9.4 Automatische schakelingen en 9.5 Halfgeleiders

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Wat gaan we vandaag doen?

- herhaling vorige lessen

- uitleg theorie 9.4 en 9.5

- practicum vervangingsweerstand (onder voorbehoud)

- aan de slag met de opgaven van 9.4 en 9.5

Eerst een korte herhaling van de vorige paragraaf:

maak de opdracht op de volgende slide

 schrijf de uitwerking helemaal uit, mét grootheden en eenheden!

Herhaling elektriciteit

Spanningsmeter:

Meet het spanningsverschil tussen 2 aansluitpunten.

De spanningsmeter/voltmeter is parallel geschakeld

over een elektrisch apparaat.

Stroommeter: 

Meet de stroming elektronen door een stroomkring.

De stroommeter/ ampèremeter is in serie geschakeld

door een elektrisch apparaat.

Herhaling elektriciteit

Serieschakeling:                                                   één stroomkring.

Kenmerk:                                                                 Géén vertakkingen.               Itotaal = I1 = I2 = …

                                                                                                                                             Utotaal = U1 + U2 + …

                                                                                                                                            Rtotaal = R1 + R2 + …

Parallelschakeling:                                                Alle onderdelen eigen stroomkring.

Kenmerk:                                                                    vertakkingen.                         Itotaal = I1 + I2 + …

                                                                                                                                             Utotaal = U1 = U2 = …

                                                                                                                                             1/𝑅𝑣 = 1/𝑅1 + 1/𝑅2 + …

Herhaling elektriciteit

Parallelschakelingen gebruiken.

Stroomsterkte wordt verdeeld => Itotaal = I1 + I2 + …

    => I1 = 𝑈/𝑅1

    => I2 = 𝑈/𝑅2

Stroomsterkte aan het begin is gelijk aan het einde;

immers als 5 vrachtwagens iets weg moeten brengen, 

komen er ook weer 5 terug.

Nieuwe theorie

Par. 9.4

Automatische schakelingen

Lesdoelen

Je leert in deze les:

• uit welke onderdelen een automatische schakeling bestaat
  
• hoe een automatische schakeling werkt
  
• hoe schakelingen kunnen reageren op licht of temperatuur
  

Automatische schakelingen

Bestaat uit :

Sensor: neemt veranderingen waar in de omgeving

Automatische schakelaar: reageert op de info van de sensor

Actuator: voert de gewenste reactie uit

Automatische schakelingen

voorbeelden:

• automatische schuifdeur
  
• inbrekersalarm
  
• buitenverlichting die aan gaat als het donker wordt
  
• buitenverlichting die aangaat als er beweging is
  

Sensoren 

• Lichtsensor (LDR) : hierbij wordt de weerstand  lager als de lichtsterkte groter wordt

• Temperatuursensor (NTR) : hierbij wordt de weerstand lager worden als de temperatuur hoger wordt.
  

• Bewegingssensor : Geef een stroompuls als beweging wordt geregistreerd
  

automatische schakelaar

reageert op de info van de sensor, zorgt dat er spanning op de stroomkring komt te staan 

Actuatoren

Voorbeelden:

• Motor die een deur opent (schuifdeur)
  
• Verwarmingselement dat aan gaat om aquarium te verwarmen
  
• Lamp die aan gaat omdat het te donker is
• etc.
  

          

Sensor en actuator

Geef bij ieder voorbeeld de sensor en de actuator.

a. Straatverlichting gaat automatisch aan als het donker wordt.

b. Schuifdeuren gaan automatisch open als je aan komt lopen.

c. In een werkplaats gaat een rode lamp branden als er te veel lawaai is.

d. Als de temperatuur in een koelcel boven de 7 °C komt, dan klinkt een piepsignaal.

NTC

Bij een NTC..
(twee antwoorden zijn goed!)

1. stijgt de weerstand als de temperatuur daalt
2. stijgt de weerstand als de temperatuur stijgt
3. daalt de weerstand als de temperatuur stijgt
4. daalt de weerstand als de temperatuur daalt

LDR

Light dependant resistance. 

Bij meer licht wordt de weerstand kleiner.

Op licht reagerende weerstand. 

Denk aan lantaarnpalen die aan gaan wanneer het buiten donker wordt of je telefoonscherm dat de helderheid aanpast.

LDR

LDR is een lichtgevoelige weerstand. Wat is goed?

1. De weerstand is altijd hetzelfde.
2. De weerstand is hoog bij veel licht.
3. De weerstand is laag bij veel licht.

Bij welke combinatie van temperatuur en hoeveelheid licht is de vervangingsweerstand het grootst?

1. veel licht, hoge temperatuur
2. weinig licht, hoge temperatuur
3. veel licht, lage temperatuur
4. weinig licht, lage temperatuur

Het relais

Het relais is een schakelaar die wordt bediend door een elektromagneet. 

Een elektromagneet bestaat uit een spoel en een ijzeren kern.

Relais

Relais

Woordt aangezet door een elektromagneet en heeft een:

Maakcontact

Breekcontact

Maakcontact

Is de relais aangesloten op het maakcontact is de stroomkring compleet; er kan stroom lopen

Lamp gaat aan

Breekcontact

Is de relais verbonden met het breekcontact is er geen complete stroomkringt; er kan geen stroom lopen. De verbinding is verbroken.

de lamp gaat uit

Relais

Een kleine stroomkring zet een grote stroomkring aan.

Het is een automatische schakelaar

Relais

Er zijn dus 2 aparte stroomkringen

Wat is een relais?

1. Een elektrische schakelaar
2. Een magnetische schakelaar
3. Een lichtschakelaar
4. Een drukschakelaar

Wat is de functie van het relais?

1. Het relais meet de spanning
2. Het relais werkt als spanningsdeler
3. Het relais meet de stroomsterkte
4. Het relais werkt als schakelaar

Een relais werkt als volgt:

1. Het verhoogt of verlaagt de spanning van 10.000V naar 230V
2. Is een elektro- magnetische schakelaar. Door spanning door een spoel kan je een andere stroom inschakelen.
3. Een elektrisch schakelcontact in een glazen buisje dat bediend wordt door een magnetisch veld.

In een automatische schakeling moet het relais schakelen als de temperatuur sterk stijgt. Op welke plek in de schakeling kan de NTC zijn opgenomen?

1. 1
2. 2
3. 3 of 4
4. 5

Bekijk de afbeelding. Noteer de juiste woorden:
- Als de zon feller gaat schijnen, wordt de weerstand door onderdeel Q GROTER/KLEINER - Er gaat dan WEL/GEEN stroom door de linkerkant van de relais lopen - De relais maakt dan contact met het BREEKCONTACT / MAAKCONTACT - In de bovenstaande schakeling is dit aansluitpunt R/S

Lesdoelen gehaald?

Je weet nu:

• uit welke onderdelen een automatische schakeling bestaat
  
• hoe een automatische schakeling werkt
  
• hoe schakelingen kunnen reageren op licht of temperatuur
  

Aan de slag

Maken vanaf blz 125: Vraag 84, 88, 93, 95, 96, 97, 101, 102, 104, 105

9.5 Halfgeleiders

Diode

LED

Transistor

Lesdoelen

Je leert in deze les:

• de elektrische eigenschappen van een diode en een led
  
• de functie van een transistor in een automatische schakeling
  

Diode: laat de stroom door in maar één richting: 

de doorlaatrichting

In de andere richting heeft de diode een hele hoge weerstand: 

de sper-richting of sper-stand

LED: diode die licht uitstraalt als de stroom de juiste kant op gaat

Welke LED's in de schakeling hiernaast geven licht?

Transistor

Naast het relais kunnen we ook een ander soort automatische schakelaar gebruiken: de transistor. 

- Schakelaar / stroom versterkt doorgeven
- 3 aansluitpunten: basis (B), collector (C) en emitter (E)
- Toepassingen: versterker --> stroom versterkt doorgeven, processor van een computer --> schakelaar

Werking transistor

Drie aansluitpunten

 1) collector (C)

 2) basis (B)

 3) emitter (E)

Kleine stroom B naar E,

grote stroom C naar E

Voordeel en nadeel transistor

Voordeel: 
Een transistor is kleiner dan een relais en daardoor beter toepasbaar in kleinere schakelingen. 

Nadeel: 

Het feit dat de transistor met kleinere stromen werkt terwijl het relais grotere stromen kan verwerken.

Transistor

Een transistor heeft een aan en uit stand. De Basis kun je zien als knop waarmee je de transistor aan en uit kunt zetten. Als er geen stroom naar de Basis toe loopt, staat de transistor uit. Op dat moment kan er ook geen stroom lopen van de Collector naar de Emitter. Als er wel een stroom bij de basis komt, staat de transistor aan en kan er ook een stroom lopen van de Collector naar de Emitter. In onderstaande link vind je een animatie waarin de transistor wordt vergeleken met een waterleiding. 

Inbraakalarm

Automatische lamp

Een TRANSISTOR heeft 3 belangrijke punten: B,C,E

1. B is BASIS, C is COLLECTOR, E is ENERGIE
2. B is BASIS, C is CAPACITEIT, E is ENERGIE
3. B is B-STROOM, C is COLLECTIEF, E is EMITTER
4. B is BASIS, C is COLLECTOR, E is EMITTER

Hoe loopt de hoofdstroom in een transistor?

1. Van emitter naar collector
2. Van emitter naar basis
3. Van basis naar collector
4. Van collector naar emitter

Lesdoelen par 9.5 behaald?

Je weet nu:

• wat en diode is en waar je die voor gebruikt
  
• wat een transistor is en waarvoor je die gebruikt
  

9.4:

84, 88, 93, 95, 96, 97, 101, 102, 104, 105

9.5:

108, 110, 111, 117, 119, 120

In stilte

Maken opgaven 9.4 en 9.5

- Afmaken 9.1: 19, 21, 23, 25, 26, 28, 30, 32

- Afmaken 9.2: 36, 37, 38, 41, 43, 45, 49, 52, 54, 55, 56, 57, 59

- Afmaken 9.3: 64, 66, 68, 72, 79

Practicum

 Doe het practicum vanaf blz. 143