Standaard deurbel

De veelgebruikte versie van de deurbel bestaat uit een spoel met een kern erin die enigzins los zit. Vlakbij de beweegbare kern is de bel zelf. Als nu een wisselstroom door de spoel loopt, gaat de kern trillen en deze hamert tegen de bel zelf aan. Deze bel werkt vaak op een spanning van rond de 6 Volt.
Om die reden is er ook een beltransformator nodig, vaak bevindt deze zich in de meterkast. Tenslotte moet nog een deurbelknop aangesloten worden. In principe kan deze op twee manieren aangesloten worden:

  1. Tussen de primaire spoel van de transformator en het lichtnet: Dit wordt doorgaans niet gedaan, de standaard deurbel is niet waterdicht, als deze nat wordt kan de beller een stroomstoot krijgen vanuit het lichtnet.
  2. Tussen de secundaire spoel van de transformator en de bel: Dit wordt doorgaans gedaan. Een natte deurbel geeft dan geen problemen. Het probleem echter is dat de transformator 24 uur per dag, 365,25 dagen aangesloten blijft aan het lichtnet en ook energie verbruikt als er niet gebeld wordt.

Gebruik maken van een relais.
Wat is een relais?

Een relais is een schakelaar met een spoel. De schakelaar wordt bediend door de spoel. Wanneer er voldoen stroom door de spoel loopt gaat de schakelaar over, totdat er geen (of niet voldoende) stroom door de spoel loopt. Zie voor meer info over de relais op Wikipedia. Een relais wordt vaak aangestuurd door 6 Volt gelijkspanning.

relais met batterij

Een voor de handliggende oplossing om de transformator pas aan te schakelen is door de schakelaar van de relais tussen het lichtnet en de primaire spoel van de transformator te zetten en de spoel van de relais aan te sluiten aan de batterij in serie met de deurbelknop. Nadeel is dat dit batterijen kost en als de batterij zodanig leeg is dat de relais niet overgaat, dan zullen de bezoekers tevergeefs proberen aan te bellen.

vervang batterij door een condensator

Waneer de batterij vervangen wordt door de condensator, dan doemen meteen een aantal vragen op:

  1. Hoe wordt deze condensator geladen?
  2. Hoe wordt de spanning van de condensator in stand gehouden als de relais stroom trekt uit de condensator?
  3. Hoe groot moet de condensator zijn?

Wat is een condensator?

Dat is een electronisch component waarin je een hoeveelheid electrische lading in kan opslaan. Zie Wikipedia Elke condensator heeft een lekweerstand. De lekstroom die optreedt is gelukkig erg klein, kleiner dan 1 microampere.

Wat is een bruggelijkrichter?

Een bruggelijkrichter bestaat uit een combinatie van 4 diodes die wisselstroom omzet in gelijkstroom, vaak is hieraan een condensator gekoppeld die opgeladen wordt door de stroom uit de bruggelijkrichter. In deze deurbelschakeling zijn twee bruggelijkrichters verwerkt. Meer uitleg over de bruggelijkrichter staat op: Wikipedia

Hoe wordt deze condensator geladen?

De condensator kan in elk geval niet vanuit de secondaire circuit van de transformator geladen worden, want de transformator is uitgeschakeld. De enige stroombron die over blijft is het lichtnet zelf. De laadstroom voor condensator dient wel groter te zijn dan de lekstroom van de condensator. Anders wordt deze niet genoeg opgeladen. Gekozen is voor een laadstroom van 1,5 microampere. De grootte van deze stroom wordt voornamelijk bepaald door vier condensatoren van elk 100 picofarad in serie. In serie van elke twee condensator staan twee weerstanden van 1 megoohm verbonden. De wisselstroom wordt gelijkgericht door een bruggelijkrichter van 4 zenerdiodes. Het duurt ongeveer een uur om een lege condensator te laden totdat deze voldoende gevuld is om de relais te schakelen.

veiligheidsmaatregelen voor deurbelgebruikers

In zeldzame gevallen kan een condensator defect raken (doorslag, kortsluiting), hiervoor is achter elke condensator een weerstad van 1 megaohm geplaatst, hierdoor wordt een levensgevaarlijke stroom voorkomen, bijvoorbeeld voor mensen die op de deurbel drukken. Mocht ook de weerstand kortsluiten (zeer uitzonderlijk) dan zal de aardlekschakelaar de stroom uitschakelen indien toch een te hoge stroom (meer dan 30 milliampere) dreigt te lopen.

Hoe wordt de spanning van de condensator in stand gehouden als de relais stroom trekt uit de condensator?

Dit gebeurt door een tweede bruggelijkrichter in de schakeling. Deze haalt de stroom uit de secundaire winding van de transformator. De spoel van de relais gebruikt in mijn geval ongeveer 150 milliampere.

Hoe groot moet de condensator zijn?

Er moet genoeg energie in de condensator zitten om de schakelaar helemaal om te krijgen, als dat eenmaal zover is, wordt de condensator geladen via de tweede bruggelijkrichter en is er geen energie uit de condensator nodig.

Het totaal
gebouwde schakeling

Hieronder staat het schema van de gebouwde schakeling:
schema gebouwd

The deurbel zelf is niet getekend in dit plaatje, het moet ergens verbonden worden aan de secondaire spoel van de transformator.

korte specificaties van de componenten:

De sperstroom van de diodes D1 en D3 dient hooguit 0,1 microampere per stuk te zijn, daarom een siliciumdiode.

verbeterde schakeling

Hieronder staat het schema van de verbeterde schakeling:
schema verbeterd

De sperstroom van de diodes D1, D2 en D4 dient hooguit 0,1 microampere per stuk te zijn, daarom een siliciumdiode. Er zijn voor twee germanium diodes gekozen om onnodige spanningsverlies te voorkomen, zonder dat dit leidt door een te hoge sperstroom. Germaniumdiodes hebben een lage geleidsspanning maar ook een relatief hoge sperstroom.

Germaniumdiodes worden helaas niet of nauwelijks geproduceerd, een die 500 mA aankan ben ik niet op Internet tegengekomen. Siliciumdiodes kunnen hiervoor wel voor in de plaats gebruikt worden, maar er bestaat dan een hoger risico dat het relais te weinig stroom krijgt om aan te schakelen, zodra op de deurbelknop wordt gedrukt.

De exacte waarde van de condensatoren "C1" is niet belangrijk, als deze (elk apart gezien) maar tussen 50 en 500 pF ligt. Bij een te lage waarde bestaat de risico dat de spanning van de elco niet voldoende hoog wordt. Bij een te hoge waarde, kan bij aanraking een voelbare stroom lopen en bij een veel te hoge capaciteit een schok of electrocutie, of brand. Hoe hoger de capaciteit, hoe meer stroomverbruik. Als C2 "vol" is, blijft nog weg steeds stroom lopen, deze vloeit via de zenerdiodes weg.
Natuurlijk moet de minimale spanning van elke condensator 400 Volt zijn!

verbeterde veiligheidsmaatregelen voor deurbelgebruikers

In zeldzame gevallen kan een condensator defect raken (doorslag, kortsluiting), dan is er nog een andere condensator en bovendien nog twee weerstanden die voorkomen een levensgevaarlijke stroom, bijvoorbeeld voor mensen die op de deurbel drukken. De beide condensatoren en bovendien beide twee weerstanden moeten doorslaan, voordat een levensgevaarlijke stroom kan lopen, dan zal de aardlekschakelaar de stroom uitschakelen indien dit toch dreigt te gebeuren.

Ook mag de spanning van de elco niet te hoog oplopen, wanneer de condensator onbeperkt opgeladen wordt kan in principe de spanning oplopen tot 230 Volt * 1,4 = 395 Volt. In eerste instantie wordt dit voorkomen door een zenerdiode van (in dit geval) 9,1 Volt. Maar wanneer de zenerdiode toch defect is of losraakt, loopt de spanning toch hoger op. Daarom is deze bruggelijkrichter voorzien van zenerdiodes, als een over meer zenerdiodes kortsluiten en/of onderbreken, loslaten of kapot gaan, dan leidt dat nooit tot een te hoge spanning. Mochten een of meer van zenerdiodes toch het gedrag krijgen van "normale" diode, wat zeer onwaarschijnlijk is, dan is er nog een losse zenerdiode die een te hoge spanning voorkomt. Mocht alles misgaan met de diodes, dan zal de spanning niet heel hoog oplopen omdat de spanning boven de werkspanning van de condensator komt waardoor de lekstroom van 1,5 microampere wordt bereikt en de spanning niet hoger oploopt. Wanneer de spanning toch heel hoog oploopt, dan zal de lading niet via de deurbelknop naar de aarde kunnen stromen, omdat er tussen de andere pool van de condensator en het lichtnet en tussen diezelfde pool en de aarde nog een barriere van 50 picofarad + 2 megaohm tussen zit, zodat de stroomsterkte in de orde van microamperes blijven.

In het kort