Analoge technologie1

Analoge technologie
Deel 1: Gelijk- en wisselstroomtheorie
H1: Gelijkstroomtheorie
1.1 Elektrische stroom
Stroom = beweging of transport van ladingen (positieve of negatieve) doorheen het materiaal
In vaste geleider: negatieve ladingen (= elektronen) maken elektrische stroom mogelijk
e- draaien in schillen rond de kern van een atoom
e- die energie toegevoerd krijgen, geen naar hoger gelegen schil
buitenste schil = valentieschil
met valentie-elektronen
vrij e , voldoende energie zodat deze is losgekomen
energie weg -> terug naar valentieschil
energiebronnen vrijmaken valentie-e-: temperatuur, licht, magnetische
en elektrische velden, druk, …
goede geleiders: 1 valentie-e-, bij kamertemp-> genoeg energie om binding met kern te verbreken
enorme hoeveelheid vrije e- = elektronenwolk
1.2 Elektrische stroomkring
Eenvoudigste elektrische kring: spanningsbron, verbruiker, 2 verbindingsgeleiders (evnt. schakelaar)
Stroomzin geleider steeds hetzelfde -> gelijkstroom
Wisselstroom -> stroom wisselt een aantal keer per seconde van zin
1.3 Basisgrootheden
Grootheid
Symbool
Eenheid
Symbool
Lading
Q
Coulomb
C
A
Stroomsterkte
I
Ampère
Tijd
Weerstand
Spanning / Potentiaalverschil
Vermogen
t
R
U
P
Seconden
Ohm
Volt
Watt
s
Ω
V
W
Q
= 𝑤𝑒𝑡 𝑣𝑎𝑛 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑦
𝑡
𝑈 = R ∙ I = 𝑤𝑒𝑡 𝑣𝑎𝑛 𝑂ℎ𝑚
Om een bep hoeveelheid elektriciteit (Q) te verplaatsen is er energie (in Joule) nodig.
Spanning wordt weergeven met een pijl, de pijl wijst naar de + vd bron
Gedissipeerd vermogen = energie die omgezet wordt naar warmte
𝑈2
𝑃=
= U  I = R ∙ 𝐼2
𝑅
10-12
10-9
10-6
10-3
0
103
106
109
pico
nano
micro
milli
eenheid kilo
mega
giga
p
n
µ
m
k
M
G
𝐼=
1012
tera
T
Analoge technologie
H2: Wisselstroomtheorie
2.1 Verschil tussen gelijk- en wisselspanning
Gelijkspanning(DC)  er veranderd niets van polariteit (grafiek blijft altijd boven x-as)
Wisselspanning(AC)  grafiek veranderd v polariteit. Bekendste: sinus (sinusoïdale wisselspanning)
2.2 Eigenschappen wisselspanning
Grootheid
Symbool
Eenheid
Periode
T
Seconden
 tijd die basissignaal nodig heeft om zich te vormen
Symbool
S
Frequentie
Hz
F
Hertz
 aantal perioden per seconden
Topwaarde/ amplitude
Top-tot-top waarde
Pulsatie/ cirkelfrequentie
A/ um
utt
𝜔
momentele waarde
u(t)
Effectieve waarde
ueff
 de effectieve waarde van een wisselstroom is de waarde die een constante gelijkstroom
moet hebben om in eenzelfde weerstand en in dezelfde tijd evenveel vermogen te
ontwikkelen als de beschouwde wisselstroom (idem voor spanning)
 dus vgl wisselspanning met gelijkspanning
Faseverschuiving
𝜑
1
𝑓=
𝑇
𝑟𝑎𝑑
𝜔 = 2𝜋𝑓
(
)
𝑠
𝑢(𝑡) = 𝐴 ∙ sin 𝛼 = 𝐴 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡
𝑢𝑚 = √2 ∙ 𝑢𝑒𝑓𝑓
√2 = 𝑜𝑚𝑟𝑒𝑘𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠
U2 ijlt na op U1
−𝜑
U2 ijlt voor op U1
+𝜑
Netspanning België = 230V/50Hz
Analoge technologie
2.3 Vgl vd eig van DC( directe current/ gelijkstroom) en AC (alternatieve current/ wisselstroom)
Warmtewerking -> met joule-effect, kan bij beide
Lichtwerking -> gloeilamp op beide, TL-lamp enkel op wissel
Voordelen AC tov DC
Gemakkelijk op te wekken: wisselstroomgeneratoren (= alternatoren) eenvoudigere constructie
Gemakkelijk om te vormen: wisselspanning makkelijk dmv transformatoren (weinig E-verlies)
Wisselspanning omzetbaar naar gelijkspanning dmv gelijkrichter
Deel 2: Passieve componenten
H1: Lineaire weerstanden
1.1 De component: weerstand
Grootte weerstand bepaald zijn maximale vermogendissipatie
weerstand R
instelbare weerstand, 1 keer instelbaar
regelbare weerstand
(potentiometer)
niet lineaire weerstand
1.2 Wet van Ohm
𝑈 = R ∙ I = 𝑤𝑒𝑡 𝑣𝑎𝑛 𝑂ℎ𝑚
1.3 Wetten van Kirchoff
1e wet: In een willekeurig knooppunt van een elektrisch netwerk is de som van de ingaande stromen gelijk aan de
som van de uitgaande stromen.
∑ 𝐼𝑖𝑛 = ∑ 𝐼𝑢𝑖𝑡
𝐼1 + 𝐼2 = 𝐼3 + 𝐼4
2 wet: In een willekeurige gesloten keten is de som van de spanningsbronnen gelijk aan de soms van de
spanningsvallen.
e
∑ 𝑈𝑏 = ∑ 𝑈𝑅
𝑈𝑏 = 𝑈R1 + 𝑈R2 + 𝑈R3
1.4 Schakelingen van weerstanden
Serieschakeling:
Rs = R1 + R2 + ... + Rn
Analoge technologie
parallelschakeling:
1
1
1
1
=
+
+ ⋯+
𝑅𝑝 𝑅1 𝑅2
𝑅𝑛
1.5 De potentiometer
Zonder belasting:
Met belasting:
𝑈2
𝑈1
𝑈2
𝑈1
=
=
𝑅2
onbelast: RL = oneindig en delen door oneindig = 0
𝑅1 + 𝑅2
𝑅2
𝑅 ∙𝑅
𝑅1 + 𝑅2 + 1 2
𝑅𝐿
Spanningsdeler = 2 vaste weerstanden
Potentiometer = 2 weerstanden die je kan aanpassen
1.6 Normalisatie van weerstanden
Weerstanden in verschillende reeksen
E-6: 6 weerstandswaarden tussen elke weerstandsdecade (± 20%)
E-12: 12 6 weerstandswaarden tussen elke weerstandsdecade (± 10%)
Ook bij E-24(± 5%) , E-48(± 2%), E-96(± 1%)
DUS bij E-6: 100, dan 150
MAAR bij E-12: 100, 120, dan 150
En bij E-96: 100,102,105,107,110,113,115,118,121,124,127,130,133,137,140,143,147,150,…
1.7 Aangeven van de weerstandswaarde
Met cijfers  grote weerstanden met plaats genoeg
Met cijfers + letters letter op plaats komma
E of R = eenheden
vb. E33Ω = 0,33 Ω
3R3 Ω = 3,3 Ω
k = duizendtallen
vb. k68 Ω = 0,68kΩ=980 Ω
68k Ω = 68k Ω
M = miljoenen
vb. M12 Ω=0.12MΩ=120kΩ
1M2= 1,2 Ω
Kleurcode
Deel 3: Halfgeleiders
Analoge technologie
H1: Diode
1.1 Symbool, definitie, uitzicht
Diode = halfgeleidercomponent die de elektrische stroom slechts in 1 zin doorlaat (richting pijl)
K = kathode, kant streepje
A = anode, kant pijl
1.2 diode invers aangesloten (spert)
De diode geleidt niet!! Stroom gaat van + naar -, als kathode aan +-kant staat, kan stroom niet door
Diode heeft enorm grote weerstand, maar is niet ideaal, er stroomt een piepklein lektroompje door (Ilek)
stroom = IR (van I reverse) (hier dus Ilek) gaat van kathode + naar anode – (tegen richting pijl)
1.3 diode voorwaarts aangesloten
De diode geleidt. (KNAP regel, Kathode negatief, Anode positief)
Diode heeft drempelspanning UD nodig (min spanning om in geleiding te blijven)
Drempelspanning bij Si-dioden = 0,7V
Bij Ge-dioden = 0,3V
De stoom kan door stroom vloeien : IF (I forward)
Bronspanning < drempelspanning  geen geleiding!!!
1.4 Diodekarakteristiek
1.5 Speciale dioden
De led
A
Weerstandsgebied
Grote weerstand diode
Doorlaatgebied
Weerstand diode klein
Diode is in doorlaat
Spergebied
Diode in sper
Weerstand diode enorm
IF = 0
Doorslaggebied
IReverse neemt snel toe
= doorslag
Doorslagspanning = URM
RM = reverse maximum
Diode verbrandt,
Onherroepelijk beschadigd
K
de pijlen want een led straalt licht uit
Werking: voorwaarts gepolariseerd (A+, K-)
Beperkte voorwaartse stroom IF (tussen de 10 à 20mA)
Drempelwaarde led hangt af van kleur led (rood = 2V, groen 2,5V, blauw 3V)
De fotodiode
Invers
Lekstroom wordt groter als er meer licht op valt
Vb ontvanger afstandsbediening
De zenerdiode
in doorslag, gaat niet kapot doordat deze doorslaat bij vrij lage spanningen
A
K
in doorslag: vrij contante spanning, onafhankelijk vd stroom
Analoge technologie
de Schottkydiode
zoals gewone diode, maar met lage drempelwaarde en snelle schakeling
de varicapdiode
invers gepolariseerd = regelbare condensator
vb afstemcondensator in tuners, om op juiste zender af te stemmen
H2: Gelijkrichterschakelingen
1.1 Inleiding
Gelijkrichter: zorgt voor omzetting wisselspanning naar gelijkspanning
RL = apparaat/ schakeling (belasting)
1.2 Enkelzijdige gelijkrichter
Diode spert, maar helft gebruik gekregen vermogen
Effectieve waarde enkelzijdige gelijkgerichte sinus
𝐼𝑚
𝑈𝑚
𝐼𝑒𝑓𝑓 =
= 0,5 ∙ 𝐼𝑚
&
𝑈𝑒𝑓𝑓 =
= 0,5 ∙ 𝐼𝑚
2
2
1.3 Dubbelzijdige gelijkrichter
Als 1 positief is, spert diode 2, MAAR polariteit wisselt, want als 2 positief s, spert diode 1
Vermogen volledig gebruikt (op -0,7V na voor diode)
stroom steeds in zelfde zin door uitgang uitgansspanning steeds zelfde polariteit
Analoge technologie
1.4 De brug van Grätz
stroom steeds in zelfde zin door belasting uitgansspanning steeds zelfde polariteit
uitgangspanning = Usec – 1,4 V (spanningsvallen 2*0,7 bij dioden)
Effectieve waarde dubbelzijdige gelijkgerichte sinus
𝐼𝑚
𝑈𝑚
𝐼𝑒𝑓𝑓 =
= 0,707 ∙ 𝐼𝑚
&
𝑈𝑒𝑓𝑓 =
= 0,707 ∙ 𝐼𝑚
√2
√2
1.5 Samenvatting