Inhoud 1 De Onderdelen.............................................................................. 3 2 De eerste LED-lichtjes...................................................................4 3 Meer licht!....................................................................................8 4 Omschakelbare helderheid........................................................ 10 5 Serieschakeling met twee LED’s..................................................13 6 Parallel geschakeld.........................
22 Een automatische kleurwissel-LED............................................41 23 Wit knipperlicht .......................................................................44 24 Groen knipperlicht...................................................................45 25 Flikkeren en knipperen met slechts zes LED’s.........................
1 De Onderdelen In dit pakket gaat het om spannende projecten met LED’s en andere elektronische componenten. Daarnaast zijn er altijd infovakken die uitleggen waarom de experimenten werken zoals ze werken. Het is uiteraard ook mogelijk om alleen de eigenlijke experimenten uit te voeren.
ten in de juiste contactgaten van de insteekprintplaat worden gestoken. Men moet eerst kleine gaatjes in de beschermfolie op de achterkant van de plaat prikken met een naald en de kabels van onderaf erin steken. Daardoor kunnen ze niet meer gemakkelijk wegglijden. De schakelaar en de zekering moeten precies in de getoonde positie worden gestoken. Dit past dan voor alle volgende experimenten. Zo kunnen geen grote fouten meer gebeuren.
weerstand nodig. Het resultaat is een eenvoudig stroomcircuit met een LED. Het is wel niet zeer helder, maar een schakelaar en alle belangrijke onderdelen die in de volgende experimenten zullen worden gebruikt zijn reeds aanwezig. Op de afbeelding ziet men precies in weke gaten op de insteekprintplaat de onderdelen moeten worden gestoken. Om de onderdelen op de insteekprintplaat te steken, is een kleine platte tang geschikt. Men plaatst de draden gewoon van bovenaf.
afvlakking aan de behuizing. Dit is ook het geval bij gekleurde LED’s. Bij de witte LED is er daarnaast ook een geelachtige lichtkleur die het LED-kristal bedekt. Er zijn LED’s die er van buiten hetzelfde uitzien. Maar een blik vooraan door de lens helpt op elk moment om de witte LED ook te herkennen wanneer die uitgeschakeld is. De weerstand mag in een richting naar keuze worden ingebouwd. Hij beschikt over kleurringen (geel, paars, rood en goud) die een getalwaarde voorstellen.
Schakelschema‘s Een schakelschema toont de verbindingen van de onder-delen in een vereenvoudigde vorm. In het begin is het misschien een beetje verwarrend omdat de echte onder-delen er anders uitzien. Wanneer men dit gewoon is geworden, toont een schakelschema aanmerkelijk duidelijker hoe alles samenhoort. De batterij bestaat uit zes batterijcellen met telkens 1,5 V. De langste streep staat voor de pluspool. De zekering wordt als een hokje met een draad getekend.
3 Meer licht! De LED van het eerste experiment was nog niet zeer helder. Hier wordt nu een andere weerstand ingebouwd. De eerste weerstand heeft 4,7 kΩ (4.700 Ohm, geel, purper, rood), deze heeft slechts 0,47 kΩ (470 Ohm, geel, purper, bruin). Hij laat daarom duidelijk meer stroom door. Daardoor wordt de LED veel helderder. Weerstanden en hun kleurringen De kleurringen op de weerstanden stellen getallen voor. Ze worden gelezen te beginnen met de ring die aan de rand van de weerstand ligt.
De weerstandkleurcode Kleur Ring 4 Tolerantie Zwart Ring 1 Ring 2 Ring 3 1ste cijfer 2de cijfer Multiplicator 0 1 Bruin Rood Oranje 1 2 3 1 2 3 10 100 1000 1% 2% Geel 4 4 10000 Groen Blauw 5 6 5 6 100000 1000000 Purper 7 7 10000000 Grijs 8 8 Wit 9 9 0,5 % Goud 0,1 5% Zilver 0,01 10 % 9
4 Omschakelbare helderheid Meer helderheid is vaak een voordeel, maar heeft echter ook een nadeel. De energie van de batterij wordt namelijk sneller verbruikt. Het is praktischer wanneer men kan uitzoeken of men meer of minder licht nodig heeft. En daarvoor is er de tweede schakelaar die via een kabel met twee dunne stekkers wordt verbonden. Wanneer hij op ON staat, stroomt er meer stroom en de LED is helderder. Schakelaar 1 dient bovendien voor geringe helderheid.
Eigenlijk zijn er zelfs drie helderheidsniveaus. Schakelaar 1 is verantwoordelijk voor de eenvoudige helderheid en schakelaar 2 voor de tienvoudige helderheid. Maar wanneer beide schakelaar ingeschakeld zijn, ontstaat er een elfvoudige helderheid. Men kan het gemakkelijk testen: Schakelaar 2 staat aan en schakelaar 1 wordt afwisselend aan- en uitgeschakeld. Het verschil is echter zeer gering en nauwelijks waar te nemen.
Met een geschikt meettoestel kan men meten hoeveel stroom er door de LED stroomt. Maar u kunt het ook uitrekenen als u weet hoe groot de spanning van de batterij is en wat de spanning is op de LED. Wanneer de batterij nog nieuw is, heeft ze een spanning van 9 V. De LED heeft ongeveer 3 V nodig. Dan blijven er nog 6 V voor de weerstand.
5 Serieschakeling met twee LED’s Hier komt een tweede LED in het stroomcircuit. De lichtjes worden daardoor nog iets helderder. De helderheid is reeds voldoende om er ‘s nachts mee te lezen. Er zijn opnieuw twee helderheidsniveaus. Men kan echter afhankelijk van de situatie beslissen hoeveel licht men nodig heeft. Serieschakeling In een serieschakeling stroomt dezelfde stroom door twee of meer verbruikers. Het is een „onvertakt stroomcircuit“ omdat er maar één weg is.
Vereenvoudigd schema van een serieschakeling De spanning verdeelt zich over de gebruikers in het stroomcircuit. In dit geval gaat het om twee LED’s en een weerstand. Elke witte LED heeft ongeveer 3 V nodig. Twee LED’s hebben dus een spanningsverlies van 6 V en omdat de batterij 9 V heeft, blijft er een spanningsverlies van 3 V aan de weerstand. In dit geval wordt de batterijspanning dus in gelijke delen over de drie verbruikers verdeeld. Het energieverbruik wordt op dezelfde manier verdeeld.
branden de beide LED’s zoals bij het laatste experiment. Maar ze zijn feitelijk iets minder helder. Parallelschakeling De parallelschakeling wordt ook ”vertakt stroomcircuit“ genoemd. De stroom door de weerstand verdeelt zich namelijk over twee LED‘s. De helft van de stroom stroomt door de ene LED, de andere helft door de andere LED. Een kleine test kan dit bewijzen: Wanneer men de kabel tussen de beide LED‘s verwijderd, gaat een LED uit, maar de andere wordt helderder.
Parallelschakeling met twee LED’s 7 Licht-morsetoestel De drukschakelaar schakelt in dit experiment de signaalLED aan en uit. Zo ontstaat een eenvoudig morsetoestel. De signaal-LED wordt met sterke helderheid aangedreven. Daarnaast is er ook een LED met een zwakker continu licht die via de schakelaar 1 kan worden ingeschakeld.
Info morsetekens 17
8 Groene signalen Hier wordt een groene LED in plaats van een witte signaal-LED ingebouwd. Het licht van deze LED is over nog grotere afstanden waar te nemen. Daarmee kunnen er boodschappen met vrienden worden uitgewisseld die zich binnen oogbereik bevinden.
9 Een elektrisch testapparaat In dit experiment wordt er een testapparaat gebouwd, waarmee men kan testen welke zaken er stroom geleiden. De weerstand met 10 kΩ (bruin, zwart, oranje) moet de stroom door de LED nog verder laten verminderen, want er is hier niet veel helderheid nodig. Daarvoor zijn er twee kabels met testpunten. Hiermee kan men voorwerpen naar keuze aanraken. Wanneer de LED aangaat, weet men dat er stroom door loopt. Alle metalen geleiden stroom, maar ook andere zaken zoals bijv.
derzoekt, zal het geen verschil uitmaken omdat alle metalen goede geleiders zijn.
Aanvullend experiment Het testapparaat is ook geschikt voor het onderzoeken van elektrische onderdelen. De weerstanden uit het pakket geleiden de stroom niet even goed. Een LED geleidt slechts in een richting. En men kan testen of een gloeilamp nog functioneert of reeds doorgebrand is. 10 Rood en groen licht Het doel van dit experiment is de vergelijking van de helderheid van de verschillend gekleurde LED’s. Een rode LED moet in serie worden geschakeld met een groene LED.
22
11 Een kleurenomschakelaar Met een weerstand van 2,2 kΩ (rood, rood, rood) en twee LED’s kan een zeer bijzondere schakeling worden gebouwd, een groen-rood-omschakelaar. Telkens wanneer men op de toets drukt, gaat de rode LED aan, maar de groene LED gaat uit. Bij gesloten schakelcontact is dit eigenlijk slechts een zeer normale parallelschakeling zoals in Experiment 6. Daar worden echter twee gelijke LED’s gebruikt. Deze keer zijn het twee verschillende.
De PTC-zekering Alle experimenten gebruiken een zekering die in actie treedt, wanneer er een fout optreedt. Indien men per ongeluk een kortsluiting veroorzaakt, kan een draad heet worden of kan de batterij oververhit raken en in het ergste geval zelfs exploderen. Maar de zekering kan dit verhinderen. Veel zekeringen branden gemakkelijk door bij het opbouwen van een kortsluiting. Maar deze speciale zekering is anders.
genaamd. Als er in geval van kortsluiting te veel stroom doorstroomt, wordt de PTC-zekering heet en laat deze zeer weinig stroom door, omdat de weerstand ervan sterk stijgt. Vandaar komt ook de naam. PTC staat voor “positieve temperatuurcoëfficiënt” en betekent dat de weerstand toeneemt naarmate de temperatuur stijgt. Bij een spanning van 9 V wordt een temperatuur van ongeveer 60 graden bereikt. Schakelt men dan de stroom uit en lost men het probleem op, dan koelt de zekering af en is deze weer als nieuw.
13 Instelbare helderheid De potentiometer (kort poti) is een instelbare weerstand met drie aansluitingen. Dergelijke onderdelen gebruikt men ook als volumeregelaar in radio’s. Hier moet echter de helderheid van een groene LED mee worden ingesteld. Hoe verder men de knop naar rechts draait, hoe helderder de LED wordt. Tot nu toe werden er reeds verschillende weerstanden tussen 0,47 kΩ en 10 kΩ gebruikt. De poti kan tussen 0 kΩ en 10 kΩ ingesteld worden.
De geopende poti 27
14 Rood – Groen – Wit Met een extra kabel kan ook de derde aansluiting van de poti verbonden worden. Daarmee kan men de elektrische spanning in de schakeling instellen. Er zijn in totaal drie LED’s aangesloten op de slijper van de poti. De rode en de groene LED hebben hun eigen voorweerstand. De witte LED is weliswaar direct aangesloten, maar bij volledige helderheid werkt de weerstand van 470 Ω. Indien men de knop volledig naar links draait, zijn alle LED’s uit.
Aanvullend experiment: Spectraalkleuren Een CD kan als een spiegel worden gebruikt om de drie LED‘s te bekijken. Door een correcte aanpassing van de hoek ziet men de witte LED als strepen in alle keuren van de regenboog. Het lichtspectrum wordt uit elkaar getrokken, terwijl de CD dunne lijnen heeft die voor een interferentie van de lichtbron zorgen. De lijnen van de rode en de groene LED worden ook iets uiteen getrokken, maar ze bevatten slechts een klein deel van het lichtspectrum.
15 Instelling van groen tot rood In dit experiment ontstaat een LED-licht met instelbare kleur. Het brandt ofwel rood of groen of in beide kleuren. Met de poti kan men de helderheid van beide LED’s instellen. Wanneer de groene LED bij het naar links draaien helderder wordt, brand de rode zwakker. En als men de poti meer naar rechts draait, wordt de rode LED helderder en de groene zwakker.
16 Automatisch knipperlicht De rode knipper-LED is een speciale lichtdiode met bijkomende interne elektronica. Wanneer men ze als een normale LED met een serieweerstand installeert, wordt ze steeds weer opnieuw in- en uitgeschakeld.
helderheid moet slechts ter vergelijking daarnaast geplaatst worden.
De knipper-LED De knipper-LED bevat een Transistor als elektronische schakelaar. Daarnaast zijn andere transistors en andere onderdelen nodig, die samen een complexe schakeling vormen en de taak hebben om de exacte timing te regelen. Het geheel is op een klein stukje silicium gebouwd, dat naast het LED-kristal is geïnstalleerd. 17 Knipperlicht – Rood en Groen Nu moet het knipperlicht -signaal zo worden verlengd, dat twee LED’s tegelijkertijd knipperen.
Het principe van Serieschakeling 18 Wisselknipperlicht Hoe d e kleurwissel functioneert werd reeds in experiment 11 getoond. Maar daar wordt een drukschakelaar gebruikt om een rode LED in te schakelen. Deze keer is de automatische schakelaar, die in de knipper-Led is ingebouwd, de LEDcontroller.
LED parallel geschakeld. En omdat de groene LED meer spanning nodig heeft dan een rode LED, brandt ze alleen tijdens de knipperpauzes. Daarnaast wordt ook de LED met de roze kleur gebruikt. Ze moet vervolgens met een instelbare helderheid worden uitgeprobeerd. Indien men de groene en de roze LED verwisselt, dan knippert de roze LED en de groene toont een gelijkmatig licht met instelbare helderheid. Daardoor wordt bewezen dat een roze LED meer spanning nodig heeft dan een rode LED.
Constructie van de rozekleurige LED De roze LED is op dezelfde manier opgebouwd als de witte LED. Het eigenlijke LED-kristal straalt blauw licht uit. Het is echter met een lichtstof bedekt, die een deel van het blauwe licht opvangt en als rood licht opnieuw uitstraalt. Zo komt het dat de roze LED eigenlijk twee kleuren heeft: Rood en Blauw. De blik op een CD verraadt dit...
19 Een wisselknipperlicht met vier LED’s Nu moet een wisselknipperlicht met vier LED’s worden gebouwd. Een gele LED ligt in serie met de knipper-LED en knippert daarom in hetzelfde ritme. Parallel daarnaast ligt een serieschakeling met een groene en een roze LED. Deze beide LED’s hebben meer spanning nodig en branden alleen wanneer de rode en de gele net uit zijn.
Aanvullend experiment: In de schakeling moeten verschillende voorweerstanden getest worden. Hoe kleiner de weerstand, hoe groter de helderheid wordt. Maar functioneert de omschakeling ook nog met de kleinste weerstanden? 20 Alarminstallatie met knipperweergave Met twee LED’s kan een eenvoudige alarminstallatie worden gebouwd. De groene LED brandt voortdurend, de rode vervolgens niet omdat de kabel kortsluit.
21 Een behendigheidsspel Bij dit spel moet men proberen de toets precies in het ritme van de rode knipper-LED aan te raken. Wanneer men op de toets drukt, blijft de groene LED uit. Wanneer men hem loslaat, knippert hij in hetzelfde ritme als de rode knipper-LED. De weerstand voor de groene LED heeft 15 kΩ (bruin, groen, oranje) en laat daardoor weinig stroom door.
omdat men in dit spel goed naar de LED’s moet kijken, maar toch niet verblind mag worden. De toets moet nu steeds opnieuw worden ingedrukt en slechts kort worden losgelaten als de knipper-LED net uit is. Indien men dit tijdstip mist, knippert de groene LED.
Brugschakeling Een brugschakeling bestaat uit twee serieschakelingen en een onderdeel tussen beide. Aan de linkerkant bevat de serieschakeling een weerstand en de knipper-LED. Aan de rechterkant zijn het een weerstand en een schakelaar. Tussen beide ligt een LED die een brug vormt. De beslissende vraag is nu: Is de spanning hoger aan de linkerkant of aan de rechterkant? De groene LED kan alleen branden wanneer links de knipper-LED net ingeschakeld en rechts de schakelaar net uit is.
Opgepast, men mag niet direct in de LED kijken wanneer deze ingeschakeld is. Vooral het blauwe licht kan het netvlies beschadigen. Omdat het oog minder gevoelig is voor blauw licht, lijkt de blauwe LED minder helder, maar is hij nog steeds bijzonder gevaarlijk voor de ogen. De kleurwissel-LED werkt bij dit experiment met instelbare helderheid. Men kan een tweede poging doen. De poti is als spanningsverdeler aangesloten, zodat er ook zeer kleine spanningen vanaf 0 V kunnen worden ingesteld.
43
Pulsbreedtemodulatie De individuele LED‘s worden niet alleen in- en uitgeschakeld, maar verschijnen ook helderder of donkerder. Vaak neemt de helderheid gelijkmatig toe. Daarom zou men kunnen veronderstellen dat er een soort poti is ingebouwd om de stroomsterkte te veranderen. Maar in de realiteit worden de LED‘s snel na elkaar in- en uitgeschakeld. Wanneer men de volledige constructie snel heen- en weer beweegt, kan men lichtstrepen van verschillende lengte zien.
24 Groen knipperlicht Deze keer moet de groene LED tegen het ritme van de kleurwissel-LED branden. Hij moet daarvoor parallel worden geschakeld. De geschikte weerstand heeft 1,5 kΩ (bruin, groen, rood). Telkens wanneer de kleurwissel-controller met de rode LED inschakelt, gaat de groene LED uit.
ressant flikkeren van de groene LED. En ook aan de groene LED ziet men vaak traploze wijzigingen in de helderheid. Aanvullend experiment Men kan in deze schakeling veel verschillende weerstanden tussen 470 Ω en 22 kΩ testen. Zo kunnen er verschillende helderheidsniveaus worden ingesteld. Het doel kan meer helderheid (lagere weerstand) of langere levensduur van de batterij (grotere weerstand) zijn.
25 Flikkeren en knipperen met slechts zes LED’s Met in totaal zes LED’s en twee gelijke weerstanden van 1 kΩ (bruin, zwart, rood), moet tot slot een kleurrijk en gevarieerd LED-licht worden gebouwd, waarbij alle LED’s knipperen of flikkeren. Eigenlijk bevat het pakket slechts twee LED’s met een ingebouwde controller. Maar er zijn nog enkele schaklingstrucs waarmee ook nog extra LED’s kunnen knipperen of flikkeren.
Er zijn nu zes LED’s ingebouwd, maar twee witte LED’s hebben nog geen opdracht. Het kan een opwindende taak zijn om ze ook in te bouwen. Daarvoor zijn er zeer verschillende mogelijkheden. De voorgestelde experimenten zorgen voor uitdagingen. In het algemeen kunnen talloze nieuwe schakelingen worden ontwikkeld met de bestaande onderdelen.
Impressum Lieve klanten! Dit product is vervaardigd in overeenstemming met de toepasselijke Europese richtlijnen en draagt daarom de CE-markering. Het voorziene gebruik is in de meegeleverde handleiding beschreven. Voor elk ander gebruik of wijziging van het product bent u zelf verantwoordelijk voor het naleven van de toepasselijke regels. Bouw de schakelingen daarom precies zoals in de handleiding wordt beschreven. Het product mag alleen samen met deze handleiding worden doorgegeven.