkspanning = Ubrug x 2 ofwel Uwerkspanning = 18,9 × 2 = 37,8 volt. We nemen nu de eerstvolgende standaard waarde die in de handel is, namelijk 50 volt.
Wanneer de afvlakelco (zie Ca in schema 50) zich op meer dan tien cm afstand van de μA7812 bevindt, moet volgens advies van de fabrikant -Ci is required if regulator is located an appreciable distance from power Supply filter- een tantaalelco (Ci) van 10μF in de onmiddelijke nabijheid van de μA7812 gemonteerd worden. De koelingWe gaan eerst berekenen hoeveel vermogen het IC moet dissiperen. Dat doen we met de formule: Uin - Uuit × Imax Nu moet berekend worden of er een koelplaat noodzakelijk is. Dat doen we met de formule: Pt = (Tj-Ta) / Rj-a. We hebben hierboven berekend dat het te dissiperen vermogen 7 watt is en het IC zonder koelplaat maar 2 watt kan verwerken. Het IC moet dus gekoeld worden. Er moet nu berekend worden wat de thermische weerstand van de koelplaat moet zijn. We berekenen de thermische weerstand (Rhs-a) voor de koelplaat met de formule: Rhs-a = (Tj - Ta / Pt) - (Rj-c) - (Rc-hs). Tj is de maximaal toegestane chiptemperatuur volgens de datasheet, meestal 150°C. Zetten we de waarden in de formule dan krijgen we: Rhs-a = (150 - 40)/ 7 - 6 - 0,5 ofwel 110 / 7 - 6,5 ofwel 15,71 - 6,5 = 9,2°C/W Nu willen we weten wat er gebeurt wanneer we de max. chiptemperatuur verlagen naar 125°C: Tj is de maximaal toegestane chiptemperatuur volgens de datasheet, meestal 125°C. Zetten we deze waarden in de formule dan krijgen we: Rhs-a = (120 - 40)/ 7 - 3 - 0,5 ofwel 80 / 7 - 3,5 ofwel 11,42 - 3,5 = 7,9°C/W De weerstandDe waarde van een weerstand wordt aangegeven in ohm, met het symbool Ω. In schema's wordt het symbool gebruikt zoals aangegeven in tekening 54. Een weerstand heeft geen polariteit, dus het maakt niets uit hoe u een weerstand aansluit.
Typen WeerstandenDe weerstand bestaat in meerdere typen:
WeerstandcoderingIn schema's worden afkortingen voor de waarden gebruikt. Zouden we alle weerstandwaarden voluit in het schema noteren, dan zou het schema onleesbaar worden. De waarden worden aangegeven met een hoofdletter, zoals de T voor Terra ohm en de M voor Mega ohm, behalve de kΩ, die wordt als 'k' geschreven. Bij waarden van 1000 ohm en hoger gaat het zo: 1000 ohm = 1k, 4700 ohm = 4k7, 12000 ohm = 12k, 1000000 ohm = 1M, 3300000 ohm = 3M3 enz. Bij waarden onder de 1000 ohm wordt een R achteraan de waarde toegevoegd; zo wordt 56 ohm geschreven als 56R, en 720 ohm als 720R. Bij waarden onder de één ohm wordt het op deze manier aangegeven: er staat een R vòòr de waardeaanduiding: R47 = 0,47 ohm. Wanneer de letter R tussen de cijfers staat hebben we te maken met een weerstand met achter de komma een decimale waarde, bijvoorbeeld 1R8 = 1,8 Ω (vroeger werd bij de firma Philips de letter E gebruikt in plaats van de R. Een weerstand van 6E8 is dus hetzelfde als 6R8 en heeft dus een waarde van 6,8 Ω). E-ReeksenWeerstanden zijn ingedeeld in E-Reeksen. Een E-reeks is een vastgelegde, uniforme reeks van waarden. De volgende E-reeksen zijn in de handel: E6, E12, E24, E48, E96 en E192. In de E12-reeks (standaard waarden met 10% tolerantie) komen de volgende waarden voor: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82. Tot deze reeks behoren b.v. de waarden 12 ohm, 220 ohm, 33 kΩ, 560 kΩ enz. Grenswaarden van de E12-reeks
In de E24-reeks (weerstanden met 5% tolerantie) komen de volgende waarden voor: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. Tot deze reeks behoren b.v. de waarden 11 ohm, 240 ohm, 36k, 510k enz. Over de E-reeksen is in de WikiPedia en via Google uitgebreidere informatie te vinden. Kleurcodering van weerstandenWeerstanden zijn voorzien van een gestandaardiseerde code in de vorm van gekleurde ringen.
Bij koolfilm-weerstanden staan vier ringen op de weerstand.
Bij metaalfilm-weerstanden staan vijf (en soms zes) ringen op de weerstand.
We moeten de weerstand met de ringen aan de linkerzijde vasthouden (zie tabel 54). Daarna kunnen we aan de hand van de kleurcode de waarde achterhalen. Bij het berekenen van weerstandswaarden dient u altijd af te ronden naar de eerstvolgende verkrijgbare hogere waarde, zie Tolerantie. De ZenerdiodeZenerdioden zijn genoemd naar C.M. Zener, een Amerikaanse natuurkundige, die het zener-effect ontdekte. De zenerdiode heeft, net als de gewone diode, een kathode en een anode. Op de behuizing zit een ring die de kathodezijde aangeeft. Er bestaan gewone zenerdioden, maar ook zenerdioden die het zgn. "avalanche" (Engels) of lawine-effect hebben. Bij de laatste typen neemt de inwendige weerstand plotseling sterk af van enkele tientallen Mega ohm tot ongeveer 100 ω wanneer ze in geleiding komen (c.q. doorslaan).
De zenerdiode wordt normaliter aangesloten in sperrichting. Er bestaan echter ook zenerdiodes voor lage spanningen (lager dan twee volt), die in doorlaatrichting aangesloten dienen te worden. Zodra de aangelegde spanning boven de doorslagspanning (zenerspanning) komt, gaat de zenerdiode geleiden. De spanning over de zenerdiode blijft dan redelijk constant. Zenerdiodes zijn niet bruikbaar bij wisselspanning. Mocht u denken dat u eventueel met twee- of meer tegengesteld geschakelde zenerdiodes bijv. de motorsnelheid zou kunnen temperen, dan komt u bedrogen uit. Daar een zenerdiode in tegengestelde stroomrichting als gewone diode werkt, zal er dus bij twee antiparellel staande zenerdiodes (van bijv. 12 volt) in beide richtingen nooit meer dan 0,6 volt over de zenerdiodes komen te staan. Zenerdiodes zijn dus alleen toepasbaar bij gelijkstroomtoepassingen. De tolerantie
Bovenstaande is de reden dat de elektronicus bij het berekeningen van weerstandswaarden altijd afrond op de eerstvolgende hogere waarde. Dan hoeft hij zich over de tolerantie geen zorgen te maken. Meer informatie
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
