[natuurkunde] Elektronische schakeling

Xasuntox

Hallo,

Ik ben student industrieel ingenieur en daarvoor heb ik wiskunde wetenschappen gevolgd. Momenteel ben ik het hoofdstuk van de Diodes aan het studeren. Maar dat loopt toch niet zo vlot. Daarom kom ik hier hulp vragen om me wat op weg te helpen. Want er zijn nog een paar onduidelijkheden.

Afbeelding

Waar ik moeilijkheden mee heb:
- De wisselspanningbron. Als ik het goed heb levert die telkens wisselend 15v. Dus eerst (15v,-15v,15v,...)
Maar wat ik niet versta is dat er ook een grond is (0V).

Dus hoe ik het zou doen, wanneer de bron 15V levert langs de + kant gaat zenerdiode D1 gewoon een gesloten schakelaar zijn.
Wordt de bron -15V gaat de zener D1 een open schakelaar zijn.
Maar wanneer D1 gesloten is, gaat er aan Vout toch gewoon 15v geleverd worden dus hoe kan het dan DC worden?

Iemand die me even opweg helpt en me op mijn foute redenering kan wijzen. Het zou me veel helpen, danku !

klazon

Xasuntox schreef: Maar wat ik niet versta is dat er ook een grond is (0V).

Grond of GND of 0V is gewoon de onderste lijn in het schema, daar waar het aardeteken aan hangt.
De bovenste aansluiting van de generator wordt afwisselend maximaal +15V en maximaal -15V t.o.v. GND.

Beredeneer welke diode spert en welke doorlaat bij positieve spanning. En evenzo bij negatieve spanning.
Een sperrende diode kun je wegdenken, die doet niks.
Door de doorlatende diode zal een stroom gaan lopen. Daarbij spelen de weerstanden een rol bij de spanningsverdeling.

D1 is overigens geen zenerdiode. D2 is wel een zenerdiode. Bedenk wat die voor functie heeft.

Kom je er zo uit?

Xasuntox

klazon schreef: Grond of GND of 0V is gewoon de onderste lijn in het schema, daar waar het aardeteken aan hangt.
De bovenste aansluiting van de generator wordt afwisselend maximaal +15V en maximaal -15V t.o.v. GND.

Beredeneer welke diode spert en welke doorlaat bij positieve spanning. En evenzo bij negatieve spanning.
Een sperrende diode kun je wegdenken, die doet niks.
Door de doorlatende diode zal een stroom gaan lopen. Daarbij spelen de weerstanden een rol bij de spanningsverdeling.

D1 is overigens geen zenerdiode. D2 is wel een zenerdiode. Bedenk wat die voor functie heeft.

Kom je er zo uit?

Nog niet helemaal. Het meeste van wat je zegt kan ik me wel bedenken. Alleen kan ik het mij moeilijk voorstellen.
Mijn diodes ken ik allemaal goed, zener werkt voornamelijk in spergebied, gewone diodes zijn een openschakelaar bij negatieve spanning.

Maar ik heb het gevoel dat ik nog veel sukkel met de spanningen te weten op bepaalde punten. Die spanningsbron heeft een + en een - kant, die verwisselen constant (aan hoge frequentie). Nu stel ik het me iets te plastisch voor door te denken dat er een bepaalde spanning aan de minkant is en een andere spanning aan de plus kant.

Nu stel dat de wisselspanningsbron een spanning levert van 15v tegenover de grond (0v).
Hoeveel spanning zal er dan staan over die zener D3 en hoeveel over de gewone?

Alvast heel erg bedankt ! Heb het gevoel dat als ik de klik maak met de spanningsbronnen kwestie en spanning in het algemeen dat ik er mee weg ben. Alvast heel erg bedankt, hopelijk kan je me nog verder helpen!

Anton_v_U

Een wisselspanningsbron levert een afwisselend spanningsverschil tussen de + en de - pool. Als de spanning negatief is, dan ligt de + pool dus beneden de - pool. Het zegt nog niets over de absolute spanning. Aarde is de referentiespanning in de schakeling: alles wat aan aarde hangt heeft een potentiaal van 0V. De spanning wisselt dus tussen +15V en -15V.

Een zenerdiode D2 werkt in de doorlaatrichting als een gewone diode maar laat in de sperrichting de stroom door als de spanning gelijk is aan de zenerspanning. Deze wordt meestal toegepast om de spanning te begrenzen (wat is daarvan de functie in deze schakeling?)

Overigens werkt deze schakeling niet echt als een mooie analoog-digitaal omzetter: door de spanningsdeling R1,R2 zal het uitgangssignaal ruwweg een positieve halve sinus doorlaten met een piek van ongeveer 4 V.

De relatie tussen in- en uitgangsspanning (diodespanning in doorlaatrichting verwaarloosd):
V_uit=min(5,max(R2V_in/(R1+R2),0)). Is dat de transferfunction?

(Ik ken de transferfunction alleen als de Fourier transform van de impulsresponsie in een lineair netwerk)

Xasuntox

Anton_v_U schreef: Een wisselspanningsbron levert een afwisselend spanningsverschil tussen de + en de - pool. Als de spanning negatief is, dan ligt de + pool dus beneden de - pool. Het zegt nog niets over de absolute spanning. Aarde is de referentiespanning in de schakeling: alles wat aan aarde hangt heeft een potentiaal van 0V. De spanning wisselt dus tussen +15V en -15V.

Een zenerdiode D2 werkt in de doorlaatrichting als een gewone diode maar laat in de sperrichting de stroom door als de spanning gelijk is aan de zenerspanning. Deze wordt meestal toegepast om de spanning te begrenzen (wat is daarvan de functie in deze schakeling?)

Overigens werkt deze schakeling niet echt als een mooie analoog-digitaal omzetter: door de spanningsdeling R1,R2 zal het uitgangssignaal ruwweg een positieve halve sinus doorlaten met een piek van ongeveer 4 V.

De relatie tussen in- en uitgangsspanning (diodespanning in doorlaatrichting verwaarloosd):
V_uit=min(5,max(R2V_in/(R1+R2),0)). Is dat de transferfunction?

(Ik ken de transferfunction alleen als de Fourier transform van de impulsresponsie in een lineair netwerk)

Oke bedankt. De diodes hun werking ken ik heel goed. Maar die spanningsbron is me nog altijd niet duidelijk (sorry hiervoor

)
Stel dat de wisselspanningsbron 15V levert aan de + kant dan levert hij -15v aan de andere kant(minkant)?
Of Levert hij afwisselend 15v, -15v,15v,...

Want de grond is dan mijn referentie. Stel hij levert -15v aan de minkant (zoals hij op de afbeelding staat).
Aan de grond is het 0v. Hoeveel staat er dan over mijn zenerdiode D3?

Want in de bovenste knoop zit dan 15v of 0v? Dat begrijp ik niet goed. Hopelijk is het duidelijk want het is moeilijk uit te leggen via internet. Maar alvast heel erg bedankt voor alle hulp!

Anton_v_U

Okee zie het zo:
De plus ligt afwisselend +15 en -15 ten opzichte van de minpool van de spanningsbron.
De min pool is 0V.
Dus de plus ligt afwisselend +15 en -15 ten opzichte van de 0V.

D3 is geen zenerdiode.

Edit
Ik bedenk me nu dat het misschien verwarrend is dat de + ook negatief kan zijn. Dat is omdat het spanningsverschil tussen de + en - pool wisselt tussen +15 en -15V. Het is niet anders.

Xasuntox

Anton_v_U schreef: Okee zie het zo:
De plus ligt afwisselend +15 en -15 ten opzichte van de minpool van de spanningsbron.
De min pool is 0V.
Dus de plus ligt afwisselend +15 en -15 ten opzichte van de 0V.

D3 is geen zenerdiode.

Edit
Ik bedenk me nu dat het misschien verwarrend is dat de + ook negatief kan zijn. Dat is omdat het spanningsverschil tussen de + en - pool wisselt tussen +15 en -15V. Het is niet anders.

Oke bedankt. Stel dat de bron 15V levert aan de plus dan levert hij aan de min 0v, levert hij -15v aan de min, dan is hij aan de plus 0v zo afwisselend? Maar waarom is de grond er dan? (dan is die referrentie toch overbodig?)

Ook bij een constante spanningsbron, levert hij dan bijv aan de plus 15v en aan de min 0v? Of maak ik hier ergens een fundamentele denkfout? Alvast bedankt

klazon

De grond dient hier alsreferentie voor alle spanningen.
De bron ligt met één poot aan de grond, de bovenste aansluiting is de spanningskant. Die is de ene keer +15V t.o.v. grond, de andere keer is hij -15V t.o.v. grond. Dit ondanks het feit dat er een + bij staat.

Anton_v_U

Anders even dom rekenen zonder denken.

De - is 0V en de + ligt afwisselend 15V boven de - en 15 volt onder de -

Als de + 15V boven de - ligt, wat is dan de potentiaal van de +?
Als de + 15V onder de - ligt, wat is dan de potentiaal van de +?

Benm

Eerlijkgezegd zie ik niet wat D1 en en D3 voor nut hebben in dit voorbeeld. Zou je D3 weglaten en D1 vervangen door een doorgaande draad, dan zou de zenerdiode het klusje nog steeds klaren - zij het met iets meer dissipatie.

Bij praktische diodes wordt de 5 volt aan de uitgang overigens sowieso nooit behaald - er is een verlies van 0.6 volt in D1, en de 10k : 4k7 verhouding zou eigenlijk 10k : 5k moeten zijn, maar dat is ongetwijfeld gevolgd van keuze voor E12 waardes voor de weerstanden. Dit nog afgezien van de spanning-stroom curve in een praktische zenerdiode die ook niet kaarsrecht afvlakt.

WillemB

De diodes D1 en D3 hebben wel een functie. Overigens komt de zener diode inderdaad niet aan werken toe.
Door de spanningsdeling R1 en R2 en de diode D1 is de uitgangs spanning nooit hoger dan 4,2 Volt.

D1 is nodig, anders wordt de uitgangs spanning -0,6 Volt , en volgens de opgave moet het 0 Volt blijven.
D3 wordt wel toegepast om de condensator effecten van D1 en eventueel van andere onderdelen weg te werken.(spikes)
Zonder D3, moet de hele schakeling meedoen in de negatieve deel van de input.

Omdat D2 de zener niet aan werken toekomt, is D2 in deze schakeling alleen als beveiliging opgevoerd, voor
het geval dat de ingangs spanning ooit hoger wordt dan.

veel mooier was geweest om de zener flink aan te sturen ( R1 ook 4,7k), dan krijg je nog een beetje steile flanken.

Benm

Het zou kunnen dat die zener er inderdaad alleen als beveiliging in zit.

Overigens is me niet direct duidelijk of dit nou een praktische schakeling is of slechts een theoretisch voorbeeld - het heeft een beetje de kenmerken van beide.

De omissie van D1 kan in de praktijk prima - die -0.6 volt zal geen probleem zijn voor achterliggende digitale schakelingen. Of je D3 nou laat zitten of niet maakt qua assymetrische belasting wel een verschil, maar reduceert het probleem niet tot nihil.

Anderzijds zou je het praktisch gewoon kunnen uitvoeren met 2 weerstandjes en een schmitt-trigger ingang die wat negatieve ingangsspanning kan verdragen.

WillemB

Dit topic gaat niet over hoe we de ultieme schmitt-trigger moeten maken, want dan zijn we snel klaar.

Maar dit topic gaat over inzicht, de vraag steller is bezig met een opleiding industrieel ingenieur, en dan
heb ik toch liever, dat een goed inzicht ontstaat waarom diverse onderdelen aanwezig zijn.
Anders krijg ik over een tijdje allemaal apparaten in de winkel die niet goed werken.....

Voor de vraagsteller, bouw de schakeling, en hang het aan een scoop, en haal de diodes weg of vervang de diodes
door een doorverbinding, het resultaat is goed zichtbaar.

En over D3, haal het weg, en verhoog de input frequentie, en je zal zien waarom deze echt nodig is.

Benm

Dat is zeker interessant om eens te proberen in de praktijk.

Spelen met de aanwezigheid van D3 is interessant, het effect hangt namelijk nogal af van je spanningsbron. Als het een middels condensatoren ontkoppelde AC bron is zul je zien dat D3 essentieel is, maar als het een DC gekoppelde functiegenerator is zul je waarschijnlijk niet zoveel verschil zien.

Xasuntox

Dag allemaal,

Na al de uitleg begrijp ik het nog steeds niet eigenlijk.
Ik heb het in multisim gesimuleerd en daar verwisseld hij enkel tussen 0v en 15v als ik er een multimeter overplaats.
Hij komt dus nooit aan -15v.

En mijn gedacht van een 15v wisselspanningsbron is toch dat deze een sinusfunctie heeft die afwisselend 15v en - 15v geeft.
Op multisim geeft hij enkel 0v en 15 v aan.

Als iemand zou kunnen verwijzen naar een goede uitleg op een website. Of als iemand een zeer duidelijk voorbeeld kan geven voor mij.
Momenteel ben ik redelijk verwart en ken ik de werking nog steeds niet.

Hopelijk kan iemand het duidelijk overbrengen. Al heel erg bedankt voor alle moeite !

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[natuurkunde] Elektronische schakeling

Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling

Re: Elektronische schakeling