Weerstand. Bron: Cursus Radiozendamateur 1

Transcriptie

1 Bron: Cursus Radiozendamateur 1

2 DOELSTELLINGEN: Kennis: - Inzicht in de fenomenen spanning, stroom, weerstand en vermogen. - De kleurcodes van weerstanden kennen - Aanduidingen Mega Kilo etc. Vaardigheden: - herkennen van onderdelen en hun opschriften. - weerstand meten met een multimeter. - schema s lezen - berekeningen uitvoeren met spanning, stroom, weerstand en vermogen Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 2

3 Er bestaan twee belangrijke zaken waarmee men bij elektronica te maken heeft. Het gaat hier om : - De spanning, uitgedrukt in VOLT, symbool U of V. - De stroom uitgedrukt in AMPERE, symbool I. (Afbeelding: Alessandro Volta ) Voordat we iets over weerstanden gaan zeggen zullen eerst naar de spanning en stroom gaan kijken. Bron: Cursus Radiozendamateur 3

4 Spanning: Als elektrische lading kunnen we positieve en negatieve ladingen onderscheiden. Een batterij bijvoorbeeld, heeft een positieve en een negatieve pool of aansluitklem. De elektrische lading in de batterij zorgt voor een spanning tussen de positieve en negatieve pool. Bij de hier afgebeelde batterij is dat 9 volt. In principe blijft de lading in de batterij zolang als deze niet kan wegstromen. Zodra er een weg is tussen beide polen zal er een stroom gaan vloeien tussen de beide polen en zal de lading in de batterij afnemen. Bron: Cursus Radiozendamateur 4

5 Stroom: Als er een verbinding is tussen de beide polen dan kan er een stroom vloeien. De polen in de tekening hiernaast zijn verbonden waardoor er een stroom gaat lopen. Probleem daarbij is dat er nu niets tussen de polen zit om de stroom te remmen, dit is een kortsluiting. Om ervoor te zorgen dat er precies zoveel lading van de ene pool naar de andere stroomt als dat we nodig hebben zullen we de stroom moeten afremmen. Het kunnen regelen van de stroom is een van de belangrijkste redenen om gebruik te maken van weerstanden. Bron:PE1HUC Cursus Radiozendamateur 5

6 Weerstand: Als tussen de beide polen een weerstand is opgenomen dan zal er een stroom vloeien door die weerstand. Afhankelijk van de waarde van de weerstand zal er meer of minder stroom vloeien. Bij een hoge weerstand zal de stroom maar moeizaam kunnen vloeien en is er dus weinig stroom. Bij een lage weerstand zal de stroom makkelijker kunnen vloeien en loopt er dus meer stroom van de ene pool naar de andere pool. Bron:PE1HUC Cursus Radiozendamateur 6

7 Ohm: De weerstandswaarde drukken we uit in Ohm. Het symbool voor een waarde in Ohm is : Ω Op een weerstand staat vaak een kleurcode die de waarde van de weerstand aangeeft, soms staat de waarde er in gewoon schrift op. Daarnaast kun je de weerstand met een zogenaamde multimeter meten, een dergelijke meter kan overigens meestal ook spanning en stroom meten. (vandaar : multi meter) Georg Simon Ohm, Bron:PE1HUC Cursus Radiozendamateur 7

8 Normale weerstanden: Een normale weerstand heeft 2 aansluitingen en is voorzien van een waardeaanduiding (en tolerantie). De waarde drukken we uit in ohm, en staat er in kleurcode of in schrift op. Bron: Cursus Radiozendamateur 8

9 Bijzondere weerstanden: Er zijn weerstanden waarvan de waarde kan veranderen door invloeden van buitenaf: - De potmeter kan van waarde veranderen door er aan te draaien. - De LDR kan van waarde veranderen door licht. - De NTC kan van waarde veranderen door temperatuur. - De PTC kan van waarde veranderen door temperatuur. - De VDR kan van waarde veranderen door spanning. Bron: Cursus Radiozendamateur 9

10 De potentiometer: De potentiometer (ook wel potmeter ) is een weerstand waarvan we de waarde kunnen veranderen door er aan te draaien. We komen deze bijvoorbeeld tegen als volumeknop. Bron: Cursus Radiozendamateur 10

11 De LDR. Bij de LDR (Light Dependent Resistor) neemt de weerstandwaarde af als de hoeveelheid licht op de weerstand toe neemt. Die weerstand kan in het donker heel hoog zijn en bij voldoende licht bijna nul ohm. Bron: Cursus Radiozendamateur 11

12 De NTC en de PTC: De NTC en PTC zijn weerstanden waarvan de waarde kan veranderen onder invloed van de temperatuur. - Bij de NTC (Negatieve Temperatuur Coëfficiënt) neemt de weerstandwaarde af als de temperatuur toe neemt. - Bij de PTC (Positieve Temperatuur Coëfficiënt) neemt de weerstandwaarde toe als de temperatuur toe neemt. Bron: Cursus Radiozendamateur 12

13 De VDR. Bij de VDR (Voltage Dependent Resistor), ook wel varistor genoemd, neemt de weerstandwaarde af als de spanning die over de weerstand staat toe neemt. De varistor wordt het meest toegepast voor vonkblussing bij het schakelen van een inductieve belasting en het begrenzen van pulsspanningen. Bron: Cursus Radiozendamateur 13

14 Weerstand (kleurcode tabel) In de kleurcode tabel zoek je de waarde van een weerstand op. ring1 = cijfer ring 2 = cijfer ring 3 = aantal nullen ring 4 = goud- of zilver kleurig In het voorbeeld is de weerstand 4500 ohm De 4e ring geeft de tolerantie (toegestane afwijking) aan: Goud 5% Zilver 10% Bron: Cursus Radiozendamateur 14

15 Weerstand (kleurcode tabel) Een veel gebruikt ezelsbruggetje voor deze tabel is: Zij Zwart 0 bracht Bruin 1 rozen Rood 2 op Oranje 3 Gerrit s Geel 4 graf Groen 5 Bij Blauw 6 Vies Violet 7 Grijs Grijs 8 Weer. Wit 9 Bron: Cursus Radiozendamateur 15

16 PRAKTIJKOEFENING 1 : Je krijgt een aantal weerstanden van verschillende waarde. Probeer aan de hand van de kleurcode vast te stellen wat de waarde van die weerstand is. Schrijf de waarde op zodat je die straks kunt vergelijken met de gemeten waarde. Schrijf ook de tolerantie op. Bron: Cursus Radiozendamateur 16

17 Grote waarden noteren en lezen: Weerstand Bij weerstanden komen vaak grote waarden voor, om die reden duiden we de waarde dan aan in MegaOhm of KiloOhm. mega = miljoen MegaOhm kilo = duizend KiloOhm Vaak schrijft men de waarde verkort op bijvoorbeeld: 4K7 1M2 = 4 duizend 700 Ohm = 1 miljoen Ohm Op meetinstrumenten geeft men een meetbereik aan, zo n meetbereik loopt van 0 Ohm tot bijvoorbeeld ohm, op de meter heb je dan een stand met de aanduiding 20K, dat wil zeggen geschikt voor het meten van weerstanden tot 20 KiloOhm. Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 17

18 Getalsnotatie voor getallen kleiner dan 1: = 0, pico biljoenste = 0, = 0, = 0, nano miljardste 10-8 = 0, = 0, = 0, micro miljoenste 10-5 = 0, = 0, = 0,001 milli duizendste 10-2 = 0, = 0, = 1 1 Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 18

19 Getalsnotatie voor getallen groter dan 1: 10 0 = = = = 1000 Kilo duizend 10 4 = = = Mega miljoen Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 19

20 De meest gebruikte getalsnotaties: Weerstand Niet alle hiervoor genoemde notaties zijn veelvuldig in gebruik, de meest gebruikelijke hebben een naam, in dat geval komen we tot het onderstaande overzicht. Aanduidingen voor getallen met een benaming: = 0, pico biljoenste 10-9 = 0, nano miljardste 10-6 = 0, micro miljoenste 10-3 = 0,001 milli duizendste 10 0 = = 1000 Kilo duizend 10 6 = Mega miljoen Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 20

21 Praktijkvoorbeelden van waarde aanduidingen: Voltages kleiner dan 1 Volt Volt = 1 V V Millivolt = 10-3 V mv Microvolt = 10-6 V µv Nanovolt = 10-9 V nv Stromen kleiner dan 1 Ampere Ampère = 1 A A Milliampère = 10-3 A ma Microampère = 10-6 A µa Nanoampère = 10-9 A na Weerstanden groter dan 1 Ohm Ohm = 1Ω Ω KiloOhm = 10-3 Ω KΩ MegaOhm = 10-6 Ω MΩ LET OP: MV = MegaVolt en mv = millivolt! Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 21

22 Multi-meter (weerstand meten) We gaan zo meteen de waarde van weerstanden meten. Je gebruikt daarbij een multimeter. Bron: Cursus Radiozendamateur 22

23 Verschillen in multimeters: Weerstand Een multimeter kan analoog zijn (met een draaispoelmeter) of digitaal (met cijfers) De bediening van multimeters is per multimeter niet altijd gelijk. Ook de kwaliteit of precisie kan anders zijn. Bron: Cursus Radiozendamateur 23

24 Het in gebruik nemen van de multimeter: Sluit de zwarte en rode meetpennen aan op de multimeter en laat even nagaan of ze goed zitten. Als de multimeter niet automatisch een bereik kiest, kies dan het bereik waarvan je denkt dat dat overeenkomt met de waarde die gelezen hebt uit de kleurcode. Bij deze oefening is het verstandig verschillende multimeters te proberen. Bron: Cursus Radiozendamateur 24

25 De meting: Houd de meetpennen tegen de weerstand. lees de waarde af. Bron: Cursus Radiozendamateur 25

26 PRAKTIJKOEFENING 2 : Weerstand Je hebt een aantal weerstanden van verschillende waarde. De waarde daarvan weet je, omdat je de kleurcode van de weerstanden kunt lezen. Ga met een multimeter na of je de juiste waarde hebt opgeschreven toen je de kleurcode daarvoor gebruikte. Ga ook na of de gemeten weerstandswaarde binnen de tolerantie valt. In de voorgaande sheets is aangegeven hoe een en ander uit te voeren. Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 26

27 Vermogen : Net als een gewone rem, die de energie van beweging omzet naar warmte zet ook een weerstand elektrische energie om in warmte. Dat gaat normaal gesproken goed maar als er teveel warmte ontstaat gaat de weerstand eerst stinken en dan branden. Bij een weerstand geeft men vaak op hoeveel vermogen die weerstand veilig kan omzetten in warmte. Dit drukt men uit in Watt. Bijvoorbeeld : 470 Ohm 0.25 Watt Bron: James Watt ( ). Cursus Radiozendamateur 27

28 Serie en parallel: Als twee onderdelen achter elkaar staan, zodat de stroom door beide onderdelen heen moet, heet dat in serie staan: Als twee onderdelen naast elkaar staan, zodat de stroom als het ware twee wegen kan kiezen naar hetzelfde punt, dan heet dat parallel staan: Bron: Cursus Radiozendamateur 28

29 Formuleblad 1: Voor weerstanden in serie geld de volgende formule om de vervangingsweerstand Rt(de totale weerstand) uit te rekenen: Rt = R1 + R R3 Voor parallele weerstanden geld deze formule : Bron: Cursus Radiozendamateur 29

30 Formuleblad 2: Een veel gebruikt hulpmiddel is deze driehoek : U = I * R Spanning = stroom maal weerstand. I = U / R Stroom = Spanning gedeeld door weerstand R = U / I Weerstand = spanning gedeeld door stroom Door je duim te leggen op de waarde die je wilt berekenen kun je zien welke formule je moet toepassen. Cursus Radiozendamateur 30

31 Formuleblad 3: Ook een veel gebruikt hulpmiddel is deze driehoek : P = U * I Vermogen = Spanning maal stroom. I = P / U Stroom = Vermogen gedeeld door spanning U = P / I Spanning = Vermogen gedeeld door stroom Door je duim te leggen op de waarde die je wilt berekenen kun je zien welke formule je moet toepassen. Cursus Radiozendamateur 31

32 Formuleblad 4: Totale weerstand bij weerstanden in serie: Rt = R1 + R R3 Totale weerstand bij weerstanden parallel: Weerstand (R) berekenen als Spanning (U) en Stroom (I) bekend zijn: R = U / I Weerstand = Spanning / Stroom Ohm = Volt / Ampère (Wet van Ohm) Vermogen (P) berekenen als Spanning (U) en Stroom (I) bekend zijn: P = U * I Vermogen = Spanning * Stroom Watt = Volt *Ampère Cursus Radiozendamateur 32

33 Formuleblad 5: Weerstand Enkele afgeleiden van de formules van formuleblad 1 zijn: Vermogen (P) berekenen als de stroom (I) en de weerstand (R) bekend zijn P = I² * R Watt = Ampère² * Ohm Vermogen (P) berekenen als de spanning (U) en de weerstand (R) bekend zijn: P = U² / R Watt = Volt² / Ohm Stroom (I) berekenen als het vermogen (P) en de spanning (U) bekend zijn: I = P / U Ampère = Watt / Volt Spanning (U) berekenen als het vermogen (P) en de stroom (I) bekend zijn: U = P / I Volt = Watt / Ampère Omdat dit afgeleide formules zijn kun je met wat meer rekenwerk ook de gewone formules toepassen. Cursus Radiozendamateur 33

34 Rekenvoorbeeld 1: De vervangingsweerstand is = 2040 Ohm Rt = R1+R2+R3 Er loop overal in het circuit een stroom van 9 Volt / 2040 ohm = 4.41 ma I = U / R Als door een weerstand van 680 ohm 4.41 ma stroomt dan staat er over die weerstand 4.41 ma maal 680 Ohm = 3 Volt. U= I * R Het gedissipeerde vermogen in iedere weerstand is 3 Volt maal 4.41 ma = 13.2 mw. P = U * I Weerstand Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 34

35 Rekenvoorbeeld 2: De vervangingsweerstand voor de parallelweerstanden is : 340 ohm Weerstand 340 Ohm Ohm = 1020 Ohm Rt = R1 + R2 (r2 = vervangingsweerstand uit stap 1) De totale stroom door het circuit is 9 Volt / 1020 ohm = 8.82 ma. I= U / R Over de 680 Ohm weerstand valt een spanning van 680 ohm * 8.82 ma = 6 Volt. U = I *R Over de parallel geschakelde weerstanden valt 3 Volt (9 volt batterij 6 voltspanningsval. Bron: PE1HUC Cursus Radiozendamateur 35

36 VOORBEELDEN VAN RELEVANTE EXAMENVRAGEN (N) Bron: Cursus Radiozendamateur 36

37 Proefexamen N voorjaar 2001: Vraag 10 De schakeling wordt aangesloten op een batterij van 40 volt. De stroom die de batterij levert is: 8 ma 13,3 ma 20 ma Bron: Cursus Radiozendamateur 37

38 Proefexamen N voorjaar 2001: Antwoord 10 - Bereken de vervangingsweerstand van de 2 parallel geschakelde weerstanden. (1K) - Tel deze waarde op bij de daarmee in serie geschakelde weerstand van 1K. (2K) - Bereken nu de stroom I = U / R - 0,020 A = 40 Volt / 2000 Ohm - Antwoord : 20 ma Bron: Cursus Radiozendamateur 38

39 Proefexamen N voorjaar 2001: Vraag 16 De maximaal toelaatbare stroom bedraagt: 25 ma 40 ma 200 ma Bron: Cursus Radiozendamateur 39

40 Proefexamen N voorjaar 2001: Antwoord 16 De toegestane stroom hangt af van het vermogen dat de weerstand kan hebben, in dit geval 2 Watt. Vermogen (P) berekenen als de stroom (I) en de weerstand (R) beken zijn P = I² * R (Ook mogelijk I² = P /R) 2 Watt = (0.025 * 0.025) * 50 Ohm FOUT 2 Watt = (0.040 * 0.040) * 50 Ohm FOUT 2 Watt = (0.200 * 0.200) * 50 Ohm GOED Bron: Cursus Radiozendamateur 40

41 Proefexamen N voorjaar 2001: Vraag 17 De waarde van deze weerstand is: 1700 Ohm tolerantie 5% 1700 Ohm tolerantie 10% 270 Ohm tolerantie 5% Bron: Cursus Radiozendamateur 41

42 Proefexamen N voorjaar 2001: Antwoord 17 De waarde van deze weerstand is: ring 1 : bruin = 1 ring 2 : paars = 7 ring 3 : rood = 2 nullen ring 4 : goud = 5 % 1700 Ohm tolerantie 5% Bron: Cursus Radiozendamateur 42

43 Proefexamen N voorjaar 2001: Vraag 25 Een weerstand van R ohm is aangesloten op een spanningsbron. Hieraan worden twee weerstanden van R ohm parallel geschakeld. De door de spanningsbron geleverde stroom I zal hierdoor : 3x zo klein worden 2x zo groot worden 3x zo groot worden Bron: Cursus Radiozendamateur 43

44 Proefexamen N voorjaar 2001: antwoord 25 Door 3 dezelfde weerstanden parallel te schakelen zal door iedere weerstand evenveel stroom gaan lopen als door de eerste weerstand. Het antwoord is dus: 3x zo groot worden Bron: Cursus Radiozendamateur 44

45 Proefexamen N voorjaar 2001: Vraag 36 Bij het doorverbinden van de klemmen X en Y wijst de draaispoelmeter volle uitslag aan. De uitslag halveert bij aansluiten van een weerstand tussen X en Y met een waarde van: 75 Ohm 150 KOhm 300 KOhm Bron: Cursus Radiozendamateur 45

46 Proefexamen N voorjaar 2001: Antwoord 36 Bij het doorverbinden van de klemmen X en Y wijst de draaispoelmeter volle uitslag aan, dus bij 300 KOhm De uitslag halveert bij aansluiten van een weerstand tussen X en Y met een waarde van: De totale weerstand in het circuit is dus verdubbeld naar 600 KOhm. Er zit al 300 KOhm vast in het circuit. Tussen de aansluitingen X en Y zit dus nog een weerstand van: 300 KOhm Bron: Cursus Radiozendamateur 46

47 VOORBEELDEN VAN RELEVANTE EXAMENVRAGEN (F) Bron: Cursus Radiozendamateur 47

48 Proefexamen F voorjaar 2006: Vraag 24 In de weerstand R1 wordt 25 watt gedissipeerd. In de weerstand R2 wordt gedissipeerd: 12,5 W 25 W 50 W 100 W Bron: Cursus Radiozendamateur 48

49 Proefexamen F voorjaar 2006: Vraag 24 In de weerstand R1 wordt 25 watt gedissipeerd. In de weerstand R2 wordt gedissipeerd: 25 W in R1 Dus ook 25 W in de weerstand Ernaast is 50 Watt totaal in de Parallel staande weerstanden. 50 Watt in 50 Ohm dus: 100 W in R2 100 Ohm Bron: Cursus Radiozendamateur 49

50 Proefexamen F najaar 2005: Vraag 9 Bij welke waarde van R levert de spanningsbron de maximale stroom? 100 Ω 50 Ω 10 Ω 0 Ω Bron: Cursus Radiozendamateur 50

51 Proefexamen F najaar 2005: Vraag 9 Bij welke waarde van R levert de spanningsbron de maximale stroom? Bij kortsluiting! 0 Ω Bron: Cursus Radiozendamateur 51

52 Proefexamen F najaar 2005: Vraag 16 De voltmeter wordt ideaal verondersteld. De temperatuur van de NTC-weerstand is 80 C. De voltmeter wijst aan: 4 V 4,5 V 6 V 7,5 V Bron: Cursus Radiozendamateur 52

53 Proefexamen F najaar 2005: Vraag 16 De voltmeter wordt ideaal verondersteld. De temperatuur van de NTC-weerstand is 80 C. De voltmeter wijst aan: Aan de linker zijde staat : 6 Volt. Aan de rechter zijde staat 2 Volt over 300 Ohm 6V 2V = 4 V Bron: Cursus Radiozendamateur 53

54 Handige links : Een Belgische site met veel goed materiaal Hier kun je het programma crocodile-clips gratis downloaden. Je moet wel even je -adres opgeven. P.S. De weerstand in dit programma heeft een waarde van 680 Ohm. Hier kun je een programma downloaden om kleurcodes van weerstanden om te zetten naar een waarde. Het programma electronics assistant helpt bij het berekenen van Vermogen, het toepassen van de wet van Ohm, kleurcodes etc. Cursus Radiozendamateur 54