ElektorMag Sample 22 NL

€ 14,95

2201

52 schakelingen & projecten

*

*

SI

SUMMER CIRCUITS 2022 ELEKTORMAGAZINE.NL

6 S 19

1

ND

Summer Circuits 2022 ONTWERPIDEEËN, TIPS EN TRUCS

140

bladzijden!

> > >

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!

COLOFON 62e jaargang nr. 673, Summer Circuits 2022 ISSN 2590-0765

VOORWOORD

Jens Nickel Hoofdredacteur Elektor Magazine

Elektor is een uitgave 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 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: raoul.morreau@elektor.com Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag. Alle advertentiecontracten worden afgesloten conform de Regelen voor het Advertentiewezen gedeponeerd bij de rechtbanken in Nederland. Een exemplaar van de Regelen voor het Advertentiewezen is op aanvraag kostenloos verkrijgbaar.

Summer Circuits 2022 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 elektronicaliefhebbers 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!

Auteursrecht 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.

© Elektor International Media B.V. - 2022

Ons team Internationaal hoofdredacteur:

Jens Nickel (redactie@elektor.com)

Redactie:

Eric Bogers (redacteur NL-editie), Rolf Gerstendorf, Dr. Thomas Scherer, Clemens Valens

Technische redactie:

Mathias Claussen, Ton Giesberts, Luc Lemmens, Clemens Valens

Vormgeving & Layout:

Harmen Heida, Patrick Wielders

Directeur:

Erik Jansen

Elektor is lid van FIPP, een organisatie die “in bijna 100 jaar is uitgegroeid tot een wereldwijde vereniging voor media-professionals”.

Elektor is lid van de VDZ (Verband Deutscher Zeitschriftenverleger), die “de gemeenschappelijke belangen behartigt van 500 Duitse consumenten- en B2B-uitgevers”.

lektor

Summer Circuits 2022 3

62e jaargang – nr. 673 Summer Circuits 2022

IN DIT NUMMER

US-sirene een klassieker van Elektor!

6

Knoploze garagedeurbediening

30

Rubrieken 3

Summer Circuits 2022

24

Audiogestuurde schakelaar

66

KiCad 6 vijf interessante nieuwe functies

27

Gebalanceerd/ongebalanceerd-converter

28

Extern netfilter

72

Retrotronica de Elektor SC/MP-computer

30

Knoploze garagedeurbediening

78

Interview kunst maken met elektriciteit

32

DI-box voor smartphone

34

Pret met een looplicht

86

Mijn eerste print spring in het diepe – met KiCad

36

Eenknops-thyristorbesturing

98

Met slimme software de hardware minimaliseren

38

Quasi-analoge belichtingstimer voor de donkere kamer

40

Schakelingen bij de Hackster.io-community

100 Elektor Infographics feiten en cijfers

44

Analoge zonnebad-timer

102 Nieuwe componenten van Analog

46

Weer een eendraads LCD-interface

134 Optimalisering van de signaalintegriteit Industry 4.0 vereist vlekkeloos werkende interfaces

48

Simpele PWM-generator met AVR ATtiny13

50

Een tweede leven voor batterijen

138 Hexadoku puzzelen voor elektronici

52

Aanraakschakelaar voor LED-verlichting

54

Tester voor LED’s en DIP-schakelaars

55

IR-afstandsbedieningstester

56

Tester voor vermogens-halfgeleiders

50+ Projecten 6

US-sirene

58

SPI voor WS2812(B)-LED’s

8

Twee draai-encoders op één analoge ingang

60

Meten van vermogens-zelfinducties

10

Digitale 220VAC-dimmer met Arduino

63

Eén stekker voor Raspberry Pi en Audio DAC

12

Stroombron voor LED’s

74

Doe-het-zelf meetklem voor de LCR-meter

15

Vier schakelaars detecteren met één pin

76

Arduino-ampèremeter

16

Kleine aan/uit-schakelaar met accucontrole

18

Desinfectie-dispenser voor zelfbouw

20

Eenvoudig elektronisch orgel

22

Simpele stereoversterker

4 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

Schakelingen en nog meer schakelingen bij de Hackster.iocommunity

40

SUMMER CIRCUITS 2022 Desinfectie-dispenser voor zelfbouw zonder Arduino of een MCU

Audiogestuurde schakelaar

18

schakelt versterkers en actieve luidsprekers automatisch in

24

Binnenkort 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

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

> > >

Audio-spectrumanalyzer met dekatrons Ontwerptools voor analoge filters Digitale FM-ontvanger met Arduino en TEA5767

112 Digitale keukentimer ...en nog veel meer!

114 Milliohm-meter 116 Warmwatervertrager 118 Eenvoudige lader voor twee (of meer) 18650-cellen 120 Mini-frequentiereferentie

Aankondigingen onder voorbehoud.

Elektor september/oktober 2022 verschijnt omstreeks 1 september 2022.

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

Kunst maken met elektriciteit

78

133 Zelfladende flits-LED

Eén stekker voor Raspberry Pi en Audio DAC dubbele voeding voor zelfbouw

63 lektor

Summer Circuits 2022 5

ELEKTOR KLASSIEKER

US-sirene: een klassieker van Elektor!

Ludwig Libertin (oorspronkelijk ontwerp) en Clemens Valens (printontwerp en modificaties)

S2

16V

T2

C2 2µ2

16V

S1-A = Ambulance S1-P = Police S1-F = Fire Brigade

R3 47k

BC547 T1

S1

A

F

R5

BC547

R11

18k

22k

C4

P C7

1k

R4

47µ 16V

470µ 16V

* see Text

C6

C1

LS1 8 200mW

R9 2k2

R6 18k

18k

*

ED

a b • Ele

R8 22k

R7

C5

R10

T5

3k3 100µ 16V

or

or l

470

2k2 10µ

T3

33n

22n

T4

*

BC327

la b

Elek to

3V

ab

Ele

kt

BAT1

C3

b • Elektor r la l

TEST

R2

R1

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.

kt

BC547

BC547 220235-001

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.

Figuur 2. ‘Artist impression’ van de sirene op een houten voet.

De hier beschreven elektronische sirene is een echte klassieker uit de uiterst populaire reeks geluidsgeneratoren die Elektor rijkelijk publiceert. De schakeling, die gebruik maakt van goedkope, ouderwetse, through-hole componenten die wellicht stof liggen te verzamelen in de bak met ongeregeld, ziet er geweldig uit op een fraai vormgegeven print die je op je

6 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

bureau kunt zetten om vrienden en kennissen te imponeren.

De werking Het schema (figuur 1) 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 uitschakelen.

De 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.

R5 (samen met R11 indien ingeschakeld) ontlaadt de condensator(en), wat resulteert in een dalende zaagtand op de emitter van T2.

PROJECT

Twee draai-encoders op één analoge ingang zuinigheid met vlijt...

r

la

GIN

b•

AL b

E to

In dit artikel wordt een slimmigheidje beschreven waarmee je één of meer draai-encoders op een microcontroller kunt aansluiten via één enkele analoge ingang.

ORI Ele k

Clemens Valens (Elektor)

ab or l kt

tor lab • Ele lek

Ele k to r

la

Dit project op video!

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.

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

8 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

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.

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).

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

PROJECT

Summer Circuits 2

22

Digitale 220VACdimmer met Arduino le

kto

r- L a b

s.

E

co

k

r- L a b s.c o

+5V R2

4 P1 5V GND Zero Crossing Triac

C3

1 2

R7

R5

39

56k

10k

R1

680

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.

OF m

E le

to

m

BEST

1

IC1 TLP521-1

HIGH VOLTAGE

D1

1 100n

1N4007

3

3

180

470

L1_Out K1

6

IC2 MOC3021 C2

190320-013

N

4

R4

R6

2

L1

3

4

1

N

2

2

4

100n

IC3 A2

G A1

C1 10n

IC3 = BT138-800,127

Figuur 2. Schema van de digitale AC-dimmer.

Figuur 1. Sinusvormige lichtnetspanning. De groene pijlen geven de nuldoorgangen aan.

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.

10 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

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.

PROJECT

Simpele 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.

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 onderwater-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.

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:

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 aangepast om op andere MCU-typen te draaien.

fPWM = f CPU / (256 * n) 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.

Tabel 1. Deelfactoren. n

ftheor.

fwerkelijk

1 8 64 256 1024

37.500,00 Hz 4.687,50 Hz 586,00 Hz 146,48 Hz 36,62 Hz

38.100,0 Hz 4.750,0 Hz 594,0 Hz 148,0 Hz 37,1 Hz

48 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

Figuur 1. Het prototype van de auteur op een breadboard, met twee ‘standaard’- instelpots.

TIP

meer precisie bij hogere frequenties!

b• or la Elekt kt

ORIGIN

AL

to

ab

Ele k

rl

lab or

Ele

Doe-het-zelf meetklem voor de LCR-meter ab

• Ele k to

rl

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.

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.

Kalibratie Figuur 1. We gebruiken vier van deze BNC/banaanstekker-adapters. Het is niet moeilijk de 1,5mm2-koperdraad te bevestigen.

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

74 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

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.

PROJECT

Twee potmeters op één digitale ingang waar een wil is, is een weg

+5V R4 R7

R1

C2 12k

10k

1k R2

100n

C1

1k8

8 IC1 4

12 P1

14

100n

R3 10k

2

10k

FREQUENCY

IC1A

K1

1 6

3

IC1B

7

1

+5V OUT GND

2

5 3

P2 10k

10 R5

IC1C

PULSE WIDTH

8

R6

9 15k

IC1 - LM324

10k

C3

220152-001

OR Ele k t

Figuur 1. Deze schakeling, een klassieke op een opamp gebaseerde driehoeks- en blokgolfgenerator, levert het ingangssignaal voor de potmeter-decodersoftware.

tor lab • Ele lek

or

la

IGI

b•

b or la kt

E

100n

NA

L

b

IC1D 13

Ele k to r

la

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.

een video Bekijk hier project! over dit

94 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

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.

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.

PROJECT

Milliohmmeter Stefano Purchiaroni (Italië)

Heel kleine weerstanden meten is niet iets waar de meeste multimeters werkelijk goed in zijn. Met dit instrument kunt u weerstanden meten van 100 µΩ tot 200 Ω in vier bereiken (0,2 Ω, 2 Ω, 20 Ω en 200 Ω) met een nauwkeurigheid van 2%.

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.

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

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-

DPL1

10µ 10V

3

5 C2

U3 DCP020509 2

IN GND

OUT GND

MIS+ 7

Rx

10µ 10V

4

PM428 MIS+

C1

OUT VCC

6

MIS–

IN VCC

GND

1

U2

VCC

78L05

P3

P2

3

P1

2

8 MIS–

CC

1

4

Current

Range

1000 mA 100 mA 10 mA 1 mA

0 - 0.1999 0 - 1.999 0 - 19.99 0 - 199.9

LM317T U1

P2

SW1A

P3

P1 P1

P3

P2

SW2

R2

P4

SW1B

R4

1

2W

RV4 100k

R6 10k

RV3

1k

R5 12

R3

470

12

RV2

1k

1 2

6V

RV1

150

Bt1 R1

P4

S1 Position P1 P2 P3 P4

220167-002

114 Summer Circuits 2022 www.elektormagazine.nl

PROJECT

Summer Circuits 2

22

Zelfladende flits-LE D

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.

Dit betekent dat de LED licht omzet in elektrische energie waarmee de condensatoren langzaam worden geladen. In fel zonlicht kan een

100n

10M

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?

10M

Burkhard Kainka (Duitsland)

100n

220227-002

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 lichtflits 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 afleiden 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

lektor

Summer Circuits 2022 133

Word lid van de Elektor C mmunity Neem nu een

Ge mOb eLr s hDi p m

lidmaatschap!

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

Ook verkrijgbaar

Het digitale G R E E N lidmaatschap! membership

Toegang tot ons web-archief 10% korting in onze webshop 8x Elektor Magazine (PDF) Toegang tot meer dan 5000 Gerberfiles

www.elektormagazine.nl/Abonnement