Spanning, aarde en potentiaal

Spanning, aarde en potentiaal
Overzicht van de grootheden en eenheden in deze paragraaf
In de tabel hiernaast staan de grootheden en eenheden
die in deze paragraaf een rol spelen. Nieuw is de
grootheid potentiaal. Deze is nauw verwant aan de
grootheid spanning. Dat zie je al aan de eenheid: die
is voor beiden volt. Zoals we zullen zien, wordt het
begrip potentiaal gebruikt bij de bespreking van transistorschakelingen.
Spanning
In de schakeling hiernaast zitten vijf weerstanden. De
spanning over elke weerstand is aangegeven. De totale
spanning over elke tak is 9 V. Er geldt namelijk
voor de linker tak: 4 V + 2 V + 3 V = 9 V
en voor de rechter tak: 5 V + 4 V = 9 V.
Bij spanning worden altijd TWEE punten van de
schakeling met elkaar vergeleken. Zo gaat het bij de
spanning van 2 V in de schakeling hiernaast om het
verschil tussen de punten q en r. Meestal bevinden de twee
punten zich in geleiders, die weerstanden met elkaar
verbinden (denk aan koperen verbindingssnoeren). Het gaat bij spanning dan om het verschil
tussen twee geleiders. Bijvoorbeeld draait het bij de bronspanning (9 V) om het verschil tussen
de bovenste en onderste geleidende draad.
Aarde en potentiaal
Het is in de elektronica gebruikelijk om al het geleidende materiaal, dat direct contact met de
minpool maakt, aan te duiden met ‘aarde’ of ‘massa’. Zo is in de schakeling de gehele onderste
draad aarde. Punt S is dus ook onderdeel van aarde.
Onder de potentiaal van een punt van de schakeling verstaan we de spanning tussen dat punt en
aarde. Bijvoorbeeld is in de bovenstaande schakeling de potentiaal van punt r gelijk aan 3 V en
de potentiaal van punt q gelijk aan 5 V. De potentiaal heeft steeds betrekking op één punt van de
schakeling en de spanning op twee punten. Bij de potentiaal wordt aarde steeds als
vergelijkingspunt (referentie) gebruikt. De potentiaal van aarde is dus per definitie 0 V.
Als we de potentiaal in een schakeling vergelijken met de hoogte boven de grond, komt de
spanning overeen met het hoogteverschil tussen twee punten. Een ander woord voor spanning is
dan ook potentiaalverschil. We kunnen de spanning tussen twee punten vinden door de
potentialen in die punten van elkaar af te trekken. Bijvoorbeeld geldt voor de spanning tussen de
punten q en t: U = 5 V – 4 V = 1 V.
Elektronica, Spanning, aarde en potentiaal, www.roelhendriks.eu
1
Opgaven
Opgave 1
Wat verstaan we onder de aarde van een schakeling?
Opgave 2
Wat verstaan we onder de potentiaal van een punt van de schakeling?
Opgave 3
Hoe groot is de potentiaal van aarde?
Opgave 4
Geef een ander woord voor potentiaalverschil.
Opgave 5
In de figuur hiernaast is een schakeling afgebeeld.
a.
Geef de potentiaal in de volgende punten.
In punt p:
In punt q:
In punt r:
In punt s:
In punt t:
In punt u:
In punt v is de potentiaal 8 V en in punt w is deze 3 V.
b.
Bepaal de spanning tussen de punten v en w.
Bepaal de spanning tussen de punten v en x.
Elektronica, Spanning, aarde en potentiaal, www.roelhendriks.eu
2
Opgave 6
In de schakeling hiernaast bevindt zich in de cirkel een transistor.
Dit is een elektronische component waarvan de werking in deze
opgave niet van belang is. Het is hier voldoende om te weten dat
een transistor drie aansluitingen heeft, namelijk de emitter, de
basis en de collector. Deze drie aansluitingen zijn in de schakeling
aangegeven met respectievelijk E, B en C.
In deze opgave bedraagt de voedingsspanning 9,0 V en is de
spanning over weerstand RC 4,6 V.
a.
Hoe groot is de potentiaal van de emitter?
b.
Bereken de potentiaal van de collector.
De potentiaal van de basis bedraagt 0,6 V.
c.
Bereken de spanning over weerstand RB.
Elektronica, Spanning, aarde en potentiaal, www.roelhendriks.eu
3
Uitwerkingen
Opgave 1
Al het geleidende materiaal dat direct contact met de minpool maakt.
Opgave 2
De spanning tussen dat punt en aarde.
Opgave 3
0V
Opgave 4
Spanning
Opgave 5
a.
In p 14 V.
In q 10 V.
In r 5 V.
In s 3 V.
In t 0 V.
In u 14 V.
b.
8 V – 3 V = 5 V.
8 V – 0 V = 8 V.
Opgave 6
a.
0V
b.
9,0 V – 4,6 V = 4,4 V
c.
9,0 V – 0,6 V = 8,4 V
Elektronica, Spanning, aarde en potentiaal, www.roelhendriks.eu
4