Veiligheidsaanwijzingen. Een woord aan de ouders. Veiligheidsaanwijzingen voor kinderen: Lieve ouders! Veiligheidsaanwijzingen voor ouders:

Veiligheidsaanwijzingen

Een woord aan de ouders

Veiligheidsaanwijzingen voor kinderen:

Lieve ouders!

Á De meegeleverde draden mogen niet in een wandcontactdoos

Met deze experimenteerdoos wordt uw kind ontvoerd naar de spannende wereld van de radio- elektronica. Voorzien van deze gebruiksaanwijzing en het materiaal, gaat uw kind op weg om een elektrotechnicus te worden…. Maar eerst is er natuurlijk de vraag naar de veiligheid. Deze experimenteerset is gebaseerd op de Europese veiligheidsnorm EN 50088 voor elektrische en elektronische experimenteerdozen. Deze norm bevat verplichtingen voor de fabrikant, maar voorziet er ook in, dat ouders hun kinderen bij hun experimenten met raad en daad bijstaan. Het bijgevoegde vouwblad bevat algemeen geldende veiligheidsaanwijzingen voor elektrische experimenteerdozen, die verder gaan dan de eisen van deze bouwdoos. Maak uw kind er daarom op opmerkzaam, dat niet alle informatie van dit vouwblad speciaal betrekking heeft op deze elektro- experimenteerdoos.

Á Á Á Á Á Á Á Á

gestoken worden! De experimenteerdoos mag niet aangesloten worden op andere energiebronnen. Niet-oplaadbare batterijen mogen niet geladen worden. Ongelijke batterijtypes of nieuwe en gebruikte batterijen mogen niet samen gebruikt worden. Alleen de aanbevolen batterijen of die van een gelijkwaardig type mogen gebruikt worden. De batterijen moeten er met de juiste poling ingelegd worden. Lege batterijen moeten uit de experimenteerdoos gehaald worden. De aansluitklemmen mogen niet kortgesloten worden. Beschermende onderdelen, zoals bijvoorbeeld onderdelen voor de stroombegrenzing, mogen niet gemanipuleerd worden.

Veiligheidsaanwijzingen voor ouders: WAARSCHUWING: Uitsluitend geschikt voor kinderen vanaf 10 jaar. U dient de experimenteerdoos buiten het bereik van kleine kinderen te bewaren. LET OP! Losse onderdelen van deze experimenteerdoos kunnen puntige of scherpe hoeken en zijkanten hebben. Er bestaat gevaar voor verwondingen.

Vertel uw kind uitdrukkelijk, dat het alle relevante aanwijzingen en veiligheidsaanwijzingen moet lezen en bij de hand moet houden! Maak het er op opmerkzaam, dat het zich bij het experimenteren beslist moet houden aan de aanwijzingen en regels. Voor het experimenteren zijn vier 1,5V batterijen (type LR6, mignon (penlite)/AA) nodig, die vanwege de beperkte opslaghoudbaarheid niet bij de experimenteerdoos zijn inbegrepen. Let erop, dat batterijen die leeg zijn uit de experimenteerdoos gehaald worden en verwijderd worden volgens de nationale milieu- wetgeving. Wij wensen u en uw jonge elektronicus (m/v) veel plezier en profijt bij het experimenteren.

1

Introductie Deze bouwdoos is geschikt voor kinderen vanaf 10 jaar, maar blijft ook voor ouderen interessant. Zonder speciaal gereedschap kun je moderne schakelingen uit de digitale elektronica opbouwen en uitproberen. Eenvoudige verbindingsschema’s maken de opbouw makkelijker voor je, zodat je in een paar minuten bij je doel komt. Je zult verbaasd staan welke interessante experimenten je met deze bouwdoos kunt uitvoeren. Voor je experimenten heb je vier penlite batterijen (AA) van elk 1,5 V nodig. De batterijen zitten niet bij de bouwdoos, omdat we niet kunnen weten hoe lang het duurt voor de bouwdoos in de winkel verkocht wordt. Daarom zul je zelf voor nieuwe batterijen moeten zorgen. Voor je proeven hoef je alleen maar de draden volgens de schema’s er in te zetten. Een bedradinglijst met alle verbindingen maakt deze opgave makkelijker. Het grote schema laat alles in het overzicht zien. Bovendien is er bij elke proef een schema, dat je zal helpen als je precies wilt begrijpen hoe de schakelingen functioneren. De verklaringen bij de proeven geven ook aanwijzingen hoe de aparte onderdelen functioneren. Je hoeft weliswaar niet alles te begrijpen, om alle experimenten uit te voeren. Maar als het je interesseert, kun je hier veel leren. Met wat moeite en geduld zal het je zelfs lukken je eigen en heel nieuwe schakelingen uit te vinden. Je kunt met deze bouwdoos beslist de moderne, digitale elektronica binnenstappen. Wat betekent eigenlijk het woord “digitaal”? Het betekent “in stappen ingedeeld” en daarmee wordt bedoeld elektronische schakelingen, die maar twee toestanden, “Aan” en “Uit” kennen. Daarentegen werkt een meetapparaat met een wijzer “analoog”, dat wil zeggen dat de uitslag ervan willekeurig kleine verschillen kan laten zien. Een analoog horloge toont de tijd met de stand van de wijzers, terwijl een digitaal horloge cijfers gebruikt, die stapsgewijs verder springen.

Digitale elektronica wordt ook in moderne computers gebruikt. In een PC bevinden zich vele elektrische schakelcircuits, die ieder op zich alleen maar de stand “Aan” of “Uit” aan kunnen nemen. Met veel van deze schakelingen kan men ook rekenen en andere problemen oplossen. In plaats van “Aan” en “Uit” zegt men ook wel “Eén” en “Nul” of “Waar” en “Onwaar”. Nu zou je kunnen denken: als een computer alleen van nul tot één kan rekenen en tellen, dan moet die tamelijk dom zijn. Dat klopt echter niet, omdat je met veel enen en nullen ook grote getallen, teksten of kleuren van een foto kunt weergeven. Digitale gegevensverwerking rekent met digitale toestanden. Met de experimenten in deze bouwdoos kun je ervaren, hoe zoiets gaat. Alles wat je hier in het klein leert, gebeurt in het groot ook in moderne computers. Als je en paar duizend van deze bouwdozen had en daarbij ook nog een heleboel tijd, dan zou je daarmee je eigen computer kunnen bouwen. Want de schakelingen zijn in principe hetzelfde. Gecompliceerde digitale apparaten zijn altijd samengesteld uit zeer vele, maar heel eenvoudige schakelingen. Dat dergelijke schakelingen maar twee toestanden kennen, maakt ze zo eenvoudig en desondanks betrouwbaar. Het antwoord is altijd “ja” of “nee”, maar nooit “misschien”. Jouw bouwdoos past eenvoudige basisprincipes van de digitale techniek toe. Dat je dit weet kan heel nuttig zijn. Je kunt met de experimenten uit de bouwdoos vele apparaten, van een alarminstallatie tot eenvoudige elektronische spelletjes, bouwen. Je kunt echter ook eigen schakelingen uitvinden. En de proeven zullen je helpen om veel van de elektronische apparaten om ons heen beter te begrijpen.

2

Inhoudsopgave Introductie....................................................2 Onderdelen in je bouwdoos........................4 Batterij ...........................................................4 2 geïntegreerde schakelcircuits (IC) ..............4 4 condensatoren............................................4 9 weerstanden...............................................5 Luidspreker....................................................5 2 lichtdiodes (LEDs) ......................................5 Fotoweerstand (LDR) ....................................5 Toetsschakelaar ............................................6 2 transistors...................................................6 Potmeter........................................................6 2 schakelaars ................................................6 Zeven- segments display...............................6 94 contactveren.............................................6 Microfoon.......................................................6 Opbouw van de proeven..................... 7

Hoe lichtdiodes functioneren .........................8 Het zeven- segments display.........................9 De lichtdimmer...............................................10 De transistor als elektronische schakelaar ....11 Een transistor- bufferversterker .....................12 Een transistor- Inverter (NIET- schakeling)....13 Een OF- schakeling uit transistors.................14

Een EN- schakeling uit transistors ..................... 15 EN- NIET-schakeling met transistors ................. 16 NIET- OF-schakeling met transistors ..................17 De watermelder...................................................18 De IC-buffer ........................................................19 Een IC-Inverter....................................................20 De OF-poort uit drie NAND-poorten....................21 De NOR- poort uit vier NAND-poorten ................22

EN-poort uit twee NAND-poorten ................. 23 De XOR-poort uit vier NAND-poorten .......... 24 Licht of geluid............................................... 25 De monostabiele tuimelschakeling............... 26 De transistor- tijdmelder ............................... 27 Een kaars “aan-blazen”................................ 28 De aanrakingssensor ................................... 29 Licht uit – alarm............................................ 30 Tatu – Tata!.................................................. 31 Een megafoon.............................................. 32 Het lichtorgel ............................................... 33 Een RS-flip-flop uit NAND- poorten.............. 34 Een andere RS-flipflop ................................. 35 Een frequentiedeler...................................... 36 Een munt opgooien ...................................... 37 De omschakel- flipflop.................................. 38 De JK-flipflop................................................ 39 E of O........................................................... 40 Een D-flipflop................................................ 41 Start/stop-zoemer......................................... 42 Wisselaanduiding ......................................... 43 Een eenvoudige teller .................................. 44

Een synchroonteller ............................. 45 Een vierdeler...................... ................. 46 Een octaaf- generator .......................... 47

Monteren van de onderdelen .................... 48 Inbouw van de contactveren........................ 48 Inbouw van de weerstanden........................ 48 Inbouw van de LEDs.................................... 49 Inbouw van de condensatoren..................... 49 Inbouw van de transistors............................ 49 Inbouw van de fotoweerstand ...................... 50 Inbouw van de microfoon............................. 50 Inbouw van de toetsschakelaar ................... 51 Inbouw van de potmeter .............................. 51 Inbouw van het zeven- segments display .... 51 Inbouw van het batterijvak ........................... 52 Inbouw van de schuifschakelaars ................ 52 Inbouw van de Ics........................................ 53 Inbouw van de luidspreker........................... 54

3

Onderdelen in jouw bouwdoos Deze bouwdoos bevat vele onderdelen, die al samengebouwd zijn.Je hoeft alleen nog maar de draden aan te sluiten.

Geïntegreerde schakelcircuits (ICs)

Hier worden alle elektronische onderdelen voorgesteld, zodat je ze makkelijker herkent. Op het schakelpaneel van de bouwdoos is de plaats van elk onderdeel afgedrukt. Als er eens per ongeluk een onderdeel los is gegaan, kun je het makkelijk zelf weer juist inbouwen.

Jouw bouwdoos bevat twee keramische condensatoren en twee elektrolytcondensatoren. Condensatoren slaan elektrische lading op. Bij het laden en ontladen vloeit er een elektrische stroom. Bij elektrolytcondensatoren moet je letten op de poling, dus plus en min. Meestal wordt de minaansluiting gemarkeerd. De keramische condensatoren kunnen in elke richting ingebouwd worden.

Batterij

Vier penlite-batterijen zijn de energiebron voor je experimenten. Ze moeten er precies zo ingelegd worden zoals dat in het batterijvak aangegeven staat. De pluspool ligt steeds tegen het kleine metalen kapje, de minpool tegen de vlakke kant van de batterij.

Condensatoren

In de bouwdoos zitten twee digitale ICs, een tweevoudige JK-Flipflop en een viervoudige NAND- poortschakeling. Dit zijn allebei speciale soorten elektronische schakelingen (digitale ICs), waarmee vele interessante schakelingen gebouwd kunnen worden. Iedere IC bevat een groot aantal elektronische onderdelen. Moderne elektronische apparaten met ICs zijn daarom aanzienlijk kleiner dan oudere apparaten.

Hoe veel elektrische lading een condensator kan opnemen, wordt aangegeven met zijn capaciteit in de eenheid Farad (F). De maateenheid

microfarad (µF) is heel veel kleiner. 1 000 000 µF = 1 F. Voor condensatoren worden ook nog de eenheden nanofarad (nF) en picofarad (pF) gebruikt.

1 µF = 0,000 001 F 1 nF = 0,000 000 001 F 1 pF = 0,000 000 000 001 F

4

Onderdelen in jouw bouwdoos Op de condensatoren is de capaciteit opgedrukt in microfarad. De keramische condensatoren in schijfvorm hebben slechts een getal van drie cijfers. De eerste twee daarvan staan voor cijfers, het derde voor het aantal nullen. De opdruk 104 betekent hier: 100 000 pF. Dat is 100 nF of 0,1 µF. 9 weerstanden

Weerstanden remmen het vloeien van de elektrische stroom. Je hebt ze nodig opdat de stroomsterkte door bepaalde onder-delen precies goed is. Een grote weer-stand laat maar een kleine stroom door. Weerstanden zijn kleine onderdelen met twee draden en gekleurde ringen, die zeggen hoeveel Ohm (Ω) ze hebben. We gebruiken de afkortingen kΩ voor kilo- Ohm (1000 Ω) en MΩ voor Mega- Ohm (1 000 000 Ω). Jouw weerstand met 4,7 kΩ heeft dus een weerstand van 4700 Ω. Gebruik de kleurtabel om de weerstand te bepalen. Leg de weerstand zo neer, dat de gouden ring naar rechts wijst. De eerste twee gekleurde ringen van links af gezien staan voor twee cijfers. De derde ring zegt, hoeveel nullen er toegevoegd moeten worden.

Kleurentabel: Kleur Getalwaarde zwart 0 bruin 1 rood 2 oranje 3 geel 4 groen 5 blauw 6 violet 7 grijs 8 wit 9

nullen 0 00 000 0000 00000 000000

Als een weerstand bijvoorbeeld de kleuren geel, violet, rood en goud heeft, dan heeft hij 4700 Ohm (4,7 kΩ). De vierde ring geeft aan, hoe exact de opgedrukte waarde aangehouden wordt. Bij een gouden ring is de precisie 5 procent (5%), dat betekent dat een weerstand met 100 Ohm tussen 95 en 105 Ohm kan liggen. Weerstanden met een zilveren ring hebben een precisie van 10%.

De luidspreker vormt elektrische trillingen om in hoorbare signalen, doordat een kleine elektromagneet het membraan in beweging brengt.

2 lichtdiodes (LED's)

Een LED (Light Emitting Diode = lichtdiode) laat elektrische stroom alleen in één richting passeren en geeft daarbij licht af. De minaansluiting noemen we de kathode, de plusaansluiting de anode. LEDs hebben een markering op de behuizing aan de kant van de kathode. De bouwdoos bevat een rode en een groene LED.

Foto- weerstand (LDR)

De luidspreker De fotoweerstand is een lichtsensor (LDR = Light Depending Resistor, licht- afhankelijke weerstand). De weerstand van dit onderdeel wordt kleiner als er meer licht op valt. 5

Onderdelen in jouw bouwdoos De toetsschakelaar

Deze schakelaar bestaat uit twee metalen plaatjes, die elkaar aanraken als je op de knop drukt.

2 transistors

De potmeter

De potmeter is een instelbare weerstand. Een sleepcontact verdeelt de totale weerstand in twee helften. De potmeter in deze bouwdoos heeft een weerstand van 100 kΩ.

2 schakelaars

Het zeven-segments display

Zeven ingebouwde LEDs dienen hier als aanduiding van een cijfer of van een letter. Elke LED heeft een weerstand van 470 Ω nodig. Alle weerstanden zijn samen met het display op een kleine printplaat gebouwd.

94 contactveren Een transistor is een onderdeel met drie aansluitingen, dat zwakke elektrische stromen versterkt. Elke transistor heeft drie aansluitingen: Basis (B), Collector (C) en Emitter (E). Jouw bouwdoos bevat twee soorten transistors, een NPN- type en een PNP- type. De Emitter van een NPN- transistor moet steeds aan de minpool liggen, de Emitter van de PNPtransistor aan de pluspool. Het schakelsymbool van een transistor bevat steeds een Emitterpijl, die de stroomrichting aangeeft.

De contactveren zorgen voor de elektrische verbindingen tussen de onderdelen en de verbindingsdraden.

De microfoon

De beide schakelaars in de bouwdoos dienen als hoofdschakelaar en als omschakelaar voor verschillende experimenten.

De microfoon vormt geluidsgolven om tot elektrische signalen.

6

Opbouw van de proeven Bij elk experiment zie je behalve het schakelschema een bouwschema en een bedradinglijst met alle verbindingen. Elke contactveer heeft een nummer. Het simpelste is het, als je de draden exact in de aangegeven volgorde volgens de bedradinglijst inbouwt. Als er bijvoorbeeld in de lijst 66–67–89 staat, moet je eerst een draad leggen tussen de contactveren 66 en 67 en daarna van veer 67 naar veer 89.

Steeds als je een draad uit een contactveer wilt verwijderen, moet je de veer opzij buigen, zodat de draad er makkelijk uitgehaald kan worden.draad vastklemmen en een goede verbinding tot stand brengen. De draad moet zover in de veer gestoken worden als het blanke gedeelte Als je veel experimenten uitgevoerd hebt, kan het gebeuren dat draden op het eind afbreken. Je kunt ze echter gewoon verder gebruiken. Je hoeft alleen maar iets van de isolatie te verwijderen met een tang of een zakmes. De fijne draadjes moeten dan nog stevig in elkaar gedraaid worden. Het vraagt wat oefening om de isolatie te verwijderen zonder de fijne metalen draadjes te beschadigen. Laat je daarbij helpen door een volwassene.

Let op, door verkeerde verbindingen kunnen onderdelen vernield worden! Elk experiment gebruikt de batterijen samen met de hoofdschakelaar. Schakel altijd pas in, nadat je alle verbindingen precies gecontroleerd hebt. Als je de bouwdoos langere tijd niet gebruikt, moeten de batterijen uit het batterijvak gehaald worden. Om een draad met een contactveer te verbinden, moet je de veer met een vinger een beetje opzij buigen. Tussen de aparte draadwindingen ontstaat dan een ruimte, waarin je het einde van een draad kunt steken. Als je de veer nu weer loslaat, zal deze de reikt. Als je de draad er te ver insteekt, wordt de plastic isolatie ingeklemd, zodat er geen geleidende verbinding ontstaat. Je experimenten kunnen dan niet functioneren.

Soms heb je twee of drie draadverbindingen op dezelfde contactveer nodig. Opdat de eerste draad er niet weer uitglijdt, moet je de tweede draad er van de andere kant inzetten.

7

1

Hoe lichtdiodes functioneren...

Bouw de schakeling zo op als je in het schema kunt zien. Daaronder vindt het schakelschema. Het laat onafhankelijk van de experimenteerdoos alle onderdelen en de verbindingen ervan zien. Onderaan links vind je de bedradinglijst. Vooral bij grotere schakelingen is dit een waardevolle hulp bij het nabouwen. Als alle draden correct verbonden zijn, druk je op de toets. Beide lichtdiodes zullen oplichten. Zodra je de toets weer loslaat, gaan ze allebei uit. Dit experiment laat zien hoe je LED's (Engels: Light Emitting Diode = lichtdiode) gebruikt. Een LED geleidt de stroom maar in één richting. Pas op! Er moet steeds minstens één weerstand van 470Ω in het stroomcircuit aanwezig zijn, want anders vloeit er teveel stroom. In jouw proef vloeit er stroom door de weerstand en de beide LED's, zodat ze allebei oplichten. Als je echter de aansluitingen 49 en 50 van de groene LED omwisselt, zal er geen stroom vloeien en geen van de LED's zal oplichten. Het zelfde gebeurt ook, als je de rode LED verkeerd om aansluit.

Bedradingslijst: 62-92, 1-91, 2-83, 49-84, 50-51, 52-63, 61-64 8

2

Het zeven-segments display

Hier leer je om te gaan met de cijferaanduiding. Het display bevat zeven LEDs voor zeven lichtbalken (segmenten), waaruit een cijfer kan worden opgebouwd. De benodigde weerstanden zijn al ingebouwd. Soortgelijke cijferaanduidingen vinden we in veel zakrekenmachines, kassa’s, meetapparatuur, tellers en klokken. Het display heeft een gemeenschappelijke plusaansluiting (68) en gescheiden min- aansluitingen voor alle zeven segment- LEDs. Als je ze allemaal juist verbonden hebt, schakel je de hoofdschakelaar in. Op het display licht dan of een “3” of een “8” op, afhankelijk van hoe de omschakelaar staat. Je kunt steeds weer tussen beide cijfers omschakelen. Je kunt er natuurlijk ook alle andere cijfers tussen “0” en “9” en sommige letters mee weergeven, b.v. de hoofdletter “U”, de ”A”, de “E” of de klein geschreven letters “d” en “e”. probeer het maar gewoon eens uit!

Bedradinglijst: 91-68, 92-62, 61-64, 88-65-63-69-70-71-72, 66-67-89

9

3

De lichtdimmer

Als je de schakeling helemaal opgebouwd hebt, schakel dan de hoofdschakelaar in en schuif de omschakelaar in de onderste positie. De LED wordt langzaam helderder, tot hij helemaal aan is. Schakel dan de omschakelaar in de bovenste positie. De LED wordt langzaam donkerder. De schakeling gebruikt een condensator, die langzaam via een weerstand opgeladen wordt, als de omschakelaar de aansluiting 90 verbindt. De transistor begint dan stroom te geleiden, zodat de LED oplicht. Zodra echter de omschakelaar omgeschakeld wordt, begint de condensator zich via de transistor te ontladen. De stroom wordt minder, de LED licht steeds zwakker op. Hier wordt voor het eerst een transistor ingezet. Dit onderdeel dient voor het versterken van een zwakke stroom. De condensator laat slechts een kleine stroom door de basisaansluiting (73) van de transistor vloeien. Door de collector (74) en de Emitter (75) stroomt door de versterkende werking van de transistor een voldoende grote stroom om de LED op te laten lichten.

Bedradinglijst: 62-92, 74-90-91, 13-88, 14-53-73, 52-54-63, 1-75, 2-51, 61-64

10

4

De transistor als elektronische schakelaar

Nadat de schakeling compleet opgebouwd is, schakel je de hoofdschakelaar in. De LED zal eerst nog niet gaan branden. Druk dan op deknop en draai aan de regelknop, tot de LED brandt. Als je nu de toetsschakelaar loslaat, gaat de LED uit. De transistor werkt hier als schakelaar. Dit is dus een elektronische schakeling, terwijl de transistor in de vorige proef analoog werkte, dus meer of minder stroom kon geleiden. Als er op de toets gedrukt wordt, vloeit er een kleine stroom door de basisaansluiting en de emitter- aansluiting van de transistor. Dan vloeit er een grotere stroom door de collectoraansluiting en de emitter- aansluiting. De kleinere stroom door de toets schakelt de grotere stroom door de LED in. Met de regelaar kun je vaststellen, hoe veel stroom er vloeit en hoe helder de LED in ingeschakelde toestand oplicht.

Bedradinglijst: 62-92, 1-9-91, 10-84, 83-85, 73-86, 2-51, 52-74, 61-64, 63-87-75

11

5

Een transistor – bufferversterker

Elke versterker heeft een ingang en een uitgang. Deze schakeling gebruikt twee transistors. De toets bij de ingang schakelt een spanning in. Dan geleidt de eerste transistor (NPN) en wordt ook de tweede transistor (PNP) ingeschakeld, de LED brandt. Natuurlijk hadden we dat ook simpeler kunnen bereiken door de toets gelijk de spanning naar de LED te laten schakelen. Maar deze schakeling versterkt de stroom. Er vloeit daadwerkelijk minder stroom aan de ingang, dus door de toets, dan aan de uitgang, dus door de LED. De aanduiding “buffer” drukt uit, dat de versterker de belasting ver van de ingang verwijderd houdt. Hier wordt voor de eerste keer een PNP- transistor gebruikt. Deze functioneert net zo als de NPN- transistor, maar met een andere stroomrichting. De pluspool ligt hier aan de emitter, de minpool leidt naar de collector.

Bedradinglijst: 62-92, 77-91-83, 3-9-84, 4-73, 5-74, 6-76, 1-13-78, 2-51, 61-64, 10-14-52-63, 14-75

12

6

Een transistor- inverter (NIET- schakeling)

Hier wordt een transistorschakeling opgebouwd met een zelfde functie als die je later ook met het geïntegreerde digitale schakelcircuit 74HC00 kunt bereiken. Een “inverter” is een “omkeerder”, “Aan” wordt “Uit” en “Uit” wordt “Aan”. Als de omschakelaar naar boven staat, vloeit er stroom door de transistor, maar de LED is uit. Als de omschakelaar naar beneden staat, is de transistor geblokkeerd, maar door de LED vloeit stroom, zodat deze oplicht. De inverter is de eenvoudigste mogelijke digitale schakeling met maar één ingang en één uitgang. Digitale schakelingen kennen altijd maar twee schakeltoestanden: “Aan” of “Uit”. Je kunt ze ook met de cijfers 0 en 1 weergeven. De volgende tabel laat alle toestanden van de schakeling zien. In plaats van 0 en 1 zegt men ook wel “waar” en “niet waar”. Daarom heet zo’n tabel ook “waarheidstabel”. In dit geval ziet de tabel er nog erg simpel uit. Later zul je meer ingewikkelde waarheidstabellen voor andere digitale schakelingen leren kennen. Hier zie je het schakelsymbool voor een inverter en de waarheidstabel van de NIETfunctie met de ingang en de uitgang.

Bedradinglijst: 62-92, 7-9-91, 10-89, 8-51-74, 61-64, 52-63-90-75, 88-73

13

7

Een OF- schakeling van transistors

De tweede logische basisschakeling is de OF- schakeling (in het Engels OR) met twee ingangen. Er zijn twee schakelaars op de ingangen, de omschakelaar en de toetsschakelaar. Als één van beide schakelaars of allebei de schakelaars gesloten zijn, is de LED aan. Hier zie je ook het schakelsymbool voor een OF- schakeling. In schakelschema’s kun je daarvoor ook andere symbolen vinden. De symbolen in deze handleiding houden zich aan de Amerikaanse standaard. Behalve met waarheidstabellen of schakelsymbolen kun je de OF- functie ook nog met een rekenformule weergeven. Je kunt daaraan zien dat zulke digitale schakelingen als kleinste bouwsteen van een computer ook daadwerkelijk kunnen rekenen. Deze vergelijking X = A + B (gelezen: X gelijk aan A OF B) betekent, dat de toestand van de uitgang X ontstaat uit de OFverbinding van de ingangen A en B. Probeer alle toestanden van de ingangen A en B maar eens uit en schrijf de ontbrekende toestanden op uitgang X in de waarheidstabel. Ingang A Ingang B (omschakelaar) (toets) 0 0 0 1 1 0 1 1

Uitgang X (LED 1) 0

Bedradinglijst: 62-92, 9-74-91-84, 10-89, 15-73-88, 83-77, 1-75-78, 13-76, 2-51, 6164, 16-14-52-63 14

8

Een EN- schakeling met transistors

De uitgang van een EN- schakeling (in het Engels: AND) is alleen dan ingeschakeld, als beide ingangen ingeschakeld zijn. Hier moeten dus beide schakelaars gesloten zijn, zodat er door beide transistors stroom vloeit. Als er maar één schakelaar geopend is, is de LED uit, het maakt dan niet uit in welke stand de andere schakelaar staat. Een dergelijke logische schakelaar noemen we ook wel een “poort” of “hek” (in het Engels: Gate). Je kunt deze schakeling dus ook een AND- poort noemen. Hier zie je het schakelsymbool van de ENschakeling. In de elektronica zijn er bijzondere rekenregels. Steeds moet het resultaat of 1 of 0 zijn, andere oplossingen zijn niet mogelijk. De regel "X=A•B" moet je lezen als “X gelijk A EN B”. Het gedrag van een digitale EN-schakeling kun je weer beschrijven met een waarheidstabel, die voor alle voorkomende combinaties van toets en omschakelaar zegt of het resultaat “waar” (=1) of “niet waar” (= 0) is. Probeer alle toestanden van de ingangen A en B maar uit en vul de ontbrekende toestanden op uitgang X in. Ingang A (toets) 0 0 1 1

Ingang B (omschakelaar) 0 1 0 1

Uitgang X (LED 1) 0

Bedradinglijst: 62-92, 89-91-84, 77-83, 13-76, 74-78, 1-75, 16-17-73, 15-88, 2-51, 14-18-52-63, 61-64 15

9

EN – NIET – schakeling met transistors

Dit is nog een andere logische schakeling met transistors en schakelaars op twee ingangen. Dit noemen we een NAND-schakeling (Engels voor NOT AND) of NAND- Gate (poortschakeling). Hier hebben we twee basisprincipes gecombineerd, de EN- functie en de NIET- functie. Schakel na de opbouw de hoofdschakelaar in. De LED zal branden. Alleen als je beide schakelaars sluit, zal de LED uitgaan. Als maar één van beide schakelaars gesloten is, blijft de lamp aan. Vul de ontbrekende uitgangstoestanden aan in de tabel. Hier zie je, dat je uit eenvoudige logische basisfuncties andere schakelingen kunt combineren. Uit EN en NIET krijg je hier de NANDfunctie. Dit principe wordt ook gebruikt in heel ingewikkelde schakelingen, zoals b.v. de processor van een computer. Steeds worden simpele basisschakelingen samengevat tot grotere eenheden met meer ingewikkelde functies.

Ingang A (toets) 0 0 1 1


Uitgang X (LED 1) 1

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 1-91-84, 83-88, 89-9, 10-13-73, 14-75-63-52, 2-3-74, 4-51

16

10

NIET- OF- schakeling met transistors

Deze basisschakeling noemen we NOR – schakeling (Engels voor NOT OR) of NOR- poortschakeling. De functie is omgekeerd ten opzichte van de OF- schakeling. Als één van de schakelaars gesloten is, is de uitgangstoestand een nul. Ook dit is een voorbeeld voor de combinatie van twee basisfuncties tot een nieuwe functie. Later zul je leren hoe je met logische poortschakelingen in een geïntegreerd schakelcircuit nieuwe functies ontwikkelt.

Ingang A Ingang B (omschakelaar) (toets) 0 0 0 1 1 0 1 1

Uitgang X (LED 1) 1

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 1-91-90, 91-84, 9-88-83, 10-13-73, 2-3-74, 4-51, 14-75-63-52

17

11

De watermelder

Hier wordt voor de eerste keer een IC (Engels: Integrated Circuit = geïntegreerde schakeling) ingezet. Een IC bevat zeer vele onderdelen in een gemeenschappelijke behuizing. Omdat er al complete schakelingen ingebouwd zijn, hoef je ook maar weinig aan te sluiten. De IC 74HC00 bevat vier NAND- poortschakelingen, waarvan er maar één gebruikt wordt. De niet gebruikte ingangen van de andere NAND-poortschakelingen moeten op de min aangesloten worden. Een NAND- poortschakeling kan uit aparte onderdelen zoals transistors opgebouwd worden. Je kunt echter ook de gehele schakeling als een blok beschouwen, waarbij alleen de ingangen en de uitgang interessant zijn, maar niet de exacte schakeling. Stel je een zwarte doos voor (in het Engels: Black Box), waar een paar draden uitsteken. Twee draden zijn de ingangen van de EN-schakeling, één is de uitgang. Je hoeft alleen alles goed aan te sluiten, dan zal het functioneren. Bouw de schakeling op en schakel hem in. Houd de aansluitdraden a en b in een glas water. Alleen als beide draden het water bereiken, gaat de LED aan.

Bedradinglijst: 62-92, 51-41-91-77-74, 13-75-37, 36-78, 1-35, 2-52, 61-64, 14-63, 14-40-39-48-47-45-44-42, 76-DRAAD (a), 73-DRAAD (b) 18

12

De IC- buffer

Elk van de beide NAND- poortschakelingen wordt hier als inverter gebruikt. Als je de schakelaar naar beneden zet, brandt de LED, in de stand boven brandt hij niet. De beide ingangen van elke NANDpoortschakeling zijn tot een gemeenschappelijke ingang verbonden. En twee inverters samen vormen een buffer. Al bij proef 5 heb je de functie van een buffer onderzocht. Maar terwijl daar transistors werden gebruikt, wordt er dit keer een IC toegepast. Als je de beide schakelingen vergelijkt, kun je vaststellen dat de ICschakeling eenvoudiger is.

Bedradingslijst: 62-92, 90-91-41, 35-44-45, 1-43, 2-51, 61-64, 36-37-88, 42-39-40-4847-52-63-89 19

13

Een IC- inverter

Schuif de omschakelaar na de volledige opbouw van de schakeling naar beneden. Beide LEDs blijven uit. In de positie boven zijn ze allebei aan. De schakeling gebruikt twee inverters. Steeds als op de ingang nul (Uit) staat, gaat de uitgang naar één (Aan). Je ziet hier twee manieren, hoe je uit een NAND- poortschakeling een inverter kunt bouwen. Je kunt of de beide ingangen verbinden of een uitgang op de plus aansluiten. Hier zie je een voorbeeld ervan, hoe je uit een gecompliceerde schakeling een eenvoudigere schakeling kunt bouwen. Een NANDpoortschakeling bestaat namelijk uit een AND- poortschakeling en een inverter. Omdat hier de beide ingangen tot één enkele ingang verbonden zijn, verandert de NAND- poortschakeling zijn functie, zodat dat een inverter wordt.

Bedradinglijst: 62-92, 36-41-90-91, 3-35, 1-43, 2-49, 61-64, 37-45-44, 45-88, 42-3940-47-48-50-52-63-89

20

14

De OF-poort bestaande uit drie NAND-poorten

Uit drie NAND- poortschakelingen bouw je hier een OF- schakeling. Zet de omschakelaar naar boven. Als je op de toets drukt, gaat de LED aan. Maar ook met de schakelaar naar beneden kun je de LED inschakelen. Wanneer OF de ene ingang OF de andere ingang OF beide aan zijn, dan is ook de uitgang aan. Probeer alle mogelijkheden uit en vul in de tabel de ontbrekende toestanden in. Als je precies naar de schakeling kijkt, zul je herkennen dat deze uit twee inverters en een NAND- poortschakeling bestaat. Terwijl bij NAND- poortschakelingen beide ingangen 1 moeten zijn, opdat de uitgang 0 wordt, moeten nu beide ingangen 0 zijn, om de uitgang in de toestand 0 te schakelen. Zo bestaat er een OF- poortschakeling. Ingang A (toets) 0 0 1 1

Ingang B Uitgang X (omschakelaar) (LED 1) 0 0 1 0 1

Bedradinglijst: 62-92, 41-83-91-90, 1-36-37-84, 35-39, 43-40, 5-38, 6-51, 2-48-4742-52-63-89, 44-45-88, 61-64 21

15

Een NOR-poort uit vier NAND-poorten

Hier wordt de OF- poort uit de vorige proef nog een keer geïnverteerd. Het resultaat is een NOR- poort. Als één van de ingangen 1 is, zal de LED niet branden. De LED brandt dus alleen maar, als de omschakelaar naar boven staat en de toets niet ingedrukt wordt. Onderzoek de functie en voer de ontbrekende toestanden in de tabel in. Vergelijk proef 14 maar eens met deze proef. Je zult herkennen, dat er nu bovendien nog een inverter achter de OR- poortschakeling ligt. Zo wordt de OF- functie een NIET-OF- functie (NOR). Ingang A (toets) 0 0 1 1


Bedradinglijst: 62-92, 41-83-91-90, 1-36-37-84, 35-39, 43-40, 38-47-48, 7-46, 8-51, 61-64, 2-42-52-63-89, 44-45-88

22

16

EN- poort uit twee NAND- poorten

Uit twee NAND-poorten kun je een EN-poort bouwen. Als alles compleet verbonden is, probeer dan alle toestanden uit. Alleen als beide ingangen 1 zijn, brandt de LED. Je moet dus de schuifschakelaar naar beneden zetten en op de toets drukken, opdat de LED brandt. Voer de ontbrekende toestanden in de tabel in. Een NAND-poort is een geïnverteerde EN-poort. Omdat er nu nog een inverter toegevoegd is, wordt de eerste invertering tenietgedaan. Zo ontstaat er weer een EN-poortschakeling.



Bedradinglijst: 62-92, 41-83-90-91, 1-36-84, 35-45-44, 3-43, 4-51, 61-64, 2-42-3940-47-48-52-63-89, 37-88 23

17

De XOR- poort uit vier NAND- poorten

Uit vier NAND-poorten bouw je hier een XOR-poort (Exclusief- OFpoort). De uitgang is steeds dan aan, als beide ingangen verschillend zijn. Dezelfde ingangstoestanden schakelen de uitgang uit. Als dus de toets ingedrukt is, licht de LED alleen op in de bovenste stand van de schakelaar. Als de toets niet ingedrukt is, moet de schakelaar naar beneden staan opdat de LED brandt. Een XOR- schakeling vergelijkt twee logische toestanden en stelt vast of ze gelijk of ongelijk zijn. met meerdere XOR- schakelingen kun je ook grotere getallen vergelijken, die uit vele enen en nullen bestaan. Dit is een typische opgave voor een computer. Daarom speelt de XOR- schakeling een belangrijke rol in de processors van de moderne PC's. Ingang A (toets) 0 0 1 1

Ingang B Uitgang X (omschakelaar) (LED 1) 0 0 1 1 0 1 1 0

Bedradinglijst: 62-92, 41-83-91-90, 1-36-39-84, 35-48, 37-38-45, 43-47, 3-46, 4-51, 61-64, 2-42-52-63-89, 44-40-88

24

18

Licht of geluid

Een tweede groep digitale schakelingen naast de poortschakelingen zijn de zogenaamde tuimelschakelingen. Je kunt je de functie ervan voorstellen als een tuimelschakelaar. De toestand van een dergelijke schakelaar is er niet van afhankelijk of iemand er juist op drukt, maar of iemand op een of ander ogenblik daarvoor in een bepaalde richting gedrukt heeft. De eenmaal ingenomen toestand kan dan blijven bestaan. Digitale tuimelschakelingen kun je opbouwen uit digitale poortschakelingen, het zijn dus meer ingewikkelde logische schakelingen. Een bijzondere vorm van tuimelschakeling schakelt uit zichzelf heen en terug en wordt vaak gebruikt voor het produceren van geluidssignalen. Deze schakeling bevat een tuimelschakeling bestaande uit twee NAND- poortschakelingen als omschakelaar en een tweede tuimelschakeling als toongenerator. Na het inschakelen gaat eerst de LED branden. Als je daarbij echter met twee vingers de draden aanraakt, schakel je daarmee het geluid in en de LED uit. Met de toets kun je de toon weer uitschakelen en de LED weer laten branden. De elektrische weerstand van je vingers werkt hier op dezelfde manier als een schakelaar. Bij een aanraking produceer je een 0- toestand op de ingang van de eerste tuimelschakelaar. De toon wordt ingeschakeld. Met de regelaar kun je de toonhoogte veranderen.

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 91-77-41-18-13, 14-44-59-83, 45-35-39, 43-37-1, 2-51, 40-55-86-87, 48-47-38-5, 6-85, 56-46-3, 4-76, 78-93, 42-52-63-6084-94-DRAAD, 36-17-DRAAD 25

19

De monostabiele tuimelschakeling

Een tuimelschakeling is een schakeling, die zelfstandig aan- en uitschakelt. De schakeling in deze proef schakelt de LED gedurende korte tijd in, als je op de toets drukt. Daarna keert hij alleen weer terug naar de stabiele toestand (Uit). “Monostabiel” betekent, dat slechts één van de beide toestanden stabiel is, hier de Uit- toestand. De schakeling keert dus uit zichzelf weer naar deze toestand terug. Op dezelfde manier functioneert ook de tijdschakelaar in het trappenhuis van een flat. De condensator van 220 µF en de weerstand van 1 k bepalen gezamenlijk, hoe lang het licht ingeschakeld blijft. Met een andere weerstand kun je de tijd verlengen. Maak maar eens de verbinding met de weerstand op de veren 7 en 8 los en gebruik in plaats daarvan de weerstand met 220 kΩ op de veren 15 en 16. De LED blijft nu veel langer branden.

Bedradinglijst: 62-92, 5-9-41-45-91, 2-52, 1-38, 36-43, 7-44-54, 35-39-40-53, 10-1337-60, 6-59-83, 61-64, 42-47-48-8-14-84-63

26

20

De transistor- tijdmelder

Deze schakeling stuurt een toongenerator aan. Als je op de toets drukt, hoor je een toon uit de luidspreker. Als je de toets loslaat, duurt de toon nog wat langer en wordt dan pas uitgeschakeld. De uitschakel- vertragingstijd hangt er vanaf, hoe lang de condensator met 4,7 µF nodig heeft, om helemaal te worden ontladen. Met een condensator van 220 µF duurt dat veel langer. Je kunt de grotere condensator eenvoudig parallel schakelen met de kleinere. Voor deze verandering gebruik je de beide extra verbindingen 53-55 en 54-56. Deze proef verbindt een analoge transistorschakeling met een digitale IC- schakeling. De stroom door de NPN- transistor verandert heel geleidelijk. De volgende NAND- poortschakeling herkent echter pas een heel bepaalde collectorspanning als toestand 1.

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 7-41-77-91-84, 13-83-55, 14-73, 8-36-37-74, 35-44, 9-45-59, 15-10-40-39-43, 1-38-60-16, 2-76, 78-93, 42-47-48-56-63-94-75 27

21

Een kaars “aanblazen”

Je hebt vast wel eens een kaars uitgeblazen. Maar had je ooit gedacht dat je een elektronische kaars ook kunt “aanblazen”? Na het inschakelen moet je eerst ongeveer tien seconden wachten, tot de schakeling reageert op geluidssignalen. Steeds als je dan krachtig op de microfoon blaast of fluit, gaat de LED aan. Maar na een paar seconden gaat hij ook vanzelf weer uit. De schakeling bevat een monostabiele tuimelschakeling zoals die uit proef 19. De inschakeltijd hangt af van de condensator met 220 µF en de 47 kΩ weerstand. De tuimelschakeling wordt hier gestart door de versterkte trillingen uit de microfoon. Twee transistors worden daarbij als versterker ingezet. Ook hier volgt op een analoge versterkerschakeling een digitale tuimelschakeling.

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 91-41-77-9-3, 10-82-59, 73-16-60, 4-8-76, 7-15-74, 578-36-57, 35-39, 37-38-47-48, 44-45-46-1, 2-51, 63-58-54-52-42-8175-6, 43-12, 11-40-53

28

22 De aanrakingssensor Na het inschakelen licht alleen LED 2 (groen) op, maar niet LED 1 (rood). Als je met je hand de beide draden aanraakt, beginnen beide LEDs afwisselend te knipperen. Door het geleidend vermogen van je handen schakel je de transistor in. Deze start dan een knipperaar. De knipperschakeling wordt ook wel een “a-stabiele tuimelschakeling” genoemd, dus een schakeling die geen stabiele toestand kent maar steeds weer omschakelt. Een dergelijke schakeling produceert langzame trillingen, bijvoorbeeld voor een knipperlicht, of snelle trillingen, bijvoorbeeld voor een toongenerator. In computers worden dergelijke schakelingen met zeer veel hogere frequenties gebruikt. Een moderne PC kan een maatfrequentie van meerdere Gigahertz hebben; dat wil zeggen, dat de tuimelschakelingen in de processor ervan meerdere miljarden keren per seconde omschakelen.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 91-49-51-41-74-DRAAD, 63-42-47-48-39-40-16, 75-1536, 37-13, 14-18-59, 17-6-35-44-45, 60-43-8, 5-52, 7-50, 73-DRAAD 29

23

Licht- uit- alarm

Deze schakeling gebruikt twee a- stabiele tuimelschakelingen. De linker schakelt langzaam aan en uit, de rechter produceert snelle trillingen voor de luidspreker. De fotoweerstand kan beide uitschakelen, als er veel licht opvalt. Schakel de schakeling in bij het volle licht. Stel dan de regelaar zo in, dat er niets te horen is en beide LEDs uit zijn. Wanneer het echter donker wordt of de fotoweerstand verduisterd wordt, beginnen beide LEDs te knipperen en men hoort een ononderbroken signaal. Deze schakeling kan je er aan herinneren niet bij te weinig licht te lezen. De schakeling gebruikt een analoge lichtsensor, die zijn weerstand verandert in overeenstemming met de helderheid. Vanaf een heel bepaalde limietwaarde reageert de digitale schakeling. Deze onderscheidt dus alleen licht of donker, en kan echter geen tussenwaarden herkennen.

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 3-74-41-91-51-49, 4-85, 87-86-79-36, 37-13, 14-18-59, 52-5, 17-6-35-44-45, 43-39-60, 40-9, 16-10-57, 50-7, 15-8-38-47-48, 1-46-58, 2-73-76, 75-77-53, 54-93, 42-63-94-80-78

30

24

Tatu-Tata!

Bij deze proef hoor je uit de luidspreker een toon, die steeds weer wisselt tussen een hoog en een laag geluid. Met de potmeter kun je het geluid veranderen. Bij de juiste instelling hoor je de sirene van een politie- auto. Deze schakeling bestaat uit twee a- stabiele tuimelschakelingen. De rechter schakelt zeer snel en werkt als toongenerator. De linker tuimelschakeling schakelt langzaam en dient als omschakelaar voor de toonhoogte. Steeds als de NPN- transistor ingeschakeld wordt, ontstaat een hogere toon.

Bedradinglijst: 8-12-59-86, 6-14-55, 5-36-37, 15-13-35-44-45, 43-56, 7-39-40, 1175-38-47-48, 1-46-60, 2-93, 91-41, 92-62, 61-64, 63-94-42, 85-74, 16-73 31

25

Een megafoon

Je kunt met de microfoon, twee transistors en de luidspreker een megafoon bouwen. De eerste transistor vormt een voorversterker, de tweede transistor werkt als vermogenversterker. Als je in de microfoon spreekt, kun je je eigen stem luid en duidelijk uit de luidspreker horen. Je stem klinkt een beetje vreemd, alsof hij uit een ver verwijderd ruimteschip komt. Laat ook eens iemand anders inspreken, dan hoor je het nog beter. Dit is een zuivere analoge schakeling. Daarom wordt hij opgebouwd met transistors en niet met digitale ICs. Geluidstrillingen moeten zo onvervalst mogelijk – maar versterkt – via de luidspreker doorgegeven worden. Houd je handen eens als een klok rond de microfoon en de luidspreker. Er zal dan een fluittoon ontstaan. Er gaat geluid van de luidspreker naar de microfoon, er ontstaat een zogenaamde terugkoppeling.

Bedradinglijst: 61-64, 62-92, 7-9-91-93, 8-15-76-74, 10-59-82, 73-16-60, 75-78-8163, 94-77 32

26

Het lichtorgel

Stel na het inbouwen de regelaar zo in, dat de LED nog net niet gaat branden. Als je vlak bij de microfoon in je handen klapt, zal de LED elke keer oplichten. Ook door hard te fluiten gaat de LED branden. Je kunt op dezelfde manier muziek gebruiken. De LED knippert dan als bij een lichtorgel. De schakeling bestaat uit een analoge transistorversterker en een digitale NAND- poortschakeling. Elke trilling van het versterkte geluidssignaal die groot genoeg is schakelt de uitgang in. Bij een groter volume wordt de LED helderder, omdat hij bij elke trilling langer ingeschakeld wordt.

Bedradinglijst: 75-81-58-63-50, 40-39-42-44-45-47-48-58, 3-9-41-91-57-85, 92-62, 10-82-59, 60-73-16, 4-7-15-74, 8-55, 36-37-56-86, 1-35, 2-49, 63-87, 61-64

33

27

Een RS- Flipflop van NAND- poortschakelingen

Deze tuimelschakeling is een omschakelaar, die in elke stand stabiel blijft staan. Met de vrije draad kun je of de SET- ingang (inschakelen, veer 36) of de RESET- ingang (uitschakelen, veer 44) aanraken. SET schakelt LED 1 in en RESET schakelt LED 2 in. Je kunt dus tussen de beide LEDs heen en weer schakelen, zoals je dat zelf wilt. De naam “Flipflop” is de Engelse naam voor een tuimelschakeling, die heen (flip) en weer (flop) schakelt. Er zijn ICs die complete flipflops bevatten. Een voorbeeld is het type 4027, die je in de volgende proef leert kennen.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 5-7-41-91-51-49, 6-36, 1-37-43, 3-35-45, 8-44, 4-52, 2-50, 48-47-40-39-42-63-DRAAD

34

28

Een andere RS- flipflop

Hier wordt voor de eerste keer de andere IC van het type 4027 gebruikt. Deze bevat twee volledige flipflops (om precies te zijn: JKflipflops), die heel verschillend gebruikt kunnen worden. Hier bereik je dezelfde functie als bij de vorige schakeling. Je kunt weer met een draad de aansluitingen SET (veer 25) of RESET (veer 22) aanraken om of LED 1 of LED 2 in te schakelen. Elektrische machines bezitten soms twee knoppen, een groene voor het inschakelen en een rode voor het uitschakelen. Ze worden als een flipflop bediend. Deze RS- flipflop kun je op dezelfde manier met twee contacten omschakelen, de ene is bedoeld voor het inschakelen, de andere voor het uitschakelen.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 5-22, 3-19, 1-20, 4-52, 2-50, 63-26-8-6, 91-51-49-27-21-23-24-DRAAD

35

29

Een frequentiedeler

Er bestaan verschillende mogelijkheden hoe je de toestand van een flipflop kunt veranderen. Bij sommige schakelingen is er daarvoor maar één ingang. De logische ingangstoestand moet de ene keer van 0 naar 1 wisselen, en dan weer terugvallen naar 0. Beide wisselingen samen geven zo een zogenaamde “impuls”. Elke impuls schakelt de uitgang van de flipflop in de tegenovergestelde toestand. Veel impulsen, die op dezelfde afstand plaatsvinden, noemt men een “maat” of in het Engels “Clock”. Daarom wordt de ingang van een flipflop ook wel maatingang of Clock- ingang genoemd. Net zo als een dirigent met zijn dirigeerstokje een orkest dirigeert, bepalen klokimpulsen het omschakelen in een flipflop. Deze schakeling bestaat uit een maatgenerator, twee NAND-poorten een deler-flipflop met de 4027. De maatgenerator produceert snelle impulsen, die bij de maatingang (CLK, Clock) van de 4027 komen. Bij elke maat schakelt deze flipflop tussen zijn beide uitgangen Q en om. Het streepje boven de Q betekent overigens “Invertering” (omkering), omdat steeds precies dan ingeschakeld wordt, als Q uit is. De LEDs knipperen daarom afwisselend. Beide LEDs zijn precies even lang aan, omdat elke klokimpuls de toestand van de flipflop weer omschakelt. Met een kleine verandering van de schakeling kun je herkennen, dat de maatgenerator dubbel zo snel omschakelt als de uitgang van de flipflop. Maak de verbinding 4-38 los en maak een verbinding 4-43. De rode LED knippert dan twee keer zo snel als de groene. De knipperfrequentie wordt dus door twee gedeeld. Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 91-41-24-23-27-49-51-57, 1-50, 2-46, 3-52, 4-38, 19-39-40, 20-48-47, 6-21-43-58-54, 5-8-45-44-35, 7-36-37-53, 42-63-26-25-22 36

30

Een munt opgooien

Kop of munt, deze schakeling toont een toevallig resultaat. Als je op de toets drukt, zullen beide LEDs snel knipperen. Zodra je de toets echter loslaat, wordt het knipperen langzamer en houdt dan helemaal op. Of de rode of de groene LED aan het eind brandt, kun je van tevoren nooit weten. De schakeling gebruikt een bijzondere tuimelschakeling als maatgenerator. De beide transistors beginnen steeds dan te geleiden, als de condensator bijna helemaal opgeladen is. Ze worden dan in een kort ogenblik helemaal ontladen en gaan weer terug naar de nietgeleidende toestand.

Bedradinglijst: 56-54-63-75-26-25-22-4, 83-53-12, 76-74-21-3-1, 77-55-11, 91-8427-24-23-6-2, 78-73, 61-64, 62-92, 19-50, 20-52, 5-49-51

37

31

De omschakel- flipflop

Deze schakeling gebruikt één van de beide flipflops in de IC 4027. Met de toets kun je de uitgang steeds weer omschakelen. De LED is dan afwisselend aan en uit. De schakeling werkt op dezelfde manier als in proef 30. Alleen is er dit keer geen maatgenerator, maar je produceert de maat zelf met de toets. Daarbij kan het soms gebeuren, dat een druk op de toets schijnbaar niet werkt. Het schakelcontact veert namelijk als een bal op de grond een paar keer terug, zodat er daadwerkelijk meerdere impulsen ontstaan. Deze procedure noemen we een “contactval”. Het wordt meestal niet opgemerkt, omdat het maar ongeveer een duizendste seconde duurt. Maar de IC kan nog duizend keer sneller reageren en herkent daarom elke aparte impuls.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 5-23-24-27-51-91, 1-6-83, 2-21, 3-20, 4-52, 22-25-26-63-84 38

32

De JK- flipflop

Hier kun je preciezer leren, hoe een JK- flipflop werkt. De beide ingangen J en K moeten de ene keer aan de plus (veer 41) en de andere keer aan de min (veer 26) gelegd worden. Met J=K=1 schakelen de LEDs bij iedere druk op de toets om. Maar bij J=K=0 blijft steeds de laatste toestand bestaan. De contactval van de toets wordt hier door een bijzondere schakeling met de NAND- poortschakelingen voorkomen. Een condensator met 220 µF zorgt voor het “niet vallen”. Hij kan zich namelijk niet net zo snel opladen als dat het contact valt. Daarom ontstaat er bij elke druk op de toets maar één impuls.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 7-27-41-91-51-49, 6-8-53-84, 9-5-36-37, 35-44-45, 104-39-43, 21-38, 3-19, 1-20, 4-52, 2-50, 26-25-22-48-47-42-54-63-83, 23-24-DRAAD 39

33

E of O

Het zeven- segments- display kan niet alleen cijfers, maar ook een paar letters voorstellen. Deze schakeling toont afwisselend “E” of “O”, als de schakelaar naar beneden staat. Met de toets kun je steeds weer omschakelen. Met de omschakelaar naar boven is het display uitgeschakeld. Je zult beslist zien, dat menige druk op de toets niet tot het wisselen van het display leidt. Bij deze schakeling krijgen we namelijk weer te maken met een contactval, omdat de condensator op de toets erg klein is. In plaats van slechts één klokimpuls bereiken er gelijk meerdere impulsen de maatingang. Steeds als er toevallig een even aantal impulsen ontstaat, schijnt de uitgang onveranderd te blijven. Probeer eens de condensator met 0,001 µF op de veren 57 en 58 door een andere condensator te vervangen. Als je het probeert met 0,1 µF (veren 60 en 61), wordt de schakeling betrouwbaarder.

Bedradinglijst: 3-23-24-27-41-91-90, 4-21-57-83,22-59, 19-36, 43-65, 37-68-88, 2536-42-58-60-63-66-67-69-72-84-89, 35-44-45-70-71, 62-92, 61-64, 89-48-47-39-40 40

34

Een D- flipflop

D staat voor “data”, want deze schakeling is een eenvoudig datageheugen, zoals dat in computers gebruikt wordt. De toestand A of B van de schakelaar wordt bij elke druk op de toets opgeslagen. In de stand naar beneden kun je de LED inschakelen, in de positie naar boven uitschakelen. Je ziet, dat de JK-flipflops in de 4027 zeer universele tuimelschakelingen zijn. Ze kunnen ook gebruikt worden als RS-flipflops of als D-flipflops. Voor de D-flipflop is geen ontsluiting nodig, want wanneer er meer dan één klokimpuls ontstaat, wordt steeds weer dezelfde toestand opgeslagen. Beslissend is, dat deze tuimelschakeling zijn toestand zo lang als je wilt kan blijven behouden. Daarom worden elektronische D- flipflops als geheugen in computers toegepast. Jouw bouwdoos bevat twee van dergelijke geheugens, een moderne PC daarentegen vele miljoenen.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 27-41-90-91-83-51, 1-21-84, 23-35, 7-20, 8-52, 2-2225-26-40-39-48-47-45-44-42-63-90, 24-36-37-88 41

35

Start / Stop zoemer

Van je JK- flipflop kun je ook een RS- flipflop bouwen (vergelijk proef 28). Zijn ingang stuurt hierbij echter een a- stabiele tuimelschakeling als toongenerator. Hij wordt ingeschakeld, als je in de positie beneden van de omschakelaar op de toets drukt. Uit de luidspreker hoor je dan een luid gebrom. Schakel de omschakelaar in de richting boven en druk weer op de toets. Zo schakel je de toon uit. De functie van deze schakeling is gelijk aan die van proef 34. In plaats van een lichtdiode wordt hier een zoemer ingeschakeld. De vergelijking laat je zien dat je met een RS- flipflop een soortgelijke werking kunt bereiken als met een D- flipflop.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 91-83-77-41-27-24-23-21, 88-84, 89-22-5, 90-25-3, 1936, 7-37, 8-10-59, 9-35-44-45, 60-43-1, 2-76, 93-78, 4-6-26-48-47-40-39-42-63-94

42

36

Wisselaanduiding

Na de volledige opbouw toont deze schakeling vanzelf steeds afwisselend een “1” en een “8”. Twee NAND- poortschakelingen vormen hier een langzame a- stabiele tuimelschakeling, dus een knipperaar. Je kunt de knippersnelheid veranderen door de regelaar te verstellen. In de positie “snel” wisselt de aanduiding ca. 4 maal per seconde, in de positie “langzaam” duurt een toestand bijna een halve minuut. Probeer maar eens andere aansluitingen van het display en kijk maar eens of je andere tekens of cijfers kunt laten knipperen.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 4-54-65-66-67-69-43, 48-47-40-39-42-63-70-71, 3-3545-86-87, 7-36-37-53, 8-85, 41-91-68

43

37

Een eenvoudige teller

De beide NAND- schakelingen vormen een a-stabiele tuimelschakeling en sturen de LED 2. Tegelijkertijd wordt de maatingang (CLK) van de flipflop aangestuurd, zodat met iedere klokimpuls de uitgang omgeschakeld wordt. LED1 (rood) knippert daarom maar half zo snel als LED2 (groen). De schakeling telt steeds tot twee en begint dan van voren af aan. Uit vele flipflops kun je overigens een elektronische teller bouwen, die veel verder telt. In proef 39 zul je een schakeling bouwen, die toch al tot vier kan tellen.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 23-24-27-57-41-91-51-49, 19-40-39, 3-38, 4-42, 2-50, 1-46, 6-21-48-47-54-43-58, 45-44-35-8-5, 7-36-37-53, 63-42-26-25-22 44

38

Een synchroonteller

Synchroon betekent gelijktijdig. Hier krijgen beide JK- flipflops het zelfde kloksignaal van de a-stabiele tuimelschakeling uit twee NANDpoorten. LED1 en LED2 schakelen na elkaar in. Eerst brandt LED2 (groen), daarna LED1 (rood), en dan zijn ze allebei uit. Er worden dus drie verschillende toestanden ingenomen. Synchroon-tellers worden gebruikt voor zeer snelle tellers. Omdat alle flipflops hetzelfde kloksignaal ontvangen, is er hier geen sprake van een tijdvertraging tussen de aparte fases. De toestand van de leidingen J en K bepaalt steeds welke tuimelschakeling bij een klokimpuls omschakelt.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 91-57-51-49-41-27-23-32, 53-37-36-7, 4-52, 3-38, 5-835-44-45, 6-21-30-43-54-58, 19-33-47-48, 46-1, 2-50, 28-39-40, 22-25-26-31-34-42-63, 24-29 45

39

Een vierdeler

Hier zijn twee twee- delers achter elkaar geschakeld. LED1 en LED2 tonen na elkaar vier toestanden. Steeds na vier klokimpulsen begint alles van voren. De beide LEDs tonen een tweecijferig binair getal tussen 00 (=0) en 11 (=3). Binaire getallen worden ook in computers gebruikt. Met 8 LEDs zou je al getallen tot 255 kunnen weergeven, en met 16 LEDs zou je tot 65535 kunnen tellen. Met een kleine verandering kun je de ingangstoestand van de teller eveneens zichtbaar maken: maak de verbinding 47-30 los en verbind veer 47 met veer 21. Nu knippert LED2 niet meer dubbel zo snel als LED1, maar vier keer zo snel. Je ziet, dat de teller daadwerkelijk maximaal vier toestanden kent, want er zijn vier klokpulsen nodig, om LED1 eenmaal aan- en weer uit te schakelen. Toestand 0 1 2 3

LED1 0 0 1 1

LED2 0 1 0 1

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 91-57-51-49-41-33-32-27-24-23, 53-37-36-7, 5-8-3544-45, 6-21-43-54-58, 19-30-47-48, 46-1, 2-50, 52-4, 3-38, 28-39-40, 22-25-26-31-34-42-63 46

40

Een octaaf- generator

Deze schakeling produceert naar keuze drie tonen, die elk precies een octaaf schelen. De schakeling bestaat uit een a- stabiele tuimelschakeling en twee deler- flipflops. Elke deler halveert de frequentie, verlaagt dus de toonhoogte met een octaaf. De schakeling is net als de vorige tegelijk een teller, die steeds weer van nul tot drie telt. Vier trillingen op de ingang geven één trilling op de uitgang. Daarom is de frequentie aan de uitgang viermaal lager.

Bedradinglijst: 62-92, 61-64, 93-91-57-41-33-32-27-24-23, 4-73, 74-94, 7-59-37-36, 5-8-35-44-45, 19-30, 6-21-39-40-43-58-60, 57-63-42-34-31-26-25-2247-48, 3-DRAAD NAAR 38 OF 20 OF 29 47

Monteren van de onderdelen Jouw bouwdoos is al kant en klaar gemonteerd, zodat je alleen nog maar de draden hoeft in te bouwen. In dit hoofdstuk laten we je zien, hoe alle onderdelen er in gemonteerd zijn. Dat kan je helpen om de bouwdoos beter te snappen. En als er eens een onderdeel los gaat, kun je het er heel simpel weer inbouwen.

Inbouwen van de weerstanden Neem de weerstand met 470Ω (kleuren: geel, violet, bruin en goud) en buig de draden zo, dat ze door die kleine gaten bij de veren 1 en 2 passen waar 470 bij staat. Elke weerstand moet er zo ver ingedrukt worden, dat hij op het schakelpaneel ligt.

Inbouw van de contactveren Contactveren bieden een eenvoudige mogelijkheid elektrische verbindingen zonder solderen te maken. Er zijn 94 contactveren en 94 steekplaatsen met nummers op het schakelpaneel.

De veren worden met het dunnere einde in een aansluitgat gestoken en er zo diep ingedrukt dat ze er in klikken. Opdat een veer ook werkelijk goed vast ingebouwd is, gebruik je een potlood om ze in het gat te drukken. Dan kun je de veer er met het potlood makkelijk indraaien. Ongeveer tweederde van de veerlengte moet nog boven het schakelpaneel uitkijken.

Draai het schakelpaneel om en verbind de aansluitingen met de contactveren 1 en 2. Let er op, dat de draden geen andere aansluitingen aanraken. Bouw de andere weerstanden er op dezelfde manier in. De volgende tabel laat de aansluitingen zien. Weerstand 470Ω 1 kΩ 1 kΩ 1 kΩ 10 kΩ 47 kΩ 100 kΩ 220 kΩ 2 MΩ

Kleuren geel, violet, bruin, goud bruin, zwart, rood, goud bruin, zwart, rood, goud bruin, zwart, rood, goud bruin, zwart, oranje, goud geel, violet, oranje, goud bruin, zwart, geel, goud rood, rood, geel, goud rood, zwart, groen, goud

Aansluitingen 1 en 2 3 en 4 5 en 6 7 en 8 9 en 10 11 en 12 13 en 14 15 en 16 17 en 18

48

Monteren van de onderdelen Inbouwen van de LED's De bouwdoos bevat een rode en een groene LED. Bij het inbouwen van de LED's moet je precies letten op de juiste poling. De minaansluiting (kathode) is bij nieuwe LED's korter dan de plusaansluiting (anode). Op de plastic behuizing bevindt zich een afgevlakte rand aan de kathodekant. Verbind de groene LED met de veren 50 (kathode, afgevlakte kant) en 49 (anode). Bouw dan de rode LED in dezelfde richting bij de veren 52 en 51 in. Inbouw van de condensatoren Plaats de keramische condensator met 0,1 µF (opdruk 104) in de passende gaten. Draai het paneel om en steek de aansluitdraden in de veren 59 en 60. Plaats op dezelfde manier de andere keramische condensator en de beide elektrolytcondensatoren. Bij de elektrolytcondensatoren moet je op de poling (plus en min) letten. De kortere aansluiting is bij nieuwe condensatoren de minaansluiting. Aan deze kant zie je een witte streep op de behuizing.

De volgende tabel toont de aansluitingen van alle condensatoren. Condensator 0,1 µF 0,001 µF 4,7 µF 220 µF

Type Keramisch, 104 Keramisch, 102 Elektrolyt Elektrolyt

Aansluitingen 59 en 60 57 en 58 55 (+) en 56 (-) 53 (+) en 54 (-)

Inbouw van de transistors Elke transistor heeft drie aansluitingen. Ze moeten precies in de goede gaten van je schakelpaneel gestoken worden. Houd de transistor vast met de platte kant naar je toe. De linker aansluiting is de Emitter (E), de middelste de Collector (C) en de rechter aansluiting is de basis (B). Let op! Een transistor kan niet functioneren, als je de aansluitingen ervan verwisselt! Let er op, dat elke aansluiting precies op de juiste veer aangesloten wordt. Bovendien mogen de beide transistors niet verwisseld worden.

49

Monteren van de onderdelen De NPN- transistor is van het type C945, de PNP- transistor van het type S855. Houd de NPN- transistor zo, dat de vlakke kant naar de aansluitveer 74 wijst. Steek de aansluitingen in de gaten tussen de veren 73, 74 en 75. Draai het schakelpaneel om en verbind de emitter met veer 75, de collector met veer 74 en de basisaansluiting met veer 73. Plaats de PNP- transistor bij de veren 76, 77 en 78. De emitter wordt verbonden met veer 77, de collector met veer 78 en de basisaansluiting met veer 76.

Inbouw van de fotoweerstand Steek de draden van de fotoweerstand in de gaten bij de veren 79 en 80, draai het schakelpaneel om en verbind ze met de veren. Je hoeft hier niet op de poling te letten, omdat de LDR in elke inbouwrichting functioneert.

Inbouw van de microfoon Verbind de microfoon met de veren 81 en 82. De minaansluiting is de aansluiting, die geleidend met de behuizing is verbonden. Als er eens een transistor kapot gaat, kun je bij Conrad Electronic Nederland (of bij een andere elektronicazaak) een nieuwe kopen. Als je deze transistors niet in de elektronicazaak of bij Conrad kunt kopen, kun je ook de types BC 548C (NPN- transistor) en BC 558 C (PNP- transistor) gebruiken. Deze transistors hebben een andere aansluitvolgorde, hierbij ligt de basis in het midden. De Emitter ligt rechts als je van voren tegen de platte, bedrukte kant kijkt, de Collector links. Hier moet je bij het inbouwen op letten.

50

Monteren van de onderdelen Inbouw van de toetsschakelaar De toets bestaat uit twee delen. Het onderste contactplaatje wordt onder het schakelpaneel omgebogen en via een draad met de veer 84 verbonden. Het verende gedeelte moet met een schroef bevestigd worden. De aansluitdraad ervan wordt met veer 83 verbonden.

Inbouw van het zeven- segments- display Het zeven- segments- display is samen met de benodigde weerstanden op een kleine printplaat gemonteerd. In totaal acht aansluitingen moeten met de veren 67 tot 72 verbonden worden, zoals te zien is op de tekening.

Inbouw van de potmeter De potmeter heeft drie aansluitingen, die van draden zijn voorzien. Steek de draden door de gaten en verbind ze met de veren 85, 86 en 87 zoals je dat in de tekening ziet.

51

Monteren van de onderdelen Inbouw van het batterijvak Het batterijvak bestaat uit twee helften voor elk twee batterijen. Ze worden met in totaal vier schroeven en moeren bevestigd. Elke kant heeft een rode draad voor de plusaansluiting en een zwarte draad voor de minaansluiting. Verbind de aansluitingen met de veren 61 t/m 64, zoals afgebeeld in de tekening.

Inbouw van de schuifschakelaar Je bouwdoos heeft twee schuifschakelaars, die met 2-mm- schroeven aan de voorste frontplaat bevestigd moeten worden. De omschakelaar bevat drie aansluitdraden, die je moet verbinden met de veren 88, 89 en 90. De hoofdschakelaar heeft maar twee aansluitdraden en moet met de veren 91 en 92 verbonden worden.

52

Monteren van de onderdelen Inbouw van de IC's De beide IC's in de bouwdoos zijn gemonteerd op kleine printplaten met aansluitdraden. De draden moeten precies met de juiste veren verbonden worden. Bouw de dubbele RS- flipflop 4027 in aan de linkerkant. De kleine inkeping in de behuizing wijst naar boven. Verbind in totaal 16 aansluitdraden met de veren 19 t/m 34 zoals afgebeeld in de tekening. Bouw de viervoudige NAND- poortschakeling 40HC00 in aan de rechterkant. De kleine inkeping in de behuizing wijst naar onderen. Verbind de 14 aansluitdraden met de veren 35 t/m 48 zoals afgebeeld in de tekening.

53

Monteren van de onderdelen

Waarheidstabellen

Inbouw van de luidspreker

Hier voor iedereen, die zijn tabellen wil controleren, de resultaten:

De luidspreker wordt met drie houdklemmen en schroeven bevestigd aan de frontplaat. De beide aansluitdraden moeten verbonden worden met de veren 93 en 94.

7

8

9

Ingang A (omschakelaar) 0 0 1 1

Ingang B (toets) 0 1 0 1




10

Ingang A (omschakelaar) 0 0 1 1

Uitgang X LED1 0 1 1 1




Ingang B (toets) 0 1 0 1


54

14


15


16








1e druk, Frankh-Kosmos Verlags-GmbH & Co., Stuttgart / 2003 Dit document, inclusief alle onderdelen ervan, valt onder het auteursrecht. Elke bewerking buiten de nauwe grenzen van het auteursrecht is zonder toestemming van de uitgeverij niet toegestaan en strafbaar. Dit geldt in het bijzonder voor vermenigvuldiging, vertalingen, micro-film's en het invoeren en verwerken in elektronische systemen. Wij geven geen garantie dat alle informatie in dit document vrij is van octrooirecht. © 2003 Frankh-Kosmos Verlags-GmbH & Co., Stuttgart

Experimenteerdozen Spannende experimenten uit chemie en natuurkunde Solar-Space vanaf 8 jaar, geïllustreerde handleiding (16 pagina’s) Met twee ruimteachtige modellen lukt de instap in de wereld van de zonnetechniek. Spacestation en Spaceship, twee modellen van kunststof, aangedreven met een zonnecel en zonnemotor maken het mogelijk! Naar keuze draait het zonnestation bij instraling van zonlicht, of het ruimteschip draait zijn rondjes. De modellen worden met de bij de bouwdoos inbegrepen wateraftrekplaatjes gestyled of met apart aan te schaffen kunststof- modelverf naar eigen ideeën beschilderd – of allebei! Hocus Pocus vanaf 10 jaar, Geïllustreerde handleiding (32 pagina’s) Kunnen toveren – wie zou dat niet willen? In deze toverdoos bevinden zich ongewone nieuwe trucs zoals flessengeesten oproepen, water in “wijn” veranderen, of voorwerpen alleen verplaatsen door er naar te kijken. Bovendien leer je terloops erbij veel interessante verschijnselen uit de chemie en natuurkunde kennen en begrijpen. Alles wat je daarvoor nodig hebt zit in deze experimenteerdoos – behalve het publiek, dat zich verbaast over de magische krachten van de tovenaar.

Tekst: Burkhard Kainka Opmaak en grafiek: rayle designstudio Projectleiding: Gerhard Gasser

55

Veiligheidsaanwijzingen. Een woord aan de ouders. Veiligheidsaanwijzingen voor kinderen: Lieve ouders! Veiligheidsaanwijzingen voor ouders:

Recommend Documents