b Geluid waarnemen, meten en omzetten in elektrische spanning

Uitwerkingen opgaven hoofdstuk 1

1.1

Automaten

Opgave 1

In een robot is de elektrische bedrading te vergelijken met de zenuwen. Het zenuwstelsel kun je dan vergelijken met de printplaten. Een robot kan met het geheugen op zijn printplaten slechts een aantal vaste programmaregels uitvoeren waar (nog) niet van afgeweken kan worden door zelf genomen beslissingen.

Opgave 2

a De grootheid druk wordt omgezet in een spanningssignaal. Als je niet hard genoeg drukt, houd je een laag signaal en zal het voetgangerslicht niet reageren. Druk je wel hard genoeg, dan ontstaat een hoog signaal. b De drie verwerkers zijn: • een verwerker die na een kort signaal van de drukknop de klok inschakelt; • een verwerker die bepaalt hoe lang de klok moet lopen; • een verwerker die het signaal afgeeft waardoor de kleur van het licht verspringt en waardoor het tempo van het tikkend geluid verandert. c De uitvoerelementen zijn: een zoemer of luidspreker en een LED of lamp.

Opgave 3

a Signaal S1 is geluidsintensiteit; S2 is elektrische spanning. Zie figuur 1.1.

Figuur 1.1

b Geluid waarnemen, meten en omzetten in elektrische spanning. Opgave 4

a De elektrische spanning is een analoge grootheid. De grootte van de spanning kan elke waarde aannemen tussen twee uiterste waarden. b De frequentie is hier een digitaal signaal. De frequentie heeft namelijk een vaste waarde. c De lichtsterkte is een analoge grootheid. De lichtsterkte hangt samen met het vermogen dat de lamp opneemt. Het vermogen hangt weer samen met de spanning. Omdat de spanning een analoog signaal is, is de lichtsterkte dat ook. Opmerking De lichtsterkte is hier niet evenredig met de spanning, omdat door de traagheid in bijvoorbeeld het opwarmen en afkoelen van de gloeidraad de verandering in de lichtsterkte afgezwakt wordt.

UITWERKINGEN OPGAVEN HAVO 5 HOOFDSTUK 1

1 van 16

Opgave 5

a De massa is een digitale grootheid. De waarde van de massa verandert niet. Als de massa wel zou veranderen, bijvoorbeeld door verdampen van een aantal moleculen, dan verandert de massa met sprongetjes. Dus zijn niet alle waarden mogelijk binnen een bepaald bereik. b Het volume is een analoge grootheid. Als de temperatuur stijgt, wordt het volume groter door uitzetten van het materiaal. Binnen een bepaald bereik zijn dus alle waarden mogelijk. c De zwaartekracht is een analoge grootheid. De zwaartekracht kun je berekenen met Fzw = m · g. De massa verandert niet, maar de waarde van de valversnelling wel. Veronderstel dat de massa van de aarde en van het cilindertje constant zijn. De zwaartekrachtversnelling g hangt af van de plaats op aarde. De verandering van g is geleidelijk: alle waarden binnen een bepaald bereik zijn mogelijk. Dus de waarde van de valversnelling is analoog en daarmee ook de zwaartekracht.

1.2 Opgave 6

Sensoren

a De grafiek is eenvoudig te tekenen en goed af te lezen. Je kunt gemakkelijk interpoleren en extrapoleren. Daardoor is het ook gemakkelijk om onbekende waarden te bepalen. b Zie figuur 1.2.

Figuur 1.2

De gevoeligheid bepaal je met behulp van de steilheid van de raaklijn aan de grafiek. In figuur 1.2 valt de raaklijn aan de grafiek samen met de grafieklijn zelf. ΔU (5, 0 − 2, 0) V De gevoeligheid bij 20 °C is dus gelijk aan = = 0,12 . Δt °C (35, 0 − 10, 0) c In het algemeen moet het meetinstrument de te meten waarde zo min mogelijk beïnvloeden. Stel nu dat de temperatuur van een sensor lager is dan de temperatuur van de vloeistof. De vloeistof zal dan afkoelen als de koude sensor in de vloeistof wordt gedaan. Als de sensor klein is in vergelijking met de hoeveelheid vloeistof zal de temperatuurverandering van de vloeistof verwaarloosbaar zijn. Dus bij het meten van de temperatuur van een druppel water moet je een kleine sensor gebruiken. Bij het meten van de temperatuur van het zwembadwater kun je zowel een grote als een kleine sensor gebruiken.


2 van 16

Opgave 7

a Zie figuur 1.3.

Figuur 1.3

De gevoeligheid kun je bepalen met behulp van de steilheid van de raaklijn aan de grafiek. De steilheid neemt toe. Dus neemt de gevoeligheid toe. b Zie figuur 1.3. In figuur 1.3 is de raaklijn aan de ijkkromme getekend. De steilheid van de raaklijn aan de ijkkromme is bij 95 dB ΔU (5, 4 − 0) V = = 0, 20 ΔL (105 − 78) dB Opgave 8

Opgave 9

Een passend meetbereik voor de huiskamertemperatuur is –10 °C tot 50 °C. Dat geldt alleen voor de sensoren 1 en 2. De meest gevoelige sensor is de sensor met de grootste steilheid. Dus hij moet sensor 2 kiezen. a Zie figuur 1.4.

Figuur 1.4

b Tussen de gele en de rode aansluitdraad van de temperatuursensor, dus over R1, staat de spanning van 5,0 V. Als de temperatuur stijgt, neemt de weerstandswaarde van een NTC af. Omdat de spanning gelijk blijft, neemt de stroomsterkte dus toe.


3 van 16

c Hij verbindt nu de zwarte aansluiting van de sensor met de stroommeter, en hij verbindt de gele aansluiting van de sensor met de rode stekkerbus (figuur 1.5). Vervolgens moet hij de gehele sensor weer verwarmen. Als R2 temperatuuronafhankelijk is, zal de stroomsterkte door de stroommeter niet veranderen.

Figuur 1.5

Opgave 10

1 2 3 4 5

A t RNTC Itotaal UAB UNTC

B (°C) (Ω) (mA) (V) (V)

C 4,0 1000 4,55 0,455 4,55

a C3=1000*5,0/(100+C2), want 5, 0 5, 0 5, 0 I totaal = = (A) = 1000 × (mA) Rtotaal 100 + RNTC 100 + RNTC b C4=100*C3/1000, want UAB = 100 × Itotaal (weerstand in Ω; stroomsterkte in A) c C5=C2*C3/1000 of C5=5,0–C4, want UNTC = RNTC · Itotaal = 5,0 – UAB d Het gebruik van UAB is beter, omdat dan bij toename van de temperatuur ook de spanning die de sensor afgeeft, groter wordt.

1.3

Invoer- en uitvoerelementen

Opgave 11

a De drukschakelaar en de pulsgenerator geven een digitaal signaal af. b De variabele spanning kan een sensor nabootsen.

Opgave 12

a Zie figuur 1.6. De rode stekkerbus van het systeembord is verbonden met de 5,0 V van de spanningsbron van het systeembord. De zwarte stekkerbus is verbonden met de aarde van het systeembord. Als de drukschakelaar gesloten wordt, moet de rode LED gaan branden. De LED staat in de doorlaatrichting als de linkerzijde verbonden is met de pluspool en de rechterzijde met de minpool, dus moet een gesloten drukschakelaar verbonden zijn met de 5,0 V van de spanningsbron. De rechterzijde van de LED is geaard. Bij een geopende drukschakelaar geeft de voltmeter 0,0 V aan; bij een gesloten drukschakelaar geeft de voltmeter 5,0 V aan.


4 van 16

b/c Zie figuur 1.6.

Figuur 1.6

Opgave 13

a Zie figuur 1.7.

Figuur 1.7

Voor het getal 5 branden de LED’s A, B, C, F en G. b Zie figuur 1.8.

Figuur 1.8

Met A, C, D, F en G krijg je het getal 3. Opgave 14

Opgave 15

1 = 0,125 s 8, 0 → de tijd die is verlopen als er 20 pulsen zijn geteld = 20 × 0,125 = 2,5 s

De pulsgenerator staat op 8,0 Hz → de tijdsduur per puls =

a De uitvoerelementen van het systeembord (LED’s en zoemer) zelf vragen een gering vermogen, dat gemakkelijk door het systeembord geleverd kan worden. Er is geen andere bron nodig. UITWERKINGEN OPGAVEN HAVO 5 HOOFDSTUK 1

5 van 16

b De schakelaar in het relais is nu wel gesloten, maar de LED is nog steeds niet opgenomen in een volledige stroomkring met een spanningsbron. c Zij moet een verbindingsdraad aanbrengen tussen de hoge stekkerbus linksonder en de rode stekkerbus bij ‘sensor’. Zie figuur 1.9. Een andere mogelijkheid is de hoge stekkerbus linksonder te verbinden met de stekkerbus bij de drukschakelaar of met de ingang van het relais.

Figuur 1.9

Opgave 16

a De metalen delen bestaan uit materiaal dat door een magneet aangetrokken wordt. Bijvoorbeeld ijzer. b Zie figuur 1.10.

Figuur 1.10

1.4 Opgave 17

Verwerkers

Zie figuur 1.11a en b. Zie tabellen 1.1 en 1.2.


6 van 16

Figuur 1.11a

NEN-poort EN-poort ingang ingang x y 0 0 1 0 0 1 1 1

uitgang p 0 0 0 1

NEN-poort uitgang z 1 1 1 0

Tabel 1.1

Figuur 1.11b

NOF-poort OF-poort ingang ingang x y 0 0 1 0 0 1 1 1

uitgang q 0 1 1 1

NOF-poort uitgang z 1 0 0 0

Tabel 1.2

Opgave 18

a S1 is een analoog signaal: de lichtsterkte kan alle waarden hebben binnen een bepaald bereik. S2 is een analoog signaal: de spanning die de lichtsensor afgeeft, is evenredig met de lichtsterkte. Zie ook figuur 1.45 in het kernboek op bladzijde 31. S3 is een digitaal signaal: het signaal is hoog of laag. S4 is een digitaal signaal. S5 is een analoog signaal. Als de bureaulamp brandt, is hij aangesloten op de netspanning. De lichtsterkte is dan een analoge grootheid. Zie opgave 4. b Als het donker genoeg is, is de spanning die de sensor afgeeft kleiner dan 1,6 V. De uitgang van de comparator is dan laag. Om de LED te laten branden, is een hoog signaal nodig. Dus moet er een invertor tussen de comparator en de LED geplaatst worden. c De comparator moet bij een hogere verlichtingssterkte schakelen. Dus moet de referentiespanning op een hogere waarde ingesteld worden. d Er is een relais nodig. Een bureaulamp moet aangesloten worden op de netspanning. Je hebt dus een externe stroomkring nodig. Die kring kun je inschakelen met een relais.

Opgave 19

a Zie figuur 1.12.

Figuur 1.12


7 van 16

De gevoeligheid bepaal je met behulp van de steilheid van de lijn in het lineaire gebied. ΔU uit 4, 0 − 1, 0 V V ⋅s = = 0,30 = 0,30 . De gevoeligheid is gelijk aan Δv 15, 0 − 5, 0 m/s m b Zie figuur 1.13.

Figuur 1.13

De EN-poort geeft alleen een hoog uitgangssignaal B als de ingangssignalen C en E hoog zijn. Comparator 1 geeft een hoog uitgangssignaal C bij windsnelheden groter dan 3,0 m/s. Comparator 2 geeft een hoog uitgangssignaal D bij windsnelheden groter dan 15,0 m/s. De invertor zorgt ervoor dat het ingangssignaal van EN-poort E alleen hoog is bij windsnelheden lager dan 15 m/s. De beide ingangssignalen C en E van de EN-poort zijn dan hoog bij windsnelheden tussen 3,0 m/s en 15 m/s. c Comparator 1. Aflezen in figuur 1.12 bij 3,0 m/s → Uref,1 = 0,45 V Comparator 2. Aflezen in figuur 1.12 bij 15 m/s → Uref,2 = 4,0 V Opgave 20

a Zie figuur 1.14.

Figuur 1.14

De gevoeligheid bepaal je met behulp van de steilheid van de lijn. Deze is ΔU 4, 0 − 1, 0 = = 0, 011 V/lux. gelijk aan ΔE 275 − 0 b Zie figuur 1.14. De referentiespanning moet op 1,8 V ingesteld worden.


8 van 16

c Zie figuur 1.15.

Figuur 1.15

1.5

Binaire getallen

Opgave 21

a Het aantal combinaties met vier bits is 24 = 16. b Het binaire getal 0000 is een van de zestien combinaties of het decimale getal 0 is een van de zestien getallen die van een binaire code worden voorzien. c Met zeven bits zijn er 27 = 128 combinaties mogelijk. Dus het hoogste decimale getal dat je kunt maken is 127. Het binaire getal is dan 1111111.

Opgave 22

a Getal 1: 1010 = 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20 = 8 + 2 = 10 Getal 2: 11001 = 1 · 24 + 1 · 23 + 0 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 = 16 + 8 + 1 = 25 Getal 3: 100101 = 1 · 25 + 0 · 24 + 0 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 = 32 + 4 + 1 = 37 Getal 4: 00101110 = 0 · 27 + 0 · 26 + 1 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20 = 32 + 8 + 4 + 2 = 46 b Het laatste cijfer in een binair getal is 0 · 20 = 0 of 1 · 20 = 1. De andere cijfers in het binaire getal leveren altijd een even bijdrage, omdat het machten van 2 zijn (0, 2, 4, 8, 16 enz.). Als de laatste bit een 0 is, dan is het geval dus even. Als de laatste bit een 1 is, is het getal een even getal + 1 en dus oneven.

Opgave 23

a 13 = 8 + 4 + 1 = 23 + 22 + 20 = 1 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 Dus het binaire getal is 1101. b 56 = 32 + 16 + 8 = 1 · 25 + 1 · 24 + 1 · 23 + 0 · 22 + 0 · 21 + 0 · 20 Dus het binaire getal is 11 1000. c 427 = 256 + 128 + 32 + 8 + 2 + 1 = 1 · 28 + 1 · 27 + 0 · 26 + 1 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 1 · 20 Dus het binaire getal is 1 1010 1011.

1.6 Opgave 24

Geheugencel en pulsenteller

a Zie figuur 1.16.

Figuur 1.16


9 van 16

Als op A een hoog signaal staat, is de bovenste ingang van de OF-poort hoog. In dat geval is de uitgang C van de OF-poort altijd hoog. b Zie figuur 1.16. Het lage signaal van B wordt na de invertor hoog in D. Op de EN-poort staan dan twee hoge signalen (van A en F), dus de uitgang van de EN-poort in F is hoog. Er is dus weer minstens één ingangssignaal van de OF-poort hoog, dus C blijft hoog. c Zie figuur 1.17.

Figuur 1.17

Opgave 25

a De pulsgenerator is ingesteld op 2,0 Hz → de pulsgenerator geeft twee pulsen per seconde → één puls duurt dus 0,50 s. Tijdens het knipperen is de LED even lang aan als uit → tijdens één puls is de LED dus 0,25 s aan en 0,25 s uit. b Zie figuur 1.18.

Figuur 1.18

Als je drukschakelaar 1 even indrukt, wordt het ingangssignaal (A) van de geheugencel even hoog → het uitgangssignaal van de geheugencel (C) wordt hoog en blijft hoog → het ingangssignaal van de EN-poort (C) is hoog en blijft hoog. Het ingangssignaal (D) van de EN-poort wordt door het uitgangssignaal UITWERKINGEN OPGAVEN HAVO 5 HOOFDSTUK 1

10 van 16

van de pulsgenerator afwisselend hoog/laag → het uitgangssignaal van de ENpoort (E) is hoog als het ingangssignaal (D) hoog is en laag als het ingangssignaal (D) laag is: de LED knippert. Door even op drukschakelaar 2 te drukken, activeer je de reset van de geheugencel (B) en maak je het uitgangssignaal van de geheugencel laag → het ingangssignaal (C) van de EN-poort wordt laag → het uitgangssignaal van de EN-poort (E) wordt laag, dus de LED gaat uit. Opgave 26

diameter van het fietswiel: d = 71 cm = 0,71 m omtrek van een cirkel = 2 · π · r = π · d → omtrek van het fietswiel = π · d = π × 0,71 = 2,23 m De teller staat op 10100101. binair getal macht van twee decimaal getal

1 27 128

0 26 64

1 25 32

0 24 16

0 23 8

1 22 4

0 21 2

1 20 1

10100101 = 1 × 27 + 0 × 26 + 1 × 25 + 0 × 24 + 0 × 23 + 1 × 22 + 0 × 21 + 1 × 20 = 128 + 32 + 4 + 1 = 165 → het fietswiel heeft in 1,0 min 165 omwentelingen gemaakt s ⎫ stotaal,fiets = v ⋅ t → v = totaal ⎪ t ⎪⎪ s1 wielomwenteling = 2, 23 m ⎬ stotaal,fiets = 165 × séén wielomwenteling ⎪ ⎪ t = 1, 0 min = 60 s ⎪⎭ 165 × 2, 23 v= = 6,1 m/s 60


11 van 16

Opgave 27

Zie figuur 1.19.

Figuur 1.19

Opgave 28

Zie figuur 1.20.

Figuur 1.20


12 van 16

Als je de drukschakelaar even indrukt, wordt het uitgangssignaal van de geheugencel (A) hoog en blijft hoog → de gloeidraden worden ingeschakeld en de teller begint te lopen. De pulsgenerator is ingesteld op 2,0 Hz → de pulsgenerator geeft twee pulsen per seconde. De gloeidraden moeten na 40 seconden worden uitgeschakeld; de teller moet bij 80 de geheugencel uitschakelen. Als de teller op 80 staat, dan zijn de uitgangen 64 (B) en 16 (C) van de teller hoog (80 = 64 + 16). Je hebt een EN-poort nodig om deze twee signalen tegelijkertijd te schakelen. De uitgang (D) van de EN-poort wordt hoog bij 80. Verbind de uitgang van de EN-poort (D) met de reset (E) van de teller en met de reset (F) van de geheugencel. De uitgang van de geheugencel (A) wordt laag, en de gloeistaven worden uitgeschakeld, en op hetzelfde moment wordt de teller op 0 gezet. Het geheel staat nu klaar voor de volgende keer dat je de broodrooster wilt gebruiken. b Om de gloeitijd langer te maken, moet de tijd tussen twee pulsen groter zijn. Dus moet de pulsgenerator op een kleinere frequentie worden ingesteld.

1.7 Opgave 29

Meet-, stuur- en regelsystemen

a Er wordt alleen alarm gegeven; de vochtigheidsgraad wordt niet gecorrigeerd. Het is dus een stuursysteem. b Alleen de waarde van de luchtvochtigheid wordt afgelezen; er wordt niets mee gedaan. Het is dus een meetsysteem. c Een te hoge of een te lage waarde van de vochtigheid wordt gecorrigeerd; dit is een correctie. Er vindt dus een terugkoppeling plaats: een regelsysteem. d Zie figuur 1.21.

Figuur 1.21

Opgave 30

a Het is een regelsysteem. Het opwarmen van het water in de wasmachine gebeurt tot een bepaalde vastgestelde waarde. Na afkoeling vindt eventueel een correctie plaats. b Zie figuur 1.22.

Figuur 1.22


13 van 16

Opgave 31

Zie figuur 1.23.

Figuur 1.23

Stel: kandidaat A drukt als eerste op zijn drukschakelaar SA. De bovenste ingang (A) van de EN-poort wordt dan hoog. De onderste ingang (B) van de EN-poort is hoog zolang er van de kandidaten B en C een laag signaal komt. (Ingang (D) is laag, dus ingang (B) is hoog.) De uitgang (C) van de EN-poort en de set van de geheugencel is dan hoog → de geheugencel wordt geactiveerd en levert een blijvend hoog signaal aan LED A. Deze LED blijft branden tot de quizmaster de geheugencel met drukschakelaar SQ reset. Het uitgangssignaal (E) van de geheugencel moet naar de systeemborden van de kandidaten B en C om de signalen van B en C te blokkeren. Als een van de andere twee kandidaten, B of C, eerder dan kandidaat A op zijn drukknop gedrukt had, dan was de uitgang (D) van de OF-poort hoog geworden en het onderste signaal (B) van de EN-poort vanwege de invertor laag. De uitgang van de EN-poort kan dan niet hoog worden → LED A kan dan niet gaan branden. Opgave 32

a Zie figuur 1.24.

Figuur 1.24


14 van 16

Als de accuspanning kleiner wordt dan de referentiespanning van de comparator, dan wordt de uitgang van de comparator (A) laag. De ingang van de invertor (B) is dan laag, dus de uitgang van de invertor wordt dan hoog. De bovenste ingang (C) van de EN-poort is dan hoog. De pulsgenerator levert voortdurend wisselende pulsen aan ingang (D) van de EN-poort. Als die pulsen hoog zijn, dan is de uitgang van de EN-poort (E) hoog. Als die pulsen laag zijn, dan is de uitgang van de EN-poort (E) laag. Het lampje knippert dus in dezelfde frequentie als de pulsgenerator. b Zie figuur 1.24. Wanneer de teller op 32 is gekomen, wordt de 32-uitgang van de teller en dus ook de set van de geheugencel hoog. De invertor zorgt er dan voor dat de bovenste ingang van de EN-poort laag wordt, waardoor ook de uitgang van de EN-poort laag wordt. Dan stopt de lift. c Zie figuur 1.24. Als de accu is opgeladen, is de uitgang van de comparator hoog, waardoor de teller en de geheugencel zijn gereset. De uitgang van de geheugencel is laag. De invertor achter de geheugencel zorgt ervoor dat de bovenste ingang van de EN-poort dan hoog is. Wanneer de bedieningsknop wordt ingedrukt en ingedrukt blijft, zijn beide ingangen van de EN-poort hoog en dus ook de uitgang. De lift werkt dan weer normaal. Opgave 33

a Zie tabel 1.3. invoer drukschakelaar rooksensor of variabele spanning pulsgenerator

verwerking

uitvoer

pulsenteller comparator invertor geheugencel

nummer zin 5 1 7 3

zoemer

4 3, 4, 5, 7

Tabel 1.3

b Zie figuur 1.25.

Figuur 1.25


15 van 16

Als er weinig of geen rook is, dan geeft de rooksensor een laag signaal (ongeveer 2,5 V), en als er veel rook is, dan geeft de rooksensor een hogere spanning af (ongeveer 5 V). (Zie figuur 1.70 in het kernboek op bladzijde 52.) De comparator heeft als referentiespanning ongeveer 4 V. Als er weinig of geen rook is, dan heeft de comparator een laag uitgangssignaal. Dit lage signaal wordt door de invertor omgezet in een hoog signaal, en dit hoge signaal zorgt ervoor dat de teller continu gereset wordt. Deze blijft dus op 0 staan. Als er (veel) rook is, dan geeft de rooksensor een spanning af die hoger is dan de referentiespanning van de comparator. Het uitgangssignaal van de comparator wordt dan hoog. Het uitgangssignaal van de invertor wordt laag en de teller blijft niet meer op 0 staan, maar begint te tellen. De teller telt tot 4 en geeft dan een hoog signaal af aan de geheugencel. Deze wordt geactiveerd en geeft een blijvend hoog signaal aan de zoemer. Via de drukschakelaar kan de zoemer uitgezet worden. Als de rook binnen vier seconden verdwenen is, en het afgegeven signaal door de rooksensor beneden de ingestelde waarde van de comparator komt, dan wordt het uitgangssignaal van de comparator laag; de invertor maakt er een hoog signaal van, en de teller wordt gereset. c De pulsgenerator moet op 1 Hz staan. Elke seconde wordt dan een puls gegeven. d Als er wel rook is, is de spanning die de rooksensor afgeeft ongeveer 5 V. De referentiespanning moet ruim hoger zijn dan die 2,5 V, bijvoorbeeld 4,6 V.


16 van 16

b Geluid waarnemen, meten en omzetten in elektrische spanning

Recommend Documents