Inloggen

Schakeling van LED's
vwo 2022, 3e tijdvak, opgave 1


Download hierboven de originele pdf van het examen waar deze opgave in staat en de bijbehorende uitwerkbijlage. "Schakeling van LED's" is de 1e opgave in dit examen. Als je de opgave gemaakt hebt kun je jezelf nakijken met het correctievoorschrift.

Uitleg bij "Schakeling van LED's"

Probeer altijd eerst zelf de opgave te maken en gebruik de uitleg alleen als je er zelf niet uitkomt. Als je ook na deze uitleg nog vragen hebt dan kun je deze helemaal onderaan deze pagina stellen.

Vraag 1

Zie afbeelding hieronder. In de schakeling moeten de weerstand en de LED in serie aangesloten staan op de voeding in een gesloten stroomkring. De spanningsmeter moet parallel aan de LED komen en de stroommeter moet ergens in in serie in de stroomkring opgenomen worden.

Vraag 2

In figuur 1 lezen we af dat bij een stroomsterkte van 10 mA de spanning over de LED 1,85 V is. Dit betekent voor het vermogen

P = U·I = 1,85 · 10·10-3 = 0,0185 W (=Js-1)

Er worden 4,2·1016 fotonen per seconde uitgezonden. De energie per foton (fotonenergie) bij 645 nm berekenen we met Ef = hc/λ

We vullen in

h = 6,62607·10-34 (Binas tabel 7)
c = 2,99792·108 (Binas tabel 7)
λ = 645·10-9 m

en vinden dan

Ef = 3,07976·10-19 J

De totaal uitgezonden energie per seconde is dan

Euitgezonden = 4,2·1016 · 3,07976·10-19 = 0,01293 Js-1

Voor het rendement vinden we dan

η = Euitgezonden / Eelektrisch

η = 0,01293 / 0,0185 = 0,69918

Afgerond is dit een rendement van 70%.

Vraag 3

De drie LEDs en de weerstand R staan in serie met elkaar. Dit betekent dat de stroom door alle drie de LEDs en de weerstand gelijk is en hier 10 mA is. In figuur 3 kunnen we de spanning die bij deze stroomsterkte over elk van de LEDs staat aflezen. We vinden dan

Urood = 1,85 V
Ugroen = 2,57 V
Ublauw = 2,85 V

Bij een serieschakeling geldt dat de spanning zich verdeelt over de componenten die in serie staan. In dit geval verdeelt de batterijspanning van 9,0 V zich over de weerstand R en de drie LEDs. Dit betekent dat de spanning over R gelijk moet zijn aan

UR = 9,0 - 1,85 - 2,57 - 2,85 = 1,73 V

De waarde van weerstand R berekenen we met de wet van Ohm. Met R = U/I vinden we

R = 1,73 / 10·10-3 = 173 Ω

Afgerond is dit een weerstand van 1,7·102 Ω

Vraag 4

Zie afbeelding onderaan. Je wil alleen de blauwe LED iets zwakker laten branden. Dit kan door aan deze LED een regelbare weerstand R1 parallel aan te sluiten. Een deel van de stroom door de blauwe LED zal dan door R1 lopen waardoor er minder stroom door de blauwe LED loopt en de LED zwakker zal branden. Het parallel aan sluiten van een weerstand heeft wel als gevolg dat de totale vervangingsweerstand kleiner wordt waardoor er door de andere LEDs (rood en groen) meer stroom gaat lopen. Dit wil je juist niet dus je hebt een extra weerstand (R2) nodig om de totale stroomsterkte op 10 mA te houden.


schakelingleds-1

schakelingleds-2

Vraag over "Schakeling van LED's"?


    Hou mijn naam verborgen

Eerder gestelde vragen | Schakeling van LED's

Amy Mei vroeg op zondag 10 jul 2022 om 13:08
Beste Erik,

Kunt u mij uitleggen bij vraag 4 waarom de extra 2 weerstanden op deze plekken moeten?

Erik van Munster reageerde op zondag 10 jul 2022 om 23:29
Met de weerstand die parallel aan de blauwe LED staat gaat een deel van de stroom door deze weerstand en dus niet door de blauwe LED. De spanning over de blauwe LED wordt dus kleiner hierdoor.

Om te voorkomen dat de spanning over de andere LEDs hierdoor groter wordt moet er een extra weerstand in serie bijgeplaatst worden. De spanning over de andere LEDs kan hierdoor gelijk blijven terwijl alleen de spanning over de blauwe LED afneemt.