Elektronische schakelingen, systemen en informatieverwerking
Inleiding
Wat is elektronica?
Vakdomein dat gebruikt maakt van elektrische componenten, schakelingen en signalen voor
transport, verwerking en opslag van energie en informatie
Wat is elektriciteit?
- De verzameling natuurkundige verschijnselen die te maken hebben met elektrische lading,
elektrische velden en elektromagnetisme
o Statische elektrische ladingen = elektrostatica
o Bewegende elektrische ladingen (stroom) = elektrodynamica
- Elektriciteit heeft zeer veel dagdagelijkse en technische toepassingen, bestudeerd en verder
ontwikkeld in de elektrotechniek
Elektriciteit vs. elektronica
Elektriciteit Elektronica
Beperkt tot (schakelingen bestaande uit) Onderdeel van elektrotechniek, bestudeert hoe
‘passieve’ componenten elektrische stroom kan worden gestuurd in (een
schakeling) met ‘actieve’ en/of ‘niet-lineaire’
componenten
Dus… enerzijds: ideaal OPO om het probleemoplossend, abstract-analytisch vermogen van
studenten uit te dagen en te testen → ‘ingenieus’ zijn
Anderzijds: is elektronica volledig verspreid in zowel ons dagdagelijks leven als het bedrijfsleven,
gaande van technische hulpmiddelen tot het verwerken van (big) data
Geschiedenis
- 1830: uitvinding van de ‘relais’ (relay): component om signalen te versterken/schakelen m.b.v.
elektromagnetisme
- 1903: uitvinding van de vacuüm-buis: elektronische component met gloeidraad en vacuüm om
signalen te versterken
- 1947: uitvinding van de transistor
- 1958/1959: uitvinding van de ‘chip’: alle componenten (transistoren, weerstanden,
condensatoren, spoelen, diodes, …) worden geïntegreerd op een stukje halfgeleidermateriaal
(bv. Silicium) = ‘geïntegreerde schakeling’
PCB: Printed Circuit Board
- Koperen verbindingen worden gedrukt (ge-etst) op een isolerend plaatje
- De componenten maken een elektronisch contact d.m.v. een soldeerverbinding
Evolutie van elektronica
Wet van Gordon Moore: het aantal transistoren op een chip x2 elke 18 maanden
Hoofdstuk 1: basis elektrische kringen en componenten
Zelfstudie, maar veel wordt nog herhaald
,Hoofdstuk 3: weerstand en DC-kringen
Lading en stroom
Beweging van lading is elektrische stroom (1𝑒 − = 1,6. 10−19 𝐶)
De magnitude van de stroom is proportioneel met de hoeveelheid lading per tijdseenheid. De eenheid
van stroom is Ampère.
∆𝑄 𝑑𝑞 𝐶
𝐼= = 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑑𝑒𝑛: 𝐴 =
∆𝑡 𝑑𝑡 𝑠
Bewegingszin van de lading vs stroomzin:
Spanning
- Ladingen bewegen onder invloed van een potentiaalverschil dat wordt in stand gehouden door
een externe bron
- In het handboek wordt dit aangeduid als e.m.f. (= elektromotorische kracht of
e.m.k.)
- Oorzaken:
o Chemisch proces (zoals in een batterij)
o Magnetische inductie (zoals in een generator of dynamo)
o Fotovoltaïsch
o …
- Tegenwoordig spreken we van spanningsbronnen of stroombronnen i.p.v. e.m.k.
ZEER belangrijk: spanning is aanwezig OVER een component, wanneer stroom DOOR
de component vloeit
De I-V curve van een spanningsbron
,De I-V curve van een stroombron
Polariteit van spanning en richting van stroomzin
Het kiezen van polariteit is heel belangrijk. Is er niks gegeven kan het zijn dat je uiteindelijk een
negatief resultaat bekomt, dit hoeft geen probleem te zijn, maar kan duiden op een omgekeerde
richting.
Weerstanden en de Wet van Ohm
- Symbool van weerstand:
- Wet van Ohm, voor een (metallische) geleider: 𝑉 𝑅 = 𝑅. 𝐼 𝑅 [Ω] = [𝑉]/[𝐴]
- Het vermogen, gedissipeerd in een weerstand: 𝑃 = 𝑉. 𝐼 [𝑊] = [𝑉][𝐴]
De I-V curve van een weerstand
Weerstanden en de Wet van Ohm
Gebruik nooit de Wet van Ohm aan een open keten!
Weerstand [𝛺] en geleidbaarheid [𝑆]
, Weerstand en de Wet van Ohm
De weerstandswaarde van een weerstand wordt bepaald door:
(1) Afmetingen
(2) Materiaaleigenschappen
= de Wet van Pouillet
PRAKTISCH
SMD-weerstanden
Weerstanden in serie
𝑉 = 𝑉 1 + 𝑉 2 + ⋯ + 𝑉 𝑛 → Via Wet van Ohm: V = I.R
𝑉 = 𝐼. 𝑅1 + 𝐼. 𝑅 2 + ⋯ + 𝐼. 𝑅 𝑛 = 𝐼. (𝑅1 + 𝑅 2 + ⋯ + 𝑅 𝑛 ) = 𝐼. 𝑅 𝑒𝑞
𝑅 𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅 2 + ⋯ + 𝑅 𝑛
Equivalente weerstand: ∀𝑖 𝑅 𝑒𝑞 > 𝑅 𝑖
Weerstanden in parallel
𝑉 𝑉 𝑉 1 1 1 1
𝐼 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛 = 𝑉. (𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛) = 𝑉. 𝑅𝑒𝑞
1 1 1 1
Waarbij: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛
Twee weerstanden in parallel:
1 1 1 𝑅2 𝑅1 𝑅 2 +𝑅 1 𝑅 1 .𝑅 2
= 𝑅1 + 𝑅2 = 𝑅1.𝑅2 + 𝑅1 .𝑅2 = 𝑅 𝑒𝑞 = 𝑅1+𝑅2
𝑅 𝑒𝑞 𝑅 1 .𝑅 2
Voorbeeld vereenvoudiging
Inleiding
Wat is elektronica?
Vakdomein dat gebruikt maakt van elektrische componenten, schakelingen en signalen voor
transport, verwerking en opslag van energie en informatie
Wat is elektriciteit?
- De verzameling natuurkundige verschijnselen die te maken hebben met elektrische lading,
elektrische velden en elektromagnetisme
o Statische elektrische ladingen = elektrostatica
o Bewegende elektrische ladingen (stroom) = elektrodynamica
- Elektriciteit heeft zeer veel dagdagelijkse en technische toepassingen, bestudeerd en verder
ontwikkeld in de elektrotechniek
Elektriciteit vs. elektronica
Elektriciteit Elektronica
Beperkt tot (schakelingen bestaande uit) Onderdeel van elektrotechniek, bestudeert hoe
‘passieve’ componenten elektrische stroom kan worden gestuurd in (een
schakeling) met ‘actieve’ en/of ‘niet-lineaire’
componenten
Dus… enerzijds: ideaal OPO om het probleemoplossend, abstract-analytisch vermogen van
studenten uit te dagen en te testen → ‘ingenieus’ zijn
Anderzijds: is elektronica volledig verspreid in zowel ons dagdagelijks leven als het bedrijfsleven,
gaande van technische hulpmiddelen tot het verwerken van (big) data
Geschiedenis
- 1830: uitvinding van de ‘relais’ (relay): component om signalen te versterken/schakelen m.b.v.
elektromagnetisme
- 1903: uitvinding van de vacuüm-buis: elektronische component met gloeidraad en vacuüm om
signalen te versterken
- 1947: uitvinding van de transistor
- 1958/1959: uitvinding van de ‘chip’: alle componenten (transistoren, weerstanden,
condensatoren, spoelen, diodes, …) worden geïntegreerd op een stukje halfgeleidermateriaal
(bv. Silicium) = ‘geïntegreerde schakeling’
PCB: Printed Circuit Board
- Koperen verbindingen worden gedrukt (ge-etst) op een isolerend plaatje
- De componenten maken een elektronisch contact d.m.v. een soldeerverbinding
Evolutie van elektronica
Wet van Gordon Moore: het aantal transistoren op een chip x2 elke 18 maanden
Hoofdstuk 1: basis elektrische kringen en componenten
Zelfstudie, maar veel wordt nog herhaald
,Hoofdstuk 3: weerstand en DC-kringen
Lading en stroom
Beweging van lading is elektrische stroom (1𝑒 − = 1,6. 10−19 𝐶)
De magnitude van de stroom is proportioneel met de hoeveelheid lading per tijdseenheid. De eenheid
van stroom is Ampère.
∆𝑄 𝑑𝑞 𝐶
𝐼= = 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑑𝑒𝑛: 𝐴 =
∆𝑡 𝑑𝑡 𝑠
Bewegingszin van de lading vs stroomzin:
Spanning
- Ladingen bewegen onder invloed van een potentiaalverschil dat wordt in stand gehouden door
een externe bron
- In het handboek wordt dit aangeduid als e.m.f. (= elektromotorische kracht of
e.m.k.)
- Oorzaken:
o Chemisch proces (zoals in een batterij)
o Magnetische inductie (zoals in een generator of dynamo)
o Fotovoltaïsch
o …
- Tegenwoordig spreken we van spanningsbronnen of stroombronnen i.p.v. e.m.k.
ZEER belangrijk: spanning is aanwezig OVER een component, wanneer stroom DOOR
de component vloeit
De I-V curve van een spanningsbron
,De I-V curve van een stroombron
Polariteit van spanning en richting van stroomzin
Het kiezen van polariteit is heel belangrijk. Is er niks gegeven kan het zijn dat je uiteindelijk een
negatief resultaat bekomt, dit hoeft geen probleem te zijn, maar kan duiden op een omgekeerde
richting.
Weerstanden en de Wet van Ohm
- Symbool van weerstand:
- Wet van Ohm, voor een (metallische) geleider: 𝑉 𝑅 = 𝑅. 𝐼 𝑅 [Ω] = [𝑉]/[𝐴]
- Het vermogen, gedissipeerd in een weerstand: 𝑃 = 𝑉. 𝐼 [𝑊] = [𝑉][𝐴]
De I-V curve van een weerstand
Weerstanden en de Wet van Ohm
Gebruik nooit de Wet van Ohm aan een open keten!
Weerstand [𝛺] en geleidbaarheid [𝑆]
, Weerstand en de Wet van Ohm
De weerstandswaarde van een weerstand wordt bepaald door:
(1) Afmetingen
(2) Materiaaleigenschappen
= de Wet van Pouillet
PRAKTISCH
SMD-weerstanden
Weerstanden in serie
𝑉 = 𝑉 1 + 𝑉 2 + ⋯ + 𝑉 𝑛 → Via Wet van Ohm: V = I.R
𝑉 = 𝐼. 𝑅1 + 𝐼. 𝑅 2 + ⋯ + 𝐼. 𝑅 𝑛 = 𝐼. (𝑅1 + 𝑅 2 + ⋯ + 𝑅 𝑛 ) = 𝐼. 𝑅 𝑒𝑞
𝑅 𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅 2 + ⋯ + 𝑅 𝑛
Equivalente weerstand: ∀𝑖 𝑅 𝑒𝑞 > 𝑅 𝑖
Weerstanden in parallel
𝑉 𝑉 𝑉 1 1 1 1
𝐼 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛 = 𝑉. (𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛) = 𝑉. 𝑅𝑒𝑞
1 1 1 1
Waarbij: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ + 𝑅𝑛
Twee weerstanden in parallel:
1 1 1 𝑅2 𝑅1 𝑅 2 +𝑅 1 𝑅 1 .𝑅 2
= 𝑅1 + 𝑅2 = 𝑅1.𝑅2 + 𝑅1 .𝑅2 = 𝑅 𝑒𝑞 = 𝑅1+𝑅2
𝑅 𝑒𝑞 𝑅 1 .𝑅 2
Voorbeeld vereenvoudiging
