Workshop Fysica van Physical computing

• Informatica
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

Inhoud workshop 10 juni

• Wet van Ohm
• We gebruiken experiment 3: Is het iedereen gelukt deze te bouwen, zodanig dat hij werkt?
• Meten spanning en weerstand van onderdelen van exp. 3
• Uitrekenen weerstand met de wet van Ohm

2e uur

• Meten van spanning en stroom aan schakelaars, potmeter
• Pull-up, pull-down-weerstand
• Uitrekenen pull-up weerstand bij gemeten spanning en stroom

I = U/R is het meest intuïtief om te snappen:

Stroom = Spanning/weerstand

Spanning = Weerstand * Stroom

Weerstand = Spanning / Stroom

Stroom = de hoeveelheid lading/elektronen per seconde. Vergelijk met het volume aan water dat per seconde uit het vat stroomt

Spanning zorgt ervoor dat stroom gaat lopen

Vraag: Is de stroom nu constant 2A?

Over de weerstand staat een spanning van 12V

Wat is fout aan de tekening?

Batterij moet omgekeerd worden

Is die stroom nu constant? Het lijkt mij wel...

Bovenste circuit:

Als SW1 ingedrukt wordt (event!), ontstaat een stroom. De spanning naar p0 wordt dan 0V. De led wordt dan aan of uitgezet. Wordt sw1 weer losgelaten, dan gaat er 3V naar p0.

Vraag: Wordt bij P2 in deze opstelling de pull-up of pull-down weerstand gebruikt?

P1 en de potmeter staan serieel. Als de potmeter linksom gedraaid is, wordt de lamp gedimd. Er gaat geen stroom doorheen. Wat er overblijft gaat door p1 en deze waarde wordt doorgegeven aan p2, waarmee de helderheid van de led wordt bepaald.

R1 staat in serie met de led. Om de micro:bit te beschermen tegen teveel spanning.

Als sw1 losgelaten wordt, is dat ook een event, maar dit zorgt niet voor een reactie van het systeem

P2: pull-up of -down: Kun je dat zo zeggen?

KNAP:

Kathode neg, anode pos.

Een LED is een diode: De stroom gaat 1 kant op

Op deze pagina een datasheet van de micro:bit.

Enige uitleg:

• Kolom s/w geeft de naam van de pins in de software aan

Functions

• GPIO: general purpose input/output
• UART: seriele verbinding (universal asynchronous....)
• e10Mu: externe weerstand van 10MOhm, up
• i12Kd: Interne weerstand dan 12KOhm, down
• PWM: Pulse Width Modulation: Ingebouwde PWM kan op 3 pins tegelijk. er worden timers voor gebruikt, daar zijn er maar 3 van

Pull-up: Het elektrisch hoog maken van een lijn, die in rust is

Zijn R4 en R5 pull-down weerstanden? De spanning wordt door deze weerstanden omlaag naar Ground gebracht, als de buttons dichtgedrukt worden.

Dit schema is hier te vinden

Vraag: Kun je in de datasheet de buttons A en B terugvinden? Ik niet...

Button A: Pin 5; Button B: Pin 11

Nu gaan we een aantal dingen meten aan de opstelling van exp.3 en een aantal dingen uitrekenen: Zie document

Weerstanden en LEDs; wet van Ohm (digitale output)

Meten aan de schakeling (serieschakeling LED en weerstand,

1. voedingsspanning (3V) waar zet je de knop van de multimeter? Waar meet je precies?
2. spanning over de LED; over de weerstand. Maakt rood of zwart nog uit?
3. omdraaien van de LED: wat zijn de spanningen? (wat is dan de stroom door de weerstand, en dus door de LED?)

Hoe schakel je de multimeter in? Bv. 20V?

Waar stop je de meetsnoeren (hoe heten die?)

Zwart in COM, rood in VmA...A

Uitrekenen van de serieweerstand voor de LED: 47 Ohm klopt niet

1. gegeven de max. stroom van 20 mA door de LED = 0,02A
2. gegeven de max. stroom van 5 mA door de microbit-pin (P2?)
3. vervangen van de rode led door een groene; welke spanning meet je? wat betekent dat voor de serieweerstand?

Wet van Ohm: I=U/R; U=I*R; R=U/I

Elke kleur LED kan een andere spanning aan:

Rood: 1,8V; Geel: 2,3V; Groen: 3,5V; Blauw: 3,6V

Vragen:

1. Hoe hoog is de spanning over de weerstand R1? Geen 3V?
2. Als de LED op zijn felst brandt is de spanning het hoogst?

De spanning op buttonA is 0V als een knop wordt ingedrukt.

Over R1 staat dan een spanning van 3V. Dit is een pull up weerstand. (Zie datasheet micro:bit)

Als je dit bouwt en een button gebruikt, moet die over de 'richel', de enige plek waar hij mooi past.

SW1 en A vormen samen een logische OR. 

Als er een overgang van 1 naar 0 optreedt, dan is er sprake van de event 'On buttonA pressed'.

M.b.v. het blok 'On buttonAPressed' bepaal je dan wat er gebeurt.

SW1 loslaten is ook een event, die is alleen niet gedefinieerd in de software-library

SW1 en A vormen samen een logische OR. Als beide niet ingedrukt zijn, loopt er geen stroom door R1. Over R1 staat dan een spanning van 3V. Die wordt doorgegeven aan buttonA, een logische 1. Als 1 van beide ingedrukt is, komt er 0V op buttonA te staan, een logische 0.

Als er verder niets aangesloten is, is de input pin p0 verbonden met 3V via de weerstand R1. Pull up: Door de weerstand is de spanning op R1 3V. De schakelaar trekt de spanning weer naar 0V.

Met de datasheet zou  je kunnen achterhalen waarom een weerstand van 10kOhm nodig is

Vraag: gaat de spanning niet vanzelf terug naar 0V? R1 gebruik je om de micro:bit te beschermen tegen te hoge spanning

Potential divider = spanningsverdeler. Phototransistor en weerstand verdelen de spanning van 3V. Als er veel licht op valt, is er weinig weerstand en gaat 3V naar de AD converter. 

De waarde daarvan wordt omgezet in een waarde tussen 0 en 1023. 

Hier heb je de grafiek van de phototransistor nodig, om te bekijken hoe de weerstand verloopt naarmate er meer of minder licht op valt.

Op een datasheet(welke?) van een phototransistor staan grafieken

Op dubbel-logaritmisch papier (!)

Stel er valt weinig licht op, bv. 0,1 mA en je hebt een weerstand van 10kOhm, dan is de stroom U=I*R

0,1 * 10 = 1V

Je zou kunnen achterhalen of een weerstand van 10kOhm nodig is, of dat minder ook kan

Datasheet LED: Zie hier

p.29 PWM: 

Opbouw transistor: 3-delige, programmeerbare schakelaar

Base - collector - emitter

Voorbereiden 2e bijeenkomst:

• Welke tips heb je, of welke vragen?

Tips voor lessen:

• Starten met alleen micro:bit
• Daarna combineren met grove connectoren, waar lampjes en bv. PIR makkelijk op aangesloten kunnen worden. geen gedoe met verkeerd ingeplugde draadjes
• Dan verder met de breadboard: Het mooiste is als niet na elke les de breadboard ontmanteld hoeft te worden. Kastruimte is handig (en de namen erop)