Elektronische componenten

Elektronische
componenten
Elektronische
componenten
Inhoudsopgave
Blz. 1
Inleiding
Blz. 2
Weerstand
Blz. 3
Codering en waarden
Blz. 4
Speciale weerstanden
Blz. 5
Condensator
Blz. 6
Serieel en parallel
Blz. 7
Codering
Blz. 8
Diode
Aanwijzingen bij het gebruik van dit bestand.
In dit bestand wordt veel met knoppen gewerkt die aangeklikt kunnen worden.
• Gele knoppen openen een extern web-adres.
• Blauwe onderstreepte tekst opent een andere bladzij in dit bestand of op het web.
• Afbeeldingen bevatten een hyperlink naar het bronbestand, tenzij het
eigen materiaal is.
• Het NIUtec-logo
verwijst naar de startpagina van de website.
Voor dit bestand en alle daarbij behorende afbeeldingen geldt een Creative Commons licentie.
Voor gebruik op scholen en educatieve instellingen wordt
vriendelijk verzocht contact op te nemen voor een vergoeding.
Voor op- of aanmerkingen betreffende de inhoud en/of gebruik
kan contact opgenomen worden met NIUtec-support.
Heeft u waardering voor deze uitgave en wilt u bijdragen aan het
instandhouden van de website? Dan kunt u een donatie doen!
E-mail
Elektronische
componenten
Inleiding
Eenheden
Stroom is de mate van verplaatsing.
Eenheid: Ampère
Symbool: I
Elektronica is te vergelijken met het regelen van
het verkeer.
Een stroom is een gecoördineerde beweging van
een massa deeltjes.
Die deeltjes zijn in het verkeer de
verkeersdeelnemers. Ze vormen een
verkeersstroom als ze zich gaan verplaatsen.
Zonder verplaatsing is er geen verkeersstroom.
Misschien staan ze te wachten tot de trein
gepasseerd is of wordt er gewerkt aan de weg
en kunnen ze alleen stapvoets rijden.
De versperring remt de beweging en vormt een
weerstand voor de stroom.
Er ontstaat een verstopping en de spanning
onder de automobilisten groeit.
Als de overweg weer vrij is, of als er een tweede
rijstrook beschikbaar komt, dan is er minder
weerstand voor het verkeer, er komt weer
beweging in de file, de spanning neemt af en de
stroom komt weer op gang.
Spanning is de verkeersdruk.
Eenheid: Volt
Symbool: U
Weerstand is de invloed van de weg.
Eenheid: Ohm
Symbool: R
Wet van Ohm
De wet van Ohm beschrijft de relatie tussen
de drie eenheden van elektriciteit, te weten
spanning (U), stroom (I) en weerstand (R).
Je zou kunnen zeggen dat naarmate er meer
weerstand is onderweg, de spanning onder de
verkeersdeelnemers groeit.
Spanning is recht evenredig aan weerstand.
R=
U
I
Ook kan je zeggen dat het maar weinig opschiet
met veel opstoppingen onderweg.
Stroom is omgekeerd evenredig met weerstand.
Ook kan je zeggen dat hoe hoger de druk is om
thuis te komen, hoe harder iedereen rijdt. Dus:
Spanning is recht evenredig aan stroom.
U
I
I=
U
R
U = I xR
R
Energie en vermogen
Vermogen (Watt) is de hoeveelheid energie
(Joule) die nodig is om in een bepaalde tijd
iets te doen. Eén Watt is óók 1Volt x 1Amp.
Als we stroom als symbool de letter I geven,
spanning de letter V en weerstand de letter R,
dan kan je de onderlinge relatie tussen de drie
weergeven als R=V/I.
Of als I=V/R. Of als V=IR. Dit verband tussen
stroom, spanning en weerstand is de wet van
Ohm.
1 Watt = 1Joule per sec. = 1Volt x 1Ampère
U=
De verkeersdeelnemers in dit verhaal zijn die
ongrijpbare, onzichtbare en onvoorstelbaar
kleine elektronen.
P
U
1
I
P
I
I=
P = UxI
P
U
Elektronische
componenten
Weerstand
Symbool
Algemeen
Alle materialen, met uitzondering van
supergeleiders, hebben een weerstand voor
elektrische stroom. De weerstand wordt
bepaald door de mate waarmee ‘vrije’
elektronen van het ene naar het volgende
atoom kunnen overspringen.
Materialen met veel losse elektronen zijn
goede geleiders. Voorbeelden: metalen,
grafiet, zout water.
Slechte geleiders noemen we isolatoren.
Voorbeelden: lucht, porselein, rubber, kwarts.
gewone weerstand
+
Stroombegrenzer
Eenheid en afkorting
Net zoals de eenheid van lengte de meter is,
is de eenheid van weerstand de Ohm
(vernoemd naar de 19e eeuwse natuurkundige Georg Ohm).
Net zoals de afkorting van meter de m is, is
de afkorting van Ohm de griekse letter
omega, W. In formules wordt de weerstand
met de letter R (Resistance) aangegeven.
Zie blz. 4 voor de voorvoegsels.
Als stroombegrenzer wordt een weerstand in serie geschakeld
met een ander onderdeel dat niet zoveel stroom kan verwerken.
Op deze manier kan een weerstand kortsluiting van een
stroombron voorkomen. Ook kan hij dienen als ‘bescherming’ bij
halfgeleider-componenten zoals LED’s, transistors en IC’s.
Zo’n weerstand wordt een voorschakelweerstand genoemd.
+
Functie
Weerstanden kunnen, afhankelijk van de
manier waarop ze geschakeld zijn, drie
dingen doen:
1. Ze begrenzen de elektrische stroom.
2. Ze delen de elektrische spanning.
3. Ze delen de elektrische stroom.
Zie illustraties hiernaast
Spanningdeler
Als spanningdeler worden twee weerstanden in serie geschakeld.
Als het weerstanden met een gelijke waarde zijn, is tussen de
twee weerstanden de spanning gehalveerd. Bij ongelijke
weerstandswaarden verminderd de weerstand naar verhouding.
Formules
A
De totale weerstandswaarde van in serie
geschakelde weerstanden is de som van de
afzonderlijke weerstanden.
+
Stroomdeler
R123serie = R1+ R2 + R3
De totale weerstandswaarde van parallel
geschakelde weerstanden is de som van de
omgekeerde afzonderlijke weerstanden.
R123parallel =
1 1 1
+ +
R1 R2 R3
V
Als stroomdeler worden twee weerstanden parallel geschakeld.
Als het weerstanden zijn met gelijke waarde, wordt de
hoofdstroom over beide aftakkingen in twee half zo grote
deelstromen verdeeld. Bij ongelijke weerstandswaarden wordt de
hoofdstroom verdeeld in een verhouding omgekeerd evenredig
aan de weerstandsverhouding.
2
Elektronische
componenten
Materiaal
De weerstandjes die we in de les gebruiken
zijn koolfilm-weerstanden.Het geleidende
materiaal van deze weerstandjes is koolstof
of grafiet. Dit is in een dunne laag
spiraalsgewijze aangebracht op een
keramische, niet geleidende ondergrond.
Je zou kunnen zeggen dat het een potloodstreepje op een gebakken kleistaafje is.
De lengte, de breedte en de samenstelling
van de grafietlijn bepalen de weerstand.
Een leuk proefje is om te kijken of een
potloodstreep op papier óók geleidt!
Kleurcodering
De waarde van een weerstand wordt met
kleurringen aangegeven. Een tabel hiervoor
vind je onder de kleurcode-tabel.
Een tweede mogelijkheid is om hiervoor het
rekenprogrammaatje kleurcode aan te
klikken.
Dan hoef je alleen de waarde in te voeren,
en het antwoord komt vanzelf!
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 0,01
x 0,1
x1
x 10
x 100
x 1k
x 10k
x 100k
x 1M
x 10M
10%
5%
1%
2%
0,5%
0,25%
0,1%
Weerstandreeksen
E6
E12
E24
1.0
1.0
1.0
1.1
1.2
1.3
1.5
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.7
3.0
3.3
3.6
3.9
4.3
4.7
5.1
5.6
6.2
6.8
7.5
8.2
9.1
1.2
1.5
1.5
1.8
2.2
2.2
2.7
3.3
3.3
3.9
4.7
4.7
5.6
6.8
6.8
8.2
Tolerantie en voorkeurswaarden
Weerstanden hebben nooit helemaal precies
de aangegeven waarde, ze kunnen altijd een
beetje meer of minder zijn.
Zo zijn er weerstanden voor niet zo kritische
toepassingen, die kunnen wel 20% boven of
onder de aangegeven waarde zitten!
Maar voor heel gevoelige elektronica kan het
juist ook nodig zijn dat zo’n weerstand heel
precies de aangegeven waarde moet hebben,
dus bijvoorbeeld niet meer dan 1% mag
afwijken.
Afhankelijk van de tolerantie zijn er reeksen
weerstanden in de handel, de E6, E12, E24 (en
nog verder).
Klik voor meer uitleg maar eens op
voorkeurswaarden.
3
Elektronische
componenten
Speciale
weerstanden
Vermogensweerstand
De vermogensweerstand is een weerstand die
bedoeld is om energie af te voeren in de vorm van
warmte.
Het zijn dus stevig uitgevoerde weerstanden die
tijdens gebruik flink heet kunnen worden.
Vaak zijn deze weerstanden gewikkeld van
weerstandsdraad en lijken ze op spoelen.
Sommige vermogensweerstanden zijn echt
bedoeld om heet te worden, bijvoorbeeld het
warmte-element in een strijkbout of soldeerbout.
-t°
Regelbare weerstand
De regelbare weerstand of potentiometer worden
gebruikt om een elektronische schakeling af te regelen
zonder vaste weerstanden te hoeven veranderen.
Ze zijn in vele vormen en afmetingen te verkrijgen,
liggend (zie afb.) en staand, open of gesloten,
enkelslags of meerslagenuitvoering.
De nauwkeurigste zijn zgn. cermet-potmeters (ceramic
metal), vaak gebruikt in volumeregelaars.
Warmtegevoelige weerstand
Warmtegevoelige weerstanden of thermistors zijn er in
twee soorten:
1. Het type dat bij warm worden méér weerstand gaat
geven is de PTC (Positive Temperature Coëfficient).
2. De soort die dan juist mínder weerstand krijgt is de
NTC. (Negative enz.)
PTC’s worden vaak gebruikt als beveiliging tegen
kortsluiting.
Lichtgevoelige weerstand
Lichtgevoelige weerstanden of LDR’s (Light
Depending Resistor) hebben de eigenschap dat ze
minder weerstand krijgen als er licht op valt.
-Pa
Ze zijn herkenbaar aan de zigzaggende lijn
weerstandsmateriaal, dat vaak onder een lens ligt.
Drukgevoelige weerstand
Bij deze sensor neemt de weerstand geleidelijk af bij
toenemende druk. Hij bestaat uit een dunne folie met
daarop aangebracht het weerstandsmateriaal. Ook in
zelfklevende uitvoering te verkrijgen.
De reactiesnelheid op lichtwisselingen is vrij traag in
vergelijking met andere lichtgevoelige componenten
zoals de lichtgevoelige diode en de lichtgevoelige
transistor. Ze zijn wél een stuk goedkoper. Ze worden
vaak toegepast in beveiligingslampen die aan gaan bij
duisternis.
4
Elektronische
componenten
Condensator
elektrolytische condensator
gewone condensator
Algemeen
Elke centrale verwarming heeft een
expansievat. Het is een grote rode ketel die
uit twee helften bestaat met een rand in het
midden. Binnenin bestaat hij uit twee ruimtes
die van elkaar gescheiden zijn door een
rubberen plaat. De ene helft is aangesloten
op de leidingen van de verwarming, de
andere helft staat in verbinding met de
buitenlucht.
Als er teveel water in het verwarmingssysteem zit omdat dat bij het opwarmen is
gaan uitzetten, dan wordt dat in de éne helft
van het expansievat geperst. Doordat de
rubberen plaat meegeeft, kan er een
redelijke hoeveelheid water in worden
opgevangen. Maar zodra het water in de
verwarming weer afkoelt en krimpt, drukt het
rubber het water weer terug in de leidingen.
Het vat werkt zo als een tijdelijk
opvangreservoir.
In de elektronica bestaat er ook zo’n soort
expansievat.
Het heet condensator en kan elektriciteit opslaan.
Dat gebeurt in de vorm van statische elektriciteit,
bekend van de knetterende zakkam door droog
haar.
In de elektronica heet zoiets een elektrisch veld.
Een condensator bestaat uit twee dunne,
geleidende (metaal-) platen, gescheiden door een
isolator. Als er geen verschil is in de spanning
over beide aansluitingen, gebeurt er niets.
Maar zodra aan de ene kant de elektronen wat
harder duwen om naar binnen te kunnen dan aan
de andere kant, loopt die kant vol en de andere
kant leeg.
Zodra de spanning weer afneemt (of de spanning
aan de andere kant oploopt!), stelt zich een nieuw
evenwicht in.
De luchthelft van het vat moet verbinding
hebben met de buitenlucht, anders kan de
rubberen plaat niet bewegen.
Water erin = lucht eruit en omgekeerd.
Eenheid en afkorting
De hoeveelheid energie die in een condensator
kan worden opgeslagen, wordt de capaciteit
genoemd. Deze wordt uitgedrukt in Farad,
afgekort F.
Eén (1) Farad is een behoorlijk grote
hoeveelheid elektrische energie. De waarden
die een gewone condensator meestal heeft,
varieert tussen de 12pF tot 50mF.
Hieronder kan je zien wat die ‘p’ en die ‘m’
betekenen.
Voorvoegsel
tera
giga
mega
kilo
geen
centi
milli
micro
nano
pico
Afkorting
T
G
M
k
geen
c
m
µ
n
p
membraan in het midden:
geen drukverschil tussen
links en rechts
Vermenigvuldigingsfactor
1012 (=1 000 000 000 000)
109 (=1 000 000 000)
106 (=1 000 000)
103 (=1 000)
100 (=1)
10-2 (=0,01)
10-3 (=0,001)
10-6 (=0,000 001)
10-9 (=0,000 000 001)
10-12 (=0,000 000 000 001)
membraan naar rechts:
druk links is groter dan druk rechts.
Als de zuiger wordt losgelaten, schiet
hij weer omhoog.
5
Elektronische
componenten
Serie- en parallel
In serie werken de membranen elkaar
tegen: in drie kan minder dan in één vat.
Net als weerstanden kunnen condensators
parallel of in serie geschakeld worden om
andere waarden te verkrijgen.
De totale capaciteit van in serie geschakelde
condensators is de som van de omgekeerde
afzonderlijke condensators.
C123serie =
1 1 1
+ +
C1 C2 C3
De totale capaciteit van parallel geschakelde
condensators is de som van de afzonderlijke
condensators.
Parallel kan er drie keer zoveel in!
C123parallel = C1+ C2 + C3
Merk op dat de formules precies andersom
zijn als bij weerstanden!
Materiaal
Het materiaal waarvan condensators gemaakt
worden kan erg verschillen.
Om een paar soorten te noemen:
tantalium, polystyreen, polycarbonaat,
gemetalliseerde film, keramisch.
De verscheidenheid in materiaal vindt je terug
in een groot verschil in uiterlijke vorm.
De ene condensator is een klein, blauw pilletje
met twee aansluitdraadjes, de andere ziet eruit
als een forse metalen cylinder.
Of een klein zilverkleurig plat rechthoekig
tabletje of iets wat lijkt op een Smartie met twee
draadjes. Er valt haast geen peil op te trekken.
Een gesloopte elektrolytische condensator blijkt
een rolletje papier te bevatten met aan de beide
kanten dun aluminiumfolie.
Het papier is doordrenkt met iets wat nog het
meeste op jodiumtinctuur lijkt. Héél vies!
6
Elektronische
componenten
Codering
De waarde van een kleine condensator wordt
meestal aangegeven met drie cijfers;
de eerste twee geven de waarde aan en het
laatste geeft de vermenigvuldigingsfactor.
Daarbij wordt uitgegaan van een basiswaarde
van 1 pF (één picoFarad=10-12 Farad= een
miljoenste van een miljoenste Farad).
Dus een opdruk van 204 staat voor 200.000 pF,
beter gezegd 200 nF.
Zodra je drie nullen kan vervangen door een
ander voorvoegsel, moet je dat doen. Kijk voor
die voorvoegsels op blz. 5.
Toepassingen en bijzondere
soorten condensators
Naast de gewone kleine condensator, die
meestal gebruikt worden als ontkoppelcondensator (om ongewenste stroom-piekjes
weg te vangen), zijn er natuurlijk ook soorten
met een grotere capaciteit.
Deze worden vaak toegepast om stroom af te
vlakken (om van een wisselspanning een
gelijkspanning te maken). Voor deze grotere
capaciteiten worden vaak elektrolytische
condensators gebruikt.
Elektrolytisch condensator
De elektrolytische condensator, kortweg elco,
heeft een diëlektricum (=isolerend tussenlaagje)
dat uit een heel dunne laag oxide (een soort
roest) bestaat. Deze laag is niet alleen gevoelig
voor overspanning (teveel Volt), maar ook niet
bestand tegen een verkeerde poling.
Bij een elco moeten de plus en de nul dus
goed aangesloten zijn, anders gaat hij stuk.
Variabele condensator
Een heel bijzondere condensator is de
variabele condensator.
Hij bestaat uit twee groepen metalen
plaatjes, die met een kleine tussenruimte
om-en-om in een behuizing zitten.
De ene groep is vast, de andere draaibaar.
De tussenruimte bestaat soms uit lucht,
maar vaak zit er een dunne kunststof folie
tussen (zie afbeelding)
Variabele condensators worden vaak
toegepast in radio’s om de ontvangstfrequentie mee af te regelen.
7
Elektronische
componenten
Diode
lichtgevoelige diode
Werking
Een diode is een soort elektronische
eenrichtingsstraat; elektrische stroom kan maar
in één richting passeren.
lichtgevende diode
(LED)
Een diode heeft dus een doorlaatrichting (pijl,
pluskant) en een sperrichting (balkje, minkant).
Maar ook in doorlaatrichting wordt er een prijs
betaald; het kost ongeveer 0,5 Volt spanning om
een diode te passeren.
gewone diode
Handig wanneer je de spanning wat omlaag
moet brengen zonder de weerstand te verhogen,
de diode werkt nl. niet volgens de wet van Ohm!
Soorten
minkant
De meest bekende diode is ongetwijfeld de
lichtgevende diode. Tegenwoordig zijn er
zeer sterke op de markt, denk maar aan
autolampen! Ook veel toegepast in
energiezuinige lampen.
Een tweede soort is de lichtgevoelige diode,
te vinden in optische sensors.
De ‚gewone’ diode wordt toegepast in
elektronische schakelingen om er
bijvoorbeeld voor te zorgen dat wisselstroom
omgezet wordt in gelijkstroom.
In de niet-doorlatende richting worden
zenerdiodes gebruikt om spanning op een
bepaalde hoogte te houden; komt er een
spanning op te staan dan wordt die
doorgelaten. Het is als het ware een drempel
voor spanning, boven een bepaald niveau
loopt die over.
Vormen
Naast de ‚gewone’ behuizing van de lichtgevende diode kan je ze in praktisch elke vorm
tegenkomen, met combinaties van diodes in de vorm van een langwerpige rechthoek worden
bijvoorbeeld cijferdisplays gemaakt. En de diode die in schakelingen wordt toegepast zit in een
klein staafje, met aan de sperkant een zwart ringetje, of in een klein blokje als het is uitgevoerd
als SMD (Surface Mounted Device) component.
8
Elektronische
componenten
Transistor
NPN transistor
PNP transistor
DIT DOCUMENT
IS NOG NIET AF
9