kathode is positief tov anode à voorwaartse stroom = 0

Analoge technologie P1 + P2
Analoge technologie
Hoofdstuk 1: gelijkstroomtheorie
1. Elektrische stroom
Stroom = beweging of transport van ladingen doorheen het materiaal
Elektronen draaien in schillen rond de kern van een atoom.
-
Buitenste schil = valentieschil (e- op die schil zijn valentie-elektronen)
Vrijmaken van valentie-elektronen t.o.v. de kern is mogelijk d.m.v. energietoevoer zoals:
temperatuur, licht, radioactieve straling, druk,…
Valt die energietoevoer weg, dan nemen ze terug plaats op de valentieschil.
Elektronenstroomzin:
Werkelijke beweging van vrije elektronen. ( e- bewegen van + naar -).
Conventionele stroomzin:
Tegengesteld aan de beweging van de vrije elektronen.
2. De elektrische stroomkring
Eenvoudige elektrische kring: spanningsbron, verbruiker, twee verbindingsgeleiders.
Gelijkstroom = wanneer de stroomzin in een geleider steeds dezelfde is.
Analoge technologie P1 + P2
3. Basisgrootheden en eenheden
Hoeveelheid elektriciteit: Q
Q (van Quantité) wordt ook de lading genoemd.
Eenheid: de Coulomb (C).
Stroomsterkte: I
= de hoeveelheid elektriciteit die per seconde verplaatst wordt
I=Q/t
= wet van Faraday
Eenheid: de Ampère (A). (Coulomb/Seconde = Ampère)
Spanning of potentiaalverschil: U
De spanningsbron komt overeen met de pomp van het hydraulisch keten.
= de energie die aan een hoeveelheid elektriciteit van 1C wordt geleverd.
Eenheid: de Volt (V).
(de spanning van een gelijkspanningsbron wordt aangeduid met een pijl. De punt van de pijl
wijst altijd naar de plusklem)
De elektrische weerstand: R
Elektrische stroom vloeit  vrije elektronen botsen tegen atomen  er word een weerstand aan
de stroom geboden  de kinetische energie van de bewegende deeltjes worden omgezet in
warmte (= joule-effect)
= de tegenstand die elektrische stroom ondervindt tijdens de doorstroming in het materiaal.
Eenheid: de Ohm (Ω).
Meer gebruikte eenheid is de kilo-Ohm (kΩ).
10^-12
Pico
p
10^-9
Nano
n
10^-6
Micro
µ
10^-3
Milli
m
0
10^3
Eenheid Kilo
k
10^6
Mega
M
10^9
Giga
G
10^12
Tera
T
Analoge technologie P1 + P2
Elektrisch vermogen: P
= de elektrische energie die per seconde omgevormd wordt in warmte
Eenheid: de Watt (W) en (W = V.A)
P=U*I
P = U^2 / R
P = R * I^2
(geheugensteuntje: U I e R)  U = I * R
PUIstP=U*I
Hoofdstuk 2: wisselstroomtheorie
Gelijkspanning (DC = direct current) :
Verandert niet van polariteit  stroom zal altijd in de zelfde richting vloeien.
Wisselspanning (AC = alternating current) :
De polariteit van de bronspanning verandert van teken.
Een zuivere wisselspanning = wanneer de periodieke verandering gebeurt volgens een sinus.
(sinusoïdale wisselspanning).
Wisselspanning is makkelijker op te wekken, te transporteren dan gelijkspanning.
Eigenschappen van een wisselspanning :
De periode, T
Is de tijd dat een basissignaal nodig heeft om zich te vormen. 1 periode = 360 graden, halve is
180.
De frequentie, f
Is het aantal perioden per seconde. Dus f = 1/T
Analoge technologie P1 + P2
De amplitude, topwaarde, A
De maximum waarde die een symmetrische spanning of stroom kan bereiken in de tijd van 1
periode.
De top-tot-top waarde = 2x de amplitude.
1 toer = 1 sinus.
1 periode T  vector draait 1 keer rond  maakt hoek van 360° = 2π radialen.
⍵ = 2πf (rad/s)
Hoe snel wordt de sinus doorlopen?
Momentele (ogenblikkelijke) waarde: u(t)
De verticale component van de vector = A * sin α (A is amplitude)
 evenredig met de momentele waarde (u(t)) van de spanning
 u(t) = A * sin α
 u(t) = A * sin ⍵t
 ( u in de functie van tijd)
Effectieve waarde: U eff
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.
Vermogen = energie omzetten in warmte
(in eigen woorden is U eff : evenveel warmte produceren in dezelfde tijd in eenzelfde weerstand)
Bij een sinusvormige spanning:
Um = √2 * Ueff = 1,41 * Ueff
Faseverschuiving φ
Analoge technologie P1 + P2
Deel 2: passieve componenten
Hoofdstuk 1: lineaire weerstanden
1. De component: weerstand
De grootte van een weerstand bepaalt zijn maximale vermogendissipatie.
Gewone weerstand:
Regelbare weerstand:
Kan telkens opnieuw geregeld worden.
Instelbare weerstand:
De bedoeling is om de weerstand 1 keer te regelen, en daarna niet meer of niet continu.
2. De wet van Ohm
De wet en de weerstandslijn:
R = U/I
Analoge technologie P1 + P2
Spanningsverlies
Indien een stroom I door een weerstand vloeit ontstaat over die weerstand een spanningsval (=
spanningsverlies).
Berekening spanningsval: Ur = Ir * R
De conventionele stroom vloeit door de weerstand van een hoof naar laag potentiaal. Dus van –
naar +. Spanningsvallen worden steeds aangeduid tegengesteld aan de stroomzin!
Wetten van Kirchoff
Eerste wet van Kirchoff
In een willekeurig knooppunt van een elektrisch netwerk is de som van de ingaande stromen
gelijk aan de som van de uitgaande stromen.
 I1 + I2 = I3 + I4
Tweede wet van Kirchoff
In een willekeurige gesloten keten is de som van de spanningsbronnen gelijk aan de som van de
spanningsvallen.
 Ub = UR1 + UR2 + UR3
Schakelen van weerstanden
Serieschakeling
 Rs = R1 + R2 + … + Rn
 Voor n gelijke weerstanden R: Rs = n * R
 Totale weerstand Rs is ALTIJD > grootste weerstand in de serieschakeling
Analoge technologie P1 + P2
Parallelschakeling




I / Rp = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn
Voor twee weerstanden geldt: Rp = (R1 * R2) / (R1 + R2)
Voor n gelijke weerstanden R: Rp = R / n
Totale weerstand Rp is altijd < dan de kleinste weerstand in de parallelschakeling.
Potentiometer
 Wordt ook wel spanningsdeler genoemd als R1 en R2 vaste weerstanden zijn. Omdat hij
de spanning U1 in twee deelspanningen deelt : de spanning over R1 en de spanning over
R2 (=U2)
Zonder belasting
 U2/U = R2 / (R1 + R2)
Met belasting
 U2/U1 = R2 / R1 + R2 + ((R1 * R2) / RL)
 U2 verandert dus duidelijk bij belasting van de potentiometer
Aangeven van weerstandswaarde
E (of R) = eenheden
k = duizendtallen
M = miljoenen
E33 = 0,33Ω
K68 = 0,68 kΩ
M12 = 12 MΩ
Analoge technologie P1 + P2
De “RETMA” kleurcode
1 = eerste cijfer vd weerstandwaarde
2 = tweede cijfer vd weerstandwaarde
3 = derde cijfer vd weerstandwaarde (enkel bij precisieweerstanden met 5 of 6 ringen)
V = vermenigvuldiger (geeft het aantal nullen aan die achter het getal AB(C)geplaatst worden
T = tolerantie
Zwart – bruin – rood – oranje – geel – groen – blauw – violet – grijs – wit
Deel 3: halfgeleiders
De diode
 Is een halfgeleidercomponent die de elektrische stroom slechts in één zin doorlaat.
 Ene kant = anode, andere kant = kathode.
Diode invers aangesloten
 Door de + aan de kathode en de – aan de anode te leggen wordt de diode invers
gepolariseerd  er kan geen stroom vloeien van + naar –
 De diode geleidt niet, ze is in sper.
 Men spreekt over een lekstroom: Ilek (de lekstroom vloeit van kathode (+) naar anode (-)
(=conventioneel), dus tegen de richting van de diodepijl in.
 De lekstroom kan groot en heel belangrijk worden bij schakelingen waarbij de
temperatuur sterk kan stijgen.
Analoge technologie P1 + P2
Diode voorwaarts aangesloten
 De diode is in geleiding of in doorlaat
 KNAP-regel voor doorlaat: Kathode Negatief, Anode Positief
 MAAR er moet een bepaalde spanning over de diode staan. De minimumspanning
die over de diode moet staan om in geleiding te blijven wordt de
drempelspanning (UD) genoemd.
 De drempelspanning bedraagt voor Si-dioden 0,6V – 0,7V.
 Omdat de diode voorwaarts gepolariseerd is wordt deze stroom voorwaartse
stroom (IF)
 Omdat IF exponentieel stijgt met de bronspanning en bijzonder groot kan worden
moet IF beperkt worden door een voorschakelweerstand RV.
Diodekarakteristiek
 De diodekarakteristiek is de statische stroom – spanningskarakteristiek vd diode: I =
f(U)
 4 gebieden:
o weerstandsgebied, 1e kwadrant, voorwaarts
o doorlaatgebied, 1e kwadrant, voorwaarts
o spergebied, 3e kwadrant, invers
o doorslaggebied, 3e kwadrant, invers
Analoge technologie P1 + P2
 weerstandsgebied:
de diode is voorwaarts gepolariseerd, maar de bronspanning < drempelspanning.  weerstand
diode zal kleiner worden  er kan nog voorwaartse stroom vloeien maar die is in dit gebied
klein.
 de diode heeft hier nog een grote, maar steeds kleiner wordende weerstand. (kΩ)
 doorlaatgebied:
wanneer de bronspanning de drempelspanning van de diode overschrijdt  diode komt volledig
in geleiding  IF neemt exponentieel toe met de bronspanning.
 om een diode in geleiding te krijgen moet er een bepaalde spanning in doorlaat
overstaan, nl. de drempelspanning: 0,7V voor Si-diode. Dit spanningsverlies staat altijd
over een diode als ze in geleiding is.
 spergebied:
kathode is positief t.o.v. anode  voorwaartse stroom = 0  diode is in sper  weerstand is
enorm.
 toch is er een kleine lekstroom IR. Voor Si: IR = ..1..10..nA
 doorslaggebied
wanneer de inverse spanning een kritische waarde bereikt, neemt de inverse stroom zo sterk
toe dat men spreekt van doorslag. De spanning waarbij een diode doorslaat wordt
doorslagspanning URM genoemd.
 doorslagprincipe: door hoge inverse spanning  pluspool van de bron zal elektronen
lostrekken van hun binding met de kern en versnellen door de diode. Door de hoge
stroom, samen met de hoge spanning, zal het vermogen zo hoog oplopen dat de diode
verbrandt en de structuur onherroepelijk beschadigd wordt.
Speciale dioden
De led
= light emitting diode
Om ze te laten oplichten moet ze voorwaarts gepolariseerd worden. (A is + en K is -)
Er vloeit een voorwaartse stroom IF die met een voorschakelweerstand beperkt moet worden.
Analoge technologie P1 + P2
De fotodiode
Wordt steeds invers gepolariseerd.
De lekstroom vergroot naarmate er meer licht op invalt en is zeer gevoelig voor bepaalde
lichtfrequenties (kleuren).
Wordt bv gebruikt als ontvanger in afstandsbedieningen.
De zenerdiode
Wordt gebruikt in doorslag. Dan heeft de zenerdiode een vrij constante spanning, onafhankelijk van
de stroom. Deze constante spanning kan gebruikt worden bij spanningsstabilisatie in voedingen.
In doorlaat gedraagt een zenerdiode zich zoals een gewone siliciumdiode.
Schottkydiode
Gedraagt zich zowel in doorlaat als in sper zoals een gewone diode, alleen is de drempelspanning vrij
laag en schakelt ze zeer snel.
Varicapdiode
Als de varicapdiode invers gepolariseerd wordt, werkt ze als regelbare condensator. De diode heeft
een capaciteit die vergroot naarmate de inverse spanning erover vergroot.
Kan dienst doen als bv afstemcondensator in tuners, om op de juiste zender af te stemmen.