Er is tegenwoordig een koplamp in de handel van het type dat in figuur 1 is afgebeeld.
In de koplamp zitten drie parallel geschakelde lampjes (LEDjes) die ieder op een spanning van 4,5 V branden. Deze spanning wordt geleverd door een spanningsbron bestaande uit drie batterijen die ieder een spanning leveren van 1,5 V. In figuur 2 zijn de batterijen en de lampjes schematisch getekend.
De drie batterijen moeten zo met elkaar verbonden worden dat de spanning tussen de pluspool en de minpool van de spanningsbron (de punten P en M) 4,5 V is.
Opgaven
Figuur 2 staat ook op de uitwerkbijlage.
a) Teken in de figuur op de uitwerkbijlage de verbindingsdraden tussen de batterijen.
b) Teken in de figuur op de uitwerkbijlage hoe de drie lampjes op de punten P en M van de spanningsbron zijn aangesloten.
Met volle batterijen kan de spanningsbron 50 kJ elektrische energie leveren.
Als de drie lampjes branden, levert de spanningsbron een stroom van 0,028 A.
c) Bereken hoeveel uur de koplamp kan branden.
Een van de lampjes gaat kapot.
d) Leg uit of de stroom die de spanningsbron dan levert kleiner of groter wordt of gelijk blijft.
Op de koplamp zit een drukschakelaar die drie functies heeft:
1 Bij eenmaal drukken gaat de koplamp aan.
2 Bij nog een keer drukken gaat de koplamp knipperen.
3 Bij de derde keer drukken gaat de koplamp uit.
In figuur 3 is een automatische schakeling getekend die zorgt voor de eerste twee functies.
e) Leg uit hoe de schakeling ervoor zorgt dat de lampjes aangaan wanneer de drukschakelaar eenmaal wordt ingedrukt.
f) Leg uit hoe de schakeling ervoor zorgt dat de lampjes gaan knipperen wanneer de drukschakelaar nog een keer wordt ingedrukt.
Wanneer de schakelaar voor de derde keer wordt ingedrukt, gaan de lampjes uit. Bovendien wordt de schakeling dan in zijn begintoestand gezet zodat bij de volgende druk op de schakelaar de lampjes weer aangaan.
Figuur 3 staat ook op de uitwerkbijlage.
g) Breid de schakeling op de uitwerkbijlage uit zodat deze ook functie drie kan uitvoeren.
Uitwerkbijlagen
Open de uitwerkbijlage bij de vraag van jouw keuze.
Uitwerkbijlage bij vraag (a) en (b)
Uitwerkbijlage bij vraag (g)
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
De batterijen (van elk 1,5 V) moeten samen een spanning van 4,5 V leveren. We moeten ze dus in serie schakelen. Let erop dat ze elkaar qua polen goed opvolgen: verbind telkens plus met min. Verbind vervolgens de eerste pluspool met P en de laatste minpool met M.
Uitwerking vraag (b)
De lampjes moeten parallel geschakeld zijn, en de hele schakeling moet uitkomen bij P en M.
Uitwerking vraag (c)
In de gehele schakeling is de spanning 4,5 V; de stroomsterkte is 0,028 A.
Het bijbehorende vermogen is P = U · I = 4,5 · 0,028 = 0,126 W.
De totale energie bedraagt 50 kJ, oftewel 50 · 103 J. De tijd waarin deze energie wordt gebruikt, berekenen we met t = E / P = 50·103 / 0,126 = 3,97 · 105 s.
Dat is 3,97·105 / (60 · 60) = 1,1 · 102 uur.
Uitwerking vraag (d)
Omdat de stroom in de stroomkring wegvalt in het deel van de kapotte lamp, terwijl de stroomsterkte in de andere delen onveranderd blijft, zal de totale stroomsterkte dalen.
Een ander argument: doordat hier een lamp in een parallelschakeling wegvalt, wordt de totale weerstand groter. De spanning blijft gelijk, en volgens R = U / I wordt de stroomsterkte kleiner.
Uitwerking vraag (e)
Als we de drukschakelaar eenmaal indrukken, komt de teller op 1 te staan en wordt de uitgang '1' hoog. De OF-poort krijgt dan een positief signaal binnen (de andere input voor die poort is niet eens van belang), waardoor de lampen gaan branden.
Uitwerking vraag (f)
Bij een tweede druk wordt van de teller de uitgang '1' laag (de OF-poort verliest dat signaal) en de uitgang '2' hoog. De EN-poort krijgt dan een positief signaal binnen, maar stuurt het alleen maar door als zijn andere input ook positief is. De bron van dat signaal is de pulsengenerator, die om en om hoge en lage signalen stuurt. Daarmee is de output van de EN-poort ook afwisselend hoog en laag.
De OF-poort hangt rechtstreeks van de EN-poort af (omdat '1' al laag was geworden), en zal dus ook een wisselend signaal doorsturen, waardoor de lampen gaan knipperen.
Uitwerking vraag (g)
Na drie keer drukken zijn de '1' en de '2' van de teller hoog. Combineer die twee uitgangen met een EN-poort.
Wanneer het signaal uit EN-poort positief is, willen we de teller op nul zetten: verbind de output van de poort dus met het 'reset'-veld van de teller.
