04. Spanningsbronnen

04. Spanningsbronnen

Doel van deze Experience:

  • Tijdens deze Experience gaan we het hebben over de verschillende soorten spanningsbronnen. Ook zul je de multimeter weer gebruiken om te meten en op deze manier alles beter te begrijpen.

Wat heb je deze Experience nodig:

  • Multimeter met meetsnoeren
  • Batterij 9 V
  • Spijker, citroen en 50 eurocent muntstuk

De Experience;

De basis voor elektronica is een spanningsbron. De spanningsbron zorgt voor de voeding van de schakeling. Met spanning en stroom kunnen we met de Arduino computer communiceren met de buitenwereld. Allerlei sensoren die metingen doen, geven een bepaalde spanning afhankelijk van de gemeten waarde. Ook als we een machine willen aansturen of een verkeerslicht bedienen dan hebben we hier spanning voor nodig. Daarom is deze Experience over spanning belangrijk en de basis van de elektronica.

We onderscheiden twee soorten spanningsbronnen namelijk:

  • Gelijkspanning
  • Wisselspanning

Gelijkspanning

Gelijkspanning is een bron die vaak voorkomt. Een batterij is bijvoorbeeld een gelijkspanningsbron. Dit betekent dat de spanning altijd gelijk is, bijvoorbeeld 1,5 Volt bij een kleine batterij of 9 Volt bij een blok batterij. In het Engels moeten we gelijkspanning/stroom “DC” wat staat voor Direct Current.

batterij 1,5 volt
De hoogte van de spanning wordt weergegeven in Volt. De eenheid Volt is genoemd naar de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta (1745-1827). Deze vond in 1800 de eerste chemische batterij uit, de zuil van Volta. Wil je meer weten van Volta, lees dan deze pagina op Wikipedia. Gelijkspanning kan worden gemaakt door twee verschillende metalen in een zoutoplossing te dompelen. Alle batterijen en accu’s die je kent werken op dit principe waarbij andere metalen of andere vloeistoffen worden gebruikt.

Mangaanbatterij1

Schematische opbouw van een batterij

In de volgende video laten we zien hoe je zelf met een citroen een spanningsbron kunt maken. Je hebt een spijker nodig uit de kist en een citroen en 50 eurocent stuk.

Een gelijkspanningsbron heeft altijd een plus (+) en een min (-), dit zie je ook op de foto’s en herken je misschien wel als je soms een batterij moet vervangen. Als je dit verkeerd om doet werkt het niet. In schema’s en tekeningen is het belangrijk dat je kunt zien wat voor voeding er nodig is. Voor gelijkspanning worden de volgende symbolen gebruikt, eventueel met toevoeging van de hoogte van de spanning bijvoorbeeld 1,5 V of 9 V
gelijkspanningssymbool of 9volt symbool

Wisselspanning
Bij wisselspanning hebben we geen vaste min en plus aansluiting want deze wisselen steeds. Dit gaat meestal in een sinusvormige golf. Als de ene pool hoog wordt, wordt de andere pool laag. Dit varieert heel snel en kun je alleen maar zien met goede meetapparatuur. De snelheid van dit variëren geven we aan in Hz (Hertz) en noemen we de frequentie; het aantal wisselingen per seconde.
De spanning die uit een stopcontact komt is bijvoorbeeld 230 V en 50 Hz, dit is het meest voorkomende. Een microfoon werkt ook via wisselspanning. Wanneer je in een microfoon praat wordt je stemgeluid omgezet in een signaal van een bepaalde spanning met een bepaalde frequentie, afhankelijk van wat je hebt ingesproken. In het Engels noemen we wisselspanning/stroom “AC” wat staat voor Alternating Current.

230volt_50Hz.svg

Sinusvormige wisselspanning

De vorm van een wisselspanning en de frequentie kun je meten met een oscilloscoop. Dit is een redelijk duur instrument met een display waarop je de vorm van de spanning kunt zien.

oscilloscoop

Oscilloscoop

In de volgende video laten we aan de hand van een stuk software zien hoe een Oscilloscoop werkt en welke vormen wisselspanning er zijn.

Je kunt dit programma dat werkt met Microsoft Excel ook zelf downloaden en proberen. Klik hier voor de download

Omzetten van wisselspanning naar gelijkspanning
Je kunt van wisselspanning gelijkspanning maken. Dit gebeurt bijvoorbeeld in een adapter voor het opladen van je telefoon. Deze stop je in het stopcontact 230 V / 50 Hz en hier komt een gelijkspanning van 5 V uit. We noemen dit een adapter; deze wordt het meest gebruikt om schakelingen te voeden.
Je kunt van gelijkspanning ook wisselspanning maken, dit is echter een stuk moeilijker en zullen we bij deze cursus niet behandelen.

AC-DC adapter 120

AC-DC adapter

Hoge en lage spanning
Het aantal Volt van een spanningsbron geeft het spanningsverschil weer tussen de plus en de min pool. Gebruik altijd de hoofdletter V als afkorting voor Volt, zo hoort het.
Je kunt je voorstellen dat er in een heel gevoelige schakeling maar heel weinig spanningsverschil is. Hiervoor gebruiken we dan mV wat staat voor milliVolt. Milli is 1000 keer kleiner. Je kunt ook zeggen dat 0,001 V gelijk is aan 1 mV. Dit geldt ook voor hele hoge spanningen. Op de spanningsmasten die je wel eens ziet staat 380.000 Volt. Aangezien kilo duizend maal is, gebruiken we hiervoor 380 kV in plaats van 380.000 V.

hoogspanningsmasten

Hoogspanningsmasten voor 380.000 V

In onderstaande tabel zie je de verschillende groottes met het symbool op een rijtje

spaningswaardes

μ staat voor micro en is 1.000.000 x zo klein.
m staat voor milli en voor 1.000 x zo klein net als millimeter
k  staat voor Kilo en is 1.000 (duizend keer) zo groot
M staat voor Mega en is 1.000.000 (miljoen keer) zo groot
G staat voor Giga en is 1.000.000.000 (miljard keer) zo groot

Spanning verhogen
Als je een hogere spanning nodig hebt dan kun je meerdere batterijen gebruiken.
Als je 4 stuks 12 V accu’s in serie zet, dit betekent dat je de plus van de ene batterij op de min van de andere batterij plaats, dan krijg je in één keer 48 V. Je mag dus alle verschillende spanningen bij elkaar optellen.

batterijen serie

4 accu’s in serie geven 48V

Wisselspanningsbronnen kun je beter niet aan elkaar koppelen door ze serie of parallel te schakelen, aangezien het moeilijk is om de frequentie precies gelijk te laten lopen. Dit geeft dan zeker problemen.

Capaciteit verhogen
Een batterij kan ook leeg gaan. Als je heel veel stroom uit de batterij haalt, zoals wanneer je een zaklamp vergeet uit te zetten, zal de batterij snel leeg zijn. Als je langer met batterijen wil werken en geen hogere spanning nodig hebt dan kun je de batterijen parallel zetten. Je verbindt dan de 2 plussen en de 2 minnen aan elkaar. Hiermee blijft de hoogte van de spanning gelijk en kun je er 2 keer zo lang mee doen.

batterijen parallel

Batterijen parallel geschakeld

Opdrachten;

In de eerste video hebben we spanning opgewekt met een citroen. Probeer te achterhalen wat de hoogte van de spanning bepaalt bij het citroen experiment, wordt de spanning hoger of lager

  • Als je een dunnere spijker gebruikt ?
  • Als je een langere spijker gebruikt of hem heel ver in de citroen drukt ?
  • Als je een andere metalen pen gebruikt, bijvoorbeeld een brei- of haaknaald ?
  • Als je de afstand tussen de koperen munt en de spijker kleiner of groter maakt ?
  • Als je in plaats van de citroen een appel, peer of banaan gebruikt ?
  • Als je in plaats van een 50 eurocent stuk een kleiner 10 eurocent stuk gebruikt ?

Wat heb je deze Experience geleerd;

  • Wat spanning is
  • Het verschil tussen gelijk- en wisselspanning
  • De verschillende groottes van spanning en hoe je dit uitdrukt.
TestenStatus

Een reactie plaatsen