Technologie 1 - FC-Sprint² Bronnenbedrijf |...

1

Opleiding Pop en MediaPeet Ferwerda, januari 2002

Technologie 1Elektrische en elektronische begrippen

Signalenstroom, spanning, weerstand, vermogen AC, DC, effectieve waarde

Deze instructie wordt tijdens de collegesover technische achtergronden gebruikten dient tegelijkertijd als een naslagwerkin de vorm van een stripboek.

In elektronische apparatuur wordt geluid en beeldweergegeven door elektrische signalen. Dit zijn hele kleineelektrische stromen en spanningen.

2

Signalen

Om goed te kunnen snappen hoe apparatuur werkt en om problemen te kunnen oplossen is het belangrijk iets af te weten van stromen en spann ingen.Een stroom is een verplaatsing van elektronen.

Wisselstroom door luidspreker veroorzaakt beweging en geluid

Signalen

Elektronen kan je je voorstellen als hele kleine onderdelen van de materie met een negatieve lading. De stroom is de verplaatsing van elektronen. We drukken de stroom uit in Amperes . 1 Ampere is een enorm groot elektronen per seconden.

Wisselstroom door luidspreker veroorzaakt beweging en geluid

Elektronen bewegen heen en weer

3

Signalen

Om met de stroom te kunnen rekenen geven we deze een symbool. Dit is de hoofdletter I. Voor de Ampere gebruiken we de hoofdletter A.

We zeggen bijvoorbeeld:de stroom I = 2A

STROOM LOOPT ALTIJD DOOR EEN DRAADRemind

er

Signalen

Maar wat is nou eigenlijk SPANNING??We beginnen met een gewone batterij. We zeggen dat het een 1,5 V olts batterij is. De batterij kan een stroom leveren doordat hij elektronen naar de minpool “pompt”.

Batterij duwt elektronen naar de negatieve pool (- pool)

4

Signalen

Hierdoor ontstaat aan de - kant van de batterij een opeenhoping van elektronen en aan de + kant een tekort. We zeggen: de - pool is negatief geladen en de + pool is positief geladen.

+

-


Signalen

De elektronen worden aangetrokken door de +pool, maar kunnen binnendoor er niet naar toe door de pompwerking.

+

-


5

Signalen

Nu sluiten we bijvoorbeeld met 2 draadjes een lampje aan op de batterij. De elektronen willen nog steeds graag naar de positieve pool en gaan door het lampje.

+

-Batterij Lampje


Elektronen bewegen door de draad

Signalen

Als we een draadje onderbreken houdt de stroom direct op met lopen.

+

-Batterij Lampje


STROOM HEEFT EEN GESLOTEN CIRCUIT NODIGRemind

er

6

Signalen

Nogmaals: maar wat is nou eigenlijk SPANNING??De spanning is de kracht waarmee de elektronen door de batterij naar de minpool worden geduwd.

+

-Batterij Lampje



Worden de elektronen met veel kracht naar de minpool geduwd, dan zijn er veel meer elektronen verplaatst en levert de batterij een hogere spanning.

Signalen

De spanning staat altijd tussen 2 punten en wordt uitgedrukt in Volts.We gebruiken voor de spanning het symbool U. We zeggen U = 1,5 V

+

-Batterij Lampje

A

B

De spanning tussen punt A en punt B is 1,5 Volt

SPANNING IS EEN KRACHT OP ELEKTRONEN EN STAAT TUSSEN TWEE PUNTEN

Remind

er

7

Signalen

De manier waarop dingen elektrisch zijn verbonden noemen we een elektrische schakeling. We tekenen deze schakeling met symbolen. Een spanningsbron (de batterij) tekenen we als het linker rondje en een lampje als een kruisje.

+

-Batterij Lampje

+

_


U

Elektrisch schema


Signalen

Vroeger hebben we eens aangenomen dat de stroom, buiten de batterij, van + naar -loopt. Later is pas ontdekt dat de elektronen de andere kant op bewegen. Ook nu tekenen we de pijl van de stroom van de plus naar de min.

+

-Batterij Lampje

+

_


IU

Elektrisch schema


DE STROOM LOOPT

VAN + NAAR -

Remind

er

8

Signalen

De spanning is de drijvende kracht van de stroom. Maar wat bepaa ld nu hoe groot de stroom is? De lamp heeft een elektrische weerstand die we uitdrukken in ohms (Ω)De weerstand geven we weer met de letter R.

+

_

IU

Lampje heeft een weerstandswaarde R in Ω

+

_

IU

In elektronische schakelingen vinden we ook componenten die een bepaalde weerstandswaarde hebben. Ze worden b.v. gebruikt om de stroom kleiner te maken.

Weerstand R

Signalen

De spanning is de drijvende kracht van de stroom. Maar wat bepaa ld nu hoe groot de stroom is? De lamp heeft een elektrische weerstand die we uitdrukken in ohms (Ω)De weerstand geven we weer met de letter R.

+

_

IU

Lampje heeft een weerstandswaarde R in Ω

+

_

IU Weerstand R

De stroom kunnen we berekenen met de formule:

I =

(wet van ohm)

U

R

9

Signalen

Als we op een weerstand van 15 Ω een spanning aansluiten van 75 Volt, gaat er een stroom lopen van 5 Ampere.

+

_

IR = 15 Ω


I =

(wet van ohm)

U

R

U = 75 V

I = = = 5 A U 75 V

R 15 Ω

Signalen

We kunnen de wet van ohm op 3 manieren schrijven

+

_

IR = 15 Ω


I =

(wet van ohm)

U

R

U = 75 V

U = I x R

R =U

I

Zelfde formule

10

Signalen

Voorbeelden van weerstandswaarden

Luidsprekers hebben een weerstand van b.v. 8 Ω

In en uitgangen hebben een weerstandswaarde (impedantie), hier komen we nog op terug.

Signalen

Even terug naar de warmte: een elektrische stroom veroorzaakt in een weerstand warmte. Hoe heet de weerstand wordt in een bepaalde tijd hangt a f van het vermogen. Het vermogen (P=power) drukken we uit in Watt. (W)

AC

IU R

11

Signalen

Hoeveel Watt aan elektrische energie gaat hier naar de gitaarbox?

AC

IU R P = U x I

I = 3,6 A

U=29V

Signalen

P = U x I = 29V x 3,6A = 104,4 W.

En wat is de impedantie (weerstand) van de luidspreker?

AC

IU R P = U x I

I = 3,6 A

U=29V

12

Signalen

De weerstand is: R = U / I = 29V / 3,6A = 8 Ω

AC

IU R P = U x I

I = 3,6 A

U=29V

Signalen

Een van de formules die je zo kan afleiden, maar die toch ook handig is om te onthouden is P = I 2 x R

P = U x Ials P = U x I

en U = I x R

dan kan je ook schrijven

P = U x I= (I x R) x I= I x I x R= I 2 x R

P = I2 x RRemind

er

Deze formule is vaak heel handig

AC

IR

13

Signalen

Vaak willen we weten hoe groot een stroom is bij een bepaald vermogen, bijvoorbeeld om te achterhalen hoe dik een koperdraad moet zijn voor de aansluiting. Een monitor krijgt 250 W toegeleverd in 8 Ω. Hoe groot is de stroom I?

P = I2 x RRemind

er

AC

IR

8Ω monitorlevert 250 WI

Signalen

De stroom is 5,6 Ampere. Dat valt nog wel mee.

P = I2 x RRemind

er

AC

IR

8Ω monitorlevert 250 WI

P = I 2 x R

I2 = P / R = 250 / 8 = 31,25

I = √ 31,25 = 5,6 A

14

Opleiding Pop en MediaPeet Ferwerda, januari 2002

Technologie 2Elektrische en elektronische begrippen

Deze instructie wordt tijdens de collegesover technische achtergronden gebruikten dient tegelijkertijd als een naslagwerkin de vorm van een stripboek.

Schakelingenserie- en parallelschakelingen (en toepassingen)

Serieschakelingen

Spanningen kunnen we met met een voltmeter. Die sluiten we dan over de spanningsbron aan (parallel). In dit geval wijst de meter 9 Volt aan.

V

+

_9V

15

Serieschakelingen

Deze 2 batterijen staan in serie. Spanningen die in serie staan moeten we optellen. De meter wijst 18 V aan.

V+

_9V

+

_9V

Serieschakelingen

Weerstanden kunnen we ook in serie schakelen. Door beide weerstanden loopt dezelfde stroom. De totale weerstand (of vervangingsweerstand) is de som van de weerstanden.

I = U

Rt

Rt = R1 + R2

I

U = U1 + U2

16

Serieschakelingen

Rekenvoorbeeld: R1 = 2 Ω R2 = 4 Ω U=18VHoe groot is de stroom en de spanning over elke weerstand?

I

18VI =

U

Rt

Rt = R1 + R2

U = U1 + U2

I = = = 3A

Serieschakelingen

Rekenvoorbeeld: R1 = 2 Ω R2 = 4 Ω U=18VHoe groot is de stroom en de spanning over elke weerstand?

U

Rt

Rt = R1 + R2 = 2 + 4 = 6ΩI

U = U1 + U2 = 6V + 12 V = 18 V

2 Ω

4 Ω

18V 18

6

U1 = I x R1 = 3A x 2Ω = 6V

U2 = I x R2 = 3A x 4Ω = 12V

17

Serieschakelingen

Over de weerstand R1 staat een spanning van 6 Volt

I

U = U1 + U2 = 6V + 12 V = 18 V

2 Ω

4 Ω

18V

U1 = I x R1 = 3A x 2Ω = 6V

U2 = I x R2 = 3A x 4Ω = 12V

V 6V

Serieschakelingen

Over de weerstand R2 staat een spanning van 12 Volt.Samen 18VBij serieschakelingen moeten we de deelspanningen optellen

I

U = U1 + U2 = 6V + 12 V = 18 V

2 Ω

4 Ω18V

U1 = I x R1 = 3A x 2Ω = 6V

U2 = I x R2 = 3A x 4Ω = 12V

V 12V

18

Serieschakelingen

Toepassing: We sluiten onze PA (1500 Watt) aan via een verlengsnoer van 20 meter.De weerstand van elk draadje is 0,5 Ω.

P = 1500 WU = 230 VRdraad = 0,5 Ω

U = 230 V Masterblaster 1500 W

draad 0,5 Ω

draad 0,5 Ω

Weerstand van kabels

De weerstand van een kabel kunnen we aflezen uit deze grafiek

De draaddoorsnede wordt opgegeven in mm2 (oppervlakte) of mm (diameter)

Installatiedraad heeft een doorsnede van 2,5 mm2 (kleur) od1,5 mm2 (zwart)

19

Serieschakelingen

De stroom I die door de kabel loopt is de stroom die een masterblaster opneemt uit het net. Normaal is die ongeveer 6,5 A . De masterblaster levert 1500 W, maar neemt in werkelijkheid meer op. Dit is slechts een rekenvoorbeeld.

P = 1500 WU = 230 VRdraad = 0,5 Ω


draad 0,5 Ω

draad 0,5 Ω

I=6,5 A

P =U x II = P / U = 1500 / 230 = 6,5 A

Serieschakelingen

De stroom heeft een spanning over de draad tot gevolg. Deze is 3 ,25V per draad

P = 1500 WU = 230 VRdraad = 0,5 Ω


draad 0,5 Ω

draad 0,5 Ω

I=6,5 A

Udraad = I x Rdraad =6,5 x 0,5 = 3,25V

V 3,25V

V 3,25V

20

Serieschakelingen

Over de masterblaster blijft een spanning over van 230 - 3,25 - 3,25 = 223,5 V. Niet zo spectaculair laag. Maar wat gebeurt er in de verlengkabel?

P = 1500 WU = 230 VRdraad = 0,5 Ω

Umasterblaster = 230 - 3,25 - 3,25 = 223,5 V

U = 230 V Masterblaster

draad 0,5 Ω

draad 0,5 Ω

I=6,5 A

V

223,5V

Serieschakelingen

In de kabel wordt in elke draad een vermogen opgewekt van ca. 21 Watt !! In totaal dus 42 Watt, het vermogen van een redelijke groeilamp.

P = 1500 WU = 230 VRdraad = 0,5 Ω

Pdraad = U x I =3,25 x 6,5 = 21,125 WattP kabelhaspel = 2 x 21,125 = 42,25 Watt


draad 0,5 Ω

draad 0,5 Ω

I=6,5 A

V 3,25V

V 3,25V

21

Serieschakelingen

Gebruiken we deze haspel in opgerolde toestand dan kan hij niet afkoelen en zal knap warm worden. In een warme omgeving kan hij zelfs smelten en zo kortsluiting maken.

Pdraad = U x I =3,25 x 6,5 = 21,125 WattP kabelhaspel = 2 x 24 = 42,25 Watt

Bij grote vermogens kabels afrollen

Serieschakelingen

Een ander voorbeeld. Een ingang van de mengtafel heeft een impedantie van 1,5 kΩDe microfoon (shure SM 57) levert een signaal van 50 mV en heeft een inwendige weerstand van 150 Ω. Hoeveel spanning komt op de ingang terecht?

Ingang mackie

Zi=1,5 kΩ

Ri=150 Ω

Impedantie (Z) is wisselstroomweerstand

50 mV

22

Serieschakelingen

Door de inwendige weerstand van de microfoon wordt de spanning verlaagd tot 45,5 mV . Een klein verschil. Met de gain regelaar kunnen we dit wel corrigeren.

Ingang mackie

Zi=1,5 kΩ

Ri=150 Ω

Oplossing: De vervangingsweerstand is: Rt = Ri + Rmackie = 150 + 1500 = 1650 Ω

Er loopt een stroom van: I = U / Rt = 50x10-3 / 1650 = 3,03 x 10-5 A

Op de ingang staat een spanning van: U = I x Rmackie = 3.03 x 10-5 x 1500 = 0,0455 V = 45,5 mV

50 mV

30µA

45,5 mV

Serieschakelingen

Nu gebruiken we een kabel met een slecht contact. Door een slechte soldering is er een zogenaamde overgangsweerstand van 750Ω. Hoe groot wordt nu de spanning op de ingang?

Ingang mackie

overgangsweerstand

Zi=1,5 kΩ

Ro=750 Ω

Ri=150 Ω

Slechte soldering

50 mV

23

Serieschakelingen

We zien dat de spanning op de ingang aanzienlijk daalt. Een lagere spanning is een kleiner signaal dat zachter klinkt. We kunnen nog wel iets met de gaininstelling doen, maar als de overgangsweerstand varieert zal het signaal steeds in sterkte variëren.

Ingang mackie

overgangsweerstand

Zi=1,5 kΩ

Ro=750 Ω

Ri=150 Ω

50 mV

Oplossing: De vervangingsweerstand is: Rt = Ri + Ro + Rmackie = 150 + 750 + 1500 = 2400 Ω

Er loopt een stroom van: I = U / Rt = 50x10-3 / 2400 = 2,08 x 10-5 A

Op de ingang staat een spanning van: U = I x Rmackie = 2.08 x 10-5 x 1500 = 0,03125 V = 31,25 mV

20,8 µA

31,25 mV

Parallelschakelingen

Bij Parallelschakeling van weerstanden gaat de spanning naar beide en splitst de stroom zich. Er is een voorbeeld gebruikt van 2 parallel geschakelde luidsprekers. Volg de draadjes en kijk of ze inderdaad parallel geschakeld zijn.

SpanningU

I 1 I 2

R1 R2

24


Bij Parallelschakeling van weerstanden gelden de bovenstaande formules en gegevens

SpanningU

I 1 I 2

R1 R2

I T De totale stroom splitst zich in twee (of meer) deelstromen. IT = I1 + I2

Over beide weerstanden staat dezelfde spanningU = U1 = U2

De vervangingsweerstand berekenen we met:1 / Rv = 1/R1 + 1/R2

Bij gelijke weerstanden:Rv = R / aantal weerstanden

I T

I 1 I 2


Voorbeeld: een versterker levert een spanning van 24V aan een luidsprekerbox met 2 parallelgeschakelde speakers van 8 en 4 Ω. Hoeveel stroom levert de versterker en welk vermogen komt uit elke luidspreker?

SpanningU=24V

I 1 I 2

R1 = 8Ω

I T

R2 = 4Ω

25


Voorbeeld: een versterker levert een spanning van 24V aan een luidsprekerbox met 2 parallelgeschakelde speakers van 8 en 4 Ω. Hoeveel stroom levert de versterker en welk vermogen komt uit elke luidspreker?

SpanningU=24V

I 1 I 2

R1 = 8Ω

I T

R2 = 4Ω

Eerst de vervangingsweerstand:

1/Rv = 1/R1 + 1/R2 = 1/8 + 1/4 = 1/8 + 2/8 = 3/8

Rv/1 = 8/3 = 2,67Ω

dan de stromen:

IT = U/Rv = 24/2,67 = 9A

I1 = U/R1 = 24/8 = 3AI2 = U/R2 = 24/4 = 6A

en de vermogens:

P1 = U x I1 = 24 x 3 = 72WP2 = U x I2 = 24 x 6 = 144W

Schakelingen

Nog een probleempje: kunnen we van 3 luidsprekers een fatsoenlijke luidsprekerbox bouwen? Bijvoorbeeld door ze als hierboven te schakelen.

SpanningU=24V

I 1 I 2

R1 = 8Ω R2 = 8Ω

I T

R3 = 8Ω

26

Schakelingen

Dat kan dus niet. Luidspreker R3 krijgt een vermogen van 32 Watt te verwerken en de andere luidsprekers elk slechts 8 Watt.

SpanningU=24V

I 1 I 2

R1 = 8Ω R2 = 8Ω

Eerst de vervangingsweerstand:

R1 en R2 (parallel) samen zijn 4ΩR3 erbij: 4 + 8 = 12Ω

IT = U / RT = 24 / 12 = 2A

U3 over R3 = IT x R3 = 2 x 8 = 16V

U1 = U2 = 24 - 16 = 8VI1 = U1/R1 = 8/8 = 1AI2 = U2/R2 = 8/8 = 1A

P3 = U3 x I3 = 16 x 2 = 32WP2 = U2 x I2 = 8 x 1 = 8WP1 = U1 x I1 = 8 x 1 = 8W

I T

R3 = 8Ω

Schakelingen

Nog eentje: Hoeveel luidsprekers van 8 Ω kan ik maximaal aansluiten op een versterker die niet zwaarder mag worden belast dan 2 Ω?

R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ωminimaal 2 Ω

?

27

Schakelingen

Vier luidsprekers is dan het maximale aantal. Sluiten we er meer aan dan wordt de totale weerstand te laag, de stroom te hoog en zal de versterker het niet meer kunnen trekken en mogelijk kapot gaan.

R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ω R = 8Ωminimaal 2 Ω

X X

De vervangingsweerstand bij gelijke weerstanden is: Rv = R/aantal

Rv mag niet kleiner dan 2Ω

aantal is dan maximaal 4 want 8/4=2

Vragen?

28

Bedankt!

Technologie 1 - FC-Sprint² Bronnenbedrijf |...

Documents

Transcript of Technologie 1 - FC-Sprint² Bronnenbedrijf |...