Summer Circuits 2022 ONTWERPIDEEËN, TIPS EN TRUCS 140 bladzijden! SUMMER CIRCUITS ELEKTORMAGAZINE.NL20222201 * SINDS 1961 * € 14,95 > Stroombron voor LED’s > Simpele stereoversterker > DI-box voor smartphone > Milliohm-meter > Microfoon-voorversterker > Knoploze deurbediening > Arduino-ampèremeter > Ruisarme ADC-kalibrator > ...en nog veel meer!
Directeur: ErikJansen
Internationaal hoofdredacteur: JensNickel (redactie@elektor.com)
Technische redactie: MathiasClaussen,TonGiesberts,LucLemmens, ClemensValens
Vormgeving & Layout: HarmenHeida,PatrickWielders
© Elektor International Media B.V. - 2022
Ons team Elektor is lid van de VDZ (Verband Deutscher Zeitschriften verleger), die “de gemeenschappelijke belangen behartigt van 500 Duitse consumenten- en B2B-uitgevers”. Elektor is lid van FIPP, een organisatie die “in bijna 100 jaar is uitgegroeid tot een wereldwijde vereniging voor media-professionals”.
zijn de verwerkingen van persoonsgegevens aangemeld bij de toezichthouder, Autoriteit Persoonsgegevens te Den Haag. Druk: Senefelder Misset, Doetinchem Distributie: Betapress, Gilze Advertenties Benelux Raoul Morreau Tel. +31 (0)6 4403 9907 E-mail: verkrijgbaar.hetinAdvertentiewezenafgeslotenopAdvertentietarieven,raoul.morreau@elektor.comnationaaleninternationaal,aanvraag.AlleadvertentiecontractenwordenconformdeRegelenvoorhetgedeponeerdbijderechtbankenNederland.EenexemplaarvandeRegelenvoorAdvertentiewezenisopaanvraagkostenloos Auteursrecht
Uit vele brieven weten we dat projecten nog steeds het hart van Elektor vormen. Ze maken elektronica begrijpelijk in de waarste zin van het woord, wat ertoe bijdraagt dat beginners zich aangetrokken voelen tot dit mooie vakgebied. Ze inspireren je om aan je eigen ontwerpen, verbeteringen en hacks te werken. En last but not least vind je in de schema’s veel trucs en interessante componenten. In 2021 vierde Elektor haar 60-jarig bestaan. We maakten van de gelegenheid gebruik om diep in onze archieven te duiken en met een groot aantal elektronicalie ebbers te spreken die Elektor al tientallen jaren trouw zijn. De lezers en bijdragers van Elektor hebben altijd een beetje weemoedig teruggedacht aan onze Halfgeleidergidsen, die altijd weer een groot aantal projecten te bieden hadden. Deze extra dikke zomernummers waren dan ook bijzonder populair, zoals uit de verkoopcijfers bleek. En dus was het eind 2021 voor het hele Elektor-team duidelijk dat we de halfgeleidergids onder de naam Summer Circuits moesten terugbrengen! Vele collega’s, freelance redacteuren en externe auteurs hebben aan deze extra dikke zomer-editie 2022 bijgedragen. Net als in het verleden leggen we de nadruk op eenvoudige schakelingen, en dan bij voorkeur zonder microcontroller. Natuurlijk hebben we deze uitgave gekruid met een vleugje nostalgie. Voor het ‘US-sirene’ project hebben we een kit gemaakt met een retro-print en een voet, die je in de Elektor Store kunt kopen. En traditiegetrouw heeft dit zomernummer een heel bijzondere, kleurrijke omslag. Op de omslag van 2022 prijkt een werk van de Amerikaanse kunstenares Kelly Heaton (www.kellyheatonstudio.com), wier fascinerende beelden de schoonheid van zelfs de eenvoudigste elektronische componenten vastleggen. Een interview met haar is te vinden op pagina 78. Doe mee!
lektor Summer Circuits 2022 3 COLOFON VOORWOORD Jens Nickel Hoofdredacteur Elektor Magazine Summer Circuits 2022
Redactie: EricBogers (redacteur NL-editie) Dr.,RolfGerstendorf, ThomasScherer,ClemensValens
62e jaargang nr. 673, Summer Circuits 2022 ISSN Elektor2590-0765iseenuitgave van Elektor International Media B.V. Postbus 11, 6114 ZG Susteren, Nederland Tel.: +31 (0)46- 4389444 Nieuwe abonnementen & bestellingen service@elektor.nl – Tel. 046-4389444 Elektor International Media B.V. legt gegevens vast voor de uitvoering van de (abonnements) overeenkomst. De door u verstrekte gegevens kunnen gebruikt worden om u te informeren over relevante diensten en producten. Stelt u daar geen prijs op, dan kunt u dit schriftelijk doorgeven aan: Elektor International Media B.V., Afdeling Customer Service Postbus 11, 6114 ZG Susteren. Of per email: service@elektor.nl In overeenstemming met de Wet bescherming persoonsgegevens Niets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. De auteursrechtelijke bescherming van Elektor strekt zich mede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed circuits, evenals de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 van de Rijksoctrooiwet mogen de in Elektor opgenomen schakelingen slechts voor particuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van de schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgever. De uitgever is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die hij niet voor publicatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgever een ingezonden bijdrage voor publicatie aanvaardt, is hij gerechtigd deze op zijn kosten te (doen) bewerken. De uitgever is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en activiteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgever gebruikelijke vergoeding.
4 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl Rubrieken 3 SummerCircuits2022 66 KiCad6 vijf interessante nieuwe functies 72 Retrotronica de Elektor SC/MP-computer 78 Interview kunst maken met elektriciteit 86 Mijneersteprint spring in het diepe – met KiCad 98 Metslimmesoftwaredehardwareminimaliseren 100 ElektorInfographics feiten en cijfers 102 NieuwecomponentenvanAnalog 134 Optimaliseringvandesignaalintegriteit Industry 4.0 vereist vlekkeloos werkende interfaces 138 Hexadoku puzzelen voor elektronici 50+ Projecten 6 US-sirene 8 Tweedraai-encodersopéénanalogeingang 10 Digitale220VAC-dimmermetArduino 12 StroombronvoorLED’s 15 Vierschakelaarsdetecterenmetéénpin 16 Kleineaan/uit-schakelaarmetaccucontrole 18 Desinfectie-dispenservoorzelfbouw 20 Eenvoudigelektronischorgel 22 Simpelestereoversterker 62e jaargang – nr. 673 Summer Circuits 2022 6 24 Audiogestuurdeschakelaar 27 Gebalanceerd/ongebalanceerd-converter 28 Externnetfilter 30 Knoplozegaragedeurbediening 32 DI-boxvoorsmartphone 34 Pretmeteenlooplicht 36 Eenknops-thyristorbesturing 38 Quasi-analogebelichtingstimervoordedonkerekamer 40 SchakelingenbijdeHackster.io-community 44 Analogezonnebad-timer 46 WeereeneendraadsLCD-interface 48 SimpelePWM-generatormetAVRATtiny13 50 Eentweedelevenvoorbatterijen 52 AanraakschakelaarvoorLED-verlichting 54 TestervoorLED’senDIP-schakelaars 55 IR-afstandsbedieningstester 56 Testervoorvermogens-halfgeleiders 58 SPIvoorWS2812(B)-LED’s 60 Metenvanvermogens-zelfinducties 63 EénstekkervoorRaspberryPienAudioDAC 74 Doe-het-zelfmeetklemvoordeLCR-meter 76 Arduino-ampèremeter 30 Schakelingen en nog meer schakelingen bij de communityHackster.io- 40 IN DIT NUMMER Knoploze garagedeurbediening community US-sirene een klassieker van Elektor!
lektor Summer Circuits 2022 5 Binnenkort Elektor september/oktober 2022 Zoals gebruikelijk hebben we een opwindende mix van projecten, schakelingen, achtergrondinformatie en tips en trucs voor elektronici en makers voor u voorbereid. De focus ligt op draadloze toepassingen. Een greep uit de inhoud: > Bluetooth Low Energy met ESP32-C3 en ESP32 > Data naar Telegram sturen > Maak van je fiets een e-bike > Bluetooth-dongle als BLE-speurneus > metAudio-spectrumanalyzerdekatrons > Ontwerptools voor analoge filters > Digitale FM-ontvanger met Arduino en TEA5767 ...en nog veel meer! Aankondigingen onder voorbehoud. Elektor september/oktober 2022 verschijnt omstreeks 1 september 2022. 18 24 voorDesinfectie-dispenserzelfbouw zonder Arduino of een MCU 85 Tweevinger-orgel 89 Ruisarme ADC-kalibrator 90 DC/DC-boostconverter 94 Twee potmeters op één digitale ingang 97 Akoestische nabijheidssensor 106 Batterijloze radiatorsensor 108 Speurneus voor draadloze camera’s en microfoons 109 Timer voor auto-binnenverlichting 110 Kaarssimulator 112 Digitale keukentimer 114 Milliohm-meter 116 Warmwatervertrager 118 Eenvoudige lader voor twee (of meer) 18650-cellen 120 Mini-frequentiereferentie 122 Zuinige IR-schakelaar 124 Hergebruik de telefoonlader van je auto 127 Microfoon-voorversterker voor Arduino 128 EMI-filters voor zelfbouw 130 Elektronische dobbelsteen zonder MCU 132 Vingercondensator 133 Zelfladende flits-LED 63 Eén stekker voor Raspberry Pi en Audio DAC dubbele voeding voor zelfbouw Kunst maken met elektriciteit 78 Audiogestuurde schakelaar schakelt versterkers en actieve luidsprekers automatisch in SUMMER CIRCUITS 2022
R5
ELEKTOR KLASSIEKER
seeText * 220235-001 S1-A =Ambulance S1-P = Police S1-F = Fire Brigade * * 3V 200mW F P A T1 BC547 T2 BC547 BC547T3 BC547T4 T5 BC327 2k2R1 470R2 R447kR322k 18kR5 1kR11 18kR618kR7 22kR8 2k2R9R103k310µ16V2µ216VC216V100µC1C3 16V47µC4 16V470µC7 22nC5C633n S1 BAT18LS1 S2 Figuur 1. Het oorspronkelijke schema van de sirene is voor de duidelijkheid opnieuw getekend. Bovenaan zie je de modulator, onderaan de geluidsgenerator. T5 is de versterker. nenten die wellicht stof liggen te verzamelen in de bak met ongeregeld, ziet er geweldig uit op een fraai vormgegeven print die je op je Figuur 2. ‘Artist impression’ van de sirene op een houten voet. figuur 1 Elektorlab • Elektorlab Elektorlab • Elektor la bTESTED
US-sirene: een klassieker van Elektor!
Ludwig Libertin (oorspronkelijk ontwerp) en Clemens Valens (printontwerp en modificaties) Veel projecten die licht- en geluidseffecten produceren, bewegen of rare dingen doen zijn Elektor-klassiekers geworden; deze werden vooral gepubliceerd in de Halfgeleidergidsen uit het verleden. Het recept: goedkope onderdelen uit de ‘goud van oud’-doos, een onmiddellijke aantrekkingskracht op beginners en – sorry – het niet-technische publiek. Dit is er zo een: een elektronische sirene waarvan het schema op de print is afgedrukt waarmee je je bureau kunt opleuken. bureau kunt zetten om vrienden en kennissen te imponeren. De werking Het schema ( ) is een enigszins aangepaste versie van de oorspronkelijke schakeling [1]. De schakeling kan drie verschillende sirenegeluiden in de stijl van Uncle Sam maken: politie, ambulance en brandweer. De gewenste sirene kan worden geselecteerd met schakelaar S1. Drukknop S2 is voor het in- en Deuitschakelen.schakeling bestaat uit drie delen: een modulator (T1/T2), een geluidsgenerator (T3/ T4) en tenslotte een versterker (T5). De modulator is een zaagtandgenerator die C4 (en C7 indien ingeschakeld) periodiek oplaadt. (samen met R11 indien ingeschakeld) ontlaadt de condensator(en), wat resulteert in een dalende zaagtand op de emitter van T2.
6 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl
Doe het analoog Het verdraaien van een correct aangesloten draai-encoder produceert een reeks pulsen op zijn A- en B-aansluitingen. Als je die beschouwt als een 2-bit parallelle bus, dan kan deze vier waarden aannemen: 0, 1, 2 en 3. Verdraaien in de ene richting produceert de reeks 0–1–3–2..., in de andere richting geeft de reeks 0–2–3–1... De draairichting kan dus bepaald worden uit de signaalvolgorde. Een digitaal/analoog converter (DAC) zet numerieke waarden om in analoge spanningen. Met een zogenaamd R/2R-weerstandsnetwerk kan een eenvoudige DAC worden gebouwd. Zo’n netwerk bestaat uit weerstanden met slechts twee waarden: R en 2R. Voor elk bit zijn twee weerstanden nodig, elk extra bit kost twee weerstanden meer. Een draai-encoder met twee aansluitingen heeft daarom vier weerstanden nodig en produceert dan een spanning die vier waarden kan aannemen (figuur 1).
8 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl
Meestal zijn voor het inlezen van een draai-encoder met een microcontroller twee ingangen nodig (of drie als de encoder ook een drukknop bezit). Voor het aansluiten van twee encoders heb je dan zes ingangen nodig, voor drie encoders negen – en zo vervolgens. Wanneer de microcontroller echter een analoog/digitaal-converter (ADC) heeft, en er een analoge ingang over is, dan heb je al alles wat nodig is. Hier beschrijven we hoe dat gaat.
Figuur 1. Vier weerstanden vormen een 2-bit R/2R digitaal/analoogconverter. Pull-up weerstanden zijn onmisbaar, anders is er geen spanning om te converteren.
Door dit analoge signaal te bemonsteren met de ADC van de MCU en aansluitend te decoderen, kunnen de oorspronkelijke signalen A en B weer worden gereconstrueerd. Deze kunnen vervolgens op dezelfde manier worden verwerkt als zou zijn gebeurd bij een ‘normaal’ aangesloten draai-encoder. Praktische implementatie Twee draai-encoders met geïntegreerde drukknop hebben een 6-bit DAC nodig om ’analoog’ te worden, en produceren 64 spanningsniveaus. Een MCU met een 10-bit ADC kan het analoge encodersignaal Twee draai-encoders op één analoge ingang zuinigheid met vlijt... Clemens Valens (Elektor) In dit artikel wordt een slimmigheidje beschreven waarmee je één of meer draai-encoders op een microcontroller kunt aansluiten via één enkele analoge ingang. Ditopprojectvideo!
Elektor lab •Elektorl ab E l ek torlab• Elektorlab ORIGINAL
PROJECT
220VACdimmer met Arduino Hesam Moshiri (Iran) AC-belastingen zijn overal om ons heen omdat de meeste huishoudelijke apparaten op het lichtnet worden aangesloten. Daarom komen we vaak situaties tegen waarin we een AC-belasting (bijvoorbeeld een lamp, of een stofzuiger) volledig willen kunnen regelen.
HIGH VOLTAGE 190320-013 L1_OutNL1N
10 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl
Waarschuwing: dit project maakt gebruik van netspanning. Deze spanning kan dodelijk zijn! Wees voorzichtig, want deze schakeling is niet geschikt voor het aansturen van apparaten met schakelende AC/DC-voedingen (SMPS), zoals moderne LED-lampen.
Figuur 1 toont de sinusvormige lichtnet-wisselspanning met een frequentie van 50 Hz (soms 60 Hz). Om een dimmerschakeling te bouwen zijn de nuldoorgangen (de punten waar de spanning van polariteit verandert) van belang. Om deze doorgangen te vinden, gebruiken we een nuldoorgangsdetector. Figuur 2 is het schema van de schakeling. R1, R2, IC1, D1 en C3 vormen de nuldoorgangsdetector. Deze is galvanisch van de netspanning gescheiden met een optocoupler. We krijgen zo een ruisvrij signaal dat veilig op de I/O’s van de Arduino kan worden aangesloten. Figuur 3 toont het uitgangssignaal van de nuldoorgangsdetector (pin 4 van IC1). Je kunt ook een andere optocoupler gebruiken dan het type dat in het schema is aangegeven. We gaan de nuldoorgangspuls gebruiken als trigger voor de besturingsschakeling. Met andere woorden: precies na een trigger (een nuldoorgang) moeten we aangeven hoeveel vermogen er moet worden geleverd. Dit is gemakkelijker te begrijpen door straks de Arduino-code en de uitgangs-golfvorm te bekijken. IC3 is een BT138-triac. De belasting staat in serie met de triac en de wisselspanning, dus de triac bepaalt de hoeveelheid vermogen die aan de belasting wordt geleverd.
Digitale
Figuur 1. Sinusvormige lichtnetspanning. De groene pijlen geven de nuldoorgangen aan. CrossingZeroTriacGND5V
PROJECT
1234 +5V MOC3021IC2 21 46 2134TLP521-1IC1 IC3 IC3 =A1GBT138-800,127A2 P1 4321 K1 10kR1R6470C3 100n 1N4007D1 56kR2 39R7C110n680R5C2100nR4180 Figuur 2. Schema van de digitale AC-dimmer. Elektor Labs .com Elektor- L abs com BEST OF Summer Circuits 2 22
Figuur 1. Het prototype van de auteur op een breadboard, met twee ‘standaard’- instelpots. werkelijk
PWM genereren De op een breadboard gebouwde PWM-generator (figuur 1) werkt op 9,6 MHz met uitgeschakelde zekering van de systeemklokprescaler. In snelle PWM-modus kan de PWM-signaalfrequentie worden berekend met deze vergelijking: fPWM = fCPU / (256 * n)
Voor een recent project moest ik de voeding regelen van een LED-array voor gebruik onder water. Het array bestond uit tien rode CREE XP E2-LED’s van 1 W/75 lm/W en vijf warmwitte Cree XM-L LED’s van 3 W/73 lm/W, gemonteerd op een aluminium blok van 35 mm hoog en 53 mm diameter. Ik was op voorhand niet helemaal zeker van de helderheid, de vermogensverliezen en de bedrijfstemperatuur, dus heb ik wat voorbereidende tests gedaan om al deze factoren te meten. Hiervoor had ik een PWM-geregelde voedingsbron nodig. Het onder water-LED-project zou als hart een kleine ATtiny44-microcontroller van Atmel (nu Microchip) krijgen om de gemiddelde LED-stroom te regelen via PWM-sturing van de eindtrap. Voordat ik aan het eigenlijke ontwerp begon, bouwde ik deze eenvoudige stand-alone PWM generator met een ATtiny13 op een breadboard.
Simpele
De PWM-puls (‘mark’) wordt gegenereerd via een 8-bit (256 in de bovenstaande formule) interne teller. Een 8-bit waarde geeft de tijd aan waarop de uitgang van laag naar hoog overschakelt, zodat de pulsbreedte zeer eenvoudig kan worden ingesteld om een mark/ space-verhouding te krijgen in een bereik van ongeveer 0,4% tot 99,6%. Met deze informatie kun je heel eenvoudig de gewenste frequentie en mark/space-verhouding in de processorcode vastleggen of deze beide parameters instelbaar maken via een digitale of eventueel zelfs een seriële ingang van de microcontroller. Om mijn experimenten zo eenvoudig mogelijk te houden, heb ik ervoor gekozen twee analoge ingangen te gebruiken waarop ik met behulp van twee potmeters een variabele spanning zet. De resulterende schakeling is afgebeeld in figuur 2. In totaal zijn er slechts vier componenten: een microcontroller, een kleine ontkoppelcondensator en twee potmeters. Simpeler kan een veelzijdige schakeling als deze niet zijn. De bijbehorende C-code is gratis beschikbaar als download [1]. De code kan gemakkelijk worden aangepast aan je eigen behoeften (bijvoorbeeld met de Microchip MPLAB X IDE [2]) en kan ook worden aange past om op andere MCU-typen te draaien.
PWM-generator met AVR ATtiny13 Thomas Dausner (Duitsland) Pulsbreedtemodulatie (PWM) is een efficiënte techniek om de vermogensdissipatie in een belasting te regelen. In dit simpele ontwerp met slechts vier componenten is een kleine 8-pins microcontroller het hart van een regelbare PWM-generator. Misschien heb je nog een AVR-microcontroller liggen die erop wacht om gebruikt te worden; voeg een paar onderdelen toe en bouw deze handige PWM-generator.
Tabel 1. Deelfactoren. nftheor. f
Hierin is n de prescaler-parameter die vijf mogelijke waarden kan hebben. Je ziet de theoretische en werkelijk gemeten frequenties in tabel 1 (deelfactoren). Aan de hand hiervan kan de frequentie worden ingesteld op een van de vijf waarden van 37 Hz tot 38 kHz; het totale frequentiebereik beloopt dus drie orden van grootte.
137.500,00 Hz38.100,0 Hz 84.687,50 Hz4.750,0 Hz 64 586,00 Hz594,0 Hz 256 146,48 Hz148,0 Hz 102436,62 Hz37,1 Hz
PROJECT
48 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl
De 2 MHz LCR Meter Kit van Elektor bevat – onder andere – meetsnoeren met Kelvin-clips om de te testen componenten aan te sluiten. Bij hogere frequenties, vooral hoger dan 100 kHz, zijn metingen met deze probes echter niet echt nauwkeurig. Het bewegen en buigen van de kabels – waarbij de plaats van en de afstand tussen de clips verandert – heeft invloed op de gemeten waarden, wat aantoont dat deze kabels geen betrouwbare manier bieden voor het testen van componenten bij hogere frequenties. De beste oplossing voor dit probleem is het gebruik van een Kelvin-meetklem. De meeste fabrikanten van LCR-meters verkopen deze als extra accessoire voor hun LCR meter, maar kwalitatief betere exemplaren zijn nogal prijzig. Betaalbare, universele uitvoeringen (zoals de TH26001A en LCR-05) zijn te vinden bij diverse leveranciers. Maar waarom zou je niet zelf zoiets maken? Dit hier is maar één van de vele mogelijkheden, met gebruikmaking van kant-en-klaar materiaal. Als je toevallig vier BNC/banaanstekker-adapters hebt liggen (figuur 1), dan heb je alleen nog massief koperdraad van 1,5 mm2 en een SIL-voetje nodig om een klem te maken voor het meten van componenten met aansluitdraden, zoals precisie-condensatoren. Afhankelijk van de gebruikte SIL-voet is de maximale diameter van de aansluitingen van de DUT natuurlijk beperkt. Maar de constructie is eenvoudig en de meesten van ons zullen de meeste benodigde onderdelen toch wel in hun elektronicalab hebben liggen. In ons voorbeeld gebruiken we een standaard IC-voetjes (raster 2,54 mm; BL1.36Z, Fischer Elektronik). Het zou nog beter zijn om een SIL-connector met vergulde contacten te gebruiken – als je zoiets te pakken kunt krijgen. De 4mm-banaanstekkers hebben gaten om vanaf de zijkant draden in te voeren. In figuur 2 zie je hoe de meetklem uiteindelijk moet worden. Knip eerst twee koperdraden die van de twee buitenste BNC-connectoren (aangegeven met HD en LD – High en Low Drive – op de LCR-meter) zo worden gebogen dat ze een klein stukje boven de sense-connectoren (HS en LS) naar elkaar toe wijzen. De draden moeten zo hoog komen dat een soldeerbout het plastic van de HS- en LS-banaanstekers niet kan beschadigen. Buig vervolgens twee korte stukken koperdraad vanaf de sense-banaanstekers en soldeer deze aan de drive-draden. Soldeer vervolgens de SIL aan de drive-draden. Natuurlijk is deze meetklem geen echte Kelvin-verbinding meer, maar komt er dicht genoeg in de buurt om de klus te klaren.
Ton Giesberts (Elektor) De Kelvin-kabels die bij de Elektor 2 MHz LCR Meter Kit worden geleverd, zijn geschikt voor gewone metingen, maar bij hogere frequenties zijn ze verre van nauwkeurig. Het is echter niet moeilijk een meetklem te bouwen met kant-en-klare hardware.
TIP Elektorlab • Elektorl ab El ektorlab • Elektorlab ORIGINAL
74 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl
Figuur 1. We gebruiken vier van deze BNC/banaanstekker-adapters. Het is niet moeilijk de 1,5mm2-koperdraad te bevestigen.
Doe-het-zelf meetklem voor de LCR-meter meer precisie bij hogere frequenties!
Kalibratie De LCR-meter moet op deze meetklem worden afgeregeld met behulp van de interne, automatische kalibratieprocedures. Plaats daartoe eerst een korte draad in de SIL-voet zodat de aansluitingen van de LCR-meter kortgesloten worden. Ga naar het kalibratiemenu (druk lang op de menuknop) en start Trim, all freq. De meter kalibreert dan de meetklem bij 54 discrete frequenties in een bereik van 0...2 MHz. Sla na afloop de kortsluit-afregeldata op. Verwijder nu de kortsluitdraad en start Trim, all freq. nogmaals. Sla de afregeldata weer op als dit is voltooid. Een eerste test werd uitgevoerd met een radiale 1%-condensator van 4,7 nF (figuur 3). De resultaten toonden aan dat de meetklem vrij goed werkt. Alle metingen vallen binnen de gespecificeerde tolerantie van de condensator, bij alle 54 meetfrequenties van de LCR-meter.
94 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl 220152-001 +5VOUTGND IC1 - LM324 PULSE+5V WIDTH FREQUENCY 14 IC1D 12 131 IC1A 3 2 7IC1B 5 6 8 IC1C 10 9 P1 10k P2 10k R1 1k R2 1k8 R3 10k R4 10k R5 10k R7 12k R6 15k C1 100n C3 100n C2 100n 1 3 2 K1 IC1 8 4 Figuur 1. Deze schakeling, een klassieke op een opamp gebaseerde driehoeks- en blokgolfgenerator, levert het ingangssignaal voor de potmeter-decodersoftware. Om een analoge waarde met een microcontroller in te lezen, heb je een analoog/digitaal-omzetter (ADC) nodig. Hoewel veel microcontrollers een ingebouwde ADC hebben, bezitten ze meestal meer digitale I/O-pinnen dan analoge. Daarom kun je de analoge ingangen beter bewaren voor iets belangrijkers dan een simpele gebruikersinterface. Het gebruik van digitale ingangen verdient daarvoor de voorkeur.
PROJECT
Elektor lab •Elektor l abE l ek torlab• Elektorlab ORIGINAL
Clemens Valens (Elektor) Elders in dit nummer wordt een methode beschreven om twee digitale draai-encoders op een microcontroller aan te sluiten via slechts één analoge ingang. In dit artikel doe we zo ongeveer het omgekeerde door twee analoge potentiometers op één digitale ingang aan te sluiten. Bekijk hier een video over dit project!
Een spanning/frequentie-omzetter of zoiets maakt van een analoog signaal een één-bit digitaal signaal of blokgolf. Een andere mogelijkheid is een blokgolf met een vaste frequentie maar met een variabele pulsbreedte. Dit wordt ook wel PWM (pulsbreedtemodulatie) genoemd. Bij PWM is de duty cycle onafhankelijk van de frequentie van het signaal. Hiervan kunnen we dankbaar gebruik maken om de stand van twee potentiometers over te brengen met slechts één blokgolf. De ene potentiometer regelt de frequentie en de andere de duty cycle van het signaal. Een microcontroller meet de frequentie en de duty cycle van het binnenkomende signaal en reconstrueert hieruit weer de stand van de beide potmeters.
Twee potmeters op één digitale ingang waar een wil is, is een weg
Heel
µΩ tot
van 2%. PROJECT P4P3P2P1 0 - 0.1999 0 - 1.999 0 - 19.99 0 - 199.9 1000 mA 100 mA 10 mA 1 mA RangeCurrentPositionS1 220167-002 Rx P2 P3 P4 P2 P3 P4 2W P1 P1 6V MIS+MIS–MIS+MIS–VCCGND 65 87 P3P2P1CC3214 DPL1 PM428 OUT VCC OUT GND IN VCC IN GND 21 43DCP020509U3 10V10µC2C1 10V10µLM317T78L05U2U1 SW1A SW1B 21R1 RV11k 12R2R31 RV2470 12150R4R5 RV31k 10kR6 RV4100k SW2Bt1 Het apparaat wordt gevoed door vier AAA-lithiumbatterijen met een heel kleine inwendige weerstand. De bovenste tak van het schema voedt een goed verkrijgbare 3,5-cijferige LCD-paneelmeter (DPL1, hier een PM428) met 199,9 mV volle-schaal ingangsbereik. Deze module heeft een geïsoleerde 9V-voeding nodig. Met de eerste lineaire spanningsregelaar (U2) wordt de batterijspanning tot 5 V terugge-
114 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl bracht, waarna de geïsoleerde DC/DC-converter U3 (een monolithische DCP020509 van Texas Instruments) daar 9 V van maakt. De ingangsspanning van U3 mag niet hoger zijn dan 5,5 V, vandaar de 5V-regelaar. De onderste tak van het schema genereert een constante stroom met behulp van een LM317 als constante-stroombron, die wordt ingesteld met een afgeregeld weerstandsnetwerk geselecteerd door de tweedeks vierstanden-draaischakelaar SW1. R1 moet een 2W-weerstand zijn. Het tweede dek van SW1 schakelt de decimale punt van het display afhankelijk van het gekozen bereik.
u
MilliohmStefano Purchiaroni (Italië) kleine weerstanden meten is niet iets waar de meeste multimeters werkelijk goed in zijn. Met dit instrument kunt weerstanden meten van 100 200 vier bereiken een nauwkeurigheid
Het P1-bereik is kritisch. Dit is bedoeld voor metingen van 0,1 mΩ tot 200 mΩ, waarbij er een stroom van 1 A door de onbekende weerstand Rx (DUT = device under test) loopt. Houd de meettijd in dit bereik zo kort mogelijk om de batterij te ontzien! En nog belangrijker: controleer altijd of de DUT geschikt is voor een stroom van 1 A of meer. Kalibreer eerst de trimmers om de in de tabel aangegeven stroomwaarden te verkrijgen; meet daartoe de gelijkstroom met een multimeter die rechtstreeks op de uitgangsklemmen is aangesloten. Om de extra
Ω in
meter
(0,2 Ω, 2 Ω, 20 Ω en 200 Ω) met
PROJECT
In eerste instantie denk je misschien dat er ergens een batterij verstopt is. Anderen hopen wellicht dat het lang gezochte perpetuum mobile nu eindelijk gevonden is. En weer anderen geloven misschien dat de schakeling de gratis energie van het universum aftapt.
Verklaring De waarheid is echter heel prozaïsch: elke LED is ook een fotodiode en kan worden gebruikt als kleine zonnecel. Een groene LED kan een spanning tot 2 V genereren, maar dan wel bij een uiterst kleine stroom.
lektor Summer Circuits 2022 133 Summer Circuits 2 22
Dit betekent dat de LED licht omzet in elektrische energie waarmee de condensatoren langzaam worden geladen. In fel zonlicht kan een spanning van maximaal 2 V worden bereikt, genoeg om de LED zwak te laten oplichten, maar dat is alleen zichtbaar in het donker. Onder normale omstandigheden is het verschil in lichtintensiteit zo groot dat je het zwakke licht van de LED niet ziet. Daarom doen we hier iets bijzonders. De condensatoren zijn niet rechtstreeks met de LED verbonden, maar via weerstanden van 10 MΩ. De twee condensatoren staan in feite parallel, zodat ze worden opgeladen tot dezelfde spanning van ongeveer 2 V. Wanneer de knop wordt ingedrukt, worden de condensatoren in serie geschakeld om een hogere spanning te verkrijgen (tot zo’n 4 V), waardoor een grotere stroom door de LED loopt en een zichtbare licht flits wordt geproduceerd. De condensatoren worden zeer snel voor het grootste deel ontladen. Tegelijkertijd staan de weerstanden parallel met de condensatoren en ontladen de condensatoren langzaam verder; het grootste deel van de opgeslagen energie gaat echter naar de LED. Bij een normaal werkplek-lichtniveau duurt het opladen één tot twee minuten, maar in fel zonlicht slechts één seconde. Hieruit kun je aflei den hoeveel laadstroom de LED kan leveren. Als we (met de natte vinger) aannemen dat de LED 2 V nodig heeft om op te lichten, moet elke condensator worden opgeladen tot 1 V. De laadstroom I is gelijk aan (U × C)/t, dus I = 1 V × 100 nF / 1 s = 100 nA (0,1 µA) in fel zonlicht met een luminantie van 100.000 lux. De typische werkplekverlichting heeft een luminantie van ongeveer 1000 lux, een factor 100 minder. Dit betekent dat het opladen ongeveer 100 seconden duurt omdat de oplaadstroom niet meer dan zo’n 1 nA bedraagt. 220227-03 Zelfladende flits-LED Burkhard Kainka (Duitsland) De schakeling is erg simpel: een ultra-heldere groene LED, twee weerstanden van 10 MΩ, twee keramische condensatoren van 100 nF en een druktoets. Als je op de knop drukt, is er een duidelijk zichtbare lichtflits. Daarna moet je even wachten tot de schakeling klaar is voor de volgende flits. Maar waar komt de energie vandaan? 220227-002 100n 10M 100n 10M
www.elektormagazine.nl/Abonnement Ook verkrijgbaar Een compleet web-archief t/m 1980! 8x Elektor Magazine (Print) 8x digitaal (PDF) 10% korting in onze webshop,en exclusieve aanbiedingen Toegang tot meer dan 5000 Gerberfiles een lidmaatschap! Hetlidmaatschap!digitale Word lid van de Elektor Cmmunity GOLD membership GREEN membership Toegang tot ons web-archief 10% korting in onze webshop 8x Elektor Magazine (PDF) Toegang tot meer dan 5000 Gerberfiles Neem nu Elektor C mmunity
