Blog
- Details
- Geschreven door Beheerder Beheerder
- Gepubliceerd: 14 oktober 2019 14 oktober 2019
Conrad 210177 lichtsein bouwpakket opgebouwd voor Viessmann multiplex-sturing
Onlangs heb ik een Conrad zelfbouwsetje van een Viessmann sein aangeschaft. In dit geval artikle 210177, het "DB Ausfahrsignal mit Vorsignal". Standaard worden alle leds – 9 stuks – apart aangesloten.
Menig modelspoorder zal zich afgevraagd hebben of het niet met minder draadjes kan. Wie het programma van Viessmann bekijkt, zal ongetwijfeld de seinen (en bijbehorende stuurmodules) voor de zogenaamde "multiplex"-sturing gezien hebben. Deze variant vergt slechts 4 draadjes.
Laten we dus eens kijken of we voor ons bouwpakketje ook een dergelijk multiplex sturing kunnen maken.
"The challange is set ...".
Deel 1 - De theorie
Wat is multiplex?
Een goede vraag en niet een vraag die zich 1-2-3 laat beantwoorden. Zaken als matrix en een zekere Charlie komen hierbij aan de orde. En het werkt alleen met LEDs, hoewel dat strikt genomen niet juist is. Waar het hier om draait is dat een LED in feite een diode is, die toevallig licht afgeeft wanneer er stroom door gaat.
Om het allemaal goed te begrijpen, lijkt het mij verstandig de zaak eerst eens theoretisch aan te pakken. Daarna zullen we verder gaan met de praktische uitvoering.
Een uitstapje naar de diode
Een diode is elektronisch component, een zogeheten halfgeleider die in maar één richting stroom kan geleiden. Deze stroom loopt dan van de anode (positief) naar de kathode (negatief). Voor een diode bestaat een eenduidige schematische tekening die de aansluitingen en de zogenaamde doorlaatrichting van de stroom aangeven. Hieronder staan verschillende afbeelding die allemaal een diode voorstellen (afhankelijk van de norm van de symbolen zijn er nl. kleine verschillen in de tekenwijze).
In alle drie schema symbolen, is de linker aansluiting de anode en de rechter aansluiting de kathode. Zoals al gezegd kan de stroom alleen van de anode naar de kathode lopen, in het symbool dus van links naar rechts. Een makkelijk ezelsbruggetje om te onthouden wat de kathode is: de letter "K" is een verticale streep waar een driehoek naar toe wijst, net als in het bovenstaande diode symbool.
Op een diode vind je dan ook meestal een verticale streep of ring, aangebracht aan de zijde waar de draad van de kathode zich bevindt. Dit is duidelijk te zien in de foto hierboven, waar een aantal uitvoeringen van diodes in een ronde, cilindrische behuizing is te zien.
Terug naar de led
Zoals al gezegd is een LED een diode die licht afgeeft (emitteert). Om dit duidelijk te maken in een elektronisch schema, is daar een apart symbool voor bedacht. De basis is het symbool voor de diode. Om nu aan te geven dat het een LED betreft, zijn er twee pijltjes bij getekend. Dit om aan te geven dat het component emitteert. Het symbool voor de LED staat hiernaast afgebeeld.
- Stroom of spanning?
Op deze plaats is het wellicht verstandig om op te merken, dat een LED oplicht omdat er stroom door gaat. Dus niet omdat er spanning op staat. Deze stroom is niet er hoog, maximaal zo'n 20 mA of 0,02 Ampère. In de praktijk is 10 mA vaak al voldoende of zelfs nog te veel.
Dat is de reden, dat een LED altijd met een weerstand in serie, moet worden aangesloten op een spanningsbron. Daarbij maakt het niet uit of het een hoge of lange spanning is. De waarde van de weerstand is afhankelijk van de spanning en de stroom. Hiervoor gebruiken we dan de wet van Ohm om deze te berekenen.
Stel de spanning van je voeding voor de lichtseinen is 12 volt. En je stroom voor het sein bedraagt 10 mA. Volgens de wet van Ohm is de weerstandswaarde R, die je nodig hebt, spanning U gedeeld door stroom I. Ofwel (U) 12V ÷ (I) 0,01A = (R) 1200Ω (of 1,2 k(ilo)Ω).
- Nog een weetje:
Wel is het nodig, bij een hogere spanning dan de zogenaamde sperspanning van de LED – dat is de spanning die de LED nog aankan bij verkeerd om aansluiten, een extra diode in de stroomkring op te nemen die wel geschikt is voor deze sperspanning.
Dat moet vaak al vanaf zo'n 6 volt. Dat is dan weer de reden dat Viessmann zijn lichtseinen met LEDs altijd voorziet met een diode in de gemeenschappelijke aansluiting. Wordt de sperspanning overschreden, dan lijdt dat vrijwel altijd tot het defect raken van de LED.
Stap 2. Een LED aansturen
Hoe we één LED moeten aansturen moet nu wel duidelijk zijn. Sluit, met een weerstand in serie, de anode van de LED aan op de positieve klem van je spanningsbron. En sluit de kathode van de LED aan op de negatieve klem van die zelfde spanningsbron. Je hebt nu een stroomkring en je LED moet oplichten.
(Als dat niet het geval is, controleer dan je bedrading en let er op dat de LED juist is aangesloten. Raadpleeg de documentatie van de LED om te zien hoe je de anode en kathode kunt herkennen).
Maar wat nu als er twee LEDs aangesloten moeten worden? Het simpelste is natuurlijk om de boven besproken schakeling te kopiëren. Dat betekent dan dat er nu 2 x 2 = 4 vier draden aangesloten moeten worden.
We zouden dat nog terug kunnen brengen, door óf de anode aansluitingen óf de kathode aansluitingen gemeenschappelijk uit te voeren. We zouden dan nog maar drie draden nodig hebben.
Twee LEDs, twee draden
Maar zou het nog met minder draden kunnen? Dus met maar twee draden, twee LEDs aansturen? (Minder kan niet natuurlijk, want we heben wel een gesloten stroomkring nodig). Om een lang verhaal kort te maken, het antwoord is ja, dat kan. Maar daarbij moet we wel iets anders gaan denken en in beginsel uit gaan van de stoomrichting.
We weten al dat een diode – en dus ook een LED, maar in één richting stroom kan geleiden. In de andere richting gaat niet, dat laat de LED niet toe. Maar stel dat de spanning op de LED is omgepoold, dus de positieve kant op de kathode en de negatieve kant op de anode.
Ga nu nog een stap verder en sluit de tweede LED verkeerd om aan ten opzichte van de eerste LED. Deze tweede LED heeft nu wél de positieve aansluiting op de anode en de negatieve aansluiting op de kathode. Zij zal dus oplichten, terwijl de eerste LED niet oplicht. Polen we nu de spanning weer om, dan verwisselen de eerste LED en de tweede LED hun rol en zal de eerste nu oplichten.
Nog een stapje verder
We hebben nu de situatie, zoals deze hiernaast is afgebeeld. Met een mooie term wordt dit een "anti-parallel"-schakeling genoemd. Dit omdat beide LEDs tegen gepoold (anti) parallel aan elkaar zitten.
(De serieweerstand, nu een gemeenschappelijke, komt nu op een van beide aansluitingen. Welke is niet van belang).
Met deze creatie hebben we een schakeling, die we al een soort matrix zouden kunnen noemen. We kunnen op deze manier nu al drie toestanden aansturen, of in het geval van een sein, drie seinbeelden.
Met de spanning links positief en links negatief, zal de groene LED oplichten. Polen we de spanning om, dan zal de rode LED oplichten. En zonder spanning zullen beide LEDs uiteraard niet oplichten. Maar hoe zouden we nu beide LEDs kunnen laten oplichten?
Menselijke traagheid
Daarvoor moeten we even een uitstapje maken naar het menselijk oog. Deze is, zoals je wellicht op school geleerd hebt, niet in staat is snelle lichtwisselingen waar te nemen. Dat is de reden waarom we Tl-buizen zien alsof ze continue branden, terwijl ze in werkelijkheid met de frequentie van het lichtnet aan en uit gaan.
Maar dat geldt dan ook voor onze LEDs. Als we nu maar snel genoeg de spanning op de LEDs ompolen, dan lijkt het door de traagheid van ons oog, net of beide LEDs continue oplichten. Waardoor we nu in totaal vier toestanden voor onze LEDs kennen: (1) beide UIT, (2) alleen GROEN, (3) alleen ROOD en tenslotte,(4) ALLEBEI.
En dit is nu het principe waarop de multiplex sturing berust.
In een volgend artikel gaan we in op de praktische kant van de multiplex sturing en een variant hierop, het zogenaamde Charlieplexing.
- Wordt vervolgd -
Gepubliceerd 14-10-2019
Gecorrigeerd 07-11-2019
