Lees eerst de tekst hieronder:
Een LED (Light Emitting Diode) is een diode die licht kan uitzenden. Men kan een LED op twee manieren op een gelijkspanningsbron aansluiten. Als de LED in de doorlaatrichting is geschakeld, loopt er vanaf een zekere spanning, de drempelspanning, een elektrische stroom.
Als de LED in tegenovergestelde richting, de sperrichting, is geschakeld, laat hij geen stroom door. Zie de (I,U)-karakteristiek hieronder; daarin zijn de doorlaatrichting, sperrichting en drempelspanning aangegeven.
Marissa bouwt de schakeling van figuur 1. Ze varieert de spanning van de spanningsbron en meet de stroomsterkte in de stroomkring en de spanning over de LED. Zie tabel 1.
In de specificaties van de fabrikant staat dat de drempelspanning van deze LED 1,7 V is.
Opgaven
a) Leg uit dat de metingen van Marissa dat niet tegenspreken.
Hieronder staan enkele zinnen over de situatie waarbij de spanning van de spanningsbron lager is dan de drempelspanning.
b) Maak de onderstaanden zinnen compleet, zodat er juiste beweringen ontstaan:
- Als de spanning van de spanningsbron lager is dan de drempelspanning, is de stroomsterkte in de schakeling _____ A.
- De spanning over de weerstand is _____ V.
- De spanning over de LED is _________________ de spanning van de spanningsbron.
Marissa heeft in haar schakeling één van de volgende vijf weerstanden opgenomen: 0,030 Ω, 0,30 Ω, 3,0 Ω, 30 Ω of 3,0 * 102 Ω.
Voor elke weerstand geldt dat hij 10% kan afwijken van de genoemde waarde.
c) Welke van deze vijf weerstanden heeft ze gebruikt? Licht je antwoord toe met een berekening.
Marissa sluit de LED (met een drempelspanning van 1,7 V) rechtstreeks aan op een wisselspanningsbron. Zie figuur 2.
In figuur 3 is voor één periode de spanning van de bron weergegeven als functie van de tijd.
d) Bepaal met behulp van figuur 3 hoeveel procent van de tijd de LED stroom doorlaat.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
In tabel 1 zie je dat de LED stroom begint de geleiden tussen 1,57 en 1,88 V. De drempelspanning moet dus ergens tussen 1,57 en 1,88 V liggen. Dit is niet in tegenspraak met de 1,7 V die de fabrikant opgeeft.
Uitwerking vraag (b)
- Als de spanning van de spanningsbron lager is dan de drempelspanning, is de stroomsterkte in de schakeling 0 A.
- De spanning over de weerstand is 0 V.
- De spanning over de LED is gelijk aan de spanning van de spanningsbron.
Uitwerking vraag (c)
Bij een Ubron = 2,80 V is de spanning over de led 2,13 V.
De spanning over de weerstand is dan dus 2,80 - 2,13 = 0,67 V.
De stroomsterkte is dan 21,9 mA. De weerstand is dan dus:
R = U / I = 0,67 / 0,0219 = 30,6 Ω
Marissa heeft dus een weerstand van 30 Ω gebruikt. Met 10% afwijking is de waarde van deze weerstand namelijk tussen de 27 en 33 Ω.
Uitwerking vraag (d)
De LED laat alleen stroom door als de spanning boven de 1,7 V is. Dit is tussen t = 0,0023 s en t = 0,0076 s. De LED laat gedurende 0,0076 - 0,0023 = 0,0053 s stroom door.
De totale tijd is 0,020 s. In procenten is dit:
0,0053 / 0,020 * 100% = 26,5 = 27 %
