Elektriciteitsleer en elektronica

Op deze pagina staat een vorm van basiscursus elektriciteitsleer en elektronica. Dit kunt u gebruiken als beginnerscursus of als naslagwerk. Tevens staan hier de werking van veel componenten beschreven. Als kind had ik elektronica als hobby, ik haalde alles wat ik kon krijgen uit elkaar en verzamelde de onderdelen. Na het bouwen van de eerste buizenversterker en een paar aardige opdonders ontdekte ik de digitale techniek. Ik bouwde mijn eigen meetapparatuur, voeding en mengpaneel en ik soldeerde wat af in mijn hoekje van de schuur, later heb ik nog MTS elektro gedaan. Mijn eerste ICT baan was als embedded programmeur waarbij ik ook veel elektronica schakelingen ontworpen heb, ik vond dit een hele leuke tak van werk waarbij ik mijn kennis van elektronica kon combineren met mijn kennis van programmeren. Nu ben ik op latere leeftijd weer druk bezig met elektronica als hobby en de oude kennis over elektriciteitsleer en elektronische componenten komt nog steeds van pas. Op deze pagina probeer ik iets van deze basiskennis te beschrijven. Vriendelijke groet,


Wat is elektriciteit

elektronenVoor we beginnen moet ik eerste even uitleggen wat elektriciteit is. Elke stof bestaat uit hele kleine bouwstenen die we atomen noemen. Deze atomen bestaan uit een kern van protonen en neutronen waar elektronen in een baan omheen cirkelen. De kern is positief geladen en de elektronen zijn negatief geladen. Nu kan het voorkomen dat er in een stof zogenaamde vrije elektronen voorkomen, dit zijn elektronen die niet meer bij een bepaald atoom horen. Deze vrije elektronen vormen de elektrische stroom. Alle atomen streven naar een evenwicht van elektronen en protonen, wanneer er in een deel van de stof een overschot aan elektronen is zullen deze zich dan ook in de richting van een tekort aan elektronen bewegen. Deze beweging noemen we elektrische stroom. Wanneer we een batterij bekijken dan hebben we aan de kant van de minpool een enorm overschot aan elektronen en aan de kant van de plus een enorm tekort aan elektronen. De mate van overschot noemen we elektrisch spanning. Hoe groter het verschil tussen het overschot en het tekort aan elektronen, hoe hoger de elektrische spanning.

Wanneer we nu een geleider (bijvoorbeeld een koperdraad) tussen de plus en de min plaatsen, zullen de elektronen door de elektrisch geleidende draad, van het overschot naar het tekort gaan stromen. Dit noemen we elektrische stroom. Wanneer de draad een goede geleider is (wanneer er makkelijk elektronen doorheen kunnen) zal er een grote stroom lopen, wanneer de elektronen maar moeilijk door de draad heen kunnen en weerstand ondervinden, zal er een kleinere stroom lopen.

Er zijn stoffen (zoals koper) die zeer goed geleiden, stoffen die totaal niet geleiden (zoals rubber) en stoffen die half geleiden zoals silicium) . Dit noemen we geleiders, isolatoren en halfgeleiders. De dikte van de geleider bepaalt ook hoeveel stroom er doorheen kan lopen. We kunnen dit vergelijken met een waterslang, door een dunne tuinslang kan een beperkte hoeveelheid water stromen, maar door een dikke brandweerslang kunnen vele liters per seconde stromen.

Elektrische spanning is dus een verschil tussen een overschot en een tekort aan elektronen en een elektrische stroom is de stroom van elektronen door een geleider van het overschot naar het tekort.

Elektrische stroom, spanning en vermogen

stroomkringElektrische stroom
Een spanningsbron zoals een batterij of een accu heeft altijd twee zogenaamde "polen", een pluspool en een minpool. Aan de kant van de pluspool is er een tekort aan elektronen en aan de kant van de minpool is er een overschot aan elektronen. Wanneer er bijvoorbeeld een lampje op de spanningsbron wordt aangesloten, dan ontstaat er voor de elektronen een "route" tussen de minpool en de pluspool. Aangezien de elektronen van het gebied met het overschot naar het gebied met het tekort willen, zullen ze via de draden, door de lamp en de gloeidraad van de minpool naar de pluspool stromen. We spreken in zo’n geval over een elektrische stroom. De stroom loopt dus feitelijk van de minpool naar de pluspool maar aangezien men meer dan honderd jaar geleden niet beter wist en heeft afgesproken dat de elektrische stroom van de pluspool naar de minpool loopt heeft men deze afspraak niet meer willen veranderen. Het maakt voor de werking van schakelingen ook niet echt uit.

stroomkring schemaSchema
Om elektrische schakelingen eenvoudig en overzichtelijk te tekenen heeft men alle elektrische bouwstenen een apart symbool gegeven. De bovenstaande tekening kan men op deze wijze in een net schema weergeven, links ziet u het symbool voor de spanningsbron en links het symbool voor een lamp. De pijl geeft de stroomrichting aan van plus naar min. In het schema is er een lampje op een spanningsbron aangesloten waardoor er door de stroomkring een elektrische stroom loopt. De eenheid stroomsterkte geeft aan hoe groot deze stroom is en deze stroomsterkte drukken we uit in ampère. In formules gebruikt men voor de stroomsterkte de hoofdletter I (van Intensiteit). Een belangrijk feit is dat de stroomsterkte op elk punt van de stroomkring gelijk is.

Elektrische spanning
Wanneer we nog eens kijken naar het schema met de spanningsbron en het lampje lopen er elektronen door het lampje in de richting van het overschot naar het tekort. De grootheid ‘spanning’ geeft aan hoe groot het verschil tussen het overschot en het tekort van elektronen is. De spanning heeft volt als eenheid, we kunnen bijvoorbeeld zeggen dat in het bovenstaande schema de elektrische spanning zes volt is. De letter die we in formules gebruiken voor de elektrische spanning is de hoofdletter U wat afkomstig is van het Latijnse woord “Urgere” wat duwen betekent. We kunnen dus zeggen dat de elektrische spanning OVER het lampje zes volt is en de elektrische stroom DOOR het lampje een half ampère is. Ook kunnen we stellen dat elektrische spanning de oorzaak van elektrische stroom is.

Elektrisch vermogen
Wanneer een elektrische spanning een elektrische stroom veroorzaakt zal elektrische vermogen verbruikt worden, de elektrische energie zal omgezet worden in warmte, licht of beweging. De voltampère (VA) is de elektrische eenheid die gebruikt wordt voor het elektrisch vermogen die we in formules aanduiden met de hoofdletter P. Nu kunnen we onze eerste elektrische formule gebruiken: P = U * I (vermogen is gelijk aan het product van spanning en stroom). De letter U staat voor de elektrische spanning en heeft de eenheid volt, de letter I staat voor de elektrische stroom en heeft de eenheid ampère, de letter P staat voor het elektrische vermogen. De voltampère is bij een gelijkspanning gelijk aan de watt (W), bij wisselspanning moet dit nog eerst vermenigvuldigd worden met de arbeidsfactor (cos f).

Serie een parallel schakeling

serie of parallelHet is mogelijk twee batterijen in serie of parallel aan te sluiten. Bij het serieel (dus achter elkaar) aansluiten kan men de spanning van beide batterijen (van gelijke spanning) bij elkaar optellen. De totale spanning zal dus toenemen en hierdoor zal ook (bij dezelfde geleider) de stroomsterkte toenemen. Wanneer twee batterijen (van gelijke spanning) parallel geschakeld worden, zal de totale elektrische spanning niet toenemen maar, zal het wel langer duren voor de batterijen leeg zijn. Het totale elektrisch vermogen in tijd zal dus toenemen. Let er wel op bij parallel schakelen van spanningsbronnen dat alle spanningsbronnen dezelfde spanning hebben!

serie of parallelWe kunnen natuurlijk ook de lampjes in serie of parallel zetten, bij parallel zetten van twee (gelijke) lampjes zal er twee keer zoveel stroom door de gehele schakeling lopen en zal de spanning over beide lampjes de totale spanning zijn. Bij serieschakeling van twee (gelijke) lampjes zal er minder stroom gaan lopen omdat de totale weerstand is toegenomen maar ook over elk van beide lampjes de helft van de voedinspanning staan. Dit is een zeer belangrijk effect wat we bij weerstanden ook weer tegen zullen komen.

Wisselspanning

wisselspanningNaast gelijkspanning bestaat er ook wisselspanning en hiervoor wordt vaak de afkorting AC gebruikt wat staat voor Alternating Current. AC spanningsbronnen hebben geen positieve en negatieve polen, de polariteit wisselt steeds met een bepaalde frequentie. Het bekende stopcontact in ons huis levert wisselspanning met een voltage van 230 volt en een frequentie van 50 Hertz. De polariteit van de spanning (plus en minpool) worden telkens omgedraaid in het tempo van de frequentie. Het grote voordeel van wisselspanning is dat het met behulp van een transformator omhoog of omlaag getransformeerd kan worden. Hierdoor kan er ook hoog vermogen over lange afstanden (hoogspanningsleidingen) vervoerd worden. Een wisselspanning kan worden opgewekt door een magneetveld in een spoel te bewegen zoals in een dynamo of generator. Maar ook de elektrische opslag en vervoer van geluid en muziek bestaat uit wisselspanning omdat de trilling van geluid in een elektrische trilling kan worden omgezet. De wisselspanning van ons energienet is min of meer sinusvormig en de piekspanning is hoger dan effectieve waarde van de spanning. Het voltage van de netspanning is ongeveer 230 V maar het piekvoltage van de netspanning is varieert dus tussen - 325 V en 325 V. Het is belangrijk om te weten dat gelijkspanning en wisselspanning zich soms totaal verschillend gedragen in elektronische schakelingen. Wisselspanning is door middel van een gelijkricht schakeling weer eenvoudig om te zetten in gelijkstroom.

Weerstand en de wet van Ohm

De stroomsterkte I door een elektrisch apparaat of component loopt hangt af van de spanning U, verhoog je de spanning, dan zal ook de stroomsterkte toenemen. De stroomsterkte hangt ook af van het apparaat of component zelf, de elektrische stroom ondervindt namelijk een weerstand in het apparaat of component. Hoe groter de weerstand des te kleiner de stroomsterkte zal zijn. In een schakelschema geven we een weerstand schematisch weer als een rechthoekig blokje (vroeger gebruikte men ook een driehoekig gekartelde lijn). De weerstand wordt in de eenheid "ohm" uitgedrukt. In formules gebruiken we de hoofdletter R als symbool voor weerstand. De letter R is een afkorting voor het Engelse woord resistance dat weerstand betekent. De Griekse letter Ω (omega) is een korte schrijfwijze voor ohm. De verhouding tussen spanning, weerstand en stroomsterkte bepalen we met de wet van Ohm. Hierbij gebruiken we de hoofdletter U voor spanning (volt), de hoofdletter I voor stroomsterkte (ampère) en de hoofdletter R voor weerstand (ohm).wet van Ohm

  U = I * R    ( spanning = stroomsterkte * weerstand )  
  I = U / R    ( stroomsterkte = spanning / weerstand )  
  R = U / I    ( weerstand = spanning / stroomsterkte )  

Er is dus een vaste relatie tussen spanning, weerstand en stroomsterkte en wanneer we twee van deze drie waarden weten of gemeten hebben, kunnen de derde waarde berekenen.

Weerstanden en vermogen
Wanneer er stroom door een weerstand loopt zal deze ook warm worden, de weerstand verstookt dus energie. Bij hele kleine stromen zal dit amper meetbaar zijn, maar bij hogere spanning en grotere stroom is dit wel iets om rekening mee te houden. Het vermogen van de energie die de weerstand verbruikt is te berekenen door de formule W = U * I dus vermogen in Watt is spanning U maal stroomsterkte I. Even een voorbeeld, bij een spanning van 12 Volt loopt er door een 100 Ohm weerstand een stroom van 0,12 Ampère. Het vermogen is dan 12 * 0.12 = 1,44 Watt. Dit is voldoende om de weerstand redelijk warm te laten worden en we moeten dan ook tenminste een 2 Watt weerstand gebruiken. Een 1 Watt weerstand (of lager) zou vrij snel in rook opgaan, het is verstandig de weerstanden altijd ruim te bemeten in vermogen. Dit gaat vooral op voor weerstanden in voedingen, stroombronnen en eindversterkers. Omdat weerstanden, behalve in veel verschillende waarden ook nog in verschillende vermogens bestaan, heb ik ook meerdere assortiment bakken met weerstanden op voorraad.

Weerstanden reeksen
We kunnen niet zomaar elke weerstandwaarde kopen, we moeten kiezen uit een reeks zoals de goedkope E12-reeks. De E12-reeks heeft de volgende waarden: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 waarbij elke waarde in een macht van 10 te koop is. Zo kunnen we weerstanden kopen van 12, 120, 1200, 12000 Ohm enz. Wanneer we tussenliggende waarden willen hebben moeten we of een weerstand uit een andere (lees duurdere) reeks kiezen of deze weerstandwaarde zelf maken door meerdere weerstanden in serie of parallel te zetten. Hoe dit werkt leg ik verderop uit. De reden voor de vreemde reeks van E12 is dat deze weerstanden een afwijking hebben van maximaal 10 procent, bij elke weerstand is de maximumwaarde van een weerstand nagenoeg gelijk is aan de minimumwaarde van de volgende weerstand in de reeks, en zo is deze reeks ontstaan. De E12 is de meest gebruikte reeks en wanneer de nauwkeurigheid niet zo belangrijk is kunt u deze reeks prima gebruiken. Wanneer u wel iets nauwkeurigheid wil kunt u met een universeelmeter de meest nauwkeurige weerstand uit een aantal kiezen.

kleurcodes weerstandenWeerstanden kleurcodes
Wanneer we naar een weerstand kijken dan staan er meerdere gekleurde ringen op die de weerstandswaarde en de tolerantie aangeven. Elke kleur geeft een cijfer aan en de kleur van de tolerantie geeft aan vanaf welk kant we moeten lezen. Er bestaan kaarten met draaischijven en tabellen om weerstandwaarden te ontcijferen en zelf apps waarmee u dit kunt doen. Voor de mensen die het uit het hoofd willen doen bestaat er al zeer lang een ezelsbruggetje om de volgorde van de kleuren te onthouden. Elke woord in deze zin begint met de kleur, de zin is: Zij brengt rozen op gerrits graf bij vies grijs weer. De meest voorkomende goedkope koolweerstanden hebben vier ringen, de waarde van de eerste twee ringen zijn de cijfers en de derde ring geeft de macht van tien aan. De vierde ring geeft de tolerantie aan. Een weerstand met de kleuren Bruin Zwart Groen Zilver heeft een waarde van 10 en 10 tot de macht 5 ohm wat neerkomt op 1MO en een tolerantie van 10%. Meer nauwkeurigere (en duurdere) metaalfilmweerstanden hebben vaak vijf ringen waarbij we de eerste 3 waarden als cijfers achter elkaar zetten en de vierde ring de macht van 10 is. De vijfde ring is hier de tolerantie.

weerstanden in serieWeerstanden in serie
Wanneer we 2 (of meerdere) weerstanden in serie plaatsen zal de totale weerstandwaarde de som van alle weerstandswaarden zijn. Een 1K weerstand en twee 500 Ohm weerstanden zullen samen dus een 2000 Ohm weerstand vormen. De totale stroom door alle weerstanden zal gelijk zijn, in ons geval is dit dus I = U / R 6 / 2000 = 0,003 A (30 mA). De spanning die over de weerstanden staat zal zich verhouden als de verhouding van de afzonderlijke weerstandswaarden. In dit voorbeeld staat over de eerste weerstand dus U = I * R is 500 * 0,003 = 1,5 Volt. Over de tweede weerstand van 500 Ohm staat dus dezelfde spanning en over de weerstand van 1000 Ohm staat dus een spanning van 1000 * 0.003 = 3 Volt. Alle spanningen bij elkaar zijn weer samen 6 Volt. Dit noemen we een spanningsdeler, deze kunnen we bijvoorbeeld toepassen wanneer we een 5V uitgang op een 3V ingang willen aansluiten, de weestand combinatie 3K en 2K weerstand zal dit dus doen. Probeer dit eens zelf na te rekenen.

weerstanden parallelWeerstanden parallel
Wanneer we twee (of meerdere) weerstanden parallel plaatsen dan zal de totale weerstandwaarde iets complexer zijn. De formule is 1 / ((1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3)) en in ons geval zal dit dus (1 / 300) + (1 / 300) + (1 / 300) = 0,001 maakt 1 / 0,001 = 100 Ohm. De totale waarde is altijd lager dan de laagste waarde van de weerstanden die parallel staan, dit is handig voor controle van de berekening. De spanning over alle weerstanden zal gelijk zijn aan de totale spanning, de stroom door elke weerstand is gelijk aan I = U / R en zal in ons geval dus 0,02 A per weerstand zijn en de totale stroom door deze schakeling zal dus 0,02 + 0,02 + 0,02 = 0,06 A zijn. Door weerstande parallel te zetten kunnen we dus elke weerstandwaarde (totaal weerstand waarde) maken, waardoor we vreemde tussenwaarden die niet in de reeks voorkomen, heel nauwkeurig kunnen maken. Wanneer we meerdere weerstanden parallel schakelen kunnen we het vermogen van alle weerstanden bij elkaar optellen. Wanneer we dus vier 1/4 Watt weerstanden parallel zetten dan is het totaal ineens een 1 Watt weerstand. (Omdat de stroom en dus het vermogen verdeeld zal worden over alle weerstanden).

Het wordt nog leuker wanneer we meerdere weerstanden parallel en in serie gaan zetten (door elkaar heen) en dan komt de Wet van Kirchhoff om de hoek kijken, maar dat gaat iets te ver voor nu. De bovenstaande formules gaan dan nog steeds op maar dan worden ze wel iets complexer.

Bijzondere weerstanden

LDR weerstandLDR of Lichtgevoelige weerstand
Een lichtgevoelige weerstand of LDR (Light Dependent Resistor) is een weerstand waarvan de weerstandwaarde beïnvloed wordt door de hoeveelheid licht die erop valt. De weerstandswaarde van een LDR wordt kleiner als der meer licht op valt. De weerstand in donker is meestal zo'n 1-10 M? en de weerstand in licht 75-300 ?. LDR's reageren wel redelijk traag (enige honderden milliseconden) waarmee we wel rekening moeten houden wanneer we ze in een regelcircuit toepassen. Ze zijn erg stevig, kunnen redelijk hoge spanningen aan, ze zijn erg goedkoop maar ze verouderen wel binnen een jaar of tien. Tegenwoordig worden meestal fotodioden toegepast in plaats van LDR's.

NTC weerstandNTC of Temperatuurgevoelige weerstand
Een NTC-weerstand heeft een Negatieve Temperatuur Coëfficiënt, waardoor de weerstand afneemt als de temperatuur toeneemt. De NTC kan gebruikt worden om temperatuur mee te meten, waarbij wel een omrekening moet plaatsvinden omdat ze een niet-lineaire karakteristiek hebben. Ook is het meetbereik niet zo groot, meestal zo tussen -40 tot 150 °C. Ze worden ook wel ingezet voor bijvoorbeeld thermische beveiliging van eindversterkers en voedingen. Maast de NTC bestaat er ook een PTC dit is een weerstand met een positieve temperatuurcoëfficiënt, dit betekent dat de elektrische weerstand sterk toeneemt als de temperatuur toeneemt. Zowel de NTC als de PTC behoren tot de thermistors.

VDR weerstandVDR of Spanningsafhankelijke weerstand
Een spanningsafhankelijke weerstand (Voltage Dependent Resistor) is een weerstand waarvan de waarde varieert met de spanning die wordt aangelegd over de weerstand. We noemen dit component ook wel varistor. Een VDR wordt regelmatig toegepast voor het beveiligen van gevoelige elektronische apparatuur om gevaarlijke spanningspieken af te leiden. Het spreekt voor zich dat voor deze weerstand de wet van Ohm niet opgaat.

Potentiometer ofwel regelbare weerstand

PotentiometerEen potentiometer, ook wel potmeter genoemd, is een instelbare spanningsdeler, waarbij de verhouding tussen de twee weerstandswaarden en de midden aftakking tussen 0 en de maximale waarde ingesteld kan worden. Potentiometers zijn er in vele uitvoeringen, veel mensen kennen de potentiometer als draaiknop voor bijvoorbeeld de volumeregeling. Maar op mengpanelen zien we ook vaak de combinatie van draaipotmeters en langwerpige schuifpotmeters. Maar op printplaten zien we ook vaak de zogenaamde instelpotmeters die met een schroevendraaier ingesteld kunnen worden. Een potmeter bestaat meestal uit een rechte of ronde plaat met een weerstandbaan waar een sleepcontact overheen loopt, die op deze wijze de weerstandbaan in twee delen opsplitst. Zo ontstaat dus een weerstand aan weerszijde van de aftakking die kan veranderen door het sleepcontact te verplaatsen. Er bestaan ook stereo potmeters waarbij er twee weestandbanen aan één as of schuif gemonteerd zijn.

Er bestaan zowel lineaire als logaritmische potmeters, een lineaire potmeter heeft een weerstandsbaan die gelijkmatig meeloopt met de afstand van het schuifcontact, een logaritmische potmeter heeft een weerstandsbaan niet gelijkmatig maar logaritmisch oploopt. De logaritmische potmeter wordt vooral gebruikt als volumeregelaar omdat de gevoeligheid van het menselijk oor ook logaritmisch is. Instelpotmeters zien we vaak op een print en dienen vooral voor het afregelen van een schakeling zoals het instellen van een spanningsbron, stroombron of versterkingsfactor. Ook kan een instelpotmeter bijvoorbeeld gebruikt worden om een referentiespanning te regelen waarmee de gevoeligheid van een sensor (vaak de drempelwaarde waarbij een achterliggende schakeling gaat reageren) ingesteld kan worden. Ook bij potentiometers is het vermogen belangrijk, ook hierbij kennen we verschillende vermogens. Er bestaan bijvoorbeeld draadpotmeters waarbij de weerstandbaan opgebouwd is door een zeer lange draadwikkeling waar het sleepcontact overheen loopt die een redelijk hoog vermogen hebben en waar dus een redelijk hoge stroom doorgeen kan lopen. Toch is het niet verstandig om grotere vermogens met een potmeter te regelen, maar in plaats daarvan een regelschakeling of PWM schakeling te gebruiken die het kleine vermogen van de potmeter omzetten in een regelbaar groter vermogen.

In een schema ziet u ook regelmatig dat de midden aftakking met een van de buitenste aftakkingen verbonden is waardoor de potentiometer nog maar twee aansluitingen heeft en hiermee een echte variabele weestand is geworden.

Condensator

condensatorEen condensator is een elektrische component dat elektrische lading kan opslaan. De condensator is opgebouwd uit twee geleiders met een grote oppervlakte die zich dicht bij elkaar bevinden en gescheiden zijn door een niet-geleidend materiaal of vacuüm. Wat er tussen de twee platen zit noemen we het diëlektricum. Wanneer de ene geleider positief geladen wordt ten opzichte van de andere verplaatsen de elektronen naar zich naar positief geladen geleider en na het wegvallen van deze spanning zal dit ladingverschil in de condensator blijven zitten tot het zich (net als bij een batterij) weer kan ontladen door een stroom te laten lopen tussen beide polen. Condensatoren worden veel gebruikt in elektronische schakelingen, bijvoorbeeld om gelijkstroom te blokkeren maar wisselstroom door te laten, bepaalde frequenties van wisselspanning te filteren, spanningsschommelingen af te vlakken (zoals in een gelijkrichter), in trillingskringen om bepaalde frequenties te genereren, als timer. Ook is een belangrijke functie van condensatoren het wegfilteren van stoorsignalen die kunnen ontstaan bij bijvoorbeeld elektromotoren. Een bekend voorbeeld hiervan waren de bekende ontstoorsetjes voor autoradio’s.

De capaciteit van een condensator geven we aan in de eenheid Farad en deze is afhankelijk van de afstand tussen de geleiders en de oppervlakte van de platen. In de praktijk laat het diëlektricum toch een kleine lekstroom door en wanneer een te hoge spanning aangesloten zal worden kunnen condensatoren doorslaan. Een bekende grap is de zevenklapper, zeven condensatoren met verschillende waarden die tegelijk op een hoge spanning aangesloten worden, deze zullen een voor een uit elkaar spatten. Naast de capaciteit geven condensatoren ook de maximale gebruikspanning aan. Er bestaan ook veel verborgen condensatoren zoals kabels met meerdere aders, om dit op te lossen worden de meerdere aders vaak vervlochten zodat de capaciteit minimaal is. Lange kabels kunnen dus onbewust ook als condensator werken en zo binnen bijvoorbeeld audiotechniek onbedoelde bijwerkingen veroorzaken.

Een belangrijke variant van de condensator is de zogenaamde de elektrolytische condensator (elco). Daar waar een normale condensator geen polariteit kent (en dus beide kanten op kan worden aangesloten) heeft een elektrolytische condensator wel een plus en een min kant. Het diëlektricum wordt gevormd door aluminiumoxide op een van beide platen, dit is extreem dun waardoor de capaciteit zeer hoog is. Een nadeel is dat wanneer de spanning wordt omgekeerd, het diëlektricum vrij snel afgebroken zal worden waarna er een kortsluiting ontstaat. Let dus bij het monteren van elco's altijd goed op de polariteit.

kleurcodes condensatorenWaarde aanduiding met kleuren
Bij grotere condensatoren wordt de capaciteit op de behuizing vermeld in tekst, bijvoorbeeld 220 µF, (micro Farad) maar vroeger werden voor de waarde van condensatoren ook nog kleurcodes gebruikt waardoor een printplaat vaak een leuk geheel van vrolijke kleurtjes was. Voor condensatoren is het systeem bij de eerste drie banden (geteld vanaf de bovenkant of buitenkant van de condensator) gelijk aan dat van de weerstand. De eerste band geeft de tientallen, de tweede band de eenheden en de derde band de vermenigvuldigingsfactor (macht van 10) aan in picofarad. Net als bij weerstanden kan een vierde band de tolerantie weergeven en een vijfde band de maximaal toegelaten spanning.

Waarde aanduiding met cijfers
Op SMD en kleine condensatoren wordt de capaciteit in cijfers op de behuizing gedrukt mat daarachter de eenheid (1,2 nF), wanneer de de eenheid niet vermeld staat, is de eenheid altijd in picofarads. Bij alleen twee cijfers is de waarde in picofarads gegeven, wanneer er alleen drie cijfers staan dan is het derde cijfer de vermenigvuldigingsfactor. Bijvoorbeeld een condensator met de opdruk 103 heeft een capaciteit van 10 met drie nullen erbij (10.000 pF) wat neerkomt op 10 nF. Hier volgen nog een paar voorbeelden:
12 = 12 pF
120 = 12 pF
121 = 120 pF
122 = 1.200 pF = 1,2 nF
123 = 12.000 pF = 12 nF
124 = 120.000 pF = 120 nF
125 = 1.200.000 pF = 1µ2)
126 = 12.000.000 pF = 12µ)

Serie en parallel schakeling
Wanneer we condensatoren serie of parallel plaatsen zal het effect precies omgekeerd zijn van weerstanden, wanneer we twee condensatoren parallel schakelen kunt u de waarde van de capaciteit bij elkaar optellen. Wanneer we twee condensatoren in serie plaatsen (wat ik overigens nog nooit ben tegengekomen) dan gaat dezelfde formule op als bij weerstanden die parallel geplaatst zijn, de totale capaciteit C zal 1 / ((1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)) zijn. Parralel schakelen van condensatoren komt regelmatig voor wanneer we de grote waarden niet op de plank hebben liggen. Bovendien zijn grote condensatoren relatief duur.

Spoel

spoelEen spoel is in de elektrotechniek de tegenhanger van de condensator en het bestaat uit een wikkeling van een geleider (meestal koperdraad) op een spoelvorm. Wanneer er een elektrische stroom door een draad heen loopt, wordt er een magnetisch veld opgewekt en wanneer deze draad om een buis gewikkeld is dan wordt het magnetische veld gebundeld. Wanneer de kern van de spoel uit een magnetiseerbaar materiaal (weekijzer, ferriet) bestaat zal de bundeling van het opgewekte magnetisme sterk vergroot worden. Maar ook omgekeerd zal de spoel een veranderlijk magnetisch veld omzetten in een elektrische spanning, dit gebruiken we in dynamo’s, generatoren maar ook transformatoren.

Binnen de elektrotechniek worden spoelen met veel gebruikt voor filtering van storende signalen van apparaten, zoals elektromotoren en tl-verlichting. Ook worden ze gebruikt voor resonantiekringen voor het opwekken van een wisselspanning van een bepaalde frequentie maar ook in de ontvanger van een radio om juist een bepaalde radiofrequentie te filteren. Ook kunnen twee spoelen gekoppeld worden waardoor het veroorzaakte magnetische veld in de andere spoel weer een spanning veroorzaakt. Dit noemen we een transformator en door de verhouding van de wikkelingen kan spanning hiermee ook omhoog of omlaag getransformeerd worden. Spoelen worden ook vaak gebruikt voor het omzetten van elektrische energie naar mechanische beweging zoals in deurbellen, elektromotoren, relais, luidsprekers, microfoons en gitaarelementen.

Halfgeleiders

Voor ik verder ga wil ik eerst even iets uitleggen over het fenomeen halfgeleiders. Het gedrag van een halfgeleider zit tussen dat van een geleider en een isolator in, alleen onder bepaalde omstandigheden kan een halfgeleider stroom geleiden. Hierdoor zijn halfgeleiders (zoals silicium) heel geschikt om allerlei elektronische componenten te maken zoals diodes, transistoren maar ook zelfs complexe chips. Een typisch halfgeleidermateriaal is silicium waarbij de atomen een matrix vormen (een soort rooster) waarbij een elektron van een atoom naar een buuratoom kan springen waarbij het een gat en positief ion achterlaat dat weer gevuld kan worden door een ander elektron. halfgeleiderDit matrix van kan veranderd worden door 'verontreinigingen' in het (zuivere) silicium aan te brengen waarbij de verontreiniging de elektrische eigenschappen zal beïnvloeden. Een verontreiniging met 1 elektron teveel (zoals met fosfor) zorgt voor een overschot aan elektronen en dit noemt men N-type silicium, het omgekeerde is P-type silicium.

Een PN-junctie wordt gevormd wanneer een stukje P-type silicium naast een N-type in hetzelfde kristal wordt gemaakt. Wanneer we een externe spanning aansluiten op de PN-junctie zal de stroom in één richting wel worden doorgelaten en in de omgekeerde richting niet. Er ontstaat een zogenaamde diode, een PN-junctie met twee contacten die de elektrische stroom dus maar in één richting doorlaat. Door middel van twee PN-juncties kan men een transistor maken waarmee we stroomsterkte kunnen versterken of schakelen. Op de moderne chips zijn complete elektronische schakelingen geëtst door middel van een enorm aantal PN –juncties.

Diode

diodeschemaHierboven beschreven we al kort de diode, een elektronisch onderdeel dat de elektrische stroom zeer goed in één richting geleidt, maar niet in de andere richting. De geleidende richting noemen we de doorlaatrichting en de andere richting de sperrichting. Maar ook in de doorlaat richting van een diode gaat pas stroom lopen als de spanning een bepaalde waarde heeft bereikt, deze doorlaatspanning is afhankelijk van het type diode. Diodes worden ook gebruikt in gelijkrichters voor het omzetten van een wisselstroom in een gelijkstroom omdat ze maar één fase van de wisselspanning zullen doorlaten. De eerste diodes waren radiobuizen in de vorm van een vacuümdiode, deze worden tegenwoordig amper nog gebruikt, de meeste diodes zijn tegenwoordig halfgeleiderdiodes. Een halgeleider diode bestaat uit een N-gedoteerd gebied dat direct grenst aan een P-gedoteerd gebied waardoor er een PN-overgang ontstaat met de diode eigenschap.

Sommige diodes kunnen ook licht produceren en deze heten LED (Light Emitting Diode). Elke halfgeleider diode produceert licht, maar dit is bij gewone diodes zo klein dat de uitgezonden energie een zodanig lange golflengte heeft dat het licht niet meer zichtbaar is voor het menselijke oog. Maar ook dit licht kan gebruikt worden in zogenaamde infrarood led die we kunnen vinden in allerlei afstandsbedieningen. Bij een led is de terugval van de elektronen groot genoeg om zichtbaar licht uit te zenden. Daarnaast kennen we nog enkele andere type diodes met bijzondere eigenschappen. De lawinediode wordt in sperrichting gebruikt als overspanning beveiliging, de zenerdiode gedraagt zich in doorlaatrichting als een normale diode, maar in sperrichting kan hij boven een bepaalde spanning óók gaan geleiden, deze diode gebruikt men vaak om een spanning te regelen in een voeding, de fotodiode voert in sperrichting een lekstroom die afhankelijk is van de hoeveelheid licht die erop valt en kan daardoor als lichtdetector gebruikt worden. Een halfgeleiderdiode kan in doorlaatrichting gebruikt worden als temperatuursensor maar deze is niet erg nauwkeurig. In de praktijk komen een combinatie van diodes ook regelmatig voor zoals een infrarood led en een infrarood gevoelige diode in één behuizing als detector of als lichtsluis om beweging te detecteren.

brugcelEen speciale opstelling van vier diodes die beide halve periodes van een wisselspanning kunnen omzetten in een pulserende gelijkspanning, noemt men een bruggelijkrichter. Deze opstelling van diodes kan men ook in één enkel component kopen en deze komen voor in gelijkrichtschakelingen van een voeding. De diodes zullen de wisselspanning omzetten in een pulserende gelijkspanning die door middel van een condensator afgevlakt kan worden tot een echte gelijkspanning. De kleine wisseling die er soms nog op blijft staan noemen we de rimpelspanning. Meestal zullen we deze "ruwe" gelijkspanning daarna door middel van een spanningsregelaar omzetten in een "nette" gelijkmatige vaste gelijkspanning. Deze spanningsregelaars zijn tegenwoordig ook als één enkel component verkrijgbaar.


Met de tot nu toe opgedane kennis zou u het onderstaande eenvoudige schema van een netvoeding moeten kunnen begrijpen. schema van een eenvoudige voeding

Transistor

transistor schemaDe transistor is een zogenaamd halfgeleidercomponent in de elektronica en het dient vooral om elektronische signalen te versterken of te schakelen. De transistor is daarnaast ook de fundamentele bouwsteen van computers en vele andere elektronische schakelingen. Al in 1947 ontdekten John Bardeen en Walter Brattain in Bell Labs van AT&T in de Verenigde Staten dat wanneer elektrische contacten aan een germaniumkristal werden bevestigd, de elektrische stroom aan de uitgang groter werd afhankelijk van een kleine ingangsstroom. De eerste op silicium gebaseerde transistor werd geproduceerd door Texas Instruments in 1954. Er zijn twee soorten transistoren, de oorspronkelijke bipolaire transistor, en de veldeffecttransistor (FET). De bipolaire transistor wordt aangestuurd door middel van een stroompje en de veldeffecttransistor door middel van een spanning. Elk type heeft ook weer twee constructies, afhankelijk van het n of het p-gedoteerd materiaal. Voor bipolaire transistoren zijn er PNP en NPN uitvoering en van de FET's zijn er n en de p kanaal uitvoeringen. Bij deze twee (PNP/NPN) uitvoeringen zijn de stromen en spanningen tegengesteld van elkaar. Transistoren hebben drie aansluitingen met een eigen naam en functie. Voor een bipolaire transistor zijn dat: de basis (afgekort B), de emitter (E) en de collector (C). Voor een veldeffecttransistor zijn de aansluitingen: gate (G), source (S) en drain (D).

transistor schema 2Een transistor kan uit zichzelf geen stromen of spanningen opwekken, wel kan het stromen versterken. De werking is als volgt, in rusttoestand zal er tussen de emitter en de collector geen stroom lopen omdat er eigenlijk twee diodes in tegengestelde richting in serie staan. Wanneer we een kleine stroom laten lopen vanaf de basis zal er ineens wel een stroom gaan lopen tussen de emitter en de collector die een veelvoud van de basisstroom zal zijn. Op deze wijze is de transistor dus op te vatten als een stroomversterker. De mate van versterking kan afhankelijk van het type transistor tussen 20 en 800 zijn. Er is echter een maximum aan de grootte van stroom en wanneer deze bereikt is dan is de transistor in verzadiging. Wanneer we de basisstroom laten variëren buiten de maximum en minimum stroom dan kent de transistor twee toestanden zoals een schakelaar en is het een bouwsteen van digitale systemen. Bij een veldeffecttransistor zal een kleine stuurspanning op de gate de weerstand van het kanaal tussen source en drain beïnvloeden, waardoor grotere stromen in dit kanaal geregeld kunnen worden. Een groot verschil tussen een bipolaire transistor en een FET is dus dat de bipolaire transistor door elektrische stroom aangestuurd moet worden en een FET de door middel van een spanning op de gate.

veldeffect-transistorDe veldeffect-transistor (Field Effect Transistor of "FET") is een bijzonder soort transistor met het grote verschil dat een gewone transistor door middel van stroom aangestuurd wordt en de FET met spanning. Het is het elektrisch VELD dat de regeling doet, vandaar de naam VELDEFFECT transistor. De ingangsimpedantie is hierdoor erg groot waardoor er (bijna) geen stroom door de ingangskring loopt. Rechts ziet u het symbool voor een veldeffect-transistor of FET. Wanneer u dit vergelijkt met een gewone transistor dan is de GATE de BASIS, de DRAIN de COLLECTOR en de SOURCE de EMITTER, verder gaat de vergelijking helaas niet. Een (MOS)FET kan goed gebruikt worden als versterker maar is ook zeer geschikt als "schakelaar" bijvoorbeeld om vanuit een microprocessor uitgang een grote belasting te kunnen schakelen.

Elektro tips, trucs en weetjes.

Waarom helpt het vaak om op een apparaat te slaan als het niet werkt?

Percussief onderhoud heet het ook wel, maar het heeft meestal maar een tijdelijk effect. Bij de meeste elektronica gaan na een lange tijd de soldeerverbindingen een beetje loszitten. Dit komt vaak door warme, door het verschillend uitzetten van verschillende metalen ontstaan zogenaamd "koude lassen". Dit zijn soldeerverbindingen die soms wel en soms niet contact maken of een hele hoge contactweerstand hebben, waardoor de elektronische schakelingen ineens niet meer goed werken. Bij een klap op het apparaat maken de slechte verbindingen vaak weer (tijdelijk) contact. Het opnieuw doorsloderen van de soldeerverbindingen is dan de enige oplossing, die meestal ook prima werkt. Soms ligt het ook aan batterijaansluitingen die geoxideerd zijn. Even de contacten schoonmaken met contactspray en een schuurpapiertje werkt dan uit de kunst. Vaak is het wel handig om dit op tijd te doen want door al dat slaan kan er iets echt stuk gaan en dan is repratie vaak stukken moeilijker.


Elektriciteitsleer en elektronica boeken

boekboek bestellenVeilig aan de slag met elektronica van A tot Z. Elektronica is overal. Kijk om je heen,kijk in je zakken! Wedden dat je daar een vernuftig stukje elektronica in aantreft? Wil je weten hoe het werkt? De basis is simpel, dat zal je zien. In begrijpelijk Nederlands leer je hoe elektriciteit werkt en met welke gereedschappen je goed voorbereid voor de dag komt. Ga aan de slag met de leuke en snelle projecten in dit boek en maak je de basis van elektronica eigen. Veel plezier! Cathleen Shamieh is technisch auteur met uitgebreide technische ervaring. Gordon McComb is consultant, fanatiek robothobbyist en auteur van meer dan zestig boeken. Stel je voor dat je eigenlijk niets van elektronica weet en op een dag tot de ontdekking komt dat je dat eigenlijk best wel zou willen. En dat jezelf op een efficiënte en leuke manier wil bijbrengen. Daar is dit boek geknipt voor je. Een gezond verstand, een heel klein beetje rekeninzicht, een beetje handigheid met wat simpel gereedschap. En dan word je in heldere en dagelijkse taal de wereld van de elektronica binnengeleid. Het is dus puur gericht op het zelf kunnen maken van in eerste instantie simpele schakelingetjes. Hoe bouw je een schakelingetje op en als het werkt hoe maak je er een net en definitief apparaatje van? Waar op internet haal je nog meer informatie als je die graag wil hebben? Waar zijn winkels die de onderdelen verkopen? Aan vrijwel alles is gedacht om je in staat te stellen er een leuke hobby van te maken. Aan het einde van het boek een hoofdstuk over robotjes en bijbehorende microcontrollers. Er zijn firma's die hierin gespecialiseerd zijn en je uiteraard aan van alles kunnen helpen. Voorbeelden en gegevens hierover worden verstrekt. En als je echt serieus wordt, kun je ook denken aan het nodige instrumentarium. Ook hieraan wordt in het boek veel aandacht besteed. Met register.


boekboek bestellenBasiscursus elektronica. Er zijn talloze diepgravende elektronica-leerboeken op de markt. We noemen er hier slechts één: The Art of Electronics , dat onder de titel Elektronica, kunst en kunde in vier delen bij Elektuur is verschenen. Wie echter elektronicakennis voor dagelijks gebruik wil hebben, zit op zo'n wetenschappelijk verantwoorde verhandeling waarschijnlijk helemaal niet te wachten. Laat staan op een beschrijving van de meest exotische componenten of elke denkbare variant van een principiële schakeling. Indien dit ook voor u geldt, dan is dit boek voor u bestemd: voor de beginnende elektronicus, voor de middelbare scholier, voor de hobbyist voor iedereen die ook, maar niet uitsluitend belangstelling voor de elektronica heeft. En dus voor iedereen die een korte, begrijpelijke en bovenal betaalbare inleiding tot dit interessante vakgebied wenst. Deze Basiscursus Elektronica maakt u vertrouwd met de analoge (laagfrequent-)techniek, letterlijk de basis van alle elektronica.


boekboek bestellenElektriciteit elektronica. Wellicht schuilt er veel waarheid in de stelling, dat men zich niet meer verwondert over hetgeen men gewoon vindt, en er dus nooit over nadenkt. Elektriciteit en elektrische apparaten zijn er in alle geval sprekende voorbeelden van. Wij gaan bij wijze van spreken iedere dag 24 uur met elektriciteit om, maar wanneer we ons afvragen: wat weten we ervan, dan zal het antwoord veelal luiden: niets. In dit opzicht zijn we als kleine kinderen, die ook niets begrijpen van de werking van hun mechanisch speelgoed, maar er niettemin intens genoegen aan kunnen beleven. En evenals een kind soms zijn speelgoed om te kijken hoe het in elkaar zit, zo heeft de volwassene ogenblikken dat zijn nieuwsgierigheid gewekt wordt en de onderzoekingsdrang over hem vaardig wordt. Nu is het wel niet zo, dat we elektrische of elektronische apparaten gaan openbreken, we zijn wel wijzer. Het zou een kostbare grap kunnen worden en bovendien zou men wel eens een onplezierige schok kunnen krijgen. Ons staan andere middelen ten dienste, zoals dit boek, waar een expert ons keurig systematisch vertelt wat elektriciteit is, hoe ze wordt opgewekt, gedistribueerd en gebruikt; vervolgens hoe men stromen elektronen gebruikt in telefooncentrales, radio, televisie, radar, voorvergrotingen, voor het opwekken van x-stralen en al de veelvuldige toepassingen van de moderne elektronentechniek.


boekboek bestellenAudio elektronica voor zelfbouw. Verzameling artikelen die eerder werd gepubliceerd in de elektronica tijdschriften Elektuur of Elex. Afgezien van een rode draad, nl. schakelingen voor versterking en verwerking van audio signalen, is er geen direct verband tussen de hoofdstukken. Het boek bevat ongeveer 30 kant en klare ontwerpen die zonder veel voorkennis kunnen worden nagebouwd. De meeste hoofdstukken beginnen met een probleemstelling. Vervolgens wordt een schakeling gegeven die het probleem oplost. De werking van de schakeling wordt tamelijk gedetailleerd uitgelegd. Ten slotte worden een print, layout en praktische tips voor de opbouw gegeven. Het is deze structurering die dit boek zijn meerwaarde geeft boven andere werkjes op dit gebied. Ik denk dat voor dit boek onder de elektronica en audio hobbyisten een flinke groep belangstellenden is. Het boek bevat veel zwart-wit illustraties.


boekboek bestellenDigitale elektronica. Digitale elektronica vormt het hart van de moderne techniek. In dit boek worden basisschakelingen met poorten, flipflops en tellers uit de CMOS-4000-familie gebruikt om de beginselen van de digitale elektronica te verduidelijken. Van elk van de vijftig beschreven experimenten worden een volledig schema en een gedetailleerde componentenopstelling (op experimenteerboard) gegeven. De eerste stappen op het terrein van de digitale elektronica kunnen het beste aan de hand van ‚tastbare‘ experimenten worden gezet; en als het even kan moet het uivoeren van die experimenten niet alleen leerzaam zijn, maar ook leuk. Veel van de in dit boek beschreven schakelingen kunnen ook in de dagelijkse praktijk worden toegepast. En zodra u de nodige ervaring hebt opgedaan, kunt u voor elke taak de beste, eenvoudigste en goedkoopste digitaal-elektronische oplossing vinden. Dit boek richt zich vooral tot studenten en hobby-elektronici die in de digitale elektronica geïnteresseerd zijn en al degenen die met de digitale besturingstechniek te maken (gaan krijgen. De kennis die dit boek aanreikt, vormt de basis voor verdergaande experimenten en projecten op het gebied van microcontrollers en programmering. Voor dit boek is een 50-delige starterkit samengesteld waarmee de lezer direct aan de slag kan met de beschreven experimenten. Deze kit is verrkijgbaar via de website van de uitgever (www.elektor.nl).



Reacties op het onderwerp: Elektronica


32 - Techniek »  -  Elektronica »
2018-01-10 19:29:00
Hier kunt u vragen stellen over elektronica, reacties zullen pas na goedkeuring geplaatst worden.
Reactie van een bezoeker van de site!
Vragen en antwoorden m.b.t. de pagina over elektronica.
Er zijn nog geen reacties!


Last update: 18-06-2018
 Binnen dit thema



 Meer thema's


 Lees hier de privacyverklaring van deze site.

Disclaimer.

Hoewel de heer Hein Pragt de informatie beschikbaar op deze pagina met grote zorg samenstelt, sluit de heer Pragt alle aansprakelijkheid uit met betrekking tot de informatie die, in welke vorm dan ook, via zijn site wordt aangeboden. Het opnemen van een afbeelding of verwijzing is uitsluitend bedoeld als een mogelijke bron van informatie voor de bezoeker en mag op generlei wijze als instemming, goedkeuring of afkeuring worden uitgelegd, noch kunnen daaraan rechten worden ontleend. Op de artikelen van de heer Pragt op deze Internetsite rust auteursrecht. Overname van informatie (tekst en afbeeldingen) is uitsluitend toegestaan na voorafgaande schriftelijke toestemming van de rechthebbende. Voor vragen over copyright en het gebruik van de informatie op deze site kunt u contact opnemen met: (email: mail@heinpragt.com). Dit is mijn