Embedded Interfaces
Samenvatting van Jeroen Weber 2ITF_IOT
2020 - 2021
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
,Inhoud
Spanningsbronnen.......................................................................................................................................................5
1. Gelijkspanningsbron (DC)....................................................................................................................................5
Weerstanden en weerstandsschakelingen..................................................................................................................5
Functioneel zijn de weerstanden in 3 groepen onder te brengen:..........................................................................5
Welke waarde heeft de weerstand:.........................................................................................................................5
De weerstanden hebben in elektronische schakelingen twee functies:..................................................................5
E- Reeksen van weerstanden:..................................................................................................................................6
Bepalen van de weerstandswaarde:........................................................................................................................6
Niet-lineaire weerstanden.......................................................................................................................................7
Wet van Ohm..............................................................................................................................................................8
Parallelschakelingen................................................................................................................................................8
Serieweerstanden....................................................................................................................................................8
De gemengde schakeling.........................................................................................................................................8
Brug van Wheatstone..................................................................................................................................................9
Condensators............................................................................................................................................................10
Opbouw van de condensator................................................................................................................................10
Soorten Condensatoren.........................................................................................................................................10
De formule en berekingen.....................................................................................................................................10
Isolatie................................................................................................................................................................... 10
Kleurcodes voor “normale condenstatoren”.........................................................................................................10
Kleurcodes van een miniatuur plaat-condensatoren met 1 kleurcode..................................................................11
De condensator in elektronische schakelingen.....................................................................................................11
De condensator/weerstand bij sinoïdale spanningen...............................................................................................12
Bij een weerstand..................................................................................................................................................12
Bij een condensator...............................................................................................................................................12
Touchscreen..............................................................................................................................................................14
H2: (biploaire) Transistoren en Mosfet.........................................................................................................................15
Bipolaire transistoren................................................................................................................................................15
Waarom?...............................................................................................................................................................15
Voorstelling...........................................................................................................................................................15
Goede werking voor een transitor.........................................................................................................................15
Eigenschappen vaen een bipolaire transistor........................................................................................................15
Mosfet....................................................................................................................................................................... 16
Een mosfet heeft ook drie aansluitingen...............................................................................................................16
H4 Spanningsregelaars..................................................................................................................................................17
Arduino...................................................................................................................................................................... 17
Gelijkspanning...........................................................................................................................................................17
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
, Wat is een spanningsregelaar?..............................................................................................................................17
Soorten spanningspanning...................................................................................................................................17
Schematisch...........................................................................................................................................................18
Formules................................................................................................................................................................18
H5 Optische koppelingen..............................................................................................................................................19
Schakeling waarbij een lage (0Volt) digitale uitgang van een Arduino de relais laat aantrekken via een Optocoupler.
.................................................................................................................................................................................. 19
Relaisbord met optocoupler......................................................................................................................................19
Led met fototransistor...............................................................................................................................................19
Led met fotodiode.....................................................................................................................................................19
Schmitt-trigger...........................................................................................................................................................20
H6 Visualisatie...............................................................................................................................................................21
Led’s.......................................................................................................................................................................... 21
Led opbouw...........................................................................................................................................................21
Ontstaan van licht in een led.................................................................................................................................21
7-Segment Display.....................................................................................................................................................23
Opbouw van 7-seg.................................................................................................................................................23
BCD naar 7-seg......................................................................................................................................................23
LCD............................................................................................................................................................................ 23
De LCD 1602A........................................................................................................................................................23
H7: Operationele Versterker.........................................................................................................................................24
Eigenschappen en equivalent schema.......................................................................................................................24
Inwendig schema van een opamp.............................................................................................................................24
Inwendig schema OPAMP......................................................................................................................................24
Versterking in een open loop....................................................................................................................................24
Ingangsignaal op de inverterende ingang..............................................................................................................24
Ingangsignaal op de niet- inverterende ingang.....................................................................................................24
Opamp specificaties..................................................................................................................................................25
OPAMP grootheden...................................................................................................................................................25
Ingangs rust stroom...............................................................................................................................................25
Ingangs verschil stroom.........................................................................................................................................25
Common mode rejection ratio (CMRR).................................................................................................................25
Soorten OPAMP schakelingen...................................................................................................................................25
OPAMP met negatieve terugkoppeling.................................................................................................................25
OPAMP met positieve terugkoppeling...................................................................................................................25
OPAMP zonder terugkoppeling.............................................................................................................................26
OPAMP met positieve en negatieve terugkoppeling.............................................................................................26
AT versus A0..........................................................................................................................................................26
Virtueel nulpunt....................................................................................................................................................26
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
,H8: Tijdsonafhankelijke schakelingen............................................................................................................................27
De comparator..........................................................................................................................................................27
Comparator : Nuldoorgangsdetectie.....................................................................................................................27
Comparator : Niveaudetector................................................................................................................................27
Comperator: Venstercomparator..........................................................................................................................27
H9: Tijdsafhankelijke schakelingen................................................................................................................................28
Actieve integrator......................................................................................................................................................28
Actieve differentiator................................................................................................................................................28
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
, H1: Bronnen, weerstanden en condensatoren
Spanningsbronnen
1. Gelijkspanningsbron (DC)
2. Wisselspanningsbron (AC)
a. Levert een periodiek signaal af (cosinus/sinus)
Figuur 1: Gelijksspanningsbron
b. V = A sin (wt +Y)
i. w = pulsatie
ii. A = Amplitude
iii. T = 1/f = periode
c. Fasehoek is het begintpunt van de sinus t.o.v de y-as
i. Let op! naar links is eerder begonnen(+) naar rechts later
rechts is later begonnen (-)
Figuur 2: Wisselspanningsbron
Weerstanden en weerstandsschakelingen
Functioneel zijn de weerstanden in 3 groepen onder te brengen:
1. Vaste weerstanden:
a. Staaf: koolstof
b. Film: koolstof, metaal
c. Draad
2. Instelbare weerstanden
3. Regelbare weerstanden (potentiometers)
a. Koolstof: linear, logaritmisch
b. Draad
Welke waarde heeft de weerstand:
Norminale waarde: de waarde van de weerstand vermeld op de component (kleurcode)
Werkelijke waarde: de gemeten waarde. Wijkt iets af van de nominale waarde.
Tolerantie: toelaatbare afwijking in % van de norminale waarde
Voorbeeld: nominale waarde 100 Ohm, tolerantie 5%, werkelijke waarde tussen 95 Ohm en 105 Ohm
De weerstanden hebben in elektronische schakelingen twee functies:
Een stroom controlerende functie.
Ze beperken de stroom in een gegeven elektronische schakeling.
Een spanningsdeling.
Door verschillende waardes van weerstanden te gebruiken gaat een gegeven spanning zich verdelen over die
weerstanden.
De grootte van de deelspanningen is afhankelijk van de grootte van de weerstanden.
Eenheid: Ohm W
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
,E- Reeksen van weerstanden:
Er mogen in een reeks, van opeenvolgende weerstandswaarden, geen hiaten of overlappingen optreden wanneer de
toegelaten tolerantie in rekening wordt gebracht.
Formule: bovengrens van weerstand gelijk aan ondergrens van volgende weerstand.
Bovengrens van een weerstand R1
met
tolerantie p%:
Ondergrens van volgende
weerstand R2 met dezelfde
tolerantie p%:
bovengrens is gelijk aan de
ondergrens bij dezelfde tolerantie:
Als de tolerantie kleiner wordt, hebben we meer weerstanden per decade:
Reeks E6 E12 E24
Tolerantie 20% 10% 5%
Ook een aantal parameters zijn er van toepassing:
nominale weerstandswaarde bij 20°C
toelaatbare tolerantie
maximum vermogen (Watt) (zie later)
stabiliteit en betrouwbaarheid (behuizing)
ruis
bestand zijn tegen mechanische en klimatologische invloeden
Bepalen van de weerstandswaarde:
Hierbij wordt gebruik gemaakt van de letters R, K, M. Zij worden geplaatst op de plaats van de komma. De aflezing
moet dan vermenigvuldigd worden
met 1 bij R (Ohm)
met 1000 bij K (Kilo)
met 1000000 bij M (Mega)
voorbeelden: 17Ω (27R) , 2,7 Ω(2R7) , 2700 000 Ω (2M7)
kleurcodes :
2 of 3 beduidende cijfers (Ring 1, Ring 2,Ring 3),
de vermenigvuldigingsfactor(Ring 4)
en de tolerantie(Ring 5).
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
,Niet-lineaire weerstanden
LDR weerstanden of foto-weerstanden
o Tussen de 10M Ω en de 250 Ω
PTC en NTC weerstanden
o Temperatuurs afhankelijke weerstanden:
PTC : Positieve Temperatuur Coëfficiënt
gaat de weerstandswaarde stijgen als de temperatuur gaat stijgen.
NTC : Negatieve Temperatuur Coëfficiënt
de weerstandwaarde dalen als de temperatuur gaat stijgen.
VDR weerstanden
o Dit zijn elektronische componenten waarbij de weerstand daalt bij stijgende spanningen.
o Bestaat uit zinkoxide in combinatie met andere metaaloxide. Er ontstaat een polycrystallijne
structuur waarvan de weerstand afhankelijk is van de aangelegde spanning.
o Deze component wordt gebruikt om schakelingen te beschermen tegen overspanningen
MDR weerstand (magneet gevoelige weerstand)
Wanneer een stroomvoerende geleider loodrecht in een magnetisch veld wordt gebracht, zal dit veld
proberen de ladingsdragers te laten afwijken van hun baan door de geleider. Daardoor ontstaat een
verschuiving van het stroompad door de geleider, waardoor de geleidende doorsnede kleiner wordt en de
weerstand toeneemt.
Hall sensor
Vloeit er door een Hall-sensor een elektrische stroom en wordt deze in een loodrecht daarop staand
magneetveld gebracht, dan levert hij een elektrische spanning, die proportioneel is met het product van
magnetische veldsterkte en de stroom.
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
,Wet van Ohm
Deze wet geeft de relatie weer tussen stroom, spanning en weerstand.
Parallelschakelingen Serieweerstanden
Spanningen over de Stromen zijn dezelfde, spanningen
weerstanden zijn dezelfde verdelen zich overde weerstanden.
I = I1 + I2 I = I1 = I2
U = U1 + U2 U = U1 + U2
De gemengde schakeling
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
,Brug van Wheatstone
Differentiële sensormeting om ruis weg te werken
Bedoeld voor passieve weerstandsensoren
Schema is opgebouwd uit twee parallelle weerstandstakken
met elk twee weerstanden in serie
Eén van de weerstanden wordt vervangen door een sensor
We leggen een spanning aan tussen punt A en B
De uitgang wordt gemeten tussen punt C en D
De weerstand Rx is nu een weerstandsensor. Om de brug te kalibreren
vertrekken we met een brug in evenwicht (gebalanceerd) onder
specifieke condities.
Voorbeelden van Sensoren
Wat word er gemeten? Input output
Licht level LDR, fotodiode, zonnencel Lichten en lampen
Temperatuur Thermostaat Warmte fan
Druk Druk schakelaar Elektromagneet, Vibratie
Positie Potentiemeters, LVDT Paneel meters
Snelheid Doppler effect sensoren Stepper motor, AC/DC motors
Geluid Carbon microfoon Luidspreker
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
, Condensators
! Zorgen dat met een gepolariseerde de juiste pool eraan hangt
Opbouwen van een elektrisch veld
+
(Een batterij: opladen en ontladen van de condensator)
De eenheid is Farad
Opbouw van de condensator
Onderdelen
Geleidende platen
Isolator
Geleiders
Soorten Condensatoren
Keramische: kleine capaciteit, hoge doorslagspanning
Mica: kleine capaciteit, hoge doorslagspanning, geringe verliezen
Elektrolytische: hoge capaciteit mogeijk, relatief lage Ohm weerstand, gebruikt voor spanningsstablilisatie
Tantaal: hoge capaciteit mogelijk bij kleine metingen
Variabele: bv in een radio
Oliecondensatoren: voor hoge vermogens
De formule en berekingen.
Er bestaat een relatie tussen de lading Q op de condensator, de spanning V over de condensator en de
Q C V
capaciteit C.
Q
C
V De capaciteit om ladingen te stockeren hangt af van de fysische constructie :
0 r S Grootte van het oppervlak S van de condensatorplaten
De C afstand “d” tussen de platen.
De d diëlektrische constante Er
Isolatie
Mica 6 – 8 Er
Glas 4 – 7 Er
Polystyree 2,3 - 2,4 Er
n
Lucht 1 Er
Kleurcodes voor “normale condenstatoren”
Werkspanning 1ste ring 2de ring 3de ring vermedigvuldiging 4de ring tolerantie
> 10 pF < 10pF
Zwart 0 0 x1 20 % 1 pF
Bruin 1 1 x 10 1% 0,1 pF
Rood 2 2 x 100 2%
Oranje 3 3 x 1000
Geel 4 4 x 10 000 0,2 pF
Groen 5 5 5%
Blauw 6 6
Violet 7 7
Grijs 8 8 x 0,01 0,5 pF
Embedded Interfaces Samenvatting Jeroen Weber 2ITF IOT 2020 - 2021
