Eenvoudige batterij besparingsschakelingen

Batterij gevoede schakelingen zijn uiterst handig. Je bent daarmee niet afhankelijk van een stopcontact in de buurt, waarnaar je dan ook nog eens meestal tevergeefs naar loopt te zoeken. Maar er zitten ook nadelen aan, vaak vergeet je het ding uit te zetten en wanneer je het dan weer nodig hebt blijkt de batterij de geest gegeven te hebben. En uitgerekend overkomt je dat dan op een moment dat je het dringend nodig hebt en de winkels net dicht.

Hieronder zijn een tweetal schakelingen te vinden waarmee je daar paal en perk aan kunt stellen. De allereenvoudigste nemen we eerst onder de loep.

Deze schakeling werkt als volgt. Zodra op de toets start gedrukt wordt zal de electrolytische condensator snel geladen zijn tot de volle voedingsspanning. De transistor BC517 ( een *Darlington) komt vervolgens in geleiding en opent op zijn beurt daarmee de doorlaattransistor 2N2905A ( PNP). Zodra deze opengaat krijgt de schakeling die erachter hangt dan voedingsspanning. Over de transistor valt wel een kleine spanningsval, maar die is dermate klein dat dit waarschijnlijk nooit een probleem zal vormen. Wil men over de mogelijkheid beschikken om het apparaat continue van spanning te blijven voorzien dan kan men dit doen door een schakelaar over de 2N2905A of over de startknop te plaatsen. Zoals de meeste eenvoudige schakelingen heeft deze ook een nadeel, namelijk dat de spanning niet snel afgeschakeld wordt. Zodra de condensator ver genoeg ontladen is neemt de basisstroom in de BC517 steeds verder af, en dus ook de collectorstroom, waardoor de doorlaattransistor ook langzaam dicht gaat en de spanning op het apparaat dat erop aangesloten is, langzaam afneemt naar nul Volt. Meestal is ook dit geen bezwaar, maar er kunnen zich situaties voordoen waarin dit wel gewenst is dat de spanning abrupt afschakelt. Daarvoor heb ik een wat meer uitgebreidere schakeling in elkaar gezet.

Vanzelfsprekend behoeft deze schakeling ook enige toelichting. De belangrijkste wijziging is de toevoeging van een IC, en wel een welbekend exemplaar, CD4001. Hierin bevinden zich 4 NOR poorten (NOF poorten heten die meen ik in goed Nederlands) met ieder twee ingangen. IC1a en IC1b vormen samen een monostabiele multivibrator hetgeen wil zeggen dat er een éénmalige puls uit komt van een bepaalde lengte zodra de schakeling geactiveerd wordt. Velen van ons zullen hiermee wel op de hoogte zijn, maar voor de lezers die minder hiermee op de hoogte zijn wil ik de werking in het kort uitleggen. Zolang de startknop niet ingedrukt wordt ligt pen 1 van IC1a aan de negatieve spanning via de weerstand van 4K7. Wordt nu op de startknop gedrukt dan komt de volle spanning van de 9V batterij op deze pen te staan. Tevens krijgt het IC voedingsspanning via de diode 1N4148 die tussen pen 1 en de plusleiding geschakeld is. Deze is nodig omdat anders zolang de transistor 2N2905A niet geopend is er geen spanning op het IC zou staan en het dus ook niet kan werken. Nu is het met een NOR poort zo dat wanneer één van de ingangen hoog is, de uitgang (pen 3) laag wordt.

Op de uitgang van dit IC is een electrolytische condensator van 100 µF aangesloten. Doordat een condensator niet via een weerstand meteen volledig geladen kan raken, zal de andere kant van de condensator met eenzelfde spanningssprong omlaag gaan. Beide ingangen van het erachter geschakelde IC (IC1b) zijn aan elkaar verbonden (pen 5 en 6) en gaan dus beide omlaag. Hierdoor wordt de uitgang (pen 4) van dit IC hoog (dat wil zeggen ca 9V).
Deze uitgang is echter verbonden met pen 2 van het eerste IC, zoals gezegd blijft de uitgang 3 laag zolang één van de ingangen hoog is. Ook al laten we de startknop los dan zal door deze terugkoppeling de uitgang laag blijven. Maar er gebeurt ook nog iets anders. De condensator was niet geladen, omdat een van de polen nu omlaaggetrokken is via IC1a zal de condensator zich gaan laden via de weerstand van 1M2. Omdat dit een relatief grote weerstand is en ook de condensator een redelijke capaciteit heeft zal dit enige tijd in beslag nemen. Op een zeker moment zal de spanning over de condensator dermate toegenomen zijn dat de ingangen van IC1b niet meer als laag bestempeld kunnen worden, en op een zeker moment is deze dan ook zo groot geworden dat de uitgang van IC1b weer laag wordt. Ingang 1 was al laag omdat we de knop losgelaten hebben en nu wordt ook ingang 2 weer laag, die zit immers verbonden aan pen 4 van IC1b. Hierdoor wordt de uitgang 3 weer hoog en keert alles weer terug in dezelfde toestand als vóór we op de startknop drukten. Omdat spanning op de zijde van de condensator verbonden aan de pennen 5 en 6 nu weer een sprong maakt, nu naar boven en daardoor boven de voedingsspanning uit zal komen is over de weerstand van 1M2 een diode aangesloten, welke ervoor zorgt dat deze toename binnen veilige grenzen blijft. Anders loopt men de kans het IC te vernielen, hier zal dit niet zo gauw gebeuren omdat de totale voedingsspanning nogal laag is (9V). Maar het is altijd raadzaam deze diode aan te brengen.

Wat zijn nu de consequenties? Zodra op de startknop gedrukt is wordt dus uitgang 4 hoog gedurende een bepaalde tijd (ca 2 minuten). Deze uitgang is tevens verbonden via een weerstand van 10K aan de basis van de transistor BC548B. Deze gaat daardoor geleiden en opent de doorlaattransistor 2N2905A. De positieve leiding krijgt nu niet meer via de diode 1N4148 spanning maar wordt nu overgenomen door de transistor. In deze schakeling is ervan uitgegaan dat het apparaat dat erop aangesloten is niet al te grote stromen trekt, anders moet de diode rechtstreeks aansluiten op pen 14 van het IC en tussen de voedingsspanning en pen 14 een extra diode in doorlaatrichting aanbrengen. Dan wordt alleen het IC maar via de diode gevoed. Zodra de monostabiele weer terugvalt in zijn stabiele situatie schakelt de voedingsspanning op het apparaat abrupt af. Wil men hier continue spanning op het apparaat houden dan dient men een schakelaar over de 2N2905A te plaatsen, NIET over de startknop, dat werkt hier niet!

Omdat er nog twee niet gebruikte IC's benut zijn is gekozen om deze te gebruiken voor een LED aansturing, men kan dan zien of de schakeling inderdaad werkt. Zolang er voedingsspanning op de uitgang staat brandt de LED. Men kan deze ook weglaten want ook dit gebruikt extra stroom. Gelukkig zijn er tegenwoordig LED's in de handel die een zeer laag stroomverbruik hebben (2 mA) waarbij ze toch behoorlijk fel oplichten.

Heeft deze schakeling ook nadelen? Het enige wat mij opviel was dat het stroomverbruik iets toenam naarmate de schakeling dichter in de buurt kwam van het moment van terugvallen naar de stabiele situatie, vanongeveer 3 tot ongeveer 4 mA (inclusief aangebrachte LED). Wat hiervan de reden is weet ik niet.

Een ander belangrijk punt is, men is geneigd te veronderstellen dat men de tijdsduur onbeperkt lang kan maken door een groter weerstand te kiezen voor 1M2. Maar die vlieger gaat niet op, de laadstroom wordt daardoor zo klein dat deze in de buurt komt van de lekstroom van de condensator, met als gevolg dat de spanning op de condensator niet verder toeneemt en de schakeling niet meer terugvalt. Misschien dat het met andere condensatortypen wel lukt, alleen zijn die meestal nogal omvangrijk wanneer het om grote capaciteiten gaat.

* Een Darlington kan men het beste voorstellen zoals in het schema getekend, deze hebben een zeer grote stroomversterking omdat de emitterstroom van de bovenste getekende transistor gebruikt wordt als basisstroom voor de onderste getekende transistor. Heeft men niet de beschikking over deze transistor dan kan men deze vervangen door b.v. twee BC548B's op een dergelijke wijze te schakelen.