Icon up Overzicht

Controlelampje (VWO-2 2001)

Onderwerp: Elektrische stroom, Signaalverwerking

Examenopgave natuurkunde 2 2001 tijdvak 2: opgave 6

Opgave

Een draagbare radio werkt op vier in serie geschakelde batterijen van 1,5 V. De spanning is kleiner naarmate er meer energie aan de batterijen is onttrokken. In de figuur is de totale spanning over de batterijen uitgezet als functie van de tijd dat de radio aan staat.

 

a) Laat met behulp van de figuur zien dat de gemiddelde spanning over de periode dat de spanning van 6,0 V tot 5,2 V daalde gelijk is aan 5,8 V.

De batterijen moeten vervangen worden als de spanning gedaald is tot 5,2 V. Volgens een mededeling op de verpakking hebben ze dan gezamenlijk 700 mAh geleverd. Deze grootheid zegt iets over de levensduur van de batterij bij een bepaalde stroomsterkte. Bijvoorbeeld: bij een constante stroomsterkte van 700 mA is de spanning over de batterijen na 1 uur gezakt tot 5,2 V; bij een constante stroomsterkte van 100 mA na 7 uur, enzovoorts.

 

Op de radio zit een controlelampje (een LED) dat gaat knipperen als de batterijen vervangen moeten worden. Een LED (Light Emitting Diode) is een diode die licht uitzendt als er een elektrische stroom door loopt. Om de spanning te meten, is in de radio een spanningsdeler op de batterijen aangesloten. Zie de figuur. Deze spanningsdeler bestaat uit twee weerstanden R1 en R2 van ieder 8,0 kΩ. Ook als de radio uit staat, loopt er een stroom door de weerstanden. Daarom wordt aangeraden de batterijen te verwijderen als de radio lange tijd niet gebruikt wordt. Iemand vergeet dit en zet de radio met volle batterijen weg.

b) Bereken hoe lang het duurt voordat de LED gaat knipperen.

De spanning U 1 over weerstand R1 is het ingangssignaal voor een automatische schakeling. Deze schakeling zorgt ervoor dat de LED uit is als de spanning over de batterijen groter is dan 5,2 V en knippert als die spanning 5,2 V of lager is. Voor het verwerken van het ingangssignaal bevat de schakeling onder meer een comparator.

 

In de figuur zijn ook een pulsgenerator, de LED en een aansluiting voor ’aarde’ of ’massa’ getekend. Overige benodigde componenten zijn niet getekend.

c) Teken een automatische schakeling die aan de gestelde voorwaarden voldoet.