In 1984 rondde ik mijn studie af, en ging bij Philips Research werken in een elektronica ontwerpgroep (de EOG). Ofschoon ik ook vakken als computertechniek, digitale elektronica en programmeren had gevolgd, behoorde ik toch tot een van de laatste lichtingen die voornamelijk opgeleid was als analoog elektronicus. Toen waren er nog geen PC’s (persoonlijke computers), alleen terminals die met een mainframe communiceerden, en waarop command-line achtige opdrachten simulaties konden uitvoeren van schakelingen in de vorm van pagina’s lange tabellen met getallen. Tekenprogramma’s bestonden nog niet: ik heb vermoedelijk de laatste A0 -formaat calque-tekening van een ultra-lage-ruis versterker getekend met Rotring pennen en radeermesjes. Het ging daarna wel snel: na de eerste Apple II computers kwamen de flexibelere MS-DOS PC’s, grote bakken met harde schijven van 20Mbyte en een geheugen van 32kByte, aangesloten op het interne netwerk. De wet van Moore volgend, werden die PC’s steeds kleiner en hun harde schijven en intern geheugen exponentieel groter, terwijl ook de verwerkingssnelheid met sprongen toenam. Na enige jaren werden de gezellige kleine monochrome monitoren vervangen door grotere kleuren schermen, en weer wat later maakten de beeldbuizen plaats voor vlakke schermen. Het ontwerp-vak veranderde daardoor, net als de realisatie van de elektronica. Tegenwoordig weten we niet beter dan dat je via een webapplicatie een schakeling opzet, simuleert, invoert in een ander pakket dat een optimale PCB-layout genereert, en dat je die online verstuurt naar een fabriek om een paar weken later je printje thuis te hebben.
Ik vertel dit, omdat ik na mijn pensionering als manager een soort van achterstand had in mijn hobby. Wat ik leuk vond was op component-niveau knutselen, rekenen en solderen. Als het om digitale oplossingen ging, zocht ik naar logische CMOS IC’s en programmeerbare logica, zodat ik op bit-niveau kon bepalen wat er gedaan moest worden. Ik ben geen software goeroe. Daarbij waren de vertrouwde elektronicazaken waar je nog onderdelen kon kopen zo ongeveer allemaal verdwenen in Eindhoven. Sinds Singapore had ik wel veel met zelfbouw-PC’s gedaan, en later met Synology, maar dat heeft weinig met down-to-earth elektronica te maken. Tot overmaat van ramp kwam de corona pandemie. Gedwongen thuis blijven om besmettingsrisico’s te beperken liet niet toe dat ik de enig overgebleven zaak in Eindhoven (Brigatti) frequent kon bezoeken en ook zij bedienen tegenwoordig alleen nog zakelijke klanten. Ik zocht mijn toevlucht tot online bestellingen bij Conrad. Bovendien ontdekte ik via Bärbel de mogelijkheden van Amazon. Ik ben geen fan van Bezos of de druk op medewerkers bij de distributiecentra, maar het voordeel was voor mij belangrijker: ruime keuze, snelle levering, niet al te duur, en eenvoudige retourzendingen als iets niet klopte. Ik had ook rechtstreeks in China kunnen bestellen, maar de super lage prijzen wegen voor mij niet op tegen een betrouwbare tussenpartij als het gaat om kosten en leveringstijden.
Moderne elektronica kan niet meer zonder iets van een processor om complexe taken eenvoudiger uit te kunnen voeren. Waar generatiegenoten kozen voor Raspberry Pi als platform voor hun hobby, koos ik voor het eenvoudigere Arduino concept (recent heb ik daar ESP voor draadloze communicatie aan toegevoegd). Wat mij daarbij aanspreekt is dat ik op registerniveau pootjes en bits kan aansturen. Dat past bij mijn affiniteit; om -zoals mijn eerste Philips mentor Rein Rumphorst mij altijd voorhield- te kunnen denken als een elektron die onderweg is en van daaruit een schakeling op te zetten (wat heb ik veel plezier gehad van The Art of Electronics, waarin dat motto in praktijk werd omgezet). Ik heb nu een bescheiden laboratorium opgezet met meetapparatuur, montagegereedschap en een voorraadje componenten, zodat ik bij een bevlieging meteen aan de slag kan om een idee te transformeren in tastbaar resultaat.
Wat ik echt leuk vind is het samenbouwen van een apparaatje. Dat was op het NatLab ook al zo: ik was vaak in de werkplaats en de layout afdeling te vinden, en leerde vele handigheidjes van de jongens aldaar. Proefprintjes zette ik graag zelf in elkaar, maar het serieuzere werk liet ik toch liever over aan de vaardige handen van deze professionals. Dat zorgde voor een uitstekende verstandhouding, die de traditionele afstand tussen ontwikkelaar en monteur soepeltjes overbrugde. Uit die periode heb ik een aantal vuistregeltjes overgehouden:
- Teken het schema van links naar rechts (“ingang naar uitgang“) in logische stappen met compacte blokken, waarbij de functioneel bij elkaar horende componenten ook dicht bij elkaar getekend zijn.
- Volg bij montage zoveel mogelijk de opzet van dat schema, en gebruik de aansluitdraadjes voor zo kort mogelijke verbindingen. Daarmee benader je een gedrukte bedrading het beste. Eventuele veranderingen en reparaties zijn dan wel moeilijker, maar dat is een kwestie van secuur werken en je ontwerp goed beoordelen voordat je gaat monteren.
- Denk qua voeding in termen van busbars en aardvlakken (indien mogelijk). Bij montage liggen die busbars ongeveer net zoals op het schema getekend: aan boven- en onderzijde van de print, en eventueel in het midden. Dan zijn de componenten laag-impedant met de voeding verbonden, en is het risico op kortsluiting tussen de voedingsaansluitingen nihil.
- Zorg voor voldoende HF-ontkoppeling van de voedingsaanslutingen; op PCB niveau met elektrolytische condensatoren, en per IC of gevoelig actief deel van de schakeling (bijvoorbeeld met FET’s of transistoren) met goede, laag-impedante condensatoren van 100nF. Soms zijn stopweerstandjes van een tiental Ohm nodig om interferentie via parasitaire capaciteiten tussen bedrading onschadelijk te maken (dicht bij de gevoeligste ingangen plaatsen).
- Houd in- en uitgangen zo ver als mogelijk van elkaar verwijderd, ook in de behuizing, om ongewenst “rondzingen” te vermijden.
- Soms moeten componenten op een PCB door de behuizing naar buiten komen, zoals LED’s en schakelaars. Meet de positie van die gaten af met een andere lege print als mal (0.1″ is nou eenmaal niet makkelijk in ons meetsysteem). Boren: altijd eerst zo klein mogelijk voorboren, zodat de uiteindelijke boor niet wegloopt. Ik ben zeer tevreden met mijn trapsgewijze gatenboren.
- Vermijd aardlussen, zowel binnen de behuizing als erbuiten. Gebruik desnoods common mode onderdrukkingstrafo’s, gewikkeld om ringkernen, of ferrietkralen over kabels (natuurlijk in- en uitgaande leiding beide omvatten).
- Gebruik altijd een ESD-mat, polsbandje en geaarde soldeerbout bij montagewerk. Ik ontlaad mezelf altijd eerst met een vinger voordat ik een elektrostatisch gevoelige component vastpak.
- Bij het solderen van connectoren gebruik ik altijd een contrastekker om pennen en bussen op hun plaats te houden in geval het kunststof van de behuizing zacht wordt.
- Hoewel ik veel uit de losse pols monteer, is een derde handje (kleine bankschroef) ideaal voor nauwkeurig werk. Een print met componenten omdraaien, zodat je makkelijk kunt solderen? Gewoon een stukje schuimplastic aan de componentzijde inklemmen, waardoor de componenten aangedrukt blijven en niet uit je gaatjesprint vallen.
- Om dezelfde reden heb ik een +2 dioptrie vergrotende bril (een loeplamp gaat ook, maar die zit bij mij altijd in de weg, dus die heb ik weggedaan).
Het schema boven dit artikel betreft een deel van een ECG-versterker, waarmee ik prima hartpulsen kan weergeven op mijn oscilloskoop (en van daaruit kan opslaan of afdrukken). In deze sectie zal ik meer ontwerpjes dokumenteren, sommige op zichzelf staand, andere deel uitmakend van bijvoorbeeld de zonne-energie installatie. Secties zoals Home Assistant en Zonne-energie beschrijven meer op systeem niveau, terwijl de gedetailleerde toelichting van apparaten meestal hier te vinden is.