Inhoud 1 Voorbereidingen............................................................................ 3 2 Eenvoudige LED-lamp .................................................................4 3 Meer kleuren: Rood en groen ...................................................... 7 4 Controlelampje voor de nacht......................................................8 5 Schakelbare helderheid ............................................................ 10 6 Versterkte stroom.......................................
23 Ononderbroken knipperen ......................................................44 24 Flikkerend vuur........................................................................45 25 Het speciale LED-lampje...........................................................
1 Voorbereidingen De kern van dit leerpakket bestaat uit LED’s en transistors. Dit maakt zelfs complexe toepassingen mogelijk. En als u wilt, vindt u ook de nodige informatie over hoe deze werken.
gestoken. Eerst moet u met een naald kleine gaatjes in de beschermfolie in de achterkant van de plaat prikken en de kabels van onderaf erin steken. Dit zorgt voor een adequate fixatie. De schakelaar en de zekering moeten precies in de afgebeelde positie worden geplaatst. Dat geldt ook voor alle volgende experimenten.
en de zekering. Voor het eerste experiment komen daar een weerstand met 4.700 ohm (geel, paars, rood, 4,7 kΩ) en een rode lichtdiode (LED) bij. De installatierichting van de LED is belangrijk. Deze heeft een kortere draad (de kathode = negatieve pool) en een langere draad (de anode = positieve pool). Binnenin ziet u een iets grotere houder aan de minkant, die het eigenlijke LED-kristal draagt.
Schakelschema’s De schakelschema’s in deze handleiding hoeven niet absoluut gevolgd te worden om de experimenten met succes in te stellen. Maar ze kunnen helpen om alles beter te begrijpen. Een schakelschema toont de verbindingen van de componenten op een vereenvoudigde manier met schakelsymbolen voor elk component. Wanneer u eraan gewend bent, begrijpt u met een schakelschema veel gemakkelijker hoe alles bijeen hoort. De batterij bestaat uit zes 1,5V-batterijcellen.
3 Meer kleuren: Rood en groen Hier wordt aanvullend een groene LED in serie met de rode LED geïnstalleerd. Daarmee branden beide LED’s samen. Met de schakelaar kunt u beide in- en uitschakelen. Serieschakeling In serieschakeling stroomt dezelfde stroom door twee of meer verbruikers. Het is een «onvertakt circuit» omdat er maar één pad is. Dit betekent dat de stroomsterkte op elk punt hetzelfde is. U kunt het eenvoudig uitproberen door de beide LED’s te verwisselen.
Vereenvoudigd schakelschema van een serieschakeling 4 Controlelampje voor de nacht Hier wordt nog een weerstand met 330kΩ (330 kilo-ohm) geïnstalleerd. Deze draagt de kleurringen oranje, oranje, geel en een extra gouden ring. Hoe groter de weerstand, hoe minder stroom er vloeit. De eerste weerstand was slechts 4,7kΩ (geel, paars, rood) en zorgde voor relatief helder licht. Als de grotere weerstand wordt gebruikt, branden de LED’s slechts zwak.
Weerstanden en hun gekleurde ringen De gekleurde ringen op de weerstanden staan voor getallen. Ze worden gelezen beginnend met de ring het dichtst bij de rand van de weerstand. De eerste twee ringen staan voor twee cijfers, de derde voor toegevoegde nullen. Samen duiden ze de weerstand in ohm aan. Een vierde ring geeft de nauwkeurigheid aan. Alle weerstanden hebben een gouden ring.
Dit betekent dat de opgegeven waarde 5% groter of kleiner kan zijn dan aangegeven door de gekleurde ringen. De eerste weerstand wordt als volgt gelezen: Geel = 4, paars = 7, rood = 00, samen 4.700 Ohm, dus 4,7 kΩ. De kleurcode van de weerstand Kleur Zwart Bruin Rood Oranje Geel Groen Blauw Violet Grijs Wit Goud Zilver Ring 1 1. Cijfer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ring 2 2.
schakelaars samen zijn ingeschakeld, zou er eigenlijk een vierde niveau moeten zijn, omdat de stroom nu door beide weerstanden stroomt. Maar het verschil met de derde fase is zo klein dat u het niet merkt.
Spanning, weerstand en stroom Zoals u weet, wordt de elektrische spanning gemeten in volt (V). De batterij heeft 9 V. En een weerstand wordt gemeten in ohm (Ω) of kilo-ohm (1 kΩ = 1.000 Ω). Maar er is nog een zeer belangrijke meetwaarde: De elektrische stroomsterkte wordt gemeten in ampère (A) of bij lage stromen in milliampère (1 mA = 1/1000 A).
Voor de grotere weerstand met 330 kΩ komt u op een stroom van ongeveer 0,015 mA en een levensduur van vier jaar met slechts één batterij. Stroom besparen is de moeite waard! 6 Versterkte stroom Het belangrijkste onderdeel van dit leerpakket is de transistor. Deze heeft drie aansluitingen, die u niet moet verwarren. Ze worden Emitter (E), Basis (B) en Collector (C) genoemd. De afkorting C komt van de Engelse spelling “Collector”. De emitter moet worden aangesloten op de negatieve pool van de batterij.
LED branden. Als een van beide of beide zijn uitgeschakeld, blijft deze uit. Van veel van dergelijke basiscircuits kun je machines, rekenmachines of hele computers maken. Transistors De transistor bevat een kristal van silicium. Silicium (Si) is in zeer grote hoeveelheden aanwezig in zeer normaal kwartszand (kwarts = siliciumoxide). Het behoort tot de halfgeleiders, dat wil zeggen tot de materialen die de elektrische stroom noch goed geleiden zoals metalen, noch goed isoleren zoals glas of rubber.
15
7 Een alarminstallatie Voor dit kleine alarmsysteem hebt u een tweede kabel nodig. Deze vormt een verbinding tussen de basis, die de collectorstroom afsluit en de emitter van de transistor. Maar als u de kabel uittrekt, wordt het alarm geactiveerd. Dan gaat de rode LED aan. Een alarmsysteem kan worden gebouwd met een dunne draad die scheurt wanneer iemand een raam of deur opent. De draad in de vorm van een alarmlus kan meerdere ramen en deuren beveiligen.
Let op, de zekering en de schakelaar worden niet weergegeven in het schakelschema, maar zijn altijd inbegrepen. 8 Uit met een druk op de knop Hier wordt een drukknopschakelaar geïnstalleerd in plaats van de alarmlus van het laatste experiment.
toestand is de schakelaar open. Alleen als u op de knop drukt, wordt het contact gesloten. Hiermee schakelt u de rode LED uit. Het NIET-circuit Eigenlijk vreemd, u sluit een contact en schakelt een stroom in, maar daardoor wordt een andere stroom uitgeschakeld. Een inschakeling veroorzaakt een uitschakeling, dus precies het tegenovergestelde. Dit is ook een van de belangrijkste basisschakelingen van de computertechnologie en wordt een NIET-circuit genoemd. Een andere term hiervoor is «omvormer».
9 Een lange nagloed De condensator in dit leerpakket is zoiets als een kleine energieopslag. Het is een elektrolytische condensator (elco in het kort), en de speciale eigenschap van de elco is dat u net als bij een LED op de polariteit moet letten. De negatieve pool is gemarkeerd met een dikke witte lijn en moet worden verbonden met de min. Let op! Een elektrolytische condensator mag niet op de verkeerd om worden geïnstalleerd. Als de plus en min bij een elco worden omgekeerd, zal de isolatie niet werken.
minuut of twee branden en vervaagt langzaam. Dit is een ideale nachtlamp, omdat je geleidelijk kunt wennen aan de duisternis. Condensator Een condensator bestaat uit twee metalen platen of metalen folies die elkaar niet raken maar van elkaar zijn geïsoleerd. Als ze met een batterij worden verbonden, worden ze elektrisch opgeladen en slaan ze nu elektrische energie op. De capaciteit van een condensator, d.w.z.
10 Rood en groen in dezelfde maat De rood knipperende LED bevat naast het LED-kristal een circuit die de LED-stroom steeds weer in- en uitschakelt.
LED ook in- en uitgeschakeld. Het resultaat is een rood-groen knipperlicht dat men met de drukknopschakelaar start en dat vervolgens geleidelijk steeds zwakker wordt. Als de LED’s niet knipperen, is waarschijnlijk de normale rode LED geïnstalleerd, die u kunt herkennen aan de enigszins dof gekleurde behuizing. De knipperende LED De knipperende LED bevat een elektronische schakelaar, die uit een transistor bestaat.
11 Uitschakelvertraging voor drie LED’s Nu wordt er een derde LED geïnstalleerd samen met nog een weerstand van 4,7kΩ (geel, paars, rood).
LED. Maar deze gaat net als de andere LED’s langzaam uit. Helemaal aan het einde brandt alleen de rode LED nog. De groene LED en de knipperende LED zijn dan al helemaal uit, omdat ze samen meer spanning nodig hebben.
12 Drievoudig knipperlicht in dezelfde maat Het circuit is nu zodanig gewijzigd dat alle drie de LED’s in de knipperpauzes volledig uitgaan. Hierbij wordt een weerstand met 1 kΩ (bruin, zwart, rood) gebruikt. De rode knipperende LED schakelt de transistor in, die daardoor de rode en groene LED’s in- en uitschakelt. Het resultaat is dat alle drie de LED’s knipperen. Als u de 1-kΩ-weerstand uit het circuit haalt voor de test, knippert alleen de knipperende LED, de andere twee LED’s blijven altijd aan.
13 Aanraakschakelaar Een andere transistor moet nu samen met de eerste zorgen voor nog meer versterking. Beide collectoraansluitingen zijn direct verbonden en de emitter van de eerste transistor leidt naar de basis van de tweede. Dit circuit wordt Darlingtoncircuit genoemd. Hiermee wordt een aanraakschakelaar gebouwd.
Het Darlington-circuit De verbinding van twee transistors zoals in het schakelschema wordt een Darlington-circuit genoemd. Twee transistors versterken meer dan één. Dit geldt in het bijzonder voor dit circuit, waarin de reeds versterkte stroom nogmaals wordt versterkt door een tweede transistor. De naam komt van de uitvinder Sidney Darlington, die in 1952 met dit idee kwam. Beide collectors zijn verbonden en de emitter van de eerste transistor stroomt naar de basis van de tweede.
14 LED-lichtsensor In dit experiment wordt een gele LED gebruikt als lichtsensor. Deze wordt andersom dan gebruikelijk ingebouwd en geleidt daarom niet echt elektriciteit. Maar wanneer er licht op de LED valt, veroorzaakt dit een kleine stroom zoals bij een fotodiode. Deze wordt dan versterkt door twee transistors en laat de andere twee LED’s oplichten. Een zaklamp is geschikt voor het testen. Hoe sterker u de gele LED belicht, hoe helderder de twee andere LED’s zullen schijnen.
Naast lichtdiodes zijn er gelijkrichterdiodes en fotodiodes gemaakt van silicium, dat wil zeggen hetzelfde materiaal waaruit transistors zijn opgebouwd. Een fotodiode gebruikt een bijzonder groot gebied, zodat er veel licht van buitenaf in de sperlaag kan doordringen. Daar zorgt het licht ervoor dat het isolerende effect van de sperlaag gedeeltelijk wordt opgeheven, er vloeit stroom. Een LED is vergelijkbaar opgebouwd, maar heeft slechts een zeer klein oppervlak.
15 Met extra schakelaar, ook in het donker Hier wordt de lichtsensor uitgebreid met een extra schakelaar. Met de tweede schakelaar kunnen de LED’s ook ‘s nachts worden ingeschakeld. Deze ligt parallel aan de lichtsensor en kan daarom zelfs in het donker zorgen voor voldoende basisstroom. In plaats van de schakelaar kunt u ook twee contacten voor een aanraaksensor installeren of eenvoudig de draden van de sensor-led aanraken.
31
De PTC-zekering Bij alle experimenten wordt er een zekering gebruikt die helpt wanneer er een fout optreedt. Als er kortsluiting optreedt, kan een kabel heet worden. Of de batterij kan heet worden, snel ontladen of in het ergste geval zelfs exploderen. Maar de zekering zal het ergste verhinderen. Veel zekeringen branden gewoon door wanneer er kortsluiting wordt veroorzaakt. Maar deze speciale zekering is een zelfherstellende zekering, die ook PTCzekering wordt genoemd.
brandt nog steeds zwak, omdat de kleine basisstroom van de andere transistor er doorheen stroomt. Het is onmogelijk om te voorspellen welke LED zal oplichten na inschakeling. U kunt echter de toestand veranderen door een van de basisaansluitingen aan te raken met een draad en aldus een korte elektrische puls te genereren als gevolg van willekeurig aanwezige ladingen. Dit werkt meestal niet de eerste keer.
17 Reactiespel U kunt twee knoppen kunnen gebruiken om de flipflop van het laatste experiment zeer gericht in een gewenste toestand te brengen. U zou het experiment kunnen gebruiken als een lichtsignaal. Rood betekent: Niet storen a.u.b.
kent: Aanspreken toegestaan. Maar het experiment is tegelijkertijd een klein elektronisch spel. Elke schakelaar kan de basisstroom van zijn transistor uitschakelen, waardoor ook de aangesloten LED uitschakelt. Normaal drukt u de knoppen slechts één voor één en afwisselend in. Maar als u beide tegelijk indrukt, gaan beide LED’s uit. Wanneer u de knoppen loslaat, gaat daarentegen slechts één LED aan en niemand kan voorspellen welke. De schakelaars echt op hetzelfde moment loslaten is namelijk onmogelijk.
18 Vierkleurige omschakelaar Hier wordt voor het eerst de roze oplichtende LED gebruikt. De behuizing is witachtig, maar deze LED licht echt op in de kleur roze. De RS-flipflop van het laatste experiment moet nu worden uitgebreid voor vier LED’s. Zoals eerder, heeft elke transistor één LED in de collectorleiding, maar de andere LED wordt in de emitterleiding geplaatst. Zo branden rood en geel altijd samen of aan de andere kant roze en groen.
verwisselen en onderzoeken hoe het circuit zich vervolgens gedraagt. De opbouw van de roze LED Het eigenlijke LED-kristal van de roze LED straalt blauw licht uit. Maar het is bedekt met een fluorescerend materiaal dat een deel van het blauwe licht opvangt en als rood licht uitstraalt. Zo komt het dat de roze LED eigenlijk twee kleuren uitstraalt: Rood en blauw. Op deze wijze ontstaat de mengkleur roze.
19 Eenvoudige RS-flipflip Een vereenvoudigde flip-flop kan worden gebouwd met slechts één LED en slechts drie weerstanden. U kunt de LED in- en uitschakelen met de twee knoppen. Zo’n circuit wordt ook wel RS-flip-flop genoemd. De afkorting staat voor Reset (terugzetten = uitschakelen) en Set (zetten = inschakelen). De RS-flip-flop is een belangrijk basiselement van de digitale elektronica en computertechnologie.
schakelt u tegelijkertijd de basisstroom voor de linker transistor uit, net alsof u de LED wilt inschakelen. Een test met de knipperende LED is ook interessant. Heeft het knipperen invloed op de toestand van de RS-flipflop? 20 Temperatuursensor Het laatste circuit wordt slechts een beetje veranderd, maar gedraagt zich volledig anders en reageert op verschillende temperaturen. Een weerstand met 1 kΩ (bruin, zwart, rood) voorziet de linker transistor van basisstroom.
groot en is direct afhankelijk van de bereikte temperatuurverschillen. Maar u kunt duidelijke resultaten zien als u de linker en de rechter transistor afwisselend aanraakt met tussenpozen van een halve minuut. Voor grotere temperatuurverschillen plaatst u een stuk ijs op een lepel en houdt u een andere lepel boven de verwarming en vervolgens raakt u de transistors met beide aan.
21 Langzaam knipperlicht In tegenstelling tot de rood knipperende LED met zijn ingebouwde knipperlicht moet er nu een apart richtingaanwijzer worden gebouwd. Het circuit doet een beetje denken aan de flipflops van eerdere experimenten. Het belangrijkste verschil is dat er deze keer een condensator wordt geïnstalleerd. De basisstroom door de condensator vloeit slechts steeds totdat de condensator opgeladen of ontladen is. Daarna wijzigt de flipflop automatisch van toestand.
22 Driekleurig transistorknipperlicht In het knipperende circuit van de laatste poging bevindt zich een extra weerstand met 10 kΩ (bruin, zwart, oranje) in serie geïnstalleerd in de condensator. Hierdoor wordt de aan/uitverhouding evenwichtiger. Een andere verandering betreft de LED’s. De rechter transistor kan veel meer dan alleen een LED schakelen. Hier zijn het er gelijk drie, die samen knipperen. De oscillator Een circuit dat automatisch trillingen genereert, wordt een oscillator genoemd.
43
23 Ononderbroken knipperen Het knipperlicht krijgt nu een vierde LED. Deze keer is de knipperende LED inbegrepen. En deze wordt parallel aan de groene LED geïnstalleerd. Het resultaat is dat de rode knipperende LED en de groene LED altijd afwisselend knipperen. Dit knipperen gaat sneller dan het zelf gebouwde knipperende circuit. U ziet een reeks knipperende pulsen, waarbij de knipperende LED steeds ongeveer zes keer knippert met de groene LED en vervolgens wordt onderbroken.
24 Flikkerend vuur Het doel van dit experiment is een zachte flikkering zoals een gesimuleerd kampvuur. Het circuit moet hiervoor een derde helderheidsniveau tussen aan en uit krijgen. Deze keer wordt de roze LED parallel aan de knipperende LED geplaatst en gaat branden wanneer de knipperende LED uit is. Hierdoor ontstaat er een ingewikkeld knipperpatroon dat doet denken aan het flikkeren van een vuur.
46
25 Het speciale LED-lampje Eén kleur ontbrak tot nu toe en daarom wordt nu de blauwe LED geïnstalleerd. Het onderbroken afwisselend roodblauwe knipperen ziet er bijzonder mooi uit en trekt ieders aandacht. Maar er zijn nog steeds veel uitbreidingen met heel verschillende kleuren denkbaar. Geel, rood.
48
Impressum Beste Klant! Dit product is vervaardigd in overeenstemming met de toepasselijke Europese richtlijnen en draagt daarom de CE-markering. Het beoogde gebruik wordt beschreven in de bijgevoegde instructies. Voor elk ander gebruik of wijziging van het product bent u zelf verantwoordelijk voor het naleven van de toepasselijke regels. Installeer daarom de circuits precies zoals beschreven in de instructies. Het product mag alleen worden gedistribueerd met deze handleiding.