1

Elektronica – Les 2 – Slide 1

Les 2

Elektronica – Les 2 – Slide 2

Inhoud• Inleiding

– Historiek

– Elektriciteit versus elektronica

• Belangrijke grootheden

– Wat is stroom?

– Wat is spanning?

– Wat is vermogen?

– Hoe meten?

• Basiscomponenten

– Weerstand

– Condensator

2

Elektronica – Les 2 – Slide 3

• Zwakke signalen versterken

– Edison met Edisoneffect

• Metalen plaat naast gloeidraad

• Stroom van gloeidraad naar plaat

– Fleming: gloeikathodebuis of diode

• 2 elektroden

– Gloeidraad & metalen plaat

• Stroom in 1 richting

– de Forest: triode

• Metalen rooster tsn 2 elektroden

• Stroom ++ (afh. spanning rooster)

Elektronica – Les 2 – Slide 4

• Grote doorbraak: transistor

– In firma Bell Telephone

– Shockley

– Brattain

– Bardeen

– Elektroden in halfgeleider

(zoals silicium of germanium)

= zelfde gedrag én kleiner

3

Elektronica – Les 2 – Slide 5

• IC of geïntegreerde schakeling

– (Micro)chip

– Kilby

• 2 transistors in zelfde halfgeleider

Elektronica – Les 2 – Slide 6

• Gemaakt uit 1 stukje silicium

– Volledige & compacte

elektronische schakeling

– Géén doorgedreven

miniaturisatie PCB

• Hedendaagse computer

– Bevat 1000en pn-juncties

– Intel Core i7 computerchip

731 miljoen op 263 mm²

4

Elektronica – Les 2 – Slide 7

• Elk jaar verdubbelt # transistors(Gordon Moore, 1965)

• Elke 2 jaar verdubbelt # transistors(aanpassing jaren 1970)

• Complexiteit elektronica

– Exponentiële verbetering

– Géén incrementele verbetering (cfr. dieselverbruik)

• Al meer dan 50 jaar: self fulfilling prophecy

Elektronica – Les 2 – Slide 8

• DS 16/4/15

5

Elektronica – Les 2 – Slide 9

Elektriciteit vs. elektronica• Elektronica sinds 1883 (Edisoneffect)

– Met diodes & transistors

– Manipuleren stroom

• Elektriciteit zo’n 100 jaar voordien

– Vb. batterij, elektrische telegraaf, gloeilamp

– Transformeren energie uit stroom naar andere vorm

(licht, warmte, beweging…)

• Twijfelgevallen

– Broodrooster met elektronische thermostaat

Elektronica – Les 2 – Slide 10

• Mogelijkheden elektronica

– Geluid

• Microfoon – verandering in (audio)signaal –

versterker – luidspreker

– Licht (ook infrarood)

• Leds (light emitting diodes)

• Camera – videosignalen

– Communicatie

• Doorsturen informatie: met én zonder kabels

– Computers: van reken- tot supermachines

6

Elektronica – Les 2 – Slide 11

Wat is stroom?

• Bij goede geleider: 1 los elektron per atoom

– Als meer elektronen aan ene kant

dan andere kant

– Dan duwen die elektronen

in zelfde richting

• I = 1 A (of Ampère)= 6240 quadriljoen elektronen/sec

Elektronica – Les 2 – Slide 12

Wat is spanning?

• Potentiaalverschil of spanning

– Verschil # elektronen –pool en +pool

• U = 1 V (of Volt)

7

Elektronica – Les 2 – Slide 13

• DC (gelijkstroom): zelfde richting

• AC (wisselstroom): periodisch wissel polariteit

– Elektronen wiegen heen en weer

– Elektriciteitsnetwerk 50 maal/seconde of 50 Hz

Elektronica – Les 2 – Slide 14

• Piekspanning UP• Piek-tot-piekspanning UP-P• RMS-spanning URMS

– Root Mean Square: kwadratisch gemiddelde

– Sinus: UP/√2

– Elektriciteitsnetwerk: URMS = 230 V

8

Elektronica – Les 2 – Slide 15

Wat is vermogen?

• P = 1 W (of Watt)= U.I= hoeveelheid werk door 1 A stroom &

aangedreven door 1 V spanning

• Vermogendissipatie

Elektronica – Les 2 – Slide 16

Hoe meten?• Stroommeter Spanningsmeter

• Meestal samen in multimeterof universeelmeter

– Analoog of digitaal

– Ook weerstandsmeter

9

Elektronica – Les 2 – Slide 17

Weerstand• Geleider (Cu – Al) ↔ isolator (glas, plastiek)

– Elektrische draden: isolator rond geleider

• Mengvorm: weerstand tegen lopen stroom

• R = 1 Ω (of Ohm)= weerstand voor 1 A stroom bij 1 V spanning

• Wet van Ohm: U = R.I

– I stijgt als U stijgt bij zelfde weerstand

Elektronica – Les 2 – Slide 18

Demo

• Met

– Grafietweerstand (2B – 5 cm lang)

– 9 V batterij

– Led

10

Elektronica – Les 2 – Slide 19

• Kleine component – koolstoffilmweerstand

– In kleine cilinder laagje koolstof + isolatie

• Strepen buitenkant: kleur & volgorde

– Waarde met tolerantie

– 4(5): waarde–waarde–(waarde)–exponent–tolerantie

– Eerste streep dichtst bij rand

• Tolerantie = max. verschil theorie & praktijk

– 470 Ω ± 10% → praktijk tsn 423 Ω-517 Ω

Elektronica – Les 2 – Slide 20

• Zij Bracht Rozen Op Gerrits Graf Bij Vies Grauw Weer, (Gerrit Zei Niets)

11

Elektronica – Les 2 – Slide 21

Opmerkingen• In praktijk niet alle kleurcombinaties

– Afv tolerantie (tolerantiebereik niet overlappen)

• E-reeks (± meetkundige rij; x1/x2 = cte)– Bij n stappen in 1 decade = verhouding 101/n

• E3 = 10, 22 & 47 (verhouding 101/3 ≈ 2.15)

• E12 = 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68 & 82 (verhouding 101/12 ≈ 1.21)– Elke volgende stap ongeveer 20% groter

– Tolerantie > 10% zinloos

Elektronica – Les 2 – Slide 22

• Through-hole (of doorvoergat)

– In gat door printplaat

• SMD (Surface Mounted Device)

– Tegen printplaat

– 3(4): waarde-waarde-(waarde)-exponent

– Met letter R (radix point) = plaats voor komma

– 105 = 10x105 = 1 MΩ

– 4R7 = 4.7 Ω

12

Elektronica – Les 2 – Slide 23

• Serie: weerstanden optellen

• Parallel: inverse = opgetelde inverse

– Via geleidbaarheid of conductantie (1/R)

Elektronica – Les 2 – Slide 24

Condensator• 2 vlakke platen uit geleidend materiaal

• Ertussen diëlektricum (isolerend materiaal)

– Aansluiten batterij

• -pool elektronen naar ene plaat

• +pool elektronen weg van andere plaat

→ Korte tijd stroom (ook al zit er isolatie)

• Condensatorspanning stijgt

• Tot = batterijspanning

→ Geen stroom & condensator opgeladen

• � oplaadbare batterij

13

Elektronica – Les 2 – Slide 25

Demo• Met

– Condensator

– 9 V batterij

– Weerstand & led

Elektronica – Les 2 – Slide 26

• C = 1 F (Farad)= stockage 1 V bij laden met 1 A/s= gigantisch groot (door 1 A/s)

– Realistisch: tsn 1 μF (of 10-6 F) en 1 pF (of 10-12 F)

– Te meten met sommige multimeters

• 2(3) digits: waarde-waarde-(exponent) in pF

– 101 → 100 pF

– 22 → 22 pF

• Letter = tolerantie: J = 5%, K = 10% & M = 20%Hoofdstuk 1 – Slide 26

14

Elektronica – Les 2 – Slide 27

Opmerking• Parallel

– Grootte platen optellen

– Dus capaciteitswaarden optellen

• Cfr. serieschakeling weerstanden

• Serie: inverse = opgetelde inverse

• Cfr. parallel weerstanden

• Omgekeerd in vgl. met weerstanden