Elektronische

componenten

Inhoudsopgave

Elektronische

componenten

Inleiding

Weerstand

Codering en waarden

Speciale weerstanden

Condensator

Serieel en parallel

Codering

Diode

Blz. 2

Blz. 3

Blz. 4

Blz. 1

Blz. 5

Blz. 6

Blz. 7

Blz. 8

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 gebruikkan contact opgenomen worden met NIUtec-support. Heeft u waardering voor deze uitgave en wilt u bijdragen aan hetinstandhouden van de website? Dan kunt u een donatie doen!

E-mail

RIU

=R

IU

=

RIU = x

Wet van Ohm

De beschrijft de relatie tussen wet van Ohmde drie eenheden van elektriciteit, te weten spanning (U), stroom (I) en weerstand (R).

Inleiding

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 verkeers stroom.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 spanningonder 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.

Je zou kunnen zeggen dat naarmate er meer weerstand is onderweg, de spanning onder de verkeersdeelnemers groeit. Spanning is recht evenredig aan weerstand. 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.

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.

De verkeersdeelnemers in dit verhaal zijn die ongrijpbare, onzichtbare en onvoorstelbaar kleine elektronen.

U

I R

Eenheden

Stroom is de mate van verplaatsing. Eenheid: Ampère Symbool: I

Spanning is de verkeersdruk. Eenheid: Volt Symbool: U

Weerstand is de invloed van de weg. Eenheid: Ohm Symbool: R

Energie en vermogen

Vermogen energie ( ) is de hoeveelheid Watt( ) die nodig is om in een bepaalde tijd Jouleiets te doen. Eén Watt is óók 1Volt x 1Amp.

1 Watt = 1Joule per sec. = 1Volt x 1Ampère

P

U I

UIP

=U

IP

=

IUP = x

Elektronische

componenten

1

FunctieWeerstanden 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

Weerstand

Stroombegrenzer

Spanningdeler

Stroomdeler

AlgemeenAlle 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.

Eenheid en afkortingNet zoals de eenheid van lengte de meter is, is de eenheid van weerstand de Ohm (vernoemd naar de 19e eeuwse natuur-kundige Georg Ohm).Net zoals de afkorting van meter de m is, is de afkorting van Ohm de griekse letter omega, In formules wordt de weerstand W.met de letter (Resistance) aangegeven.RZie blz. 4 voor de voorvoegsels.

Als een weerstand in serie geschakeld stroombegrenzer wordtmet 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.

Als twee weerstanden in serie geschakeld. spanningdeler wordenAls het weerstanden met een gelijke waarde zijn, is tussen de twee weerstanden de spanning gehalveerd. Bij ongelijke weerstandswaarden verminderd de weerstand naar verhouding.

Als twee weerstanden parallel geschakeld. stroomdeler wordenAls 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.

FormulesDe totale weerstandswaarde van in serie geschakelde weerstanden is de som van de afzonderlijke weerstanden.

De totale weerstandswaarde van parallel geschakelde weerstanden is de som van de omgekeerde afzonderlijke weerstanden.

R2R1R123serie= + R3+

1R2R1

R123parallel = +R3

+1 1

V

+

A

+

+

Symbool

gewone weerstand

Elektronische

componenten

2

E24

1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1

MateriaalDe weerstandjes die we in de les gebruiken zijn weerstanden.Het geleidende koolfilm-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 potlood-streepje 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!

KleurcoderingDe 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 aan te kleurcodeklikken.Dan hoef je alleen de waarde in te voeren, en het antwoord komt vanzelf!

Tolerantie en voorkeurswaardenWeerstanden 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.

Elektronische

componenten

E12

1.0

1.2

1.5

1.8

2.2

2.7

3.3

3.9

4.7

5.6

6.8

8.2

Weerstandreeksen

x 0,01 10% x 0,1 5% 0 0 x 1 1 1 x 10 1% 2 2 x 100 2% 3 3 x 1k 4 4 x 10k 5 5 x 100k 0,5% 6 6 x 1M 0,25% 7 7 x 10M 0,1% 8 8 9 9

E6

1.0

1.5

2.2

3.3

4.7

6.8

3

VermogensweerstandDe 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.

Regelbare weerstandDe 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 weerstandWarmtegevoelige 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. Ze zijn herkenbaar aan de zigzaggende lijn weerstandsmateriaal, dat vaak onder een lens ligt.

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.

Drukgevoelige weerstandBij 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.

-t°

-Pa

Elektronische

componenten

Speciale

weerstanden

4

Condensator

Eenheid en afkortingDe 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 Afkorting Vermenigvuldigingsfactor

teragigamegakilogeencentimillimicronanopico

TGMkgeencmµnp

1210 (=1 000 000 000 000)910 (=1 000 000 000)610 (=1 000 000)310 (=1 000)010 (=1)-210 (=0,01)-310 (=0,001)-610 (=0,000 001)-910 (=0,000 000 001)-1210 (=0,000 000 000 001)

AlgemeenElke 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 verwarmings-systeem 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.

De luchthelft van het vat moet verbinding hebben met de buitenlucht, anders kan de rubberen plaat niet bewegen.Water erin = lucht eruit en omgekeerd.

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.

gewone condensator

elektrolytische condensator

Elektronische

componenten

membraan naar rechts:druk links is groter dan druk rechts.Als de zuiger wordt losgelaten, schiet hij weer omhoog.

membraan in het midden:geen drukverschil tussen links en rechts

5

Serie- en parallelNet 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.

De totale capaciteit van parallel geschakelde condensators is de som van de afzonderlijke condensators.

Merk op dat de formules precies andersom zijn als bij weerstanden!

C2C1= + C3+C123parallel

C123serie

1C2C1

= +C3

+1 1

Parallel kan er drie keer zoveel in!

MateriaalHet 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!

In serie werken de membranen elkaar tegen: in drie kan minder dan in één vat.

Elektronische

componenten

6

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 de plus en de nul dus moetengoed aangesloten zijn, anders gaat hij stuk.

Variabele condensatorEen 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 ontvangst-frequentie mee af te regelen.

CoderingDe 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

-12van 1 pF (één picoFarad=10 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.

Elektronische

componenten

7

Elektronische

componenten

Werking

Een diode is een soort elektronische eenrichtingsstraat; elektrische stroom kan maar in één richting passeren.

Een diode heeft dus een richting (pijldoorlaat , pluskant sper , minkant) en een richting (balkje ).Maar ook in doorlaatrichting wordt er een prijs betaald; het kost ongeveer 0,5 Volt spanning om een diode te passeren.

Handig wanneer je de spanning wat omlaag moet brengen zonder de weerstand te verhogen, de diode werkt nl. niet volgens de wet van Ohm!

gewone diode

Soorten

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 diodete vinden in optische sensors.

De wordt toegepast in ‚gewone’ diodeelektronische 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.

Diode

lichtgevende diode

(LED)

lichtgevoelige diode

minkant

8

DIT DOCUMENT IS NOG NIET AF

NPN transistor

PNP transistor

Elektronische

componenten

Transistor

9