Impressum

© 2011 Franzis Verlag GmbH, 85586 Poing

www.elo-web.de

Auteurs: Thomas Riegler en Burkhard Kainka

ISBN 978-3-645-10062-5

Geproduceerd in opdracht van Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1, D-92240 Hirschau

Alle rechten voorbehouden, ook op fotomechanische weergave en opslag in elektronische media. Het aanma-

ken en verspreiden van kopieën op papier, op informatiedragers of op het internet, speciaal als PDF, is slechts

met uitdrukkelijke toestemming van de uitgeverij toegestaan en overtredingen worden strafrechtelijke ver-

volgd. De meeste productomschrijvingen van hardware en software en van bedrijfslogo’s, die in dit werk wor-

den genoemd, zijn over het algemeen tevens geregistreerde handelsmerken en moeten als zodanig worden

behandeld. Bij productomschrijvingen volgt de uitgeverij in beginsel de schrijfwijzen van de fabrikanten. Alle

in dit boek gepresenteerde schema’s en programma’s zijn met de grootst mogelijke zorg ontwikkeld, gecontro-

leerd en getest. Niettemin is het niet mogelijk fouten in het boek en in de software volledig uit te sluiten. De

uitgeverij en de auteurs aanvaarden geen enkele aansprakelijkheid voor foutieve vermeldingen en de gevolgen

daarvan.

Elektrische en elektronische apparaten mogen niet via het normale huisvuil worden verwijderd! Verwijder het

product aan het einde van zijn levensduur volgens de geldende wettelijke bepalingen. Er zijn verzamelpunten

opgezet waar elektr(on)ische gratis kan worden afgegeven. Uw gemeente kan u vertellen, waar die verzamel-

punten zich bevinden.

Dit product voldoet aan de pertinente CA-richtlijnen, voor zover u het gebruikt in overeenstemming met de bij-

gevoegde gebruiksaanwijzing. De omschrijving behoort tot het product en moet worden meegegeven, wanneer

u het product doorgeeft.

Inhoudsopgave

1 Inleiding 5

2 Componenten 6 2.1 Batterij 6

2.2 Weerstanden 6

2.3 Keramische condensator 7

2.4 Elektrolytische condensator 7

2.5 LED 8

2.6 Transistor 9

2.7 Diode 10

2.8 Geïntegreerd schakelcircuit (IC) 11

3 Principes van solderen 12 3.1 Wat is solderen? 12

3.2 Der soldeerbout 12

3.3 Soldeergereedschap 13

3.4 Te warme en te koude soldeerpositie 16

3.5 Het juiste gereedschap 17

3.6 Alvorens u met solderen begint 18

4 Het solderen 19 4.1 Gevlochten draad vertinnen 19

4.2 Draden aan elkaar solderen 20

4.3 Componenten voorbereiden 20

4.4 Draadbruggen op een stramien solderen 21

4.5 Draadbruggen op een puntenpatroon solderen 23

4.6 Draadbruggen op een puntenpatroon solderen – variant 2 24

4.7 Zijdelingse draadbruggen lossmelten 25

4.8 Gesoldeerde draadbruggen lossmelten 26

4.9 Eenvoudig LED circuit: Voorbereidingen 27

4.10 Eenvoudig LED circuit 28

4.11 SMD diode solderen 32

3

4.12 SMD operationele versterker solderen 34

4.13 Vlak naast elkaar liggende componenten solderen 37

4.14 Solderen van gevoelige elektrische componenten 39

4.15 Door solderen veroorzaakte kortsluitingen opheffen 40

4.16 Transistorcircuit rondmaken 42

4.17 Schakelingen controleren en te lange einden inkorten 43

4.18 Lossmelten van meerpotige componenten 44

4.19 Het meesterstuk 46

4.20 Andere circuits 47

4

1 Inleiding

De vakhandel biedt allerlei bouwpakketten voor elektronische schema’s aan om zelf tesolderen. Om daarmee te kunnen werken, moet men met een soldeerbout om kunnengaan.

Dit leerpakket helpt u stap voor stap de geheimen van het solderen te ontdekken. In opelkaar afgestemde, opbouwende oefeningen leert u, hoe de verschillende componentenmoeten worden gesoldeerd en hoe men complete schema’s kan ontwikkelen en opbou-wen. Alvorens u het geleerde in praktijk brengt, leert u uit het leerpakket alle beginselsdie voor succesvol solderen nodig zijn.

5

2 Componenten

2.1 Batterij

De batterij moet bij ieder schema met de juiste polariteit worden aangesloten. De batterij-clip, die daarvoor nodig is, heeft een rode (pluspool) en een zwarte aansluitdraad (minu-spool). Beide draden moeten overeenkomstig de juiste polariteit worden gesoldeerd.

Afbeelding 1: Bedrijfsduur met een batterij

2.2 Weerstanden

Weerstanden behoren tot de eenvoudigste elektronische componenten. Ze hebben eenopschrift met een uit drie ringen bestaande kleurcode, die van de rand naar het middengelezen moet worden. Een vierde ring, een beetje apart gezette ring, geeft de tolerantievan de component weer. De weerstandswaarde in Ohm (O) uitgedrukt.

Afbeelding 2: Weerstand kleurcode

6

Afbeelding 3: Weerstand

Afbeelding 4: Schakelsymbool van een weerstand

2.3 Keramische condensator

De condensator is een andere belangrijke elektronische component. Hij komt in twee uit-voeringen. De eenvoudigere variant is de kleine, ronde en vlakke keramische condensator.Deze is bestand tegen verkeerde polarisatie. Capaciteiten worden in Farad (F) uitgedrukt.Het opschrift van de keramische condensator heeft een kleurcode. 104 is gelijk aan 10 x104, dus 100.000 picofarad (pF).

Afbeelding 5: Schakelsymbool van een keramische condensator

Afbeelding 6: Keramische condensator

2.4 Elektrolytische condensator

De grotere elektrolytische condensator heeft een cilindrisch lichaam en moet worden in-gebouwd met de juiste polarisatie. De minuspool heeft een witte streep aan de zijkant de

7

minpool is aangegeven met een witte lijn, en heeft een kortere aansluitdraad. Als de elcoverkeerd gepolariseerd wordt ingebouwd, gaat hij kapot. Het opschrift is in gewone tekst.

Afbeelding 7: Schakelsymbool van een elektrolytische condensator

Afbeelding 8: De elektrolytische condensator moet worden ingebouwd met de juiste polarisatie.

2.5 LED

Bij het inbouwen van een lichtdiode moet altijd op de polariteit worden gelet. De LEDheeft twee verschillend lange aansluitdraden. De langere is de pluspool en heet Anode(A). De minuspool, de kathode (K), heeft de kortere draad.

De polariteiten kunnen ook een de binnenkant van de LED worden herkend. De minu-spool ziet eruit als een grote driehoek. De pluspool, daarentegen, is maar erg dunnetjesuitgevoerd.

8

Afbeelding 9: Een LED moet altijd met de juiste polariteit worden ingebouwd.

Afbeelding 10: Schakelsymbool van een LED

2.6 Transistor

De transistor versterkt kleine stromen. De aansluitingen van de transistor heten emitter(E), basis (B) en collector (C). De cilindrische behuizing is aan een kant vlakker. Daar ishet typeplaatje opgedrukt. Als men naar de transistor kijkt, zodat de aansluitingen naaronderen wijzen en men het opschrift kan lezen, dan ligt de emitter links. De basis is inhet midden.

Afbeelding 11: Transistor met blik op de afgevlakte kant;

aansluitingen van links naar rechts: Emitter (E), basis (B) en collector (C)

9

Afbeelding 12: Schakelsymbool van een NPN transistor

2.7 Diode

Een diode laat stroom alleen maar in één richting door en blokkeert de stroom in de an-dere richting. Men kan het zich voorstellen als een terugslagventiel uit de loodgieterij.

Gewone dioden hebben, net zoals weerstanden, een cilindrische vorm. De minuspool(kathode) wordt gemarkeerd met een streep.

SMD dioden zijn uiterst klein. Aan de bovenkant hebben ze een kort opschrift bestaandeuit een letter en een cijfer. Het linker eind van het opschrift geeft de kathode (–) aan, hetrechter eind de anode (+).

Afbeelding 13: Schakelsymbool van een diode

10

Afbeelding 14: SMD dioden zijn uiterst klein.

2.8 Geïntegreerd schakelcircuit (IC)

Het leerpakket bevat een IC van het type LM358 als SMD constructie. Bij het solderen vanhet IC moet op de inbouwrichting worden gelet. Verkeerde polarisatie moet worden ver-meden, omdat dat de component kan vernietigen. PIN 1 is gemarkeerd door een punt aande boven kant van de behuizing.

Afbeelding 15: PIN bezetting van de SMD-IC LM358

Afbeelding 16: Bij de SMD-IC is PIN 1 gemarkeerd door een punt aan de boven kant van de behuizing.

11

3 Principes van solderen

3.1 Wat is solderen?

In de elektrotechniek, solderen is een van de basismanieren om verbindingen te maken.Door het solderen maakt u een onverwijderbare, elektrische geleidende verbinding. Daar-bij verbindt u met behulp van een gesmolten metalliek bindmiddel (soldeer) twee metal-lieke materialen – bv., een platine waar u een elektrische component op soldeert. Hetsoldeer heeft een lager smeltpunt dan de twee metalen, die u wilt verbinden.

Solderen gebeurt bij een temperatuur van ongeveer 340 °C. De metalen, die moeten wor-den verbinden smelten daar niet bij. Het soldeer speelt, om het zo maar een te zeggen, derol van lijm. Maar aan de overgangszone tussen metaal en soldeer vormen wel zoge-naamde vaste oplossingen, die een diffusie zone vormen. Daarbij kleeft het soldeer nietdirect aan de beide delen, die verbonden moeten worden, maar gaat daar een kristallijneverbinding mee aan.

Bij een geslaagde soldeerverbinding is de laag van vaste oplossingen, dus het gebiedwaar het soldeer en elk van de metalen met elkaar versmelten, ongeveer 0,5 µm dik. Alsdie overgangslaag te groot is, dan wordt de soldeerverbinding bros en poreus. Maar alsde overgangslaag te dun is, dan kunnen de samengesoldeerde delen weer los van elkaarraken, zodra u ze oppakt.

3.2 De soldeerbout

Soldeerbouten bestaan er in diverse uitvoeringen en maten. Ze moeten zijn berekend ophet werk dat moet worden gedaan. Voor elektronica toepassingen hebt u een soldeerboutnodig met een kleine soldeerpunt en weinig aansluitvermogen. Beiden zorgen ervoor, datu kleine componenten goed kunt solderen en ze niet overmatig verhit.

Precisie-soldeerbouten

Precisie-soldeerbouten hebben een vermogensverbruik tussen ongeveer 8 en 25 watt (W).Ze zijn het meest geschikt voor het solderen van gevoelige elektronische componenten.Een precisie-soldeerbout is aanbevolen wanneer u met kleine soldeerposities wordt ge-confronteerd.

12

Universele soldeerbouten

Universele soldeerbouten zijn iets groter. Het vermogensverbruik is tussen ongeveer 20 en40 W. Ze zijn bijzonder geschikt voor hobby’s en voor handwerk. Maar u kunt er even-goed ook nog zeer goed mee solderen op het gebied van elektronica. Zij zijn ook de eer-ste keus, wanneer u een eenvoudige tot middelzware elektronica gereedschapskist wiltopbouwen.

Standaard soldeerbouten

Standaard soldeerbouten gebruiken rond de 50 tot 150 W en zijn voor de hobby elektroni-caman en de klusjesman alweer te groot. Ze hebben een soldeerpunt met een hoek. Van-wege hun flinke afmetingen en de warmte, die ze afgeven, kunt u daarmee geennauwkeurig soldeerwerk meer mee verrichten. Daarom zijn ze niet geschikt voor solderenin de elektronica.

Soldeerstations

Soldeerstations zijn bedoeld voor stationair werken in een werkplaats. Ze bestaan uit deeigenlijke soldeerbout en een besturingseenheid, waar u de soldeertemperatuur tussenongeveer 150 °C en 450 °C kunt instellen. Het gaat hier om precisie-soldeerbouten die zijngeoptimaliseerd voor gebruik in de elektronica. Daarom vindt men soldeerstations pri-mair bij geavanceerde knutselaars in elektronica.

3.3 Soldeergereedschap

Voor elk solderen hebt u soldeer nodig, dat u waarschijnlijk kent onder de naam soldeer-tin. Het meest wijd verbreid is tinsoldeer. Het smeltpunt daarvan ligt bij 330 °C. Bij ver-warming gaat soldeertin eerst over in een brijachtige toestand, voordat het smelt.

Verscheidene soldeers bevatten nog lood, hoewel loodhoudend soldeer sinds 1 juli 2006niet meer gebruikt mag worden voor elektronica. Lood is gevaarlijk voor de gezondheiden belast het milieu. Toch is er nog loodhoudend soldeer toegestaan voor privé gebruiken voor bepaalde industriële toepassingen.

13

Behalve de soldeerbout hebt u nog accessoires nodig om soldeerwerk te kunnen verrich-ten. Bij voorbeeld, een soldeerbouthouder. Die is om een hete soldeerbout veilig weg teleggen. Die bestaat uit een stabiele standaard met een solide spiraal, om de soldeerboutin te steken, wanneer u hem niet nodig hebt.

De soldeerspons is een van de belangrijkste en tegelijkertijd simpelste accessoires van desoldeerbout. Hij moet met water worden bevochtigd en op het daarvoor bestemde scho-teltje van de soldeerbouthouder worden gelegd. Daarna kunt u verontreinigingen of over-tollig soldeertin van de soldeerpunt afvegen.

Een bankschroef voor fijnmechanica vereenvoudigt het solderen. U kunt er een platine inspannen en in de positie brengen, waarin het werk u het gemakkelijkst afgaat. Zo hebt ubeide handen voor de soldeerbout en het soldeer vrij.

Voor het lossmelten van componenten kan een desoldeerpomp goed van pas komen. Dieziet eruit als een veel te grote balpen. Daarmee kunt u overtollig soldeer van de soldeer-positie wegzuigen.

U kunt als alternatief natuurlijk ook desoldeerdraden gebruiken. Die bestaan uit dunnevervlochten strengen en zijn in verscheidene breedten verkrijgbaar.

Een elektronica tangenset is ook aanbevolen, om componenten recht te kunnen buigenen overvloedige lengten van de aansluitdraden in te korten. Een pincet voor kleine SMDcomponenten en een loep kunnen ook goed van pas komen.

Afbeelding 17: 15 W precisie-soldeerbout van Conrad Electronic (bestelnr.: 588539-62); die is het beste

voor het solderen van elektronica.

14

Afbeelding 18: Stabiele soldeerbouthouder met soldeerspons voor het reinigen van vervuilde soldeerpunten

Afbeelding 19: In de schroefbank voor fijnmechanica kunt u platines goed inspannen en comfortabel

solderen.

Afbeelding 20: Soldeerhulpstukken met loep kunnen de platine ook vasthouden.

15

Afbeelding 21: Lossmeltzuigpomp (Bestelnr.: 588502-62) voor het verwijderen van overtollig soldeer

3.4 Te warme en te koude soldeerpositie

Probleemloos solderen herkent u aan de mooie glans. Een koude soldeerpositie doetdaarentegen enigszins mat aan en heeft ook vaak een klonterig oppervlak. Een onvolko-men soldeerpositie herkent u ook, wanneer de kleine soldeerkegel rondom de aansluitingvan de component ontbreekt of nauwelijks aanwezig is. Koude soldeerposities hebbenmaar weinig mechanische kracht. Als u de component een beetje heen en weer beweegtkunnen de aansluitingen binnen de soldeerkegel losraken en die steken er dan alleen nogmaar in, zonder verbinding.

Koude soldeerposities komen voor, als de soldeerpositie en het soldeer niet voldoende isverwarmd. Het kan ook gebeuren, wanneer u iets heel snel soldeert of voor grotere sol-deertaken een soldeerbout met een te zwak vermogen gebruikt. Koude soldeerpositiesbreken al bij de minste trillingen los.

U krijgt ook slechte soldeerposities, als u met een te hoge temperatuur werkt. De hogesoldeertemperatuur leidt tot snellere oxidatie van de componenten, die moeten wordenverbonden. Een typisch teken voor een te hoge soldeertemperatuur is de vorming van zo-genaamde whiskers. Whiskers zijn overtollig soldeer, dat als een dunne ster uit de sol-deerpositie steekt en kan leiden tot kortsluitingen.

16

Afbeelding 22: Juist uitgevoerd soldeerwerk glanzen en heeft een glad oppervlak.

3.5 Het juiste gereedschap

Solderen lukt het best met geschikt gereedschap. Wij raden de bij Conrad Electronic ver-krijgbare 15 W soldeerbout-beginners-set aan (bestel nr.: 588292-62). Behalve een 15 Wsoldeerbout zitten er twee soldeerpunten in, soldeertin, een soldeerbouthouder en eenlossmeltzuigpomp.

Als u alleen maar een soldeerbout nodig hebt, dan raden wij ook de bij Conrad Electronicverkrijgbare 15 W handsoldeerbout (bestelnr.: 588539-62) en de lossmeltzuigpomp (be-stelnr.: 588502-62).

Vooraleer u met lossmeltoefeningen begint, moet u voor een geschikte ondergrond zor-gen. Dat kan bv. een stuk vloerbedekking of stabiel karton zijn.

17

Afbeelding 23: De beginners-soldeer-set (bestel nr.: 588292-62 bevat alles dat u voor het leren solderen

nodig hebt.

3.6 Alvorens u met solderen begint

Probleemloos solderen lukt alleen maar wanneer u de soldeerpunt altijd schoon houdt.Veeg de soldeerpunt regelmatig met een vochtige spons af. Daarmee komt u van overtol-lig soldeer af.

Afbeelding 24: Op den duur blijft er steeds meer soldeer aan de soldeerpunt zitten, wat het solderen

steeds moeilijker maakt.

Afbeelding 25: Daarom de verontreinigingen regelmatig met een vochtige spons afvegen.

18

4 Het solderen

4.1 Gevlochten draad vertinnen

Draden met dunne strengen zijn moeilijk om te solderen, omdat bij het solderen de stren-getjes alle kanten op gaan. Hoe perfect getinde draden eruit zien, kunt u zien aan dedraadeinden van de batterijclips. Knel de vertinde delen af en isoleer ongeveer 5 mm.Wring de strengen daarna gelijkmatig met de vingers. Daarmee krijgt de draad een beetjestabiliteit.

Verhit het einde van de draad met de soldeerbout en voeg een beetje soldeertin toe. Doorhet verwarmen smelt het soldeertin onmiddellijk en plaatst een film van soldeertin overhet stuk draad. Laat het vertinnen niet te lang duren, want bij te lang verhitten begint dedraadisolatie ook te smelten.

Afbeelding 26: Eerste de strengen in de vingers wringen.

Afbeelding 27: Aan de verwrongen draad moet een beetje soldeer worden toegevoegd, dat onmiddellijk smelt.

19

4.2 Draden aan elkaar solderen

Om ervoor te zorgen dat beide draden tijdens het solderen in positie blijven en u beidehanden vrij hebt om te solderen, moet u ze in de elektronica schroefbank plaatsen en inpositie brengen. Daarna beide draadeinden gelijktijdig verhitten met de soldeerpunt. Numoet het soldeertin worden toegevoegd daar het naar de verhitte soldeerpositie te bewe-gen. Ook deze soldeertaak moet snel worden afgesloten, zodat de draad niet te sterk ver-hit en de isolatie niet wordt beschadigd.

Afbeelding 28: Omdat de isolatie snel smelt, moet het aan elkaar solderen van de draden snel gebeuren.

4.3 Componenten voorbereiden

Een zelf gesoldeerd circuit moet niet alleen functioneren, maar het moet ook overzichte-lijk zijn opgebouwd. Dat maakt latere veranderingen makkelijker evenals ombouwen enrepareren van het circuit.

Tot een overzichtelijke opbouw behoort ook, dat u de componenten die moeten wordengesoldeerd voorbereidt door ze met een elektronica rondtang recht te buigen. De aanslui-tingen van een weerstand moeten haaks worden gebogen. Houdt daarbij rekening met deafstand tussen de gaten op de platine, zodat het component goed in de boringen past. Deaansluitingen mogen niet direct aan de kant van de behuizing van de componenten wor-den gebogen, omdat daar gevaar voor vernieling bestaat. Zet de tang zo op de weerstand,dat hij tegen de behuizing zit. Buig daarna het draadeinde, dat vrij van de tang weg wijst

20

90° om. Doe hetzelfde met de tweede aansluiting. Beide haaks gebogen draden moet nuin dezelfde richting wijzen.

Oefen het buigen eerst een paar millimeter verder weg aan de beide einden.

Afbeelding 29: De draad wordt met een elektronica rondtang recht gebogen.

Afbeelding 30: Bij elektrische componenten mogen de draden niet direct aan de behuizing worden gebogen.

4.4 Draadbruggen op een stramien solderen

Voor hete opbouwen van zelf-ontwikkelde circuits zijn er twee soorten universele plati-nes, die al een laagje koper hebben, dat nodig is voor het solderen. Bij de stramienplatinezijn alle naast elkaar liggende boringen geleidend met elkaar verbonden. Dat spaart veeldraadbruggen uit. Bij platines met een puntenpatroon is er bij elke boring een klein ko-percircuit. De boringen zijn niet geleidend met elkaar verbonden. U vindt beide soortenop de oefenplatine. Er zijn meerdere methoden om circuits op te bouwen en te solderen.

Het zijdelingse, uit 19 velden bestaande stramien is bijzonder geschikt voor eerste sol-deeroefeningen. U kunt daar de draadbruggen en later ook componenten aansolderendoor de aansluitdraden op de bovenste helft van de contactvlakken te leggen. Leg de platine

21

en de draadbruggen op een werkplaat. Nadat u een geïsoleerd eind van een draadbrugop een contactvlak hebt uitgelijnd, moet u de draad en de soldeerpositie verhitten met desoldeerpunt en een beetje soldeer toevoegen. Let er daarbij op, dat u geen verbinding metde naastliggende soldeervlakken maakt. Dat gevaar bestaat als u teveel soldeer toevoegtof de soldeerpunt niet precies op de werkpositie houdt.

Het verhitten van de soldeerpositie en het stukje draad duurt maar een paar seconden.Het soldeer smelt heel snel.

U krijgt alleen een goede soldeerverbinding als het soldeer goed is gesmolten. Het heeftdaarbij een zilverglans. U mag daarna de soldeerpunt niet te vroeg weer van de soldeer-positie wegnemen, want dan ontstaat er een koude soldeerpositie. Het is ideaal wanneerhet solderen ongeveer 1 – 2 seconden duurt. Als u de soldeerpositie duidelijk langer ver-hit, dan kunnen de component, de draadisolatie en de platine worden beschadigd.

Na elk solderen moet u de soldeerpositie eerst laten afkoelen. Daarvoor moet die voorrond 5 seconden niet worden bewogen. Pas nadat u zich ervan hebt overtuigd, dat heteerste draadeinde goed houdt kunt u het tweede aan een naastliggend contactvlak solde-ren. Probeer meerdere draadbruggen van elk ca. 2 cm lengte te solderen.

22

Afbeelding 31: Draadbruggen solderen aan een zijdelings stramien

4.5 Draadbruggen op een puntenpatroon solderen

Wanneer u draadbruggen op een puntenpatroon soldeert moet u de draadeinden, diemoeten worden gesoldeerd, door de boringen van het gatenpatroon van de oefenplatinesteken. Het bijzondere: Om elke boring bevindt zich allen een kleine metalen ring, die ge-ïsoleerd is van de naastliggende. Dat heet een soldeeroog. U hebt hier minder plaats omhet soldeer te plaatsen, omdat er geen geleidende verbinding naar het naastliggende sol-deeroog mag ontstaan.

Span de platine zo in een fijnmechanica bankschroef, dat u er van boven goed bij kunten goed kunt solderen. Alleen zo hebt u beide handen vrij om ook veilig te kunnen solde-ren. De draadbruggen worden daarbij over de soldeerogen heen gebouwd. De afstanddaarvan tot het oppervlak van de platine moet ongeveer 4 – 5 mm zijn. Het gaat er bijdeze oefening ook om, om de draad bruggen optisch aantrekkelijk in te bouwen. Zorg er-voor, dat ze na het solderen ongeveer parallel aan het oppervlak van de platine staan.

Sommige soldeerposities moeten ook bereikbaar zijn bij circuits, die al klaar zijn. Datmaakt het mogelijk om naderhand wijzigingen aan te brengen, zoals lossmelten en op-nieuw solderen van verkeerd ingebouwde componenten.

Ga bij het solderen net zo te werk als bij oefening 4.4. De bijzondere uitdaging is nu, datu de soldeerpunt nauwkeuriger moet plaatsen en erg stil moet houden, om de naastlig-gende soldeerogen niet me soldeer te besprenkelen of ze kort te sluiten. Het solderenmoet hier in ongeveer 5 seconden klaar zijn.

23

Afbeelding 32: Soldeerbout en soldeer moeten precies op het soldeeroog worden bewogen. Het solderen

moet maar enkele seconden duren.

4.6 Draadbruggen op een puntenpatroon solderen – variant 2

De platines in het leerpakket hebben maar een laag aan een kant, net zoals bij de meestesoldeersets. De componenten moeten van onderen worden doorgestoken. Dan ziet u doorde soldeerogen alleen nog maar de lange aansluitdraden van de componenten of de ein-den van onze draadbruggen.

Dat maakt het solderen gemakkelijker, omdat u er nu niet meer op behoeft te letten geennaastliggende, reeds gesoldeerde componenten aan te raken of te beschadigen met dehete soldeerbout. Dat wil echter niet zeggen, dat u nu meer tijd hebt voor het solderen.De component of hier de draadbrug en het soldeeroog verhitten zich bij beide soldeervari-anten net zo snel.

Omdat u nu de draadbrug van onderen doorsteekt moet u er eerst voor zorgen, dat hij erniet weer uitvalt. Daarvoor is het voldoende om de beide aansluitdraden onmiddellijkboven de soldeerogen ietsje opzij te buigen. Dan blijft de draadbrug vanzelf in positie enkan er goed worden gesoldeerd.

24

Afbeelding 33: Om ervoor te zorgen, dat de doorgestoken componenten er tijdens het solderen niet uitval-

len, moeten de aansluitdraden ietsje opzij worden gebogen.

Afbeelding 34: De platine wordt omgedraaid om te solderen.

4.7 Zijdelingse draadbruggen lossmelten

Lossmelten moet ook worden geleerd. Ook daarvoor moet de soldeerbout tot bedrijfstem-peratuur worden verhit. Begin met oefening 4 op de op de zijdelingse stramiens aangeslo-ten draadbruggen. Span de platine op een elektronica bankschroef. Verhit nu deverbinding, die losgesmolten moet worden door met de soldeerpunt te verwarmen. Trekte gelijker tijd met de andere hand lichtjes aan de draad, die los moet komen. Zodra hetsoldeer vloeibaar wordt, kunt u de draad van de platine aftrekken. Dit functioneert hetbeste met een elektronica vlak- of rondtang.

25

Let er bij het lossmelten op, dat u geen naastliggende soldeerposities of componentenaanraakt met de hete soldeerbout. Houd de procedure van het lossmelten kort. Binnenongeveer 5 seconden moet u een draad hebben losgesmolten.

Afbeelding 35: Terwijl een soldeeroppervlak wordt verhit, trekt men lichtjes met de vingers aan de draad,

totdat die loskomt.

4.8 Gesoldeerde draadbruggen lossmelten

Ga hier net zo te werk als bij oefening 4.7. Het verschil zit hem in het nauwkeuriger wer-ken. In soldeerogen gesoldeerde draadbruggen en componenten maken het noodzakelijk,dat u de soldeerpunt uiterst nauwkeurig aanbrengt en er geen naastliggende componen-ten mee aanraakt. Bovendien kunnen soldeerogen losraken, wanneer zij te lang aan grotehitte zijn blootgesteld. Probeer daarom de procedure van het lossmelten binnen enkeleseconden af te sluiten.

26

Afbeelding 36: Ook bij deze variant moet er tijden het verhitten losjes aan de draad worden getrokken.

4.9 Eenvoudig LED circuit: Voorbereidingen

Voor het eerste circuit hoeft u volgens het schakelschema alleen maar de batterijclip, eenweerstand en een diode te solderen. Ondanks het eenvoudige circuit rijst eerst de vraag,hoe dat op de platine kan worden overgebracht. Hier brengt een simpele handmatigeschets uitkomst.

We besluiten, om het circuit aan het zijdelingse stramien te bouwen. Omdat elke stripook twee boringen heeft, kunnen de componenten zijdelings op een rij worden gesol-deerd. De aansluitingen van de batterijclip worden door de boringen gestoken en gesol-deerd. Let bij het tekenen van de soldeerschets op de polariteit van de diode. U kunt hierook de interne werking opschrijven, waaruit de polariteit blijkt. Voor onze soldeeroefeninglaten we de originele lengten van de component-aansluitingen zoals ze zijn en buigen zeovereenkomstig met de afstand van het stramien recht.

27

Afbeelding 37: Schema van het eenvoudige LED circuit

Afbeelding 38: Neem het schema over op een kleine handmatige schets, waaruit u kunt opmaken welke

individuele componenten moeten worden gesoldeerd.

4.10 Eenvoudig LED circuit

Met de hiervoor gemaakte soldeerschets kunt u nu gaan solderen. Begin met de weer-stand. Het is een ongevoelige component, die als een draadbrug moet worden behan-deld. Nadat u de weerstand aan beide einden hebt gesoldeerd, soldeert u op het direct

28

naast de weerstand aansluitende stramien de anode van de diode. De kathode soldeert uaan een van de naastliggende strips. Let er bij het solderen op, dat de onderste boringenvan de stramiensegmenten vrij moeten blijven. Steek de rode plusleiding van de batterij-clip door de boring van de strip, waar u de linker aansluiting van de weerstand hebt ge-soldeerd. Steek de zwarte minusdraad in de nog vrije boring van het segment, waar dekathode van de LED aan is gesoldeerd. Soldeer beide draden.

Nu ontbreekt nog de verbinding tussen de weerstand en de LED anode. Hier kunt eendraadbrug solderen. Maar het is ook absoluut normaal om die verbinding met een sol-deerbrug te realiseren. Daarvoor moet u de beide contactvlakken nog een keer verhittenen rijkelijk soldeer toevoeren, totdat beide contacten zijn verbonden. Sluit nu een 9Vblokbatterij aan. Als u alles juist hebt gedaan, gaat nu de LED branden.

Afbeelding 39: Eerst de weerstand en LED aan het zijdelingse stramien solderen. Daarbij moet op de pola-

risatie worden gelet.

29

Afbeelding 40: De draden van de batterijclip moeten door de nog vrije boringen aan de beide uiterste

contactvlakken worden gestoken en gesoldeerd.

Afbeelding 41: Tenslotte moet de verbinding tussen weerstand en LED met rijkelijk soldeer worden

gesoldeerd.

30

Bij uw eerste lossmeltoefening zult u gemerkt hebben, dat er na het lossmelten van eencomponent of een draadbrug en restant soldeer op de soldeerpositie achterblijft. Meestalhoopt zich dat op in de boring, zodat er geen aansluitdraden meer doorgestoken kunnenworden.

Hier brengt de lossmeltzuigpomp uitkomst. Die moet eerste worden gespannen. Daartoemoet u de perswagen naar onderen drukken, totdat die klikt. De punt van de pomp heefteen kleine opening en moet direct bij de werkpositie worden gehouden, waar u het over-tollige soldeer met de soldeerbout verhit. De afstand tussen de punt van de soldeerbouten de lossmeltzuigpomp is slechts enkele millimeters. Zodra het soldeer smelt drukt u opde ontgrendelingsknop aan de pomp. Terwijl de perswagen snel terugloopt, ontstaat eronderdruk in de pomp, waardoor het vloeibare soldeer wordt opgezogen. Er kunnenmeerdere herhalingen nodig zijn, totdat al het overtollige soldeer is verwijderd.

Afbeelding 42: Grote hoeveelheden soldeer, zoals hier de soldeerbrug tussen de weerstand en de LED,

kunnen alleen met behulp van de lossmeltzuigpomp worden verwijderd.

31

Afbeelding 43: Nadat de lossmeltzuigpomp een keer is toegepast, is de soldeerbrug verwijderd.

4.11 SMD diode solderen

SMD staat voor »surface mounted device« en betekent »op de oppervlakte gemonteerdeapparaat«. SMD componenten hebben meestal geen draadaansluitingen, maar moetendirect op de platine worden gesoldeerd. Bovendien zijn ze uitgesproken klein. De bij desoldeercursus behorende SMD diode 1N4148 is, inclusief zijdelingse aansluitingen, slechts3 mm lang. Het frame meet zelfs maar ongeveer 1,5 mm. Het aan de bovenkant gedruktekorte opschrift is om de polariteit te bepalen. Het linker einde is de kathode (minuspool).

Voor het solderen van de SMD componenten zijn speciale contactvlakken, zogenaamdepads, voorzien. Het zijn kleine, van een laagje voorziene velden zonder boring, die op deoefenplatine rechtsonder kunnen worden gevonden.

Vertin eerst een pad met een beetje soldeer. Verhit daarvoor eerste de pad en voeg, wan-neer de soldeerpunt er zich nog op bevindt, soldeer toe. Alles bij elkaar moet dat niet lan-ger dan een seconde duren.

32

Plaats de SMD diode met een pincet op het inbouwvlak en houd het daar, terwijl u hetmet de solbeerbout vastzet. Verhit daarvoor voor een seconde de diode aan de zijkantmet de voorvertinde pad. Daarmee is de SMD diode aan een kant gesoldeerd. Tenslottesoldeert u het tweede diode-einde op de reeds bekende manier. Ook hier moet het solde-ren niet langer dan een seconde duren.

Afbeelding 44: Vertin eerst een pad met een beetje soldeer.

Afbeelding 45: Zelfs onder de loep is de SMD diode nog erg klein.

33

Afbeelding 46: Terwijl de SMD diode met de pincet in positie wordt gehouden, moeten de voorvertinde

pad en de daarop rustende diode-aansluiting worden verhit.

Afbeelding 47: Tenslotte moet het tweede einde door het toevoegen van een beetje soldeer worden gesol-

deerd.

4.12 SMD operationele versterker solderen

SMD ICs, zoals de operationele versterker LM358, moeten net zo worden gesoldeerd alskleine SMD diodes. Omdat ze iets groter zijn is het wat makkelijker. Vertin eerst een pad

34

van het IC veld aan de platine vooraf met een beetje soldeer. Nadat u op basis van demarkering de inbouwpositie van de IC hebt vastgesteld, lijnt u hem met een

pincet uit op de platine, zodat de aansluitingen direct op het contactoppervlak liggen. Ter-wijl u de IC met een pincet in positie blijft houden, verhit u de aansluiting op de voorver-tinde pad. Daarmee is de SMD-IC vastgezet. Soldeer alle verdere aansluitingen in volgordedoor de soldeer punt steeds nauwkeurig te plaatsen en ietsje soldeer toe te voegen. Let erdaarbij op, dat u geen geleidende verbinding tussen naastliggende aansluitingen maakt.Reinig de soldeerpunt grondig na elke keer solderen door hem met een vochtige spons afte vegen.

Afbeelding 48: SMD-IC onder de loep – hier is pin 1 met een cirkel gemarkeerd.

35

Afbeelding 49: Vertin eerst een pad vooraf.

Afbeelding 50: Elke aansluiting moet apart worden gesoldeerd.

36

4.13 Vlak naast elkaar liggende componenten solderen

Met deze oefening begint u stap voor stap de opbouw van een transistor circuit. Wanneeralle componenten vanaf het begin in de laatst gebruikte positie inbouwen, komt u stapvoor stap tot een volledig circuit.

Het kan zijn dat individuele componenten vlak naast elkaar moeten worden gesoldeerd ofdoor hun aansluitingen kan het nodig zijn, dat zij in de onmiddellijk naastliggende borin-gen of soldeerogen moeten worden gesoldeerd. Omdat er weinig plaats is, moet de sol-deerpunt uiterst nauwkeurig worden geplaatst. Des te meer componenten er al zijngesoldeerd, des te moeilijker wordt het. Werk daarom vanuit het midden van de platinenaar de rand en soldeer eerst lage componenten, zoals weerstanden en diodes. Pas alslaatste komen hoge componenten, zoals transistors of LEDs. Bij het solderen van bij el-kaar liggende componenten, moet u vermijden, de dichtbij liggende delen met de hetesoldeerbout aan te raken.

Let er verder op, dat u met het vloeibare soldeer geen geleidende verbindingen met nabu-rige componenten of contactvlakken maakt.

Afbeelding 51: Met deze oefening begint we met het opbouwen van een transistor circuit.

37

Afbeelding 52: Als men van het midden naar de rand werkt, kunnen vlak naast elkaar liggende solderin-

gen zonder problemen worden gerealiseerd.

Afbeelding 53: Met een rustige hand kunnen ook hogere componenten (zoals hier LEDs) aan onmiddellijk

ernaast liggende soldeerogen worden gesoldeerd.

38

4.14 Solderen van gevoelige elektrische componenten

Transistors en ICs zijn gevoelige componenten, die niet willekeurig lang mogen wordenverhit, omdat ze dan vernietigd zouden worden. Hier gaat het erom, snel en accuraat tesolderen. Des te sneller het u lukt een pin van gevoelige componenten te solderen, des teminder worden ze thermisch belast. Solderen moet binnen 2 – 3 seconden plaatsvinden.

Let bij het inbouwen van een transistor of IC op de juiste inbouwpositie. Verkeerd inge-bouwde componenten zorgen er niet alleen voor, dat het circuit niet functioneert – zij kun-nen ook worden vernietigd.

Afbeelding 54: Bij het plaatsen van een transistor moet op de juiste inbouwpositie worden gelet.

Afbeelding 55: Het solderen van een transistoraansluiting moet binnen enkele seconden hebben plaatsge-

vonden.

39

4.15 Door solderen veroorzaakte kortsluitingen opheffen

Bij vlak naast elkaar liggende soldeerpunten en componenten, geleidepaden, enz, kan hetgebeuren, dat tijdens het solderen een geleidende verbinding wordt gemaakt met het sol-deertin. Het circuit is daarmee nog niet verwoest. U kunt het circuit nog repareren doorhet overtollige soldeer te verwijderen. Hoe het het gemakkelijkst kan worden verwijderdhangt af van de hoeveelheid en de positie.

Meestal brengt de lossmeltpomp uitkomst. Daarmee kunnen de meeste soldeerklontentussen twee soldeerogen of twee aansluitingen van een IC of transistor het gemakkelijkstworden verwijderd. Verhit daarvoor de soldeerklonten, die moeten worden verwijderd,met de soldeerpunt. Zodra het vloeibaar wordt ontgrendelt u de knop van de soldeer-pomp, die u op het werkpunt houdt. Meestal is het soldeer in een keer opgezogen.

Kleine hoeveelheden soldeer op de platine kunt u ook met een vooraf gereinigde soldeer-punt verwijderen. Verhit daarvoor het soldeer en beweeg de punt een klein beetje heenen weer. Voor de zekerheid kunt u met een kleine elektronica schroevendraaier of eennaald wat nakrabben. Daarmee verwijdert u ook de laatste, kleinste restanten soldeer.

Afbeelding 56: Hier veroorzaakt een soldeerklont tussen twee transistoraansluitingen een flinke kortsluiting.

40

Afbeelding 57: Soldeerklonten kunnen door verhitten en opzuigen met de lossmeltpomp worden verwijderd.

Afbeelding 58: Hier veroorzaakt soldeer kortsluiting tussen twee stramienen. Het beetje soldeer kan met

de soldeerbout worden verwijderd.

41

Afbeelding 59: Laatste restanten kunnen met een kleine elektronica schroevendraaier of een naald worden

weggekrast.

4.16 Transistorcircuit rondmaken

Nadat u de weerstanden, de LEDs en de transistor op de platine hebt gesoldeerd, ontbre-ken alleen nog de batterijclip, enkele draadbruggen en een circuit. Dat maakt u uit tweestukken draad, die u slechts aan een einde op het circuit soldeert. De losse einden iso-leert u een beetje. Als u ze tegen elkaar houdt, hebt u het circuit gesloten.

De uitdaging bij het rondmaken van het circuit is dat de platine al druk bezet is. U moetdaarom bijzonder oppassen, wanneer u de hete soldeerpunt naar een nieuwe werkposi-tie brengt. Als de plaats dan toch nog wat te eng is, kunt u de hogere componenten ietsjeopzij buigen.

Het circuit toont de basisfunctionaliteit van de NPN-transistor. Er zijn twee stroomcircuits.In het stuurstroomcircuit loopt een kleine basisstroom, in het vermogenstroomcircuit eengrotere collectorstroom. De LEDs dienen voor het weergeven van de stromen. De rode LEDbrandt fel, de groene zwak. Alleen in een volledig donkere kamer is de basisstroom zicht-baar aan de hand van het zwak oplichten van de groene LED. Het verschil wijst op degrote stroomversterking.

42

Afbeelding 60: Het afgemaakte circuit

4.17 Schakelingen controleren en te lange einden inkorten

Alvorens u het circuit in bedrijf neemt, moet u visueel controleren of alle componentencorrect zijn ingebouwd en er geen solderen is vergeten. Pas nu kunt u de te lange eindenvan de aansluitdraden van de componenten inkorten met een elektronica zijsnijder.

Laat daarbij aan de achterkant van de platine nog ongeveer 1 mm extra lengte. Als u deplatine van achteren hebt gevuld en er aansluitdraden uit de van een laag voorziene kantvan de platine uitsteken, dan kunt u de draden zover inkorten, totdat er nog ongeveer 0,5 – 1 mm over de soldeerkegel uitsteekt. Als u een component los smelt en u een andercomponent moet inbouwen, dan zijn de aansluitingen op die manier nog lang genoeg engoed genoeg om ze te kunnen hanteren.

Pas nadat u de te lange einden hebt afgewrongen, kunt u het circuit in bedrijf nemen.Wanneer u de beide draadeinden tegen elkaar drukt, het circuit dus sluit, dan brandt degroene LED zeer zwak, maar de rode fel. U kunt daaraan zien, dat de transistor de stroomversterkt. Daarmee hebt u alles juist gedaan.

43

Afbeelding 61: Te lange einden van de aansluitingsdraden kunnen, nadat het circuit klaar is en gecontro-

leerd, met een elektronica vlaktang worden afgeknepen.

Afbeelding 62: De afgeknepen aansluitingen moeten 0,5 – 1 mm uit de platine steken.

Afbeelding 63: Aansluitdraden moeten net boven de soldeerkegels worden afgeknepen.

4.18 Lossmelten van meerpotige componenten

Eenvoudige componenten, zoals draadbruggen of weerstanden, kunnen probleemloosworden losgesmolten. Het wordt moeilijker wanneer een component, zoals een transistor,meerdere dicht naast elkaar liggende aansluitingen heeft. Dan is het niet meer voldoende

44

een soldeer positie te verhitten en bij het vloeibaar worden de component eruit te trek-ken. Daar is de lossmeltzuigpomp voor nodig.

Verhit eerst een van de soldeerposities van de drie transistoraansluitingen en houd delossmeltzuigpomp bereid op de werkpositie. Zodra het soldeer vloeibaar wordt ontgren-delt u de pomp, waardoor een deel van het soldeer wordt opgezogen. Herhaal de proce-dure zo vaak totdat de boring geen soldeer meer bevat. Wendt u dan tot de twee andereaansluitingen. Aan het einde moeten alle drie de boringen vrij zijn en kunt u de transistoreenvoudig uit de platine trekken.

LEDs en IC moeten op dezelfde manier worden losgesmolten.

Afbeelding 64: Meerpotige componenten kunnen niet zonder meer worden losgesmolten.

Afbeelding 65: Het lossmelten kan alleen met behulp van de lossmeltzuigpomp.

45

Afbeelding 66: Met de lossmeltzuigpomp moet met meerdere herhalingen het soldeer volledig uit alle drie

de soldeerpunten worden gezogen.

4.19 Het meesterstuk

Bouw een schemercircuit voor uzelf volgens het hieronder afgedrukte schema. Bij dit circuitoefent u nogmaals alles wat u in deze soldeercursus hebt geleerd. Daartoe behoort hoe uhet circuit op de platine brengt, hoe u de LEDs, transistor, SMD-IC en SMD diode juist in-bouwt en hoe u correct soldeert. Bovendien moet u enkele draadbruggen inbouwen.

Het circuit: De transistor functioneert als stroomversterker voor de LED lichtsensor. Degroene LED komt als een foto-element in gebruik en levert een klein beetje stroom. Van-wege de hoge stroomversterking van de transistor is een klein beetje licht uit de omgevingal voldoende om de LED uit te schakelen. Bij gebruik als schemerschakelaar gaat de LED‘s avonds automatisch aan.

Als uw circuit reageert zoals beschreven, dan hebt u uw »Meestertest« met succes door-staan!

46

Afbeelding 67: Circuit van de schemerschakelaar

Afbeelding 68: Ongeveer zo moet het afgemaakte circuit eruit zien.

4.20 Andere circuits

Met de in het soldeer-leerpakket aanwezige componenten kunt u veel meer circuits solde-ren, bv. de meeste circuits van de Conrad Electronic Adventskalender voor de jaren 2008,2009 en 2010.

U kunt de sjablonen voor de circuits downloaden onder http://www.elo-web.de/ergaenzungen.

47

48

Bestnr. 19 22 99 Zonne-energie leerpakket

Alle rechten, ook vertalingen, voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een automatische gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van CONRAD ELECTRONIC BENELUX B.V. Nadruk, ook als uittreksel is niet toegestaan. Druk- en vertaalfouten voorbehouden. Deze gebruiksaanwijzing voldoet aan de technische eisen bij het in druk gaan. Wijzigingen in de techniek en uitvoering voorbehouden. © Copyright 2010 by CONRAD ELECTRONIC BENELUX B.V. Internet: www.conrad.nl of www.conrad.be

2

Leerpakket zonne-energie begrijpen en toepassen 1 Voorbereiding 4 1.1 Het experimenteerbord 4 1.2 Zonnemodule 4 1.3 Zonnemotor 5 1.4 Diode 5 1.5 Lichtdiodes 6 1.6 Weerstanden 6 1.7 Elektrolytcondensators 7 1.8 Schakeldraad 7 2 Aansluiting en functie van de zonne-energie-module 7 2.1 Zonnemodule aansluiten op het experimenteerbord 8 2.2 De functie van de zonnemodule en geschikte lichtbronnen 9 3 Polariteit van de zonnestroom bepalen 10

4 Zonnestroom direct met LED's gebruiken 11

5 Serie- en parallelschakeling 12

6 Zonnestroom met tussenopslag 14

7 Zonnestroom, hoge energie? 16

8 De zonneaandrijving voorbereiden 17

9 Zonne-energie omzetten in beweging 19

10 Zonnebewegingsenergie met starthulp 21

11 Schaduw op de zonnemodule – oorzaken en effecten 22

12 Het richten van de module naar een lichtbron 23

13 Invloed van de temperatuur op de zonnemodule 26

14 Meer zonne-energie door spiegeltechniek 27

15 Zonne-energie opslaan 28

16 Opgeslagen zonne-energie en mechanische energie 31

17 Zonne-energie, laadbewaking en tankindicatie 32

18 Zonne-energie en terugstroomblokkering 33

19 Accu's met zonne-energie opladen 34

20 Chemische processen met zonne-energie 35

3

© 2010 Franzis Verlag GmbH, D-85586 Poing www.franzis.de Auteur: Ulrich Stempel Art & Design, Satz: www.ideehoch2.de ISBN 978-3-7723-10030-4 Geproduceerd in opdracht van de firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1 , D-92240 Hirschau Alle rechten voorbehouden, ook die van de fotomechanische weergave en het bewaren in elektronische geheugens. Het maken en verspreiden van kopieën op papier, datadragers of op internet, in het bijzonder als PDF, is uitsluitend met toestemming van de uitgeverij toegestaan en kan anders strafrechtelijke gevolgen hebben. De meeste productbenamingen van hard- en software en de bedrijfslogo's, die in dit boek genoemd worden, zijn in de regel geregistreerde handelsmerken en moeten zodanig in acht worden genomen. De uitgeverij handhaaft voor de productbenamingen hoofdzakelijk de schrijfwijze van de fabrikant. Alle in dit boek gepresenteerde schakelingen en programma's zijn met de grootste zorgvuldigheid ontwikkelt, gecontroleerd en getest. Niettemin kunnen fouten in het boek en in de software niet helemaal uitgesloten worden. De uitgeverij en de auteur zijn niet aansprakelijk voor fouten en de eventuele gevolgen hiervan.

4

1 Voorbereidingen 1.1 Het experimenteerbord Met het experimenteerbord kunnen experimenten zonder soldeerbout opgebouwd worden. Ook wordt deze laborsteekbord, of eenvoudiger alleen steekbord genoemd, het bord bezit binnenin contactveren die als reeksen met elkaar verbonden zijn. De elektronische bouwcomponenten en verbindingsdraden kunnen meermaals in de contacten gestoken worden en maken het mogelijk om schakelingen op te bouwen zonder solderen of schroeven. Schuin met een zijkniptang afgeknipte aansluitdraden zijn makkelijker in te steken. Het bij dit leerpakket meegeleverde experimenteerbord heeft in totaal 270 contacten in een raster van 2,54 mm.De 230 contacten in het midden zijn telkens door verticale stroken in 5-voudige reeksen verbonden. Aan de rand van de langere zijden bevindt zich elk een rij met 20 contactpunten die horizontaal met een rails verbonden zijn. Deze "bovenste" en "onderste" rij is geschikt als stroomvoedingsrail.

Afb. 1: Interne principe van het experimenteerbord 1.2 Zonnemodule De meegeleverde zonnemodule bestaat uit meerdere polykristallijne zonnecellen. Het siliciummateriaal is samengesteld uit meerdere kristallen en wordt door doteren opzettelijk zo verontreinigd dat er een negatieve en een positieve laag ontstaat. De bovenste is de N-laag (negatief gedoteerd) die voorzien is van een donkerblauwe laag voor een betere absorptie van het licht. De onderste is de P-laag. Door lichtinval komen de elektronen in beweging en er ontstaat een spanning tussen de twee genoemde lagen. Deze spanning en de vloeiende stroom kunnen we dan gebruiken. Een enkele kristallijne siliciumzonnecel komt op ca. 0,5 V per cel. De stroom is afhankelijk van de celgrootte. Zonnemodule

Afb. 2: schakelsymbool zonnemodule

5

1.3 Zonnemotor Bij het leerpakket vind u een zonnemotor, die alleen een minimale aanloopstroom en een minimale aanloopspanning benodigd. Deze zonnemotor is een laagspanning- gelijkstroom-motor. M = motor

Afb. 3: Schakelsymbool motor 1.4 Diode Een diode laat de stroom alleen in één richting door. Daarom worden diodes onder meer gebruikt voor het gelijkrichten van wisselspanningen of voor het blokkeren van ongewenste polariteit bij gelijkspanningen. De functie van een diode bij normale werking, kunt u het eenvoudigste vergelijken met een terugslagventiel (waterinstallatie).

Afb. 4: Siliciumdiode type 1N 4148- De kathode van de diode is te herkennen aan de opgedrukte streep, de andere aansluitdraad is de anode. De technische stroomrichting gaat van de anode naar de kathode. In de doorlaatrichting (schakelsymbool pijl) begint bij de siliciumdiode, zoals bij de 1N 4148 pas vanaf een spanning van ca. 0,6 tot 0,7 V noemenswaardige stroom te vloeien.

Afb. 5: Schakelsymbool diode In fotovoltaïsche installaties worden diodes normaalgesproken op twee manieren gebruikt: als blokkeringdiode en als bypassdiode. Blokkeringdiodes voorkomen dat de fotovoltaïsche module de accu ontlaad als er geen zonlicht is. De bypassdiodes beschermen zonnecellen en het paneel voor eventuele schade die door partiële schaduw kan optreden.

6

1.5 Lichtdiodes De LED (light emitting diode = lichtuitstralende diode) heeft nog een verdere eigenschap: ze licht op als er een spanning aangelegd wordt. LED's moeten normaalgesproken altijd met een voorschakelweerstand als stroombegrenzer toegepast worden. Rode LED's werken met minimale spanning (1,8 V). Daarna volgen de gele, groene, blauwe en als laatste de witte LED's met de hoogste spanning (tot max. 3,6 V).

Afb. 6: Aansluiting van lichtdiodes: de anode (+) met de langere aansluitdraad en de kathode (-), extra markering door een afvlakking (6b) aan de behuizing.

Afb. 7: Schakelsymbool LED Naast de "normale" LED's zijn er nog speciale uitvoeringen zoals bijv. knipperende LED's. De knipper- LED heeft ter herkenning een kleine zwarte punt binnen de rode behuizing. Deze punt bevat een hele kleine elektronica in de vorm van een geïntegreerde schakelcircuit welke de LED – zodra de juiste spanning aangelegd wordt – laat knipperen. 1.6 Weerstanden Een weerstand is een passief bouwelement in elektrische en elektronische schakelingen. Zijn hoofdtaak is het reduceren van de vloeiende stroom naar "zinvolle" waarden. De weerstandswaarden zijn door de opgedrukte gekleurde ringen gecodeerd. De eerste vier kleuren van de ringen tonen de weerstandswaarde overeenkomstig de navolgende tabel. De vijfde (smallere) gekleurde ring staat voor de tolerantie van de weerstandswaarde. Een hint voor het eenvoudig onderscheiden van de weerstanden in dit leerpakket: de 10-�-type is dikker dan de anderen. Van de 100-�-type zijn er twee. In het leerpakket bevinden zich metaallaag- weerstanden met de volgenden waarden: Weerstandswaarde 1e ring 2e ring 3e ring 4e ring 6e ring 10 � bruin zwart zwart goud bruin 100 � bruin zwart zwart zwart bruin 1 k� bruin zwart zwart bruin bruin 2,2 k� rood rood zwart bruin bruin R = weerstand

Afb. 8: Schakelsymbool weerstand

7

1.7 Elektrolytcondensatoren (elco's) Elektrolytcondensatoren bezitten tegenover de normale condensatoren een hoge capaciteit. Vanwege het elektrolyt is een elco afhankelijk van de polariteit en de aansluitingen bezitten daarom een plus- en een minpool. Als deze component voor langere tijd "verkeerd om" aangesloten is, zal dit het elektrolyt van de condensator vernielen. De opgedrukte maximale spanning mag niet overschreden worden omdat anders de isolatielaag onherstelbaar beschadigd kan worden. �F betekent "Microfarad"; de eenheid � is het miljoenste deel van de basiseenheid.

Afb. 9: Elektrolytcondensatoren (elco's) met aansluitingen, de pluspool is de langere draad. Bijkomend is de minpool aan de behuizing met een lichte streep gemarkeerd. C = Elektrolytcondensator

Afb. 10: Schakelsymbool elco 1.8 Schakeldraad Draadbruggen kunnen met de meegeleverde schakeldraad gemaakt worden. De lengte van de draadbrug kunt u schatten of afmeten (inclusief de lengte voor de draadeinden, die in de contacten ingestoken worden). De draadeinden worden ca. 8 mm afgestript. Met een zijkniptang schuin afgeknipte draden passen makkelijker in de gaten van het experimenteer-bord. De op die manier gemaakte draadbruggen kunnen steeds weer gebruikt worden. 2 Aansluiting en functie van de zonnemodule De eigenschappen en functies van een zonnemodule leert u kennen in de navolgende hoofdstukken door praktische experimenten. Hier wordt uitgelegd hoe zonnemodules toegepast kunnen worden en waarop gelet moet worden om optimale energieopbrengsten te bereiken.

8

2.1 De zonnemodule op het experimenteerbord aansluiten Proefopbouw: 1 zonnemodule, experimenteerbord, strip Op de achterzijde van de module bevinden zich soldeeraansluitingen met hieraan gesoldeerde kabels. De stroomsoort die door de module geleverd wordt is gelijkstroom. Zodoende zijn er net als bij een accu een plus- en minpool. Sluit de zwarte en de rode kabel aan op het experimenteerbord. Wij bevelen aan om in de onderste rail de zwarte kabel in te steken en de rode in de bovenste rail. Voor haast alle navolgende experimenten kan de zonnemodule aangesloten blijven.

Afb. 11: De aansluitdraden van de zonnemodule kunnen direct in het experimenteerbord ingestoken worden, hoewel insteekstiften de aansluiting kunnen stabiliseren. Plaats de zonnemodule op een manier zodat deze voldoende instraling krijgt door een heldere lichtbron. Om de vermogenswaarden rond de zonnemodule te berekenen zijn er verschillende meet-methodes: - aanduiding met LED's -. metingen via een verbruiker, bijv. een motor - metingen met een multimeter (extra nodig) - metingen en evaluatie via een PC (is niet gepland) Met lichtdiodes kunnen eenvoudige meettaken, zoals de polariteitaanduiding of principiële functieaanduidingen, goed uitgevoerd worden. Als er gedetailleerde meetresultaten gewenst zijn is een multimeter een goede hulp. Hier in het leerpakket worden eenvoudige metingen en functieaanduidingen met LED's en met de motor uitgevoerd.

9

2.2 De functie van de zonnemodule en geschikte lichtbron Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, weerstand 100 �, rode LED Deze proef functioneert ook met weinig licht (bewolkte hemel), bij veel licht (volle zon) zijn de zichtbare effecten duidelijker. Steek de aansluitingen van een rode LED (lichtdiode) en de voorschakelweerstand 100 � in het experimenteerbord. De langere aansluiting van de lichtdiode wordt met de rode "zijde" (+) verbonden. Afhankelijk van de intensiteit van de instraling zal de LED meer of minder helder branden. Als de LED niet gaat branden, is of te weinig "lichtenergie" aanwezig of de polariteiten zijn verwisselt bij het aansluiten. Knippert de LED, dan heeft u de rode knip-perende LED gebruikt. zonnemodule

Afb. 12: Eenvoudige functietest met een rode lichtdiode

Afb. 13: Opbouw experimenteerbord Deze proef kunt u met verschillende lichtbronnen uitvoeren, bijv. met direct zonlicht, een halogeenlamp, een gloeilamp, een zaklamp, een energiespaarlamp, een neonlamp, een LED- zaklamp enz.. Als de LED helder oplicht is het een geschikte lichtbron.

10

3 Polariteit van de zonnestroom bepalen Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, weerstand 100 �, rode LED, oranje LED of groene LED. Voor de volgende proef heeft u een heldere lichtbron nodig. Vervolgens bouwen we nu een polariteitstester op, waarmee u de polariteit (plus- en min-pool) van de zonnemodule en andere spanningsbronnen gemakkelijk kunt vaststellen, zonder iets om te steken. Vanaf de bovenste voedingrail wordt een verbinding gemaakt naar een 5-voudige contactreeks met een voorschakelweerstand van 100 � en vanaf daar schuin naar een verdere 5-voudige contactreeks. Vanaf de onderste voedingrail worden twee LED's met de 5-voudige contactreeksen verbonden. De LED's tonen de polariteit. Als voorbeeld kunnen de LED's zo ingestoken worden zodat de rode LED bij verkeerde polariteit en de oranjekleurige bij een juiste polariteit oplicht. In plaats van de oranjekleurige LED kan ook een groene LED toegepast worden, hoewel dan de functie bij daglicht minder herkenbaar is. De aansluitdraden van de zonnemodule kunnen nu – zonder op de polariteit te letten – op het experimenteerbord aangesloten worden. De LED's signaleren de polariteit.

Afb. 14: Experimenteerbord met polariteitstester d.m.v. LED's

11

Afb. 15: Gedetailleerde bedrading Als de polariteitstester voor hogere batterijspanningen (bijv. 9 V) gebruikt zal worden moet de voorschakelweerstand omgeruild worden tegen een met 1 K, anders kan de LED vernielt worden. 4 Zonnestroom direct met LED's gebruiken Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, voorschakelweerstand 100 �, rode, groene, oranje LED, knipper- LED. Deze proef functioneert ook met weinig licht (bewolkte hemel)

Afb. 16: Steek achter elkaar de groene, rode, oranje en de knipper-LED in het experimenteerbord. De langere aansluitdraad van de LED's is de pluspool.

12

Afb. 17: Het bijhorende schakelschema; steek eerst de groene, de rode en dan de knipper-LED in het experimenteerbord om het stroomcircuit te sluiten. Verwijder één aansluiting van de zonnemodule. Wat gebeurt er? De LED's lichten niet meer op. Plaats de aansluiting weer terug – de LED's branden weer. 5 Serie- en parallelschakeling Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, LED rood, groen, oranje, 2 weerstanden 100 �. Deze proef functioneert ook met weinig licht (bewolkte hemel)

Afb. 18: a) Principe van een serieschakeling van enkele zonnecellen; b) String van kristallijne cellen met verbindingen van de afzonderlijke zonnecellen door platte verbinder. Aan de hand van de LED's kan het principe van serie- en parallelschakeling bestudeert worden.

13

Wat betekent serieschakeling bij zonnecellen zoals gemaakt bij de module in dit leerpakket? •••• De spanningen vermeerderen zich als de zonnecellen in serie met elkaar verbonden

worden. •••• De kortsluitstroom komt overeen met die van een enkele zonnecel – en wel de zwakste

(het zwakste lid in de keten). •••• Als op een zonnecel schaduw valt, daalt het vermogen van de complete zonnemodule

om dat deel met schaduw. •••• Bij gedeeltelijke schaduw op een cel voorzien de bestraalde zonnecellen de

beschaduwde zonnecel met hun stroom, waardoor deze opgewarmd wordt en in extreme gevallen onherstelbaar beschadigd kan worden.

•••• Wat betekent serieschakeling? Om dit in de praktijk na te bootsen voert u het volgende experiment met de LED's door.:

Afb. 19: Steek de rode en de oranje (of groene) LED in het experimenteerbord zodat beide LED's achter elkaar geschakeld zijn. De langere aansluitdraad van de LED's is de pluspool.

Afb. 20: Het bijhorende schakelschema Bij deze opbouw is geen voorschakelweerstand nodig. Hoe helder gaan de LED's branden? Afzonderlijke zonnecellen (of zonnemodules) kunnen ook elektrisch parallel geschakeld worden. Hiertoe worden telkens alle min- en alle pluspool- aansluitingen van de zonnecellen met elkaar verbonden. Het resultaat: •••• De spanning van parallel geschakelde zonnecellen komt overeen met die van een enkele

cel. •••• De kortsluitstroom verhoogd zich met de totaalstroom van de enkele cellen. Als de

zonnecellen even sterk zijn, verhoogd zich de kortsluitstroom met het aantal van cellen. •••• Er is mogelijk om cellen met verschillend vermogen (kortsluitstroom) samen te

schakelen.

14

•••• Bij gedeeltelijke schaduw op een cel voorzien de bestraalde zonnecellen de uitge-schakelde cel met de verhoogde stroom. De cel wordt daardoor opgewarmd en kan in extreme gevallen onherstelbaar beschadigd worden.

Afb. 21a: Parallelschakeling van meerdere zonnecellen

Afb. 21b: Parallelschakeling met twee LED's 6 Zonnestroom met tussenopslag Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, voorschakelweerstand 100 �, knipper- LED, elco 4.700 µF Deze proef functioneert ook met weinig licht (bewolkte hemel) Steek de knipper- LED en de voorschakelweerstand in het experimenteerbord

Afb. 22: Schakelschema: voorschakelweerstand en knipper- LED

15

Afb. 23: Opbouw experimenteerbord Afhankelijk van de lichtinval op de zonnemodule zal de LED helder of minder helder opblinken. Bij weinig licht is het knipperen haast niet te zien. Steek nu bijkomend de elco in het bord. Eerst zal de LED niet gaan knipperen, maar ook bij weinig licht helderder. Extra proef: steek nu nog een LED, bijv. de rode, in plaats van de voorschakelweerstand in serie tot de knipper- LED. U heeft nu ineens twee knipperende LED's.

Afb. 24a: Schakelschema knipper- LED en rode LED in serie

Afb. 24b: Opbouw experimenteerbord: knipper- LED in serieschakeling

16

7 Zonnestroom, hoge energie? Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, oranje, heldere LED, elco 100 µF, 4.700 µF Deze proef functioneert ook met weinig licht (bewolkte hemel), de laadtijden worden vermindert bij een sterke lichtbron. Een LED- flitslicht op zonne-energie kunt u met eenvoudige middelen opbouwen. Afhankelijk van het lichtaanbod laat de LED na een laadtijd van een paar seconden een heldere lichtflits zien wanneer op de toets gedrukt wordt.

Afb. 25: Opbouw LED- lichtflits De toets kunt u gemakkelijk zelf maken met de meegeleverde draad.

Afb. 26: Draadschakelaar of toets d.m.v. de schakeldraad in het leerpakket

17

Afb. 27: Schakelschema flitslicht op zonne-energie, alternatief met de kleine en de grote elco Experimenteer eerst met de kleine elco van 100 µF en vervang deze in de tweede proef door de 4.700 µF- elco. Vanwege de minimale spanning bedraagt de flitsenergie slechts 2 mWs. Er wordt een relatief kleine laadstroom benodigd welke de zonnemodule gemakkelijk kan leveren. Afhankelijk van de lichtbron is de elco al naar een paar seconden voldoende opgeladen. Dek nu de zonnemodule af en druk vervolgens kort op de toets. De LED's laten kort een flits zien. Slechts een minimale resthelderheid blijft behouden, wanneer verder minimale stroom door de zonnemodule wordt geleverd. 8 De zonne-energie- aandrijving voorbereiden Proefopbouw: 1 zonnemotor, experimenteerbord, stiftstrip, schijf De aansluitkabels van de motor bestaan uit flexibele draden, net als bij de zonnemodule. Sluit de zwarte en de rode kabel aan op het experimenteerbord. Aanbevolen wordt om de zwarte draad in de onderste rail te steken en de rode draad (+) in een contact van een 5-voudige contactreeks.

Afb. 28: De aansluitkabels van de zonnemotor (draadeinden) kunnen wel direct in het experimenteerbord gestoken worden, hoewel stiftjes de aansluiting steviger maken. Voor het zien of zich de motoras tijdens de proeven draait, is het zinvol de meegeleverde schijf op de motoras te monteren. Boor hiertoe met een naald in het midden een gaatje. Steek de kartonnen schijf op de as van de motor.

18

Afb. 29: Kartonnen schijf voorbereiden voor het opsteken

Afb. 30: Kartonnen schijf op de motoras monteren a) van boven, b) vanaf de zijkant

19

9 Zonne-energie omzetten in beweging Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, motor met schijf Voor de volgende proef heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule.

Afb. 31: Proefopstelling met de zonnemodule, experimenteerbord en motor zonnemodule motor

Afb. 32: Schakelschema zonnemodule en motor De motor kan ook met een stuk dubbelzijdig plakband op een stuk karton bevestigd worden.

20

Afb. 33: De schijf draait Als er voldoende licht op de zonnemodule valt, begint de motoras automatisch te draaien. Bij te weinig licht heeft de motor misschien een lichte aanloop met de vinger nodig om in beweging te komen. Dit kan gebeuren omdat de aanloopstroom van een motor meer dan het dubbele hoger kan zijn dan de werkingsstroom voor continue werking.

Afb. 34 Bij te weinig licht, de motor met de wijsvinger "starten"; reden: de aanloopstroom is hoger dan de continue werkingsstroom. Deze proef toont ook de verschillende werkingswijzen van zonnestroom en stroom welke uit accu's en batterijen komt. De stroombehoefte bij het aanlopen van de motor wordt bij volle accu's of batterijen zonder problemen geleverd. De zonnemodule in de directe werking kan alleen de stroom leveren die door de momentele lichtinstraling (en het rendement van de zonnecellen) omgevormd worden. Heeft u een 1,5 V- batterij of accu bij de hand, probeer het dan maar uit deze aan de motor aan te sluiten.

21

10 Zonnebewegingsenergie met starthulp Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, motor, elco 4.700 µF, knipper- LED Voor de volgende proef heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule. In deze schakeling wordt de elco door de zonnemodule opgeladen. De knipper- LED en de zonnemotor zijn in serie met de condensatoropslag verbonden. Met toenemende lading in de elco gaat de LED knipperen. Bij voldoende licht en energievloed, krijgt de zonnemotor stroomimpulsen, dit kan een pulserende draaiing veroorzaken.

Afb. 35: Opbouw experimenteerbord met draadschakelaar.

Afb. 36: Schakelschema Met een draadschakelaar kunt u nu de motor direct met de elco verbinden. Als de elco geladen is, draait de schijf met een hoog toerental.

22

Extra proeven: experimenteer met of zonder draadschakelaar en telkens een 10 �, 100 � en 1 k�- weerstand. Wat verandert zich bij het motortoerental en de functie?

Afb. 37: Extra proeven met weerstanden De extra proeven, zoals getoond in afbeelding 37, laten zien dat de stroomvloed naar de motor door de weerstanden verandert kan worden en zodoende het toerental beïnvloeden. 11 Schaduw op de zonnemodule – oorzaken en effect Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, motor of LED's met voorschakelweerstand Voor de volgende proeven heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule. De rangschikking van de proef toont afbeelding 38. De LED's (alternatief de motor) worden op de module aangesloten, de module wordt naar de lichtbron gericht en de motoras draait. Voer de experimenten buiten uit bij heldere zonneschijn, de motor is hierbij geschikter dan de LED's omdat het oplichten van de LED's in een helder omgevingslicht nauwelijks te zien is. In de kamer kunt u de LED's ook afschermen met een stuk karton.

Afb. 38: Schaduw met a) karton en b) folie

23

Ga nu met de hand langzaam schaduw op een deel van de module brengen. Het toerental van de motor wordt langzamer of de motor stopt helemaal met draaien.

Afb. 39: Op de zonnemodule kunnen alternatief de motor of de LED's met een 100 � voorschakelweerstand aangesloten worden. U kunt nu verdere proeven op deze manier uitvoeren: •••• Een lichte schaduw door een extra ruit of een matte folie produceren, deze houdt u

tussen de lichtbron en de zonnemodule. •••• Een sterke schaduw door een stuk karton of hout produceren, deze houdt u direct boven

de zonnemodule. •••• Enkele zonnecellen van de zonnemodule beschaduwen door een stuk karton direct op

een of meerdere zonnecellen te leggen.

Afb. 40: Enkele zonnecellen beschaduwen

24

Bij grote PV-installaties, die met kristallijne zonnemodules uitgerust zijn, is het schaduw-thema steeds weer actueel. Zodat bij het gedeeltelijke beschaduwen bijv. door bladeren, niet de gehele zonnegenerator uitvalt, worden Schottky- diodes voor de "stroomomleiding" rond de beschaduwde zonnecellen toegepast. Bij verkeerde diodes kan het in extreme gevallen tot een Hot Spot komen, waarbij enkele zonnecellen vernielt worden. 12 De uitlijning van de module op een lichtbron Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, motor Voor de volgende proeven heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule.

Afb. 41: Proef met uitlijning van het moduul naar de lichtbron

25

Afb. 42: Twee principiële uitlijningen Neem de zonnemodule tussen duim en wijsvinger (zonder het oppervlak te beschaduwen) en richt het oppervlak van de module in een rechte hoek naar de lichtbron. Hoe snel draait de motoras? Varieer nu de uitlijning, door de zonnemodule heen- en weer te bewegen in de richting naar de lichtbron en let daarbij op de motor. Hoe verticaler de lichtstralen op de zonnemodule vallen des te meer lichtenergie kunnen de zonnecellen in elektrische stroom omzetten en daarmee de motor voeden.

Afb. 43: Schematische voorstelling van de hellingshoek naar de lichtbron. Het aantal pijlen die op de zonnemodule gericht zijn staan voor de lichtintensiteit. Richt de zonnemodule, met behulp van karton, houtblokken of derg. precies op de zon of een andere lichtbron. Let op de motor. Zoals hierboven beschreven, draait de motoras. Nu heeft u een pauze verdient. Wacht ongeveer 1 uur (of meerdere uren) en kijk dan weer naar uw proefopstelling. De zon staat niet meer precies verticaal tot de zonnemodule, de motor draait langzamer of is zelfs blijven staan. Omdat de zon aan de hemel van Oost naar West beweegt (uiteraard alleen schijnbaar), zou de zonnemodule optimaal in de uitlijning naar de zon geleid moeten worden.

26

13 Invloed van temperatuur op de zonnemodule Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, motor of LED's, weerstand 100 �, zwarte folie of karton, thermometer Voor de volgende proeven heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule. Bij deze proeven kunt u bekijken wat de invloed is van de omgevingstemperatuur op het afgegeven vermogen van de zonnemodule. De zonnemodule direct naar de zon uitrichten, gebruik de motor of een LED voor de aanduiding van het vermogen. Zwart papier of karton die tijdelijk op de zonnemodule gelegd worden, warmen deze sterker op. Als u geen thermometer bij de hand heeft, kan de temperatuur ook met de vingers gevoeld worden.

Afb. 44: Proefopbouw – welke invloed heeft de temperatuur op de zonnemodule? Voor het meten van de temperatuur, gebruikt u een oppervlaktethermometer die met een stuk plakband achter op de module bevestigd wordt. Als u deze proef op een warme, zonnige zomerdag uitvoert (gunstiger) hoeft u uiteraard geen zwart karton gebruiken. Daardoor zou het opwarmeffect versterkt worden. Een zwart oppervlak neemt sneller de warmte op. Bouw de proef in de directe zon op en kijk na het vermogen van de motor of de ingestoken LED. Voel met de hand de oppervlaktetemperatuur van de zonnemodule.

27

De blauwe laag op de zonnemodule zorgt er voor dat het licht zo veel mogelijk geabsorbeerd en zo min mogelijk gereflecteerd wordt. Nadeel: het oppervlak wordt sterk opgewarmd. Bij directe instraling van de zon is een opwarming van het oppervlak van boven de 60 °C niet zeldzaam. Met dit experiment kunt u herkennen: de op de zonnemodule aangesloten verbruiker loopt bij toenemende opwarming iets langzamer. Leg de module een half uur in de koelkast en herhaal het experiment met de zonnemodule met dezelfde zonnesterkte en aangesloten motor. 14 Meer zonne-energie door spiegeltechniek Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, motor, spiegel (bijv. spiegelend metaal, spiegeltegel, cosmeticaspiegel, spiegelfolie enz., de spiegel moet ten minste de afmeting van de zonnemodule hebben). Voor de volgende proeven heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule. De proefopbouw met de zonnemodule en de motor is identiek met de voorgaande proeven. Bij het positioneren van de spiegels kunt u het gespiegelde licht, afhankelijk van de plaatsing van de spiegel, op de tafel, op de muur of op de zonnemodule zien. Er mag door de spiegel geen schaduw op de zonnemodule vallen. Als het spiegellicht bijkomend met het directe licht op de zonnemodule valt, moet u op de motor letten. a) Spiegelpositie voor, onderaan de zonnemodule. Door verandering van de hellingshoek

van de spiegel naar de module kan de dubbele lichthoeveelheid op de module gebracht worden.

Afb. 45: Bij deze proef werd een spiegeltegel onder de zonnemodule gelegd. b) Door twee spiegels aan de zijkanten rechts en links, bij de juiste uitlijning van de

spiegels naar de module, kan er tot een drievoudige lichthoeveelheid op de module gebracht worden.

28

Afb. 46: Het spiegelprincipe: de door de spiegel op de zonnemodule reflecterende lichtstralen zorgen voor extra energie. Opgelet moet worden dat de invalshoek op de spiegels overeenkomt met de uitvalshoek naar de zonnemodule. 15 Zonne-energie opslaan Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, voorschakelweerstand 100 �, LED rood, groen, oranje, knipper- LED, elco 100 µF en elco 4.700 µF Deze proef functioneert ook met weinig licht (schaduw, bewolkte hemel). Klopt de bewering dat het geringe afgegeven vermogen van uw zonnemodule door doel-matige opslag van de stroom over een langere periode een hoge energiehoeveelheid kan opleveren? Het voor ons onzichtbare principe van de elektrische stroom kan vergeleken worden met het principe welke wij kunnen zien bij water, vergelijken en verklaren: een waterkraan (uw zonnemodule) druppelt meerdere uren en vult met de tijd een 10-l-emmer met water.

Afb. 47: Het principe van de energieopslag verklaart aan de hand van een druppelende waterkraan; kleine hoeveelheden over een hele dag vullen een groot bassin…

29

Een zonnemodule met weinig vermogen laat overdag bij zonneschijn milliampères voor milliampères per uur (mAh) de uit de zon omgezette stroom in de energieopslag "druppelen". De eenheid mAh kwantificeert de stroom per uur, in tegenstelling tot mA, waarmee de momentele stroomvloed bedoeld is. Bij dit leerpakket worden elco's meegeleverd die stroom kunnen opslaan. Het voordeel bij de condensatoropslag is dat deze een lange levensduur heeft. Bij vergelijking met een accu is echter de opslagcapaciteit heel laag, Voor deze proeven heeft dit dan weer het voordeel dat het principe van opslag in een overzienbare korte tijdsperiode geobserveerd kan worden. De aansluitdraden van de elco's moeten voor de proef even verbonden (kortgesloten) worden, zodat het laden ook opgemerkt kan worden. Deze proef functioneert ook met weinig licht (schaduw, bewolkte hemel).

Afb. 48: Proefopbouw – gebruik de knipper- LED. a) Steek eerst de kleine elco met 100 µF in het bord (de langere aansluitdraad is de positieve pool. b) Vervolgens ruilt u deze om tegen de elco met 4.700 µF. Wat gebeurt er na het omruilen? De LED licht niet meer op, na het plaatsen van de elco's duurt het even tot de LED weer oplicht en knippert. Na het afdekken van de zonnemodule blijft de LED knipperen.

30

zonnemodule

Afb. 49: De elco's C1 en C2 alsook de LED's kunnen voor de proeven omgeruild worden. Denk bij het aansluiten aan de voorschakelweerstand R1. Experimenten: a) De elco 100 µF insteken, let op de polariteit! Wat gebeurt nu? De knipper- LED stopt even, daarna knippert deze weer. b) De elco 4.700 µF insteken. Wat gebeurt nu? De knipper- LED stopt langer, daarna knippert deze weer. c) Proefopbouw zoals in b) gebruiken, tot de LED knippert, vervolgens de elco 4.700 µF uit

het experimenteerbord uittrekken. Vervolgens de zonnemodule beschaduwen. De LED stopt onmiddellijk met knipperen. Nu de elco opnieuw in de vorige contactreeks steken en de zonnemodule verder beschaduwen. De LED knippert oftewel er geen stroom uit de zonnemodule komt.

Conclusie: de lading in de "energieopslag"- elco blijft langere tijd behouden.

Afb. 50: Proefopbouw, de elco wordt omgeruild. d) Als de elco opgeladen is, knippert de LED. Klem dan de zonnemodule er af. Let op hoe

lang de LED blijft knipperen en haar stroom alleen uit de opslag- elco haalt. Hoe groter de condensatoropslag is, des te langer blijft de LED knipperen, ook zonder de zonnemodule. Met een Gold Cap zou de ontbrekende stroomvoeding van de zonnemodule (bijv. bij duisternis) voor langere tijd overbrugt worden.

e) Laat nu de eerst opgeladen elco op de zonnemodule een nacht aangesloten (zonder

LED) en zonder dat er licht op de zonnemodule kan vallen. Op de volgende dag controleert u met een knipper- LED, hoeveel lading noch in de condensator aanwezig is. De knipper- LED laat weinig of geen reactie zien. Wat is gebeurt? De elco heeft zich via de zonnemodule "terug" ontladen.

31

16 Opgeslagen zonne-energie en mechanische energie Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, elco 100 µF en 4.700 µF, motor, knipper- LED Deze proef functioneert ook met weinig licht (schaduw, bewolkte hemel). Wanneer u de motor direct met de zonnemodule verbind kan het gebeuren dat de energie-hoeveelheid van de zonnemodule niet voldoende is voor de aanloop van de motor.

Afb. 51: Schakelschema – gebruik de knipper- LED als indicatie voor de werking. Steek eerst de 100 µF elco en vervolgens de 4.700 µF elco parallel tot de aansluitingen van de zonnemodule. Als de motor met de condensator verbonden wordt, maakt de motoras meerdere omdraaiingen. Eventueel is de aanloophulp van de elco voldoende om de motor met de geringe stroom van de zonnemodule te laten lopen.

Afb. 52: De motor wordt eerst op dezelfde contactreeks aangeklemd dan de elco. De motor maakt een paar omdraaiingen, de LED knippert niet meer, het duurt een paar seconden tot de LED weer gaat knipperen na het afklemmen van de motor. De motor heeft de elco volledig ontladen.

32

17 Zonne-energie, laadbewaking en tankaanduiding Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, knipper- LED, rode LED, diode 1N4148, groene LED, elco 4.700 µF, weerstand 1 K, weerstand 2,2 K, draadschakelaar; voor de extra proef accu Voor de volgende proeven heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule. Is de energieopslag nu leeg, halfvol of vol? Hiertoe wordt een indicatie benodigd, zo iets als de tankindicatie bij een auto. Echter is de tankindicatie van een accu veel gecompliceerder. Om aan alle factoren te voldoen bestaat er geraffineerde bewakingselektronica met microprocessoren en uitgebreide software In afbeelding 53 ziet u de proefopbouw van een eenvoudige laadindicatie, die u met de meegeleverde onderdelen van uw leerpakket kunt opbouwen. De bovenste rode LED toont de laadstroom naar de energieopslag en deze licht op zolang de elco wordt opgeladen. De knipper- LED in het midden in verbinding met de diode gaat oplichten (geeft aan) wanneer de elco (of een accu) opgeladen is.

Afb. 53: Proefopbouw op het experimenteerbord

Afb. 54: Schakelschema van de laadindicatie De eenvoudige accu- indicatie wordt via de spanningsmeting van de accu gerealiseerd. Beter zou zijn om de spanningsmeting onder belasting door te voeren. De belasting moet dan wel een stroomverbruik van 10% van de accucapaciteit hebben en zou op het moment van de meting met een toets geactiveerd kunnen worden.

33

Afb. 55: Extra "belasting" door oranje –LED of motor (voorbeeldschakeling) 18 Zonne-energie en terugstroomblokkering Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, elco, toets, siliciumdiode, voorschakelweerstand, rode LED Deze proef moet met gelijkmatige heldere zonneschijn (of bureaulamp) uitgevoerd worden.

Afb. 56: Principe van de schakeling met blokkeerdiode De door zonne-energie opgeladen elco's, Gold Caps of accu's worden s' nachts weer via de zonnemodule ontladen. Om die reden moet een terugstroomblokkering in de vorm van een diode ingevoegd worden. De diode functioneert als een ventiel welke de stroom alleen in een richting doorlaat en in de andere richting blokkeert.

34

Draai een keer de diode in het experimenteerbord andersom. De LED knippert niet meer omdat de stroom uit de zonnemodule nu geblokkeerd is. Blokkeerdiodes voorkomen het ontladen van de opslagaccu via de onbelichte zonnecel.

Afb. 57: Opbouw experimenteerbord, de blokkeerdiode is onder links te herkennen. 19 Accu's met zonne-energie opladen Om even bij de watervergelijking te blijven: voor het opvangreservoir – en daarmee de energieopslag – experimenteren we nu met een accu. Een accu kan niet oplaadbare batterijen vervangen en in bijna alle draagbare elektronische apparatuur toegepast worden.

Afb. 58: Voor vele draagbare elektronische apparaten zijn accu's van het type potlood, AAA en penlite, AA goed te gebruiken. Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, weerstand, LED, bijkomend een accu Voor de volgende proeven heeft u een heldere lichtbron nodig of een volle directe zonnestraling op de zonnemodule. De eenvoudigste manier van de laadtechniek is die van de constante stroomlading. De accu wordt over een bepaalde periode met een gedefinieerde stroom opgeladen. Bij de eenvoudige constante stroomlading van een accu wordt meestal met 1/10 van de stroom van de capaciteitaanduiding 14 uur lang opgeladen.

35

De laadstroombegrenzing wordt bij eenvoudige netopladers door een weerstand gereali-seerd, welke tussen netvoeding en accu ingevoegd is. Bij zonneopladers zou dit een onzinnige manier zijn. Hier kan de laadstroom zonder verlies door de dimensie (grootte) van de zonnecellen of de zonnemodule bereikt worden. Zodoende is bij overeenkomstige dimensie van de zonnemodule niet eens een voorweer-stand nodig. De zonnemodule uit het leerpakket, welke bij volle zonneschijn 35 mA stroom levert, kan zonder gevaar een accucel opladen. Deze verhouding verandert zich bij "grotere" (vermogenssterke) zonnemodules, die meer stroom kunnen leveren. Hier is dan een laad-stroombegrenzing of een laadelektronica beslist noodzakelijk, anders wordt de accu onherstelbaar beschadigd.

Afb. 59: Schakelschema en proefopbouw eenvoudige zonne-energie- lader, de diode werd ingevoegd zodat zich de accu bij nacht niet via de zonnemodule ontlaadt.

Afb. 60: Opbouw experimenteerbord: laadstroomindicatie via een LED (tevens dient deze voor de ontlaadbescherming) 20 Chemische processen met zonne-energie Proefopbouw: zonnemodule, experimenteerbord, kom, water, natroon of keukenzout, rode LED, elco 4.700 µF Deze proef functioneert ook met weinig licht (schaduw, bewolkte hemel), de zichtbare reactie in het water is echter bij volle zon of een sterke lichtbron duidelijker.

36

Afb. 61: Proefopbouw watersplitsing zonnemodule

Afb. 62: Het principeschema voor de watersplitsing toont een zonnemodule en de elektroden Proefopbouw: een kom met water en iets natroon of keukenzout. Bij puur water leidt de stroom heel slecht. Bij de toevoeging van natroon ontstaan bij de elektrische splitsing zuurstof en waterstof. Bij de toevoeging van keukenzout ontstaat zuurstof en chloorgas. Als elektroden kunt u twee draden, ca. 5 cm lang, gebruiken, waarbij de uiteinden ongeveer 2 cm gestript worden. a) Plaats de draden met de afgestripte einden verticaal onder het wateroppervlak in de kom

en zo ver mogelijk uit elkaar, maak deze met wasknijpers vast aan de kom. Door de twee draden als elektroden wordt de zonne-energie-gelijkstroom in het water geleid. (Aan de elektroden ontstaan door elektrolyse reactieproducten uit de in het water aanwezige stoffen.)

b) Sluit de draadelektronen aan op de zonnemodule. Als er zonnestralen op de zonnemodule vallen, kunt u zien dat er aan beide draadeinden in het water blaasjes opstijgen – aan de minpool ongeveer het dubbele dan aan de pluspool.

c) Een extra LED in serie laat de stroomvloed zien. Omdat de stroom minimaal is, kunt u het zwakke licht van de LED meer of minder zien.

zonnemodule

Afb. 63: Om bijkomend de stroomvloed te tonen wordt een LED in de stroomkring ingevoegd. De extra elco C1 is voor het werken van de schakeling niet echt nodig, maar hij stabiliseert de functie.

37

Bestnr. 19 22 96 Conrad leerpakket elektronica basic

Alle rechten, ook vertalingen, voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een automatische gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van CONRAD ELECTRONIC BENELUX B.V. Nadruk, ook als uittreksel is niet toegestaan. Druk- en vertaalfouten voorbehouden. Deze gebruiksaanwijzing voldoet aan de technische eisen bij het in druk gaan. Wijzigingen in de techniek en uitvoering voorbehouden. © Copyright 2010 by CONRAD ELECTRONIC BENELUX B.V. Internet: www.conrad.nl of www.conrad.be

2

© 2010 Franzis Verlag GmbH, D-85586 Poing www.franzis.de Auteur: Burkhard Kainka Art & Design, Satz: www.ideehoch2.de ISBN 978-3-7723-10031-1 Geproduceerd in opdracht van de firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1 , D-92240 Hirschau Alle rechten voorbehouden, ook die van de fotomechanische weergave en het bewaren in elektronische geheugens. Het maken en verspreiden van kopieën op papier, datadragers of op internet, in het bijzonder als PDF, is uitsluitend met toestemming van de uitgeverij toegestaan en kan anders strafrechtelijke gevolgen hebben. De meeste productbenamingen van hard- en software en de bedrijfslogo's, die in dit boek genoemd worden, zijn in de regel geregistreerde handelsmerken en moeten zodanig in acht worden genomen. De uitgeverij handhaaft voor de productbenamingen hoofdzakelijk de schrijfwijze van de fabrikant. Alle in dit boek gepresenteerde schakelingen en programma's zijn met de grootste zorg-vuldigheid ontwikkelt, gecontroleerd en getest. Niettemin kunnen fouten in het boek en in de software niet helemaal uitgesloten worden. De uitgeverij en de auteur zijn niet aansprakelijk voor fouten en de eventuele gevolgen hiervan.

Elektrische en elektronische apparaten mogen niet als huishoudafval verwijdert worden. Als het apparaat aan het eind van zijn levensduur is, dient u het te verwijderen volgens de geldende wettelijke voorschriften. Neem contact op met uw handelaar bij wie u het product gekocht heeft of met de verantwoordelijke autoriteiten, om te vernemen hoe u het apparaat op milieuvriendelijke wijze kunt recyclen.

Dit product is overeenkomstig de geldende CE-richtlijnen, indien het volgens de bijgeleverde handleiding gebruikt wordt. Deze handleiding hoort bij dit product en moet meegegeven worden wanneer u het product doorgeeft aan derden.

3

Leerpakket elektronica begrijpen en toepassen 1 Introductie 4 1.1 Experimenteerbord 5 1.2 Batterij 6 1.3 Lichtdiodes 7 1.4 Weerstanden 8 1.5 NPN- transistors 9 1.5 PNP- transistors 10 1.7 MOSFET 10 1.8 Condensatoren 11 1.9 Elektrolytcondensatoren 12 2 Stroomversterking 12

3 Plus en min omgeruild 14

4 Naloopbesturing 14

5 Aanraaksensor 16

6 Bewegingsdetector 17

7 LED als lichtsensor 18

8 Constante helderheid 19

9 Temperatuursensor 21

10 Aan en uit 22

11 Inschakelen en onderbreken 23

12 Elektronisch knipperlicht 24

13 Eenvoudige LED-knipperlicht 25

14 LED-flitser 26

15 MOSFET-touch-sensor 27

16 Sensor- dimmer 28

17 Elektrometer 29

18 LED's als foto-elementen 30

19 Condensator- temperatuursensor 31

20 Minutenlicht 32

21 Zachte knipperlicht 33

4

1 Introductie Sinds de uitvinding van de transistor liep de elektronica stijl bergop. Tegenwoordig zijn wij omringd door apparaten waarvan de geïntegreerde schakelingen met vele transistors uitgerust zijn. Echter weten steeds minder mensen nog precies hoe een (enkele!) transistor werkelijk functioneert. De afstand tussen toepassen en begrijpen van de elektronica wordt steeds groter. Oftewel het heel eenvoudig is: neem een paar transistors en voer slechts een paar experimenten uit – en er worden ontelbare mogelijkheden geboden. Vele opgaven kunnen met eenvoudige transistorschakelingen opgelost worden. Wordt dus creatief! Een transistor is een onderdeel met drie aansluitingen en dient voor het besturen van de elektrische stroom. Hoeveel stroom gaat vloeien, wordt via de stuuraansluiting beïnvloedt. Er bestaan eigenlijk alleen twee soorten transistors. De bipolaire (tweepolig) transistors zijn opgebouwd in lagen met N- en P- halfgeleidermateriaal. Afhankelijk van de laagopbouw zijn er NPN- transistors (bijv. BC547) en PNP- transistors (bijv. BC557). Unipolaire (enkelpolig) transistors daarentegen bestaan uit enkel een halfgeleiderkanaal, wiens geleidbaarheid door een elektrisch veld verandert wordt. Daarom worden ze ook veldeffect- transistors (FET) genoemd. Een typische vertegenwoordiger is N- kanaal- MOSFET BS170. Dit leerpakket vergemakkelijkt u de start in de elektronica. Hier zullen we eerst de onderdelen voorstellen. De aparte experimenten worden op een experimenteerbord uitgevoerd. Voor elk experiment is er een schakelschema en een opbouwfoto. De foto is telkens alleen als voorstel bedoeld. De onderdelen kunnen ook anders geplaatst worden. De aansluitdraden van de enkele onderdelen zijn voor een beter overzicht voor de foto's soms ingekort. U moet de aansluitdraden echter niet inkorten, zodat ze ook voor andere proeven gebruikt kunnen worden.

5

1.1 Experimenteerbord Alle proeven worden opgebouwd op een laboratorium- experimenteerbord. Het bord met in het totaal 270 contacten in een raster van 2,54 mm zorgt voor zekere verbindingen van de componenten.

Afb. 1: Het experimenteerveld Het experimenteerbord heeft in het midden 230 contacten, die telkens 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 contactveren en elk 20 contacten bestaan. Het experimenteerbord beschikt daarmee over twee onafhankelijke voedingsrails. Afbeelding 2 toont alle interne verbindingen. U ziet duidelijk de korte contactstroken in het midden en de lange voedingsrails op de zijkanten.

Afb. 2: De interne contactreeksen

6

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 bord vastgehouden 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 schakeldraad. Om de isolatie te verwijderen van de draaduiteinden, bleek het praktisch, de isolatie met een scherp mesje rondom in te snijden. 1.2 Batterij Het volgende overzicht toont de onderdelen zoals ze er in werkelijkheid uitzien en als schemasymbolen zoals ze in de schakelschema’s gebruikt worden. In plaats van een batterij kan bijv. ook een stekkernetvoeding gebruikt worden.

Afb. 3: De batterij en de bijhorende schemasymbolen Gebruik geen alkalinebatterijen en geen accu's, maar alleen eenvoudige zink-koolbatterijen. Weliswaar heeft een alkalinebatterij een langere levensduur, maar ze levert in geval van een fout, bijv. bij een kortsluiting, net als een accu een zeer hoge stroom van meer dan 5 A. Dit kan dunne draden of zelfs de batterij sterk opwarmen. De kortsluitstroom van een zink- koolbatterij daarentegen is meestal kleiner dan 1 A. Hiermede kunnen wel gevoelige onderdelen reeds vernield worden, maar er bestaat geen gevaar op verbranden.

7

De meegeleverde batterijclip heeft een aansluitkabel met soepele uiteinden. De kabeleinden zijn gestript en vertind. Op die manier zijn ze stijf genoeg, om ze in de contacten van het experimenteerbord te steken. Toch kan het gebeuren dat ze door veel gebruik hun vorm verliezen. Er wordt aanbevolen, de batterij aangesloten te laten en alleen de clip van de batterij af te trekken. Een enkele zink-kool- of alkaline-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 een batterij. Bij hogere spanningen is het gebruikelijk de middelste cellen door een stippellijn aan te duiden.

Afb. 4: Schemasymbolen voor verschillende batterijen 1.3 Lichtdiodes Het leerpakket bevat twee rode LED’s alsook een groene en een gele LED. Bij alle lichtdiodes principieel op de polariteit gelet worden. De minaansluiting noemt men de kathode en is de kortere 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.

Afb. 5: De lichtdiode

8

1.4 Weerstanden De weerstanden in het leerpakket zijn koolfilmweerstanden met een tolerantie van ± 5 %. Het weerstandsmateriaal is op een keramisch staafje opgebracht en voorzien van een beschermingslaag. De weerstandswaarden zijn door de opgedrukte gekleurde ringen gecodeerd. Naast de weerstandswaarde is ook de nauwkeurigheid aangegeven.

Afb. 6: Een weerstand 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: De weerstandswaarden volgens de normreeks E24 De kleurcode wordt gelezen, uitgaande 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 vermenigvuldigingsfactor van de weerstandswaarde in ohm. Een vierde ring geeft de tolerantie aan.

9

Tabel 2: De kleurcode bij weerstanden Een weerstand met de gekleurde ringen geel, paars, bruin en goud heeft de waarde 470 � bij een tolerantie van 5 %. In het leerpakket bevinden zich telkens twee weerstanden van de volgende waarden: 470 � geel, violet, bruin 1 k� bruin, zwart, rood 22 k� rood, rood, oranje 470 k� geel, violet, geel 1.5 NPN- transistors Transistors zijn componenten voor het versterken van kleine stromen. In dit leerpakket zijn er twee silicium- NPN- transistors BC547B. De aansluitingen van de transistor worden emitter (E), basis (B) en collector (C) genoemd. De basisaansluiting bevind zich in het midden. De emitter ligt rechts, als u naar de opdruk kijkt en de aansluitingen naar beneden wijzen.

10

Afb. 7: De NPN- transistor BC547 1.6 PNP- transistoren De PNP- transistor BC557B heeft dezelfde aansluitvolgorde en is alleen in de polariteit verschillend tegenover de NPN- transistor. In het schemasymbool wijst de emitterpijl naar binnen.

Afb. 8: De PNP- transistor BC557 1.7 MOSFET Ook de veldeffecttransistor (MOSFET) BS170 lijkt aan de buitenkant niet anders dan de bipolaire transistor. Hij is alleen aan de opdruk te herkennen. De aansluitingen van de transistor noemt men Source (S), Gate (G) en Drain (D). De source- aansluiting bevindt zich rechts, wanneer u naar de opdruk kijkt en de aansluitingen naar beneden wijzen.

11

Afb. 9: De MOSFET- transistor BS170 1.8 Condensatoren Een belangrijk onderdeel in de elektronica is de condensator. Een condensator bestaat uit twee metalen platen en een isolatielaag. Als hier een elektrische spanning op wordt aan-gesloten, vormt zich tussen de condensatorplaten een elektrisch krachtveld, waarin energie is opgeslagen. Een condensator met grote platen en een kleine afstand tussen de platen heeft een grote capaciteit en kan dus bij een gegeven spanning veel lading opslaan. De capaciteit van een condensator wordt gemeten in Farad (F). Het isolatiemateriaal (diëlektricum) vergroot de capaciteit tegenover luchtisolatie. De keramische condensator is van speciaal keramisch materiaal, waarmee een grote capaciteit, bij een kleine afmeting, bereikt kan worden. Het leerpakket bevat een keramische conden-sator met 10 nF (opdruk 103, 10.000 pF) en twee met 100 nF (opdruk 104, 100.000 pF).

Afb. 10: Een keramische condensator

12

1.9 Elektrolytcondensatoren 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 gewikkelde aluminiumfolie met grote oppervlakte. De spanning mag slechts in één richting aangesloten worden. In de verkeerde richting loopt er een lekstroom die de isolatielaag geleidelijk afbreekt, waardoor het onderdeel stuk gaat. De minpool is aangegeven met een witte lijn, en heeft een kortere aansluitdraad. Bij het leerpakket behoren een elco met 10µF en twee elco's met 100µF.

Afb. 11: Een elektrolytische condensator 2 Stroomversterking De schakeling van afb. 12 toont de basiswerking van een NPN- transistor. Er zijn twee stroomkringen. In het stuurstroomcircuit loopt een kleine basisstroom, in het last- stroomcircuit een grotere collectorstroom. Beide stromen lopen gemeenschappelijk door de emitter. Omdat de emitter hier op een gemeenschappelijk contactpunt van de schakeling ligt, wordt deze schakeling ook emitterschakeling genoemd. Zodra de basisstroomkring geopend wordt, loopt er ook geen laststroom meer. De basisstroom is veel kleiner dan de collector-stroom. De kleine basisstroom wordt dus versterkt tot een grotere collectorstroom. De basisweerstand is 470-maal groter dan de voorschakelweerstand in het laststroomcircuit. De kleine basisstroom is aan de minimale helderheid van de groene LED herkenbaar. De transistor BC547B versterkt de basisstroom ongeveer 300- maal zodat de rode LED veel lichter is dan de groene LED.

Afb. 12: Een NPN- transistor in emitterschakeling

13

Schakel een tweede weerstand van 470 k� parallel tot de reeds geplaatste basisweerstand. De basisstroom zal stijgen en ook de collectorstroom wordt groter. De transistor is nu volledig doorgeschakeld, d.w.z. ook een nog grotere basisstroom kan de collectorstroom niet verhogen. Als u een 22-k�-weerstand parallel schakelt, zal de rode LED niet helderder worden. De transistor werkt nu als een schakelaar. Tussen collector en emitter is er slechts nog een heel klein spanningsverschil van ongeveer 0,1 V. De collectorstroom is al door de verbruiker begrensd en kan niet verder toenemen. Tussen basis en emitter is een spanning van ongeveer 0,6 V, die ook bij een verandering van de stroom slechts minimaal verandert.

Afb. 13: Stroomversterking De LED’s dienen voor het aangeven van de stromen. De rode LED licht helder op, de groene nauwelijks. Alleen in een volledig donkere kamer is de basisstroom zichtbaar aan de hand van het zwak oplichten van de groene LED. Het verschil wijst op de grote stroomversterking.

14

3 Plus en minus omkeren Een PNP- transistor heeft exact dezelfde functie dan een NPN- transistor maar met een omgekeerde polariteit. De emitter is nu aan de pluspool van de batterij.

Afb. 14: Een PNP- transistor in emitterschakeling Bouw de schakeling op met de PNP- transistor BC557 en onderzoek ook hier weer de stroomversterking met verschillende basisweerstanden. De BC557B geeft eveneens een 300- voudige stroomversterking.

Afb. 15: Stroomversterking van de BC557 onderzoeken 4 Naloopsturing Het doel van deze schakeling is een LED-zaklamp met vertraagde uitschakeling. De binnenverlichting van auto's functioneert vaak volgens dit principe: nadat u het voertuig heeft verlaten, brandt het lampje nog een bepaalde tijd en gaat daarna uit. Als u een elco met de juiste polariteit aan een batterij houdt neemt hij een elektrische lading op. Na het scheiden van de batterij blijft deze oplading lang behouden. De elco kan dan met een LED verbonden worden. Dit geeft een korte lichtflits. De elco is onmiddellijk ontladen.

15

De stroomversterking van een transistor kan gebruikt worden, om de ontlaadtijd van een condensator te verlengen. De schakeling van afb. 16 maakt gebruik van een elco met 100 �F als laadcondensator. Na een korte druk op de druktoets is hij geladen en levert nu gedurende langere tijd de basisstroom voor de emitterschakeling.

Afb. 16: Vertraagde uitschakeling De ontlaadtijd wordt door de grote basisweerstand aanzienlijk verlengd. Na circa twee seconden is de elco bijna helemaal ontladen. Maar daarna is de basisstroom nog steeds voldoende voor een kleine modulatie van de transistor. De collectorstroom neemt heel langzaam af.

Afb. 17: De zaklamp met vertraagde uitschakeling

16

Zolang u de toets ingedrukt houdt, licht de LED fel op.Echter volstaat een korte druk op de toets voor het inschakelen van de LED. Daarna blijft deze ongeveer twee seconden vol ingeschakeld en licht dan steeds zwakker op. Na ongeveer een minuut is nog steeds een zwak oplichten merkbaar. In werkelijkheid gaat de LED ook na lange tijd niet volledig uit. De stroom neemt echter af tot een zo kleine waarde, dat hij geen merkbare invloed meer heeft. 5 Aanraaksensor Een lamp kan met een eenvoudige schakelaar geschakeld worden. Met een geschikte transistorschakeling kan ook een aanraaksensor opgebouwd worden. Twee draden of metalen contacten raken zich daarbij niet direct aan, maar moeten met een vinger aangeraakt worden. De stroomversterkingsfactoren van twee transistors kunnen vermenigvuldigd worden als de versterkte stroom van de eerste transistor als basisstroom van de tweede transistor nogmaals versterkt. De schakeling volgens afb. 18 is de zogenaamde Darlington- schakeling.

Afb. 18: De Darlington- schakeling Als u uitgaat van een versterkingsfactor van 300 voor elke transistor, dan heeft de Darlington- schakeling een versterking van 90.000. Nu geleid een basisweerstand van 10 M� al genoeg, om de LED in te schakelen. Bij een echte test kunt u in de plaats van de extreem hoogohmige weerstand een aanraakcontact gebruiken. Vanwege de grote versterking is al het licht aanraken met een droge vinger voldoende. De extra veiligheidsweerstand in de toevoer naar de batterij beschermt de transistors in het geval dat de aanraakcontacten per ongeluk direct worden verbonden.

17

Afb. 19: De aanraaksensor 6 Bewegingsdetector Deze schakeling bezit een sensordraad op de ingang van de eerste transistor. Als er iemand in de buurt van de draad beweegt gaat de LED oplichten. Door beweging op een geïsoleerde ondergrond wordt elke mens ongemerkt opgeladen. Als men zich dan in de buurt van een geleidende voorwerp beweegt, leiden de elektrostatische krachten tot een verschuiving van de elektrische opladingen, dus tot een kleine stroom welke hoog versterkt wordt. De Darlington- schakeling stuurt een PNP- transistor aan, zodat de stroomversterking nog eens 300 maal groter wordt. Nu zijn reeds minimale picoampere nodig om de LED te laten oplichten.

Afb. 20: Versterking met drie transistoren

18

Afb. 20: Sensorversterker voor elektrische velden Voor de eerste proef van de schakeling is een korte sensordraad van 10 cm heel geschikt. Na een beetje beweging op een geïsoleerde bodem heeft u meestal voldoende elektrische oplading. Beweeg dan uw hand in de buurt van de sensordraad. De helderheid van de LED verandert. Om de gevoeligheid van de schakeling nog iets op te schroeven, kunt u een langere sensordraad aansluiten. Dit kan een gestripte draad of een geïsoleerde kabel zijn. Nog meer effect krijgt de sensor als u bijkomend de minusaansluiting van de batterij gaat aarden. Hiertoe is het voldoende als een tweede persoon de schakeling aanraakt. Nu wordt het effect al gezien wanneer iemand in een afstand van een halve meter aan de sensor voorbijgaat. Het knipperen van de LED toont de enkele stappen. Bij een directe aanraking van het gestripte draadeinde gaat de LED permanent oplichten. Dit komt door de onvermijdelijke 50-Hz-wisselvelden in de kamer. Daadwerkelijk gaat de LED niet constant oplichten maar knippert met een frequentie van 50 Hz. 7 De LED als lichtsensor Deze lichtsensor stuurt de helderheid van de LED. Als er licht op de sensor valt, gaat de LED oplichten, bij duisternis is de LED uit. Eigenlijk loopt er door een diode zo goed als geen stroom, als ze in sperrichting op een spanning wordt aangesloten. In werkelijkheid is er echter een zeer kleine sperstroom bijv. in de buurt van enkele nano-ampère, die in normale gevallen kan worden verwaarloosd. De hoge versterking van de Darlington-schakeling laat echter experimenten toe met extreem kleine stromen. Zo is bijv. de sperstroom van een lichtdiode zelf afhankelijk van de belichting. Een LED is daarmee tegelijkertijd ook een fotodiode. De uiterst kleine fotostroom van de rode LED wordt met twee transistoren zo ver versterkt, dat de groene LED oplicht.

19

Afb. 22: Versterking van de LED-sperstroom Bij de praktische proef is de rechter LED bij een normale omgevingslicht al duidelijk ingeschakeld. Het beschaduwen van de sensor-LED met de hand is te zien aan de helderheid van de indicatie-LED.

Afb. 23: De LED-lichtsensor 8 Constante helderheid Soms is er een constante stroom nodig, die zo onafhankelijk mogelijk is van spanningsschommelingen. Een LED zou op die manier met eenzelfde helderheid oplichten, ook als de batterij al een kleinere spanning heeft. De schakeling van afb. 24 toont een eenvoudige stabilisatieschakeling. Een rode LED op de ingang stabiliseert de basisspanning op ongeveer 1,8 V. Omdat de basis-emitterspanning steeds ongeveer 0,6 V bedraagt, ligt er aan de emitterweerstand een spanning van ongeveer 1,2 V. De weerstand bepaalt dus de emitterstroom en zodoende ook de collectorstroom van ongeveer 2,5 mA.

20

De LED's in de collectorkring behoeven geen voorschakelweerstand, omdat de LED-stroom geregeld wordt door de transistor. De constante stroombron functioneert ook met verschillende belastingen. Het maakt niet uit of u beide LED's in de collectorkring gebruikt of een van de beide kortsluit – de collectorstroom blijft hetzelfde.

Afb. 24: Een gestabiliseerde stroombron

Afb. 24: Stabilisering van de LED-helderheid Controleer de resultaten met een nieuwe en met een bijna lege batterij. Zo lang er een zekere restspanning voorhanden is, blijft de helderheid van de LED haast hetzelfde. Bij slechts een LED mag de batterijspanning lager liggen dan bij twee LED's, hier moet ten minste nog 6V aanwezig zijn.

21

9 Temperatuursensor Deze schakeling laat via de LED-helderheid de temperatuurverschillen zien. Er is al voldoende om de temperatuursensor met de vinger aan te raken.De schakeling van afb. 26 toont een zogenaamde stroomspiegel. De stroom door de weerstand van 1-k� spiegelt zich in de beide transistors en verschijnt in haast dezelfde grootte opnieuw als collectorstroom van de rechter transistor. Omdat bij de linker transistor basis en emitter zijn samengeschakeld zijn, ontstaat er automatisch een basis-emitterspanning van ongeveer 0,6V, die leidt tot de aangegeven collectorstroom. Theoretisch moet nu eigenlijk de tweede transistor met exact dezelfde gegevens en bij eenzelfde basis-emitterspanning dezelfde collectorstroom vertonen. In de praktijk zijn er meestal echter geringe verschillen. De stroomspiegel is gelijktijdig een constante stroombron. De helderheid van de gele LED verandert zich daarom niet als u de groene LED overbrugd.

Afb. 26: De stroomspiegel

Afb. 27: Transistor als temperatuursensor

22

De schakeling is geschikt voor een gevoelige temperatuursensor. Raak een van de transistors aan met uw vinger. De daarbij optredende opwarming verandert de uitgangs-stroom en wordt zichtbaar als een helderheidsverandering van de LED. Naargelang welke van de beide transistors u aanraakt, kunt u de helderheid iets verhogen of verlagen. Met de vinger kan, afhankelijk van de omgevingstemperatuur, een opwarming van ca. 10 °C geproduceerd worden, die dan goed zichtbaar is. Nog duidelijker word het helderheids-verschil, wanneer u een van de transistors voorzichtig met een soldeerbout opwarmt. 10 Aan en uit Nu wordt het digitaal: terwijl in een analoge schakeling meer of minder stroom loopt, is een digitale schakeling steeds helemaal aan of uit. De schakeling Aan en Uit noemt men ook 1 en 0. De hier gepresenteerde schakeling kan als basismodule voor de computertechniek gezien worden. Een schakeling met twee stabiele standen noemt men een tuimelschakeling of flip-flop. Een LED is of "aan" of "uit", maar nooit "half aan". Afbeelding 28 toont de typische schakeling van een eenvoudige flip-flop. In principe bestaat de schakeling uit twee gekoppelde versterker-trappen met gesloten terugkoppeling.

Afb. 28: Een bistabiele flip-flop De schakeling kantelt in een van de twee mogelijke standen: als de rechter transistor geleidt, is de linker gesperd en andersom. De telkens geleidende transistor heeft een lage collector-

23

spanning en schakelt daarmee de basisstroom van de andere transistor uit. Daarom is een eenmaal ingenomen schakelstand stabiel, tot deze met een druktoets wordt veranderd.

Afb. 29: De kipschakeling Schakel de voedingsspanning in. U zal merken, dat één van de beide LED’s oplicht. Er kan niet worden voorspeld, welke kant ingeschakeld wordt. Vaak beslist de verschillende stroomversterking van de transistors naar welke kant de schakeling kantelt. Gebruikt nu een draadbrug, waarmee u telkens een van de beide transistors spert. De ingenomen stand blijft na het verwijderen van de brug bestaan. De beide toestanden worden ook aangegeven als gezet (Set, S) en teruggezet (Reset, R), vandaar de naam RS-flip-flop. 11 Inschakelen en onderbreken Een bistabiele schakeling kan ook met een NPN- en een PNP- transistor opgebouwd worden. De collectorstroom van een transistor wordt gelijktijdig de basistroom van de andere transistor. Daarom zijn of beide transistors gezamenlijk gesperd of geleidend. Na het inschakelen is de schakeling eerst in de sperstand. Na kort S1 te verbinden wordt in de geleidende stand geschakeld. Deze toestand blijft zo totdat de voeding onderbroken wordt. Alleen door het uitschakelen van de voeding gaan de transistors terug in de gesperde stand.

Afb. 30: Geleiden en sperren

24

Na een korte verbinding van S1 wordt de schakeling gestart en de LED gaat oplichten. Met S2 daarentegen kan de geleidende toestand onderbroken worden. S3 schakelt weliswaar de LED in, verbreekt echter tegelijkertijd de geleidende toestand van de transistoren. Na het openen van S3 zal de LED daarom niet oplichten.

Afb. 31: Aan of uit 12 Elektronisch knipperlicht Dit elektronisch knipperlicht werkt in de wisselwerking: twee LED's moeten automatisch omgeschakeld worden, zodat steeds alleen één van de beide oplicht. De symmetrische knipperschakeling van afbeelding 32 noemt men ook een multivibrator. De terugkoppeling gebeurt via twee condensatoren. Bij de elco's moet u op de polariteit letten, opdat de spanning aan de collector gemiddeld hoger is dan aan de tegenoverliggende basis. De toestand van de schakeling blijft steeds zo lang stabiel, zolang de condensatoren nog omgeladen worden. Daarna kantelt de schakeling in de desbetreffende andere toestand. Met twee elco's van 100 µF bereikt men alleen een minimale knipperfrequentie en wel minder dan 5 keer wisselen in één minuut.

Afb. 32: De multivibrator

25

Afb. 33: Een langzame knipperlicht 13 Eenvoudige LED- knipperlicht Een knipperlicht bij een auto bestuurt meestal alleen een lamp. Hier wordt een verdere flip-flop opgebouwd, die zelfstandig heen een weer schakelt. De schakeling heeft alleen één condensator nodig. Twee transistors in emitterschakeling vormen een versterker. De terugkoppeling van de uitgang naar de ingang loopt over een condensator, die zich steeds weer oplaadt en ontlaadt.

Afb. 34: Eenvoudige multivibrator

Afb. 35: De LED-knipperlicht

26

14 LED- flitser Deze schakeling produceert regelmatige korte flitsen. Zo lang de condensator nog geladen wordt blijven alle drie transistoren gesperd. De spanning aan de basis van de middelste transistor loopt langzaam omhoog. Bij circa +0,6 V gaat deze dan geleiden en levert de basisstroom voor de PNP- transistor. Zijn collectorspanning stijgt en schakelt de LED in. Gelijktijdig levert de elco een krachtige en korte basispulststroom. De linker transistor in de schakeling zorgt voor het juiste werkpunt van de schakeling. Er ontstaat een lichtflits van ongeveer eens per seconde.

Afb. 36: De flitsschakeling Verwijder de parallel tot de LED liggende 1-k�-weerstand uit de schakeling: de pauze tussen de lichtflitsen wordt aanzienlijk langer. De linker transistor spert pas als de elco volledig ontladen is. Pas dan stijgt langzaam zijn collectorspanning om een nieuwe impuls mogelijk te maken.

Afb. 37: LED-flitser

27

15 MOSFET- touch- sensor De schakeling met de MOSFET BS170 (metaal- oxide- halfgeleider- veldeffecttransistor, in het Engels metal oxide semiconductor field-effect transistor) stuurt een LED door twee contactparen die direct verbonden of met de vinger aangeraakt kunnen worden. Na een korte verbinding van de contacten blijft de desbetreffende toestand voor langere tijd behouden. De NPN- transistor werd bij de eerste proef met een eenvoudige basisschakeling reeds voorgesteld. Er moet een basisstroom lopen zodat een collectorstroom mogelijk is. Een hierop lijkende proef met de MOSFET BS170 laat een heel andere werking zien. De MOSFET heeft drie aansluitingen Gate (G), Source (S) en Drain (D): De gestuurde stroom is dit keer niet afhankelijk van de ingangsstroom, maar van de binnenkomende spanning tussen G en S. Wanneer aan de gate een positieve spanning van ongeveer 2 V of meer aanwezig is, geleid de transistor. De gate- aansluiting is volledig geïsoleerd en vormt een kleine condensator met ca. 60 pF. Is de gate opgeladen, dan blijft de gate spanning daarom lang behouden.

Afb. 38: Basisschakeling van de MOSFET Verbind een keer kort de aansluitingen A en B om de gate op te laden. De LED gaat branden en blijft aan. Verbind de contacten C en D om de gate te ontladen en de LED uit te schakelen. Alle beide toestanden blijven relatief lang behouden. De proef demonstreert daarmee de principiële werkwijze van een dynamisch geheugen, welke eveneens een elektrische lading bewaard om een één- en nultoestand te tonen. Tegelijkertijd is de schakeling een eenvoudige aanraakschakelaar, het aanraken van de contacten A en B resp. C en D geeft hetzelfde effect dan een direct contact. Echter opletten! Een gate spanning van meer dan 20 V is niet toegestaan en kan de transistor vernielen! Daarom moet men voorzichtig zijn met elektrostatische oplading. Dus altijd eerst een aansluiting van de voeding aanraken om eventuele opladingen af te leiden.

28

Extra gevaar bestaat voor de transistor wanneer twee personen dezelfde schakeling aanraken. Omdat beide verschillend opgeladen kunnen zijn , kan de ontlading via de transistor gaan, die deze vernield.

Afb. 39: Laden en ontladen van de gate 16 Sensordimmer Met een extra condensator tussen gate en drain blijven ook tussenstanden tussen "helemaal aan" en "helemaal uit" behouden. Zakt de spanning aan de gate, wordt de drain stroom kleiner en daarmee ook het spanningsverlies aan de LED en haar voorschakelweerstand. De drain spanning stijgt dus. Dit is alleen mogelijk wanneer de condensator opgeladen wordt. Elke verandering van de drain spanning veroorzaakt een verandering van de gate spanning. Bij een kleine ingangsstroom verandert de LED- helderheid daarom alleen langzaam. Door het aanraken van de contacten A en B word de LED lichter. Om deze donkerder te sturen moeten daarentegen C en D aangeraakt worden. Deze reactie op een aanraking is kan in snelheid variëren. Het lichter maken gebeurd vanwege de grotere laadspanning sneller dan het donkerder maken.

Afb. 40: De touch- dimmer

29

Afb. 41: Verstelbare helderheid 17 Elektrometer Met een elektrometer kunnen kleine elektrische ladingen aangetoond worden. Elektrisch geladen voorwerpen of personen dragen een elektrisch veld met zich mee, dat geïsoleerde voorwerpen in de nabijheid door influentie kan opladen. Dit is ook van toepassing bij de geïsoleerde gate van de BS170. Een geïsoleerde draad wordt op de ingang van de schakeling aangesloten. Elektrische ladingen in de omgeving beïnvloeden dan de LED- helderheid. U kunt bijv. een kunststof liniaal aan een doek wrijven en in de buurt van de schakeling houden. Houdt hierbij een veilige afstand van 10 cm aan zodat de MOSFET niet kan beschadigen. De begintoestand na het inschakelen kan niet bepaald worden, de transistor kan dus helemaal gesperd of helemaal geleidend zijn. In beide gevallen zijn kleine verschillen van de gate spanning zonder effect. Om die reden is er een startschakelaar, waarmee de gate en drain kort verbonden worden. Daarbij wordt de gate spanning ingesteld op het gemiddelde van ongeveer 2 V.

Afb. 42: De elektrometer

30

Afb. 43: Aantonen van elektrische ladingen 18 LED's als foto-elementen Deze proef is een verdere mogelijkheid om een eenvoudige lichtsensor te bouwen. We maken gebruik van een BS170. Twee LED's dienen als lichtsensoren. Met twee NPN- transistors in Darlington- schakeling kon in hoofdstuk 7 een LED gebruikt worden als lichtsensor. Hetzelfde doel bereikt een enkele MOSFET door de bijna oneindig grote ingangsweerstand. Echter zijn nu twee LED's nodig als lichtsensoren. De LED's worden ingezet als foto-elementen die een spanning kunnen leveren. De BS170 geleidt vanaf een gate spanning van 2 V. Twee LED's kunnen gemeenschappelijk, bij voldoende verlichting, de noodzakelijke spanning produceren. Er is zelfs al bij een mindere helderheid de reactie te herkennen. Experimenteer ook met verschillende LED's. Een groene LED levert iets meer spanning dan een rode.

Afb. 44: LED's als foto-elementen

31

Afb. 45: De Lichtsensor 19 Condensator- temperatuursensor Een keramische condensator met 100 nF kan als temperatuursensor ingezet worden. Deze condensator heeft een grote temperatuurcoëfficiënt. De capaciteit wordt minder bij opwarming. Bij deze proef moet eerst de schakelaar gesloten en daarna weer geopend worden. De gate spanning wordt daarbij automatisch op de drempelspanning van ongeveer 2 V ingesteld, de LED gaat oplichten. Aan de condensator van 100 nF ligt een spanning van ca. 7 V. Raak nu de condensator licht met uw vinger aan waardoor hij opgewarmd wordt. De in de condensator opgeslagen lading blijft constant. Maar doordat zich de capaciteit vermindert, loopt de condensatorspanning op. Dit leidt tot een kleinere gatespanning en daarmee tot een geringere drainstroom. Al een lichte aanraking is voldoende om de LED- helderheid duidelijk te verlagen. De schakeling reageert op kleine temperatuurschommelingen gevoeliger dan de transistorschakeling volgens hoofdstuk 9. Zodra zich een sensorcondensator afgekoeld heeft, zal de LED weer helder branden.

32

Afb. 46: Resultaat condensatorspanning

Afb. 47: De temperatuursensor 20 Minutenlicht Het licht wordt ingeschakeld met een druk op de toets en blijft dan ongeveer 1 minuut ingeschakeld. De overgang tussen licht en donker is heel zacht, gaat wel relatief snel. Met de druk op de toets wordt de elco opgeladen op 9 V. Hij ontlaadt zich via de 470-k�-weerstand. Zo lang de gatespanning boven ca. 2,6 V ligt, geleidt de FET en levert de basisstroom voor de NPN- transistor welke de LED inschakelt. Als de ingangsspanning daalt, geleidt de FET zwakker. Zodra de basisspanning van de NPN- transistor onder ca. 0,6 V daalt vloeit er geen merkbare collectorstroom meer, de LED gaat dus uit.

33

Afb. 48: Langzame condensatorontlading

Afb. 49: Het minutenlicht 21 Zachte knipperlicht Een LED-knipperlicht met een zachte op- en aflopende helderheid kan bij een geschikte frequentie ontspannend zijn voor de kijker. De helderheid volgt een sinusloop. Deze schakeling stuurt twee LED's precies in tegenfase. Het licht wisselt dus voortdurend met zachte overgangen tussen rood en groen.

Afb. 50: Een faseverschuifing oscillator

34

Bij de start van de schakeling zijn de elco's nog ontladen. De BS170 spert en de NPN- transistor geleidt. Er brandt dus eerst alleen de rode LED. Vervolgens probeert de schakeling op een gemiddelde stroom te stabiliseren maar slingert steeds en produceert een sinusvormige signaal, waarbij eenmaal de ene en dan de andere transistor geleidt.

Afb. 51: Het soft- knipperlicht

35