Introductie
Elk jaar weer is er een elektronica-adventskalender met 24 experimenten voor de 24 dagen in december. Dit jaar is het onderwerp LED’s aan de beurt. Achter de deurtjes vindt u niet alleen de standaard-LED’s, maar meerdere heel bijzondere LED’s. Ze brengen kleur en grote verscheidenheid in de experimenten. Samen met andere componenten zoals weerstanden en transistors zijn er ook heel speciale experimenten mogelijk die nieuwe ondervindingen openen en veel plezier bereiden. De elektronica-kalender is ideaal voor het gezamenlijk experimenteren van ouders en kinderen. Helemaal ongedwongen wordt daarbij de belangrijkste basiskennis overgebracht. Kinderen onder de 14 jaar mogen alleen onder toezicht van een volwassene experimenteren. Let op de veiligheid van uw kinderen bij het omgaan met gereedschap en de onderdelen. Werk alleen met ongevaarlijke spanningen onder 24 V. Vermijdt kortsluitingen van de batterij. Let op een bescherming van de ogen. Direct inkijken in een heldere LED kan schadelijk zijn voor de ogen. Wijs uw kinderen op deze mogelijke gevaren. Zodat u direct kunt beginnen, vindt u achter het eerste deurtje twee onderdelen. Later is dan één onderdeel voldoende voor een nieuw experiment. Gun u elke dag in december een kleine experimenteerpauze en bouw alle experimenten zorgvuldig op, zoals in de handleiding beschreven. Berg de momenteel niet benodigde onderdelen goed op, u heeft ze later voor de volgende experimenten weer nodig. Uiteraard zijn met de componenten veel meer dan de beschreven 24 experimenten mogelijk. Misschien bedenkt u nog andere schakelvariaties.
Wij wensen u veel plezier en een creatieve kersttijd!
1
Overzicht van alle experimenten:
1
Groen LED-licht
3
2
LED op de batterijclip
3
3
Schakelbare LED-lamp
4
4
Tweekleurig LED-licht
4
5
Kleuromschakelaar
5
6
Rood knipperlicht
5
7
Rood, groen en een knipperlicht
6
8
Energiespaarlamp
6
9
Kleuromschakelaar
7
10
Energieopslag
7
11
Wisselende knipperlicht
8
12
Flakkerende kaarsen
8
13
Meer helderheid
9
14
Viervoudig LED-knipperlicht
9
15
Sluimerlicht
10
16
Kleurwisseling-LED
10
17
Aanraakschakelaar
11
18
Lichtsensor
12
19
Bewegingsmelder
12
20
Schemerschakelaar
13
21
Rood of groen
14
22
Kleurenspel
14
23
Flitslicht
15
24
Feestelijk LED-licht
16
2
1 Groen LED-licht De LED-techniek ontwikkelt zich razendsnel. Een steeds nieuwere record wat betreft de helderheid en rendement wordt gemeld. Een extreem heldere LED vindt u achter het eerste deurtje van deze kalender. Deze groene LED is al bij een minimale stroom onder 1 mA (milliampère) extreem helder. Waarschuwing, vermijdt het direct inkijken in een verlichte LED bij een afstand van minder dan één meter. Probeer niet het verblindende effect te onderdrukken. Heldere LED’s kunnen het netvlies beschadigen. Vooral wit en blauw LED-licht lijkt vaak minder helder, maar is net zo gevaarlijk. Daarentegen lijkt een groene LED-verlichting helderder, omdat het menselijke oog heel gevoelig is voor groen licht. Een LED mag niet direct met een spanningsbron verbonden worden, er is steeds een weerstand nodig. Zonder deze voorweerstand zou de LED door teveel stroom vernield worden! De LED moet volgens de juiste richting ingebouwd worden. Zij heeft twee aansluitingen. De kortere draad is de minuspool (kathode), de langere draad is de pluspool (anode). Na de inbouw van een LED is het moeilijk te zien welke de kortere draad is. Maar er is nog een tweede kenmerk. De afgevlakte rand onderaan de LED is de kathodezijde. Bovendien is bij alle LED’s in deze kalender de grotere houder binnenin de LED met de kathode verbonden. Achter het 1e deurtje vindt u een groene LED en een bijpassende weerstand. Bijkomend heeft u nog een 9-V-batterij nodig. Het eerste experiment moet extra voorzichtig uitgevoerd worden. Vermijdt beslist, dat beide LED-aansluitingen tegelijkertijd de batterijaansluitingen aanraken. Er moet altijd een weerstand in serie aangesloten worden, anders zal de LED doorbranden. Houdt beide componenten aan de batterij, zoals dit getoond wordt in de afbeelding. De LED gaat helder oplichten. Elektronische schakelingen worden overzichtelijk in een schakelschema weergegeven. Voor elk component is er een speciaal symbool. Het symbool voor een LED bestaat uit een driehoek voor de anode en een rechte streep voor de kathode. Dit laat de stroomrichting zien. Twee korte pijlen die naar buiten wijzen, staan voor het afgegeven licht. De weerstand wordt als een rechthoekig blokje getekend. Elke weerstand heeft een bepaalde weerstandswaarde. Hier zijn het 10.000 Ohm = 10 kilo-ohm (10 kΩ, in het schakelschema kort 10 k). Bij het werkelijke component zijn gekleurde ringen opgedrukt (bruin, zwart, oranje voor 10.000 en goud voor +/- 5% tolerantie). Het schakelschema toont een serieschakeling. De stroom vloeit door batterij, weerstand en LED. De weerstand heeft daarbij de taak om de stroomsterkte tot een zinvolle waarde te begrenzen. Hoe groter de weerstand des te kleiner is de stroomsterkte. Bij 10 kΩ werkt de LED wel nog niet met de maximaal toegestane stroom, maar ze licht al aardig helder op.
2 LED aan batterijclip Achter het 2e deurtje bevindt zich de batterijclip voor de 9-V-batterij en een geïsoleerde koperen draad. Bouw het experiment van de eerste dag nog een keer op maar nu een beetje anders. Gebruik de batterijclip en let er op, dat de zwarte aansluitdraad de minuspool is en de rode de pluspool. Het is een beetje friemelwerk om alle contactplaatsen tegelijkertijd bij elkaar te houden. U kunt ook hulpmiddelen gebruiken zoals bijvoorbeeld een paperclip, of u gebruikt korte draadstukken die u om de aansluitplaatsen wikkelt. Knip korte stukken van de geïsoleerde draad. Uit deze kunt u dan klemmetjes of veertjes buigen, die telkens twee draden samenhouden. De draad hoeft niet gestript te worden, omdat hij hier alleen als mechanische bevestiging dient. Vermijdt beslist een kortsluiting van de batterij, dus een directe verbinding van beide polen. De batterij kan daarbij erg heet worden en in extreme gevallen, zoals bij een langdurige kortsluiting, zelfs exploderen. Bovendien verlagen kortsluitingen de levensduur van de batterij. Voorkom ook een verbinding van de beide weerstandsaansluitingen, anders vloeit heel veel stroom door de LED, waardoor deze overbelast en vernield zal worden. De weerstand van 10 kΩ bepaald de stroom welke door de LED vloeit. In dit geval kan er van uitgegaan worden dat ongeveer 3 V door de LED vloeit, en dus nog 6 V bij de weerstand ligt. Dit resulteert in een stroom van slechts, 0,6 mA. Ter vergelijking: LED’s zijn meestal gemaakt voor een stroom van 20 mA. Deze super heldere, blauwgroene LED heeft echter slechts 1 mA nodig om een duidelijk zichtbaar licht te produceren. Probeer een keer om de LED in een volledig donkere kamer als leeslicht te gebruiken. Dit is beslist ongewoon en iets vermoeiend. Maar deze lamp verbruikt ook slechts het tienduizendste aan elektrisch vermogen van een 60-Watt-gloeilamp.
3
3 Schakelbare LED-lamp Achter het 2e deurtje bevindt zich een laboratoriumprintplaat. Dit vereenvoudigd de opbouw van relatief complexe schakelingen. Het bord met in totaal 270 contacten in een raster van 2,54 mm zorgt voor zekere verbindingen van de componenten. 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. Het insteken van de onderdelen vergt relatief veel kracht. De aansluitdraden knikken daardoor gemakkelijk om. Belangrijk is, dat de draden exact van boven af ingestoken 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 batterijclip, zonder ombuigen inzetten. Bouw een LED-lamp met schakelcontact. . Knip met een schaar of tang een passend stuk met een lengte van ca. 3 cm af. Strip ongeveer 5 mm van de isolatie aan de uiteinden. Om de isolatie te verwijderen van de draaduiteinden, bleek het praktisch, de isolatie met een scherp mesje rondom in te snijden. Wees wel voorzichtig dat u de draad niet insnijdt, anders kan deze makkelijk breken. Met de draad kunt u ook een eenvoudige schakelaar bouwen. Deze bestaat uit twee blanke draden, die door een vingerdruk aangeraakt worden. Knip hiertoe draadstukken van 2 cm er af en verwijder de isolatie volledig. Een bijkomende korte draad wordt als trekontlasting ingebouwd om de kwetsbare aansluitdraden te beschermen. Laat de batterijclip steeds aangesloten, zodat de aansluitingen niet te veel slijten. Nog een tip voor het gemakkelijker werken met het experimenteerbord: knip de draden aan het uiteinde schuin af, zodat ze een scherp punt krijgen en gemakkelijk in de contacten gestoken kunnen worden. Dit geldt ook voor de lichtdiodes, weerstanden en andere componenten, er wordt daardoor voorkomen dat de aansluitdraden bij het insteken ombuigen.
4 Tweekleurig LED-licht Nu maken we het bont, achter het 4e deurtje verschijnt een rode LED. Met deze rode LED gaat u de serieschakeling uitbreiden. Ook hier is de juiste inbouwrichting belangrijk. Bij beide LED’s herkent u de kathode-aansluiting ook aan de kelkvormige houder voor het LED-kristal binnenin de LED. Als er nu één van de twee LED’s verkeerd om geplaatst wordt, lichten beide LED’s niet op. Probeer dit een keer uit, dit helpt namelijk ook bij het zoeken naar fouten in complexere schakelingen en het herkennen van zulke oorzaken.
.
4
5 Kleuromschakelaar Achter het 5e deurtje wacht een verdere weerstand voor de schakeling. Hij heeft slechts 1 kΩ (bruin, zwart, rood) en laat dus in dezelfde schakeling ongeveer een tienvoudige stroom vloeien in verhouding tot de reeds aanwezige 10-kΩ-weerstand. In deze schakeling zijn er twee LED’s en één schakelaar, deze sluit beide parallel. Als de schakelaar geopend is, gaat alleen de groene LED oplichten. Als de schakelaar gesloten is zou men verwachten dat er nu beide LED’s gaan branden, maar dit is niet het geval. Daadwerkelijk gaat de rode LED branden en de groene LED gaat uit. Met de schakelaar kunt u dus tussen rood en groen heen en weer schakelen. De reden voor dit gedrag van beide LED’s is, dat elke LED een bepaalde spanning benodigd om een merkbare stroom te laten vloeien. De rode LED werkt met ca. 2 V, de blauwgroene daarentegen heeft ongeveer 3 V nodig. Als de rode LED ingeschakeld wordt, daalt de LED-spanning op ca. 2 V en dat is voor de blauwgroene LED te weinig en zal dus niet oplichten.
6
Rood knipperlicht
Het onderdeel in vak 6 is eigenlijk geen afzonderlijke component, maar zelf al een complexe schakeling. Het betreft hier een rode knipper-LED. Als u de LED met een loep bekijkt, herkent u binnenin de LED twee chips. Op de kathode-aansluiting (kort) zit het relatief kleine LED-kristal en een duidelijk grotere silicium- chip. De schakeling op de chip zorgt er voor, dat de LED-stroom steeds weer in- en uitgeschakeld wordt. Bekijk de LED heel nauwkeurig, zodat u deze bij latere proeven kunt herkennen, omdat op het eerste gezicht de verschillende types niet gemakkelijk te onderscheiden zijn.. Deze knipper-LED wordt als een gewone LED aangesloten. Ook hier is een voorweerstand beslist noodzakelijk en ook de inbouwrichting moet kloppen. De kortere aansluitdraad is de kathode (minus). LET OP, anders dan een standaard-LED is de knipper-LED in verkeerde aansluitrichting niet geïsoleerd, maar is geleidend. Dit ligt aan een interne silicium-beschermdiode parallel tot de LEDcontroller. Is de schakeling correct opgebouwd kunt u het rode knipperen zien.
5
7 Rood, groen en een knipperlicht Achter het 7e deurtje verschijnt een verdere weerstand met 1 kΩ (bruin, zwart, rood). Hiermede kunnen nu alle tot nu toe aanwezige LED’s onafhankelijk van elkaar met een eigen voorweerstand werken. De groene LED bezit de grootste efficiëntie en wordt daarom met de grootste weerstand en de kleinste stroom verbonden. Ruil ook een keer de weerstanden om. U kunt dan bepalen welke LED de kleinere stroom zal krijgen.
8 Energiezuinig licht Hoe zuinig is een LED? Om deze vraag te beantwoorden is er nog een grotere weerstand nodig. In vak 8 vindt u een weerstand met één miljoen Ohm (1 mega Ohm, 1 mΩ, bruin, zwart, groen). Direct op een batterij zou dan een stroom van 9 µA (micro ampère) vloeien. Samen met de groene LED wordt de stroom nog minder en bedraagt alleen nog iets minder dan 7 µA. De beide andere LED’s in de schakeling dienen als vergelijking en krijgen een duizendvoudig grotere stroom. Toch is het licht van de groene LED nog goed zichtbaar. Als de twee andere LED’s uitgeschakeld worden, kan een 9-V-alkalinebatterij theoretisch 100.000 uren houden, dus rond 10 jaar. De groene LED werkt zo zuinig en met zo een minimale helderheid, dat het nu, bij wijze van uitzondering mogelijk is de werkende LED met een loep nauwkeuriger te onderzoeken. U kunt dan twee toevoerdraden naar het LED-kristal herkennen. De meeste andere LED’s hebben alleen één draad nodig, omdat het LED-kristal geleidend op zijn aansluiting bevestigd is.
6
9 Kleuromschakelaar Achter het 9e deurtje bevindt zich nog een weerstand. Deze heeft 3,3 kΩ (oranje, oranje, rood) en laat duidelijk minder stroom vloeien dan de 1-kΩ-weerstand. Maar deze geringe stroom is nog voldoende om de groene LED helder te laten branden. Echter wordt altijd dan de stroom te gering, wanneer de rode knipper-LED net aan is. De schakeling functioneert volgens hetzelfde principe dan de kleuromschakeling in het experiment nr. 5. Omdat de groene LED een grotere spanning nodig heeft, gaat deze niet oplichten zolang de rode LED parallel geschakeld is. Daarom branden beide LED’s afwisselend.
10
Energieopslag
Open het 10e deurtje. Hier vindt u een condensator. Het betreft hier een elektrolytcondensator (elco) met een capaciteit van 100 µF (microfarad). Dit component slaat elektrische energie op. Binnenin zijn er twee metalen folies die elektrisch opgeladen kunnen worden. Het bijzondere aan de elektrolytcondensator is, dat hier de polariteit in acht moet worden genomen. De minuspool ligt aan de kortere draad en is bovendien met een witte balk gekenmerkt. Let op, vermijdt beslist een verkeerde poling! Als een elco verkeerd om op een spanning aangesloten wordt, kan hij binnen korte tijd vernielt worden en in extreme gevallen zelfs uitelkaar spatten, waarbij etsende vloeistof naar buiten komt. Sluit de schakelaar. De LED wordt langzaam helderder en bereikt na iets meer dan 1 seconde haar hoogste helderheid. Laat nu de schakelaar los. De elco ontlaad zich langzaam en haast niet merkbaar via de LED en haar voorweerstand van 1 mΩ. Telkens na ongeveer 4 minuten is de stroom en daarmee ook de helderheid tot een tiende gedaald. Maar als u de kamer volledig verduisterd, wennen uw ogen ongeveer met dezelfde snelheid aan deze duisternis. Na in totaal twaalf minuten is de helderheid alleen nog een duizendste van de beginhelderheid, maar misschien kunt u het licht nog steeds zien. Wie heeft de beste ogen en ziet het licht van de groene LED het langst?
7
11
Wisselend knipperlicht
Achter het 11e deurtje wacht een gele LED. In totaal heeft u nu al vier LED’s. Maar één hiervan is een speciale LED met interne controller, de rode knipper-LED. Desondanks kunt u met de juiste schakeling bereiken, dat alle vier LED’s knipperen. De schakeling is een uitbreiding van het knipperlicht uit experiment nr. 9. Belangrijk is, dat de LED’s met de grotere spanning in een zijtak van de knipper-LED liggen. Dan schakelen alle vier LED’s tegelijkertijd om. Een keer lichten beide rode LED’s, op en op het andere moment de groene en de gele. Maak de test en ruil de rode en de groene LED om, dan houdt het knipperen op.
12
Flakkerende kaarsen
In vak 12 bevindt zich nog een speciale LED, een gele flakker-LED, zoals deze in kaarslicht gebruikt wordt. Deze LED heeft een doorzichtige behuizing, waardoor men in uitgeschakelde toestand de silicium-chip met LED-sturing en de LED-chip herkennen kan. Ook deze LED bezit een ingebouwde beschermdiode en is in tegenrichting geleidend. Plaats de kaarsen-LED in plaats van de knipper-LED in de schakeling van de 11e dag. U ziet het gele flakkeren. En ook de andere LED’s flakkeren. De helderheid van de gele kaarsen-LED wordt door het snelle in- en uitschakelen van de stroom veranderd.
8
13
Meer helderheid
Een weerstand met 470 Ω (geel, violet, bruin) vindt u achter het 13e deurtje. In vergelijking met de tot nu toe gebruikte 1-kΩ weerstand bereikt u nu ca. de dubbele stroom en de dubbele helderheid. Test ook met andere weerstanden tot 10 kΩ en beslis zelf welke helderheid de juiste is. Aan de ene kant wil men niet verblind worden, maar aan de andere kant zal het LED-licht misschien ook van een grotere afstand nog zichtbaar moeten zijn. Het is dus belangrijk welk doel bereikt zal worden, om de schakeling dan overeenkomstig op te bouwen.
14
Viervoudige LED-knipperlicht
Open het 14e deurtje en haal een onderdeel met drie aansluiten er uit, de transistor. Een transistor is bedoeld ter versterking van stromen en kan ook als elektronische schakelaar toegepast worden. Een kleine stroom door de basisaansluiting (B) is voldoende om een grotere stroom door de collector (C) in te schakelen. Beide stromen vloeien door de gemeenschappelijke emitter-uitgang (E). Bij de inbouw van de transistor moet de volgorde van de aansluiting nauwkeurig in acht worden genomen. Bekijkt men de opdruk BC547, dan zijn de aansluitingen van links naar rechts C, B en E. Met de transistor als schakelaar wordt hier een viervoudige knipperschakeling opgebouwd. De knipper-LED schakelt gelijktijdig de basisstroom voor de transistor in en uit. Steeds al er basisstroom vloeit, schakelt de transistorstroom de collectorstroom in. De drie andere LED’s knipperen daarom in hetzelfde ritme.
9
15
Sluimerlicht
In vak nr. 15 vindt u een weerstand met 100 kΩ (bruin, zwart, geel). Via deze weerstand wordt de elco langzaam opgeladen. Door het bedienen van de schakelaar gaat de rode LED geleidelijk aan. Omdat de elco nu opgeladen is, blijft het licht ook na het loslaten van de schakelaar langere tijd branden en wordt dan heel langzaam zachter. Dit licht maakt de overgang van dag tot nacht gemakkelijker.
16 Kleurwisseling-LED Een heel bijzondere LED bevindt zich in vak nr. 16: de automatische RGB-kleurwisselingLED. Zij bezit drie LED-kristallen in de kleuren rood, groen en blauw en een complexe stuurschakeling, die ervoor zorgt dat alle drie LED-kristallen in een gecompliceerde patroon afzonderlijk en gezamenlijk kunnen oplichten. Ook gemengde kleuren en kleurovergangen worden gevormd. De interne LED-controller produceert hiertoe zogenaamde PWM-signalen (pulsbreedtemodulatie), met welke zich de helderheid van elke LED-kristal traploos laat veranderen.
10
Als u de LED in uitgeschakelde toestand met een loep bekijkt, herkent u de drie LED-kristallen en de silicium-chip. De RGB-LED werkt als een normale LED met een voorweerstand. Hier wordt de LED in de reeds opgebouwde schakeling van de vorige dag ingebouwd. De kleurwisseling schakelt zich na een bepaalde tijd automatisch uit.
17
Aanraakschakelaar
Eén transistor is goed, maar twee zijn beter. De tweede transistor vindt u achter het 17e deurtje. Een enkele transistor versterkt de basisstroom ongeveer 500 keer. Als er twee transistors samen geschakeld worden, bedraagt de totale versterking ongeveer 500 * 500 = 250.000. Nu is al een heel kleine stuurstroom van 1 µA (micro ampère) voldoende om een LED in te schakelen. Genoeg is al de stroom door een vinger, door het aanraken van twee metalen contacten. Pas een 1.000-voudige grotere stroom van 1 mA (milliampère) is net te voelen. Een weerstand van 10 kΩ zorgt er voor dat ook bij een directe verbinding een stroom van minder dan 1 mA vloeit. Zodra u de draden aanraakt, gaat de LED branden. Dit experiment ignoreert schijnbaar een belangrijke veiligheidsregel: men mag geen geleidende onderdelen van een stroomkring aanraken. Alleen onder heel bijzondere condities is dit toegestaan, en wel bij een ongevaarlijke spanning lager dan 24 V en bij een toereikende stroombegrenzing. In dit geval bestaat er geen twijfel over de veiligheid.
11
18
Lichtsensor
Bij dit experiment wordt de gele LED uit het vak nr. 18 “verkeerd om”, dus met de kathode aan de pluspool ingebouwd. Ze gaat dan niet branden, maar de LED wordt op die manier tot een fotodiode. Als er licht op valt, vloeit een kleine stroom. Deze wordt door beide transistors zo ver versterkt, dat de kleurwisseling-LED goed zichtbaar oplicht. Test de schakeling onder verschillende lichtcondities. Hoe meer licht op de lichtsensor valt, des te helderder gaat de RGB-LED oplichten. Als u over de gele LED met de hand een schaduw legt, gaat de RGB-LED uit.
19
Bewegingsmelder
Achter het 19e deurtje vindt u een verdere transistor. Met in totaal drie transistors kan een heel kleine stroom zo ver versterkt worden, dat een LED ingeschakeld wordt. De ingang van de drievoudige versterker is op een draadstuk als antenne aangesloten. Houdt nu uw hand dicht bij de draad, maar niet dichterbij dan 10 cm. Beweeg nu uw schoen over het tapijt of een andere isolerende bodembedekking. De LED zal in het ritme van uw beweging aan- of uitgaan. Test nu grotere afstanden. Afhankelijk van het soort bodembedekking en de lengte van de antenne kan uw elektrostatische sensor een mens al vanaf een bepaalde afstand herkennen. Door wrijving en beweging worden elektrische opladingen gescheiden. Een mens kan zich daarbij tot meer dan 1.000 V opladen. Soms krijgt men bij het aanraken van geleidende voorwerpen een elektrische schok. En soms kunnen aantrekkende krachten gevoeld worden, bijv. wanneer een plastic folie elektrisch opgeladen vastplakt. Zulke krachten werken ook op de elektronen in een draad, waardoor ze in beweging kunnen komen. Daarbij vloeit een minimale stroom, welke de drie transistors zo ver versterken dat de LED oplicht.
12
20
Schemerschakelaar
Achter het 20e deurtje verschijnt een witte LED. Bekijkt men het LED-kristal vanaf de voorkant, is een gele kleurstof te herkennen. Daadwerkelijk is de witte LED een blauwe LED, die een kleurstof laat oplichten. Het soort oplichtende stof bepaald de kleurtoon, dus bijv. daglicht-wit of warm-wit. Een witte LED wordt hetzelfde als een standaard gekleurde LED steeds met een voorweerstand ingebouwd. De schakeling zal de witte LED automatisch bij duisternis inschakelen en bij een heldere omgevingslicht uitschakelen. De gele LED dient als lichtsensor. De fotostroom wordt met twee transistors zo ver versterkt, dat hij bij voldoende omgevingslicht de basisstroom van de eigenlijke schakeltransistor kan afleiden. Bij duisternis krijgt de rechter transistor daarentegen genoeg basisstroom en schakelt de witte LED in.
13
21
Rood of groen
Achter het 21e deurtje bevind zich nog een bijzondere LED, de dual-LED. Zij heeft in de doorzichtige behuizing een rode en een groene LED-kristal. Beide lichtdiodes zijn anti-parallel samen geschakeld. Anders als bij een normale LED vloeit hier de stroom in beide richtingen. Afhankelijk van de stroomrichting licht dan een keer het rode en een keer het groene LED-kristal. Als deze dual-LED net als een standaard-LED ingebouwd wordt zal zij rood oplichten. Worden de aansluitingen omgeruild, gaat ze groen oplichten. Deze eigenschap kan gebruikt worden, om de polariteit van een batterij te testen. Bouw de testschakeling met twee testkabels. De kleur van de LED laat nu zien, hoe de kabels met de batterij verbonden zijn. Zo een tester kan nuttig zijn, wanneer men een stekkernetvoeding met onbekende polariteit wil onderzoeken. Hier wordt het experiment bijkomend tot de schakeling van de vorige dag op het experimenteerbord gebouwd, Gebruik twee testkabels voor de aansluiting op de voeding.
22
Kleurenspel
De dual-LED kan in een geschikte schakeling automatisch haar kleur wisselen. Voor de volgende wissel-knipper-schakeling heeft u de weerstand met 470 Ω (geel, violet, bruin) achter het 22e deurtje nodig. De dual-LED ligt in een brugschakeling met twee automatisch schakelende LED’s, de rode knipper-LED en de driekleurige LED. Beide schakelen in een meer of minder snelle volgorde hun ingebouwde LED’s aan en uit. Als er toevallig net een van de beide automatische LED’s ingeschakeld is en de andere net uit, vloeit een brugstroom door de dual-LED. Zij zal dan of rood of groen oplichten. In het eindresultaat flitst dan de dual-LED in onregelmatige volgorde rood of groen. In totaal is dit een interessant kleurenspel.
14
23
Flitslicht
Achter het 22e deurtje vindt u een verdere weerstand met 470 Ω (geel, violet, bruin). Kerst komt dichterbij, en daar moeten alle LED’s gezamenlijk gebruikt worden. Daarom wordt nu de schakeling van de vorige dag uitgebreid met nog twee LED’s. In het rechter gedeelte van de schakeling flakkert de kleurwisseling-LED, de rode knipper-LED, de rood-groene dual-LED volgens hun inbouwrichting en twee verdere standaardLED’s. Het linker gedeelte van de schakeling is een heel bijzonder flitslicht. De onderste transistor wordt zogezegd verkeerd om en met een niet aangesloten basis ingebouwd. Bij een bepaalde, voldoende hoge spanning begint de transistor dan plotseling te geleiden en produceert een heldere flitslicht aan de groene LED. De hiervoor noodzakelijke spanning ligt ongeveer bij 12 V. Voor deze hogere spanning zorgt een bijzondere schakeling. Deze spanningsomvormer gebruikt de gele flakker-LED als rechthoekgenerator en de elco met 100 µF, Een bijkomende transistor werkt als gelijkrichterdiode. Zo produceert men uit een batterijspanning van 9 V een piekspanning van boven de 12 V. Na het inschakelen van de voeding duurt het even totdat de elco voldoende opgeladen is . Daarna is een onregelmatig groen flitslicht te zien.
15
24
Feestelijk LED-verlichting
Voor deze schakeling heeft u een verdere groene LED nodig, deze vindt u achter het laatste deurtje. Nu, op 24 december, worden alle tien LED’s gezamenlijk toegepast. De nieuwe schakeling ontstaat door een uitbreiding van het laatste experiment. Zodat elke LED flits, flakkert of knippert, wordt nog een verdere schakeltransistor toegepast. De rode knipperLED levert het ritme waarmee de drie LED’s in het rechter gedeelte van de schakeling gaan knipperen.
Deze schakeling is al relatief complex, maar nog lang niet het einde van de mogelijkheden. Bovendien laat zich altijd nog wat veranderen of verbeteren. Misschien vindt u andere kleurcombinaties of een aanpassing van de helderheid leuker. Wordt creatief en probeer eigen ideeën uit. Gebruik de basisschakelingen en combineer verschillende schakelingen. Zo bouwt u uw eigen LED-verlichting helemaal naar uw zin.
16
Dit product is vervaardigt overeenkomstig de geldende Europese richtlijnen en bezit het CE-kenmerk. Bij elk ander gebruik of wijziging van het product bent u verantwoordelijk voor het aanhouden van de geldende bepalingen. Bouw daarom deze schakelingen op zoals dit in deze handleiding is beschreven. Het product mag alleen inclusief de handleiding aan derde doorgegeven worden.
Elektrische en elektronische apparaten mogen niet als huishoudafval worden behandeld. Als het product aan het eind van zijn levensduur is, dient u het te verwijderen volgens de geldende wettelijke voorschriften. Breng het naar een plaats waar elektrische en elektronische apparatuur worden gerecycled. Verwijdering via het huishoudafval is verboden! Informeer bij uw gemeente over het voor u geldende afvalbrengpunt.
Waarschuwing! Oogbescherming en LED’s: Kijk nooit op korte afstand direct in een verlichte LED dit kan het netvlies beschadigen! Dit geldt vooral voor heldere LED’s met doorzichtige behuizing alsook in bijzondere mate voor Power-LED’s. Bij witte, blauwe, violette en ultraviolette LED’s geeft de schijnbare helderheid een verkeerde indruk van de werkelijke gevaar voor de ogen. Wees vooral voorzichtig bij gebruik van verzamellensen. Gebruik de LED’s zoals in deze handleiding beschreven, maar nooit met grotere stromen!
© 2014 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar Alle rechten voorbehouden, ook die van fotomechanische druk en opgeslagen op elektronische media. Het maken en verspreiden van kopieën op papier, gegevensdragers of op het internet, vooral als pdf-bestand, is alleen toegestaan met uitdrukkelijke toestemming van de uitgever. Het niet in acht nemen kan strafrechtelijk vervolgd worden. De genoemde productbenamingen van hard- en software zijn in de meeste gevallen geregistreerde handelsmerken en vallen als zulke onder de wettelijke bepalingen. De uitgever neemt bij de productbenamingen hoofdzakelijk de schrijfwijze van de producent over.
17
