Spanningsbronnen
Spanningsbronnen zijn er in verschillende soorten en maten. Bekende voorbeelden zijn; batterijen, accu's, het elektriciteitsnet en dynamo's. Een spanningsbron levert een contante spanning ongeacht wat voor apparaat je erop aansluit. De grootte van de spanning die een spanningsbron geeft drukken we uit in Volt (V). De hoeveelheid elektronen die door de spanningbron verplaatst wordt noemen we de stroom, deze drukken we uit in Amperé (A).
AC vs DC
Het lichtnet levert 220V wisselstroom, afgekort AC (Alternating Current). Wisselstroom wisselt de stoom 50 keer per seconde van richting. De meeste elektronica werkt echter met gelijkstroom, afgekort DC (Direct current). Bij deze bronnen stroomt de stoom één richting op. Gelijkstroom bronnen hebben daarom een + pool en een - pool. Adapters, zoals die van een laptop, doen twee dingen. Ze zetten de 230 Volt AC om in 19 Volt AC en veranderen die 19 Volt AC in 19 Volt DC.
In de micro-elektronica wordt vooral gebruik gemaakt van DC stroom. In de industrie gebruiken ze vaan 24 Volt als standaard. Hobby micro-elektronica werkt vaak op 5 Volt of 3,3 Volt. Dit is dan de +. De - wordt vaak Ground (GND) genoemd.
Analoog en Digitaal
Microcontrollers hebben vaak analoge ingangen en digitale ingangen (inputs). Een analoge ingang kan spanningen meten tussen de 0V en 5V (bij een 5V microcontroller). Een digitale ingang meet alleen hoog (1, waar, aan) of laag (0, onwaar, uit). Bij een arduino worden alle spanningen boven de 3V als hoog gezien. Spanningen beneden de 1,5V zijn laag. Het is dus belangrijk om een duidelijk hoog of laag signaal te gebruiken bij microcontrollers.
Hoog en Laag
Microcontrollers kunnen ook signalen uitsturen (outputs). Vaak zijn dit alleen digitale signalen, 5V of 0V. Het is wel mogelijk om een soort analoog signaal to maken. Hiervoor gebruiken ze PWM. PWM wordt bijvoorbeeld gebruikt om een motor snel of langzaam te laten draaien. Meer over PWM in de volgende video: https://www.youtube.com/watch?v=GQLED3gmONg
LED
Om te laten zien of een apparaat aan of uit is gebruiken we vaak een lampje. In het verleden werden hiervoor gloeilampjes gebruikt. Tegenwoordig zijn deze bijna allemaal vervangen door LED-lampjes.
Bij microcontrolers gebuiken we ook vaak kleine LED-lampen, oftewel LEDjes. LEDjes verbruiken weinig energie en zijn dus een goede manier om te laten zien of een micro-controller-poort hoog of laag is. Bij een LEDje moet je opletten als de deze aansluit, de + en - moeten op de juiste wijze verbonden worden. De + moet aan de output van de microcontroller en de - aan de GND.
Weerstand
Als elektronen door een draad stromen worden ze afgeremd door het trillen van de metaal atomen. Dit levert weerstand op waardoor de stroom afneemt. De energie die hierbij vrijkomt wordt omgezet in warmte. In de elektronica wordt weerstand o.a. gebruikt om de stroom te reduceren (Figuur A) en spanning te delen (Figuur B).
Figuur A; Door de weestand te verhogen van 100Ω naar 200Ω wordt de stroom gehalveerd.
Figuur B; De spanning tussen de twee weerstanden is 1,67V. Deze spanning kan gebruikt worden voor een apparaat wat op 1,67V werkt.
De componenten die we daarvoor gebruiken noemen we weerstanden. Aan de kleurbanden kun je aflezen wat de waarde is van de weerstand. Op de site; https://www.weerstandcalculator.nl/ kun je de kleurcode invullen om te zien welke waarde daarbij hoort. Je kunt ook een waarde invullen om de kleuren te vinden.
Niet alle weerstandswaarden zijn verkrijgbaar. Als de gezochte waarde er niet bijzit kies je de waarde die het beste in de buurt komt.
Variabele weerstanden
Naast weerstanden met een vaste waarde zijn er ook weerstanden met een waarde die kan veranderen.
Potentiometer
Een potentiometer (ook wel potmeter genoemd) is een weerstand die je zelf kunt instellen tussen 0 en een maximale waarde. Een potentiometer is ook een spanningsdeler en heeft daarom 3 aansluitingen.
LDR
Een LDR (light-dependent resistor) is een lichtgevoelige weerstand. De weerstandswaarde van een LDR wordt kleiner, naarmate de LDR sterker wordt belicht.
NTC en PTC
Een NTC en PTC zijn weestanden waarbij de weerstand afhankelijk is van de temperatuur. Een NTC-weerstand (Negative Temperature Coëfficiënt) is een weerstand met een negatieve temperatuurcoëfficiënt. Dit betekent dat de elektrische weerstand afneemt als de temperatuur toeneemt. Een PTC-weerstand is een weerstand met een positieve temperatuurcoëfficiënt, dit betekent dat de elektrische weerstand sterk toeneemt als de temperatuur toeneemt in een bepaald temperatuurbereik.
Drukknop
De drukknop is één van de meest gebruikte manieren om input te leveren aan een microcontroller. Als je de drukknop indrukt verbind deze de ingang van de microcontroller met 5V of GND. De ingangen van een microcontroller mogen niet "zweven" als je ze gebruikt. Een input "zweeft" als deze niet verbonden is met of 5V of GND. Je krijgt dan onvoorspelbare waarden als je de input uitleest. Als de drukknop niet is ingedrukt moeten we er dus voor zorgen dat de ingang de tegengestelde waarde heeft, GND of 5V. Dit doen we met een "pull-up" of "pull-down" weerstand.
Drukknop verbinden met GND (-) als je deze indrukt.
Als de knop niet is ingedrukt, dan is de input hoog omdat deze dan verbonden is, via de 10k pull-up weestand, met 5V. Als je de knop indrukt wordt de input verbonden met de GND (-). De meeste microcontrollers hebben ingebouwde pull-up weerstanden. Deze kun je in de code activeren. Bij deze microcontrollers hoef je niet zelf een pull-up weerstand toe te voegen.
Drukknop verbinden met 5V als je deze indrukt.
Als de knop niet is ingedrukt, dan is de input laag omdat deze dan verbonden is, via de 10k pull-down weestand, met GND (-). Als je de knop indruk wordt de input verbonden met de 5V.
Diodes
Een diode laat de stroom maar door in één richting. Diodes worden onder andere gebruikt om apparaten te beschermen tegen het verkeerd aansluiten van de + en -. Daarnaast worden ze gebruikt om gelijkstroom te maken van wisselstroom. Een speciale diode hebben we al besproken, de LED.
