Wat is een diode?

Een diode is een halfgeleidercomponent die een soort eenrichtingsschakelaar voor stroom vormt. Hij laat stroom in de ene richting gemakkelijk vloeien, maar nauwelijks in de tegenovergestelde richting.

Diodes worden ook wel gelijkrichters genoemd, omdat ze wisselstroom (AC) omzetten in pulserende gelijkstroom (DC). Diodes worden ingedeeld op basis van het type, de spanning en de stroomcapaciteit.

Diodes zijn polair: ze hebben een anode (positieve zijde) en een kathode (negatieve zijde). De meeste diodes laten alleen stroom vloeien als er positieve spanning op de anode wordt aangelegd. In deze afbeelding worden verschillende diodeconfiguraties weergegeven:

Wanneer een diode stroomdoorgang toestaat, is deze gepolariseerd in de doorlaatrichting. Wanneer er bij een diode sprake is van voorspanning in de sperrichting, fungeert deze als een isolator en laat deze geen stroomdoorgang toe.

Raar maar waar: De pijl van het diodesymbool wijst in de tegenovergestelde richting van de elektronenemissie. Reden: Het symbool is bedacht door technici en in hun schematische voorstelling verloopt de stroomdoorgang vanaf de positieve (+) zijde van de spanningsbron naar de negatieve (-). Dezelfde conventie wordt toegepast voor halfgeleidersymbolen waarin pijlen worden gebruikt: de pijl wijst in de ‘gebruikelijke’ toegestane stroomrichting, en tegen de toegestane richting van de elektronenstroom in.

Bij een diodetest van een digitale multimeter produceert de diode een geringe spanning tussen de testdraden, die voldoende sterk is voor polarisering van een lagendiode in de doorlaatrichting. De normale spanningsval is tussen 0,5 en 0,8 V. De weerstand van een goed werkende diode in de doorlaatrichting ligt als het goed is tussen 1000 ohm en 10 ohm. Wanneer er sprake is van voorspanning in de sperrichting, wordt op de display van een digitale multimeter de waarde OL weergegeven (dit duidt op een zeer hoge weerstand).

Diodes zijn geschikt voor een specifieke stroomsterkte. Als deze wordt overschreden en de diode defect raakt, kan er kortsluiting optreden en kan er mogelijk a) stroom in beide richtingen vloeien of b) stroom in beide richtingen worden tegengehouden.

Referentie: Digital Multimeter Principles door Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Vraag expert advies

Wat is Duty-Cycle?

De duty-cycle is de verhouding tussen de duur die een belasting of circuit AAN is ten opzichte van de duur gedurende welk de belasting of het circuit UIT is.

De duty-cycle, soms ook ‘duty factor’ genoemd, wordt uitgedrukt als een percentage van de AAN-tijd. Een duty cycle van 60% geeft aan dat een signaal 60% van de tijd AAN is en de overige 40% UIT.

Veel belastingen worden snel in- en uitgeschakeld via een snelwerkende elektronische schakelaar die nauwkeurig het uitgangsvermogen beheert van de belasting. Belastingsbedrijf—zoals de helderheid van een lamp, de afgifte van een verwarmingselement en de magnetische sterkte van een spoel—kan worden geregeld op basis van de duty-cycle via perioden van INSCHAKELING en UITSCHAKELING of cycli per seconde.

Duty-cycle vereenvoudigd

Als de verstuiver AAN wordt gepulst met een wisselende duur (dit heet pulsbreedtemodulatie), is de duty-cycle steeds verschillend. Als de verstuiver AAN wordt gepulst gedurende 0,05 seconde in een cyclus van 0,1 seconde, is de duty cycle van de brandstofverstuiver 50%. Als de verstuiver AAN wordt gepulst gedurende 0,09 seconde van diezelfde cyclus van 0,1 seconde, is de duty-cycle van de brandstofverstuiver 90%.

Voorbeeld van duty-cycle

In een elektronisch brandstofinspuitsysteem van een auto regelen spanningspulsen die aan de magneetklep van de brandstofinspuitklep worden gevoed, de brandstofinspuitklep af op een vaste snelheid van 10 cycli per seconde of 10 Hz.

Dankzij pulsbreedtemodulatie kan de brandstoftoevoer naar de motor nauwkeurig elektronisch worden geregeld. De gemiddelde spanning voor elke duty-cycle wordt bepaald door de hoeveelheid pulstijd AAN.

Magneetkleppen die door middel van de duty-cycle worden aangestuurd, gebruiken een variabel duty-cycle-signaal om de stroom te variëren of de druk aan te passen. Hoe langer een magneetklep open blijft, hoe groter de doorstroming en hoe lager de opgebouwde druk. Deze magneetkleppen worden aangestuurd door de voeding of de aarding.

Wat is pulsbreedte?

Pulsbreedte is een maat voor de werkelijke inschakelduur in milliseconden. De tijd UIT heeft geen invloed op de pulsbreedte van het signaal. De enige waarde die wordt gemeten, is hoe lang het signaal AAN is (aansturing door de aarding).

Referentie: Digital Multimeter Principles door Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Als twee van deze waarden bekend zijn, kunnen technici de wet van Ohm gebruiken om de derde te berekenen. De piramide kan als volgt worden veranderd:

Als de spanning (E) en stroom (I) bekend zijn en u wilt de weerstand (R) berekenen, kruist u de R in de piramide door en rekent u de overgebleven vergelijking uit (zie de eerste piramide, helemaal links, hierboven).

Opmerking: de weerstand kan niet worden gemeten bij een stroomkring in bedrijf. De wet van Ohm is dan vooral nuttig als deze moet worden berekend. Het is niet nodig om de stroomkring uit te schakelen om de weerstand te meten, want met behulp van de bovenstaande variatie op de wet van Ohm kan een technicus R berekenen.

Als de spanning (E) en weerstand (R) bekend zijn en u wilt de stroom (I) berekenen, kruist u de I in de piramide door en rekent u de overgebleven vergelijking uit (zie de middelste piramide hierboven).

Als de stroom (I) en weerstand (R) bekend zijn en u wilt de spanning (E) berekenen, vermenigvuldigt u de twee waarden onder in de piramide met elkaar (zie de derde piramide, helemaal rechts, hierboven).

Probeer eens enkele voorbeeldberekeningen voor een eenvoudige seriële stroomkring met één spanningsbron (batterij) en weerstand (lampje). In elk voorbeeld zijn twee waarden bekend. Gebruik de wet van Ohm om de derde te berekenen.

Voorbeeld 1: Spanning (E) en weerstand (R) zijn bekend.

Wat is de stroom in de stroomkring?

I = U/R = 12 V/6 Ω = 2 A

Voorbeeld 2: Spanning (E) en stroom (I) zijn bekend.

Wat is de door het lampje veroorzaakte weerstand?

R = E/I = 24 V/6 A = 4 Ω

Voorbeeld 3: Stroom (I) en weerstand (R) zijn bekend. Wat is de spanning?

Wat is de spanning in de stroomkring?

E = I x R = (5 A)(8 Ω) = 40 V

Toen Ohm in 1827 zijn formule publiceerde, was zijn belangrijkste conclusie dat de hoeveelheid elektrische stroom die door een geleider stroomt recht evenredig is met de spanning waaraan deze onderhevig is. Met andere woorden: er is één volt druk nodig om één ampère stroom door één ohm weerstand te duwen.

Wat kan men valideren met de wet van Ohm

De wet van Ohm kan worden gebruikt ter validatie van de statische waarden van stroomkringcomponenten, stroomniveaus, spanningstoevoer en spanningsdalingen. Als een meetinstrument bijvoorbeeld een hogere stroommeting waarneemt dan normaal, kan dit betekenen dat de weerstand is afgenomen of dat de spanning is toegenomen, waardoor een hoogspanningssituatie wordt veroorzaakt. Dit kan duiden op een probleem in de voeding of met de stroomkring.

In gelijkstroomkringen (DC) kan een lagere stroommeetwaarde dan normaal betekenen dat de spanning is afgenomen of dat de stroomkringweerstand is toegenomen. Mogelijke oorzaken voor toegenomen weerstand zijn slechte of losgeraakte verbindingen, corrosie en/of beschadigde onderdelen.

Belastingen in een stroomkring nemen elektrische stroom af. Belastingen kunnen allerlei componenten zijn: kleine elektrische apparaten, computers, huishoudelijke apparatuur of een grote motor. De meeste van deze componenten (belastingen) zijn voorzien van een typeplaatje of informatiesticker. Hierop staan de veiligheidscertificering en verschillende referentienummers aangegeven.

Technici raadplegen de typeplaatjes van componenten om te weten te komen wat de standaard spannings- en stroomwaarden zijn. Als een technicus er bij het meten achter komt dat de digitale multimeter of stroomtang andere waarden registreert dan de gebruikelijke waarden, kan hij/zij de wet van Ohm gebruiken om vast te stellen welk deel van de stroomkring niet goed werkt en wat daar de oorzaak van kan zijn.

De basiskennis over stroomkringen.

Zoals alles zijn stroomkringen opgebouwd uit atomen. Atomen bestaan weer uit subatomische deeltjes:

• Protonen (met een positieve elektrische lading)
• Neutronen (geen lading)
• Elektronen (met een negatieve lading)

Atomen worden bij elkaar gehouden door de aantrekkingskrachten tussen de kern van het atoom en de elektronen in de buitenlaag. Als atomen in een stroomkring worden blootgesteld aan spanning, gaan ze zich opnieuw formeren en oefenen hun onderdelen een aantrekkingspotentiaal uit dat bekend staat als een potentiaalverschil. Losse elektronen met een onderlinge aantrekkingskracht bewegen zich richting protonen, waardoor een elektronendoorstroming (stroom) ontstaat. Elk materiaal in de stroomkring dat deze stroom hindert, wordt beschouwd als weerstand.

Referentie: Digital Multimeter Principles door Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Informatie aanvragen

RMS berekenen

Zoals al eerder is vermeld, staat RMS voor Root Mean Square. Hoewel het begrip van deze formule een uitdaging kan vormen, berekent RMS in principe de equivalente gelijkstroomwaarde van een AC-golfvorm. In meer technische termen: het bepaalt de ‘effectieve’ of DC-verwarmingswaarde van elke willekeurige AC-golfvorm.

Een meter voor gemiddelde waarden maakt gebruik van wiskundige formules om het gemiddelde te bepalen voor een nauwkeurige meting van zuivere sinusgolven. Deze kan niet-sinusoïdale golven meten, maar met een onzekere nauwkeurigheid.

Een meer geavanceerde true-RMS-meter kan zuivere golven en de complexere niet-sinusoïdale golven nauwkeurig meten. Golfvormen kunnen worden vervormd door niet-lineaire belastingen, zoals frequentiegeregelde aandrijvingen of computers. Als geprobeerd wordt vervormde golven te meten met een meter voor gemiddelde waarden, kunnen de berekeningen van de meter tot 40% te laag of 10% te hoog uitvallen.

Waar moet true-RMS worden gemeten

De behoefte aan true-RMS-meters is toegenomen, omdat er de afgelopen jaren steeds vaker niet-sinusoïdale golven voorkomen in circuits. Enkele voorbeelden:

• Frequentiegeregelde motoraandrijvingen
• Elektronische ballasten
• Computers
• HVAC
• Omgevingen met halfgeleiders

In deze omgevingen is stroom aanwezig in korte pulsen in plaats van in de vloeiende sinusgolven die worden afgenomen door een standaard inductiemotor. De golfvorm van de stroom kan een groot effect hebben op de uitlezing van stroomtangen. Daarnaast is een true-RMS-meter een betere keuze voor het verrichten van metingen op elektrische leidingen waarbij AC-kenmerken niet bekend zijn.

Referentie: Digital Multimeter Principles door Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Informatie aanvragen