Condensatoren kunnen een lading opslaan indien er een stroom door vloeit.

Transcriptie

1 ANALOGE Condensator: -Keramische plaatcondensator -Buiscondensator -Opgerolde foliecondensator -Gestapelde foliecondensator -Elektrolytische (elco s) -Regelbare Condensatoren kunnen een lading opslaan indien er een stroom door vloeit. C = Q/U C = Capaciteit Q = Lading U = Spanning Capaciteit heeft als eenheid Farad (meestal mf of µf) Condensator gelijkspanning: Tou is een tijdsconstante van RxC, bij 5 Tou is de condensator volledig opgeladen. Na deze tijd loopt er geen stroom meer door de condensator. => Er loopt dus geen stroom door de condensator bij gelijkspanning. Condensator bij wisselspanning: Door de stroomwisseling heeft de condensator niet genoeg tijd om volledig op te laden, er blijft dus stroom door vloeien. De condensator gedraagt zich als weerstand. Deze weerstand noemt men de capacitieve reactantie of XC. XC neemt af naarmate de frequentie stijgt. => Er loopt dus wel stroom door de condensator bij wisselspanning. Aangeven van capaciteitswaarden: Elco s hebben hoge capaciteitswaarden en de waarde wordt meestal rechtstreeks op de condensator gedrukt. De polariteit wordt aangegeven met een pijl of aan de lengte van het aansluitdraadje (kort is negatief) Er bestaat een lettercode om dit aan te geven. Hierbij staat er een letter op de plek van de komma (p = pico, n = nano, µ = micro). Ook bestaat er een 3-cijfercode, de 2 meest linkse cijfers geven het basisgetal aan en het derde cijfer de vermenigvuldiger. De basis is de pf.

2 Condensatoren schakelen: Serie: C s = (1/C1 + 1/C2 =...) -1 (parallel bij weerstanden) Condensatoren in serie hebben een lagere totaalcapaciteit. Parallel: C p = C1 + C (serie bij weerstanden) Condensatoren in parallel hebben een hogere totaalcapaciteit. Spoelen: -luchtspoelen -Spoel met kern -Spoel met regelbare kern Spoelen hebben een magnetische energie die een magnetisch veld veroorzaken. Spoel bij gelijkspanning: Bij gelijkstroom werkt een spoel de stroom niet tegen vanwege het niet veranderen van het magnetisch veld. (spanningsval door ohmse weerstand is mogelijk) Spoel bij wisselspanning: Bij wisselspanning werkt een spoel de stroom wel tegen. Dit wordt verklaart in de wet van Lenz. Deze wisselstroom weerstand noemen we de inductieve reactantie XL. Wanneer het magnetisch veld wisselt zal de spoel proberen om de oorspronkelijke zin van het veld te behouden, de energie die hierdoor vrijkomt wordt omgezet in een inductiespanning Wet van Lenz: UL = -L x I L / t UL = Spanningsval L = Zelfinductiecoëfficiënt (opbouw van de spoel (vaste waarde))(in Henri (H)) IL = Stroomverandering t = tijdsverandering Inductieve reactantie: Deze wordt groter naarmate de frequentie stijgt en houdt bijgevolg hoogfrequent signalen tegen. Spoelen schakelen: Serie: L s = L1 + L Parallel: L p = (1/L1 + 1/L2 =...) -1

3 De transistor: De transistor is een regelbare schakelaar met een Basis, Emitter en Collector. Er zijn 2 soorten halfgeleider materialen: het N- en het P-type. De transistor bestaat uit drie lagen met twee mogelijkheden PNP- of NPN-structuur. De emmiter-stroom noemen we Ie. (Emitter is altijd met pijl) De transistor is niet ideaal en daardoor loopt er een kleine inverse lekstroom. Deze noemen we I cbo (stroompje van Collector naar Basis als de emitter is open gelaten). Het transistoreffect: Als de elektronen van de emmiterstroom in de basis aankomen zal 99% van die stroom (αi e) naar de collector gaan, de collectorstroom is plots veel groter. Dit komt doordat de collector op een veel hogere spanning staat dan de basis (basis = 0,7V). In databooks wordt α vaak H fb genoemt. Het is de stroomversterkingsfactor van de transistor. De collectorstroom: Deze bestaat nu niet meer enkel uit I cbo maar uit I c = αi e +I cbo De basisstroom: Deze bestaat ook uit 2 componenten: -Het deel van de emitterstroom dat niet naar de collector is gegaan. I e - αi e = (1 α) x I e -De lekstroom I cbo De zin van beide stromen is tegengesteld dus: I b = (1 α) x I e - I cbo De emmiterstroom: Volgens de wet van Kirchoff is de som van de uitgaande stromen gelijk aan de som van de ingaande stromen. I e = I c + I b De lekstroom I cbo verdubbelt bij een temperatuursstijging van 10 C. Als de transistor echter voldoende gekoeld is (koelplaat) of deze laagvermogenschakelingen stuurt mag deze lekstroom verwaarloosd worden. I c = αi e +I cbo I c = αi e α = I c / I e

4 Transistorschakelingen: Een transistorschakeling heeft vier aansluitingen nodig, twee voor de ingang en twee voor de uitgang. Daarom wordt telkens één klem samengenomen. Mogelijke schakelingen: -Gemeenschappelijke basisschakeling -Gemeenschappelijke emitterschakeling -Gemeenschappelijke collectorschakeling GBS: Wordt niet vaak gebruikt vanwege slechte spanningsversterking. GES: Wordt vaak gebruikt. Grote stroom-, spannings- en vermogenversterking. GCS: Wordt vaak gebruikt als buffer. Grote stroomversterking, grote ingansweerstand en kleine uitgangsweerstand. GBS = Iuit GBS / Iin GBS I c / I e α (<1) GES = Iuit GES / Iin GES I c / I b β (30 < β < 999) Verband: β = α / 1- α GBS = I c = α x I e + I cbo (I e = I c + I b) GES = I c = β x I b + I ceo Bij de GES wordt de lekstroom versterkt met een factor (β + 1) I ceo Bij een temperatuursstijging van 10 C zal de lekstroom versterkt worden met een factor (β + 1). GES is dus temperatuursafhankelijk. Decibel: De verhouding U uit / U in wordt spanningsversterking (A u) genoemd. Om deze verhouding in db uit te drukken moet men volgend logaritme toepassen: 20 x log U uit / U in (absolute waarden) Informatie over faseomkering gaat verloren als men Au uitdrukt in db. Log (getal>1) positief db (versterking) Log (0<getal<1) negatief db (verzwakking) Log (1) = 0 0dB is noch versterking, noch verzwakking.

5 Opamps: Operationele versterkers zijn kant en klare versterkers in IC-vorm en opgebouwd uit transistors of FET s (fieldeffect transistor). Er is een mogelijkheid van terugkoppelen wat vele voordelen biedt. Voedingsaansluitingen worden vaak niet getekend. Aan de ingang wordt vaak een + en - teken geplaatst. De + ingang geeft zowel positieve als negatieve veranderingen aan de ingang door naar de uitgang. De - ingang geeft zowel positieve als negatieve veranderingen geïnverteerd door naar de uitgang. De + ingang is een niet inverterende ingang, U in en U uit zijn in fase. De - ingang is een inverterende ingang, U in en U uit zijn in tegenfase. Op twee manieren aan te sluiten: -Opamp met verschilaansluiting -Opamp met enkelvoudige aansluiting (één aansluiting aan de massa) Het is een verschilversterker en versterkt steeds het verschil van de spanningen die aan beide ingangen gelegd zijn. U uit = A u x (U p U n) U p U n = positief U uit = positief U p U n = negatief U uit = negatief Datasheets: Niet vermelde pinnummers worden niet gebruikt. NC = Not connected DIL = Dual in line TO = transistor outline (behuizing) De spanningsversterking A u gaat van (100dB) tot soms (120dB) maal, dit enkel bij lage frequenties. De versterking neemt af naarmate de frequentie stijgt. Enorme versterking is ongewenst omdat hierbij de kleinste storing mee versterkt wordt. Om dit te voorkomen wordt er meestalteruggekoppeld. Hierbij wordt de uitgang in tegenfase aan de ingang gekoppeld. Door de tegenfase wordt het signaal verkleint waardoor de versterking daalt. Deze is dan wel kleiner maar veel stabieler. Twee soorten: -Opel lus versterker (zonder terugkoppeling) A ol -Gesloten lus versterker (met terugkoppeling) A cl

6 De uiteindelijke versterking kan nooit groter zijn dan de voedingsspanning van de opamp. Als deze theoretisch wel groter zal zijn zal de opamp in de praktijk in saturatie gaan en loopt de uitgangsspanning vast. De versterking werkt normaal als de uitgangsspanning binnen het bereik -U sat en +U sat blijft. Deze waarden kan men vinden in een transferkarakteristiek. Bandbreedte: De bandbreedte is het frequentiegebied waarin de versterker kan werken. Hoe groter de versterking, hoe kleiner de bandbreedte. Hoe kleiner de versterking, hoe groter de bandbreedte. Comparators: Deze vergelijker vergelijkt de twee ingansspanningen. De ingansspanning wordt vergeleken met een spanning U ref. De comparator geeft dan een uitgangsspanning dat aangeeft welk signaal het grootste is door een positieve of negatieve saturatiespanning te geven. Bij een referentie van 0V wordt deze een nuldoorgaangsdetector genoemd. Deze wordt gebruikt bij het op het juiste moment aanschakelen van grote verbruikers zodat deze het net niet verstoren door hoge piekstromen te trekken (inschakelen bij nuldoorgang). Twee klemmen: - +klem: ingansspanning - -klem: referentiespanning Bij een niet inverterende comparator geldt U uit = A ol x (U in U ref) De opamp zal in verzadiging gaan wanneer: U in > U ref waardoor U uit = +U sat U in < U ref waardoor U uit = -U sat Om een inverterende comparator te krijgen verwissel je de U in en de U ref klem

7 Versterkers: Inverterende versterkers: Deze versterkers zijn teruggekoppeld door het uitgangssignaal via een terugkoppelweerstand aan de inverterende ingang te koppelen. Door deze tegenkoppeling zal de versterking kleiner zijn dan die van de opamp zonder terugkoppeling, er zal ook minder vervorming optreden Zonder tegenkoppeling werkt de opamp als inverterende comparator en kan de uitgang maar twee toestanden aannemen namelijk de positieve en de negatieve saturatiespanning. Als de opamp maar één signaal moet versterken dient de andere ingang met de massa te worden verbonden Spanningsversterking bij inverterende versterker: A cl = U uit / U in = -(R t / R1) A cl = 20 x log U uit / U in = 20 x log R t / R1 De spanningsversterking in gesloten lus wordt bepaald door de twee weerstanden R t en R1. Als R t een regelbare weerstand is heb je een regelbare spanningsversterker. Het minteken betekend dat U uit en U in in tegenfase zijn. Het is een inverterende versterker. Als de versterking in db wordt uitgedrukt gaat de informatie over de faseomkering verloren. Door de tegenkoppeling wordt het gebied waar geen verzadiging (vervorming) optreedt veel groter. Het bruikbaar werkgebied ligt tussen + en 0,65V, de ingangsspanning mag dus maar een top-tottop waarde hebben van 1,3V tt voor de schakeling begint te verzadigen. Hoe kleiner de versterking, hoe minder stijl de transferkarakteristiek en hoe groter het werkgebied wordt. Niet inverterende versterker: Deze versterkers zijn teruggekoppeld door het uitgangssignaal via een terugkoppelweerstand aan de niet inverterende ingang te koppelen. Door deze tegenkoppeling zal de versterking kleiner zijn dan die van de opamp zonder terugkoppeling, er zal ook minder vervorming optreden Spanningsversterking bij niet inverterende versterker: A cl = U uit / U in = 1 + (R t / R1) A cl = 20 x log U uit / U in = 20 x log 1 + (R t / R1) In de formule komt geen minteken voor, U uit en U in zijn in fase. Vanwege de 1 in de formule is een verzwakking niet mogelijk. Door de tegenkoppeling wordt het gebied waar geen verzadiging (vervorming) optreedt veel groter. Het bruikbaar werkgebied ligt tussen + en 0,619V, de ingangsspanning mag dus maar een top-tottop waarde hebben van 1,238V tt voor de schakeling begint te verzadigen.

8 De spanningsvolger: Het is als het ware een niet inverterende versterker. A cl = U uit / U in = 1 (0dB) of U uit / U in Als de uitgangsspanning zowel in grootte als fase gelijk is aan de ingangsspanning spreken we van een spanningsvolger. Deze schakeling wordt gebruikt als buffer tussen een nauwelijks te belasten signaalbron en belasting. Door de hoge ingangsweerstand is er bijna geen spanningsverlies, de volledige uitgangsspanning van de bron staat over de spanningsvolger. Door de lage uitgangsweerstand kan de belasting veel stroom vragen van de spanningsvolger zonder voor spanningsverlies te zorgen. De versterkingsfactor van de spanningsvolger is 1.