colofon - internet archive · 2020. 5. 25. · segment b.v., special interest media p....

3/2005 - elektuur 5

45e jaargang nr. 3, maart 2005ISSN 0013-5895

Elektuur wil mensen inspireren om zich elektronicaeigen te maken door het presenteren van bouwbe-schrijvingen en door het signaleren van ontwikke-lingen in de elektronica en technische informatica.

Elektuur is een uitgave van Segment B.V., Special Interest MediaP. Treckpoelstraat 2-4, Beek (Lb.)Postbus 75, 6190 AB Beek, NederlandTel.: +31 (0)46- 4389444,Fax +031 (0)46-4370161

Elektuur verschijnt elf maal per jaar, in juli/augus-tus verschijnt een dubbelnummer.Onder de naam Elektor verschijnen Engelstalige,Franstalige en Duitstalige edities.Elektor is in meer dan 50 landen verkrijgbaar.

Internationaal hoofdredacteur: Mat Heffels

Redactie: Harry Baggen (hoofdred.), David Daamen ([email protected])

Internationale redactie: Jan Buiting, Rolf Gerstendorf, Ernst Krempelsauer,Guy Raedersdorf

Redactiesecretariaat: Hedwig Hennekens ([email protected])

Technische redactie:Karel Walraven (hoofd), Ton Giesberts (ontwer-per), Paul Goossens (ontwerper), Luc Lemmens(ontwerper) ([email protected])

Vormgeving: Ton Gulikers, Giel Dols

Directeur/uitgever: Paul Snakkers

Hoofd lezersmarkt: Margriet Debeij

Abonnementen: Riet Maussen ([email protected]) Tel. 046-4389424

Bestellingen: Nicolle v.d. Bosch ([email protected]) Tel. 046-4389414

Hoofd advertentieverkoop: Klaas Caldenhoven ([email protected])Tel. 046-4389444

Advertentietarieven, nationaal en internationaal, opaanvraag. Alle advertentiecontracten worden afge-sloten conform de Regelen voor het Advertentiewe-zen gedeponeerd bij de rechtbanken in Nederland.

Een exemplaar van de Regelen voor het Adverten-tiewezen is op aanvraag kostenloos verkrijgbaar.

Druk: Tijl-Offset, ZwolleDistributie: Aldipress, Utrecht

AuteursrechtNiets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/of open-baar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie,microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaandeschriftelijke toestemming van de uitgever.De auteursrechtelijke bescherming van Elektuur strekt zichmede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed cir-cuits, evenals de ontwerpen daarvoor.In verband met artikel 30 van de Rijksoctrooiwet mogende in Elektuur opgenomen schakelingen slechts voor par-ticuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd wor-den en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van deschakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid vande uitgever. De uitgever is niet verplicht ongevraagd inge-zonden bijdragen, die hij niet voor publicatie aanvaardt,terug te zenden. Indien de uitgever een ingezonden bij-drage voor publicatie aanvaardt, is hij gerechtigd deze opzijn kosten te (doen) bewerken. De uitgever is tevensgerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haarandere uitgaven en activiteiten te gebruiken tegen de daar-voor bij de uitgever gebruikelijke vergoeding.

© SEGMENT B.V. - 2005

Printed in the Netherlands

Colofon

VERGADERINGProbeert u zich de tweewekelijkse centrale en dus internationale redactievergadering van dit prachtigemaandblad eens voor te stellen. Iedereen is er. Frankrijk, Engeland, Duitsland en Nederland aan één grotevierkante tafel. In willekeurige volgorde uiteraard. Het Lab is op volle sterkte present. Minimaal ing. wat hieraan tafel zit. En dan zit ik (17 eeuwse Letterkunde, KU Nijmegen ’78) de vergadering voor. Hoef ik u niet uitte leggen dat de babylonische spraakverwarring op de loer ligt. En ik kan ik u verzekeren dat je elektrotech-nisch op heel veel verschillende manieren gelijk kunt hebben. Ik probeer dat natuurlijk te voorkomen doorzoveel mogelijk zelf aan het woord te zijn. Daar ben je tenslotte chef voor. Maar de boog kan niet altijdgespannen en om de teugels te vieren mag ik graag de discussie naar een metafysisch niveau tillen. ‘Is erwel een verschil tussen transistoren en buizen?’, vraag ik dan bijvoorbeeld en schenk mijzelf nog een kopjekoffie in, omdat niemand anders het voor me doet, hoewel ik toch de hoofdredacteur ben. Terwijl ik dit zegweet ik ook wel dat we hierin als redactie officieel neutraal zijn. Vanuit een ooghoek zie ik een van de ont-wikkelaars onwillekeurig de armen over elkaar slaan, de standpunt-houding. Aan de andere kant wordt drukheen en weer geschoven met de ‘oitdraai’ van de tekst van een gewaardeerd medewerker, de we-zijn-het-er-niet-mee-eens-houding. Soms moet ik dan nog een laatste zetje geven: ‘Zeg ’t gerust hoor!’ (pagina… en….)Het kan soms een heel kopje koffie duren voor ik weer een waardevolle bijdrage aan de discussie lever.‘Het gaat niet om techniek en niet om geluid, het gaat om muziek. Ik heb nog steeds de oude vinyl elpeesvan Skip James en Jimmy Reed, die ik op mijn allereerste pickup draaide, waar ik een rijksdaalder op dearm moest leggen om enig geluid te krijgen. En mijn zoon hoort zijn muziek vanaf een MP3-speler.Ik voel de siddering door de rijen van audiofielen bij het woord ‘MP3’. Ik heb collega’s gehad die tijdensde officiële introductie van de CompactDisc (CD, red.) aan de persvoorlichter van Philips vroegen hoe Phi-lips het voor zijn verantwoording durfde te nemen om alles onder de 10 en boven de 20.000 Herz uit demuziekbeleving van de liefhebber te knippen. En ze kregen antwoord!In de discussie die dan ontstaat, komt allicht iemand op het idee om eens te kijken hoe het zit met de ont-wikkeling om lawaai met geluid te bestrijden.‘Zo’n tijdschrift maakt zichzelf’, zeg ik altijd.

Mat Heffels

Informatief Bouwprojecten

18 32

Tot op heden werd miniaturisering in IC’s bereikt door hetsteeds verder verkleinen van de afmetingen van de transistorsmet behoud van de elektrische functionaliteit. Langzamerhandontstaan daarbij steeds meer andere problemen, zoals bijvoor-beeld het fasegelijk aanbieden van kloksignalen op verschil-lende locaties van de chip en het vermogenstransport van elek-trische energie. Ontwerpers zijn steeds op zoek naar nieuwemethoden om tot een zo kort mogelijke verbinding te komen.

Bij de voorversterker ‘The Audio Link’ uit april/mei2004 hoort natuurlijk een bijpassende eindversterkerin een identieke behuizing. Door de beperkte kastaf-metingen is het aantal watts van deze eindtrap welis-waar wat bescheiden uitgevallen, maar wel van uit-stekende kwaliteit en nog altijd ruimschoots vol-doende voor het vullen van een gemiddeldewoonkamer met een indrukwekkend klankbeeld.

14 Recensie: LiveDesign-board

18 Lange leidingen

22 Ontwikkelen met ARM

28 Antigeluid

45 Meningen over buizen

56 Elektronica-online: Audio-tweaks

60 Delphi voor elektronici - deel 3

74 Ontwerptips

32 The Audio Drive

48 Hifi-buizeneindtrap met EL156

64 Lezersschakeling:

Een échte µC-PLC

68 Programmeerbare kristaloscillator

72 Miniproject:

Opamp-tester

Lange leidingen The Audio Drive

Rubrieken

6848

5 Voorwoord/colofon

8 Mailbox

10 Nieuws en achtergronden

76 Professor Oßmann’s mysterie

78 Retro-tronica: Edwin-versterker

79 Elektuur Product Service

83 Adverteerdersindex

84 Volgende maand/colofon

Programmeerbare kristaloscillator

De legendarische LF-vermogens pentode EL156 was heelrobuust en werd daarom vooral in professionele versterker-installaties gebruikt. Niet alleen ziet de buis er schitterenduit, maar ook de goede LF-eigenschappen zijn bepaald ver-leidelijk voor veel elektronici. Een goede reden dus om hier-mee een eindtrap te ontwerpen, met enerzijds de blikgericht op klassieke schakelingen en anderzijds gebruikma-kend van moderne kwaliteitsonderdelen.

De juiste kristalfrequentie altijd bij de hand, datis handig! Met deze oscillatorprint ter groottevan een DIL-IC is het niet meer nodig om op eenspeciaal geslepen kristal te wachten. De frequen-tie is middels een RS232-verbinding direct instel-baar vanuit een PC. De oscillator is dankzij zijngeringe faseruis ook geschikt voor kritischehoogfrequent-toepassingen.

Bezoek Elektuur op de30e Landelijke Radio Vlooienmarkt 2005in het Autotron te Rosmalenzaterdag 19 maart, 9.00 tot 15.30 uur

HiFi-buizeneindtrap met EL156

45e jaargangmaart 2005

nr. 497INHOUD

Foute klok

In de Mailbox van januarihebben we een briefgeplaatst van de heerConde de Almeida over eensoftware-update voor zijnklok-ontwerp (‘Even synchro-niseren’). Helaas heeft debewuste redacteur bij hetvertalen van de brief uit hetEngels even een blackoutgehad en het projectnummergecombineerd met het ver-keerde artikel. De in februari2004 gepubliceerde‘Multiwekker’ is een geheelander ontwerp van de heerMrkor en daarvoor is desoftware ook niet gewijzigd.Het project van ManoelConde de Almeida is inNederland nog niet gepubli-ceerd, dat zal binnenkortnog gebeuren en dan zullenwe meteen de nieuwe soft-ware implementeren.

Audiolink (1)

Op dit moment ben ik bezigom componenten te verzame-len voor ‘The Audio Link’,Elektuur april 2004. Degelijkrichtdiode die hier istoegepast kan ik echter ner-gens via postorder aanschaf-fen in Nederland. Weten jul-lie of er een alternatief is, ofwaar ik deze on-line (eventu-eel in het buitenland) kanbestellen? Willem Oldemans

De keus van deze diode is nietkritisch. U kunt hiervoor bijna elktype nemen dat circa 100 V/3 Aaan kan. U kunt bijvoorbeeld een1N5408 nemen, die heeft ookdezelfde afmetingen als deBY500.

Audiolink (2)

Ik had graag geweten of erdoor middel van een combi-

elektuur - 3/20058

mailbox mailbox mailbox mailbox mailbox mailbbox

natie van een aantal schake-lingen (bijvoorbeeld met ‘TheAudio Link’) een multiroom-versterker te maken valt dievijf line-ingangen kan door-sturen naar vijf paar luidspre-kers. Dit zou gestuurd moe-ten worden via RS232 ofinfrarood.Kan ik zonder verzwakkingeen line-out van bijvoorbeeldeen CD-speler aan eeningang van meerdere verster-kers hangen? Kunnen jullieook een schatting geven vande prijs van één volledigopgebouwde Audio Link?Tim Stroobrandt

Voor zo’n systeem zou een opzetmet The Audio Link als centralezeker een goed uitgangspunt zijn.Een op afstand bedienbare luid-spreker-omschakel-unit hebbenwe nog niet gepubliceerd, maaru zou kunnen uitgaan van deswitchbox voor luidsprekers/ver-sterkers uit de Halfgeleidergids2001. In deze uitgave staan ookeen simpele afstandsbediening-zender en -ontvanger die u hier-mee kunt combineren. Het uit-gangssignaal van een CD-speleris gewoonlijk groot genoeg omrechtstreeks een eindversterkeraan te sturen, maar dan moet ernatuurlijk wel een niveauregelaarop de speler zitten (of aan deingang van de eindtrap). Demeeste eindtrappen hebben circa1 Veff nodig voor volle uitsturingen dat levert een CD-speler wel.Bij The Audio Link kunt u overi-gens per kanaal de versterkings-factor instellen, dan is het hele-maal makkelijk.

Het kan echter problematischworden als u rechtstreeks vanuitde CD-speler meerdere eindtrap-

Voorraadje elco’s

Ik heb twee vragenover de Crescendo-ME-eindversterker(‘CrescendoMillennium Edition’,Elektuur april 2001).Ik wil deze versterkerin een luidsprekerboxmonteren die eenminimale impedantieheeft van ongeveer2,5 Ohm. Is dat zon-der verdere aanpassingen mogelijk?Verder heb ik voor de voeding nog een hoop elco’s liggen(10 µF/63 V, serie 051 van Philips, tegenwoordig BCC). Ikvraag mij af of aan de hand van de opgedrukte codes deproductiedatum nog te achterhalen is. In ieder geval schatik dat ze minstens een jaar of tien oud zijn. Kan ik derge-lijke elco’s nog gebruiken en mocht het nodig zijn, kan ikze dan op een of andere manier ‘regenereren’ of kunnenze direct bij het chemisch afval?Christof Krampe-Zadler

Wat betreft de eerste vraag: theoretisch is een dergelijke lage impe-dantie wel toegestaan, als we er van uitgaan dat de versterker nietmeer dan 30 V bij 2,5 W levert (maximaal 12 A). Voor de zekerheidkunt u in dit geval beter een trafo gebruiken met een iets lagere uit-gangsspanning.Inderdaad is het waarschijnlijk nuttig elco’s die al langere tijd lig-gen te regenereren. Dat kan eenvoudig door ze via een weerstandvan 1 MW enige tijd op de nominale spanning aan te sluiten.Waarschijnlijk kunt u ze dan nog wel gebruiken.De productiedatum is uit de standaard ‘date code’ (volgens DIN41314 en IEC 60062) af te leiden. Dat gaat als volgt:

Een condensa-tor die bijvoor-beeld in juni1999 is gefa-briceerd, heeftdus de code L6.

Jaarcode Maandcode

F = 1995 1 = januari

H = 1996 2 = februari

J = 1997 3 = maart

K = 1998 4 = april

L = 1999 5 = mei

M = 2000 6 = juni

N = 2001 7 = juli

P = 2002 8 = augustus

R = 2003 9 = september

S = 2004 O = oktober

T = 2005 N = november

U = 2006 D = december

V = 2007

W = 2008

pen tegelijk wilt aansturen. Danmoet er op gelet worden dat deuitgangsimpedantie van de spe-ler laag genoeg is om de totaleimpedantie van die parallelgeschakelde eindtrap-ingangengoed aan te kunnen sturen.Gewoonlijk zullen twee of drieeindtrappen nog geen probleemgeven.De prijs van The Audio Link zalcirca 250...300 euro bedragen(zonder kast).

5 V direct van het net

Hoewel ik graag van jullieaanneem dat het schakelin-getje werkt, ben ik toch eenbeetje verbaasd over deopbouw van de‘Rechtstreekse 5-V-voeding’,Halfgeleidergids 2004. Deschakeling kan namelijk erggevaarlijk zijn als een ondes-kundige deze probeert na tebouwen. Ondanks de waar-schuwingen in het artikel vindik dat jullie niet tot nabouwenaan moeten sporen als hetduidelijk is dat er lezers kun-nen zijn die wellicht niet vol-doende kennis hebben vande gevaren van het werkenmet netspanning.Zoals u weet kan de span-ning op bepaalde punten indergelijke schakelingen wel600 V ten opzichte vanaarde bedragen bij een net-spanning van 230 Veff. Bijzulke hoge spanningen iseen erg kleine stroom al vol-doende om dodelijk te zijn!R.B. Willis

3/2005 - elektuur 9

ox mailbox mailbox mailbox mailbox mailbox mailb

Uw opmerkingen zijn terecht.Hoewel wij in het artikel hebbenvermeld dat er bij het inbouwenrekening mee moet wordengehouden dat de print recht-streeks met het lichtnet is verbon-den en dat men dus moet voorko-men om geleidende delen aan teraken, was het beter geweest ombovendien te vermelden dat deschakeling nooit mag wordengebruikt om externe schakelingenvan 5 V te voorzien. Bij deze als-nog. Wij willen van de gelegen-heid gebruik maken lezers metminder ervaring op het hart tedrukken het nabouwen van der-gelijke schakelingen achterwegete laten. In de toekomst zullen webij dergelijke schakelingen ookeen duidelijke waarschuwingplaatsen

Accu-vitalisator

Zojuist heb ik de print-layoutvan de ‘Accu-vitalisator’,Elektuur november 2004 vanjullie website gedownload.Het valt mij op dat het print-spoor van de positieve con-nector (+) naar de ontlaad-weerstand wel erg dun is.Klop dit wel?Kåre Gorm Hansen

Chef laboratorium Karel Walra-ven geeft antwoord: “Als er eenstroom van 40 A continu zoulopen, zou dit spoortje inderdaadvrijwel direct in rook op gaan. Deduty-cycle van de accu-vitalisatoris echter zo laag dat het spoor deresulterende gemiddelde stroommet gemak kan hebben. Metopzet is het spoor zo ‘dun’ moge-lijk gehouden, omdat het op dezemanier ook dienst doet als zeke-ring.” Zie ook ‘Explosief ontwerp’in de Mailbox van Elektuur janu-ari 2005.

Gestoord gehoor

Met veel interesse heb ik het

miniproject van ThomasScarborough (‘Gestoordgehoor’) in ElektuurNovember 2004 gelezen. Ikga de schakeling zekernabouwen!

Een ander voorbeeld van hetbeschreven effect hoor jeoverigens op een willekeuri-ge opname van Tchaikovsky’s6e symphonie. De melodiedie je hoort wordt feitelijkhelemaal niet gespeeld, maaris het resultaat van de inter-actie tussen het geluid van deeerste en tweede violen!Alan Jones

Surround-schakelaar

Ik zit met een dringendevraag waar jullie me mis-schien mee kunnen helpen.Ik heb een uitstekende Onkyosurround versterker TX 939.Ik heb én een SACD spelerén een DVD-audio speler.Beide hebben een 5.1 analo-ge uitgang. Nu moet iksteeds alle kabels verwisselenomdat de versterker maareen set analoge ingangenbezit.Ik heb stad en land enInternet afgezocht naar eenschakelkastje om met behoudvan de hoogwaardigegeluidskwaliteit van SACD enDVD-audio een dubbele aan-sluiting te creëren.Nu heb ik na heel lang zoe-ken wel twee aanbiedingengevonden in de USA, maardie zijn prijzig tot zeer prij-zig ($ 250 tot $ 400 excl.verzendkosten) en dan moetje nog afwachten wat de

MailboxAlleen vragen of opmerkingen die voor

meer lezers interessant zijn en diebetrekking hebben op Elektuur-publi-

caties niet ouder dan 2 jaar, komenvoor beantwoording in aanmerking.

Vermeld bij uw vraag of reactie de titel,maand en jaar van uitgave van het arti-

kel waar uw reactie betrekking opheeft. Gezien de hoeveelheid kunnen

helaas niet alle reacties beantwoordworden en kan niet worden ingegaanop persoonlijke wensen en verzoekenom aanpassingen van of aanvullende

informatie over Elektuur-projecten.Hiervoor kunt u het beste terecht op

het forum van Elektuur op www.elektuur.nl.

Stuur uw e-mail naar: [email protected].

Een brief schrijven kan natuurlijk ook: postbus 121,

6190 AC Beek

Stereo

Listen to both atthe same time.

Stereo

RL

L

R

= 240 A

B

Listen to theL&R separately.

Play

douane hier aan invoerbe-lasting bovenop wil zetten.Kortom, hebben jullie eenontwerp? Of zouden jullieevt. een ontwerp kunnenmaken?Hopelijk helpen jullie me uitde brand.Rob Maatman

We begrijpen uw probleem,maar hebben er op dit momentnog geen kant en klare oplossingvoor. Het is weliswaar vrij gemak-kelijk te verwezenlijken metbehulp van de ingangskeuzeprintuit de voorversterker “The AudioLink” uit mei 2004, maar danmoet u toch wel wat verstandhebben van elektronica om dezegoed te bedraden en aan te stu-ren voor een 6-kanaals omscha-keling (5+1).We hebben u beloofd met onzeaudio-ontwerper te praten overhet publiceren van een zelfstan-dige schakeling die surround-bronnen kan omschakelen, wantdaar zal inderdaad best welbehoefte aan zijn. Inmiddels heefthij daarvoor al een handige encompacte schakeling ontwikkelddie in de komende Halfgeleider-gids zal verschijnen. Nog evengeduld dus!

elektuur - 3/200510

nieuws & achtergronden nieuws & achtergrondenden

Een dergelijke projector hoeft uit-eindelijk niet groter te zijn daneen suikerklontje. Ingebouwd ineen mobiele telefoon heb je danaltijd een beamer bij de handom bijvoorbeeld PowerPoint-pre-sentaties te geven aan eenkleine groep, of om even snelon-line een weblog te lezen. Jekunt je ook voorstellen dat hetgemakkelijk kan zijn even eenplattegrond te projecteren opeen willekeurige muur in eenvreemde stad.

Het lijkt misschien allemaal ergfuturistisch, maar de onderzoe-kers van het Fraunhofer Instituutvoor Halfgeleidertechnologie(ISIT) in Duitsland hebbeninmiddels al een werkend proto-type gedemonstreerd van eendergelijke ‘pocket beamer’. Dedemo-versie produceert eenbeeld met een resolutie van 320x 240 pixels. De belangrijkstecomponent is een bewegendespiegel van slechts 1,5 millime-ter in diameter, die in principe inmassa geproduceerd kan wor-den op een chip. Door de hoekvan de spiegel snel te variëren,wordt met een gereflecteerdelaserstraal het plaatje pixel voorpixel opgebouwd.

“Bijzonder aan deze spiegel isde manier van bevestiging”aldus Ulrich Hofmann. “Hij isopgehangen aan twee veren,waarmee de spiegel om tweeassen gemanoeuvreerd kan wor-den. Zo kan de laserstraalzowel horizontaal als verticaalworden afgebogen.” Als er eenbeweging wordt gemaakt, zor-gen de veren ervoor dat despiegel snel naar de uitgangspo-sitie terugkeert. Dit gaat zó sneldat er duizenden bewegingenper seconde in iedere gewensterichting gemaakt kunnen wor-den. Er is speciale elektronicaontwikkeld om deze snelheid tekunnen halen: de besturing heeftslechts enkele nanosecondennodig om bijvoorbeeld te beslis-sen hoe de laser gemoduleerdmoet worden om ieder pixeltjemet de juiste helderheid op hetscherm te krijgen.

Om te voorkomen dat er foutenin het beeld ontstaan door bij-voorbeeld trillingen, is er eentweede laser op de spiegelgericht. Het licht van deze laserwordt niet op het scherm gepro-jecteerd, maar opgevangendoor een fotodiode waarmee zode positie van de spiegel kan

worden vastgesteld. “Als despiegel uit positie raakt door erbijvoorbeeld tegen aan te stoten,wordt dit door het tweede laser-systeem gedetecteerd”, verteltHofmann. “De besturing rea-geert hierop door de spiegel bijte sturen.” Op deze manier blijktde projector nagenoeg ongevoe-lig voor externe invloeden.

Op dit moment is het prototypenog te groot om daadwerkelijkin een mobiele telefoon te inte-greren. Dit is voornamelijk eenkwestie van het verder verklei-nen van de omvang van deelektronica. De onderzoekersvan Fraunhofer zijn daar nu mee

bezig. Een ander probleem datnog moet worden opgelost is defeitelijke lichtbron: De huidigegeneratie laserdiodes die vol-doende licht opbrengen én eenredelijke levensduur hebben,geven namelijk alleen rood licht.Het systeem zelf is in ieder gevalal geschikt om te werken metmeerdere kleuren. Totdat er eenoplossing beschikbaar komt,werken de uitvinders van depocket beamer aan het verderopvoeren van de snelheid vande spiegel, zodat nog hogereresoluties haalbaar worden.

(057006)

Meer informatie:www.fraunhofer.de

Pocket-beamer

Het zou best wel eens zo kunnen zijn dat wijbinnen niet al te lange tijd allemaal rondlopen metGSM’etjes met ingebouwde projector. Een derge-lijke mini-beamer bestaat al in het lab. Het ding isgebaseerd op een bewegende microspiegel diehet beeld lijn voor lijn opbouwt. Inmiddels zijn deontwerpers van het prototype zo ver dat de snel-heid en resolutie van het prototype voor een helderen leesbaar plaatje zorgen!

Advertentie

3/2005 - elektuur 11

nieuws & achtergronden nieuws & achtergronden nieu

Monolithic Power Systems (MPS)heeft onlangs de MP2351gepresenteerd. Dit IC is eenstepdown-converter die werktmet een schakelfrequentie van1,45 MHz. De stroom magmaar liefst 2 A continu bedra-gen en toch is de behuizing vandit IC met slechts 3 x 3 mm(QFN of 10-pens MSOP) metrecht bescheiden te noemen.

Omdat de MP2351 met eeninterne MOSFET is uitgerust, zijner maar weinig externe compo-

nenten nodig. Bovendien kunnenvanwege de relatief hoge scha-kelfrequentie de benodigdeexterne keramische condensatoren spoel vrij klein blijven. eenuitkomst in situaties waar debeschikbare ruimte beperkt is.Dat is tegenwoordig bijvoor-beeld het geval bij harddisk-dri-ves en batterijladers.

Niet onbelangrijk zijn ook deingebouwde beveiligingen diede stroom automatisch beperkenals er foutcondities optreden. Als

het IC afschakelt ten gevolgevan de ingebouwde thermischebeveiliging bedraagt de stroom-opname nog maar 23 µA.De efficiëntie bedraagt tot slotmaar liefst 95 % en de ingangs-spanning mag tussen de 4,75en 23 V liggen. De uitgangs-spanning is instelbaar tussen1,22 en 16 V.Een evaluatiebord is bij de fabri-kant verkrijgbaar.

(057001)

Meer informatie:www.monolithicpower.com

2 A stepdown-converter in minibehuizing

Het heeft de nodige bloed,zweet en tranen van ver-schillende medewerkersgekost, maar eindelijk ishet dan toch zover:

Als u dit leest, is de Elektuur-web-site compleet vernieuwd (per 1

februari). Daarbij gaat het nietom een cosmetische behande-ling (die op zijn tijd natuurlijkook nodig is), maar om eencompleet herziene opzet van degehele site.Met deze nieuwe websitehopen we alle Elektuur-lezers -

maar ook alle andere bezoe-kers - beter van dienst te kunnenzijn op allerlei terreinen:Gemakkelijker artikelen opzoe-ken, eenvoudiger productenbestellen en downloaden, meercontact met andere elektronicien nog veel meer.

De vernieuwde site is vooralveel overzichtelijker gewordenen beter te bedienen dat deoude versie, dat is een punt datje meteen opvalt als je de Elek-tuur-site nu bezoekt. In één oog-opslag en met enkele muisklik-ken kom je waar je zijn wilt.

Naast de reeds bekende zakenzoals verschillende productcate-gorieën en het complete Elektuur-artikelarchief vanaf 1995 is nuook een lezersforum (waar we ineen beknopte versie al meegestart waren) met verschillendeonderverdelingen beschikbaar.In de toekomst kunnen daarlezers met elkaar en met redac-teuren en ontwerpers vangedachten wisselen.

Een nieuwe website is nooitfoutloos en in deze nieuwe ver-sie zullen beslist nog wel denodige schoonheidsfoutjes zit-ten die we allemaal zo snelmogelijk zullen wegwerken.Vindt u een onvolkomenheid,bevalt u iets niet of mist u nogiets, mail het dan! We zullener zo snel mogelijk naar kijkenen aan de hand daarvan desite verbeteren. De Elektuur-siteis ook van u en samen makenwe ze nog beter!

(057015)

Elektuur-website vernieuwd!

elektuur - 3/200512

nieuws & achtergronden nieuws & achtergrondenden

Om optimaal van een multichan-nel of surround installatiegebruik te kunnen maken, moetde gebruiker gewoonlijk eersteen uitgebreide afregeling uit-voeren. Vaak is deze zoomvangrijk dat een correcteinstelling gehoormatig niet ofnauwelijks is te realiseren.

Een correcte objectieve afrege-ling van een surround-installatieis alleen met meten mogelijk. DeDuitse firma Kirchner-Elektronikbiedt nu met ATB-PC een betaal-baar meetsysteem aan datbovendien bijzonder gemakke-lijk te bedienen is.ATB-PC maakt gebruik van eenreeds aanwezige PC met (USB)geluidskaart voor opname enverwerking van de meetsigna-len. Het meetsysteem bestaat uiteen surround-test-DVD met demeetsignalen, een meetmicro-foon en het ATB-PC meetpro-gramma. Ook is een specialekabel voor de systeemkalibratiebijgevoegd.Het ATB-PC meetprogrammavoor Windows is afgeleid van

het professionele systeem ATB-Precision en bevat daarvan allefuncties voor het meten van fre-quentiekarakteristieken.Om gebruik te kunnen makenvan een ‘gewone’ PC-geluids-kaart is een nieuwe meettech-niek ontwikkeld die de niet opti-male meettechnische eigen-schappen van zo’n kaartomzeilt. Aangezien de meestegeluidskaarten slecht functione-ren bij multiplex-bedrijf (gelijktij-dig weergeven en opnemen),wordt hier gebruik gemaakt vaneen DVD of CD voor het genere-ren van het meetsignaal enwordt de geluidskaart alleeningezet voor het opnemen vanhet door de microfoon gemetensignaal. Het frequentieverloopvan de geluidskaart wordt daar-bij gecompenseerd met een cor-rectiecurve die men door middelvan de meegeleverde adapterzelf kan opnemen.De frequentiefouten van degeluidskaart door afwijkende ofvariërende sample-rates wordendoor een nieuwe correlatieme-thode omzeild. Door deze

methode kan ook een akoesti-sche meting worden verricht zon-der dat hierbij een afstandsbe-paling noodzakelijk is. Dit resul-teert in een eenvoudigebediening die niet moeilijker isdan die van een terts-analyser.Op de DVD bevinden zich ooksignalen voor het doorvoerenvan een gehoormatige checkvan het surround-systeem.Optioneel is een meet-CD ver-krijgbaar voor ‘snoerloze’ metin-

gen aan (car)audio-systemenzonder DVD speler.De prijs voor het complete meet-systeem (DVD, meetprogramma,pdf-handboek en microfoon)bedraagt slechts 119 Euro.

(047263)

Meer informatie:Audio Components B.V.Ussenstraat 2-A5341 PM OssTel. 0412-626610www.audiocomponents.nl

Betaalbaar surround-meetsysteem

Zoals in Elektuur december2004 was te lezen, is de stan-daard EIB wat huisautomatise-ring betreft nog niet echt doorge-broken. Een van de redenenhiervoor is het gebrek aangoede toepassingen, zoals bij-voorbeeld het op eenvoudigemanier gebruiken van een cen-trale stereo-installatie.Het is precies deze toepassingdie luidsprekerspecialist WHDnu op de markt brengt. “Toenwij twee jaar geleden de stuur-bare audioversterkerAMP 10 DC voorstelden, wist ikdat we een gat in de markt ont-dekt hadden”, verklaart StefanHuber, bedrijfsleider van WHDLautsprecher. Een systeem waar-bij met standaard EIB-schakelma-teriaal in iedere afzondelijkeruimte een geluidsbron gekozen

kan worden ende geluids-sterkte te rege-len is, staat aljaren op deplanning vanWHD.Het eenvoudigte installerenE I B - a u d i o -systeem bestaatuit drie compo-nenten:De AudioaktorAM 840 wordt in de EIB-verdeel-kast gemonteerd, twee CAT-7-kabels verbinden deze met dePreamp 600. Er kunnen maxi-maal zes geluidsbronnen wordenaangesloten. Aan de vier uitgan-gen van de AM 840 worden ver-mogensversterkers van het typeAMP 10 DC aangesloten, die in

de normaal in de handel verkrijg-bare schakeldozen passen.WHD biedt ook luidsprekers meteen reeds geïntegreerde verster-ker aan. Door cascadeschake-ling van meerdere AM 840-modules kan het aantal zonesworden vergroot. Het systeemkan in mono of in stereo worden

opgebouwd en kan met specialesoftware naar believen wordengeconfigureerd.

(057003)

Meer informatie:EloMet B.V.Molendijk 19-A - 3235 XE RockanjeTel. 0181 40 55 32www.elomet.nl

EIB-audiosysteem

elektuur - 9/200414

ies recensies recensies recensies recensies recensi

De firma Altium is van huisuit een software-bedrijf datdiverse software maakt voorelectronica-ontwerpers. Hetproductenpakket omvat o.a.compilers voor microcontrol-lers, PCB- en schemateken-pakketten en FPGA-ont-werp-software. Om de soft-ware te kunnen evaluerenlevert Altium al geruime tijdeen ontwikkel-board,nanoBoard genaamd, samenmet een evaluatieversie vande software. Sinds kortbiedt men een afgeslankteversie van dit bord plusbovengenoemde softwareaan onder de naamLiveDesign. De prijs van ditboard bedraagt 99 Euro(excl. verzendkosten). Voordit geld krijg je heel wat.

InhoudDe kit bevat naast het deve-lopment-board een netadap-ter plus een programmeer-kabel. Ook zijn er nog 2bandkabels bijgeleverdwaarmee de I/O-connecto-ren van het board met een

eigen uitbreidingsprint ver-bonden kunnen worden.Aan de software-kant vin-den we 4 CD’s. Hierop staatde evaluatie-software, voor-beelden en 2 presentatiesvan de producten vanAltium. Tenslotte zit nogdiverse documentatie in dedoos.Het is zeer belangrijk om debon op de verpakking NIETweg te gooien. Hierop staanhet klantnummer plus derelease-code, die u tijdenshet installeren van de soft-ware nodig heeft.Deze installatie is zeer een-voudig uit te voeren, maarhet is wel handig om deinstallatie-handleiding eerstdoor te nemen. Vooral omdatnaast deze software ook nogsoftware moet worden geïn-stalleerd van de fabrikantvan de FPGA (afhankelijkvan uw keuze is dit Altera ofXilinx).

HardwareHet development-board isvoorzien van enkele stan-

daard I/O-zaken, zoals wedie van de meeste bordjesgewend zijn (zie ook hetkader). Eén ding is welopvallend, namelijk eeninstelmogelijkheid voor dekantelfrequentie van het uit-gangsfilter voor de DACd.m.v. een weerstand-array.Het hart van de schakelingis natuurlijk de FPGA.Afhankelijk van uw keuze isdat een Cyclone-FPGA(EP1C12F324C8) van Alteraof een Spartan-II (XC3S400-5FG456C) van Xilinx. Zoalswe dadelijk zullen zien, zijndeze twee FPGA’s zeerkrachtig!Verder valt er over dehardware niet zo veel temelden, behalve dan dat bijons exemplaar de kabelstussen de luidsprekertjes ende printplaat waren losge-raakt. Met een beetje sol-deerwerk was dit echtersnel verholpen!

SoftwareDe meegeleverde softwareis een evaluatieversie van

de Protel/Nexar-softwarevan Altium. Deze versie isbeperkt bruikbaar (30dagen). Houd er rekeningmee dat deze 30 dagen albeginnen te tellen zodra hetpakket verzonden is! Het isdus raadzaam om meteen nahet ontvangen van dit pak-ket alles te installeren enproberen.De software ziet er gelikt uiten het is zeer de moeitewaard om alle mogelijkhe-den te proberen. Er zijn teveel ingebouwde featuresom deze hier de revue telaten passeren. Het is zekerniet overdreven om te stel-len dat dit software-pakketalles aan boord heeft om zelfeen ontwerp met een FPGAvan begin tot einde in te ont-werpen. Zelfs de firmwarevoor zogenaamde ‘soft-core’processors kan men in dezesoftware programmeren!Tijdens het proberen van dediverse voorbeelden zult u alsnel vertrouwd raken met demeeste functies van dit soft-ware-pakket.Naast de meegeleverde soft-

LiveDesign-boardOntwerpen met FPGA’s

Paul Goossens

Moderne schakelingen maken steeds vakergebruik van FPGA’s. Voor het ontwerpen metdeze componenten is dan wel speciale soft-ware nodig. Een van de firma’s die zulke soft-ware maakt, is Altium. Om de product(en) tekunnen evalueren biedt deze een goedkoopontwikkel-board aan waarmee je de softwarekunt evalueren. Na de evaluatieperiode kandit board nog prima dienst doen als ontwikkel-platform voor eigen ontwerpen!

ware moet nog software vande FPGA-fabrikant wordengeïnstalleerd. Indien uwbordje voorzien is van eenXilinx-FPGA, dan is de gra-tis software Web-ICE-Packnodig. In het geval van eenAltera-FPGA is het soft-ware-pakket Quartus nodig(eveneens gratis te downlo-aden). Bij onze versie van desoftware werd de nieuwsteversie van Quartus nog nietmeteen ondersteund. Op dewebsite van Altium staatwel vermeld hoe dit euvelmakkelijk verholpen kanworden. Dit is een kwestievan het aanpassen van eenklein tekstbestandje. Heelsimpel, maar je moet het weleven weten.

Soft-coreUiteraard gaat dit pakketvergezeld van diverse voor-beelden. Deze zijn ruwwegonderverdeeld in 2 catego-rieën, namelijk purehardware en soft-core-pro-cessor gebaseerde ontwer-pen. Voordat we verder gaanmoeten we de term soft-

core-processor nog watnader toelichten.Een soft-core-processor iseen processor die in deFPGA geprogrammeerdword. Meestal worden deze

processoren in een hogerebeschrijvende taal als VHDLof Verilog ontworpen. Eenvoordeel hiervan is dat allesignalen in de processorbekeken en naar buiten uit-

gevoerd kunnen worden.Ook is het niet ondenkbaardat er nog wat ‘custom’instructies aan de instruc-tieset van de processor wor-den toegevoegd, speciaalvoor die ene toepassing!Bij de voorbeelden zijn erdrie verschillende soft-core-processoren te vinden. DeTSK51 is een 8051-compati-ble processor, de TSK80 iscompatible met de Z80 enals laatste hebben we nogde TSK165 die compatible ismet de PIC16-serie vanMicrochip.Naast het ontwerp van zo’nprocessor is er ook firmwarenodig om die processor aanhet werk te zetten. Het soft-ware-pakket is daarom ookvoorzien van een C-compilerdie deze processoren onder-steunt. Hardware, softwareen nu zelfs ook je eigen pro-cessor ontwerpen kan zo inéén software-pakket!

VoorbeeldenDe meegeleverde voorbeel-den variëren van eenvoudigtot uiterst complex. Zo is er


es recensies recensies recensies recensies recensie

Figuur 1. Het bord is leverbaar met twee verschillende typen FPGA.

Specificaties hardware– FPGA naar keuze: Cyclone (Altera) of Spartan-3 (Xilinx)

– 2 x 512 Kbyte SRAM

– 6 x 7-segment display

– 6 druktoetsen

– 8-voudige DIP-switch

– 8 LED’s

– TEST/RESET-druktoets

– systeemklok 50 MHz

– JTAG-interface

– 2 x I/O-connector met 20 vrije I/O-signalen

– RS232-connector

– 2 x PS/2-aansluitingen

– VGA uitgang met R/2R-DAC’s

– stereo delta/sigma-DAC’s

– line-out-uitgang

– hoofdtelefoon-uitgang (100 mW)

dus voor elk wat wils. Er zijnvoorbeelden die wat simpe-le effecten met de LEDjesproduceren, tot en met eencompleet ‘Pacman’ video-spelletje met PS/2-ingangenvoor muis en toetsenbord,en een VGA-uitgang voorhet beeld! En natuurlijk vanalles daar tussen in, zoalseen klok met alarmfunctie.Om een indruk te krijgenvan de grootte van de ont-werpen in de FPGA hebbenwe een meegeleverd ont-werp gecompileerd dat uitmaar liefst 4 processoren(TSK165) bestaat.Vervolgens hebben we in decompiler-software gekekenen het bleek dat dit ontwerpongeveer 1/3 van alle resour-ces in de FPGA gebruikt!Alle voorbeelden kunnen nahet compileren in de FPGAgeprogrammeerd worden enrechtstreeks op het bordgetest worden.

DebuggenDe echte kracht van de soft-ware komt pas goed tot zijnrecht zodra je metingen wiltverrichten aan je ontwerp.

Het is uiteraard onmogelijkom signalen intern in deFPGA te meten met eenprobe, dus is er bij de meestevoorbeelden ook voorzien ineen JTAG-interface.Hiermee kan men (zonderde werking te verstoren)real-time metingen verrich-ten in de FPGA. Hiertoe zijndiverse meetinstrumenteningebouwd in de software.Een logic analyser, eenoscilloscoop (digitaal,uiteraard) en wat I/O-blok-jes waarmee je zelf d.m.v.wat knoppen de logischeniveaus kunt bepalen.Om dit allemaal compleet temaken is er de mogelijkheidom de processoren met hunfirmware te kunnen debug-gen. Registers aanpassen,breakpoints plaatsen,geheugen bekijken, etc. hetkan allemaal!

Tot slotDit FPGA-ontwikkelbordjebiedt zeer veel waar voorzijn geld. De software ishelaas na 30 dagen nietmeer bruikbaar. Toch kanmen het bordje verder nog

blijven gebruiken in combi-natie met de gratis softwarevan de FPGA-chip-fabrikan-ten. Toch zal het even wen-nen zijn na het werken metdit mooie software-pakketvan Altium.Het schema van de design-kit is meegeleverd als eenProtel schema-bestand. Ditbetekent dat na de proefpe-riode van 30 dagen dit sche-ma niet meer kan wordenbekeken. Indien u het bordna deze periode wilt blijvengebruiken, is het verstandigom meteen deze schema’suit te printen. Zonder dezeschema’s is het niet duide-lijk welke pennen van deFPGA verbonden zijn metwelke stukjes hardware opde printplaat en de connec-toren!Het aanschaffen van dezesoftware is niet echt wegge-legd voor de hobbyist (beidepakketen samen kosten zo’n10.000 Euro!). Toch is de gra-tis software ter ondersteu-ning van de FPGA’s goedbruikbaar om na de 30dagen nog eigen ontwerpente realiseren met dit bordje.

Doordat er een FPGA metvoldoende capaciteit isgebruikt op dit bord, zal hetniet snel voorkomen dat eeneigen ontwerp niet meer indeze FPGA past. Daarnaastzijn de FPGA’s zo snel dathet nu ook thuis relatief een-voudig is om complexe, snel-le apparatuur te ontwerpen.Het fijnste is natuurlijk dateen verandering in het ont-werp het niet meer noodza-kelijk maakt dat het prototy-pe met een soldeerbout telijf wordt gegaan. Een sim-pele druk op de knop is vol-doende, de rest wordt doorde PC en de hardware uitge-voerd.Al met al biedt dit evaluatie-bordje meer dan voldoendemogelijkheden om de eersteexperimenten met FPGA’szelf uit te voeren. U zult snelversteld staan wat er alle-maal mee mogelijk is!

(040414)

Internet-links:www.altium.com

www.altera.com

www.xilinx.com

elektuur - 3/200516

ies recensies recensies recensies recensies recensi

Figuur 2. Werken met de source-code voor een soft-core-processor. Figuur 3. Met deze virtuele instrumenten kan men metingen verrich-ten in de FPGA.


es recensies recensies recensies recensies recensie

Wat zijn FPGA’s?FPGA staat voor Field Programmable Gate Array. Dit zijn chips die voorzien zijn van een hele hoop kleine digitale logische bouwste-nen die allemaal simpele bewerkingen kunnen uitvoeren. De in- en uitgangen van deze bouwstenen kunnen via een matrix van sig-naalleidingen verbonden worden met de in- en uitgangen van andere bouwstenen. Vandaar de term Gate-Array.

Bij het inschakelen van de voedingsspanning zijn deze in- en uitgangen losgekoppeld van de signaalmatrix. Via een programmeer-poort kan de chip geprogrammeerd worden, wat inhoudt dat de ontwerper d.m.v. een programmeerbestand aangeeft welke in- enuitgangen met elkaar verbonden moeten worden om de chip uiteindelijk een bepaalde functie te laten uitvoeren.

Het beste kunnen we zo’n FPGA dus vergelijken met een (ontzettend) grote experimenteerprint waar tienduizenden (of zelfs honderd-duizenden) logische IC’s op zijn aangebracht, maar onderling nog niet met elkaar zijn verbonden. Naar wens van de ontwerperworden er dan verbindingen tot stand gebracht tussen deze chips.

Een voordeel van een FPGA is dat al deze bouwstenen op 1 stukje silicium zijn ondergebracht en dat iedere bouwsteen op zich eenzeer snelle verwerkingstijd heeft (in de orde van een paar nanoseconden). Hierdoor kunnen zeer snelle digitale circuits met eenFPGA gerealiseerd kunnen worden, die met een handvol standaard logische chips niet te realiseren zijn.

Vaak zijn FPGA’s ook nog voorzien van allerlei extra functies, zoals blokken geheugen, hardware-vermenigvuldigers, etc. SommigeFPGA’s zijn ook voorzien van een ingebouwde processor die dan verbonden kan worden met het ontwerp in de FPGA.

Afhankelijk van de capaciteit van zo’n FPGA is het soms mogelijk (zoals we in dit artikel beschrijven) om een zelf ontworpen proces-sor in de FPGA te op te nemen en toe te passen!

Persoonlijke ideeënAls schrijver van dit artikel ben ik gaande-weg erg enthousiast geworden over demogelijkheden van dit bord. Één van mijnhobby’s (naast elektronica, uiteraard!) is hetbouwen van en het vliegen met modelvlieg-tuigen.

Nu wil het toeval dat ik nog een leuk vlieg-tuigje heb staan, dat een redelijk ruimeromp heeft en waar dit bordje makkelijk inpast. Oorspronkelijk had ik het idee om hier-in een camera te plaatsen plus bijbehorendezender, zodat ik tijdens het vliegen op degrond op een TV de wereld vanuit de cock-pit van het modelbouwvliegtuig zou kunnenzien. Naderhand wilde ik dat dan uitbreidenmet allerlei toeters en bellen.

Tijdens mijn experimenten met dit bord vanAltium heb ik gemerkt hoe krachtig de FPGAis die hierin gebruikt wordt. Daardoor heb ikhet plan opgevat om meteen een stukje verder te gaan, namelijk het videosignaal van de camera eerst d.m.v. een video-decoderomzetten in een digitaal signaal en dit naar de FPGA sturen. Verder wil ik er enkele sensoren bij plaatsen voor het meten van bijv.luchtdruk (alias hoogte en verticale snelheid) en motortemperatuur, en eventueel een GPS-module om de positie te bepalen. Ook dezegegevens worden dan (in digitale vorm) naar de FPGA gestuurd. De FPGA zal dan de meetgegevens combineren met het ingangssig-naal en het uiteindelijke videosignaal via een video-encoder naar de zender sturen. Op die manier kan ik dan op mijn TV niet alleenrealtime het beeld vanuit de cockpit, maar meteen ook de diverse relevante gegevens kunnen bekijken!

Wie weet, komt er nog ooit een auto-piloot in mijn vliegtuig. Dat zou mijn hobby in ieder geval een stuk goedkoper maken!

LANGE LEIDINGENNieuwe wegen in chipdesign

De toenemende complexiteit en snelheid van chips maakt hetnoodzakelijk om naar andere verbindingstechnieken tezoeken. Hiervoor zijn nieuwe materialen en processen nodig.

elektuur - 3/200518

Phil Knurhahn

040325 - 11a

Het lijkt misschien paradoxaal, maar met steeds kleineretransistoren op de chips worden de looptijden van signa-len steeds groter. Daarvoor bestaan twee fundamenteleoorzaken. Omdat de chips steeds complexer worden,neemt het aantal en de lengte van de verbindingen toe.En door de toenemende snelheid van de signalen (gro-tere bandbreedte en hogere kloksnelheid) worden loop-tijdverschillen en overspraak steeds kritischer. Het oplos-sen van dit dilemma is het gedeelde werkterrein van demateriaalfysicus en de chipontwerper. Elke nieuwe vin-ding op dit gebied wordt door de halfgeleiderindustriedirect omgezet in nog krachtiger chips. Dat geldt natuur-lijk in het bijzonder voor microprocessors.Tot op heden werd miniaturisering bereikt door het steedsverkleinen van de afmetingen van de transistors metbehoud van de elektrische functionaliteit. Maar op deachtergrond spelen nog veel meer problemen een rol,zoals bijvoorbeeld het fasegelijk aanbieden van kloksig-nalen op verschillende locaties van de chip en het vermo-genstransport van elektrische energie. Ontwerpers zijnsteeds op zoek naar nieuwe methoden om tot een zo kortmogelijke verbinding te komen.Voor vrijwel elk probleem is er een idee voor een oplos-

sing. maar een aanpak die alle problemen in een keeroplost bestaat niet. Het opbouwen van een chip in lagen(wafer level packing) is al een grote stap in de goederichting. In de toekomst behoren 3D-chips misschien totde mogelijkheden.Nieuwe grondstoffen zoals Low-k-materialen wordensteeds meer toegepast. Het doel hiervan is het verbeterenvan de HF-eigenschappen en tegelijk het beperken vanhet stroomverbruik, beide door het reduceren van deparasitaire capaciteiten. Materialen met een lage diëlek-trische constante k vormen voor de ontwerper eennieuwe uitdaging. Sommige schakelingen die bij een130-nm-structuur nog werkten, geven bij een 90-nm-struc-tuur flinke problemen. De toenemende abstractie van het ontwerpproces maaktdat de chipontwerper iets meer op afstand komt te staanvan het fabricageproces. Een slimme chip-architectuurkan het werk van de ontwerper vergemakkelijken, maarhet daarbij behorende productieproces tot een hel makenvoor de materiaal-fysicus. Nu al is het moeilijk om hetchipontwerp aan te passen aan de steeds complexerwordende fysische beschrijving van de onderdelen.

Low-k-materiaalMaterialen met een lage diëlektrische constante zijn opchips goed te gebruiken als isolator. Maar ze hebbenook ongunstige eigenschappen. De momenteel bestu-deerde alternatieven zijn beduidend slechter dan het totnu toe gebruikte SiO2. Helaas heeft low-k-materiaal eentien maal slechtere warmtegeleiding en ook de mechani-sche eigenschappen zijn minder gunstig. De hechtingaan de tussen-layers is slechter en zo ook de hechtingaan koper, dat tegenwoordig in plaats van aluminiumwordt gebruikt voor de geleidende sporen. Wordenbovendien organische materialen met een extreem lage kals diëlektricum gebruikt, dan zal het koper van de spo-ren in het diëlektricum diffunderen en het geheel onbruik-baar maken. En tenslotte is ook de thermische uitzetting-coëfficiënt van de low-k-grondstof erg verschillend vandie van de omgevingsmaterialen, wat weer tot nieuweproblemen leidt.Om zoveel nadelen op de koop toe te nemen, moet de

Figuur 1.Luchtkamers in het

diëlektricum kunnenbijdragen aan

verbeterdeelektrische

eigenschappen (ill. Toshiba).

winst wel erg groot zijn. De capacitieve overspraak tus-sen leidingen neemt inderdaad met ongeveer 25% af entevens is er een duidelijke ruisvermindering en een gerin-ger stroomverbruik. De diëlektrische constante k van eenmateriaal hangt af van de dichtheid en de polarisatievan de atomen. De factor k is op verschillende manierente beïnvloeden: door het terugbrengen van de polarisa-tiesterkte, door het gebruik van een polymeer met eenlage polarisatie en ten slotte door het gebruik van veleluchtkamers (lucht heeft een ideale k=1, terwijl SiO2 eenk=4 heeft). De techniek van de miniatuur luchtkamers(figuur 1) wordt de laatste jaren vaak toepast, maar hetis nog niet tot een echte doorbraak gekomen. Welk low-k-materiaal uiteindelijk zal worden toegepast, is nu nogniet duidelijk. Het zal misschien ook afhangen van hettoepassingsgebied van de chip, zodat het in de toekomstwaarschijnlijk niet bij één materiaal blijft.

Alternatieven voor low-kEr wordt voortdurend gezocht naar nieuwe oplossingenvoor de huidige knelpunten. Een aantal oplossingen lijktin eerste instantie probaat, maar bij nadere beschouwingblijkt dan dat de problemen worden doorgeschoven naarde ontwerpkant. Zo lijkt het aannemelijk dat de verbin-dingsbanen voor de global routing (dat zijn de banendie relatief grote afstanden overbruggen) dikker wordengemaakt. Dat zou echter als ongewenst gevolg hebbendat het totale oppervlak van de chip flink wordt vergroot,wat weer leidt tot hogere kosten.Een andere oplossing is het gebruik van kleine signaal-versterkers bij lange verbindingen. De signaalspanningenkunnen dan flink dalen, waardoor ook de overspraakafneemt. Maar zulke versterkers nemen zelf ook ruimte inbeslag en gebruiken bovendien stroom. Een betere lay-out van de chip zou kunnen helpen om kritische padenvan elkaar te ontkoppelen. Maar meestal leidt ditopnieuw tot een groter chipoppervlak. Het is te verwach-ten dat het gebruik van low-k-materiaal in chips in de toe-komst zal toenemen, maar een echte doorbraak blijftvooralsnog uit.

Korte banen met WLPWafer Level Packing (WLP) is een technologie die helptom lange leidingen met hun onvermijdelijke grote zelfin-ductie te voorkomen. Bovendien kan bij deze techniek deafmeting van de aansluitpunten (pads) beperkt blijven. Bijde productie van gewone chips worden de chips eerstvan de wafer gehaald en op de drager in de behuizinggekleefd. Vervolgens worden de aansluitpunten op dechip met zeer fijn gouddraad verbonden met de aansluit-punten van de behuizing. Dit bedraden wordt bondinggenoemd. Bij WLP wordt de chip zonder behuizingdirect op de print geplaatst of met een andere chip ver-bonden. Fabrikant Infineon heeft bijvoorbeeld met zijnSOLID-techniek (SOlid Liquid InterDiffusion) een oplossing

die ook toepasbaar is voor gestapelde wafers (figuur2). Daarbij worden de chips met diffusiesolderen aange-bracht. De soldeerlaag heeft een dikte van slechts 3 µm.Er zijn inmiddels chipkaart-controllers gerealiseerd mettwee wafers.Als de chip direct op een printplaat wordt aangebracht(figuur 3), speelt weer een andere problematiek. Hetverschil in uitzettingscoëfficiënt tussen de siliciumchip ende print werpt nieuwe problemen op. Meestal zijn deafmetingen onvoldoende om een normale koeling tewaarborgen. Maar belangrijker dan dit alles is het koste-naspect. De montagekosten nemen proportioneel toe metde afmetingen van de chip.

Looptijden beperkenHet onder de knie krijgen van de problematiek rond delooptijden is wel de grootste uitdaging op weg naar hetrealiseren van een complexe system-on-chip. Chips zijn


Figuur 2. Voorbeeldvan de doorInfineon gebruikteSOLID-techniek voorWafer ScalePackaging (foto Infineon).

Figuur 3. Het directaanbrengen van dechip op deprintplaat staatinmiddels bekendals ‘flipchip-technologie’ (foto Fraunhofer-Instituut).

Anzeige

klein, zeker in verhouding tot de gebruikelijke printplaat.Toch kan de lengte van geleiders voor global routing nogflink oplopen omdat ze, net als op een printplaat, keurigtussen allerlei deelschakelingen doorlopen en niet recht-

door over de chip de kortste weg kunnen volgen. Bij fre-quenties met een golflengte in de buurt van tien centime-ter treden dan faseverschillen op. In een ongunstig gevalkomt bij een slecht ontwerp het signaal helemaal niet bijde volgende trap aan, omdat de ingang zich precies opeen spanningsknoop van de staande golf bevind.Elk chiptype heeft een eigen soort problematiek. Bijgeheugen-arrays neemt het aantal verbindingssporenongeveer lineair toe met het aantal geheugencellen, bijlogicaschakelingen neemt dit echter kwadratisch toe methet aantal poorten. En met de totale lengte van de ver-bindingen nemen ook de ongewenste inductiviteit encapaciteit toe.Op de chip vinden twee vormen van looptijdvertragingplaats. Als eerste is er de poortvertraging van de transi-stors, die wordt aangeduid met gate delay. De vertragingveroorzaakt door lange leidingen wordt aangeduid metinterconnect delay. In het totale functioneren van de chipspeelt de interconnect delay een hoofdrol. De capaci-tieve interactie tussen naburige en overlappende leidin-gen veroorzaakt niet alleen overspraak en ruis, maar kanook de looptijd beïnvloeden. Meestal betekent dit vertra-ging maar soms ook, verrassend genoeg, een versnellingvan het signaal.

De kloof overbruggenHet ontwerp van een chip wordt nu gedomineerd doorde problematiek rond de verbindingstechniek. In de toe-komst zal het ontwerp meer logica-gericht zijn. De logica-synthese gaat ervan uit dat alle deelschakelingen ookwerkelijk synchroon worden bereikt. Dat leidt tot onge-wone ontwerpregels. Op plaatsen waar de warmteont-wikkeling stijgt, moeten de sporen breder worden. Maarbredere sporen hebben weer als gevolg een groterecapacitieve koppeling, wat weer negatief uitwerkt op delooptijden van het signaal - een vicieuze cirkel.Om een kloksignaal gelijktijdig op verschillende plaat-sen op de chip te kunnen aanbieden zijn een aantaltrucs bedacht. Zo geeft het gebruik van een H-structuureen erg gunstig resultaat (figuur 4). Daarbij wordt deschakeling ook geheel symmetrisch op de chip aange-bracht. Als het kloksignaal precies in het midden van deH-structuur wordt aangeboden, dan zal de looptijd naarde vier uiteinden precies gelijk zijn. Maar met deze aan-pak zijn niet altijd alle deelschakelingen te bereiken.Een ander idee is het distribueren van de klok doormiddel van straling of licht, maar dat is in veel gevallentoch erg ingewikkeld. Een nieuw, werkelijk revolutionair idee is hier noodzake-lijk om de weg naar Gigascale-integratie te kunnen ont-sluiten. De kloof tussen de snel ontwikkelende silicium-technologie enerzijds en de ter beschikking staande ont-wikkel-tools wordt steeds groter. Een vruchtbare gedachtezou kunnen zijn om de dwang van synchronisatie dooreen kloksignaal te verlaten en grote delen van de schake-ling asynchroon te laten werken. Daarmee zouden veleproblemen in één keer zijn opgelost. Maar helaas is hier-voor nog geen ontwikkelomgeving beschikbaar. Somswordt al gebruik gemaakt van synchrone deelschakelin-gen die met de buitenwereld communiceren over asyn-chrone kanalen. Hierbij kan worden gedacht aan pro-grammeerbare gate arrays (FPGA).

3D-chips de oplossing?Er zijn veel goede redenen om driedimensionale chips tegaan fabriceren. Om er enkele te noemen: een echte

elektuur - 3/200520

040325- 14

MOSFET

MOSFET

040325 - 16

MOSFETMOSFET

Adhesion Layer

Al Pad

Si-Substrate

Vertical Interconnection(Broadcast Bus)

Micro Bump

N-Well

N-Well

Figuur 4. Hetgebruik van een H-

structuur help om designalen gelijktijdig

bij de diversedeelschakelingen te

krijgen (ill. STM).

Figuur 5. Ommeerdere chips te

kunnen stapelenmoeten de wafers

erg dun wordengemaakt (foto IBM).

Figuur 6. Aan deTohoku-universiteit

in Japan is eengeheugenchipontwikkeld diebestaat uit drie

identieke chips dieonderling met via’szijn verbonden (ill.

Tohoku-universiteit).

reductie van het oppervlak, een verkorting van de verbin-dingen, een afname van het stroomverbruik en het ver-korten van de looptijden. Bovendien zou dan een hetero-gene combinatie van technieken zoals geheugen, logicaen optica in één chip kunnen worden toegepast. Maarhet zal nog wel tien jaar of langer duren voordat derge-lijke chips ook echt te koop zijn.De vraag rijst of er een denkbare fabricagetechniek isvoor 3D-chips. Een probleemgebied hierbij is het elek-trisch samenbrengen van de verschillende basischips.Aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) iseen methode ontwikkeld die gebruik maakt van wafer-bonding met kopercontacten of een bonding met diëlek-trische lijm. Dat veronderstelt een plaatsingsnauwkeurig-heid van het contactvlak van beter dan 1 µm op een200-mm-wafer (de 8-inch-wafer is nog steeds het werk-paard van de halfgeleiderindustrie). Bovendien moethiervoor de chip afslanken tot een dikte van slechts1 µm. Dergelijk dunne chips zijn dan al doorzichtig.IBM heeft enkele jaren geleden al een 3D-techniek voormicroprocessors gepresenteerd (figuur 5). Ook van deTohoku-universiteit in Japan is een driedimensionalegeheugenchip bekend (figuur 6). Aan de Stanford-uni-versiteit wordt geëxperimenteerd met een 3D-integratievan fotonische componenten met elektronica. Maarzodra wordt gekozen voor een metalen verbinding tus-sen de chips, speelt de thermische problematiek weerop. Misschien kan hiervoor ooit nanobedrading wor-den gebruikt.

Optische verbindingenMisschien vormen op de duur ook optische verbindingeneen oplossing. Bij optische signaaloverdracht worden delooptijden kleiner, de vermogensopname neemt merk-baar af en ook jitter en skew (de kleine onvoorspelbareverschuivingen van de klokfrequentie) worden duidelijkgereduceerd. Beneden een lengte van 5 mm is koper nietslechter dan een optische verbinding. Maar als de ver-bindingen langer worden, zeker bij global routing, is deoptische benadering in het voordeel. Dat geldt in het bij-zonder voor de in- en uitgangsverbindingen van de chip.Voor het realiseren van dergelijke verbindingen staanoptische actieve halfgeleidermaterialen ter beschikking.GaAs is er één van, maar met het oog op de integratiemet silicium is germanium beter. De eerste experimentenmet 3D-integratie van Ge-optoelektronica met siliciumhebben inmiddels plaatsgevonden.

Thermische problemen doen zich ook bij 3D-chips voor.Door het stapelen van chips zal de thermische weerstandvoor elke chip toenemen, waardoor de temperatuur vande verschillende chips zal oplopen. Daardoor mogentwee chips die beide veel vermogen dissiperen niet directop elkaar worden aangebracht. Een oplossing voor dewarmteproblematiek zou kunnen zijn een microkanaal-koeling op de rugzijde van de chip. Dan zal in veelgevallen een koellichaam ook overbodig zijn.

(040325)


Advertentie

ONTWIKKELEN M

elektuur - 3/200522

Tony Dixon

In dit eerste van drie artikelen geven we een overzicht van derecente ontwikkelingen op het gebied van microcontrollers diezijn uitgerust met een 32-bits ARM-processorkern. We richtenons daarbij vooral op de typen die voor een redelijke prijsverkrijgbaar zijn en in een behuizing zitten waar je nietmeteen een SMD-soldeerstation voor nodig hebt.

ARM staat voor Advanced RISC Machine. En RISC bete-kent Reduced Instruction Set Computer. De 32-bits ARM-architectuur bestaat al jaren en wordt vooral veel toege-past in producten waar een gering energieverbruikbelangrijk is, zoals mobiele telefoons en PDA’s. Erbestaan verschillende versies van deze 32-bits processor-kern, zoals de ARM7, ARM9, ARM10 en de onlangsaangekondigde ARM 11. Elk van deze versies biedtweer meer rekencapaciteit dan zijn voorgangers.Vroeger bestonden er alleen ARM-microprocessors dieextern data- en programmageheugen en periferie nodighadden om tot een compleet systeem te komen. Maar erzijn nu verschillende leveranciers van microcontrollers die

naast een 32-bits ARM-processorkern beschikken overvoldoende intern geheugen om als volwaardige micro-controller ingezet te worden. In tabel 1 is een selectievan zulke ARM-microcontrollers te zien van drie fabrikan-ten (Analog Devices, OKI Semiconductors en PhilipsSemiconductors). Ook Atmel, NetSilicon, Samsung en TIleveren dit soort microcontrollers, maar dan meestal ineen BGA-behuizing (BGA = ball grid array) die erg lastigmet de hand zijn te verwerken voor hobbyisten of voorhet bouwen van prototypen. We richten onze aandachtliever op de typen die wel goed verkrijgbaar en toepas-baar zijn. Vandaar de keuze voor de genoemde driefabrikanten.


MET ARM Overzicht van ARM-processors

Overzicht van deARM7TDMI-processorkern

De ARM7 is een 32-bits Reduced Instruction Set Computer(RISC). Hij beschikt over een 32-bits bus die zowel voorinstructies als voor data gebruikt wordt. De data kunnen 8,16 of 32 bits breed zijn, de instructiewoorden bestaan altijduit 32 bits.

Wat betekent TDMI?De ARM7TDMI is een ARM7 met vier extra voorzieningen,die met de volgende letters worden aangeduid:

T ‘Thumb’ (16-bits) instructieset

D Debug-ondersteuningM ‘Multiply’: Ondersteuning van lange vermenigvuldigin-

genI Ingebouwde EmbeddedICE-module voor debuggen in

embedded systemen

Thumb mode (T)ARM-instructies zijn normaal gesproken 32 bits breed. DeARM7TDMI beschikt echter over een gecomprimeerdeinstructieset die maar 16 bits breed is. Daardoor kan snellergewerkt worden met een 16-bits databus en kan de codevaak compacter opgeslagen worden. Dit maakt deARM7TDMI zeer geschikt voor embedded toepassingen.De Thumb-mode heeft natuurlijk ook zijn beperkingen:Er zijn meestal meer instructies nodig om hetzelfde doel tebereiken, dus voor tijdkritische code is de normale 32-bitsmode vaak meer geschikt.De Thumb-instructieset mist een aantal voorzieningen voorexception-handling. Dus ook daarvoor moeten we onze toe-vlucht nemen tot normale ARM-code.Voor alle details omtrent de architectuur van de processor-kern en de verschillende instructiesets verwijzen we naar deARM7TDMI User Guide.

Long Multiply (M)Dankzij een 32-bits vermenigvuldigingsinstructie is de pro-cessor geschikt voor complex rekenwerk, dat normaalgesproken alleen door een DSP kan worden gedaan. DeARM7TDMI-instructieset beschikt over vier speciale instructiesdie het mogelijk maken om twee 32-bits getallen te verme-nigvuldigen, met als resultaat een uitkomst van 64 bits doormiddel van ‘Multiplication-ACcumulation’ (MAC).

EmbeddedICE (I)EmbeddedICE zorgt voor uitgebreide debugging-mogelijkhe-den. Deze module bevat de breakpoint- en watchpoint-registers, die het mogelijk maken om de uitvoering van hetprogramma te stoppen voor het debuggen. Deze registerszijn te besturen via de JTAG-interface met behulp vandebugging-software die op een PC draait.Als de processor een breakpoint of watchpoint bereikt,wordt deze gestopt en in debugging-mode gezet. In die toe-stand kunnen de registers van de CPU geïnspecteerd wor-den, evenals het flash/EE, SRAM en de Memory MappedRegisters.

nRESET

nMREQ

SEQ

ABORT

nIRQnFIQ

nRW

LOCKnCPICPACPB

nWAITMCLK

nOPC

nTRANS

InstructionDecoder

&ControlLogic

Instruction Pipeline& Read Data Register

DBE D[31:0]

32-bit ALU

BarrelShifter

AddressIncrementer

Address Register

Register Bank(31 x 32-bit registers)

(6 status registers)

A[31:0]ALE

Multiplier

ABE

Write Data Register

nM[4:0]

32 x 8

nENOUT nENIN

TBE

ScanControl

BREAKPTIDBGRQI

nEXEC

DBGACKECLK

ISYNC

APEBL[3:0]

MAS[1:0]

TBITHIGHZ

040444 - 13

& Thumb Instruction Decoder

Incrementer bus

ALU bus

PC bus

A bus

B bus

Analog DevicesAnalog Devices (www.analog.com) staat niet echtbekend als een producent van microcontrollers, maardat zal gaan veranderen dankzij een nieuwe familievan microcontrollers met analoge interfaces met grotenauwkeurigheid. Elektuur heeft al in 2001 [Ref. 1] ineen serie artikelen aandacht besteed aan de ADuC812van Analog Devices, die gebaseerd was op een 8052-processorkern. Er is nu een nieuwe serie microcontrollersop de markt gekomen, die gebaseerd is op eenARM7TDMI-core.

Met de ADuC702x-familie brengt Analog Devices micro-controllers op de markt die beschikken over een 32-bitsARM7TDMI-processorkern en een 12-bits data-converterdie maximaal 16 kanalen kan verwerken met een snel-heid van een miljoen samples per seconde. DeADuC702x-chips bevatten ook maximaal vier 12-bitsDAC’s met een bandgap-referentiespanningsbron meteen temperatuurstabiliteit van 10 ppm/°C. Tot de perife-rie behoren verder een comparator, een kleine PLA (Pro-grammable Logic Array) voor het realiseren van een flexi-bele koppeling tussen de verschillende onderdelen, eeningebouwde temperatuursensor (±3 °C) en een driefase

16-bits PWM-generator. Vooral de PLA is een opmerke-lijke feature voor een microcontroller.De chips beschikken ook over een JTAG-aansluiting voorhet debuggen. De UART kan gebruikt worden voor in-cir-cuit programming.De interne oscillator is geschikt voor klokfrequenties tot35 MHz met een nauwkeurigheid van 2%. De maximaleklokfrequentie van 45 MHz kan alleen bereikt wordendoor gebruik te maken van een externe oscillator.Er zijn verschillende geheugenconfiguraties mogelijk. DeADuC7024 heeft een flash-geheugen van 32 Kbyte ende ADuC7026 heeft een flash-geheugen van 62 Kbyte.Alle typen hebben 8 Kbyte RAM-geheugen. De chips zijnook verkrijgbaar in verschillende behuizingen, namelijkeen 6x6 mm CSP-behuizing met 40 aansluitingen, eenLQFP met 64 pennen en een LQFP met 80 pennen.Alle typen werken op een voedingsspanning van 3 V enzijn geschikt voor een temperatuurbereik van –40 tot +85 °C. Sommige typen zijn geschikt voor hogere tempe-raturen tot + 105 of +125 °C.Analog Devices levert ook een goedkoop ontwikkel-systeem onder de naam QuickStart. Dit bestaat uit eenvoeding, kabels, experimenteerkaart, JTAG-emulator ensoftware-ontwikkeltools van Keil Software en IAR Systems.Dit QuickStart-ontwikkelsysteem is voor $ 249 verkrijg-

elektuur - 3/200524

Tabel 1. Vergelijking van ARM-processorsDevice Behuizing RAM Flash Clock I/O UART

AduC7020 40-pens LFCSP 8 KB 62 KB 0,3 … 45 MHz 14 1



AduC7024 64-pens LQFP 8 KB 62 KB 0,3 … 45 MHz 30 1




LPC2104 48-pens TQFP 16 KB 128 KB 0 … 60 MHz 32 2



LPC2114 64-pens LQFP 16 KB 128 KB 0 … 60 MHz 46 2









ML674001 144-pens LQFP 32 KB 256 KB 1 … 60 MHz 42 2

ML674001 144-pens LQFP 32 KB 512 KB 1 … 60 MHz 42 2

ML675001A 144-pens LQFP 32 KB 256 KB 1 … 60 MHz 42 2

ML675001A 144-pens LQFP 32 KB 512 KB 1 … 60 MHz 42 2

baar bij Analog Devices.De 64- en 80-pens uitvoeringen zijn voor onze lezerswaarschijnlijk het meest geschikt.

PhilipsVan alle fabrikanten die in dit artikel aan de orde komenis Philips (www.semiconductors.philips.com) wel hetmeest actief op het gebied van ARM-microcontrollers. Phi-lips biedt een uitgebreide keus in microcontrollers geba-seerd op de 32-bits ARM7TDMI-S-kern (zie tekstkader).Als eerste leverde Philips de LPC210x. Afhankelijk van hettype beschikte deze over 16 tot 64 Kbyte aan RAM-geheugen. Daarnaast was 128 Kbyte aan flash-geheugenbeschikbaar. Deze controllers werkten met een klokfre-quentie van 60 MHz. De ingebouwde periferie omvattetwee UART’s, SPI- and I2C-interface, een 6-kanaals PWM-generator en 32 digitale I/O-lijnen. En dat allemaal ineen kleine LQFP-behuizing met 48 aansluitpennen!Alle drie deze controllerchips zijn gebaseerd op dezelfdearchitectuur en ze hebben dezelfde geheugen-layout eninterrupt-controller. Ook de periferie van de verschillendetypen is op dezelfde wijze opgebouwd, net als demethode van flash-programmeren, de JTAG-interface voordebugging en emulatie.

De processorkern werkt met een voedingsspanning van1,8 V en de periferie met 3,3 V. De I/O-lijnen zijn ookbestand tegen spanningen van 5 V.Later heeft Philips de LPC21xx-familie uitgebreid met gro-tere exemplaren in een 64- en 144-pens LQFP-behuizing.Deze nieuwe familieleden beschikken over een groterflash-geheugen, een extra SPI-interface en meer digitaleI/O-lijnen. Ze bevatten ook een 4- of 8-kanaals ADC meteen resolutie van 10 bits, een 2- of 4-kanaals CAN-bus-interface en een optie voor extern geheugen op de typenmet 144 aansluitpennen.

Er bestaan voor de LPC210x-microcontrollers verschil-lende ontwikkelen experimenteerborden van leveran-ciers als Hitek, Keil, IAR en Nohau.Volgens persberichten van Philips kunnen we in de toe-komst microcontrollers in de LPC21xx- en LPC22xx-serieverwachten, die beschikken over Ethernet-, USB- en802.11-ondersteuning. Dat is iets waarop we ons alvastkunnen verheugen!

OKI SemiconductorsOKI Semiconductors (www.oki.com) is een Japans bedrijfdat een uitgebreid assortiment IC’s produceert. Ook


SPI I2C CAN Timers PWM ADC DAC Opmerkingen

1 2 - 2 - 5 x 12 bit 4 x 12 bit PLA, temperatuur-sensor

1 2 - 2 - 8 x 12 bit 2 x 12 bit PLA, temperatuur-sensor

1 2 - 2 - 10 x 12 bit - PLA, temperatuur-sensor

1 2 - 2 3 10 x 12 bit 2 x 12 bit PLA, temperatuur-sensor, 3-fase

1 1 - 2 3 12 x 12 bit - PLA, temperatuur-sensor, 3-fase

1 1 - 2 3 12 x 12 bit 4 x 12 bit PLA, temperatuur-sensor, 3-fase

1 1 - 2 3 16 x 12 bit - PLA, temperatuur-sensor, 3-fase

1 1 - 4 x 16 bit 6 kan. - -

1 1 - 4 x 16 bit 6 kan. - -

1 1 - 4 x 16 bit 6 kan. - -

2 1 - 4 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit -

2 1 - 4 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit -

2 1 - 4 x 16 bit 6 kan. 8 x 10 bit - met interface voor extern geheugen


2 1 2 4 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit -

2 1 2 4 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit -

2 1 4 4 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit -

2 1 2 4 x 16 bit 6 kan. 8 x 10 bit - met interface voor extern geheugen

2 1 4 4 x 16 bit 6 kan. 8 x 10 bit - met interface voor extern geheugen



1 1 - 7 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit - Ext. geheugen-interface, 8 K cache

1 1 - 7 x 16 bit 6 kan. 4 x 10 bit - Ext. geheugen-interface, 8 K cache

microcontrollers met een 32-bits ARM-architectuur staanal jaren in hun programma. Recentelijk hebben ze hunassortiment uitgebreid met een nieuwe serie universelemicrocontrollers gebaseerd op een ARM7TDMI-kern.Het betreft hier de ML674001- en ML675001-serie. DeML674001-serie bestaat uit drie typen: de ML674001,ML67Q4002 en ML67Q4003. De ML675001-serieomvat de typen ML675001, ML67Q5002 enML67Q5003. De ML674001 en ML675001 hebbengeen ROM-geheugen.

De ML67Q4002/3 en de ML67Q5002/3 kunnen uitge-rust zijn met een groot flash-geheugen tot wel 512 Kbyteen ze hebben 32 Kbyte RAM. De periferie omvat 1systeem-timer, 6 universele timers, 2 PWM-generators,een watchdog-timer, universele I/O-lijnen, ADC-conver-ters en twee DMA-kanalen. Voor de communicatie zijn er2 UART’s, één die werkt als een standaard 16550A meteen FIFO-buffer van 16 bytes en één zonder FIFO-buffer.Daarnaast zijn er een I2C- en een SPI-interface. Er is eeninterface voor extern SDRAM-geheugen, die ook geschiktis voor ROM’s en flash-geheugens. Ook I/O-devices kun-nen via deze interface worden aangestuurd.Een standaard JTAG-interface is aanwezig voor hetdebuggen en programmeren, maar deze chips beschik-ken ook over een ingebouwde bootstrap-voorziening. Inde boot-mode wordt vanuit de interne ROM een pro-gramma gedownload naar het RAM-geheugen, waarmeehet flash-geheugen geprogrammeerd kan worden. De teprogrammeren data moeten dan via de UART aangele-

verd worden.Deze chips werken met een voedingsspanning van 2,5 Vvoor de processorkern en 3,3 V voor de I/O en de peri-ferie. Ze kunnen werken in het temperatuurbereik van–40 tot +85 °C.De maximale klokfrequentie van de ML674001-serie is33 MHz, voor de ML675001-serie is dat 60 MHz.Bovendien beschikken de controllers van de ML675001-serie over een 8 Kbyte grote cache die een verdere ver-snelling mogelijk maakt.De ML67Q4002/3 en de ML67Q5002/3 worden gele-verd in een 144-pens LQFP-behuizing. Al deze microcon-trollers zijn onderling pen-compatibel, zodat opwaarde-ren van een ML674001 naar een ML675001 mogelijk iszonder ingrijpende veranderingen in de hardware.

Volgende maandIn het volgende deel van deze driedelige serie zullen wedieper ingaan op microcontrollers en presenteren we eenzeer krachtig ontwikkelsysteem voor microcontrollertoe-passingen, dat thuis, op school of in de werkplaats na tebouwen is. Voor zover we weten, heeft geen enkel anderelektronicatijdschrift dat tot nu toe gedaan…

(040444-1)

[Ref. 1] ISAC - Intelligente Sensor/Actuator Controller, deel 1...4, Elektuur oktober 2001 t/m januari 2002.

elektuur - 3/200526

Advertentie

Lawaaiis een ernstige vorm van

milieuvervuiling en kan leiden totgehoorbeschadiging. Op veel plaatsen

worden geluiddempende middelen toegepast.Maar wetenschappers proberen het kwaad bijde wortel te bestrijden en gebruiken antigeluid

als wapen. De eerste resultaten zijn erinmiddels...

ANTIGELUID

Het gebeurt wel eens dat een nieuwe technologie er oppapier plausibel uit ziet, terwijl het toch nog jaren duurtvoordat het basisidee ook werkelijk is gerealiseerd. Eensprekend voorbeeld hiervan is een patent dat in 1933 isverworven door de Duitse natuurkundige Paul Lueg. Zijnidee was geniaal en toch verbluffend eenvoudig. In hetpatent, waarvan de illustratie te zien is in figuur 1,beschrijft hij het basisprincipe van antigeluid. Het onge-wenste geluid wordt met een microfoon opgenomen, ver-sterkt en in tegenfase aan een luidspreker aangeboden.Het resultaat zal een verbluffende stilte zijn (figuur 2).Dat geldt tenminste in theorie, zolang de frequentie- enfasekarakteristiek van microfoon, versterker en luidspre-ker voldoende vlak zijn en invloeden als temperatuur enluchtvochtigheid geen rol spelen.

Antigeluid in een hoofdtelefoonLawaai is een vaak onderschatte vorm van milieuvervui-ling. Het kan leiden tot vermoeidheid, concentratieverlies,nervositeit, prikkelbaarheid en op de lange duur ook totgehoorbeschadiging. Passieve middelen voor gehoorbe-scherming, zoals oordopjes, dempen het geluid vooral inhet midden- en hogere frequentiebereik en maar weinigin het lage gebied (figuur 3).

Het idee van Paul Lueg is tientallen jaren onbruikbaargeweest, maar de laatste tijd zijn er toch succesvolle toe-passingen ontwikkeld. De meest verbreide en bekendstetoepassing is in de luchtvaart. Daar wordt het principevan antigeluid toegepast in de hoofdtelefoon van debemanning en sinds kort ook van de passagiers (vooralde passagiers in de eerste klasse natuurlijk). Dergelijkesystemen staan bekend onder de naam ANR (ActiveNoise Reduction) en ANC (Active Noise Cancelling). Inde VS zijn ANR-hoofdtelefoons intussen een gewild arti-kel geworden, vooral bij muziekliefhebbers die veel vlie-gen. Zij kunnen dankzij ANR in een lawaaiige omgevingongestoord van muziek genieten. Vanwege deze popula-riteit is het marktaanbod in de VS recent ook flinkgegroeid. Fabrikanten als Philips, Sony, Aiwa, Maxwell,Bose, Shure, Koss, Altec-Lansing en Jensen bieden pro-ducten aan met een prijs vanaf $ 30. Panasonic en Sonyleveren zelfs in-ear-hoofdtelefoons met ANR.

Een van de belangrijkste Europese aanbieders van dezetechnologie is de firma Sennheiser die hiervoor de pro-ductnaam NoiseGard-System gebruikt (www.sennhei-ser.com/). In beide oorschelpen van de hoofdtelefoonzijn een elektret-microfoonkapsel en een terugkoppelver-sterker ingebouwd. Het door de microfoon opgenomengeluid (het gewenste én het ongewenste signaal) wordtversterkt en het gewenste signaal wordt eruit gefilterd.Het ongewenste signaal wordt verder versterkt, 180˚ infase gedraaid en opgeteld bij het oorspronkelijke signaalvoordat het aan de luidspreker wordt aangeboden. Voorde drager van de hoofdtelefoon zal het omgevingsla-waai dan voor een groot deel verdwenen zijn.De NoiseGard-hoofdtelefoons worden aangeboden ineen open en een gesloten versie. Het open systeem


Effectief middel tegen lawaai

Stoorsignaal

Antisignaal

045124 - 12Som van beide signalen

0

5020 200

Frequentie [Hz]

restgeluid

passief

2k 20k

40

30

20

10

Dem

ping

[dB

]

045124 - 14

Figuur 1. Deillustraties bij deoriginelepatentbeschrijvingvan Paul Lueg.

Figuur 2. Zo werktantigeluid, maarhelaas alleen intheorie.

Figuur 3.Geluiddemping vaneen geslotenhoofdtelefoonzonder ANR.

compenseert omgevingslawaai in het specifiek voorluchtvaart belangrijke deel van het geluidsspectrum.Tussen 400 Hz en 1000 Hz wordt een demping vanmeer dan 10 dB bereikt (figuur 4). Het geluidsniveauvan de communicatieapparatuur kan daardoor afnemenzonder dat de verstaanbaarheid slechter wordt. Omdatde hoofdtelefoon een open constructie heeft, blijvenstemmen en waarschuwingssignalen uit de cockpit hoor-baar, alleen de storende geluiden worden effectiefonderdrukt. Een lichte open hoofdtelefoon biedt opdeze manier een optimaal draagcomfort, iets datvooral bij lange reizen van belang is.

Door passieve gehoorbescherming (oordopjes of eengesloten hoofdtelefoon) te combineren met een actievelawaaicompensatie kan een nog grotere demping wor-den bereikt. Stoorgeluiden in het frequentiegebied van25...500 Hz worden dan gereduceerd met meer dan25 dB (figuur 5). Gesloten systemen zijn vooralbedoeld om te worden gebruikt in een lawaaiige omge-ving, zoals in de cockpit van een helikopter en in propel-lervliegtuigen.

Active Noise ControlBij de hiervoor beschreven toepassingen van antigeluidwas de lawaaicompensatie ruimtelijk erg begrensd. Indergelijke omstandigheden functioneert antigeluid ookhet best. In grotere ruimten en in de open lucht is het veelmoeilijker om van dit principe gebruik te maken. Tochzijn ook daarbij enige successen geboekt. In de lucht-vaart wordt sinds het midden van de 90-er jaren geluids-compensatie ook toegepast in vliegtuigcabines, vooralbij turbopropmachines en in businessjets. Als eerste ver-keersvliegtuig werd de Zweedse Saab 2000 seriematiguitgerust met een ANC van de firma Ultra Electronics Ltd.(www.ultraquiet.com/). Bij dit systeem wordt het geluidin de cabine geregistreerd door 72 microfoons en ver-werkt door een krachtige microprocessor. Het in fase ver-schoven compensatiesignaal wordt weergegeven doorniet minder dan 36 luidsprekers. Dankzij deze ANC kun-nen vooral de lage stoorgeluiden worden gereduceerd.Een vergelijkbaar toepassingsgebied is de geluidsreduc-

elektuur - 3/200530

0

5020 200

Frequentie [Hz]

restgeluid

2k 20k

40

30

20

10

Dem

ping

[dB

]

045124 - 13

actief

Figuur 4. Een openactief systeem

dempt vooral defrequenties in het

middengebied.

0

5020 200

Frequentie [Hz]

restgeluid

passiefactief

2k 20k

40

30

20

10

Dem

ping

[dB

]

045124 - 15

Figuur 5. Bij eengesloten systeem

worden ook de lagefrequenties effectief

onderdrukt.

Figuur 6. Een hoofdtelefoon

met eengeïntegreerd

ANR-systeem.

Antigeluid onlineIn Elektuur 10/2003 werd in de rubriek ‘Elektronica onli-ne’ al de aandacht gevestigd op de website van‘Headwise’ waarin ook het thema ANR-hoofdtelefoons tevinden is. Hier kan een zeer lezenswaardig achtergrond-artikel worden gevonden over de verschillende basisprin-cipes [1]. Ook een complete bouwbeschrijving van eenanaloge ANR ontbreekt niet [2].

Iets complexer is de DSP-application note (adaptive acti-ve noise control for headphones using the TMS320C30DSP) van Texas Instruments [3].

Een goed overzicht met betrekking tot dit thema, met veeltips en links, wordt geboden door de firma SignalSystems Corp. [4]. Ook de ANC-FAQ-site vanChristopher E. Ruckman [5] is het bezoeken waard. DeEdge Consulting Group levert informatie over ‘Vibrationsand signal processing’ op een site die gewijd is aanActive Noise Control [6].

Wie meer wil weten over het uitbreiden van een bestaan-de hoofdtelefoon met een ANR-kit kan eens kijken naarde gedetailleerde informatie van Headsets Inc. [7].

Internet-adressen

[1] http://headwize.com/tech/anr_tech.htm[2] http://headwize.com/projects/

showfile.php?file=noise_prj.htm[3] www-s.ti.com/sc/psheets/spra160/spra160.pdf[4] www.signalsystemscorp.com/ancindex.htm[5] http://users.erols.com/ruckman/ancfaq.htm[6] www.ecgcorp.com/[7] www.headsetsinc.com/

tie in de omgeving van grote ventilatoren bij systemenvoor ventilatie en airconditioning. Ook worden allerleigrote motoren voor industrieel gebruik inmiddels voor-zien van ANC. Bij vrachtwagens bevindt ANC zich nogin een proefstadium, waarbij het natuurlijk erg interessantzou zijn als de toch al aanwezige geluidsinstallatie hier-voor zou kunnen worden ingezet.Het is in principe natuurlijk nog zinvoller om het geluid nietbij de ontvanger te compenseren, maar bij de veroorza-ker. Alle onderzoek op dit gebied heeft echter tot opheden nog niet veel succes gehad. Figuur 7 toont sche-matisch de opbouw van een onderzoeksproject van de

DLR (de Duitse evenknie van ons Lucht- en RuimtevaartLaboratorium NLR). Dit systeem heeft als doel de geluidsre-ductie van een vliegtuigturbine. Deskundigen hebben bere-kend dat op deze manier het lawaai kan worden terugge-bracht met 10...20 dB. Dat betekent een halvering of zelfseen reductie tot een kwart van de huidige lawaaibeleving!Het principe van antigeluid en ANC kan overigens nietalleen op geluid, maar ook op vibraties worden toege-past (AVC, Active Vibration Control) en op door vibratiesveroorzaakt geluid. Deze technologie lijkt een grote toe-komst te hebben.

(040440)


Microfoons Luidsprekers

Stroming

Triggersignaal

045124- 16

Regelaar

Antigeluid

Geluid

Turbomotor

Figuur 7. ActiveNoise Control aande bron: onderzoekbij de DLR.

Advertentie

Ton Giesberts

Watts met klasse

Bij de voor-versterker ‘The Audio Link’

uit april/mei 2004 hoort natuurlijkeen bijpassende eindversterker in een identieke

behuizing. Door de beperkte kastafmetingen is het aan-tal watts van deze eindtrap weliswaar wat bescheiden uitgevallen,

maar wel van uitstekende kwaliteit en nog altijd ruimschoots voldoende voorhet vullen van een gemiddelde woonkamer met een indrukwekkend klankbeeld.

THE AUDIO DRIVETHE AUDIO DRIVE

De voorversterker ‘The Audio Link’ sprakeen jaar geleden veel audioliefhebbersaan door de combinatie van een zeercomfortabele bediening met een hoog-waardige no-nonsense signaalverwer-king. Een bijpassende eindversterkermoet natuurlijk op hetzelfde kwaliteitsni-veau staan en daar hebben we in ditgeval ook extra veel moeite voor gedaan.Aangezien we graag dezelfde behuizingwilden gebruiken, was de beschikbareruimte niet al te groot en dat bepaalt bijeen eindversterker voor een groot deelhet maximale uitgangsvermogen. Vooralde afmetingen van de koelplaten en tra-fo’s zijn nu aan grenzen gebonden. Hetvermogen dat we hebben weten te reali-seren, bedraagt een kleine 50 W aan 4 Ω(met 80-VA-ringkerntrafo’s). Deze verster-ker is dus vooral geschikt voor mensendie muziek graag op een ‘beschaafd’niveau beluisteren en vooral hoge eisenstellen aan de weergavekwaliteit.Omdat het vermogen wat kleiner is danbij veel van onze voorgaande (discrete)eindversterkers, hebben we bij dezeeindtrap een nauwkeurige oversturings-indicator toegevoegd. Deze vergelijkt hetin- en uitgangssignaal van de eindver-sterker en laat een LED oplichten als hetverschil te groot wordt. Op die manierkan de luisteraar het uitsturingsniveaugoed in de gaten houden.

EindtrapWie de laatste jaren de schema’s van onzeeindversterkers heeft gevolgd, zal bij hetbestuderen van dit schema wel een ver-trouwd gevoel krijgen. Er zijn geen echteverrassingen te vinden, het zijn meer dekeuze van de transistoren en de layoutvan de print die de kwaliteit bepalen.De versterker (zie blokschema infiguur 1) bestaat in wezen uit 2 verschil-versterkers en een emittervolger, maardan wel volledig symmetrisch van opzet.Verder is er een integrator die zorgt datde DC-offset aan de uitgang altijd nul is.De ingangsverschilversterker (figuur 2)bestaat uit twee complementaire dual-transistoren van Toshiba (T1a/b, T2a/b).Daarna volgt een tweede verschilverster-ker-paar (T7/T8, T9/T10) dat het grootstedeel van de versterking levert. T7 en T9vormen tevens samen een push-pull-ver-sterker die meer dan genoeg stroom voorhet aansturen van de emittervolger-eind-trap kan leveren. De instelling van dezeverschilversterkers wordt zuiver door deinstelling van T1 en T2 bepaald. Destroom door de tweede set verschilver-sterker-trappen wordt door R20...R22,R23...R25 en de spanning over R7/R8,R10/R11 bepaald. De spanning over de

collectorweerstanden van de ingangs-paartjes wordt op zijn beurt verzorgddoor stroombron T3 resp. T4.Het is duidelijk dat alle instellingen in deversterker direct afhankelijk zijn van detwee stroombronnen T3 en T4, daarom isdaar extra aandacht aan besteed. Als refe-rentie voor de stroombronnen wordtgebruik gemaakt van platte LED’s die ophun beurt door twee eenvoudige JFET-stroombronnen op een redelijk constantestroom worden ingesteld. Daardoor heb-ben de stroombronnen T3 en T4 vrijwelgeen last van de voedingsrimpel en varia-ties in de voedingsspanning. Helaas heb-ben JFET’s een behoorlijke spreiding. Menmoet hier goed op de meetwaarden letten,meer dan 20% afwijking is niet acceptabel.

De vermogensuitgangstrappen zijngeschakeld als emittervolger en verderstandaard van opzet (twee complemen-taire darlingtons, T12/T14 en T13/T15).Aan de ingangen van de emittervolgerszijn twee weerstanden (R26/R27)geplaatst die de ingangsimpedantie vande stroomversterker lineariseren en deinvloed van diverse parasitaire capacitei-ten verminderen. Hierdoor vermindertweliswaar de open-loop-versterking,maar daarvoor neemt de bandbreedteaanzienlijk toe. De overall-tegenkoppelingis dan minder, wat vanuit audiofiel oog-

punt beter is voor de weergavekwaliteit.

T11 verzorgt de ruststroominstelling.Hiervoor is dezelfde transistor gekozenals de NPN-driver (T12), dat maakt straksde montage iets gemakkelijker doordatdeze transistor net als T12 en T13 eenkunststof behuizing heeft en zonder iso-latie op de koelplaat gemonteerd kanworden. De ruststroomtransistor is op deprint fysiek tussen de twee eindtran-sistoren T14/T15 geplaatst (die wel meteen mica-isolatieplaatje moeten wordengeïsoleerd) voor een maximale thermi-sche koppeling; drivers T12 en T13 zijnvervolgens aan weerszijden hiervangeplaatst. De eindtransistoren wordeningesteld op een ruststroom van 100 mA,meer is niet nodig.

Integrator IC1 corrigeert de ingangsbias-stroom en eventuele offsets door onge-lijkheden in de diverse gelijkspannings-instellingen, door een stroom aan deingang van de versterker te injecteren.De biasstroom wordt door verschil in ver-sterkingsfactoren van de complementairedual-transistoren en de twee stroom-bronnen veroorzaakt, maar ook de onge-lijkheden in alle navolgende transistoren(versterkingsfactoren en basis/emitter-spanningen) spelen hierbij een rol. Metde huidige dimensionering is een bias-


T1

T10 T9

T2

T8 T7

T12

T14

T13

T15

T11

040198 - 15

IC1DC-correctie

beveiliging

+Ub

-Ub

Figuur 1. Blokschema van de versterker. Dit is een doorontwikkeling vanvoorgaande Elektuur-ontwerpen.

stroom van ongeveer 8 µA te compense-ren. R48 en C20 bepalen de integratie-constante en C19 ontkoppelt eventueleinvloeden van IC1 (anders dan de correc-tie van de biasstroom).Aan de ingang van de versterker vormenR1 en C1 een laagdoorlaatfilter dat voor-komt dat de versterker overstuurd raaktals te snelle ingangssignalen wordenaangeboden. Om de ontstane offset-spanning klein te houden is ingangs-weerstand R2 lager dan gebruikelijkgedimensioneerd, hier dus 10 kΩ. Deingangsgevoeligheid van deze eindver-sterker is bewust ook wat lager gekozenom de kans op oversturing te verkleinen.Vandaar dat de versterking door R17 enR18 op ongeveer 10,5 maal uitkomt (letook op de invloed van R1).Om IC1 goed zijn werk te laten doenmoet de ingang AC-gekoppeld worden.Omdat voor een voldoende laag kantel-

punt de ingangscondensator bij de geko-zen ingangsweerstand nogal forse afme-tingen krijgt, is er voor gekozen dieelders onder te brengen (hij bevindt zichop de print van de oversturingsindica-tor). Op deze wijze blijft de eindverster-kerprint kleiner en is de afstand tussennettrafo en eindversterkerprint groter.Bijkomend voordeel is dat de overstu-ringsindicator gebruik kan maken vanhet ingangssignaal na de ingangscon-densator en daardoor geen extra aftak-king nodig is.

De compensatie van de versterker, die voorhet grootste deel de open-loop-parametersbepaalt, bestaat uit C2/R9 en C3/R12.C10/R19 vormt een HF-ontkoppeling.De uitgang van de versterker wordt dooreen 16-A-relais geschakeld, het in deonderdelenlijst vermelde type heeft eenstandaard industrie-pinout en kan ook

door andere gelijkwaardige typen ver-vangen worden.Om de aangesloten luidsprekers tebeveiligen tegen een eventuele offset bijinschakelen van de netspanning, wordthet uitgangssignaal van de versterker viahet relais vertraagd doorgeschakeld. Devertragingstijd bedraagt hier ongeveer 6à 7 seconden. Er wordt nu eens niet naarde trafospanning gekeken, maar naar devoedingsspanning van de eindversterker.Daalt deze onder 17 V, dan schakeltMOSFET T18 het relais af. De MOSFETbegint te geleiden als de gate-spanningongeveer 2,5 V bedraagt. Die drempelkan per FET-exemplaar verschillen endan is de vertragingstijd afwijkend. Degate is via spanningsdeler R42...R44direct met de voedingsspanning verbon-den. D12 verhindert dat C18 de MOSFETbij het dalen van de voedingsspanning ingeleiding houdt en D13 zorgt ervoor dat

elektuur - 3/200534

R1

470 Ω

R2

10k C1

1n

C19

470n

C4

100n

C7

100n

C11

100n

C5

3300µ35V

C8

3300µ35V

C6

470n

C9

470n

C12

100n

C13

3300µ35V

C14

100n

C15

3300µ35V

2

3

6IC1

7

4

OPA177GP

R48

330k

R47

1M

R46

1M

R18

4k7

R14

270

Ω

R131k

R16

270

Ω

R151k

R10

820

Ω

R11

820

Ω

R23

22Ω

R24

10Ω

R25

10Ω

R7

820

Ω

R8

820

Ω

R20

22Ω

R21

10Ω

R22

10Ω

R26

4k7

R27

4k7

R33

22Ω

R3222Ω

R28

560

Ω

R29

120

Ω

R34

0Ω

22

R35

0Ω

22

R3

33Ω

R4

33Ω

R5

33Ω

R6

33Ω

D9

D10

T5BF245A

T6BF245A

T4

2SC2911

D14

5V6 0W4

D15

5V6 0W4

D8D7

4V70W4

R12

15Ω

C3

2n2

D6D5

4V70W4

R9

15Ω

C2

2n2

T3

2SA1209

2SA1349

T23

1

2

5

7

6

2SC3381

T1

5

7

6

3

1

2

D1

1N4148

D2

D4D3

C20

2µ2

T8

T72SA1209

R17

470

Ω

R19

470

Ω

C10

15p

T11

2SC5171

T9

T10

2SC2911

250 Ω

P1

T122SC5171

T13

2SA1930

T15

2SA1987

T14

2SC5359

R31

1 Ω

R30

1 Ω

K3

+25V

K5

–25V

L1

R36

2Ω2

RE1

K1

LS+

K2

LS–

K4C17 47µ

25V

C16

R37

100k

R38

100k

T16

BC547B

R39

100k

T17

R40

1k

R41

10M

R42

330k

R43

1M

R44

1M

C18

10µ63V

D12

1N4148

D13

T18

BS170

D11RE1

R45

1Ω

2x

2x

2x

4x

3x

2x

2x

2x

040198 - 11

1V32

1V32

5V5

5V5

0V08

0V08

0V08

0V08

1V89

1V89

1V89

1V89

1V1V

0V23

0V23

1V24

0V23

0V23

1V20

2V44

+21V

2–2

1V2

0V 0V

Figuur 2. Dankzij de toepassing van uitgelezen componenten kon de kwaliteit van dit ontwerp ten opzichte van voorgaandeversies nog beduidend verbeterd worden.

C18 ontladen wordt als de voedings-spanning verder dan de helft daalt. Devertragingstijd wordt dan gemaximali-seerd als de versterker te snel opnieuwingeschakeld wordt.Het relais is via R45 met de voedings-spanning verbonden, zodat ook eenrelais met een lagere spoelspanning toe-gepast kan worden door de waarde vanR45 aan te passen (let dan wel op de dis-sipatie van deze weerstand).De DC-beveiliging is ook gekoppeld aandeze inschakelvertraging. Ze schakelthet relais af door C18 van het inschakelcir-cuit snel te ontladen.Bij een positieve DC-spanning wordt T16in geleiding gebracht en deze ontlaadt viaR40 elco C18 als de spanning aan de ver-sterkeruitgang groter wordt dan +1,5 V.Bij een te grote negatieve spanning aande uitgang gaat T17 door het negatiefworden van zijn emitter in geleiding. De

ontlaadstroom van C18 moet dan via R37en R38 lopen. De dimensionering vanspanningsdeler R42...R44 bepaalt ook dewaarden van R37...R39; deze kunnen niette hoog worden gekozen omdat andersde drempel voor het detecteren van eennegatieve DC-spanning aan de verster-keruitgang te hoog wordt (met 100 kΩ isdit ongeveer -3,5 V). Daardoor is de nega-tieve kant van deze schakeling watongevoeliger dan de positieve, maar datheeft in de praktijk geen consequenties.

OversturingsindicatorDoordat deze versterker een (naar heden-daagse maatstaven) vrij bescheiden uit-gangsvermogen levert, kan het natuur-lijk gebeuren dat de versterker over-stuurd wordt (clipping) bij luidemuziekpassages. Daarom is hier eenbetrouwbare indicator (LED) toegevoegd

die continu de in- en uitgang van de ver-sterker met elkaar vergelijkt en waar-schuwt wanneer in- en uitgangssignaalniet meer met elkaar in overeenstem-ming zijn (zie figuur 3). Afgezien van eengrotere amplitude moet de uitgangs-spanning van de versterker identiek zijnaan het ingangssignaal (fase- en frequen-tiekarakteristiek).

Daartoe wordt het uitgangssignaal ver-zwakt en het ingangssignaal versterkt.Bij dit laatste wordt de overdracht van deversterker op eenvoudige wijze met IC1b(IC3b voor het andere kanaal; voor derest van de beschrijving beperken weons tot een kanaal) zo goed mogelijknagebootst. Zo heeft RC-netwerkjeR3/C2 ongeveer dezelfde tijdconstanteals het laagdoorlaatfilter aan de ingangvan de eindversterker (R1//R2 en C1). Eris bewust voor een hogere impedantie


6

5

7IC1.B

2

3

1IC1.A

IC2.A12

5

43

IC2.B7

10

9

8

K1

R11

M

R2

10

0k

R4

0Ω

R5

1k

69

R10

15

k

R11

47

0Ω

R12

47

0Ω

R13

15

k

R14

27

0Ω

R15

15

0Ω

R3

1k

R6

4k75

R7

470Ω

R8

20k0

R9

10k0

R16

220Ω

R17

220Ω

C110µ

C2

470p

C3

open

C4

15p

C6

100n

C7

100n

C8

100n

C9

100n

500ΩP1

T1BF245A

D1 C5

22µ40V

C10

470µ25V

C11

470µ25V

D3

15V1W3

D4

15V1W3

IC1

8

4

IC2

11

6

LS+

+15VL

+15VL

+25V

–25V

–15VL

–15VL

IC1 = AD827IC2 = LM319

6

5

7IC3.B

2

3

1IC3.A

IC4.A12

5

43

IC4.B7

10

9

8

K2

R18

1M

R19

10

0k

R21

0Ω

R22

1k

69

R27

15

k

R28

47

0Ω

R29

47

0Ω

R30

15

k

R31

27

0Ω

R32

15

0Ω

R20

1k

R23

4k75

R24

470Ω

R25

20k0

R26

10k0

R33

220Ω

R34

220Ω

C1210µ

C13

470p

C14

open

C15

15p

C17

100n

C18

100n

C19

100n

C20

100n

500ΩP2

T2BF245A

D2 C16

22µ40V

C21

470µ25V

C22

470µ25V

D5

15V1W3

D6

15V1W3

IC3

8

4

IC4

11

6

LS+

+15VR

+15VR

+25V

–25V

–15VR

–15VR

IC1 = AD827IC2 = LM319

040198 - 12

Figuur 3. De stereo oversturingsindicator vergelijkt continu in- en uitgangssignaal van de eindtrap en geeft een signaal als hetverschil te groot wordt. Hier bevinden zich ook de ingangscondensatoren voor de eindtrappen.

dan R1/C1 bij de eindversterker zelfgekozen, omdat dit netwerkje mede deHF-belasting van de aangesloten voor-versterker bepaalt. R4/C3 is gereserveerdvoor eventueel afwijkende ingangsconfi-guraties in andere toepassingen, maarwordt hier niet gebruikt. De combinatieC4/R7 zal hier weinig invloed hebben,maar is voor de volledigheid tochgeplaatst.Opamp IC1 is een snelle dual-opamp vanhet type AD827. IC1a is als verschilver-sterker ingezet en vergelijkt de tweeaangeboden signalen. R8 en R9 verzwak-ken het luidsprekersignaal tot de helft(10,5/2). Door de dimensionering van R8

en R9 wordt het van IC1b afkomstige sig-naal een factor 1,5 versterkt. Daarommoet IC1b nog 3,5 maal versterken((10,5/2)/1,5). Om toleranties te kunnenvereffenen is de versterking van IC1ainstelbaar gemaakt. P1 moet theoretischop 210 Ω ingesteld zijn.Het uitgangssignaal van IC1a wordt ver-volgens aan IC2 aangeboden, een dual-comparator die hier als venstercompara-tor is toegepast. De drempels bedragen+0,5 en -0,5 V, waardoor de uitgangs-spanning meer dan 1 V moet afwijkenvan de verwachte waarde (10,5 maal deingangsspanning). Het zal duidelijk zijndat een dergelijk grote afwijking vooraldoor clipping zal ontstaan, oversturingdus. Lagere drempels zouden de gevoe-ligheid van de schakeling voor ruis en enandere HF-interferenties te veel vergro-ten en de LED’s wellicht te vroeg latenoplichten.De open-collector-uitgangen van de com-parators zijn met elkaar verbonden endeze laden elco C5 op. Daarbij dient R15als stroombegrenzing. De spanning overC5 wordt gebruikt om LED D1 goed zicht-baar te laten oplichten, ook bij korte pie-ken. Nadat de comparatoruitgangen weerin de spertoestand zijn gegaan, wordt deLED nog enige tijd vanuit de elco metstroom verzorgd via stroombron T1 (dank-zij de stroombron wordt de energie in deelco optimaal gebruikt en kan de led zolang mogelijk met constante helderheidoplichten). De JFET is met R14 op onge-

veer 2 mA ingesteld. Door de LED-stroomklein te houden kan voor C5 een vrij kleineelco worden genomen, wat weer plaatsspaart. Voor de LED’s moeten dan wellow-current-typen worden toegepast, diemet 2 mA behoorlijk oplichten (zie voor-beeld in onderdelenlijst).

De massa van de ingang is op de indica-torprint strikt gescheiden gehouden vande rest. Dit is gedaan om een aardlus tevermijden. Op de eindversterkerprint isde massa voor het ingangssignaal al meteen sterpunt verbonden. Het ingangs-signaal gaat nu met de massa van deingangsbus op de indicatorprint naar deeindversterkerprint. R1 zorgt er voor datde ingang van C1 altijd met massa ver-bonden is. R2 is nodig om de ingang vanIC1b van een biasstroom te voorzien.Aangezien deze parallel staat aan deingang, is er voor gekozen R2 met deingangsmassa van de eindversterkerdoor te verbinden. Dat de biasstroomvoor IC1b nu daar vandaan komt, heeftgeen nadelige gevolgen. Het voordeelom de ingangscondensator op de indica-torprint te plaatsen is dat nu het signaalvan DC tot meer dan 20 kHz vergelekenwordt. Er is geen meetfout door hetlaag-kantelpunt.De voeding van de indicatorschakelingwordt van de hoofdvoeding afgeleid, voorde stabilisatie zorgen zenerdioden (dit isniet kritisch). Er is rekening gehoudenmet een forse voedingsbelasting (span-ningsdaling). De zenerdioden zijndaarom op relatief hoge stromen inge-steld, met als consequentie dat voorvoorschakelweerstanden R16/R17/R33/R34 1-watters nodig zijn. Om plaats tesparen zijn hiervoor bijzonder kleine uit-voeringen gekozen (PR01-serie van Vis-hay BCcomponents).

VoedingVoor de voeding (figuur 4) is een aparteprint ontworpen, die in de compactebehuizing net past tussen de voe-dingstrafo’s. De voeding is vrij standaardvan opzet: per kanaal een standaard80 VA ringkerntrafo, gelijkrichter enafvlakelco’s. Om het aansluiten van detrafo’s gemakkelijker te maken, is ooknog een apart printje ontworpen met 3kroonstenen en 2 zekeringen (zie schemafiguur 5), zodat de netspanningsaanslui-tingen van de trafo’s voor een stereover-sterker deugdelijk aangesloten engemonteerd kunnen worden. De secun-daire aansluitingen van de trafo’s wor-den dan doorverbonden met de printwaarop de afvlakelco’s en de gelijkrich-terdioden zitten. Voor de elco’s zijn vrij

elektuur - 3/200536

D4

D2

D1

D3

K1

MBR10100

C4

47n

C3

47n

C1

47n

C2

47n

C5 C6

C8 C9

C7

100n

C10

100n

D1...D4 =

K2

C5, C6, C8, C9 = 6800µ / 35V

2x 18V80VA

R1

6k8

D5

POWER

D9

D7

D6

D8

K3

MBR10100

C14

47n

C13

47n

C11

47n

C12

47n

C15 C16

C18 C19

C17

100n

C20

100n

K4

2x 18V80VA

R2

6k8

D10

POWER

040198 - 13

D6...D9 =C15, C16, C18, C19 = 6800µ / 35V

Figuur 4. Het voedingsgedeelte maakt gebruik van Schottky-diodes (voor geringespanningsverliezen) en een buffercapaciteit van 2x13.600 µF per kanaal.

Figuur 5. Hulpschakeling voor denetzekeringen en enkele kroonsteentjesvoor het aansluiten van trafo’s ennetschakelaar.

K1

K2

0A4 T

F1

K3

0A4 T

F2

230V

230V

230V

040198 - 14


Meetresultaten

Naast deze meetcijfers hebben we ook enkele curves opgenomen die wat meer inzicht in de kwaliteit en het karakter van deversterker geven.

Curve A laat 4 metingen zien van de harmonische vervorming en ruis bij een bandbreedte van 80 kHz. Twee metingen zijnverricht bij een vermogen van 1 W aan 8 en 4 Ω, een meting bij half maximaal vermogen aan 8 Ω, waarna als laatste metingbij dezelfde uitgangsspanning met 4 Ω werd belast. De 4 curven liggen zeer dicht bij elkaar, wat tot de conclusie leidt dat deversterker praktisch belastingsonafhankelijk is.

Curve B toont de vervorming + ruis als functie van de uitsturing (belasting 8 Ω). Tot 0,5 W wordt de meting door de zeer lageruisdrempel bepaald. Daarna neemt de vervorming lichtjes de overhand tot ongeveer 21 W. Vervolgens raakt de versterkerintern uit zijn lineaire werkgebied en begint een gebied van soft-clipping. Deze soft-clipping beslaat ongeveer de laatste 10 Wvan de versterker (de laatste 3,5 V tot de maximale uitgangsspanning). Deze meting met een signaal van 1 kHz werd bij eenbandbreedte van 20 kHz uitgevoerd om de invloed van de harmonische componenten beter uit te laten komen.

Curve C laat een Fourier-analyse zien van een 1-kHz-signaal van 1 W aan een 8-Ω-belasting. De harmonische vervormingwordt hier hoofdzakelijk door de tweede harmonische bepaald, die op een niveau van ongeveer -104 dB ligt. Verwaarloosbaardus. Dat geldt ook voor de invloed van het magnetische veld van de nettrafo, dat hier verantwoordelijk is voor de 50-Hz-compo-nent. Dit niveau komt overeen met een vermogen van slechts 10 pW.

ingangsgevoeligheid1,5 Veff (30 W, 8 Ω, 1 % THD+N)

1,4 Veff (26 W, 8 Ω, 0,1 % THD+N)

ingangsimpedantie 9,3 kΩ

sinusvermogen (0,1 % THD+N)

(1 % THD+N)

8 Ω

26 W

30 W

4 Ω

42 W

47 W

2 Ω

58 W

65 W

vermogensbandbreedte (t.o.v. 1 W/8 Ω) 1,5 Hz…265 kHz

slewrate 18 V/µs

stijgtijd 2 µs

signaal/ruis-verhouding (t.o.v. 1 W/8 Ω)111 dBA

101 dB (22 Hz…22 kHz lin.)

harmonische vervorming + ruis

(B = 80 kHz)

1 kHz

1 kHz

20 kHz

8 Ω

0,0014% (1 W)

0,0024 % (15 W)

0,0037 % (15 W)

4 Ω

0,0019 % (1 W)

0,0035 % (30 W)

0,0075 % (30 W)

2 Ω

0,0029 % (1 W)

0,0053 % (40 W)

0,01 % (40 W)

intermodulatievervorming

(50 Hz : 7 kHz = 4 : 1)

0,0030 % (1 W)

0,0077 % (10 W)

0,0037 % (1 W)

0,012 % (20 W)

0,007 % (1 W)

0,018 % (30 W)

dynamische IM-vervorming

(blok 3,15 kHz + sinus 15 kHz)

0,0013 % (1 W)

0,0010 % (15 W)

0,0013 % (1 W)

0,0013 % (30 W)

0,0016 % (1 W)

0,002 % (40 W)

dempingsfactor1 kHz/8 Ω

20 kHz/8 Ω

> 450

> 230

open-loop-parameters (15 W/8 Ω/1 kHz)

versterking

bandbreedte

uitgangsimpedantie

THD+N 1 kHz

THD+N 20 kHz

2183 x

55 kHz

0,5 Ω

0,48 %

0,53 %

oversturingsindicatie

(bij Pmax)

10 Hz

1 kHz

20 kHz

1,5 % THD+N

1,5 % THD+N

0,3 % THD+N

DC-beveiliging +1,5 V/-3,5 V

0.0006

1

0.001

0.002

0.005

0.01

0.02

0.05

0.1

0.2

0.5

[%]

20 20 k50 100 200 500 1k 2k 5k 10

040198 - 16

k[Hz]

1W / 4Ω1W / 8Ω

15W / 8Ω30W / 4Ω

0.0006

10

0.002

0.005

0.01

0.02

0.05

0 .1

0 .2

0.5

1

2

5

[%]

1m 602m 5m 10 m 100 m 500 m 1 2 5 10 20[W] 040198 - 17

-160

+ 0

-150

-140

-130

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

dBr

20 20 k50 100 200 500 1k 2k 5k 10 k[Hz] 040198 - 18

A B C

standaard typen elco’s (6800 µF/35 V)genomen in radiale uitvoering met eendiameter van 25 mm (er is niet meerruimte beschikbaar in de kast). Het hiertoegepaste type is vrij laag (slechts30 mm) en is er in de hoogte dus meerdan genoeg ruimte.Voor de gelijkrichterdioden zijn vanwegede relatief lage voedingsspanningSchottky-rectifiers van ON Semiconduc-tor toegepast, die 100 V/20 A piek kun-nen verwerken. De spanningsval perdiode is slechts 0,5 V bij 3,5 A.Voor alle aansluitingen zijn 3-poligeprintkroonstenen gebruikt die het aan-sluiten en eventueel onderhoud verge-makkelijken. Op de print is per kanaalook nog een LED als voedingsspannings-indicatie geplaatst, die gebruikt moetworden als geen netschakelaar met lam-pje wordt gebruikt (op het front).

OpbouwDe compacte dubbelzijdige print voorde eindtrap is afgebeeld in figuur 6. Hetkomt niet vaak voor dat een eindverster-kerprint van Elektuur dubbelzijdigwordt uitgevoerd, maar hier levert datbeslist voordelen en kortere signaalwe-gen tussen de componenten op. Demontage van de onderdelen op de printstelt geen bijzondere eisen (ditmaaleens geen SMD’s), maar er moet welnauwkeurig gewerkt worden. Alleonderdelen staan erg dicht naast elkaar,dat vraagt dus om een nette montage,gebruik van componenten met de juisteafmetingen en goed opletten bij hetplaatsen (polariteit/waarde).Er zijn een paar details die extra aan-dacht verdienen. De LED’s D9 en D10moeten met hun hele vlakke zijde tegenT3 en T4 gemonteerd worden voor eengoede thermische koppeling, dit maaktde stroombron temperatuuronafhankelijk.De transistoren T7…T10 worden op eengemeenschappelijk koelplaatje vastge-schroefd. Hiervoor gebruiken we een1,5...2 mm dik plaatje aluminium metafmetingen van 85 x 38 mm (dezelfdebreedte als de print). De hoogte is zoda-nig dat de bovenplaat van de kast straksnog goed past. Alle vier transistorenmoeten worden voorzien van een kera-misch isolatieplaatje (Fischer AOS 220)en paarsgewijs tegen elkaar geschroefd.Gebruik voor R34 en R35 de voorgeschre-ven inductie-arme weerstanden, ander isde kans zeer groot dat de versterkerinstabiel wordt!Spoel L1 kan men construeren door de1,5-mm-draad om een 10-mm-boor tewikkelen (het gladde deel natuurlijk).Laat de aansluitingen iets langer en krab

elektuur - 3/200538

040198-1(C) ELEKTOR

C1C2 C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11C

12

C13

C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

D1D2

D3D4

D5D6

D7D8

D9 D10

D11

D12

D13

D14

D15IC1

L1

P1

R1R2

R3R4

R5R6

R7R8R9

R10R11R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20R21

R22

R23R24

R25

R26

R27

R28

R29

R30

R31

R32 R33

R34

R35

R36

R37

R38

R39

R40

R41R42

R43R44

R45

R46R47

R48

RE1

T1 T2

T3 T4T5 T6

T7

T8

T9

T10

T11

T12

T13

T14

T15

T16

T17

T18

T

040198-1

-0+

LS- LS+

Onderdelenlijst versterkerprint(040198-1)

Weerstanden:R1,R17,R19 = 470 ΩR2 = 10 kR3...R6 = 33 ΩR7,R8,R10,R11 = 820 ΩR9,R12 = 15 ΩR13,R15,R40 = 1 kR14,R16 = 270 ΩR18,R26,R27 = 4k7R20,R23,R32,R33 = 22 ΩR21,R22,R24,R25 = 10 ΩR28 = 560 Ω

R29 = 120 ΩR30,R31,R45 = 1 ΩR34,R35 = 0Ω22 MPC71R36 = 2Ω2 1 W (bijv. Farnell 306-

0408)R37...R39 = 100 kR41 = 10 MR42,R48 = 330 kR43,R44,R46,R47 = 1 MP1 = 250 Ω instel

Condensatoren:C1 = 1 nC2,C3 = 2n2C4,C7,C11,C12,C14 = 100 nC5,C8,C13,C15 = 3300 µ/35 V

radiaal, steek 7,5 mm, diam. 18 mm

deze met een mesje goed schoon. Steekdaarna R36 er doorheen, buig zijn aan-sluitdraden om en plaats deze combinatieop de print. Soldeer ze vervolgens vast.Knip de uiteinden van de spoel na hetsolderen iets ruimer af.De drivers, eindtransistoren en rust-stroomtransistor worden nu nog niet opde print gesoldeerd. De aansluitdradenvan deze transistoren moeten eerst op dejuiste afstand worden gebogen, zodat zestraks goed aansluiten tegen de koel-plaat zonder mechanische spanningen.Dat wordt nog uitgebreid beschreven bijde inbouw.

Als tweede komt de indicatorprint(figuur 7) aan de beurt. Hier zijn weinigbijzonderheden te vermelden.R16,R17,R33 en R34 worden iets van deprint af gemonteerd en ook een beetjevan de ontkoppelelco’s weggebogen,omdat ze nogal wat warmte moeten kun-nen dissiperen. Eventueel kunt u deinstelpotmeters P1 en P2 eerst met eenmultimeter instellen op 210 Ω en dan pasop de print solderen (zie afregeling aanhet einde). Let verder op dat u voor C1 enC12 een type koopt dat qua afmetingenpast op de print.De voedingsprint in figuur 8 is welis-waar vlot opgebouwd, maar let hier ookweer goed op het gebruik van elco’s metde correcte afmetingen en de juisteSchottky-diodes. Vergeet bij deze printde draadbruggen onder/tussen D2 enD3 resp. D7 en D8 niet!Tenslotte is er nog het printje met de net-zekeringen en de kroonsteentjes voor hetverdelen van de netspanning (figuur 9).Dit is natuurlijk niet noodzakelijk, maar


040198-1(C) ELEKTOR

Figuur 6. De (mono) versterkerprint isdubbelzijdig uitgevoerd en doorgeme-talliseerd om signaalwegen tussencomponenten kort te houden (endraadbruggen te vermijden).

max. (bijv. Farnell 303-6467)C6,C9,C19 = 470 nC10 = 15 pC16,C17 = 47 µ/25 V radiaalC18 = 10 µ/63 V radiaalC20 = 2µ2 MKT, steek 5/7,5 mm

Spoelen:L1 = 8 windingen 1,5 mm CuL-draad,

binnendiameter 10 mm

Halfgeleiders:D1...D4,D11...D13 = 1N4148D5...D8 = zener 4V7/0W5D9,D10 = rode platte LEDD14,D15 = zener 5V6/0W5 of 0W4T1 = 2SC3381BL Toshiba (Huijzer,

Segor-electronics)T2 = 2SA1349BL Toshiba (Huijzer,

Segor-electronics)T3,T7,T8 = 2SA1209 Sanyo (Farnell

410-3841)T4,T9,T10 = 2SC2911 Sanyo (Farnell

410-3853)T5,T6 = BF245AT11,T12 = 2SC5171 Toshiba (Huijzer,

Segor-electronics)T13 = 2SA1930 Toshiba (Huijzer,

Segor-electronics)T14 = 2SC5359 Toshiba (Huijzer,

Segor-electronics)T15 = 2SA1987 Toshiba (Huijzer,

Segor-electronics)T16,T17 = BC547B

T18 = BS170IC1 = OPA177GP Texas

Instruments/Burr-Brown (bijv. Farnell205-023)

Diversen:K1...K5 = autosteker voor printmontage

verticaal, 2 pensRE1 = printrelais 24 V/16 A, 1100 Ω

(bijv. Omron G2R-1-24 VDC)Koelplaat 1,25 K/W (bijv. Fischer

SK411, 50 mm hoog)Keramische isolatie voor T7...T10

(Fischer AOS220)Mica isolatieplaatje voor T14, T15

(Bijv. Conrad 189049)Behuizing UC-202H/SW Monacor

sold

eerz

ijde

com

pone

nten

zijd

e

elektuur - 3/200540

040198-2C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12C

13

C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

C21

C22

D1

D2

D3

D4

D5

D6

IC1 IC2

IC3 IC4

K1

K2

P1

P2

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8R9

R10

R11R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20

R21

R22

R23

R24

R25R26

R27

R28

R29

R30

R31

R32

R33

R34

T1

T2

T

T

LS+LS+

00

+--

+

040198-2

040198-2

Figuur 7. Op de indicatorprint bevinden zich ook de ingangscondensatoren voor deeindversterkers (C1 en C12).

Onderdelenlijstindicatorprint(040198-2)

Weerstanden:R1,R18 = 1 MR2,R19 = 100 kR3,R20 = 1 kR4,R21 = 0 Ω (draadbrug)R5,R22 = 1k69R6,R23 = 4k75R7,R11,R12,R24,R28,R29 = 470 ΩR8,R25 = 20k0R9,R26 = 10k0R10,R13,R27,R30 = 15 kR14,R31 = 270 ΩR15,R32 = 150 ΩR16,R17,R33,R34 = 220 Ω/1 W PR01

Vishay BCcomponents (Farnell 337-778)

P1,P2 = 500 Ω instel

Condensatoren:C1,C12 = 10 µ/63 V MKT, steek

22,5/27,5 mm (B = max. 11 mm, L= max. 31 mm)

(bijv. Farnell 400-2015)C2,C13 = 470 pC3,C14 = openC4,C15 = 15 pC5,C16 = 22 µ/40 V radiaalC6...C9,C17...C20 = 100 nC10,C11,C21,C22 = 470 µ/25 V

radiaal

Halfgeleiders:D1,D2 = rode low-current LED 3 mm,

20 mcd bij 2 mA (bijv. Kingbright L-934LSRD, Farnell-nr. 637-075)

D3...D6 = zener 15 V/1W3T1,T2 = BF245AIC1,IC3 = AD827JN Analog Devices

(Farnell 246-165)IC2,IC4 = LM319N

Diversen:K1,K2 = cinch-bus voor printmontage

(bijv. Monacor T-709G)

Onderdelenlijstvoedingsprint(040198-3)

Weerstanden:R1,R2 = 6k8

Condensatoren:C1...C4,C11...C14 = 47 n keramisch,

steek 5 mmC5,C6,C8,C9,C15,C16,C18,C19 =

6800 µ/35 V, diam. 25 mm, steek10 mm (Farnell 652-090)

C7,C10,C17,C20 = 100 n MKT, steek5/7,5 mm

Halfgeleiders:D1...D4,D6...D9 = Schottky barrier-

rectifier 10 A/100 V, behuizing TO-220AC (bijv. ON SemiconductorMBR10100, Farnell-nr. 878-443)

D5,D10 = rode low-current LED

Diversen:K1...K4 = 3-polige printkroonsteen,

steek 5 mm

maakt het bedraden wel een stuk mak-kelijker (en veiliger!).

InbouwZoals u inmiddels begrepen heeft, is voorde behuizing dezelfde kast als voor devoorversterker ‘The Audio Link’ toege-past. Dat is de reden waarom zoveelmoeite is gedaan om een en ander zocompact mogelijk te houden. Voor debevestiging van de koelplaten hebbenwe exemplaren uitgekozen die niet telang zijn en toch een voldoende lagewarmteweerstand hebben. De keuze isuiteindelijk op type SK411 van Fischer

gevallen, dat ondanks zijn bescheidenafmetingen van 116,5x50x50 mm tussende koelplaten voldoende ruimte over laatom de luidsprekerklemmen (de wat klei-nere uitvoeringen) en ingangen onder tebrengen. Om die ruimte te maximalise-ren hebben we rondom de koelplaat eenrand van 1,7 mm gefreesd, zodat deachterzijde mooi tussen de twee bevesti-gingsrails past. Ook komen de zijden vande koelplaat gelijk met de zijkanten vande kast. De koelplaat is met 4 M3-boutendoor de koelpaten en de rails heenbevestigd. De kop van een M3-boutjepast bij deze koelplaat tussen de koelvin-nen. Theoretisch hadden de eindtran-

sistoren ook op deze wijze bevestigdkunnen worden, dat zou de constructieiets gemakkelijker gemaakt hebben,maar de print zou dan onnodig grotergeworden zijn.Tussen de twee koelplaten kan men eenplaatje 1,5 mm dik aluminium (goed uit-meten) plaatsen voor het bevestigen vande luidsprekeraansluitingen en ingangs-bussen. De originele achterkant van dekast wordt dus niet gebruikt.Voor de netaansluiting blijft niet echtruimte over (al helemaal niet om eeneuro-netentree te plaatsen). De netspan-ning is bij ons prototype via een deugde-lijke kabel en trekontlasting door debodem bij het printje met de zekeringengevoerd. Om er voor te zorgen dat hetnetsnoer niet afgeknepen wordt, moet dekast dan wel op voldoende hoge potenstaan! De trafo’s worden zo dicht mogelijktegen de frontplaat geplaatst. De net-schakelaar en de LED’s van de overstu-ringsindicator passen dan aan weerszij-den van het zekeringprintje en de trafo’s.Het zekeringprintje is met 10 mm hogekunststof afstandsbussen op de bodembevestigd en met nylon boutjes en moer-tjes vastgezet (de kroonstenen die wijgebruikt hebben, zijn aan de achterzijdegedeeltelijk open). Op deze wijze is eenklasse-II-isolatie verzekerd (lees ook deaanwijzingen op de Veiligheidspagina!).Overigens: Let bij het monteren van netspanningvoerende delen altijd goed opde isolatie, voor aanraakbare delen moetde isolatieafstand minimaal 6 mm zijn!De kabels voor de voedingsspanningenvoor de eindversterkers en de overstu-ringsindicator worden voor elke span-ningsaansluiting samen in de desbetref-fende printkroonsteen gestoken. Voor deeindversterker maakt men daarbijgebruik van 2,5 mm2 dik kabel, maar voorde oversturingsindicator is dunne soepelekabel voldoende. Op de uiteinden van degoed kort en strak op maat afgekniptevoedingsaansluitingen voor de eindver-sterker worden vlakstekers geknepen,maar vastsolderen is natuurlijk ook moge-lijk. De luidsprekeruitgangen op de printworden op soortgelijke wijze met de uit-gangsbussen doorverbonden. Bij de bus-sen hebben wij gewoon kabelogen aande kabeluiteinden gemaakt, wat eenovergangsweerstand van een extra ste-ker uitspaart. De voedingsaansluitingenvoor de oversturingsindicator wordengewoon gesoldeerd.De oversturingsindicator is midden tus-sen de eindversterkers geplaatst. Deingangsbussen komen dan bijna met deachterzijde gelijk uit. Het is natuurlijkmeten en passen om de gaten hiervoorop de juiste plaats te krijgen.


040198-3(C) ELEKTOR

C1 C2 C3 C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11 C12 C13 C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

D1 D2 D3 D4

D5

D6 D7 D8 D9

D10

K1

K2

K3

K4

R1 R2

04

01

98

-3

- -++

~ ~ ~~

00

00

040198-3(C) ELEKTOR

Figuur 8. De voedingsprint bevat in totaal 8 elco’s en is ontworpen om tweeeindtrappen te voeden.

Door de wijze van bevestiging van dekoelplaten is het montagevlak ongeveer6 mm van de rand van de print verwij-derd, er van uitgaande dat de eindver-

sterkerprinten tegen de rails zijnbevestigd. Daardoor moeten de transis-toren in hun aansluitdraden een dubbeleknik krijgen om de aansluitingen op de

elektuur - 3/200542

040198-4

(C) ELEKTOR F1F2 K1 K2K3

040198-4

~~~~~~

400 mAT 400 mAT

040198-4

(C) ELEKTOR

Figuur 9. Hulpprintje voor dezekeringen en netaansluitingen.

Onderdelenlijstzekeringprint(040198-4)

Diversen:K1...K3 = 2-polige printkroonsteen,

steek 7,5 mmF1,F2 = printzekeringhouder +

zekering 400 mA traag

goede plaats te krijgen zonder dat per-manent een mechanische spanning opde transistoren staat. Voor de grote eind-transtoren betekent dit dat de eerste

knik iets dichter op de behuizing moetkomen dan de bedoeling is (in het ver-dikte deel), anders maken de aansluitin-gen contact met de rails of passen ze in

hun geheel niet. Een andere mogelijkheid- die echter de stevigheid van de con-structie aantast - is in de rails op debewuste plaatsten genoeg materiaalweg vijlen. Voor dit laatste hebben wijbewust niet gekozen.Als men dit heeft gedaan en de transis-toren passen zonder problemen met derug tegen de koelplaat (en de pootjes zit-ten los in de aansluitingen), dan kan mende bevestigingsgaten voor montagetegen de koelplaat aftekenen. Natuurlijkdoen we dat voordat deze transistorenaan de print zijn gesoldeerd, maar nadatde bodemplaat van de definitievebevestigingsgaten voor de eindverster-kerprinten is voorzien. Ook als nader-hand de eindtransistoren met hun driversen opgebouwde printen aan de koelplaathangen, kan men de bodem vrij gemak-kelijk verwijderen. Let er dan wel op datniet te veel kracht op de aansluitingen

van de transistoren wordt uitgeoefend.De vermogenstransistoren T14 en T15worden geïsoleerd op de koelplaatgemonteerd (mica plaatjes), de anderedrie (T11, T12 en T13) kunnen er zonderisolatie tegen aan worden geschroefd(gebruik bij alle transistoren wel watwarmtegeleidende pasta).Als ook alle gaten voor de resterendeprinten, de trafo’s, ventilatiegaten voorde koeling van de kast, netschakelaar enLED’s in het front zijn gemaakt, kan mende rest vastschroeven en bedraden.De ingangen van de eindversterkerprin-ten worden met goed afgeschermdeaudiokabel met de aansluitingen naastde ingangsbussen op de oversturingsin-dicator verbonden. De twee massa-aan-sluitingen naast die ingangsbussen wor-den gebruikt om de kast met de massa’svan beide kanalen door te verbinden. Zoontstaan geen aardlussen. De meetin-


C1 C2 C3 C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11 C12 C13 C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

D1 D2 D3 D4

D5

D6 D7 D8 D9

D10

K1

K2

K3

K4

R1 R2

040198-3

- -++

~ ~ ~~

00

00

F1F2 K1 K2K3

040198-4

~~~~~~

400 mAT 400 mAT

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

C13

C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

C21

C22

D1

D2

D3D4D5 D6

IC1

IC2

IC3

IC4

K1

K2

P1

P2

R1

R2

R3

R4

R5R6R7

R8

R9

R10 R11

R12R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20

R21

R22 R23R24

R25

R26

R27

R28R29R30

R31R32

R33

R34

T1

T2

T T

LS+

LS+

0 0+ - - +

040198-2

C1C2 C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11C

12C13

C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

D1D2

D3D4

D5D6

D7D8

D9 D10

D11

D12

D13

D14

D15IC1

L1

P1

R1R2

R3R4

R5R6

R7R8R9

R10R11R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20R21

R22

R23R24

R25

R26

R27

R28

R29

R30

R31

R32 R33

R34

R35

R36

R37

R38

R39

R40

R41R42

R43R44

R45

R46R47

R48

RE1

T1 T2

T3 T4T5 T6

T7

T8

T9

T10

T11

T12

T13

T14

T15

T16

T17

T18

T

040198-1

-0+

LS- LS+

C1C2 C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11C

12

C13

C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

D1D2

D3D4

D5D6

D7D8

D9 D10

D11

D12

D13

D14

D15IC1

L1

P1

R1R2

R3R4

R5R6

R7R8R9

R10R11R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20R21

R22

R23R24

R25

R26

R27

R28

R29

R30

R31

R32 R33

R34

R35

R36

R37

R38

R39

R40

R41R42

R43R44

R45

R46R47

R48

RE1

T1 T2

T3 T4T5 T6

T7

T8

T9

T10

T11

T12

T13

T14

T15

T16

T17

T18

T

040198-1

-0+

LS- LS+

2x18V80VA

230V

040198 - 19

LS- LS+LS-LS+

50Hz

No. 040198

230V

F = 2 x 400mA

T

ELEKTUUR

~

Amplimo380142x18V/80VA

Amplimo38014

2x18V/80VA

230V

040198 - 19

LS- LS+

Figuur 10. Het bedradingsschema laat zien hoe alles onderling moet worden verbonden in de kast.

PrintenBenodigdheden voor een stereo-versterker(zie Service-pagina’s):

2 x print EPS 040198-11 x print EPS 040198-21 x print EPS 040198-31 x print EPS 040198-4

gangen voor de versterkeruitgangenbevinden midden op de oversturingsin-dicatorprint. De gemakkelijkste manierom deze aan te sluiten is ze met dunnesoepele kabel met de uitgangsbussendoor te verbinden.In figuur 10 is ter verduidelijking hetcomplete bedradingsschema van deeindversterker afgebeeldVan de bovenzijde en onderzijde van dekast is de ene plaat gesloten en in deander zijn allemaal gaatjes gestanst.Vanwege de stevigheid hebben we ervoor gekozen de gesloten plaat alsbodem te nemen en de ‘open’ plaat alsbovenkant, zodat de behuizing continugeventileerd wordt. Het is echter aan tebevelen om voor de koeling van T7…T10in de bodem naast de eindversterkerprin-ten extra ventilatiegaten aan te brengen.

AfregelenAls alles netjes is ingebouwd en de helebedrading is gelegd, dan komt hetmoment dat we de versterker voor deeerste maal gaan inschakelelen.Als voorzorgsmaatregel nemen we vóórhet inschakelen eerst weerstanden van33 Ω/5 W in serie met de voedingslijnenop, voor het geval iets verkeerd gemon-teerd is. Verder moet P1 geheel linksom(tegen de klok in) gedraaid zijn, voorminimale ruststroom. Dan pas wordt devoedingsspanning ingeschakeld.Voor het afregelen van de ruststroomkunt u de spanning meten tussen eenvan de emitters van T14 of T15 en R36(die moet gemakkelijk met een meetpen

te bereiken zijn). Regel de spanning af op22 mV. Lukt dat bij beide eindtrappengoed en de instelling blijft stabiel, dankan de versterker worden uitgeschakelden de serieweerstanden uit de voedingworden verwijderd.Bij het afregelen van de oversturingsin-dicator is het gebruik van een oscillo-scoop het gemakkelijkste, maar zekerniet noodzakelijk. Nadat de ruststroom isafgeregeld, wordt de versterker net nietvolledig uitgestuurd met een sinus van1 kHz. (het beste met een 8-Ω-belastings-weerstand van minimaal 30 W, maar hetmag ook zonder belasting). Meet de sig-nalen aan de uitgang van IC1a en IC3aen regel deze op een minimum af. Heeftu geen scoop ter beschikking, dan kaneen multimeter gebruikt worden. Demeest eenvoudige methode is om de pot-meters van te voren op 210 Ω af te regelenen ze dan pas op de print te monteren.

GeluidAls dit allemaal gebeurd is, dan kan deversterker gaan doen waarvoor hijgebouwd is: audiosignalen versterken opeen zeer subtiele wijze. De eerste klank-indrukken bij deze versterker wezen dui-delijk in de richting van zijn voorgangersmet een identieke basisopzet, zoals ‘thepower amp’, de ‘HEXFET power amp’ ende ‘IGBT power amp’. De componenten-keuze en de compacte dubbelzijdigeprint-layout lijken hier hun vruchten af tewerpen in de vorm van een bijzondertransparante, moeiteloze weergave meteen zeer ruimtelijk en goed gedetailleerd

stereobeeld. Deze versterker vraagt omeen paar uitstekende luidsprekerboxen,liefst een paar grotere typen omdat diegewoonlijk een wat hoger rendementhebben dan compactboxen. Want het ver-mogen blijft natuurlijk bescheiden. Maardegenen die niet meteen tot de hardrock-fans horen, zullen daar in de praktijk wei-nig last van hebben. De nauwkeurigeindicators vormen bij het instellen vanhet maximale geluidsniveau een goedehulp en dan merk je ook weer eens hoeweinig vermogen eigenlijk nodig is vooreen uitmuntende stereo-weergave op eenbehoorlijke geluidssterkte!

(040198)

elektuur - 3/200544

TransistorkeuzeAls ingangsverschilversterker zijn complementaire dual-transistoren van Toshiba toegepast van het type 2SC3381/2SA1349. Deverkrijgbaarheid van deze transistoren kan weliswaar een probleem zijn, maar dit zijn praktisch de enige nog leverbare(goede) complementaire dubbeltransistoren op de markt.

Als verschilversterker voor het spanningsversterkerdeel zijn typen van Sanyo gekozen (2SC2911 en 2SA1209). Deze transisto-ren in TO-126-behuizing hebben een uitstekende lineariteit en lage uitgangscapaciteit (resp. 3 en 4 pF), en kunnen zelfs 160 Vverwerken. De maximale dissipatie bedraagt 10 W (4 W bij 100 °C) en gedurende 1 seconde zijn ze met 200 mA maximalecollectorstroom belastbaar (140 mADC). De emitter-basisspanning mag slechts 5 V bedragen en daarom zijn als beveiliging tus-sen de uitgangen van de ingangsverschilversterkers 2 zenerdiodes van 4,7 V anti-serie geschakeld (D5...D8). Dit laatste geldtook voor de dual-transistors, vandaar dat over de ingangen van de verschilversterkers 2 maal 2 diodes in serie antiparallelgeplaatst zijn (D1...D4).

Het paren van transistoren zal de kwaliteit van de versterker zeker ten goede komen, NPN en PNP onderling en wederzijds. Letbij de aanschaf van de onderdelen dus goed op de classificatie van de hFE-factoren (GR/BL, R/S/T/, R/O).

Voor de eindtransistoren en de drivers zijn oude bekenden genomen, namelijk de transistoren uit de Titan 2000 (februari...mei1999). Deze eindtransistoren hebben tot 5 A een redelijk constante hFE en komen in deze versterker goed tot hun recht. Ze zijnbelastbaar tot 15 ADC en dit betekent in de praktijk dat de versterker met impedanties zo laag als 1,5 Ω belast kan worden.

Voor integrator IC1 is een OPA177 genomen die zelf een zeer lage offset-spanning heeft, 100 µV tussen -40 °C en +85 °C. Debiasstroom van de opamp bedraagt maximaal ±6 nA en deze draagt dus (minimaal) bij aan een rest-offset aan de uitgang vande eindversterker van maximaal ±2 mV (6 nA x 330 kΩ).

Voor T18 in de beveiligingsschakeling is een MOSFET gekozen omdat de impedantie van spanningsdeler R43/R44 dan hoogkan zijn. Daardoor hoeft C18 niet zo’n grote capaciteit te hebben en dat heeft twee voordelen: De afmetingen van C18 blijvenbescheiden en de DC-beveiling hoeft minder stroom uit C18 te trekken.

Attentie!In dit ontwerp zijn voedingstrafo’saanwezig die op het lichtnet wordenaangesloten. Dit kan een levensge-vaarlijke situatie tot gevolg hebbenals niet goed op de veiligheidsregelsvoor zulke schakelingen wordt gelet.Daarom is het noodzakelijk dat u deaanwijzingen op de Veiligheidspagina(regelmatig achterin dit blad) goedopvolgt. Met het in het schema ver-melde type nettrafo kunt u deze scha-keling in een kast inbouwen als eenklasse-II apparaat. Voorzie de opge-bouwde kast van het bij het schemaafgebeelde typeplaatje.

040198-1(C) ELEKTOR

non reflected

040198-1(C) ELEKTOR

reflected

040198-2

040198-2

non reflected

reflected

040198-3(C) ELEKTOR

040198-3(C) ELEKTOR

non reflected

reflected

040198-4

(C) ELEKTOR

040198-4

(C) ELEKTOR

non reflected

reflected

Wat heeft het voor nut op de versterkertechniek van onzegrootvaders terug te grijpen? Bestaat hij echt, de legen-darische buizenklank? Of zijn het alleen maar emotiesdie de wetenschappelijke conclusies vertroebelen? Maarmisschien zijn de verschillen wel niet zo groot als ze ineerste instantie lijken te zijn. Hier drie standpunten: eeneigen uit het Elektuur-lab, een uit de hoek van de professi-onele studiotechniek en een die een verband legt tussende natuurkundige en de muzikale aspecten.

De audio-ontwerper: Geen emotiesTon Giesberts vormt al jarenlang een van de pilaren vanhet kleine maar hechte team dat het Elektuur-laboratoriumbemant. Hij heeft zich in al die tijd gespecialiseerd inaudioschakelingen en is onder andere verantwoordelijkvoor de meeste grote audioprojecten die in Elektuurgepubliceerd zijn (zoals de Audio-schakelcentrale, The


In deze uitgave publiceren we twee audioversterkers: één met buizen en één met transistoren. Zo verschillend als de versterkers zijn, zo zijn ook demeningen op de vraag: buizen of transistoren?

MENINGENOVER BUIZENBuizen versus transistoren

Power Amp, The Current Amp, Accugevoede voorverster-ker, Titan 2000, Crescendo ME). In dit nummer vindt uzijn nieuwste creatie, de kleine high-end versterker ‘TheAudio Drive’, een prachtig ontwerp dat ‘natuurlijk’ mettransistoren is gerealiseerd.Gezien de eeuwige strijd tussen buizen- en transistoren-liefhebbers over wat nu beter klinkt en het feit dat in dezeuitgave beide soorten versterkers aan bod komen, willenwe natuurlijk ook graag de denkbeelden van Ton op ditgebied horen.Laten we beginnen met te vermelden dat onze audio-ont-werper een techneut in hart en ziel is, eigen ontwerpenmet slechte meetcijfers krijgen geen kans om het lab teverlaten met zijn goedkeuring.Hij heeft een uitgesproken mening over buizenverster-kers: “Ze zijn gewoon slecht! Ze kleuren en hebben eenslechte demping, waardoor de klank wordt aangetast.Een transistorversterker houdt de luidsprekers veel beteronder controle en voegt zelf bijna niets toe aan deklank.” Volgens hem is dat niet inherent aan buizen,maar aan het feit dat de meeste buizenversterkers slechtontworpen zijn. Bovendien vormt de uitgangstrafo in eenbuizeneindtrap een extra hindernis in het streven naarwerkelijkheidsweergave Hij baseert dit op alle metingendie hij de afgelopen jaren aan verschillende buizenver-sterkers heeft uitgevoerd.Tegen buizen op zich heeft Ton niets, er kunnen primaontwerpen mee worden gemaakt. Maar hij heeft zelfalleen ervaring met transistor-ontwerpen en wil zich dusook niet wagen aan het ontwikkelen van een buizenver-sterker. “Dat is geen uitdaging voor mij, ik ben duidelijkvan de silicium-generatie.”Volgens Ton hebben buizenversterkers naast de klank-technische eigenschappen nog enkele zwaarwegendenadelen: “In deze tijd van milieubewustzijn kun je hettoch niet meer maken om een versterker met zo’n slechtrendement op de markt te brengen! Bovendien hebbenbuizen een relatief korte levensduur en ik vraag me af ofer geen giftige stoffen in zitten. Misschien moeten ze wel

als chemisch afval worden behandeld!”Een buizenversterker zal Ton zelf dus nooit bouwen ofaanschaffen. Hij denkt dat het best mogelijk is om eenbuizen- en een transistorversterker te ontwerpen met evengoede eigenschappen, maar daar moet je bij de buizen-versterker dan wel veel meer moeite voor doen.“Als iemand een buizenversterker kiest voor de ‘warme’of ‘natuurlijke’ klank, dan vind ik dat prima als hij daargelukkig mee is. Maar ik wil een installatie die zo weinigmogelijk bijdraagt aan het origineel, het uitgangssignaalmoet een zo perfect mogelijke kopie zijn van hetingangssignaal.”Nou, dat weet u bij deze dus!

De buizenmicrofoon: fysica contra emotieBernhard Vollmer

De auteur is al bijna twee decennia lang verantwoorde-lijk voor de kwaliteitsbewaking bij de bekende studiomi-crofoon-fabrikant Schoeps. Bovendien vervaardigt zijneigen bedrijf Elvo (als toeleverancier) de Schoeps buizen-microfoon M222 (www.m222.de).

Wat zou muziek zijn zonder emotie? Moet men aanervaring, gehoor en intuïtie meer waarde hechten danaan technische aspecten? Vooruitgang is alleen mogelijkdoor vanuit een stabiel wetenschappelijk platform ver-dere stappen te zetten. Tussendoor en ter afsluiting zijnechter wel vergelijkende luistertests noodzakelijk. Maarhoe moeten zulke luistertests eigenlijk worden gedaan?De menselijke zintuigen zijn niet ‘absoluut’ en als er geenvergelijkende luistertests worden gedaan en men slechtseen enkel product beluistert, zal men steeds weer tenoffer vallen aan de eigen verwachtingen [“buizen klinkenwarm, omdat de buis warm is”]. Het erge hieraan is datde betrokkene zich dat zelf niet realiseert en voortbor-duurt op vooroordelen.Algemeen gesteld moeten altijd de volgende twee vragenworden beantwoord:

1. Is er een verschil in klank en wat is de aard van hetverschil?

2. Welk resultaat is beter?

Voor het beantwoorden van deze vragen zijn langeluistersessies nodig. Of wij iets koud of warm vindenhangt ook af van de omgevingstemperatuur in de ruimtewaar we ons eerder bevonden. Als wordt aangenomendat A beter klinkt dan B, dan is de enige mogelijkheideen onmiddellijke vergelijking, dus zonder onderbrekin-gen. In de praktijk betekent dit dat tijdens een sessie vanhet ene naar het andere signaal wordt geschakeld enterug. Dan hoort men of er verschillen zijn en wat degrootte en de aard ervan zijn. Onderbrekingen vertroe-belen het gehoorde en maken de kans op verkeerde con-clusies erg groot.Bij deze AB-tests is het van groot belang dat de niveaus vande te vergelijken signalen zo gelijk mogelijk zijn. Een ver-schil van slechts 0,5 dB wordt door het menselijke oor nietwaargenomen als een verschil in sterkte, maar het sterkerewordt wel onwillekeurig als beter klinkend beoordeeld.Een vergelijkingstest is echter zinloos als uit metingenblijkt dat er flinke verschillen in de frequentiekarakteristie-ken zijn en de kwestie van de niveaus niet wordt opge-lost. Voordat het menselijk gehoor kan worden ‘ingescha-keld’, moeten eerst alle meetbare verschillen worden

elektuur - 3/200546

Figuur 1. SCHOEPS M222 voor draagbaar of stationair gebruikvoor professionele toepassingen. Met de draaischakelaar‘Harmonics’ kan de gebruiker de instelling van de buizenveranderen voor de gewenste klank.

weggewerkt, anders hoort men de verschillen zoals dieook simpelweg door metingen kunnen worden aange-toond.Er zijn in de loop der jaren talloze vergelijkingstests uit-gevoerd tussen versterkers met buizen en versterkers mettransistoren. De resultaten van alle serieus uitgevoerdetesten wijzen in dezelfde richting en zijn als volgt samente vatten:Bij een laag geluidsniveau ruist de buis wat meer, maarqua klank is er vrijwel geen verschil. Bij gemiddeldgeluidsniveau zijn verschillen nauwelijks hoorbaar. Bijtoenemend geluidsniveau gaan buizen steeds meer har-monischen afgeven, vooral bij lage frequenties. De klankis niet meer zo neutraal als bij transistoren, maar tochkan het geluid aangenamer klinken, vooral bij signalendie veel impulsen bevatten zoals gitaren of spraak.Omdat de harmonischen van lage tonen nog altijd lagetonen zijn, wordt het geluid vaak als ‘warmer’ of ‘voller’ervaren.Maar toch zijn de verschillen tussen buizen- en transistor-versterkers veel kleiner dan menigeen denkt, vooropge-steld dat in beide gevallen aan de kwaliteit niets is af tedingen.Voor liefhebbers van de buizentechniek is er de Schoeps-buizenmicrofoon voor portable of stationair gebruik voorprofessionele toepassingen. Hierbij kan de gebruiker deinstelling van de buizen veranderen en zo de door hemgewenste klankkleur krijgen.

Buizenklank: bestaat die echt?Dr. Klaus Rohwer

De auteur is fysicus en amateur mondharmonica-speler (jazz): www.klausrohwer.de

De veelgeroemde buizenklank, bestaat die echt? Ja -maar hij hoeft niet per se van een buis afkomstig te zijn!Men moet onderscheid maken tussen apparaten voor de‘productie’ van muziek en die voor de reproductie vanmuziek. Tot de eerste categorie horen muziekversterkersen apparaten voor geluidseffecten, tot de tweede catego-rie hifi- of highend-geluidsinstallaties voor bijv. de huiska-mer. De eerste groep is vooral ontworpen voor een hoogrendement (geluidssterkte) en verder om de artiest demogelijkheid te geven de door hem gewenste klankkleurin te stellen. Apparaten uit de tweede groep moeten hetuitgangssignaal als een perfecte - versterkte - kopie vanhet ingangssignaal weergeven, althans dat moet het stre-ven van de ontwerper zijn. Toch zijn veel musici en audi-ofielen van mening dat er ergens ‘iets moet gloeien’ vooreen warme klank. Die gedachte doet meer denken aaneen cultus dan dat ze op de werkelijkheid is gebaseerd.Laten we het eerst eens hebben over de productie vanmuziek: Vooral gitaristen en mondharmonicaspelers dieblues-achtige stukken spelen, willen versterkers met ‘bui-zengeluid’. De klank van een jazz-gitaar zou zonder dateven ondenkbaar zijn als het geluid van de Chicago-blues. Dit typische geluid wordt veroorzaakt door viereigenschappen:– Zachte begrenzing in tegenstelling tot de harde begren-

zing (clipping) bij transistorversterkers.– Compressie-effect veroorzaakt door een voeding met

een hoge inwendige weerstand.– ‘Vollere’ klank door extra - even - harmonischen door

de asymmetrische karakteristiek, zelfs bij lage signaal-niveaus.

– Grote invloed op het luidsprekergedrag door de vrijhoogohmige uitgang.

De ‘zachte’ begrenzing ontstaat door de kromme karak-teristiek (verband tussen in- en uitgangsspanning). Bij eennormale transistorversterker buigt deze karakteristiek vrijscherp om. Symmetrische begrenzing, ongeacht of diehard of zacht is, veroorzaakt uitsluitend oneven harmoni-schen in het uitgangssignaal. Bij zachte begrenzingneemt de amplitude van de hogere harmonischen veelsneller af dan bij harde begrenzing. Hierdoor wordt deklank als veel minder scherp ervaren (figuur 2). Dit nuis het belangrijkste kenmerk van de veel geroemde bui-zenklank en de oorzaak ervan ligt (evenals de ‘vollere’klank) uitsluitend in het verloop van die karakteristiek.Het is echter heel goed mogelijk om een transistorverster-ker zo te ontwerpen dat de overdrachtskarakteristiek lijktop die van een buizenversterker. De klank van zo’n ver-sterker lijkt dan sprekend op die van een buizenverster-ker. Datzelfde geldt ook voor de ‘hoogohmige’ sturing(stroomsturing) van de luidspreker. Zelfs signaalcompres-sie is mogelijk, al is dat ingewikkelder dan bij buizen hetgeval is.Tegenwoordig, in het tijdperk van de digitale signaalpro-cessoren, is dit alles geen enkel probleem meer en zijn ereffectapparaten, ja zelfs complete versterkers te koop(bijv. van Line 6, zie de Weblinks) die complete buizen-versterkers kunnen nabootsen, zelfs verschillende soorten.Ik heb een aantal gebruikers van deze apparatengesproken en ze vertelden mij dat de resultaten heelnatuurgetrouw waren.

Tot slot, wat de reproductie van muziek betreft: Als menal van de kaarsrechte karakteristiek wil afwijken - wat infeite het ideaal is van een hifi- of highend-versterker- danis het niet beslist noodzakelijk om buizen te gebruiken,met transistoren gaat dat ook!

(040461)

Weblinks:www.m222.de (beschrijving SCHOEPS M222)

www.schoepsclassics.de (oudere SCHOEPS buizenmicro-foons, engelstalig)

www.line6.com/products.html (effectprocessoren en soft-ware om buizenversterkers na te bootsen)


10

0.2

0.4

hard

soft

0.6

0.8

1

3 5 7Harmonics9 11 13 15 17 19

Figuur 2. Bij zachte begrenzing neemt de amplitude van dehogere harmonischen veel sneller af dan bij harde begrenzing.Hierdoor wordt de klank als minder ‘scherp’ ervaren.

De legendarische LF-vermogenspentode EL156 was heel robuust enwerd daarom vooral in professionele versterkerinstallaties gebruikt.Niet alleen ziet de buis er schitterend uit, maar ook de goede LF-eigenschappen zijn bepaald verleidelijk voor veel elektronici. Eengoede reden dus om hiermee een eindtrap te ontwerpen, met enerzijdsde blik gericht op klassieke schakelingen en anderzijds gebruikmakendvan moderne kwaliteitsonderdelen.

EEN LEGENDE HERLEEFT

elektuur - 3/200548

Gerhard Haas

De EL156 werd in de beroemde bui-zenfabriek van Telefunken in Ulm aande Donau gemaakt. Met de EL156waren vermogensversterkers tot130 W uitgangsvermogen mogelijk.Daarvoor waren slechts twee eindbui-zen en een voorversterker annex fase-draaier nodig, in totaal dus drie buizen.

Originele exemplaren van de EL156zijn nieuw niet meer te koop engebruikte vrijwel niet. In ieder gevalzijn ze onbetaalbaar. De originele buiszat in een metalen voet die overigenswel weer verkrijgbaar is. Tot nu toezijn er geen nieuwe ontwerpen metdeze buis op de markt verschenen

omdat ze praktisch niet verkrijgbaarwas. Dat is nu echter veranderd!

Buizen uit ChinaHet is toch werkelijk verbazingwek-kend, dat deze buis nu in China weerwordt gemaakt, nota bene met de oor-

spronkelijke Telefunken-machines.Eén verschil is er wel, de buis past nuin een octal-voet in plaats van eenstaalbuisvoet. De aansluitingen zijngelijk aan de EL34, 6L6, KT88 e.d. Debuis is niet echt goedkoop, maar vooreen echte fan is de prijs overkomelijken ze is vrij goed verkrijgbaar. Debenodigde octal-voeten zijn er zelfs inmeerdere uitvoeringen. In vergelijkingmet de originele Telefunken buisscoort de ‘replica’ zowel mechanischals elektrisch zeer goed. Het isdaarom een heel aantrekkelijkegedachte om hem te gebruiken in eennieuw eindversterkerontwerp.Voordat we met de beschrijving van ditontwerp beginnen, moeten we eerstop enkele bijzonderheden van dezebuis ingaan. In een kader hebben wede belangrijkste gegevens van debekende EL34 naast die van de EL156gezet . Hieruit zijn dan al direct dehoofdlijnen af te leiden waaraan hetontwerp moet voldoen. Zo moet vooreen groot uitgangsvermogen de ano-despanning bijna tweemaal hoger zijndan de schermroosterspanning. Verdermoet de stuurtrap een lage uitgangs-weerstand hebben om de laagohmigelekweerstanden van de stuurroosters‘aan te kunnen’. De veel gebruikteECC83 is dus niet bruikbaar omdat diemet slechts ongeveer 1 mA kan wor-den gebruikt. De LF-dubbeltriodeECC82 zou door de anodestroom van10 mA in het werkpunt gebruikt kun-nen worden, maar de versterking vanµ = 17 is te weinig voor voldoendeingangsgevoeligheid en laat ook teweinig ruimte voor de tegenkoppeling.Bruikbaar is wel de ECC81 die met eenanodestroom van 10 mA kan wordengebruikt en daarmee voldoende laag-ohmig is en die bovendien een verster-king van µ = 60 heeft.Met twee EL156’s kan 130 W uit-gangsvermogen worden geprodu-ceerd met een vervorming van onge-veer 6%. Onze schakeling is niet voordit maximale vermogen ontworpen,maar voor een iets lager omdat debuizen dan veel langer meegaan ende kans op storingen kleiner is.Bovendien is 100 W aan hifi-vermogentoch veel aantrekkelijker dan 130 Wmet 6% vervorming, waarvan het

overgrote deel derde harmonischen.De schakeling wordt op vier printenopgebouwd en is als monoblok uitge-voerd. In figuur 1 zijn het voedings-deel (hoogspanning en negatieveroosterspanning) en de versterker zelfte zien. Vanwege de hoge anodespan-ning worden in serie geschakeldeafvlakelco’s gebruikt. De scherm-roosterstromen van de EL156’s zijnrelatief gezien vrij hoog, daarom wor-den twee galvanisch gescheidentransformatorwikkelingen gebruikt omtwee afzonderlijke hoogspanningen opte wekken (Hi en Lo). Direct na debruggelijkrichters worden deze span-ningen in serie geschakeld en indivi-dueel gefilterd. Voor de anodespanningwordt smoorspoel Dr1 (2,3 H) gebruiktdie 300 mA kan voeren en voor deschermroosters smoorspoel Dr2 (4 H)met 180 mA belastbaarheid. De voor-versterkerbuis wordt ook uit deschermroosterspanning UBLo gevoed.De schermroosterspanning moet goedzijn gefilterd, want eventuele brom-restanten komen versterkt op de anodeterecht (het schermrooster is immerseen soort stuurrooster). Met de aange-geven waarden is de filtering heelgoed en is de versterker vrijwel brom-vrij. Er worden staande elco’s van100 µF/500 V gebruikt, die zeerbedrijfszeker zijn, voldoende span-ningsreserve hebben en een compacteopbouw van de voeding mogelijkmaken. Parallel aan de elco’s zijn ont-laadweerstanden geschakeld; onmis-baar voor de veiligheid. De negatieveroosterspanning wordt enkelfasiggelijkgericht met D1 en afgevlakt metC6, op de versterkerprint is nog een fil-tertrap aanwezig.De maximale anodespanning van deEL156 (en de EL34) is veel hoger dande maximale schermroosterspanning.Dat is dan ook de reden dat voor eengroot uitgangsvermogen ultralineairgebruik niet mogelijk is, want dan iseen hoge anodespanning een noodza-kelijkheid. Dat is tevens de reden datdoor de dimensionering van de uit-gangstransformator, de roosterlek-weerstanden - in vergelijking met demeeste andere buizenschakelingen -heel laagohmig moet zijn. Maximaal is100 kΩ toegestaan, hier is er voor een

lagere waarde gekozen omdat dan ookbuizen met een grotere tolerantie kun-nen worden gebruikt. Het is dus nietnodig om geselecteerde - gepaarde -buizen te gebruiken.Door de lage ingangsimpedanties ishet nodig om de koppelcondensatorenC9...C11 een vrij hoge waarde te geven(470 nF) om de karakteristiek tot in delage frequenties te laten doorlopen. Deingangs- en de fasedraaiertrappen(V1a en V1b) hebben relatief lageanode- en kathodeweerstanden. Devoedingsspanning voor deze beidetrappen wordt door zenerdiode-ketenD1...D4 gestabiliseerd. Daardoor zijn degelijkstroominstellingen onafhankelijkvan de onvermijdelijke spanningsfluc-tuaties bij de sturing van de eindbui-zen. R1 en C2 vormen een HF-filter.Parallel aan de tegenkoppelweerstandR11 is C4 opgenomen om HF-oscillatieste onderdrukken. Daartoe dient ook C3tussen de anode en het stuurroostervan V1a. De weerstanden R4 en R6 zijnvoor wisselstroom parallel geschakelden vormen met tegenkoppelweerstandR11 een spanningsdeler die bepalendis voor de totale versterking. De tegen-koppeling is trouwens vrij laag, watvolgens sommige audiofielen gunstigis voor de klankeigenschappen.

Aan de ingang van de versterker istransformator E-1220 (Tr1) opgeno-men, die de spanning 2x omhoogtransformeert. Enerzijds wordtdaardoor voldoende ingangsgevoelig-heid gewaarborgd en anderzijds iseen galvanische scheiding mogelijk.Aardvrije symmetrische of quasi-sym-metrische LF-verbindingen zijn princi-pieel storingsvrijer en voorkomenbrom tengevolge van aardlussen. Doorde 1:2 transformatieverhouding wordtruisvrij 6 dB aan versterking gewon-nen en is er wat meer reserve voor detegenkoppeling. De print is trouwenszo ontworpen dat deze trafo ook in 1:1kan worden gebruikt, maar dan is eentweemaal hogere ingangsspanningnodig voor volle uitsturing. De gewen-ste transformatieverhouding kan doordraadbruggen worden gekozen. DoorRC-filter C12/R26 wordt het frequen-tieverloop van de trafo in de hogeregionen gelineariseerd.


HiFi-buizeneindtrap met EL156

Standby-mogelijkheidBuizenversterkers zijn vaak uitgerustmet een zogenaamde standby-moge-lijkheid. Daartoe wordt om de eindbui-zen te sparen meestal de anodespan-ning uitgeschakeld, terwijl alle overigespanningen aanwezig blijven. De bui-zen blijven dus ook gloeien. Na hetweer inschakelen van de anodespan-ning is de versterker onmiddellijkbedrijfsklaar.Door de hoge anodespanning kan geen

normale netschakelaar of een relaisworden gebruikt. Hier wordt door destandby-schakelaar weerstand R22overbrugd, waardoor de negatieveroosterspanning van de eindbuizenwordt verhoogd (negatiever wordt).Dan loopt er nog maar een heel lageruststroom. Volgens sommige buizen-databoeken is dat gunstiger dan hetuitschakelen van de anodespanning,omdat dan met de tijd de emissie vande kathode slechter wordt. Voor destandby-schakelaar wordt een dubbel-polig type gebruikt. Een helft dient

voor de standby-functie, de anderehelft wordt gebruikt om een LED telaten branden ter indicatie dat standbyactief is. De LED wordt uit de gloei-spanning gevoed.

GelijkstroomverhittingOm zelfs de kleinste kans op brom tevermijden worden de gloeidraden vande buizen met gelijkstroom gevoed.Daarvoor wordt de welbekende 723-spanningsregelaar gebruikt in combi-natie met een MOSFET (figuur 2).Belangrijk is dat de dissipatie van deregelaar klein is en daarom worden degloeidraden van de twee EL156’s inserie geschakeld. Bij de ECC81 zijn degloeidraden van de twee triodes al inserie geschakeld, zodat deze buis zon-der meer met 12,6 V kan wordengevoed. Bij een tweemaal hogerespanning (12,6 V in plaats van 6,3 V) isde stroom half zo groot, waardooralleen al in de gelijkrichter de verliezenveel kleiner worden. De schakeling iszodanig opgezet dat ook T1 weinigdissipatie heeft.Door een slimmigheid wordt destroombegrenzing van de 723 bij eenlagere spanningsval actief dan nor-maal het geval zou zijn. De 723 bevateen transistor voor de stroombegren-zing, waarvan de basis/emitter-over-gang parallel is geschakeld met destroomsensor-weerstanden R4/R5. Eensilicium transistor begint bij een span-ning van ongeveer 0,6 V tussen basis

elektuur - 3/200550

f f

ff

a

k

fM

g

a

k

g

ECC 81

f f

k

g1

a

g2

g3

EL156

V1.A

8

7

6

V2

8

4

3

5

1

EL156

V1.B

3

2

1

V3

8

4

3

5

1

EL156

R4

220

Ω

R3

100k

R26

100k

R12

680k

R13

220

Ω

R9

10k

R5

18k

R10

10k

R8

100k

R16

68k

R17

68k

R15

10k

R14

10k

R21

10Ω

R20

10Ω

R1

1k

R2

100k

R7

2k2

R23

10k

R24

100 Ω

R25

100 Ω

R18

1k

R19

1k

R22

2k7

R11

1k3

5k

P1

5k

P2

C10

470n400V

C11

470n400V

C4

1n5

C8

100µ63V

C5

10µ450V

C6

22µ500V

C9

470n400V

C7220µ

25V

R6

180

Ω

D156V

D2100V

D3100V

D4100V

C12

2n2

C2

10p

C1

2µ2

A2'

B1'

A1(M)

B2'B

A3

1

2XLR

Tr1

FIL1

FIL2

V27

2

V32

7

V19

4

5SG1

SG2

A1

A2

–UG

+UB

GK

Tr2

B2156

S1

R27

10k

STAND BY

+12V

8Ω

4Ω

C13

100µ500V

C12

100µ500V

R4

150k

R3

150k

C10

100µ500V

C11

100µ500V

DRLO DRLO1

Dr2

D-4060

B2

0A63 T

F2

B500C1500

UBLO

LO

LO

C8

100µ500V

C9

100µ500V

R2

150k

R1

150k

C5

100µ500V

C7

100µ500V

DRLO DRLO1

Dr1

D-2360

B1

0A63 T

F1

B500C1500

UBHI

HI

D1

1N4007R5

47k

C6

100µ63V

UG– UG

Massa

310V450mA

450mA270V

35V100mA

versterkerprint

voeding

030334 - 11

V1 = ECC81

HI

50V

C3

33p

hoogspannings-

Figuur 1. Het hart van de buizeneindtrap met uitgangstransformator en hoogspanningsvoeding.

T1BUZ12

R3

1k

R2

10

0Ω

R6

47

Ω

R1

4k

7

R16

1k

µA723

IC1REF OUT

+IN –IN

CMP

12

10

11

V+

V–

Vc

VZ

CL

CS

13

7

6

5

9

2

3

4

R13

2k

7

R15

4k

7

R9

1k

R17

4k

7

R10

4k

7

R12

2k

7

R4

0Ω22

R5

0Ω22

R7

2k2

R8

47

0Ω

D2

ZTK22

D3

18V

1kP1

R11

1k

C7

1n

C5

470p

C3

220µ40V

C2

47µ40V

C1

10000µ 25V

R14

1k

C4

2200µ40V

B1

KBU8B

D1

1N4007

C6

1000µ 40V

+12V6

M

1

2

1

2

030334 - 14

13V3A

24V0,1A

(DIL)

Figuur 2. Het voedingsgedeelte voor de gloeidraden van de buizen.

en emitter te geleiden. Hier krijgt debasis via R7 en R8 een kleine voor-spanning die door de (temperatuur-gecompenseerde) zenerdiode D2 wordtgestabiliseerd. Zo treedt de stroombe-grenzing al bij een vrij lage spannings-val over R4/R5 in werking.De referentiespanning van de 723(pen 6) wordt door R13 en R15gedeeld. Door C4 wordt de ruis ver-minderd, maar de waarde ervan is veelhoger dan daarvoor nodig is. De redenvan de hoge waarde (2200 µF) is datdaardoor de referentiespanning oppen 6 heel langzaam in waarde stijgt,waardoor ook de gloeispanning lang-zaam toeneemt. Een ‘softstart’ eigen-lijk. Voor T1 is een vermogens-FETBUZ12 gebruikt, die ruim voldoendestroom kan leveren en een RDSON vanslechts 28 mΩ heeft.Het is belangrijk dat tussen de kathodeen de gloeidraad van de buizen geenhoog spanningsverschil bestaat. Datzou tot spanningsoverslag kunnen lei-den. Daarom moet de ‘min’ van degloeidraadvoeding worden verbondenmet de ‘min’ van de hoogspanning.

In- en uitschakelenBij het aanzetten en ‘warmlopen’ vande eindtrap worden de afvlak- en kop-pelcondensatoren ongelijk opgeladen,wat brom- en plop-geluiden kan ver-oorzaken. Deze verschijnselen wordendoor de schakeling in figuur 3 onder-drukt. De uitgang van de versterker

wordt door relaiscontacten namelijk ineerste instantie kortgesloten gehou-den, wat de eindbuizen zonder proble-men verdragen. Na een bepaalde tijdwordt het relais bekrachtigd en dekortsluiting opgeheven. Als de verster-ker in bedrijf is, zijn er geen relaiscon-tacten in het signaalpad. Op de print isplaats voor een relais met tweeomschakelcontacten, waardoor deschakeling ook voor andere toepassin-gen zoals stereo-eindtrappen kan wor-den gebruikt.De schakeling wordt (in ons geval)gevoed uit de 13-V-gloeidraadwikke-ling van de transformator en neemtmaximaal 200 mA op. De meestebestaande versterkers hebben echteralleen een 6,3-V-gloeispanning en ookdan kan de schakeling wordengebruikt, omdat in de mogelijkheid isvoorzien om spanningsverdubbelingtoe te passen. De opgenomen stroomis dan wel meer dan tweemaal zohoog, dus de gloeidraadwikkelingmoet in staat zijn om deze extra stroomte leveren. Afhankelijk van de keuzevan de voedingsspanning (13 of 6,3 V)moeten bepaalde onderdelen wordengemonteerd of weggelaten. Op deprint-layout (beschikbaar opwww.elektuur.nl) is dit aangegeven.

InschakelenZodra de spanning opkomt, wordt C8via R8 opgeladen en wordt pen 13 vanIC3d hoog. Ook C10 wordt via R10opgeladen en als de schakeldrempel

van IC4b wordt overschreden, wordtde uitgang laag en levert via C11/R7een korte negatieve puls op de ingangvan IC4d. Door de positieve puls op deuitgang worden de 4017-tellers gere-set, door IC4a wordt de positieve pulsnogmaals geïnverteerd en reset danflipflop IC3b/c waardoor de uitgangdaarvan (pen 4) laag wordt - als dat alniet het geval was. Het voorlopigeresultaat van dit alles is dat de uitgangvan IC3d hoog blijft, transistor T1 sperten het relais onbekrachtigd is. De rust-contacten zijn gesloten en de uitgangvan de versterker blijft kortgesloten.IC2d en IC2b vormen een blokgolfge-nerator, de frequentie van ongeveer1 Hz wordt bepaald door C9/R2. Doorflipflop IC2a/c wordt het blokgolfsig-naal gebufferd en als klok gebruiktvoor de twee in serie geschakelde tel-lers IC5/6. Na 100 klokpulsen wordt viainverter IC3a flipflop IC3b/c gezet,waardoor de uitgang van IC3d laagwordt. De collector van T1 wordt hoogen het relais trekt aan. De kortsluiting isnu opgeheven en het audiosignaalbereikt de speakers. Door de collector-spanning die nu hoog is, worden viaR5 de tellers geblokkeerd.Tijdens de inschakelprocedure is eeningang (pen 8) van IC4c hoog en op deandere ingang (pen 9) staat het blok-golfsignaal. De LED knippert in een 1-Hz-ritme. Na afloop van de inschakel-procedure wordt ingang pen 8 laag; deuitgang van IC4c blijft nu hoog en deLED brandt continu.


CTRDIV10/

IC6

CT=0

CT≥5

4017

DEC

14

13

15

12

11

10

4

9

6

5

1

7

3

2

& +

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

CTRDIV10/

IC5

CT=0

CT≥5

4017

DEC

14

13

15

12

11

10

4

9

6

5

1

7

3

2

& +

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

8

910

IC2.C

&

1

23

IC2.A

&5

64

IC2.B

&12

1311

IC2.D

&

12

1311

IC3.D

&

1

23

IC3.A

&

89

10

IC4.C&

1

23

IC4.A

&12

1311

IC4.D

&5

64

IC4.B

&

5

64

IC3.B

&

8

910

IC3.C

&R2

68

0k

R1

10

0k C9

1µ

D9

1N4148

D10

1N4148R7

10

k

R10

10

k

C11

10nC10

100n

R6

10k

R5

100k

T1

BD140

R3

10k

R4

10k

T2

BC549

D2

1N4148

REL1

R12

10

0k

D8

12V

C8

1µ63V

R9

33

k

+12V

+12V

R11

1k

5

LED

LED-A

+12V

7812

IC1

C1

100n

C2

100n

C3

47µ40V

C4

47µ40V

C5

47µ40V

IC2

14

7

IC3

14

7

IC4

14

7

IC5

16

8

IC6

16

8

D41N4007

C6

22µ40V

GL1

D3

1N4007

D6 D5

1N4007

D7

R8

2k2

C7220µ

40V

B/D

B

D B1

B2

B1'

B2'

IC2 = 4011 IC3 = 4011

IC4 = 4011LED-K

P1

P2

O1

S1

O2

S2

+12V

030334 - 13

13V

6V3

*

*

B80C1500

*

*

* * *

*

*3x

*

*

zie tekst*

*

Figuur 3. De inschakelvertraging onderdrukt plop- en bromgeluiden.

UitschakelenAls de eindtrap wordt uitgeschakeld,levert de transformator geen span-ning meer. De spanning over C8 valtsnel weg (wordt niet meer geladenvia R8 en D5/D6) en het relais valt af.Bij 6,3 V wordt trouwens C8 geladen

via R8 en D5/D7. Door D10 en D9 wor-den respectievelijk C10 en C11 snelontladen. Onafhankelijk van het feit ofde netspanning onmiddellijk weerwordt aangezet of pas veel later, tochmoet altijd de hele cyclus wordendoorlopen.

BouwDe mono-eindtrap bestaat uit drie prin-ten en een aantal inductieve onderde-len die, zoals in figuur 4 is te zien,samen in een behuizing wordengemonteerd. Voor het prototype is eennaadloos gelaste aluminium behuizing

elektuur - 3/200552

Figuur 4. De versterker gezien vanaf de onderkant.

EL34 en EL156 vergelekenDe waarden zijn deels afgerond enmoeten als indicatie worden gezien,omdat in de databoeken niet altijd iden-tieke waarden worden vermeld. Dewaarden achter de schuine streep gel-den bij uitsturing.

De EL34 en EL156 zijn echte LF-pento-des en geen beam-power-tetrodes zoalsde 6L6, KT88 of de 6550. De buizenlijken veel op elkaar, maar enkelebelangrijke parameters verschillen wel.De EL156 trekt ongeveer 27% meergloeistroom, maar de maximale katho-destroom is ook circa 20% hoger.Verder is de maximale anodedissipatieongeveer 60% groter dan van de EL34.Een hogere inwendige weerstand, gro-tere steilheid, hogere stroom en eenlagere negatieve roosterspanning zijntypische eigenschappen van de EL156.Verder is de roosterwisselspanning voorvolledige uitsturing lager dan die vande EL34. Door deze eigenschappenheeft de EL156 een hogere versterking

Parameter Symbool EL34 EL156 Eenheid

Gloeispanning Uf 6,3 6,3 V

Gloeistroom If 1,5 1,9 A

Maximale anodespanning Uamax 800 800 V

Maximale kathodestroom Ikmax 150 180 mA

Maximale anodedissipatie PVmax 25/27,5 40 W

Maximale schermroosterdissipatie Pvg2 8 8/12 W

Schermroosterstroom Ig2 11/22 5/25 mA

Maximale schermroosterspanning Ug2max 425 450 V

bij AB-bedrijf 425 350

Negatieve roosterspanning Ug1 –39 –24 V

Roosterwisselspanning Ug1AC 23 18 V

Steilheid S 11 13 mA/V

Inwendige weerstand Ri 15 20 kΩ

Maximale roosterlekweerstand Rg1max 700 100 kΩ

gebruikt. Het aluminium is vernikkelden glanzend gepolijst. Door aluminiumin plaats van staal te gebruiken wor-den magnetische vervormingen voor-komen ten gevolge van de magneet-velden van de transformatoren. Allemassa-aansluitingen van de schake-

ling moeten bij de versterkerprintsamen komen en worden van daaruitmet een enkele verbinding met hetaardpunt van de behuizing verbonden:een aan de behuizing vastgeschroefdsoldeeroog. Dat is nodig omdat andersde behuizing als antenne werkt en de

versterker bromt. Vanwege de hogespanningen die worden gebruikt is hetbeslist noodzakelijk om een geaardstopcontact te gebruiken en de behui-zing met de randaarde te verbinden.Ter voorkoming van aardlussen moetenalle in- en uitgangsconnectoren van de


Figuur 5. Sfeervol: De EL156 in werking.

dan de EL34, zodat in de driver-trappen één dubbeltriode toereikend is om het grote uitgangsvermogen te bereiken.

Voor een groot vermogen moet bij beide buizen op enkele details worden gelet. Bij een hoge voedingsspanning moet deschermroosterspanning een bepaalde maxi-male waarde hebben. Verder is meestal eenvaste negatieve roosterspanning nodig. Demaximaal toelaatbare waarde van deroosterlekweerstanden is bij de EL156 veellager als bij de EL34. Deze waarde staat inde datasheets van de buizen. Theoretischkan een buis ‘vermogensloos’ wordengestuurd. In de praktijk is er altijd wel spra-ke van enige roosterstroom die effectiefmoet worden afgevoerd. Bij het ontwerpvan de stuurtrap moet hier terdege rekeningmee worden gehouden. Verder is voor eenefficiënte werking van de EL156 een vol-doende hoge anodespanning nodig. Meteen buis van een dergelijk kaliber en metzo’n prijskaartje willen we toch wel vermo-gen! In een triodeschakeling in een AB-balansschakeling is slechts circa 30 W ver-mogen bereikbaar. Voor een groot vermo-gen moet in een AB-balansschakeling deschermroosterspanning een vaste waardevan ongeveer 350 V hebben. Bij de EL34 isdat ruim 400 V.

elektuur - 3/200554

De prestaties

Figuur A laat de totale harmonische vervorming plus ruis (THD + N) zien als functie van de frequentie bij uitsturingen van 1 Wrespectievelijk 50 W. De meting is gedaan bij een bandbreedte van 80 kHz. Zoals te verwachten is bij buizeneindtrappen,neemt de vervorming toe door toenemende verzadiging van het ijzer van de uitgangstransformator. Dat is niet echt een pro-bleem, omdat ons gehoor ongevoeliger is voor lage frequenties, waardoor wat hogere vervormingen niet als storend worden

ervaren.

Figuur B laat de vervorming als functie van de uitsturingzien. Vanaf 18 mW neemt de vervorming snel toe en vanaf50 mW zijn het hoofdzakelijk harmonischen. De meting ismet een bandbreedte van 22 Hz...22 kHz gedaan, hoofdza-kelijk om bij een laag niveau de invloed van de harmonischevervorming beter uit te laten komen. Bij 90 W is de versterkervolledig uitgestuurd.

Figuur C laat het maximale vermogen als functie van de fre-quentie zien bij een bandbreedte van 80 kHz, waarbij deanalyser de vervorming constant houdt (hier 1%), door hetingangsniveau bij te regelen. Zowel bij de lage als de hogefrequenties vermindert de maximale uitsturing. Voor de hogefrequenties is dat geen probleem omdat daar toch minder ver-mogen nodig is. Dat is niet het geval onder 40 Hz, omdatvoor lage tonen juist wel flinke vermogens nodig zijn.

Meetwaarden (alle metingen met 8 Ω belasting)

Parameter Voorwaarden Meetwaarde Eenheid

Ingangsgevoeligheid 90 W, 1 % THD+N 1,4 Veff

Ingangsimpedantie20 Hz 1 kHz 20 kHz

4 9

1,08kΩ

Sinusvermogen 1% THD+N 90 W

Bandbreedte –3 dB, 1 W 41 kHz

Stijgsnelheid tijd 10 µs 5 V/µs

Signaal/ruis-verhoudingbij 1 W, B = 22 Hz ... 22 kHz

88102

dB BA

Harmonische vervorming en ruis bij bandbreedte 80 kHz

1 W1 kHz 20 kHz

0,120,21

%

50 W1 kHz20 kHz

0,61,43

Intermodulatievervorming 50 Hz : 7 kHz = 4:11 W 50 W

0,5 2,6

%

Dynamische intermodulatievervorming blokgolf 3,15 kHz met sinus 15 kHz

1 W50 W

0,0640,33

%

Dempingsfactor1 kHz20 kHz

2,92,3

–

0.06

10

0.1

0.2

0.5

1

2

5

%

20 20k50 100 200 500 1k 2k 5k 10kHz 030334 - E

0.01

10

0.02

0.05

0.1

0.2

0.5

1

2

5

%

1m 3002m 5m 10m 20m 50m 100m 200m 500m 1 2 5 10 20 50 100

W 030334 - B

2

200

5

10

20

50

100

W

20 20k50 100 200 500 1k 2k 5k 10kHz 030334 - C

A

B

B

behuizing geïsoleerd zijn en behalvehet ene eerder genoemde punt van deschakeling mogen geen andere puntenmet de behuizing zijn verbonden.Voor de verbinding van de relaiscon-tacten met de luidsprekeruitgang moetdraad worden gebruikt met een door-snede van minstens 0,5 mm2. Te dundraad heeft te veel weerstand,waardoor de inschakelgeluiden nietvolledig worden onderdrukt. Voor degloeidraadverbindingen wordt draadmet een doorsnede van 1,5 mm2

gebruikt, voor de massaverbindingenminimaal 0,75 mm2, voor de hoogspan-ning 0,5 mm2 en voor de overige ver-bindingen 0,25 mm2.Nadat men er zich van overtuigd heeftdat alles op de juiste wijze is opge-bouwd en verbonden, worden eerst dehulpspanningen gecontroleerd. Dezekeringen voor de hoogspanning wor-den verwijderd voor het geval ze algeplaatst waren. Na het inschakelenvan de netspanning moet op de buis-voeten vrijwel direct de negatieveroosterspanning aanwezig zijn. Contro-leer dan eerst of deze spanningen metde instelpotentiometers regelbaar zijnen zo ja, stel ze in op de maximalenegatieve waarde. Dan wordt de gloei-spanning getest en afgeregeld op12,6 V. Als de spanning wel regelbaaris over een bereik van 2 à 3 V, maar nietop 12,6 V kan worden afgeregeld, danmoet weerstand R10 respectievelijkR12 worden aangepast. Dan kunnen debuizen in hun voeten worden gedrukten na korte tijd moeten de gloeidradenoplichten zoals in figuur 5 is te zien.

De volgende stap is het testen methoogspanning. Essentieel daarbij iseen belastingsweerstand van minstens150 W op de uitgang van de versterker.De hoogspanningszekeringen mogenalleen worden geplaatst als de verster-ker is uitgeschakeld, dat spreekt voorzich. Parallel aan de belastingsweer-stand wordt een oscilloscoop gescha-keld als monitor, waarna de versterkerwordt aangezet. Na de warmloopfaseworden de ruststromen van de eindbui-zen ingesteld. Daartoe worden met eenmultimeter afwisselend de spanningenover de kathodeweerstanden R20 enR21 gemeten. Beetje bij beetje ver-draait men de instelpotentiometers vanV2 en V3 tot de spanningen 450 mVzijn. Dat komt voor iedere buis overeenmet 45 mA. Dan wordt op de ingangeen sinusgenerator met een 1-kHz-test-signaal aangesloten. De sterkterege-laar, die op ‘nul’ was gezet, wordt nuheel langzaam open gedraaid terwijlmen op de oscilloscoop het uitgangs-signaal bekijkt. Totdat de versterkergaat vastlopen mogen er geen vervor-mingen of oscillaties zichtbaar zijn. Bij

oscillaties is waarschijnlijk de bedra-ding niet helemaal correct. Vooralonjuiste massaverbindingen kunnenoscillaties oorzaken.Als direct na het inschakelen en warm-lopen de versterker begint te oscillerenmet een frequentie van circa 100 Hz- op de oscilloscoop is dan een ver-vormde blokgolf te zien en de uit-gangstransformator en de eindbuizenbeginnen te brommen - schakel danonmiddellijk de versterker uit. Dan iser namelijk sprake van meekoppelingin plaats van tegenkoppeling. Dat kaneenvoudig worden gecorrigeerd doorvan de uitgangstransformator anode 1en anode 2 te verwisselen. Als de ver-sterker direct wordt uitgezet, is dekans op schade vrijwel nihil.

(030334)

De print-layouts en componentenopstellin-gen zijn in dit artikel uit plaatsoverwe-gingen niet opgenomen. Ze zijn als gra-tis downloads via Internet verkrijgbaarop www.elektuur.nl.

Printen en bouwpakketten zijn bij deauteur verkrijgbaar ([email protected])


De vervorming in de spectrumanalyse van een 1-kHz-sinussignaal bij een uitgangsvermogen van 1 W, zoals figuur D laatzien, komt vrijwel geheel op het conto van de tweede harmonische bij -58,3 dB. De derde harmonische is al -80 dB, alle ande-re evenals de netrimpel liggen onder -90 dB. De netrimpel wordt hoofdzakelijk door het magneetveld van de transformator ver-oorzaakt, anders zou de 100-Hz-component sterker zijn geweest.

Figuur E tenslotte laat de invloed van de ingangsschakeling van de versterker zien (de trafo met het daarachter geschakeldecorrectienetwerk R26/C12). Als de uitgangsimpedantie van de voorversterker hoger is dan 50 Ω neemt de invloed van deingangsimpedantie van de eindversterker duidelijk toe. De bovenste frequentiekarakteristiek loopt vrij netjes bij een impedantievan 20 Ω, terwijl bij 600 Ω de frequentiekarakteristiek aan de hoge en lage kant duidelijk afvalt.

-160

+0

-150

-140

-130

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

dBrA

20 20k50 100 200 500 1k 2k 5k 10kHz 030334 - D

-24

+6

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

-0

+2

+4

dBrA

10 100k20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k 50kHz 030334 - E

D E

Attentie!In dit ontwerp is een voedingstrafo aanwezig die op het lichtnet wordtaangesloten. Dit kan een levensgevaarlijke situatie tot gevolg hebben als nietgoed op de veiligheidsregels voor zulke schakelingen wordt gelet. Daarom is hetnoodzakelijk dat u de aanwijzingen op de Veiligheidspagina (regelmatigachterin dit blad) goed opvolgt.Wees bij metingen aan de versterker extra voorzichtig, aangezien in dezeschakeling gewerkt wordt met zeer hoge gelijkspanningen!

elektuur - 3/2005

Echte audioliefhebbers is niets te gek wanneer het gaat omhet verbeteren van de klankkwaliteiten van hun hifi- ofsurround-installatie. Men kan niet alleen veel geld uitgegevenaan kabels en andere accessoires, maar er zijn veel verderreikende mogelijkheden, zoals het modificeren van apparatuuren het bewerken van LP’s en CD’s.

56

E-ONLINE

Ondanks de grote berg aan goedkope audio-apparatuurdie jaarlijks wordt verkocht, is er nog steeds een flinkegroep liefhebbers van echte hifi-weergave, zowel in ste-reo als surround uitvoering. Vaak gaan de verstokte high-enders zelfs zeer bijzondere wegen om het uiterste uithun spullen te halen, zodat er net nog een spoor meerdetail dan voorheen uit de boxen komt. We hebben eenaantal van zulke methodes verzameld, waarbij het aan-

bod varieert van zeer serieus tottwijfelachtig.We beginnen maar meteen metiets uit de laatste categorie. Erzijn verschillende tips in omloopom CD’s beter te laten klinken. Zoschijnt het te helpen als u de CDeerst enkele uren in de diepvrieslegt alvorens deze af te spelen.Het kost niets, dus dat is snelgeprobeerd. Een andere CD-klankverbetering is mogelijk door

de CD voor het spelen eerst te demagnetiseren. Er zijndiverse fabrikanten die hiervoor apparaatjes op de markthebben gebracht en in de Halfgeleidergids 2000 (blz.71) hebben we zelfs een zelfbouw-demagnetiseur voorCD’s gepubliceerd. Opvallend genoeg dachten demeeste lezers dat het een grapschakeling was...Een van de vreemdste CD-klankverbeteringstrucs vondenwe onlangs op de site Audio Tweaks [1], waarbij

AUDIO-TWEAKSVan demagnetiseren tot aflakken

Harry Baggen

3/2005 - elektuur

iemand adviseerde om met een spuitbus Pledge (eensoort was voor houten meubels) een keer in de lucht tespuiten en dan de datakant van de CD door de nevel tehalen die dan in de lucht hangt [2]. Er zitten dan minus-cuul kleine druppeltjes op de CD en dat schijnt een effectte hebben bij het aftasten. Technisch gezien lijkt ons ditnogal gevaarlijk, want resten van het poetsmiddel zullenhoogstwaarschijnlijk door het ronddraaien van de CD inhet loopwerk terecht komen en dat kan funest zijn voorde laser en de slede. Maar goed, u bent gewaarschuwd.Op de bewuste site zijn overigens meer dan 300 audio-tweaks verzameld, erg leuk om eens in rond te snuffelen.Heel apart is ook het verhaal over de C37-lak, een soortwondermiddel dat door de Oostenrijkse violenbouwerDieter Ennemoser [3] is samengesteld. Het gaat hierom een soort vioollak die ook bijzondere eigenschappenschijnt te hebben voor audio-apparatuur; alles wat hier-mee wordt ingesmeerd gaat alleen maar trillen op natuur-lijke harmonischen (uitgaande van koolstof bij eenlichaamstemperatuur van 37 °C, vandaar de benaming).Als je dit spul op luidsprekerconussen smeert, dan zal datzeker een verandering van de klank tot gevolg hebben.Maar op de site van Ennemoser zijn ook diverse links tevinden naar beschrijvingen over het behandelen van ver-sterkers e.d. met deze lak. Zelfs het insmeren van de IC’sop een print schijnt al tot een waarneembare klankverbe-tering te leiden. Enfin, leest u de verhalen zelf maar eensen trek uw eigen conclusies.Iets minder vreemd en ook verklaarbaar met een tech-nisch verhaal is het werk van de Amerikaanse firma Cry-oPlus [4]. Hier kunt u verbindingskabels, luidsprekerka-bels, maar ook losse buizen, IC’s of hele opgebouwdeprinten laten bevriezen tot het absolute nulpunt. De filoso-fie erachter is dat de materialen in de kabels of compo-nenten daardoor weer hun oorspronkelijke kristalstructuurterugkrijgen. U kunt hier behandelde kabels kopen, maarook op bestelling zelf componenten laten bevriezen. Deprijzen vallen (afgezien van het transport naar de VS)reuze mee.Vroeger was het tunen of tweaken van hifi-apparatuuriets dat voornamelijk door hobbyisten gebeurde, maarinmiddels is dat uitgegroeid tot een professionele busin-ess. Bekende firma’s zoals Van Medevoort [5] inNederland en Swoboda Audio [6] in Duitsland bie-den gemodificeerde consumentenapparatuur aan waarinallerlei punten aangepast zijn, zoals een optimale dem-ping van de behuizing, een betere voeding of aange-paste deelschakelingen, zoals een uitgangstrap met spe-ciale opamps voor een CD-speler. Zulke ingrijpendemaatregelen hebben zeker invloed op de klankkwaliteiten kunnen zeer goede eindresultaten opleveren, dat leidtgeen twijfel. Meestal is het wel een kostbare geschiede-nis, er gaan immers vele uren werk zitten in het verande-ren van een bestaand apparaat.Tenslotte nog een leuk idee voor de minimalisten onderonze hifi-liefhebbers. Meestal denken we bij hifi-audio-versterkers aan grote kasten met dikke voedingen en danlaten we een twistpunt zoals veel of weinig tegenkoppe-ling nog maar even buiten beschouwing. Onder hetmotto ‘Zorg voor zo weinig mogelijk elektronica en print-banen tussen in- en uitgang van de versterker’ heeft deDuitser Charles Altmann [7] een versterkertrapjegemaakt dat uit niet meer bestaat dan een power-IC op

een print met enkele in- en uitgangsbussen plus een pot-meter (met de klinkende naam BYOB amplifier). De voe-ding wordt door een auto-accu verzorgd. Omdat eenmetalen behuizing volgens Altmann voor ongewenste tril-lingen zorgt, wordt de versterker geleverd op een keurighouten plankje. De foto’s op deze site moeten toch eenaansporing zijn voor menige audioliefhebber om zelfeens zoiets in elkaar te zetten.U ziet het, met hifi kun je alle kanten op!

(045111)

57

Internet-adressen[1] Audiotweaks: www.audiotweaks.com/collection_ascend.htm[2] Pledge-tip: www.audiotweaks.com/tweaks/tweak_265.htm[3] Dieter Ennemoser: www.ennemoser.com/[4] CryoPlus: www.cryoplus.com/audio.html[5] Van Medevoort upgrades: www.audioart.nl/nl/upgrade.html[6] Swoboda Audio: www.swobodaaudio.de/[7] BYOB amplifier: www.mother-of-tone.com/byob.htm

elektuur - 3/200560

DELPHI VOORELEKTRONICIDeel 3 – Een externe calculator

De vorige keer hebben we gezien hoe we een eenvoudigerekenmachine in Delphi kunnen programmeren. Dit keer gaan weeen toetsenbordje aansluiten aan de seriële poort, om zo derekenmachine extern te kunnen bedienen. We gebruiken hetprogramma van de vorige keer (in licht aangepaste vorm) om degetallen op het scherm te zetten en de bewerkingen uit te voeren.

curs

us

Herman Bulle met dank aan Anton Vogelaar

Het externe toetsenbordje dat we gaan maken, bestaatuit 16 knopjes die in een configuratie van 4 rijen en 4kolommen worden geplaatst. Als een knop wordt inge-drukt, worden een enkele rij en een enkele kolom metelkaar verbonden. De kombinatie van een bepaalde rijen kolom is uniek voor elke knop.Door achtereenvolgens alle kolommen te activeren en bij

elke geactiveerde kolom te detecteren op welke lijn een sig-naal staat, kunnen we vaststellen welke knop is ingedrukt.Voordat we gaan kijken naar de praktische realisatie,merken we nog op dat de bijbehorende Delphi-listing teveel pagina’s in beslag gaat nemen als we die compleetin het blad zouden afdrukken. De listing (project files) isals download op de Elektuur-site beschikbaar bij de Del-

phi-cursus in de maand maart. Het is verstandig om dezeeerst te downloaden en in Delphi te laden, dat maakt denavolgende uitleg een stuk duidelijker.

Hardware en koppelingHet activeren van de kolommen gebeurt met een CMOS-dataselector van het type 4555, een dual 1-to-4 deco-der/multiplexer (zie figuur 1). Elke decoder in het ICheeft een digitale ingang (2 bits) en 4 uitgangen. Afhan-kelijk van de binaire waarde op de ingang (00, 01, 10,11) wordt één uitgang van het IC hoog gemaakt.De RS232-aansluiting van de computer levert 2 uitgangs-signalen, DTR (Data Terminal Ready, pen 4) en RTS(Request To Send, pen 7). Als geheugensteuntje zijn infiguur 1 ook de aansluitgegevens van de 9-polige RS232-connector vermeld. Deze signalen gebruiken we om deline-selector in de 4555 aan te sturen. Voordat we dit kun-nen doen, moeten we echter eerst het IC van voedings-spanning voorzien. Omdat zo’n CMOS-IC weinig vermo-gen nodig heeft, kunnen we de spanning gemakkelijk uitdeze twee signalen afleiden. Als er geen toets is inge-drukt, hoeven we de dataselector-ingang niet te activeren.We kunnen dan DTR op ‘1’ zetten en RTS op ‘0’. Vandeze spanningen kunnen we eenvoudig een symmetrischevoedingsspanning maken van ±7,5 V (VDD = 15 V) metbehulp van enkele weerstanden, zeners en bufferelco’s(R1, R2, D1...D4, C1, C2 in figuur 1). De elco’s zijngroot genoeg om gedurende een hele scan-periode het ICte voeden met een stabiele spanning. Er moet nog eenkleine voorzorgsmaatregel worden getroffen: De signaal-spanning kan hoger zijn dan de voedingsspanning. Dooreen weerstand van 10 kW op te nemen in de signaalwegwordt de ingangsstroom beperkt tot een veilige waarde.Bij gebruik van een laptop is het verstandig, eerst evende spanningen te meten. Die willen nog wel eens afwij-ken van de officiële RS232-specificatie (bij sommige Dell-laptops hebben we bijv. ±5 V gemeten). In zo’n gevalzou de zener kunnen vervallen. Ook asymmetrischespanningen (+5 V/0 V) schijnen voor te komen, dus letdaarmee even op.

Het opbouwen van het schema uit figuur 1 zal weinigmoeite kosten. Het IC is met de passieve componenten en16 druktoetsen snel op een stuk gaatjesbord gemonteerden de bedrading stelt ook niet veel voor. Gebruik eenoude RS232-kabel voor de verbinding met de PC, waar-van aan een kant de steker wordt afgeknipt (Let op: defemale steker moet er aan blijven zitten voor de aanslui-ting op de PC). De bewuste draden kunnen dan recht-streeks aan de print worden gesoldeerd. Als alternatiefvoor de losse druktoetsen kunnen ook matrix-toetsenbord-jes worden gebruikt (o.a. verkrijgbaar bij Conrad).Meestal hebben deze een configuratie van 4x3, dan kun-nen twee toetsenbordjes worden ‘parallel geschakeld’,van het tweede wordt maar een kolom aangesloten.

Schakelen met de softwareOm de signalen DTR en RTS te activeren, zullen we heteen en ander moeten programmeren in Delphi.Om te beginnen moet de seriële poort worden geacti-veerd. Hoe dat gaat, hebben we in deel 1 al laten zienbij het inbraakalarm:

FHandle := CreateFile (PChar (Port), Generic_Read +Generic_Write, 0,Nil,Open_Existing, 0, 0);If FHandle = Invalid_Handle_Value ThenBegin

ShowMessage(‘Unable to open communication port.’);Exit

End;

(Voor alle duidelijkheid: Delphi-programma’s zijn niet‘case sensitive’, in tegenstelling tot C en diverse andereprogrammeertalen. Hierdoor kan het gebeuren dat webij de voorbeelden in de verschillende delen niet altijdop dezelfde wijze gebruik maken van hoofdletters enkleine letters)In het bovengenoemde programma hebben we dezeregel nog uitgebreid met een veiligheidsmaatregel: Alsde poort al open was, wordt ze niet nogmaals geopend.Van allerhande objecten zoals programma’s, poorten,drivers etc. houdt Windows een lijst bij. Deze objectenkrijgen een unieke code. De bovenstaande aanroepCreateFile is een functie die als resultaat de waardevan die code krijgt. Als deze waarde nu de waardeInvalid_Handle_Value krijgt die in Delphi gedefini-eerd is, is er iets fout gegaan met het initialiseren van depoort en wordt het programma afgebroken met eenmededeling en het commando exit.


IC14555

A0 A1

Q0

Q1

Q2

Q3

32

4 5 6 7

E

1

K1

SUB-D9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R3

10k

R4

10k

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

S11

S12

S13

S14

S15

S16

R1

3k3

R2

3k3

D3

7V5

D4

7V5

C1

3µ316V

C2

3µ316V

D1

BAW62

D2

BAW62

IC1

16

8

040240 - 3- 11

DCD

DSR

RTS

CTS

DTR

RI

GND

(RLSD)

16 15 14

A0BENB

13

A1B

12

Q0B

11

Q1B

10

Q2B

9

Q3B

A0BENB A1B Q0B Q1B Q2B Q3B

A0AENA A1A Q0A Q1A Q2A Q3A

1 2 3

A0AENA

4

A1A

5

Q0A

6

Q1A

7

Q2A

8

Q3A

4555

Figuur 1. Het schema van het externe toetsenbordje dat met de seriële poort van de PC wordt verbonden.

Als deze fase succesvol is verlopen, moeten we een paarlijnen activeren. DTR moet op +12 V worden gezet enRTS op –12 V.Om de UART te programmeren heeft Windows een data-structuur (DCB, zie kader) gedefinieerd waarin aller-hande parameters gezet kunnen worden. Deze datastruc-tuur wordt vervolgens naar de UART gezonden. Voor onsdoel is het veld DCB.Flags het belangrijkst. In dit veldhebben vrijwel alle bits een aparte betekenis. In de uDri-ver zijn hiervoor twee constantes gedefinieerd, die wenodig hebben om DTR en RTS ‘aan’ en ‘uit’ te zetten.Eerst wordt de UART uitgelezen met het commando GetCommState(FHandle, DCB).Vervolgens gaan we een bit van het veld FLAGS aan zet-ten om RTS te activeren:

DCB.Flags := DCB.Flags OR RtsEnable

De waarde van RTS wordt zo –12 V.Iets soortgelijks doen we met DTR. Deze waarde moetenwe op ‘0’ zetten, terwijl alle andere waarden niet veran-deren:

DCB.Flags := DVB.Flags AND (NOT DtrEnable)

Uiteindelijk wordt de aangepaste DCB weer naar deUART gestuurd met het commandoSetCommState(FHandle, DCB).Omdat we bij de kolomselectie van de toetsen alle com-binaties van DCD en RTS nodig hebben, is hier de vol-gende procedure voor geschreven:

Procedure Key_Out(RTS, DTR: Boolean);Var DCB: TDCB;BeginIF FHandle > 0 ThenBeginGetCommState(FHandle, DCB);If DTR Then DCB.Flags := DCB.Flags Or DtrEnableElse DCB.Flags := DCB.Flags And (NOT DtrEnable);

If RTS Then DCB.Flags := DCB.Flags Or RtslEnableElse DCB.Flags := DCB.Flags And (NOT RtsEnable);

SetCommState(FHandle, DCB)End

End;

Om de voedingsspanning voor het IC aan te zetten roe-pen we bovenstaande procedure aan: Key_Out(False, True).

Dit doen we elke keer nadat de toetsen gescand zijn. Zohouden we de condensatoren op spanning.

UitlezenDe volgende bouwsteen die we nodig hebben voor deopbouw van het project moet zorgen voor het uitlezenvan de status van de 4 input-lijnen. Door middel van deprocedure GetCommModemStatus(FHandle, MdmSts) wor-den deze gegevens in de variabele MdmSts uitgelezen.Door een masker toe te passen wordt bepaald welk bit indit getal op 1 is gezet. Een masker is een getal waarinmeestal slechts één bit ‘1’ is, bijv. binair 1000 (= hex10), binair 10000 (= hex 0020) etc. Delphi heeft devoor ons belangrijke getallen al gedefinieerd:

MS_CTS_ON = hex 0010MS_DSR_ON = hex 0020MS_RING_ON = hex 0040

MS_RLSD_ON = hex 0080;

Als we nu het masker toepassen met een BooleaanseAND-functie weten we of dit bit is gezet. Hiermee wordtdus bekend of een toets op deze rij is ingedrukt:

If (MdmSts And MS_RLSD_ON) = MS_RLSD_ON ThenResult := 1

Zo kunnen we ook controleren of op de andere rijen eentoets is ingedrukt.Afhankelijk van de geselecteerde rij wordt het resultaat1,2,3 of 4.Al deze uitleesacties hebben we samengevoegd in defunktie Key_Inp, die als resultaat het geselecteerde rij-nummer heeft.

CombinerenIn wezen zijn we nu klaar: We weten hoe we een kolomkunnen selecteren en kunnen dan uitlezen op welke rijeen knop is ingedrukt. Deze acties moeten echter nogwel aan elkaar worden ‘geplakt’ en het resultaat moetnog naar het scherm worden gestuurd.

Het verloop is nu als volgt: Door middel van een timerwordt regelmatig de functie GetKey aangeroepen.Deze roept de procedure Key_Out aan om een lijn teselecteren, bijv. Key_out(false, false). Vervolgens wordtmet Key_Inp bekeken of er een knop is ingedrukt, diemet die kolom is verbonden. Een klein stukje van de pro-cedure staat hieronder: als op de eerste kolom geenknop is ingedrukt, wordt de variabele Row=0. Als er weleen knop is ingedrukt, geeft de functie Key_Inp hetnummer van de rij terug.

If row=0 thenBegincol:=2;Key_Out(False, True);row:=Key_Inp;

End;If row=0 then

col:=3

Op deze wijze wordt de hele toetsenmatrix gescand.Nu de rij en kolom bekend zijn, wordt met behulp vande conversiematrix Map [row, col] het correcte toets-nummer opgezocht:

Key := Map [row, col]

We moeten echter wel zorgen dat het wat langer indruk-ken van een knop niet leidt tot 2 keer inlezen van dezeknop. Hierbij komt de variabele KeyLast te hulp. Alswe voor de zekerheid eisen dat tussen het scannen vantwee na elkaar ingedrukte knoppen minstens één scanplaatsvindt waarin geen knop gededecteerd wordt, kun-nen we dat gebruiken om twee échte toetsaanslagen teonderscheiden van één enkele, te lang aangehoudentoetsaanslag.De op één na laatste toetsaanslag moet dus altijd een legescan zijn (met toetsnummer 0), wil de laatste geldig zijn.Elke oude toetsaanslag wordt bewaard in de variabeleKeyLast. Bij het scannen naar een nieuwe toetsaanslagwordt het resultaat pas geldig verklaard als de oudescan (in opgeslagen KeyLast) 0 was.

Door aan het einde van de procedure GetKey de vol-gende regel op te nemen, zijn we gevrijwaard van valseresultaten.

elektuur - 3/200562

If (KeyLast = 0) Then Result := Key else result:=0;KeyLast := Key;

Vervolgens wordt het nummer van de toetsaanslag opge-slagen in KeyLast.Hiermee is dit gedeelte bijna klaar. We moeten er alleennog voor zorgen dat na afloop van de toetsenscan despanningen voor de voeding weer goed komen te staan.We voeren nog een keer Key_Out(False, True) uit. Hier-mee zetten we DTR op +12 V en RTS op –12 V.

Naast de boven besproken procedures voor de RS232-aansturing en -uitlezing is nog een procedure KeyGetopgenomen, die gebruikt wordt in de simulatie. Het is debedoeling dat slechts een van beide functies werkzaamis. De andere wordt met accolades buiten werkinggesteld (tekst tussen accolades wordt door Delphi alscommentaar beschouwd).In de simulatie wordt de tag van de ingedrukte knop uit-gelezen, zoals in het vorige artikel is besproken. De vari-abele KeyPressed krijgt deze waarde. In de simulatie-mode wordt deze waarde aan het resultaat van de func-tie GetKey toegekend en vervolgens verwerkt. Vanaf ditmoment is het programma identiek voor simulatie en vooruitlezing van het externe toetsenbord.

Nu weten we hoe we de toetsen kunnen uitlezen. Vanuithet hoofdprogramma (in de unit uConsole) laten weeen timer lopen, die iedere 50 ms een procedure startom de toetsaanslagen uit te lezen. Deze procedure Con-trolExe (in uControl) splitst de ingelezen getal-ID’s(1...16) in twee groepen. Als ID £ 10 is er een cijferingedrukt en wordt er een getal gevormd. Als ID > 10wordt er om een bewerking gevraagd. In dat gevalwordt er 10 van het ID afgetrokken en bewerking (ID-10)uit de lijst uitgevoerd, die door Tmath is gedefinieerd.

Een voorbeeld: de bewerking aftrekken heeft een ID oftag van 12. Bewerking 2 is mtSub (tellen vanaf 0) endeze genereert een aftrekking. Als de bewerking is uitge-voerd, wordt er een Screenrefresh uitgevoerd die hetresultaat in het schermpje van de rekenmachine zet.

Functionele opzetDe oplettende lezer zal gemerkt hebben dat het pro-gramma is opgedeeld in 3 functionele blokken, de drieverschillende units. Aan deze splitsing ligt de gedachteten grondslag, dat gecompliceerde problemen het bestekunnen worden beschreven in blokschema’s zoals ook inde elektronica gebruikelijk is. Door een goede scheidingaan te brengen tussen deze blokken kun je de individueleblokken beter beschrijven en testen en daardoor is dekans op ontwerpfouten kleiner. In dit project zijn we uit-gegaan van drie lagen (in de software-wereld wordt indit verband van lagen gesproken).

We hebben hier een presentatielaag (uConsole) waarbijde resultaten van de gesimuleerde toetsen worden afge-vangen, een controlelaag (uControl) die de processenstuurt in de procedure ControlExe en een driver-laag(uDriver) die de communicatie met de buitenwereld voorzijn rekening neemt via RS232.

In deze aflevering hebben we laten zien hoe je met rela-tief eenvoudige middelen onder Windows de beschik-king hebt over 4 commandolijnen en 4 statuslijnen voortoepassing buiten de computer, door handig gebruik temaken van een seriële poort. Aangezien de meeste desk-tops standaard uitgerust zijn met twee seriële poorten,zijn er in totaal 8 commandolijnen en 8 statuslijnenbeschikbaar voor extern gebruik.

(040240-3)


Device ControlBlockHet Device Control Block is een set gegevens waarin alleparameters zitten die nodig zijn om een seriële poort teconfigureren. De elementen BaudRate, StopBits etc. zijnmakkelijk te herkennnen. Het is gedefinieerd als eenrecord van het type TDCB en heeft de volgende opbouw:

Type Sizedcblength dword 4baudrate dword 4flags longint 4wreserved word 2xonlim word 2xofflim word 2bytesize byte 1parity byte 1stopbits byte 1xpmcjar char 1xoffchar char 1errorchar char 1eofchar char 1evtchar char 1wreserved11 word 2

Voor ons zijn de flags van belang. Elk bit in het 16-bitswoord heeft een aparte betekenis die in de tabel hieron-

der te vinden is:

Binary $00000001ParityCheck $00000002OutxCtsFlow $00000004OutxDsrFlow $00000008DtrControlMask $00000030DtrControlDisable $00000000DtrControlEnable $00000010DtrControlHandshake $00000020DsrSensitvity $00000040TXContinueOnXoff $00000080OutX $00000100InX $00000200ErrorChar $00000400NullStrip $00000800RtsControlMask $00003000RtsControlDisable $00000000RtsControlEnable $00001000RtsControlHandshake $00002000RtsControlToggle $00003000AbortOnError $00004000Reserveds $FFFF8000

$ voor een getal wil zeggen : hexadecimale notatie

Wij gebruiken hier alleen de getallen $00000010(DtrControlEnable) en $00001000 (RtsControlEnable). Derest is voor ons niet van belang.

Meer informatie is te vinden in de Windows SDK dieonder het Help-menu van Delphi beschikbaar is.

Wat maakt een µC-board tot een échte PLC? Een PLC is een

geheugen-programmeerbare besturing waarbij betrouwbaar-

heid, beschikbaarheid en veiligheid voorop staan. Wanneer

hiernaast industriële standaards worden toegepast en het µC-

board ook als een PLC bediend kan worden, dan kunnen we

zo’n µC-board pas een échte PLC noemen.

Een échte µC PLCmet een AT89S8252-board

elektuur - 3/200564

Erik Martens

Dit ontwerp biedt alle aspecten omeen standaard AT89S8252 µC-boardmet een minimum aan standaardcomponenten te transformeren naareen échte PLC. Om een AT89S8252-board PLC-functionaliteit te verschaf-fen, is een stukje vaste additionelesoftware (firmware) in de microcon-troller noodzakelijk. Zelf ontwikkeldeµC PLC-programmatuur werkt ondersupervisie van deze firmware.

SysteembeschrijvingOm een standaard AT89S8252-boardte transformeren naar een echte PLCworden van de microcontroller vierI/O-lijnen gebruikt (P1.0...P1.3). Naeen reset van de controller weetdeze aan de hand van het niveau opP1.0 van de discreet opgebouwdeflipflop (IC2a en IC2b) of het eenhardware-reset of een interne resetbetreft. Na een hardware-reset wordtde flipflop door de firmware met P1.1geset. P1.1 heeft eveneens de moge-lijkheid de uitgangssecties te kun-nen deactiveren (hoog niveau opP1.1 spert T1 middels IC3d en IC2d).Met behulp van STOP/RUN/RESET-schakelaar S1 kan het PLC pro-gramma vanuit de firmware wordengestart en gestopt. Eveneens kan

deze schakelaar, door middel van R3,een reset van de µC forceren. P1.2leest de stand van de STOP/RUN/RESET-schakelaar in en kan, indiendeze schakelaar in de RUN-standstaat, eveneens de output-sectiesdeactiveren. LED’s D7 en D8 geven destatus aan van het PLC programma.Indien het niveau van de spanningvoor spanningsregelaar IC4 daaltonder circa 8,2 V zal dit enerzijdsmiddels P1.3 worden gemeld aande µC, anderzijds zullen de output-secties onmiddellijk worden gede-activeerd.Een tweetal input-secties is opge-nomen in het schema. Het aantalinput-secties kan men naar eigenwens invullen en koppelen aan P0,P2 of P3. De input-secties zelf zijngalvanisch gescheiden, beschermdtegen (piek)spanningen, polariteits-verwisseling en ze kunnen +24VDCschakelen.De output-secties zijn eveneens gal-vanisch gescheiden, waarbij men naareigen wens het aantal toe te passenoutput-secties kan invullen en kankoppelen aan P0, P2 of P3. Echter, deoutput-secties worden pas feitelijkaangestuurd als T1 in geleiding is.Zoals vermeld zal T1 pas in geleidingkomen als alle randvoorwaarden in

orde zijn (P1.1 en P1.2 hoog,STOP/RUN/RESET-schakelaar in RUN-stand en voedingsspanning correct).Om de µC te programmeren kan mengebruik maken van de SPI-poort(P1.5, P1.6 en P1.7) van de µC. Hetprogrammeren vindt plaats bij eenactieve reset-lijn. Om deze reden zijnR8...R11 en IC3a opgenomen, waar-mee een hoog RS232-niveau (bijvoor-beeld DTR) de µC continu reset. Pro-grammeerfunctionaliteit middels deSPI-poort is niet opgenomen in hetschema.

FirmwareZoals aangegeven werkt de PLC pro-grammatuur onder de zogenaamdefirmware. Een voorbeeld van derge-lijke firmware is opgenomen in ditartikel en is uiterst bescheiden quaomvang (circa 100 bytes). De µC-PLC-firmware is geschreven in deshareware-assembler TASM. Hetgebruik van deze assembler is uitge-breid besproken in Elektuur artikelen‘89S8252 flash-board’ (dec. 2001),‘Basiscursus microcontrollers’ deel 1en 2 (jan./feb. 2002). In deze artike-len zijn tevens verschillende manie-ren aangegeven hoe microcontroller-software in de microcontroller zelf

geplaatst kan worden (externe pro-grammer, SPI).De firmware handelt de volgendezaken af:

ResetNa een reset van de µC zal dezeonmiddellijk overgaan tot het uitvoe-ren van de firmware. Als het eenhardware-reset betreft, zal bij ove-rige correcte condities(STOP/RUN/RESET-schakelaar inRUN-stand en voedingsspanning inorde), worden overgegaan tot het uit-voeren van de eerste PLC-cyclus. Alshet een interne reset betreft (reset naeen cyclustijd-overschrijding) zaleerst de STOP/RUN/RESET-schake-laar in de stand STOP en daarna inde RUN-stand geschakeld moetenworden, voordat de eerste PLC-cyclus uitgevoerd zal worden.

RUN-STOP functionaliteitDe belangrijkste taak van de firm-ware is het bewaken van de rand-

voorwaarden om een PLC-cyclus temogen starten. Een PLC-cycluswordt gestart als aan de volgendevoorwaarden wordt voldaan:

– STOP/RUN/RESET-schakelaar moetin stand RUN staan;

– voedingsspanning in orde;– STOP/RUN/RESET-schakelaar van

RUN naar STOP geschakeld na eenoverschrijding van de PLC-cyclustijd.

STOP/RUN/RESET-schakelaarMet behulp van deze schakelaarwordt het PLC-programma gestart engestopt. Met het schakelen van dezeschakelaar in de STOP-stand wordtde lopende PLC-cyclus voltooid,waarna geen nieuwe PLC-cycluswordt gestart. In de STOP-stand wor-den eveneens de output-sectieshardware-matig gedeactiveerd.

VoedingspanningsbewakingSteeds voordat een PLC-cyclus

wordt gestart, wordt door de firm-ware gecheckt of de voedingsspan-ning (nog) in orde is. Indien hetniveau van de spanning voor span-ningsregelaar IC4 daalt onder circa8,2 V zal geen nieuwe PLC-cyclusworden gestart en zal service-rou-tine ERRPS worden aangeroepen.Deze service-routine kan wordengebruikt om variabelen op te slaannaar een niet vluchtig geheugen(EEPROM van µC), voordat de span-ning daalt naar een zodanig niveaudat de µC niet meer functioneert.Indien de daling van de spanning tij-delijk is (door bijvoorbeeld een sto-ring), waarbij de µC niet wordt gere-set, zal na het herstellen van despanning het uitvoeren van de PLC-cycli worden hervat.

PLC-cyclustijdbewakingZoals bekend heeft de AT89S8252een interne watchdog-timer aanboord. Van deze timer wordt dank-baar gebruik gemaakt om de

C6

100n

X1

12MHz

C7

33p

C8

33p

IC2.A

&

IC2.B

&

IC2.C

&

IC2.D

&

1

IC3.D

1

IC3.C

1

IC3.B

1

IC3.A

1

IC3.E

1

IC3.F

R3

1k

R4

1k

R7

1k2

R6

470Ω

R5

1k

D7

groen RUN

D8

rood STOP

STO

P

S1

RU

N

RE

SE

T

T1

TIP125

C5

10µ63V

R10

8k2

R11

4k7

R9

27k

R8

27k

D9

4V7

1

SFH610-2

3

4

1

2

10k

1N4148

2k2

4V7

groen

1k

05K25

+24VDC

0V

RS232:reset µC

ingangsmodule

1

SFH610-2

3

4

1

2

10k

1N4148

2k2

4V7

groen

1k

05K25

+24VDC

0V

ingangsmodule

SFH601

groen

270 Ω

47k

470k

220k

BC327

BD243C

CNY17-3

5

4

1

2

6

1N4001

1N4001

+24VDC

uitgangsmodule

0V

SFH601

groen

270 Ω

47k

470k

220k

BC327

BD243C

CNY17-3

5

4

1

2

6

1N4001

1N4001

+24VDC

uitgangsmodule

0V

AT89S8252

EA/VP

ALE/P

RESET

P3.2

P3.3

P0.0

P0.1

P0.2

P0.3

P0.4

P0.5

P0.6

P0.7

P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

P2.0

P2.1

P2.2

P2.4

P2.5

P2.6

P2.7

PSEN

IC1

P2.3

P3.1

P3.0

P3.7

P3.6

P3.4

P3.5

39

38

37

36

35

34

33

32

21

22

29

23

25

26

27

28

31

19

X1

18

X2

20

40

17

16

30

11

10

12

13

14

15

24

9

1

2

3

4

5

6

7

8

230V

D1

D4

D2

D3

TR1

C1

1000µ 63V

C4

10µ63V

C2

100n

D5

7V5

R1

4k7

R2

4 7k

7805

IC4

C3

100n

D6

1N4148

12V

C9

100nIC2

14

7

C10

100nIC3

14

7

IC2 = 74HCT132IC3 = 74HCT14

4x 1N4001

SPI

030158 - 11

HahnEI4811172

63mA T


Figuur 1. Schema van een echte PLC met een AT89S8252.

cyclustijd van het PLC-programma tebewaken. Steeds wanneer een PLC-cyclus wordt gestart, zal de watch-dog-timer worden gereset. Indieneen PLC-cyclus te lang duurt, doorbijvoorbeeld een oneindige lus in hetPLC-programma, zal de internewatchdog een interne reset van deµC genereren. In de reset-toestandvan de µC zal P1.1 onmiddellijk hoogworden, wat tot gevolg heeft dat deoutput-secties direct worden gede-activeerd. Hierna zal de firmwaredetecteren dat het een interne resetbetreft (door de status van flipflopIC2a/b) en in de STOP-toestandkomen. Ondanks het feit dat deSTOP/RUN/RESET-schakelaar inRUN staat, zal het PLC-programmain de STOP-toestand blijven. Dezesituatie is op te heffen door deSTOP/RUN/RESET-schakelaar opSTOP te zetten. De hiervoor beschre-ven opzet voorkomt dat het PLC-pro-gramma na het overschrijden van dePLC-cyclustijd opnieuw wordtgestart. De PLC-cyclustijdbewakingis in te stellen in de volgendewaarden: 16, 32, 64, 128, 256, 512,1024 en 2048 ms.

Gebruik van deµC-PLC-firmware

De beschikbare µC-PLC-firmwaredient als uitgangspunt om een eigenPLC-applicatie te realiseren. Hiertoedient men alleen de routines MAIN,INIUC, INIPLC, ERRPS en ERRCYaan te vullen met de gewenste func-tionaliteit.

MAIN: Dit is de routine die cyclischwordt uitgevoerd. Hierin worden deinputs ingelezen, logische afhanke-lijkheden geprogrammeerd en deoutputs aangestuurd. Het doorlopenvan de MAIN-routine mag maximaalde ingestelde watchdog-tijd duren,let in deze routine op met wachtlus-sen en ‘terug’-springen.

INIUC: Als de µC-PLC van spanningwordt voorzien, wordt deze routineéénmaal aangeroepen. In deze rou-tine kan men bijvoorbeeld variabelenuit de EEPROM van de microcontrol-ler ophalen. Een voorbeeld om deinhoud van adres 16 van de micro-controller EEPROM op te halen en teplaatsen in de accu toont listing 1.

INIPLC: Deze routine wordt éénmaalaangeroepen als deSTOP/RUN/RESET-schakelaar in

RUN wordt geschakeld (warmestart). In deze routine kan men bij-voorbeeld applicatie-afhankelijkestartwaarden in de desbetreffendevariabelen kopiëren. Ook kan men indeze routine een communicatielinkinitialiseren. De cyclustijdbewakingis voor deze routine niet actief.

ERRPS: De ERRPS-routine wordtéénmalig aangeroepen als de voe-dingsspanning wordt uitgeschakeldof als deze onder een kritisch niveau

daalt. In deze routine kan men bij-voorbeeld remanente variabelen(variabelen die hun waarde moetenbehouden na een spanningsuitval)wegschrijven in de microcontroller-EEPROM. Listing 2 geeft aan hoe deinhoud van register B op adres 16van de microcontroller-EEPROM kanworden weggeschreven.

ERRCY: Deze routine wordt continuaangeroepen als er een cyclustijd-overschrijding heeft plaatsgevonden

elektuur - 3/200566

Listing 1ORL WMCON,00001000B set EEMEN, uC EEPROM selecteren

MOV DPL,#010H

MOV DPH,#000H

MOVX A,@DPTR haal inhoud adres 16 en zet in accu

Listing 2MOV DPL,#010H

MOV DPH,#000H

ORL WMCON,#00010000B set EEMWE, write enable uC EEPROM

M001 MOX A,WMCON wacht totdat uC EEPROM klaar is

JNB ACC.1,M001

MOV A,B

MOVX @DPTR,A

ANL WMCON,#11101111B reset EEMWE, write disable uC EEPROM

Attentie! In dit ontwerp is een voedingstrafo aanwezig die op het lichtnet wordt

aangesloten. Dit kan een levensgevaarlijke situatie tot gevolg hebben als nietgoed op de veiligheidsregels voor zulke schakelingen wordt gelet. Daarom is het

noodzakelijk dat u de aanwijzingen op de Veiligheidspagina (regelmatigachterin dit blad) goed opvolgt. Met het in het schema vermelde type nettrafo

kunt u deze schakeling in een kast inbouwen als een klasse-II apparaat.

9

8

7

8.9V

030158 - 12

voltage aftervoltage regulator

voltage P1.3

service routineERRPS

voltage beforevoltage regulator8.2V

volta

ge

[V]

volta

ge

ok

6

5

4

3

2

1

service routineERRPS

Figuur 2. Het bewaken van de voedingsspanning.


Listing 3. Voorbeeld van de firmware in de 89S8252.;FIRMWARE µC-PLCWMCON .equ 096HP1.0 .equ 090HP1.1 .equ 091HP1.2 .equ 092HP1.3 .equ 093H

.org 0000H ; start-adres na resetLJMP START.org 0200H

;RESET µCSTART ANL WMCON,#11111110B ; disable watchdog

JB P1.0,SOFT ; jump, software-reset

;HARDWARE RESET µCHARD CLR P1.2 ; disable outputs met P1.2 omdat met P1.1 de reset-flipflop geset moet worden

CLR P1.1 ; set reset-flipflopJNB P1.0,HARD ; jump, wacht totdat reset-flipflop is gesetSETB P1.2 ; enable outputs met P1.2ACALL INIUC ; µC initialisatie na resetSJMP NCYC

;SOFTWARE RESET µCSOFT ACALL ERRCY ; STOP/RUN/RESET schakelaar in RUN na een cyclustijd-overschrijding

JB P1.2,SOFT ; jump, wacht totdat STOP/RUN/RESET-schakelaar in STOP wordt geplaatstACALL INIUC ; µC initialisatie na resetSJMP NCYC ; jump, STOP/RUN/RESET-schakelaar in STOP geplaatst

;PLC CYCLUSPLC JNB P1.2,NCYC ; jump, STOP/RUN/RESET-schakelaar staat in STOP

JB P1.3,NCYC ; jump, spanning niet okSJMP WDTR ; jump, voorwaarden om nieuwe PLC-cyclus te starten ok

NCYC ANL WMCON,#11111110B ; disable watchdogSETB P1.1 ; disable outputs met P1.1JNB P1.3,PSOK ; jump, spanning okACALL ERRPS ; spanning niet ok

PSNOK JB P1.3,PSNOK ; jump, wacht totdat spanning ok isPSOK MOV R2,#100 ; delay: #100 x #50 x 2µs = 10.000µs = 10msDEL0 MOV R1,#50 ;DEL1 DJNZ R1,DEL1 ;

DJNZ R2,DEL2 ;JNB P1.2,NCYC ; jump, STOP/RUN/RESET-schakelaar staat in STOPJB P1.3,NCYC ; jump, spanning niet okACALL INIPLC ; PLC initialisatie na STOP/RUN/RESET-schakelaar in RUN geschakeld

; of terugkeren van spanningCLR P1.1 ; enable outputs met P1.1, STOP/RUN/RESET-schakelaar staat in RUN en spanning is okORL WMCON,#11100000B ; WMCON: ms WMCON: ms

; #000xxxxx 16 #100xxxxx256; #001xxxxx 32 #101xxxxx512; #010xxxxx 64 #110xxxxx1024; #011xxxxx 128 #111xxxxx2048

ORL WMCON,#00000001B ; enable watchdogWDTR ORL WMCON,#00000010B ; watchdog-timer reset

;PLC PROGRAMMAMAIN ...

LJMP PLC ; jump, volgende PLC-cyclus

;INITIALISATIE µC éénmalige aanroep na hardware resetINIUC RET

;INITIALISATIE PLC (STOP/RUN/RESET-schakelaar in RUN geschakeld of terugkeren spanning)INIPLC RET

;POWER SUPPLY ERROR éénmalige aanroep na uitschakelen spanningERRPS RET

;CYCLUSTIJD ERROR (STOP/RUN/RESET-schakelaar in RUN na een cyclustijd-overschrijding)ERRCY RET

en de STOP/RUN/RESET-schakelaarin de RUN-stand staat. In deze rou-tine kan men bijvoorbeeld een LEDlaten branden die aangeeft dat eenprogrammeerfout is gemaakt. Hetdoven van deze LED vindt danplaats in de routine INIPLC.

Tot slotMet dit ontwerp kan men een échtePLC samenstellen, waarbij het aan-tal inputs en outputs naar eigenwens kan worden ingevuld en dievoldoet aan industriële standaardsqua signaal-interfacing, werking en

bediening.De source-code van de firmware voorde controller stelt de auteur gratis terbeschikking voor Elektuur-lezers. Ditbestand is op onze website beschik-baar onder EPS-nr. 030158-11.

(030158)

De juiste kristalfrequentie altijd bij de hand, dat is handig!Met de hier beschreven oscillatorprint ter grootte van een DIL-IC is het niet meer nodig om op een speciaal geslepen kristalte wachten. De frequentie is middels een RS232-verbindingdirect instelbaar vanuit een PC. De oscil-lator is dankzij zijn geringe faseruis ookgeschikt voor kritische hoogfrequent-toepassingen.

Programmeerbare

elektuur - 2/200568

Burkhard Kainka

Compact en universeel

De toegepaste programmeerbare oscil-lator CY27EE16 is een telg van deCyberclock-familie van Cypress, die alin Elektuur nov. 2004 werd beschreven.Voor de schakeling van de oscillator(figuur 1) is niet veel meer nodig daneen spanningsregelaar. De print neemt

maar heel weinig ruimte in en is eenveelzijdig inzetbare oscillatormodule.Het kristal is in een voetje geplaatst.Normaal wordt een kristal van10,000 MHz toegepast. Maar eenandere referentiefrequentie is ookmogelijk, bijvoorbeeld voor een toepas-

sing waar twee of meer specifieke fre-quenties nodig zijn.De module heeft een I2C-interface enwordt rechtstreeks door de handshake-signalen van de RS232-verbindinggeprogrammeerd. Via CTS wordengegevens van de slave gelezen. Verder

wordt de status van DTR en RTS viaDCD en DSR weer uitgelezen. Dezeverbindingen zijn nodig voor eenmogelijke latere uitbreiding van desoftware, die ook werkt in het gevalvan een vertraagde uitwisseling vangegevens via een USB/RS232-adapter.Met de software is te kiezen of met deinstellingen uit het interne EEPROM ofuit het RAM-register wordt gewerkt.Vaak wordt het EEPROM gekozen enwordt de oscillator in een apparaatingebouwd. Als dan later blijkt dan degekozen frequentie veranderd moetworden, dan kan dat nog altijd. Somsechter moet de frequentie van hetbegin af aan gewijzigd kunnen wordenen dan wordt er een vaste verbindingmet een PC opgezet waarbij van hetRAM gebruik wordt gemaakt.De print-layout is zonder meer afgeke-ken van een 24-polig DIL-IC. Het isdaardoor heel gemakkelijk om pas-sende headers te monteren en de oscil-lator in een IC-voetje te monteren.

kristaloscillator


CY27EE16ZE

IC1

IC2

10 11

12

13

14

15

16

17

18

19

201

2

3

4

5

6

7

8

9

10MHz

CLOCK6

CLOCK1

CLOCK2

CLOCK5

CLOCK4

CLOCK3

100n 100n

LM317LZ

adj.

110 Ω

180

Ω

100n

C1

C2 C3D2D1

R2

R1

R3

X1

R4

+5...12V

4V7 4V7

4k7

4k7DTR

CTS

RTS

GND

SDA SCL

040351 - 11

Figuur 1. De schakeling van de programmeerbare oscillator.

Figuur 2. De print is uitgevoerd als een 24-polig Dual Inline Package.

OnderdelenlijstWeerstanden:R1 = 180 ΩR2 = 110 ΩR3, R4 = 4k7

Condensatoren:C1...C3 = 100 n keramisch

Halfgeleiders:IC1 = CY27EE16ZE

IC2 = LM317LZ, TO92D1, D2 = zenerdiode 4V7/500 mW

Diversen:Kristal 10,0 MHz met voetje10-polige header 10-aderig flatcable met header-connector

en DB9-aansluiting

print-layout is beschikbaar opwww.elektuur.nl/tijdschrift

De seriële programmeerbarekristaloscillator is ook helemaal kanten klaar, getest, met allecomponenten bij de Duitse firma AK-Modul-Bus GmbH te verkrijgen. Dekale print is daar ook te koop(www.ak-modul-bus.de/).

Alleen de 10-polige header voor deaansluiting op de DB9-bus van de seri-ële interface steekt boven het IC-voetjeuit. Deze aansluiting is echter alleenmaar nodig als een nieuwe frequentiewordt ingeprogrammeerd. De aanslui-tingen SDA en SCL voor het program-

meren van de klokmodule zijn ook ophet IC-voetje aangesloten. Zonder aan-passingen kan men daardoor ook eenmicrocontroller met geschikte softwaregebruiken voor het programmeren. Intabel 1 zijn de aansluitingen van deklokmodule samengevat.

Het bestukken van de print is vooriemand met enige ervaring in hetomgaan met SMD’s goed te doen. Hetsolderen van een SMD-IC met eenovermaat aan soldeer die vervolgensweer met desoldeerlitze wordt weg-gehaald, is al vaak in Elektuurbeschreven.Bij het aansluiten van de voedings-spanning moet er een gestabili-seerde spanning van 3,3 V op deklokmodule gemeten worden en hetkristal moet meteen oscilleren. Allesignaaluitgangen zijn echter in eer-ste instantie hoogohmig. Pas na hetprogrammeren is het gewenste uit-gangssignaal aanwezig.Voor het programmeren is het pro-gramma Clock.exe nodig, dat samenmet een paar voorbeeldbestandenvan de Elektuur-website (www.elek-tuur.nl/)gehaald kan worden. Vooralvoor speciale instellingen is daarbijnog het programma CyberClocksnodig dat op www.cypress.com/ tevinden is.

Instellingen inCyberClocks

Voor het programmeren van de moduleworden de gewenste instellingen metCyberClocks ingesteld. Het is daarbijbelangrijk om de juiste kristalfrequen-tie op te geven, de gekozen uitgangenof ingangen en uiteraard de gewensteuitgangsfrequentie. Figuur 3 toont eenvoorbeeld waarbij uitgang CLK5 isgekozen. De instellingen worden danals binair bestand opgeslagen. Ditbestand bevat de inhoud van alleregisters voor de gekozen instellingen

elektuur - 2/200570

Figuur 3. Frequentie-instelling met CyberClocks.

Figuur 4. Het programma Clock.exe.

(Q+2) VCO

(2(PB+4)+PO)

/2

/3

/2

CLOCK1

CLOCK2

CLOCK3

CLOCK4

CLOCK5

CLOCK6

040351- 14

CLKSRCCrosspoint

Switch Matrix

[44H]

[44H]

[44H,45H]

[45H]

[46H]

DIV

2CLK

REF PFD

Divider Bank 1

[45H,46h]

DIV1SRC [OCH]

/4

DIV2SRC [47H]

Divider Bank 2

DIV1N [OCH]

DIV2N [47H]

DIV

1CLK

/DIV1N

1

0

[42H]

[40H], [41H], [42H]

/DIV2N

Qtotal

Ptotal

CLKOE [09H]

1

0

Figuur 5. Programmeerbare deler met zijn register.

Tabel 1. Aansluitgegevens oscillatorprint

1 Uitg. 3,3 V +5 V 24

2 Massa Massa 23

3 Klok1 Klok6 22

4 Massa Massa 21

5 Klok2 Klok5 20

6 Massa Massa 19

7 Klok3 Klok4 18

8 Massa Massa 17

9 SCL Massa 16

10 Massa Massa 15

11 SDA Massa 14

12 Massa Massa 13

en het moet nu alleen nog naar de chipworden overgebracht.

Gegevensoverdrachtmet Clock.exe

Het programma Clock.exe schrijft degegevens naar keuze in het interneEEPROM van de CY27EE16 of in hetRAM van deze chip. Gegevens uit hetRAM geven meteen resultaat, terwijlde instellingen uit het niet-vluchtigeEEPROM pas na een herstart wordengekopieerd naar het RAM. Dit gebeurtdus steeds als de voedingsspanningwordt ingeschakeld. Er zijn een aantalvoorbeeldbestanden voor verschillendefrequenties bij het programmagevoegd die allemaal uitgaan van eenklokfrequentie van 10 MHz. De knop-pen ‘upload EEPROM’ en ‘uploadRAM’ zorgen voor de overdracht vangegevens die eerder met het pro-gramma CyberClocks van Cypress zijngemaakt en als binaire bestanden zijnopgeslagen.Onderin het programmeervenster zit-ten besturingselementen voor derechtstreekse instelling van de fre-quentie zonder de omweg via Cyber-Clocks. Dan moet wel een kristal van10 MHz worden gebruikt en moet er aleen sample-bestand zijn geladen metde instelling van de gewenste uitgang.Clock.exe verandert dan niet alleregisters, maar programmeert alleende PLL en uitgangsdeler DIV1Nopnieuw. Hier wordt telkens het helePLL-bereik van 100 MHz tot 400 MHztoegepast met het kleinst mogelijkefrequentieraster van 250 kHz. De ver-schillende uitgangsbereiken komendoor de nadeler. Hiermee zijn de vol-gende stappen mogelijk voor de uit-gangsfrequentie:

Meer klokuitgangentegelijkertijd

Als er meer dan één uitgangsfrequentienodig is, dan kunnen er met Cyber-clock tot wel zes uitgangen worden

gebruikt. Dan is het wel nodig om dehardware-beperkingen te kennen. Erzijn twee delerblokken die elk met deuitgang van de PLL of met de internekristaloscillator worden doorverbon-den. Elk delerblok heeft de beschik-king over een vrij programmeerbare 7-bits deler en twee delers met vastedeeltallen. Een ingestelde PLL-fre-quentie kan daardoor bijvoorbeeldgedeeld worden door 127, door 2 endoor 3 en dan ook nog uit drie uitgan-gen komen. Het ander delerblok kandan bijvoorbeeld de kristalfrequentiezelf naar beneden delen.

Voor hf-toepassingen zijn vaak meer-dere oscillatorsignalen nodig. Ook metslechts een PLL in de CY27EE16 kun-nen meerdere frequenties wordenopgewekt als een passend kristalwordt gekozen. Figuur 5 geeft eenvoorbeeld voor het opwekken vantwee oscillatorsignalen voor een DRM-ontvanger. Hier wordt de gewenstefrequentie van het tweede oscillator-signaal verkregen door de kristalfre-quentie omlaag te delen. Met een stan-daardkristal van 8,867238 MHz is degewenste frequentie van 467 kHz temaken door een deling door 19, deafwijking is dan nog maar 300 Hz. Deeerste oscillator maakt gebruik van dePLL en maakt de gewenste frequentievan 6550 kHz met een afwijking vanslechts 16 Hz.

Met Cyberclocks is het zelfs nogmogelijk om de kristalfrequentieenigszins te verstemmen. De kringca-paciteit is instelbaar van 7,8 pF tot32 pF in stappen van ongeveer 0,1 pF.Een eerste toepassing hiervan was bijde auteur toen een zeer nauwkeurigekristaloscillator met 45,012 MHz vooreen ontvanger met een 45-MHz-kristalfilter en een uitgangsfrequentievan 12 kHz nodig was. In eersteinstantie werden een paar voorhan-den zijnde kristallen getest op dekleinste afwijking ten opzichte van degewenste frequentie. De meestgeschikte kandidaat was hier ookweer een standaardkristal van8,867238 MHz. De gewenste frequen-tie werd toen zuiver rekenkundig meteen afwijking van -210 Hz respectie-velijk -4,7 ppm bereikt. De kristalfre-quentie moest nu alleen nog maarongeveer 40 Hz worden opgeschovenom precies op de juiste frequentie uitte komen. De afregeling werd met‘trial and error’ uitgevoerd. Eenwaarde van 22 pF bleek uiteindelijkexact de juiste waarde op te leveren.

(040351)


Uitgangs-frequentie in MHz

Stapin kHz

1...4 2,5

2...8 5

4...16 10

10...40 25

25...100 62,5

non reflected

reflected

Als we een gebruikte operationele ver-sterker (opamp) uit een oude schake-ling of uit de rommelkist opnieuwwillen gebruiken, lopen we natuurlijkhet risico dat die niet meer (goed)werkt. Helaas is dat niet zo gemakke-lijk even met de multimeter te contro-leren, zoals we dat doen met weer-standen, condensatoren, spoelen,zekeringen en diodes. Een opamp-tes-ter zou dus een heel nuttig meetinstru-ment kunnen zijn, maar die is nergenste koop. Gelukkig kan een handigehobbyist zo’n ding gemakkelijk zelfbouwen. En dat hoeft ook helemaalniet duur te zijn.

De opamp-tester wordt aangestuurddoor een simpele blokgolfgeneratormet een frequentie van 1 Hz. De uit-gang van deze oscillator is dus afwis-selend hoog (+Ub – 0,5 V) en laag (-Ub+ 0,5 V).Er zijn testvoetjes aanwezig voor drietypen opamps. Voor wat betreft deaansluitingen van operationele verster-kers is er een standaard ontstaan, diewe bij (bijna) alle typen en alle fabri-kanten terugvinden. Er zijn uitzonde-ringen op die standaard, maar die zijn

elektuur - 3/200572

echt heel zeldzaam. We mogen er dusvan uit gaan dat we met één van dedrie standaardindelingen te makenhebben voor de meeste opamps. Weduiden die hier aan met type 1, type 2en type 3. Bij type 1 zit er één opampin een behuizing met 8 aansluitpen-nen, bij type 2 zitten er twee opampsin een behuizing met 8 pennen en bijtype 3 zitten er vier opamps in eenbehuizing met 14 pennen. In hetschema zijn bij alle drie de typenenkele typenummers gegeven van uni-versele opamps die tot dat type beho-ren. Alle te testen opamps zijn in hetschema geschakeld als spanningsvol-ger/buffer. De uitgangsspanning hoortdus gelijk te zijn aan de ingangsspan-ning op de niet-inverterende ingang.En op die ingang(en) is de blokvormigeuitgangsspanning van oscillator IC1aangesloten.

Het testresultaat wordt weergegevenmet behulp van low-current LED’s. Alsde uitgangsspanning van de te testenopamp hoog is, dan brandt de rodeLED. Is de uitgangsspanning laag, danbrandt de gele LED. De te testenopamp moet dus aan de uitgang min-

stens 2 mA stroom kunnen leveren ofopnemen.De opamp-tester wordt gevoed uittwee 9-V-batterijen (BT1 en BT2). DeLED’s D15 en D16 laten zien of debeide voedingsspanningen ook werke-lijk aanwezig zijn op de oscillator en detestvoetjes.

De print-layout in figuur 2 ziet er over-zichtelijk uit. Er kan bij de bouw danook weinig verkeerd gaan. Alleen bijhet monteren van de vele LED’s moeter natuurlijk goed op gelet worden datdie niet verkeerd om geplaatst worden.Hetzelfde geldt uiteraard voor de elcoen voor het oscillator-IC. Vergeet ookde draadbrug niet. Die is nodig ombeide massavlakken met elkaar te ver-binden. Een belangrijke tip voor hetinbouwen: Vergeet niet om bij alle test-voetjes een duidelijke markering bijpen 1 van de testvoetjes te maken. Alseen te testen IC verkeerd om geplaatstwordt, zal het al heel snel de geestgeven! Dat zal dan ook onmiddellijkblijken als het IC daarna omgekeerdopnieuw in het testvoetje geplaatstwordt…

(030386)

OPAMP-TESTERDirk Schumacher

Doorfluiten van operationele versterkers

Er bestaat nog steeds nuttige meet- en testapparatuur,waar geen microcontroller aan te pas komt. Eenvoorbeeld daarvan is deze handige opamp-tester.

mini schakeling


(C) ELEKTOR030386-1

C1C2C3IC

1

K1

R1

R2

R3

R4

R5R6

R7

R8 R

9

R10

R11

R12

R13

R14R15

-9V 0V +9V

030386-1

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

D13

D14

D15 D16

IC2

IC3

IC4

(C) ELEKTOR030386-1

Figuur 2. Het printje is royaal vanafmetingen en overzichtelijk van opzet,

zodat de schakeling heel gemakkelijkop te bouwen is.

OnderdelenlijstWeerstanden:R1...R8 = 3k3R9,R12,R14,R15 = 10 kR10 = 100 kR11,R13 = 3k9

Condensatoren:C1 = 10 µ/16 V radiaalC2,C3 = 100 n

Halfgeleiders:D1,D3,D5,D7,D9,D11,D13,D15,D16

= LED 3 mm geel, low-currentD2,D4,D6,D8,D10,D12,D14 = LED 3

mm rood, low-currentIC1 = LF356

Diversen:IC2,IC3 = 8-polige IC-voetIC4 = 14-polige IC-voetS1 = 2-polige schakelaarBT1,BT2 = 9-V-batterij met aansluitclipBehuizing Hammond 1591B1 draadbrugPrint EPS 030386 (zie Service-

pagina’s)

LF356

IC1

2

3

6

7

4

1

5

R9

10k

R10

100k

C1

10µ16V

R8

3k3

+UB

R15

10k

2

3

6IC2

D2

rood

D1

geel

R1

3k3

R14

10k

2

3

1IC3.A

D6

rood

D5

geel

R3

3k3

6

5

7IC3.B

D4

rood

D3

geel

R2

3k3

2

3

1IC4.A

D8

rood

D7

geel

R4

3k3

6

5

7IC4.B

D10

rood

D9

geel

R5

3k3

9

10

8IC4.C

D12

rood

D11

geel

R6

3k3

13

12

14IC4.D

D14

rood

D13

geel

R7

3k3

R12

10k

BT1

9V

BT2

9V

S1

K1 C2

100n

C3

100n

IC2

7

4

IC3

8

4

IC4

11

4

R11

3k9

R13

3k9

D16

D15

+UB

–UB

Type 1

Type 2

Type 3

Type 2:Type 1: TL071TL081TL087µA741LF355LF356NE5534

TL072TL082TL287LM358MC1458RC4558

TL084LM324

+UB

–UB

–UB

TL074Type 3:

030386 - 11

–9V

+9V

0V

Figuur 1. De tester is geschikt voor de meeste typen single-, dual- en quad-opamps.

(C) ELEKTOR030386-1

(C) ELEKTOR030386-1

non reflected

reflected

elektuur - 3/200574

ips ontwerptips ontwerptips ontwerptips ontwerp

De auteur heeft vele soorten entypen neonbuisjes, neonstabilisa-toren, relaisbuizen, nixiebuizen,neonafstemindicatoren en thyra-tronbuizen in een testschakelingonderzocht. In neonbuisjes isgeen ‘blus-halogeen’ aanwezig,wat in Geiger-Müller-buizen welaanwezig is. Het blus-halogeenzorgt ervoor dat de neon-ontla-ding, die door bèta- of gam-mastraling is veroorzaakt, snelstopt door de ontstane gasionente absorberen (Müller-effect). Dusmoeten de in de gasruimte ont-stane gasionen uit zichzelf ver-dwijnen en wel doordat de posi-tieve ionen naar de kathodegaan en de negatieve naar deanode waar ze worden geneutra-liseerd.Daarom hebben neonbuisjes eenlangere spertijd en kunnen ze bijsterke radioactieve straling nietzo snel tellen als echte telbuizenomdat er dan zelfontstekingoptreedt en ze zelfs continu kun-nen blijven branden, wat natuurlijkniet de bedoeling is. Een schake-ling met een neonbuis die gevoe-lig is voor zwakke radioactievestraling moet daarom hoogohmigzijn, zodat de stroomstoten heelzwak zijn en er niet teveel ionenontstaan.In de praktijk is gebleken dat deafgebeelde schakeling zich zeer

goed leent voor het testen van uit-eenlopende typen neonbuizen.De neonbuis wordt uit de 230-V-netspanning gevoed. Met D1/C1wordt een gelijkspanning opge-wekt met een sterke 50-Hz-rimpel.Deze spanning wordt via dehoogohmige weerstand R2 vanongeveer 50 MΩ op de anodevan de neonbuis gezet. Metpotentiometer P1 wordt dehoogte van de spanning zo inge-steld dat er juist geen ontladingoptreedt. Dat moet met wat‘gevoel’ gebeuren. In combinatiemet relaxatiecondensator C2 ont-staan er impulsvormige neonont-ladingen. De optimale waardevan C2 hangt van het type neon-buis af. Voor het hier gebruiktebuisje bleek 470 pF een goedekeuze. Door darlington T1/T2worden de zwakke stroomstoot-jes voldoende versterkt. Als een9-V-batterij wordt gebruikt, geefthet elektromagnetische hoofdtele-foontje (of een kleine luidspreker)scherpe tikgeluiden en de LEDknippert vrij fel. Om de sterktevan de straling of het dosisvermo-gen aan te geven kan een draais-poelmeter tussen +9 V en de col-lector van de darlington wordenaangesloten. Op de collector kanook een elektronische teller wor-den aangesloten. Dan kunnen depulsen worden geteld. De darling-

ton trekt alleen stroom bij de ont-laadimpulsen en draagt zo bij toteen laag stroomverbruik. Met R4kan de Geigerteller worden geka-libreerd. Daarvoor is een radio-actief preparaat nodig met eenbekende stralingssterkte. Calibra-tie is ook mogelijk door de meterte vergelijken met een echte Gei-gerteller.

Wat voor radioactieve materialengebruiken we voor de test? Bruik-baar zijn bijvoorbeeld de wijzersen de wijzerplaat van een oudewekker of een vliegeniershorlogemet ‘radium-oplichtende’ cijfers(op vlooienmarkten), of een stukpekblende (uraniumerts) dat welop mineraalbeurzen of bij eenhandelaar in mineralen verkrijg-baar is. Pekblende geeft vrij inten-sieve alfa-, bèta- en gammastra-ling af.Potentiometer P1 wordt zo inge-steld dat er juist geen continueneonontlading optreedt. Danhoort men af en toe een tik uit deluidspreker. Dat is het nuleffect,dat altijd aanwezig is door denatuurlijke radioactiviteit van deomgeving en de kosmische stra-ling uit de ruimte. Als men nu dedelen met de radiumhoudendeverf of het stuk pekblende in debuurt van het neonbuisje houdt,gaat het getik uit de luidspreker

over in een constant ‘gepruttel’van neon-ontladingspulsen.Welke neonbuizen zijn nu hetbest geschikt om als Geigertelbui-zen te dienen? Beslist nietgeschikt zijn met name stabilisa-toren relaisbuizen waarbij op deelektroden of de binnenzijde vande glasballon een beetje radioac-tief materiaal aanwezig is. Ditmateriaal geeft inwendig in debuis voortdurend zwakke radio-actieve straling af om het gas te‘voor-ioniseren’ (als ontsteekhulp).Deze buizen ontsteken meteen enreageren niet meer op de extrastraling van een preparaat als datin de buurt wordt gehouden. Jam-mer genoeg is hierover in dedatasheets niets vermeld, zodater niets anders overblijft dan zelfde neonbuisjes te testen. Deauteur heeft ontdekt dat vooraloude stabilisatorbuizen van hettype Stabilovolt STV150/15 enbepaalde neon-indicatorbuizenheel gevoelig reageren op bèta-of gammastraling.

Neon-indicatorbuizen met E10- ofE14-schroefdraad zoals deOsram 210-240 V 75370 wer-den nog in de veertiger en beginvijftiger jaren gemaakt (net als destabilisatoren). Deze buisjes heb-ben eenvoudige elektroden uitplaatjes blik of ijzerdraad. Ze

Geigertellermet neonbuisjeDipl.-Ing. Wolfgang Sodtke

Neonbuisjes zijn heel geschikt als ver-vanging van de dure Geiger-Müller-tel-buizen als het alleen maar gaat om hetdetecteren van radioactieve straling.Maar niet alle neonbuisjes zijn daareven geschikt voor.


tips ontwerptips ontwerptips ontwerptips ontwerp

hebben geen groene isolatielaagop de achterkant en ze bevatteneen neongasvulling met een drup-pel kwik en geen radioactievestof. De brandspanning bedraagtdaardoor ongeveer 150 V, dushoger dan bij uitsluitend neon-gas. Het is niet altijd nodig om devoorschakelweerstand in de buis-voet te verwijderen. Men kandeze buizen aan de lichtkleur her-kennen. Behalve het rode neon-licht is er een blauwachtige waasdie door de kwikdamp wordt ver-oorzaakt. De hoge gevoeligheidvoor radioactieve straling schijntte worden veroorzaakt door dekwikdamp (atomen met de hogesoortelijke massa van 200,59).Als het licht door een groen filter-glas of een handspectroscoopwordt bekeken, dan zijn duidelijkde typische spectraalkleuren vankwikdamp te zien en wel metname in het groene, blauwe enviolette licht.

Er is trouwens een heel eenvou-dige manier om deze neonbuis-jes uit een grote verzameling ver-schillende neonbuisjes te selecte-ren. Leg ze in een magnetron(voor de veiligheid met een glaswater, zodat de buisjes niet hetvolle vermogen te verwerken krij-gen en kapot kunnen gaan). Danwordt de oven enkele seconden

lang aangezet: de buisjes metkwik geven een fel blauw licht af,de buisjes zonder kwik gevengeen licht of alleen rood lichtdoor het neongas. Natuurlijk zijnook andere eigenschappenbelangrijk voor een optimaal Gei-ger-effect, zoals de mengverhou-ding en de gasdruk, maar daar-voor hebben we tenslotte de test-schakeling. Net als fotocellenreageren veel neonbuisjes ook opzichtbaar en UV-licht en daarommoeten ze met zwart papier offolie lichtdicht worden ingepakt.Nu kan met de zelfgebouwdeGeigerteller de omgeving opradioactieve straling wordenafgezocht. Lichtgevende wijzer-platen van oude horloges, ver-schillende minerale gesteenten,groen en geel fluorescerende gla-zen die wat uranium bevatten,röntgenstraling enz..

Er zijn stoffen die overwegendbètastraling afgeven, andere diegammastraling afgeven en weerandere die meerdere soorten stra-ling afgeven. Het onderscheid isheel eenvoudig: houd een 4 mmdikke aluminium plaat of een5...6 mm dikke plexiglas plaattussen het neonbuisje en de stra-lingsbron. De plaat absorbeertalle bètastraling.

(040090)

50...100mA

F1

P1

470k...1M

D1

1N4007

C1

10n400V

R1.A

22M

R1.B

22M

C2

470p500V

R2

2M2

T1

BC517T2

BC639

D2

30Ω...

LS1

La1ST150/15

1k

P2

M1

50...100mA

C3

470µ16V

C4

100µ16V

50Ω

BT1

9V

230V

L

N

A K

040090 - 11

Opgepast! Deze schakeling is rechtstreeks verbonden met het licht-net. Aanraking van een van de delen kan levensgevaarlijk zijn! Het is daar-om noodzakelijk dat de schakeling op een veilige wijze wordt ingebouwd(zie ook de Veiligheidspagina die regelmatig achterin dit blad staat).Voor hetvervangen van de batterij moet de schakeling absoluut worden losgekoppeldvan het lichtnet!

Thyristor-knipperLEDR. Edlinger

Dit eenvoudige LED-knipperlicht isnu eens niet opgebouwd mettransistoren of een 555, maarmaakt gebruik van een thyristorals actief element. De schakelingbevat verder maar weinig onder-delen en is geschikt voor eenbreed voedingsspanningsbereik:4...16 V wisselspanning of6...24 V gelijkspanning. Aange-zien het gemiddelde stroomver-bruik onder 1 mA ligt, is de scha-keling ook prima bruikbaar voorbatterijgevoede apparatuur. Ookvoor de modelbaan is de schake-ling heel geschikt.

Met de in het schema gegevendimensionering van de schake-ling ligt de knipperfrequentie rond1...1,5 Hz. Ofschoon de oplicht-tijd van de LED slechts enkele mil-liseconden bedraagt, wordt eengrote helderheid bereikt doordater een flinke stroom door wordtgestuurd.Een kleine goedkope thyristorvormt hier dus het hart van deoscillator. Met spanningsdelerR1/R2 is de gate-spanning inge-steld op circa 20% van de voe-

dingsspanning. Condensator C2wordt opgeladen via weerstandR3 die in serie met de kathodevan de thyristor is opgenomen.Daarbij daalt de spanning op dekathode langzaam. Als het span-ningsverschil tussen gate enkathode groter wordt dan0,5...1 V (afhankelijk van hettype thyristor), ontsteekt de thy-ristor. C2 ontlaadt dan via de thy-ristor, R4 en LED D2, zodat dezelaatste kort maar fel oplicht. R4bepaalt de maximale stroomdoor de LED. Als C2 voldoendeis ontladen, raakt de thyristorweer in de spertoestand enbegint het laden opnieuw.

Door het veranderen van dewaarde van C2 en/of R3 kan deknipperfrequentie naar eigenwens worden aangepast. Denk erwel aan een type thyristor voorkleine stromen te gebruiken, inverband met de noodzakelijkegate-ontlaadstroom. Bij het ver-melde type ligt deze onder0,2 mA (bij ‘grote’ thyristoren isdeze veel hoger).D1 en C1 zorgen er tenslottevoor dat de schakeling zowel metwissel- als gelijkspanning over-weg kan. Ze kan dan ook recht-streeks op een beltrafo of model-baantrafo worden aangesloten.

(040056)

040056-1

C1

C2

D1D2 R1R2

R3

R4

THR1 0 +

0400

56-1

D1

C1 C2

R4

R3

R1

R2

D2

THR1

K

A

G

BRX45

A KG

040056 - 11

22k

10k

22

Ω68

k

1N4148

47µ35V

10µ25V

9V...20VAC of DC

elektuur - 3/200576

InsturenStuur uw antwoord op het mysterie van dezemaand per e-mail, fax of post vóór 4 april 2005 naar:

Redactie ElektuurPostbus 756190 AB Beek (L)fax: 046-4370161e-mail: [email protected]

Onder vermelding van:Mysterie maart

Medewerkers van uitgeverij Segment en fami-lieleden zijn van deelname uitgesloten.

Doe meeen win!

Degene met het beste antwoord op hetmysterie maakt ditmaal kans op een

GBDSO Cartridge-printmet software

voor de legendarische GameboyDigital Storage Scope van Elektuurter waarde van 159 Euro. De print isvolledig bestukt, afgeregeld en getest(zie www.elektuur.nl).

De antwoorden worden beoordeeld doorprofessor Oßmann in nauwe samenwerkingmet de redactie van Elektuur. Deze uitslagis bindend. Bij gelijkwaardige antwoordenbeslist het lot. Over de uitslag kan niet wor-den gecorrespondeerd.

Martin Oßmann is professor aan deFH Aachen en al langer auteur voorElektuur. In deze rubriek wil hij interes-sante vraagstukken naar voren bren-gen en zo de lezer stimuleren na tedenken, te simuleren en na te bouwen.

Deze maand presenteren we een myste-rieuze oscillator (zie figuur 1). Aan de uit-gang van deze operationele versterker staateen blokgolf met een frequentie van 34 kHz.Maar voor een oscillator is dit wel een heelongebruikelijk schema! Normaal gesprokenis in een oscillator een positieve terugkoppe-ling van de uitgang naar de ingang nodigom de oscillatie in stand te houden en dieontbreekt hier.In figuur 2 is de golfvorm op twee puntenin de schakeling zichtbaar gemaakt op hetscherm van een scoop. Het bovenste kanaal(U1) toont de spanning over de spoel en hetonderste kanaal (U2) geeft de spanning aande uitgang weer. In figuur 3 is weergege-ven hoe deze schakeling kan worden opge-bouwd. De oscillatiefrequentie is zo laag datparasitaire capaciteiten en inducties geeninvloed op de werking hebben.

De vraag is natuurlijk:Hoe kan dit werken?

Een aanwijzing: Deze schakeling werkt niet met elkeoperationele versterker, maar alleen met een bepaald‘soort’ versterker. Het is dan ook verstandig om voor deoplossing de datasheet van de LM6181 (National Semi-conductor) te raadplegen!

PROFESSOR O

Figuur 1: Een mysterieuze oscillator.

Figuur 3: Opbouw van de oscillator.Figuur 2: Weergave van in- en uitgangsspanning.

C1

47nC2

47n

L1

1mH

IC1

2

3

6

7

4

LM6181

+6V

C3

100n

C4

100n

-6V

U1

U2

040272 - 7 - 11


OßMANN’S MYSTERIEIn figuur 4 is het schema van vorige maandnogmaals weergegeven, maar nu zijn delampjes vervangen door weerstanden. Nor-maal gesproken zou de stroom door R1 moe-ten toenemen als schakelaar S geslotenwordt. De parallelschakeling van een weer-stand (R2) en een condensator (C) moet tocheen kleinere weerstand hebben dan de con-densator alleen! En dan zal de spannings-bron ook een groter vermogen moeten leve-ren. Maar zo is het in dit geval niet:Bij de gegeven dimensionering (R1 = 100 Ω,R2 = 200 Ω, ZC = -j200 Ω) is de grootte vande stroom door R1 niet afhankelijk van destand van de schakelaar. Lamp La1 (R1)brandt dan ook altijd even fel, of de schake-laar nu open is of gesloten. Dat geldt natuur-lijk alleen bij de juiste dimensionering van decondensator. De juiste waarde van de con-densator is te berekenen uit:

In deze formule is f de frequentie van despanningsbron. Deze schakeling staatbekend als de ‘wisselstroomparadox’. Inplaats van een condensator kan ook eenspoel gebruikt worden, mits die dezelfde(absolute) impedantie heeft bij de gegevenfrequentie.Door R2 twee keer zo groot te kiezen alsR1, is het vermogen dat in R1 en in R2gedissipeerd wordt bij gesloten schakelaarS precies aan elkaar gelijk. De dimensione-ring van deze schakeling is het best tebegrijpen, wanneer we deze toelichten metvectorieel optellen in het complexe vlak(figuur 5).Bij geopende schakelaar S is de totale impe-dantie van de schakeling, Za, gelijk aan Za= R1 +ZC = (1-2j) x 100 Ω, zoals weergege-ven in het rechter gedeelte van figuur 5 (hetimpedantievlak). Bij gesloten schakelaar heb-ben we te maken met een parallelschakelingen een serieschakeling. Voor de parallelscha-

Cf R R

= 1

2 2 1 2π

keling is het gemakkelijker degeleiding (YP) te berekenen. Degeleiding van de parallelscha-keling is gelijk aan de som vande geleiding van beide takken.Ook dat kunnen we doen doorvectorieel optellen, maar nu inhet geleidingsvlak (de linker-helft van figuur 5). De geleidingvan R2 en C is in absolutewaarde even groot, maar zestaan loodrecht op elkaar inhet complexe vlak. In figuur 5is te zien dat deze twee vecto-ren, wanneer ze worden opge-teld, resulteren in een geleidingdie √2 maal zo groot is, meteen fasehoek van 45°. Diegeleiding komt overeen meteen impedantie van 200 Ω/√2met een fasehoek van -45°. Alswe die intekenen in de rechter-helft van figuur 5 en er dewaarde van R1 vectorieel bijoptellen, dan vinden we detotale impedantie ZB. En nukunnen we zien, dat ZA en ZBin de figuur op preciesdezelfde afstand van de oor-sprong liggen! Ze liggen alle-bei op een cirkel met een straalvan Z = 100 Ω/√5. De scha-keling heeft dus een impedan-tie waarvan de absolutewaarde onafhankelijk is van destand van schakelaar S! De verklaring van deze para-dox ligt dus in het feit dat de absolutewaarde van stroom I1 niet verandert bij hetomzetten van de schakelaar, maar de fase-hoek wel. Bij gesloten schakelaar wordt aande voedingsbron meer vermogen onttrokkenen dat vermogen wordt dan gedissipeerd inR2. In R1 wordt bij beide standen van deschakelaar hetzelfde vermogen gedissi-peerd. We kunnen in het impedantievlak ookzien dat door R2 een stroom I2 loopt die √2

Oplossing van het mysterie van februari

C

S

040272 - 7 - 14

U

I1 I2R1 R2

040272 - 7 - 15

lm

Re

Relm

YC Zp

Zb

Za

R1

R1

ZC

Yp

YR2

Figuur 4: De wisselstroomparadox.

Figuur 5: Geleiding en impedantie in het complexe vlak weergegeven.

Advertentie

maal kleiner is dan de totale stroom I1 diedoor de parallelschakeling loopt. En aange-zien R2 tweemaal zo groot is als R1, volgtuit de formule P = I2 x R dat het gedissi-peerde vermogen in beide weerstanden pre-cies aan elkaar gelijk is.

De moraal van dit verhaal isnatuurlijk: “Houd altijd

rekening met de fasehoek!”

elektuur - 3/200578

nica retro-tronica retro-tronica retro-tronica retro-troni

Retro-tronica is een maandelijkse rubriekover ‘elektronica vroeger’ en de spraakma-kende ontwerpen die ooit in Elektuur zijn

verschenen. Bijdragen, suggesties en verzoe-ken zijn welkom. Het e-mail adres is:

[email protected], onderwerp: Retro-tronica

Edwinversterker (1970)

Harry Baggen

In een uitgave waarin het onder-werp audio een hoofdrol speelt,is het haast vanzelfsprekend datwe in de rubriek Retro-tronicaterugblikken op een van degrote Elektuur-versterkers uit hetverleden.

Tegenwoordig is het zelfbouwenvan audio-apparatuur lang nietmeer zo populair, maar eendikke kwart eeuw geleden washet een ware sport onder audio-fiele elektronici om zelf hun ver-sterkers te bouwen. Goede ver-sterkers waren in die tijd peper-duur en door middel vanzelfbouw kon je niet alleen veelgeld uitsparen, maar ook dik-wijls betere resultaten en groterevermogens bereiken dan met defabrieksapparatuur (tegenwoor-dig moet je daar heel wat meermoeite voor doen).

Er waren in de jaren 60-70enkele populaire versterkersche-

ma’s die veel werden nage-bouwd, maar die waren vrijwelallemaal van Amerikaanse ofEngelse oorsprong. Dikwijls hadje grote moeite om de noodza-kelijke transistoren tebemachtigen, want Amerikaansetorren waren hier nog een zeld-zaamheid.

Toen Elektuur in januari 1970de Edwin-versterker presen-teerde, was dat tamelijk revolu-tionair. Eindelijk een zelfbouw-versterker die eenvoudig vanopzet en gemakkelijk na te bou-wen was. Het bijzondere vandit ontwerp was de configuratievan de eindtrap volgens hetEdwin-principe, volgens het arti-kel een geheel nieuwe ontwik-keling waar zelfs octrooi opwas aangevraagd. Het ginghierbij om een klasse-Buitgangstrap met parallel daar-aan een kleine klasse-A verster-ker geschakeld. Hierdoor ont-stond een versterker zonderruststroom, maar toch zondercrossover-vervorming omdat deklasse-A-trap bij kleine vermo-gens het uitgangssignaalleverde.

De eerste Edwin-versterker wasbescheiden van opzet met als

eindtransistoren het bekendecomplementaire transistorpaarBD137/BD138. Het uitgangs-vermogen stelde dan ook nietveel voor: 10 W aan 8 Ω.Maar dat was in die tijd tochheel wat! In het ontwerp wasmeteen een eenvoudige regel-versterker opgenomen, zodat jemeteen een “geïntegreerde” ver-sterker had. Het Edwin-principesloeg aan en de Elektuur-redac-tie borduurde hierop nog eenhele tijd door. Enkele maandenlater verscheen al een “update”voor een 20-W-versie en in okto-ber werd zelfs een 100-W-vari-ant (bij 4 Ω belasting) gepubli-ceerd. Helaas miste de laatsteschakeling de eenvoud van heteerste ontwerp, ze bevatte eenvoor die tijd respectabel aantalvan 13 transistoren en een 709-opamp aan de ingang.

Het succes van de oorspronke-lijke Edwin-versterker wasenorm. Volgens opgaven uit dietijd zijn er in Nederland meerdan 10.000 exemplaren vangebouwd, er moeten dus nogheel wat Elektuur-lezers zijn diezo’n versterker op zolder heb-ben staan. Stof hem eens af enmaak er een mooie foto van,dan kunnen we de fraaiste

exemplaren nog eens in Elektuurlaten zien!

In mei 1971 verscheen al deopvolger van de Edwin met depassende titel Nieuwe Edwin-ver-sterker. Deze had (behalve hetbasisidee) qua opzet weinig temaken met het originele Edwin-ontwerp, maar het was zondermeer een goed doordachteschakeling met een pseudo-com-plementaire uitgangstrap (driversBD137/BD138, eindtorren2x2N3055) en een flink vermo-gen van 35 W aan 4 Ω. Ookdit ontwerp kon zich verheugenin een enorme populariteit enhet werd evenals de oorspronke-lijke Edwin weer door duizen-den audio-zelfbouwers nage-bouwd.

(045106)

and

elektuur - 3/200584

volgende maand volgende maand volgende maand

Losse nummerprijs :

Nederland € 6,65

België € 6,90

Abonnementen: Riet Maussen

e-mail: [email protected]

Bestellingen/verkoop: Nicolle vd Bosch

e-mail: [email protected]

Standaard-jaarabonnementNederland: € 68,00

België: € 69,50buitenland:priority-mail Europa € 101,80

buiten Europa € 133,00standard-mail Europa € 90,00

buiten Europa € 107,40

studie-abonnement Nederland € 54,40

België € 55,60

CJP-abonnement € 61,20

ABO-PLUS-jaarabonnementNederland: € 77,50

België: € 79,00

buitenland:

luchtpost Europa € 111,30


surface-mail Europa € 99,50


studie-abonnement Nederland € 63,90

België € 65,10

CJP-abonnement € 70,70

Een abonnement kan op ieder gewenst

tijdstip ingaan en loopt automatisch door,

tenzij het 2 maanden voor de vervaldatum

schriftelijk is opgezegd. De snelste en

goedkoopste manier om een nieuw

abonnement op te geven is die via de

antwoordkaart in dit blad. Reeds

verschenen nummers op aanvraag

leverbaar (huidige losse-nummerprijs geldt).

Adreswijzigingen s.v.p. minstens 3 weken

van tevoren opgeven met vermelding van

oude en nieuwe adres en het

abonneenummer.

De afdeling klantenservice is iedere

werkdag bereikbaar van 08.30 tot 17.00

uur.

Voor al uw vragen over abonnementen,

kunt u deze afdeling bellen onder nummer

046 - 4389424.

Voor bestellingen belt u : 046 - 4389414

Voor het afhandelen van uw abonnement ofbestelling vraagt Uitgeversmaatschappij Segment uw persoonsgegevens. Het klantenbestand van Segment is als persoonsregistratie aangemeld bij het College Bescherming Persoonsgegevens onder nr. M 1024093.

De door u verstrekte gegevens kunnengebruikt worden om u te informeren overrelevante diensten en producten. Stelt u daargeen prijs op, dan kunt u dit doorgeven aan:Uitgeversmaatschapppij Segment, Afdeling lezersmarkt, Postbus 75, 6190 AB Beek.

HALFGELEIDER-TESTERDe meeste elektronicaliefhebbers hebben wel een voorraad aan torren, FET’s en dio-des voor het opbouwen van experimentele schakelingen of het repareren van elektro-nische apparatuur. Vaak zijn die componenten gesloopt van oude printen en is deopdruk niet meer zo duidelijk, zodat men moeilijk kan vaststellen wat het nu precieswas. Met behulp van deze handige en slimme componententester kunnen vlug ennauwkeurig de belangrijkste eigenschappen van de meest gebruikte halfgeleiders(bipolair, JFET, MOSFET, dioden en ook SMD-onderdelen) worden vastgesteld.

ARMEE-EXPERIMENTEERBOARDAansluitend op de reeks suc-cesvolle microcontroller-ont-werpen met een identiekeboard-opzet (zoals PICee-ont-wikkelsysteem, AVRee-ont-wikkelsysteem) presenterenwe nu een systeem dat als

kern een moderne ARM-controller bevat,namelijk de LPC2106 van Philips. Een bij-zonderheid van dit board is de aanwezigheidvan een module waarop de controller isgesoldeerd. Na het programmeren kan dezemodule van het board worden verwijderd enin een applicatie worden geplaatst.

X10 PC-INTERFACEOndanks (of dankzij?) de wirwar vanstandaarden op het gebied van huis-automatisering is de X10-standaardondanks zijn beperkin-gen vrij populair gewor-den. In elke bouwmarktzijn wel een aantalX10-modules te koop.Met behulp van eenkleine interface is hetmogelijk de seriëlepoort van een PC teverbinden met eenX10-interface, zodatmen vanuit de compu-ter alle X10-apparatuurin huis comfortabel kanbedienen.

elektuur - 3/20052

Onderdelenlijsthoofdprint

Weerstanden:R1 =1 kR2,R3 = 100 kR4 = 220 ΩR5 = 18 k,2 WR6 = 180 ΩR7 = 2k2, 2 WRS = 10 k, 2 WR11 = 1k3

R12 = 680 kR13 = 220 ΩR14,R15 = 10 kR16,R17 = 68 kR18,R19 = 1 kR20,R21 = 10 Ω, 2 WR22 = 1k5R23 = 10 k, 4,5 WR24,R25 = 100 Ω, 2 WR26 = 4k7 P1,P2 = instelpotmeter 5 k

Condensatoren: C1 = 2µ2/50 V bipolair

C2 = 10 p keramischC3 = 33 p keramischC4 = 1n5 keramischC5 = 10 µ/450 VC6 =22 µ/500 VC7 = 220 µ/25 VC8 = 100 µ/63 VC9...C11 = 470 n/630 V

MKS4C12 = 2n2 keramisch

Halfgeleiders:D1 = zenerdiode 56 V/1,3 WD2...D4 = zenerdiode

100 V/1,3 W

Diversen:V1 = ECC81V2,V3 = EL156Tr1 = trafo E-1220Tr2 = trafo B-2156 1 Noval-voet, keramisch, voor

printmontage2 Octal-voet, keramisch, voor

printmontage

Hifi-buizeneindtrap met EL156

3/2005 - elektuur 3

ongespiegeld

elektuur - 3/20054

gespiegeld

3/2005 - elektuur 5

-EE- 212A

+-~~

22V

1 14

7 8

C1

R1

R2

R3R4 R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12R13

R14

R15

R16

C2

D1

D2

C3

C4

C5

C6

+1

2,6V

M

U1

D3

P1

R18R19

R20

C1/1

C7R17

T1 T2

G D S G D S

-EE

- 21

2A

-EE- 212A

onges

pie

gel

dges

pie

gel

d

Onderdelenlijstgelijkstroom-voeding

Weerstanden:R1,R10,R15,R17 = 4k7R2 = 100 ΩR3,R9,R11,R14,R16 = 1 kR4,R5 = 0Ω22, 5 W MetallfilmR6 = 47 ΩR7 = 2k2R8 =470 ΩR9 = 1 kR12,R13 = 2k7P1 = instelpotmeter 1 k

Condensatoren:C1 = 10.000 µ/25 VC2 = 47 µ/40 VC3 = 220 µ/40 VC4 = 1000 µ/25 VC5 = 470 p keramisch

Halfgeleiders:D1= 1N007D2 = ZTK22D3 = zenerdiode 18 V/1,3 WGI1 = gelijkrichter KBU 8 BIC1 = 723 (DIL)T1 = BUZ12

Diversen:1 nettrafo NTR-15

elektuur - 3/20056

Onderdelenlijstinschakel-vertraging

Weerstanden: R1,R5,R12 = 100 kR2 = 680 kR3,R4,R6,R7,R10 = 10 kR8 = 2k2 R9=33 kR11 = 1k5 (zie tekst)

Condensatoren: C1,C2 = 100 n keramischC3...C5 = 10 µ/63 VC6,C7 = 220 µ/25 V (470

µ/25 V bij 6,3 V)C8 = 1 µ/63 VC9 = 680 n MKTC10= 100 n MKTC11 = 10 n MKT

Halfgeleiders:D1,D2,D9 = 1N4148D5,D6 = 1N4007 (alleen bij

15-V-voeding)D3...D5,D7= 1N4007 (alleen

bij 6,3-V-voeding)D8 = zenerdiode 12 V/1,3 WT1 =BD140-16T2 = BC549Gl1 = B80C1500IC1 = 7812 (TO220) IC2...IC4 = 4011IC5,IC6 = 4017

ongespiegeld

gespiegeld

3/2005 - elektuur 7

ongespiegeld gespiegeld

Onderdelenlijsthoogspannings-voeding

Weerstanden:R1...R4 = 150 k, 2 WR5 = 47 k

Condensatoren:C1...C8 = 100 µ/500 V

C9 = 100 µ/63 V

Halfgeleiders:GI1,Gl2 = B500C1500 platD1 = 1N4007

Diversen:Si,Si2 = zekering 0,63 A

traag met zekeringhoudersDr1 = 2H3, 0,3 A (D-2360)Dr2 = 4 H, 0,18 A (D-4060)

colofon - internet archive · 2020. 5. 25. · segment b.v., special interest media p....

Documents