AT-9908 TRAFIKKLYS 1

Skjema trafikklys-1

Multivibrator Hastighet Teller Klokkepulser Diodematrise Lysdioder Buffere

Dette trafikklyset som er laget ved hjelp av CMOS-kretser består av 3 trinn. 1. Multivibrator, 2. Dekadeteller og 3. Diodematrise. I tillegg kommer lysdiodene eller lyspærer, skal en bruke lyspærer er det nødvendig med ekstra driverkrets på grunn av strømforbruket.

Funksjon:

IC1 som består av 4 NOR porter med 2 innganger hver. 2 av portene sammen med motstandene R1, R2 og kondensatoren C1 er en vanlig oscillatorkobling (multivibrator) som sørger for pulsene som skifter sekvensene i trafikklyset. Begge innganger på hver port er sammenkoblet og porten fungerer som en inverter, dvs at når inngangene har lavt nivå er utgangen høy og omvendt.

De 2 andre portene i kretsen er ikke i bruk og inngangene er koblet til minus, ubrukte CMOS innganger skal alltid være tilkoblet - eller + så kretsen ikke kan skades.

Hvis inngangene på IC1A er lav må utgangen være høy, da må også utgangen på IC1B være lav. Siden utgangen på IC1A er høy vil kondensatoren C1 lades opp av motstanden R2. Når den når ca halv spenning vil IC1A (via R1) slå om fra høy til lav utgang og IC1B vil skifte til høyt nivå. Da blir situasjonen snudd på hodet og R2 vil begynne å lade ut kondensatoren C1, og når spenningen kommer under ca halv spenning slår IC1A om igjen til den første stillingen.

Skjema

Hastigheten bestemmes av størrelsen på R2 og C1, økes verdien på R2 eller C1 skifter det langsommere. Men på et trafikklys skal periodene med grønt lys være vesentlig lenger enn periodene som skifter mellom kjøreretningene (periodene med gult lys). For å få til dette er det lagt til noen ekstra deler R3, R4, D1 og D2. Verdien på motstanden R2 velges så den er passe på periodene med grønt lys. Motstanden R3 står i serie med dioden D1 og er bare virksom i den tiden multivibratoren gir høyt nivå ut til dekadetelleren. Det er en ganske kort tid og det er i denne tiden at dekadetelleren skifter til neste periode. R4 som står i serie med D2 er virksom bare i den tiden multivibratoren gir lavt nivå ut. Normalt er denne tiden like lang som tiden for høyt nivå og til sammen utgjør de tiden for en periode med gult lys. Når en av kjøreretningene har grønt lys kommer det strøm fra dekadetelleren via D7 eller D15. Denne strømmen går inn på R4 og sørger for at den ikke er virksom i de 2 periodene, da er det kun R2 som bestemmer tiden og det blir en lang lysperiode.

Skjema

Fra multivibratoren går pulsene inn på IC-kretsen CD-4017 som er en dekadeteller. Den har 10 utganger, Q0 til Q9, hvor bare en av utgangene er kan være høy mens alle andre holder seg lav. For hver høy puls inn på klokkeinngangen, T, skifter telleren så neste utgang blir høy. Fra 9 går den tilbake til 0 igjen og begynner på ny runde. Denne kretsen har noen utganger til. CO (carry out) som er en menteutgang for bruk hvis flere tellere kobles etter hverandre, for å telle tall med flere siffre. ST (strobe) som kan stoppe telleren selv om den tilføres klokkepulser. Og R (reset) som brukes til å nullstille telleren.

Skjema

Dette bildet viser pulsene inn på klokkeinngangen og på utgangene Q0 til Q6 på 4017-kretsen. Telleren skifter hver gang klokkeinngangen skifter til høy, og bildet viser også hvilke lysdioder som er på i de forskjellige sekvensene.

Siden vi ikke skal ha flere enn 6 sekvenser på trafikklyset er den 7. utgangen (Q6) koblet til resetinngangen. Når den 7. utgangen skifter til høy vil kretsen nullstilles og gå direkte tilbake til den første stillingen igjen. Dette skiftet skjer i løpet av ca 0,2 mikrosekund og vil ikke bli oppfattet av øyet.

I digitalt språk er 0 benevnelsen på det bit som teller laveste verdi, det er årsaken til at den første utgangen er merket Q0 på IC-kretsen 4017.

Skjema

For å få de riktige lysdiodene til å lyse i de forskjellige sekvensene brukes en diodematrise til å sende spenningen fra hver utgang til lysdiodene som skal lyse i de forskjellige sekvensene.

Dioden leder strømmen bare en vei og sperrer i den andre retningen. Fra hver enkelt utgang går det en diode til hver lysdiode som skal lyse i den sekvensen utgangen er aktiv (høy).

For å unngå så mange krysninger på skjemaet er diodene tegnet fra høyre mot venstre. I den første stillingen gir D16 rødt lys og D17 gult lys på det øverste lyset, D18 gir rødt lys på det nederste lyset.

I neste sekvens gir D13 grønt lys på det øverste, D14 gir rødt lys på det nederste. I tillegg sørger D15 for å sende spenning inn på R4, da vil R4 ikke være med på å lade ut kondensatoren C1. Da er det bare R2 som lader ut og sekvensen for grønt lys blir lengre.

Skjema

Lysdiodene skal ha ca 2V (Volt) for å lyse, siden elektronikken går på høyere spenning brukes motstander til å ta overskuddet. Motstanden beregnes ut ifra hvor mye strøm lysdioden skal ha, siden IC-kretsen 4017 ikke er i stand til å levere mer en ca 20mA (milliAmpere) brukes 5-7mA.

Motstandsverdien regnes ut ved hjelp av Ohm lov:

U/I=R , bokstavene står for spenning/strøm=motstand

Hvis vi bruker 12V strømforsyning og 2V over lysdioden blir det blir det 10V over motstanden. Formelen bruker Volt, Ampere og ohm, 1mA er 1/1000A

10 / 0,007 = 1430ohm, nærmeste standardverdi er 1.500ohm (1,5kohm).

Skjema

Hvis en skal bruke kraftigere lysdioder eller lyspærer må brukes en driver for å forterke strømmen. Skal en ha kraftige lyspærer er det best å bruke en transistor for hver pære og montere de på en kjøleribbe da det fort blir endel varme i transistorene.

Transistorer trenger ca 0,7V mellom basis og emitter for å lede og det er derfor nødvendig med en motstand, RA, mellom diodematrisen og basis. RB er for å unngå at transistoren skal lede pga restspenninger eller forstyrrelser.

Som transistor kan en bruke BC-639 inntil 100mA, over 100mA BD-241 eller helst en darlingtontransistor BD-901.

Hvis ikke pærene trekker over 0,5A, 5Watt ved 12V, er det enklere å bruke en driverkrets som inneholder flere transistorer og drives direkte av spenningen som kommer fra diodematrisen. F.eks ULN-2004.

Skjema