Elementare elektronica schakelingen in de motorvoertuigentechniek (5)

Elementare elektronica schakelingen in de motorvoertuigentechniek (5) Timloto o.s. / E. Gernaat / ISBN 978-90-808907-4-9 Op dit werk is de Creative Commens Licentie van toepassing. Uitgave: september 22 1 Discrete basisschakelingen Hieronder verstaan we de schakelingen die opgebouwd zijn uit meerdere halfgeleiders en die samen een functie-eenheid vormen. In dit hoofdstuk behandelen we een aantal belangrijke schakelingen die ook hun autotechnische toepassingen kennen. De schakelingen zoals hier bedoeld zijn opgebouwd uit losse componenten, de zgn. discrete schakelingen. Er zijn er uiteraard veel meer dan dat we hier behandelen. 2 RC-schakelingen RC-schakelingen bestaan uit een condensator en een weerstand. Hoewel het geen elektronische schakelingen zijn in de zin van het woord komen we ze zoveel tegen dat een behandeling niet achterwege mag blijven. Afhankelijk van de plaatsing van de componenten en het aangeboden signaal onderscheiden we: een integratorschakeling; een differentiator schakeling; een laagdoorlaatfilter; een hoogdoorlaatfilter. We behandelen al deze schakelingen afzonderlijk. 2.1 Integratorschakeling Bij de integratorschakeling zetten we een blokspanning op de ingang en meten de invloed van de schakeling op de uitgang (fig. 1). Door de blokspanning wordt de condensator geladen (blok hoog) en ontladen (blok laag). De laaden ontlaadspanning wordt dan gemeten. Omdat de schakeling de blokspanning 1

doet afvlakken spreken we van een integratorschakeling. In de praktijk zal elke blokspanning op deze wijze in meerdere of mindere mate worden vervormd. Dit wordt veroorzaakt omdat twee draden in de kabelboom capacitief met elkaar in verbinding staan. Bij het gebruik van oscilloscopen is het belangrijk om dit effect te herkennen. R in C uit ingangssignaal uitgangssignaal Figuur 1: De integratorschakeling met in- en uitgangssignaal 2.2 Differentiator schakeling Wanneer de condensator en de weerstand van plaats wisselen dan ontstaat een differentiatorschakeling (fig. 2). We meten nu over de weerstand. De blokspanning laadt en ontlaadt de condensator. Deze laad- en ontlaadstroom vloeit over de weerstand en zorgt voor een wisselspanning. Over de weerstand (de uitgang) wordt een wisselspanning gemeten. De vorm van de wisselspanning hangt af van de grootte van de weerstand c.q. condensator alsmede de frequentie. Een lage frequentie bijv. staat toe dat de condensator zich geheel laadt en ontlaadt waardoor uitsluitend spanningspieken worden gemeten (fig. 2). 2.3 Filterschakelingen In de automobieltechniek wordt gebruik gemaakt van filters om bepaalde signalen van elkaar te scheiden of om stoorsignalen te verwijderen. Het eenvoudigste filter is een RC-filter. Men spreekt van een passief filter. Het filter heeft een ingang waarop een bepaald signaal van een bepaalde spanningsgrootte en frequentie kan worden gezet (Uin) bijv. een sinus van 10 khz met een Vtt van 10 V. Aan de uitgangszijde zal dan een spanning komen te staan (Uuit) die afgeleid is van de ingangsspanning en die gefilterd is door de elektrische componenten. De relatie tussen Uin en Uuit zegt iets over de werking van het filter. Fig. 3 geeft het blokschema van een filter weer. We verstaan onder een (ideaal) 2

Figuur 2: a: De differentiator-schakeling. b en c: Mogelijke ingangspanningen en de bijbehorende uitgangsspanningen 00 11 00 11 Uin filter Uuit Figuur 3: Het blokschema van een filter. Het uitgangssignaal wordt verzwakt t.o.v. het ingangssignaal 3

filter een passieve of actieve schakeling die een bepaald frequentiegebied onverzwakt doorlaat en daarbuiten een oneindig hoge verzwakking van het signaal geeft. Bij een filter hebben we o.a. te maken met de mate van verzwakking en de faseverschuiving van het signaal. De eigenschappen van een filter worden in een grafiek weergegeven. De belangrijkste grafiek is de zgn. overdrachtskarakteristiek die de signaalverzwakking uitzet tegen de signaalfrequentie (fig. 4). De signaalverzwakking wordt gewoonlijk uitgedrukt in db waarbij de situatie Uuit = Uin gelijk is aan 0 db. Een negatieve waarde geeft dan de mate van verzwakking weer. Filters worden wat betreft hun werking onderscheiden in: een laag doorlaatfilter (laat alleen lage frequentie door); een hoog doorlaatfilter (laat alleen hoge frequentie door); een bandfilter (laat alleen een bepaald frequentiegebied door). Figuur 4: Overdrachtskarakteristieken van de drie belangrijkste filtertypen. a) laagdoorlaatfilter b) bandfilter c) hoogdoorlaatfilter (tek. Elektuur) 2.3.1 Laagdoorlaatfilter Fig. 5 laat een RC-schakeling zien als laagdoorlaatfilter. We kunnen de schakeling zien als een spanningsdeler waarvan de condensator een frequentieafhankelijke weerstand is. De condensator vormt bij lage frequenties een grote weerstand waardoor een groot spanningsverschil over de condensator wordt gemeten. Bij hoge frequenties neemt de condensator-weerstand af zodat uiteindelijk de weerstand bijna rechtstreeks aan de min wordt gelegd. De uitgang 4

komt dan op nul volt te staan. Omdat de ingangsspanning bij deze hoge frequenties niet meer aan de uitgang meetbaar is spreekt men van een laagdoorlaatfilter. Figuur 5: Schakeling en karakteristiek van een laagdoorlaatfilter 2.3.2 Hoogdoorlaatfilter Fig. 6 laat een RC-schakeling zien als hoogdoorlaatfilter. De uitgangsspanning wordt gemeten over de weerstand. Bij hoge frequenties zal de condensatorweerstand zo klein zijn dat de ingangsspanning vrijwel geheel over de weerstand komt te vallen. Hoge frequenties worden dan doorgelaten. Wanneer we beide schakelingen combineren ontstaan zogenaamde banddoorlaatfilters. Deze laten alleen een bepaald frequentiegebied door (fig. 4). Figuur 6: Het schema en karakteristiek van een hoogdoorlaatfilter 3 Vertragingsschakeling Als voorbeeld van een samengestelde schakeling een schakeling die een bepaalde tijdvertraging geeft. De basis voor de tijdvertraging wordt gevormd door de condensator. Vertragingsschakelingen komt men in de motorvoertuigentechniek onder andere tegen bij ruitewisser-intervalschakelaars. We zouden een 5

inschakel- en uitschakelvertraging kunnen onderscheiden. Bij intervalschakelaars voor ruitewissermotoren is er vaak sprake van uitschakelvertraging, waardoor een relais de motor nog enige tijd uitgeschakeld houdt. De vertragingstijd wordt dan bepaald door de RC-tijd. Fig. 7 geeft een eenvoudig voorbeeld van een vertragingsschakeling. Figuur 7: Eenvoudige vertragingsschakeling. De vertraging wordt bepaald door de RC-tijd. 3.0.3 Werking Bij het sluiten van de schakelaar zal de condensator door de uiterst kleine weerstand in het circuit vrijwel op hetzelfde moment tot aan de voedingsspanning worden geladen. De transistor gaat geleiden en de led licht op. Bij het openen van de schakelaar zal de led niet onmiddellijk doven omdat de geladen condensator zich eerst via de weerstand Rb (basiscircuit van de transistor) moet ontladen. Pas wanneer de condensatorspanning onder de 0,7 V is gekomen, zal de transistor sperren en de led doven. De uitschakelvertragingstijd wordt bepaald door de RC-tijd. 4 Spanningsstabilisatieschakelingen De spanning van de elektrische installatie in een auto variëert tussen de 12 en 14,5 V. Deze spanning is afhankelijk van de toestand van de batterij en het feit of de dynamo wel of niet laadt. Tijdens het starten kan de spanning voor enige ogenblikken onder de 8 Volt komen. Deze praktische spanningsvariatie geeft voor een aantal autocomponenten problemen. Met name de computers moeten een constante voedingsspanning hebben van 5 V. Hiervoor maakt men gebruik van een spanningsstabiliserende schakeling. De eenvoudigste bestaat uit een weerstand en een zenerdiode van bijv. 4,7 V zoals we eerder hebben gezien. Deze schakeling heeft een zeer klein vermogen en de uitgangspanning variëert 6

met enige procenten. Een betere schakeling verkrijgen we door gebruik te maken van een transistor en zenerdiode (fig. 8). In het schema van fig. 8 zien we Figuur 8: Schakeling van een spanningsstabilisator met zener en transistor. de zenerdiode in het basiscircuit geschakeld, zodanig dat de spanning op de basis gelijk moet zijn aan de zenerspanning, bijv. 5,6 V. De belastingsweerstand R2 staat in de emittorleiding geschakeld en vormt daardoor zowel de weerstand voor het collector-emittorcircuit als voor het basiscircuit. De spanning over de uitgangsweerstand R2 is gelijk aan de spanning over de zenerdiode verminderd met de basis-emittorspanning van de transistor. De uitgangsspanning zal dan zijn 5,6 V - 0,7 V = 4,9 V. Wanneer de ingangsspanning wat hoger wordt omdat de dynamo gaat draaien, zal het nauwelijks invloed hebben op de uitgangsspanning, omdat de stroom door R1 en de zener wel wat groter wordt, maar de zenerspanning niet. De uitgangsspanning blijft derhalve constant. De transistor T draagt zorg voor het benodigde spanningsverschil tussen de ingangs- en de uitgangsspanning en zal, omdat de uitgangsstroom de collector-emittorstroom is, ook (behoorlijk) warm worden. 5 Gelijkrichtschakelingen Aangezien dioden slechts in één richting stroom doorlaten zijn ze dus ideaal om wisselspanning gelijk te richten. We onderscheiden één- en tweezijdige gelijkrichting. Bij de éénzijdige gelijkrichting komt er maar één periodehelft door, bij de tweezijdige gelijkrichting wordt de onderste periodehelft als het ware omgekeerd. We beperken ons tot de meest voorkomende tweezijdige gelijkrichting. 5.1 Tweezijdige gelijkrichting (één fase) Willen we gebruik maken van beide periodehelften dan maken we gebruik van een Graetz-schakeling. Zie fig. 9. De schakeling toont ons vier dioden waarvan er per periodehelft twee in gebruik zijn. Vaak staan in schema s de dioden ruitvormig opgesteld. Door het volgen van de pijlen kan de stroomrichting voor 7

beide periodehelften worden vastgesteld. We zien dat zowel de positieve als de negatieve periodehelft in dezelfde richting door de belastingsweerstand gaat. Figuur 9: De Graetz schakeling als gelijkrichtschakeling 5.2 Tweezijdige gelijkrichtschakeling van driefasendynamo s Voor de driefasendynamo geldt dat de opgewekte spanning van drie spoelen moet worden gelijkgericht. We maken dan gebruik van een 6-tal dioden. De schakeling vertoont grote overeenkomsten met de Graetz-schakeling. Aangezien we drie om de 120 0 opgewekte spanningen tweezijdig gelijkrichten, ontstaat er een gelijkspanning die minder pulserend is dan in de hiervoor genoemde schakelingen. In het schema van fig. 10 is door middel van pijlen de stroomloop weergegeven voor één bepaalde situatie, namelijk spoel a positief en b negatief. We zien dat de stroom weer twee dioden doorloopt. Tijdens het draaien van de dynamo wisselt de polariteit van de spoelen voortdurend en ook de twee dioden die in geleiding zijn. De uitgang geeft een licht pulserende gelijkspanning, die in de praktijk door de capaciteit van de batterij nog verder wordt afgevlakt. 5.3 Spanningsregeling bij driefasendynamo s De dynamospanning hangt af van het motortoerental en de sterkte van het magnetische veld. De sterkte van het magnetische veld wordt op zijn beurt weer bepaald door de grootte van de rotorstroom. Omdat de dynamospanning ten gevolge van de batterijeigenschappen constant moet blijven en we het toerental niet onder controle hebben zullen we dus de grootte van de rotorstroom moeten regelen. We meten de dynamospanning en afhankelijk hiervan zullen we de rotorstroom gaan verkleinen of vergroten. Dit is de taak van de ingebouwde elektronische spanningsregelaar. Fig. 11 geeft het principe van de spanningsregelaar weer. De werking is eenvoudig. Als de dynamospanning laag is, is de 8

Figuur 10: Tweezijdige gelijkrichting bij de driefasendynamo. De uitgangsspanning vertoont een geringe pulsatie. spanningsregelaar rotorspoel dynamospanning R1 T1 Z T2 R2 Figuur 11: Het principe schema van een elektronische spanningsregelaar van een dynamo. 9

zener niet in geleiding en gaat er een basisstroom door T1. De rotorspoel wordt dan aan massa gelegd en het magnetische veld is sterk. De dynamospanning loopt dan op. Wordt de afgeregelde spanning van ongeveer 14,5 V bereikt dan gaat de zenerdiode in geleiding waardoor T2 ook in geleiding gaat en de basis van T1 aan de massa gelegd wordt. T1 spert en de rotorstroom valt weg. Door het wegvallen van het magnetische veld daalt de dynamospanning waardoor de zener weer spert en het proces zich kan herhalen. 6 H-brug Een H-brug kan worden opgebouwd met vier power MOSFETS. Met een H- brug en een controller kan de draairichting van een DC-motor worden bepaald. Worden de MOSFETS a en d bekrachtigd dan draait de motor de ene kant op, worden de MOSFETS b en c bekrachtigd dan keert de draairichting om (fig. 12). 12V a b M c d microprocessor driver H brug Figuur 12: Door vanuit een processor twee verschillende MOSFETS aan te sturen kan de draairichting worden veranderd. 6.1 DC/AC converter voor driefasenmotoren Met behulp van IGBT s kan een gelijkspanning worden omgezet in een wisselspanning. De schakeling is te vergelijken met de eerder genoemde H-brug. We bekijken hier hoe met behulp van een zestal IGBT s en een microprocessor een gelijkspanning kan worden omgezet in een driefasen wisselspanning. Deze wisselspanning wordt dan gebruikt om driefasen-elektromotoren aan te sturen. Het principe is eenvoudig. De microprocessor stuurt op gezette tijden twee IGBT s aan. In fig. 13 kan het stroomverloop door de spoelen van de driefasenmotor worden gevolgd. Een logische 1 betekent dat de IGBT wordt aangestuurd en een logische 0 betekent dat de IGBT spert. Een éénfase wisselspanning zoals bij de Xenon verlichting noodzakelijk is kan worden opgewekt door toepassing van vier IGBT s. 10

0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 Figuur 13: Door vanuit een processor twee IGBT s op gezette tijden aan te sturen kan vanuit een gelijkspanning een driefasen-wisselspanning worden verkregen. 11

7 Multivibratoren Multivibratorschakelingen zijn belangrijke basisschakelingen in de elektronica. We onderscheiden een drietal uitvoeringen namelijk: de a-stabiele multivibrator, a.m.v. of oscillator genoemd; de mono-stabiele multivibrator, ook wel monoflop genoemd; de bi-stabiele multivibrator, ook wel flipflop genoemd. We bekijken eerst de verschillen tussen de drie schakelingen. We beschouwen het ingangssignaal en het uitgangssignaal, de werking zelf laten we in eerste instantie buiten beschouwing. 7.1 A-stabiele multivibrator De a-stabiele multivibrator is eigenlijk een oscillator. We kunnen hem beschouwen als een elektronisch schakeling, die geen ingangssignaal nodig heeft (uiteraard wel een voeding), maar eenmaal ingeschakeld een constant aan-uit signaal geeft. Dus het ene moment heeft de uitgang bijv. 5 V spanning en het andere moment 0 V. Hij geeft dus een blokspanning af. A-stabiele multivibratoren kunnen bijv. bij richtingaanwijzers en ruitewisser-intervalschakelaars worden toegepast. Fig. 14 geeft door middel van een blokje (het symbool) de schakeling weer, voorzien van de voeding (+ en - aansluiting) en de uitgang met het uitgangssignaal. Figuur 14: Het symbool en de uitgangsspanning van een a.m.v. schakeling 7.2 Mono-stabiele multivibrator Deze geeft bij een (willekeurige) ingangs-spanningsimpuls aan de uitgang een spanningsblokje af (fig. 15). De grootte van het blokje (spanning en tijd) wordt 12

Figuur 15: Symbool en signalen van de mono-stabiele multivibrator door de schakeling zelf bepaald en is onafhankelijk van de grootte van de ingangsimpuls. Het aantal impulsen aan de ingang en de uitgang zijn gelijk. Monostabiele multivibratoren werden onder andere in elektronische toerentellers gebruikt. 7.3 Bi-stabiele multivibrator We kunnen de bi-stabiele multivibrator vergelijken met een elektronische schakelaar. Komt op de ingang A een impuls van een minimale spanningswaarde, dan schakelt hij in, de uitgang komt dan bijv. op 5 V te staan. Deze uitgangsspanning blijft zo lang gehandhaafd totdat er een impuls op de ingang B komt, waarna de uitgangsspanning terugvalt op 0 V. De bi-stabiele multivibrator vormt een belangrijke bouwsteen in de digitale elektronica. Fig. 16 geeft het symbool weer alsmede de ingangs- en uitgangsimpulsen. In het voorbeeld worden twee ingangen gebruikt. Bi-stabiele vibratoren kunnen ook één ingang hebben. De eerste puls zet de uitgang hoog terwijl de tweede puls de uitgang laag brengt (de toggle-toesand). 7.3.1 Werking van de a-stabiele multivibrator We bespreken, uitsluitend om een indruk te krijgen, de werking van de a.m.v. schakeling. Momenteel zien we deze schakelingen weinig meer opgebouwd uit losse componenten maar zijn ze geïntegreerd tot een IC. Fig. 17 geeft het principeschema van een a-stabiele multivibrator die bestaat uit twee transistoren, twee condensatoren, alsmede een aantal weerstanden. Voor de duidelijkheid is in de uitgang A een ledje opgenomen dat zal gaan knipperen zodra we de schakeling aansluiten op de voedingsspanning. De werking komt hier op neer dat de transistoren elkaar zodanig beïnvloeden, dat wanneer de ene geleidt, de andere spert en omgekeerd. 13

Figuur 16: Symbool en signalen van de bi-stabiele multivibrator Figuur 17: Schema van de discrete a-stabile multivibrator. De pijlen geven de beschreven situatie weer. 14

7.3.2 Het schakelbegin Wanneer we de schakeling op de voedingsspanning aansluiten, dan zullen T1 en T2 in geleidende toestand willen overgaan, omdat beide transistoren een basisstroom kunnen ontvangen via R2 en R3. Tengevolge van de tolerantieverschillen zal altijd één transistor het eerste gaan geleiden. We nemen aan dat transistor T1 het eerste in geleiding gaat, omdat de drempelspanning van T1 net een beetje lager ligt dan die van T2. De basisstroom loopt dan via R2 en de bijbehorende collectorstroom via R1. We zouden verwachten dat onmiddellijk hierna T2 gaat geleiden, maar dit gebeurt (nog) niet omdat condensator C1 via R3 en T1 wordt geladen. Hierdoor is de spanning op de basis van T2 op het eerste moment 0 V en zal pas afhankelijk van de oplaadtijd van de condensator C1 na een zekere tijd een waarde bereiken die gelijk is aan de drempelspanning van T2. Tot zo lang zal T2 dus sperren en het ledje oplichten. Ook de condensator C2 zal via R4 en T1 worden opgeladen tot een spanning die gelijk zou kunnen worden aan de voedingsspanning (controleer dit aan de hand van fig. 17). 7.3.3 Het continu schakelen Wanneer C1 tot ongeveer 0,7 V (de drempelspanning van T2) is opgeladen dan zal T2 in geleiding komen. De spanning op punt A valt weg en het ledje dooft. Ook wordt hierdoor de inmiddels geheel of gedeeltelijk opgeladen C2 plotseling aan massa gelegd, waardoor er een zgn. spanningssprong ontstaat. Stel dat C2 via R4 tot 5 V was opgeladen. Doordat T2 schakelt zal de + kant van de condensator plotseling aan massa worden gelegd. Een condensatorcircuit heeft echter een vaste (ont)laadtijd. Er ontstaat voor de condensator een onmogelijke situatie. De condensator lost dit op door de linkerzijde op -5 V te zetten. Hierdoor blijft de condensator geladen terwijl de rechterzijde aan de min ligt. Dus: tengevolge van de spanningssprong zal de rechterzijde een potentiaal van 0 V en de linkerzijde een potentiaal van -5 V aannemen. Hierdoor spert T1 ogenblikkelijk (polariteit wordt op de basis-emittor overgang omgekeerd!). C2 wordt eerst ontladen en vervolgens opgeladen via R2 en T2. C1 wordt opgeladen via R1 en T2 tot maximaal de voedingsspanning (controleer dit aan de hand van fig. 18). Wanneer de spanning aan de linkerzijde van C2 een waarde heeft bereikt van ongeveer 0,7 V, dan zal T1 weer in geleiding overgaan. Hierdoor zal C1 een spanningssprong vertonen, waardoor T2 wordt dichtgedrukt en het ledje weer aangaat. C1 kan ontladen, resp. opladen via R3 en T1. Op een gegeven moment zal T2 weer in geleiding gaan en zal T1 weer worden dichtgedrukt, etc. etc. Het resultaat is dat het ledje aan de uitgang bij A op gezette tussenpozen spanning krijgt waardoor het zal gaan knipperen. Op de uitgang A komt dus een blokspanning te staan. 15

Figuur 18: Schema a.m.v. schakeling. De pijlen geven de beschreven situatie weer. 8 Schmitt-trigger symbool in uit Schmitt trigger uitgangssignaal De Schmitt-trigger is een drempelwaardeschakelaar en is in staat om van een willekeurig signaal een blokspanning te maken. Vaak gaat het om een signaal waarvan de flanken niet steil genoeg zijn. De Schmitt-trigger schakeling verbetert dan het signaal. Kenmerk van een Schmitt-trigger schakeling is de zgn. hysteresis. De inschakelspanning ligt iets hoger dan dan de uitschakelspanning. Dit is nodig om te voorkomen dat de schakeling niet op de schakelspanning staat te klapperen. Fig. 19 geeft het symbool weer en de spanning op de in- en uitgang. Fig. 20 geeft de eigenlijke schakeling weer. Hoewel we hier de Schmittu ingangssignaal 1 2 tijd Figuur 19: Het Schmitt-trigger symbool en de uitgangsspanning als functie van een willekeurige spanning op de ingang. 1. Spanning waarbij de Schmitt-trigger inschakelt 2. Spanning waarbij de Schmitt-trigger uitschakelt. trigger discreet zien uitgevoerd zal men in de meeste situaties kiezen voor een 16

geïntegreerd circuit. De Schmitt-trigger schakeling van fig. 20 bevat behalve de + 5V R1 R2 R3 D T1 T2 T2 uitgang B B ingang uitgang ingang R4 R5 min Figuur 20: Links: Schmitt-trigger schakeling opgebouwd uit discrete componenten. Rechts: Het spanningsverloop over de in- en de uitgang en op punt B. voedings-aansluitingen weer een in- en een uitgang. De twee transistoren hebben een gemeenschappelijke emittor-weerstand (R4). Voor de uitleg gaan we uit van een voedingsspanning van 5 V en heeft de weerstand R4 een kleinere weerstandswaarde dan de overigen. R1 is verder groter dan R2. Het spanningsverloop is aangegeven. Stel dat bij een spanning van 2,4 Volt, T1 in geleiding gaat (op punt B staat dan iets meer dan 0 V omdat R1 ongeveer 200 x groter is dan R4). Het spanningsverlies over de collector-emittor is minimaal waardoor dat T2 spert. De uitgang wordt dan hoog. Wanneer T1 spert (laag ingangssignaal) dan gaat T2 in geleiding en wordt de uitgang laag. Nu wordt de spanning op punt B bepaald door de verhouding tussen R2 en R4. Aangezien R2 kleiner is dan R1 zal de spanning op punt B omhoog gaan bijv. naar 1 V. Bij de volgende cyclus moet de spanning van 1 Volt op punt B overwonnen worden. De spanning op punt B variëert dus tussen de 0 en 1 Volt. De inschakelspanning ligt dus (als voorbeeld) op 0,7 + 0,7 + 1 = 2,4 Volt en de uitschakelspanning op 0,7 + 0,7 = 1,4 Volt. Het verschil is hiermee verklaard. 9 Inverter Het komt nogal eens voor dat men een signaal wil omkeren of wel dat men van een hoog signaal een laag signaal wil maken. In principe gebeurt dit al door een eenvoudige transistor. Immers een spanning op de basis (de ingang) doet de transistor geleiden waardoor de uitgang laag wordt (fig. 21). Een transistor doet -zoals men zegt- het signaal inverteren. Er worden een tweetal inverter symbolen gebruikt. De meest bekende komt vanuit de digitale techniek en wordt in fig. 21 rechts onder weergegeven. 17

+ 5V R3 R1 ingang R2 T uitgang 1 min Figuur 21: De transistor als inverter (links) en de invertersymbolen (rechts) 10 Aansturing van stappenmotoren Stappenmotoren zijn stelmotoren en kunnen worden gebruikt om kleppen in een bepaalde stand te zetten. Een stappenmotor dankt zijn naam aan het feit dat de motor stapsgewijze wordt aangestuurd. Elke stap heeft een kleine verdraaiing van het anker ten gevolge. Door de spoelen in de juiste volgorde aan te sturen gaat de motor draaien of kan een bepaalde positie worden ingenomen. Men maakt wel onderscheid tussen een unipolaire en een bipolaire stappenmotor. Bij de unipolaire gaat de stroom in één richting door de spoelen. Bij de bipolaire stappenmotor wordt de stroomrichting door de spoelen steeds omgedraaid. De volgorde van de pulsen die een stappenmotor doen draaien wordt wel het stappenpatroon van de motor genoemd. Fig. 22 laat het aanstuurschema zien van een unipolaire motor en fig. 23 van een bipolaire. Figuur 22: Door de transistoren aan te sturen kan elke spoel afzonderlijk worden aangestuurd. 11 Oscillatoren Oscillatoren zijn schakelingen die een trilling opwekken. Praktisch zal dat een wisselspanning of blokspanning zijn. De a-stabiele multivibrator is een voorbeeld van een oscillator-schakeling. Men spreekt van een RC-oscillator. Een 18

Figuur 23: Voorbeeld van 4 stappen die op de transistorschakeling kunnen worden gezet om de motor 1 omwenteling te laten draaien (1 = spanning, 0 = geen spanning). kwarts-oscillator wordt gebruikt in uurwerken en als klok in de microcomputer. Het tijdsbepalende element is dan niet de condensator maar een kwartskristal. De werking van het kwartskristal berust op het piëzo-effect; de vormveranderingen van het kristal hebben spannings-veranderingen tot gevolg. Het voordeel van de kwartsmultivibrator is de grote frequentie-nauwkeurigheid. 12 Vragen en opgaven Zie boek 19