Energieomzetting samenvattingen (automatisch hersteld).pdf

# Energieomzetting en elektrisch vermogen Dit onderwerp behandelt de fundamentele verschillen tussen energie en vermogen, de berekening van elektrisch vermogen en arbeid, het joule-effect, het rendement van elektrische apparaten en faseverschuivingen bij wisselstroom [1](#page=1) [2](#page=2) [3](#page=3) [4](#page=4). ### 1.1 Onderscheid tussen energie en vermogen Elektrische arbeid die een toestel levert, is gelijk aan de energie die wordt omgezet in een andere energievorm, oftewel de verbruikte elektrische energie. Dit is de energie waarvoor de elektriciteitsleverancier betaald wordt [1](#page=1). * **Energie (W)** wordt gemeten in joule (J) [1](#page=1). De formule voor elektrische arbeid (energie) is: $$W = U \cdot I \cdot t$$ Waarbij: * $W$ = energie in joule (J) * $U$ = spanning in volt (V) * $I$ = stroomsterkte in ampère (A) * $t$ = tijd in seconde (s) [1](#page=1). * **Vermogen (P)** is de verbruikte elektrische energie per tijdseenheid. Dit is de waarde die op het typeplaatje van een toestel staat [1](#page=1). De formule voor elektrisch vermogen is: $$P = U \cdot I$$ Waarbij: * $P$ = vermogen in watt (W) * $U$ = spanning in volt (V) * $I$ = stroomsterkte in ampère (A) [1](#page=1). Vermogen kan direct worden gemeten met een wattmeter (AC of DC), of indirect met een voltmeter en een ampèremeter (enkel DC) [1](#page=1). Een belangrijke formule verbindt vermogen met de wet van Ohm: $$P = I^2 \cdot R$$ $$P = \frac{U^2}{R}$$ Het nominaal vermogen wordt enkel geleverd bij de nominale spanning [1](#page=1). > **Voorbeeld:** Een verwarmingstoestel van 230V levert in 1 uur een elektrische arbeid van 4,14 megajoule (MJ). Om de stroomsterkte te berekenen, gebruiken we de formule $W = U \cdot I \cdot t$. Hierbij is $t$ omgerekend naar seconden (1 uur = 3600 seconden). De verbruikte energie in een gezin wordt uitgedrukt in kilowattuur (kWh) [1](#page=1). ### 1.2 Het joule-effect en beveiliging van weerstanden Het joule-effect is het verschijnsel waarbij elektrische energie wordt omgezet in warmte. Deze warmteafgifte aan de omgeving wordt dissipatie genoemd en is evenredig met het kwadraat van de stroom. Om energieverlies te beperken, wordt elektrisch transport onder hoogspanning en met lage stroom uitgevoerd [2](#page=2). * **Dissipatievermogen:** Wanneer stroom door een weerstand vloeit, wordt elektrische energie omgezet in warmte (joule-effect: $P = I^2 \cdot R$). De weerstand moet deze warmte kunnen afgeven aan de omgeving. Als de warmteafgifte (dissipatie) onvoldoende is, zal de temperatuur stijgen en de weerstand beschadigen. Fabrikanten specificeren daarom het dissipatievermogen [2](#page=2). > **Voorbeeld:** Bereken de maximale stroom die een ¼-watt-weerstand van 1 kilohm (kΩ) kan verdragen. Met de formule $P = I^2 \cdot R$, kunnen we afleiden dat $I_{max} = \sqrt{\frac{P_0}{R}}$, waarbij $P_0$ het nominale vermogen is. In dit geval is $I_{max} = \sqrt{\frac{0,25 \text{ W}}{1000 \text{ } \Omega}} \approx 0,0158 \text{ A}$ [2](#page=2). ### 1.3 Rendement van een elektrisch toestel Het rendement van een energieomvormer geeft aan hoeveel van de ingaande energie nuttig wordt omgezet in de gewenste uitgaande energie [3](#page=3). ### 1.4 Faseverschuiving bij wisselstroom Bij wisselstroom (AC) kan er een faseverschuiving optreden tussen de wisselspanning en de wisselstroom. Dit kan visueel worden voorgesteld zonder de sinusgolven expliciet te tekenen, bijvoorbeeld via vectordiagrammen [3](#page=3). ### 1.5 Vectordiagrammen voor inductieve verbruikers Een werkelijke spoel op wisselstroom fungeert als een inductieve verbruiker. De relaties tussen spanning, stroom en weerstand (spoelweerstand en reactantie) kunnen worden weergegeven in een vectordiagram [3](#page=3). * **Serieschakeling:** In een serieschakeling van spoelweerstand en inductieve reactantie geldt een bepaalde spanningsdeling [3](#page=3). * **Vermogendriehoek:** De vermogendriehoek illustreert de relatie tussen actief vermogen (P), reactief vermogen (Q) en schijnbaar vermogen (S) [3](#page=3) [4](#page=4). ### 1.6 Meetapparatuur voor wisselstroomvermogens * **Wattmeter:** Meet het *actief vermogen* (P) in watt (W). Dit is de per tijdseenheid omgezette energie die ook daadwerkelijk betaald wordt, vergelijkbaar met de meting van een kWh-meter [4](#page=4). * **Schijnbaar vermogen (S):** Wordt berekend als het product van de uitlezingen van de voltmeter en de ampèremeter, en wordt gemeten in voltampère (VA) [4](#page=4). * **Reactief vermogen (Q):** Kan niet direct met de genoemde opstellingen worden gemeten en wordt daarom ook wel *blindvermogen* genoemd, gemeten in voltampère reactief (VAR) [4](#page=4). ### 1.7 Boetes voor een lage arbeidsfactor De *arbeidsfactor* (cos φ) is de verhouding tussen het actief vermogen (P) en het schijnbaar vermogen (S), en geeft aan welk percentage van het schijnbaar vermogen daadwerkelijk wordt verbruikt. Een lage arbeidsfactor betekent dat een groot deel van het schijnbaar vermogen blindvermogen is. Netbeheerders eisen een minimale arbeidsfactor van 0,8. Installaties met een arbeidsfactor lager dan dit minimum kunnen een boete krijgen [4](#page=4) [5](#page=5). > **Voorbeeld:** Verbruiker B krijgt een boete omdat de arbeidsfactor 0,4 is, terwijl de minimale eis 0,8 bedraagt [5](#page=5). ### 1.8 Verbeteren van de arbeidsfactor De arbeidsfactor kan worden verbeterd door een geschikte condensator parallel te schakelen met een inductieve installatie. Dit helpt om het blindvermogen te compenseren en de verhouding tussen actief en schijnbaar vermogen te optimaliseren [5](#page=5). --- # Halfgeleiderschakelaars en energieomzetters Dit deel introduceert de fundamentele principes van vermogenscontrole met elektronische schakelaars, de mechanismen van pulsmodulatie en de diversiteit aan bestuurbare halfgeleiderschakelaars, evenals de concepten van energieomzetters en het vermogen-frequentiedomein [6](#page=6). ### 2.1 Filosofie van de vermogencontrole Vermogenelektronica is het vakgebied dat zich bezighoudt met het controleren van elektrisch vermogen middels elektronische technieken. De kern van deze controle ligt in het efficiënt schakelen van elektrische energie [6](#page=6). ### 2.2 Controle van elektrische energie met behulp van schakelaars Pulsmodulatie is een sleuteltechniek voor het beheersen van vermogen, waarbij informatie wordt overgedragen door eigenschappen van een reeks pulsen te variëren. Een klassiek voorbeeld is de temperatuursturing in een oven. Traditionele methoden met serieweerstanden leiden tot energieverlies en oneigenlijk gebruik van de bron. Het gebruik van een schakelaar biedt een efficiëntere oplossing [6](#page=6). De **werkverhouding** (duty ratio) is hierbij een cruciale parameter die bepaalt hoeveel tijd de schakelaar aanstaat ten opzichte van de totale schakelcyclus [6](#page=6). ### 2.3 Bestuurbare halfgeleiderschakelaars Halfgeleiderschakelaars worden geclassificeerd op basis van hun bestuurbaarheid [6](#page=6). * **Diodes** zijn niet bestuurbaar [6](#page=6). * **Thyristors** zijn enkel aan-bestuurbaar, wat betekent dat ze éénmaal geactiveerd niet meer uitgezet kunnen worden via de stuuringang alleen. GTO's (Gate Turn-Off thyristors), MCT's (MOS Controlled Thyristors) en IGCT's (Integrated Gate-Commutated Thyristors) zijn specifieke typen thyristoren [6](#page=6). * **Transistors** zijn aan/uit-bestuurbaar, wat betekent dat ze zowel geactiveerd als gedeactiveerd kunnen worden via de stuuringang [6](#page=6). ### 2.4 Eigenschappen van schakelaars De prestaties van halfgeleiderschakelaars worden gekarakteriseerd door hun statische en dynamische eigenschappen [7](#page=7). * **Statische eigenschappen:** * $I_{nominaal}$ is de nominale stroom die vloeit wanneer de schakelaar gesloten is [7](#page=7). * $U_{nominaal}$ is de nominale spanning die over het open contact staat wanneer de schakelaar open is [7](#page=7). * **Dynamische eigenschappen:** * $T_{on}$ is de tijd die nodig is om de stroom tot zijn maximale waarde te laten stijgen, typisch bepaald door de bronspanning gedeeld door de serieweerstand ($U/R_{serie}$) [7](#page=7). * $T_{off}$ is de tijd die nodig is voor het herstel van de halfgeleider, zodat deze weer een blokkeerspanning kan weerstaan [7](#page=7). ### 2.5 Commutatie Commutatie is het proces waarbij de stroom door een schakelaar wordt onderbroken en de stroom eventueel wordt overgenomen door een andere schakelaar. Er zijn drie hoofdtypes commutatie [7](#page=7): * **Natuurlijke commutatie** (ook wel netcommutatie genoemd) treedt op in AC-systemen wanneer de spanning nul doorgangen passeert of door andere netparameters wordt geïnduceerd [7](#page=7). * **Kunstmatige commutatie** maakt gebruik van externe circuits om de commutatie te forceren, vaak in DC-systemen [7](#page=7). * **Belastingscommutatie** vindt plaats wanneer de belasting zelf helpt bij het onderbreken van de stroom [7](#page=7). ### 2.6 Energieomzetters Energieomzetters transformeren elektrische energie van de ene vorm naar de andere, vaak met de mogelijkheid tot regeling [8](#page=8). * **Mutator** (gestuurde gelijkrichter of DC-controller): Zet een AC-net om naar een regelbare DC-spanning [8](#page=8). * **Wisselspanningsinsteller** (AC-controller): Regelt AC-spanning uit een AC-net, waarbij de frequentie onveranderd blijft [8](#page=8). * **Hakker** (chopper): Converteert een constante DC-spanning naar een regelbare DC-spanning [8](#page=8). * **Invertor** (inverter): Zet een constante DC-spanning om naar een regelbare AC-spanning [8](#page=8). ### 2.7 Vermogen-frequentiedomein In de context van vermogenselektronica wordt met "groot" vermogen doorgaans verwezen naar situaties waarbij de volgende parameters worden overschreden [8](#page=8): * Spanning: $> 2000$V [8](#page=8). * Stroom: $> 1000$A [8](#page=8). * Frequentie: $> 1$kHz [8](#page=8). * Vermogen: $> 1$MW [8](#page=8). --- # Vermogendioden Dit gedeelte introduceert de basisprincipes van halfgeleiders en diodes, inclusief hunwerking, karakteristieken, en de specifieke parameters van vermogendioden. ### 3.1 Halfgeleiders Geleiders laten elektrische stroom toe, zoals aluminium en koper. Isolatoren blokkeren de stroom, bijvoorbeeld glas en rubber. Halfgeleiders, zoals silicium, germanium en galliumnitride, bevinden zich tussen deze twee extremen. Bij normale temperaturen gedragen halfgeleiders zich als isolatoren, maar kunnen geleidend worden door toevoeging van energie zoals warmte, licht of een elektrisch veld. Hun geleidbaarheid is sterk temperatuurafhankelijk: bij stijgende temperatuur daalt de weerstand [9](#page=9). Om halfgeleiders te gebruiken, worden ze gezuiverd en vervolgens verontreinigd met andere atomen door middel van "doperen". Doperen met donoratomen leidt tot een N-type halfgeleider (bijvoorbeeld N-Si), terwijl doperen met acceptoratomen resulteert in een P-type halfgeleider (bijvoorbeeld P-Si). Fosfor, arseen en antimoon zijn donoratomen, terwijl borium, indium, gallium en aluminium acceptoratomen zijn [9](#page=9). Wanneer een P-type siliciumschijfje in contact komt met een N-type siliciumschijfje, ontstaat er een "PN-junctie", wat de grens tussen de twee typen halfgeleiders markeert [9](#page=9). ### 3.2 De werking van een diode (PN-junctie) Een diode is fundamenteel een PN-junctie. De elektrode die verbonden is met de P-laag wordt de anode genoemd, en de elektrode verbonden met de N-laag is de kathode [10](#page=10). De diode laat stroom door in één richting (voorwaartse polarisatie) zodra de aangelegde spanning de drempelspanning ($U_T$) overschrijdt. Voor gewone diodes ligt deze drempelspanning tussen 0,6V en 0,7V, terwijl deze voor vermogendioden hoger is, tussen 0,9V en 1V. Bij voorwaartse polarisatie wordt een DC-bron zodanig aangesloten dat stroom van anode naar kathode vloeit. Deze voorwaartse stroom kan aanzienlijk worden en moet binnen bepaalde maximumwaarden blijven om vernietiging van de diode te voorkomen [10](#page=10). In de tegenovergestelde richting (inverse polarisatie) gedraagt de diode zich als een spertor. De inverse stroom blijft zeer klein en is voornamelijk temperatuurafhankelijk, minder afhankelijk van de aangelegde inverse spanning. Echter, als de inverse spanning te hoog wordt, treedt "doorslag" op, wat leidt tot vernietiging van de kristalstructuur. Deze unidirectionele geleidingseigenschap is essentieel voor toepassingen zoals gelijkrichterschakelingen [10](#page=10). ### 3.3 I-U karakteristiek van een junctiediode De I-U karakteristiek toont de relatie tussen de stroom ($I$) door de diode en de spanning ($U$) eroverheen [11](#page=11). **Invloed van de temperatuur:** De temperatuur heeft een significante invloed op de diodekarakteristiek. Zowel in doorlaat- als in sperrichting neemt de stroom toe naarmate de temperatuur stijgt. Dit resulteert in een verschuiving van de diodekarakteristiek naar de stroomas toe bij hogere temperaturen [11](#page=11). **Werkpunt van de diode:** Het werkpunt van een diode in een schakeling is het snijpunt van de diodekarakteristiek met de statische belastingslijn. De vergelijking van de belastingslijn kan worden afgeleid uit de serieschakeling van de diode met een weerstand ($R$) en een spanningsbron ($U_B$). Door de deelspanningen op te tellen, verkrijgen we de vergelijking: $U_B = R \cdot I_F + U_F$. Voor een specifieke schakeling met $U_B = 1,6$ volt en $R = 270$ Ohm, wordt de vergelijking $1,6\text{V} = 270\Omega \cdot I_F + U_F$. Om de belastingslijn te tekenen, kunnen twee punten worden berekend [11](#page=11): * Als $I_F = 0$: $1,6\text{V} = 270\Omega \cdot 0 + U_F \implies U_F = 1,6\text{V}$. Dit is het snijpunt met de horizontale as (spanning-as) [11](#page=11). * Als $U_F = 0$: $1,6\text{V} = 270\Omega \cdot I_F + 0 \implies I_F = \frac{1,6\text{V}}{270\Omega} \approx 6\text{mA}$. Dit is het snijpunt met de verticale as (stroom-as) [11](#page=11). Het snijpunt van deze rechte belastingslijn met de diodekarakteristiek definieert het statische werkpunt ($P$) van de diode in die schakeling [11](#page=11). ### 3.4 Vermogendissipatie van de diode De stroom die door een diode vloeit, veroorzaakt warmteontwikkeling door het joule-effect. Om te voorkomen dat de temperatuur onacceptabel hoog wordt, moet de diode deze warmte kunnen afstaan of "dissiperen". Het gedissipeerde vermogen ($P_{diss}$) van de diode is het product van de voorwaartse diodestroom ($I_F$) en de voorwaartse spanning ($U_F$). De formule hiervoor is [12](#page=12): $$ P_{diss} = I_F \cdot U_F $$ De maximale vermogendissipatie die een specifiek diodetype kan weerstaan, staat vermeld in het gegevensblad (datasheet) van de fabrikant. De vorm, het uiterlijk en de grootte van een diode worden voornamelijk bepaald door zijn maximale dissipatievermogen. Grotere dioden en dikkere aansluitdraden zijn nodig voor vermogendioden die hoge stromen moeten verwerken, omdat deze leiden tot grotere warmteontwikkeling [12](#page=12). ### 3.5 Grenswaarden (ratings) Vermogendioden worden gekenmerkt door diverse grenswaarden, die kritieke limieten aangeven om beschadiging te voorkomen. Deze grenswaarden worden vaak aangeduid met specifieke afkortingen [13](#page=13). #### 3.5.1 Maximumwaarden van de inverse spanning (aangeduid met de voetletter R) * $U_{RWM}$ (Reverse Working Maximum): Dit is de maximaal toegelaten amplitude van de periodieke inverse spanning [13](#page=13). * $U_{RRM}$ (Reverse Repetitive Maximum): Dit is de maximaal toegelaten herhalende inverse piekspanning [13](#page=13). * $U_{RS M}$ (Reverse Surge Maximum): Dit is de maximaal toegelaten éénmalige inverse piekstroom [13](#page=13). #### 3.5.2 Maximumwaarden van de voorwaartse stroom (aangeduid met de voetletter F) * $I_{FM}$ (Forward Maximum): Dit is de maximaal toegelaten voorwaartse gelijkstroom [13](#page=13). * $I_{F(\text{RMS})}$ (Forward Root Mean Square): Dit is de maximaal toegelaten herhalende voorwaartse effectieve stroom [13](#page=13). * $I_{FM}$ (Forward Average): Dit is de maximaal toegelaten gemiddelde doorlaatstroom voor een gegeven gelijkrichter [13](#page=13). * $I_{FRM}$ (Forward Repetitive Maximum): Dit is de maximaal toegelaten herhalende voorwaartse piekstroom [13](#page=13). * $I_{FSM}$ (Forward Surge Maximum): Dit is de maximaal toegelaten éénmalige voorwaartse piekstroom [13](#page=13). --- # Transistoren als schakelaar Dit onderwerp behandelt de bipolaire junctietransistor (BJT) als schakelaar, inclusief de werkpunten, grenswaarden en de bescherming die nodig is bij inductieve belastingen met vrijloopdiodes en snubbernetwerken. ### 4.1 Bipolaire junctietransistor (BJT) Een bipolaire junctietransistor (BJT) bestaat uit drie siliciumlagen, die NPN of PNP kunnen zijn, en heeft drie aansluitdraden: emittor, basis en collector. De "echte" diode van de transistor bevindt zich tussen de basis en de emittor. Een BJT wordt als stroomgestuurd beschouwd omdat de collectorstroom wordt ingesteld door de basisstroom, ondanks dat de ingangsweerstand klein is [14](#page=14). #### 4.1.1 BJT als schakelaar Bij een gemeenschappelijke emittorschakeling (GES) van een NPN-transistor geldt de wet van Kirchhoff: $I_E = I_B + I_C$. De stroomversterking, aangeduid als $h_{FE}$, is gedefinieerd als $h_{FE} = I_C / I_B$. Omdat $h_{FE}$ sterk temperatuurafhankelijk is, worden berekeningen meestal uitgevoerd met de minimale waarde ($h_{FEmin}$) [15](#page=15). De collectordissipatie ($P$) wordt gegeven door $P = U_{CE} \cdot I_C$. Het werkgebied van de transistor moet zo gekozen worden dat het onder de hyperbool van $P_{max}$ ligt, de maximaal toelaatbare dissipatie bij de gegeven temperatuur. Koeling kan de toegelaten $P_{max}$ vergroten [15](#page=15) [16](#page=16). De vergelijking van de belastingslijn in de uitgangskring is $U_{CE} = U_{V} - I_C \cdot R_C$ [16](#page=16). * Het **kortsluitpunt** wordt bereikt wanneer $U_{CE} = 0V$, wat leidt tot $I_C = U_V / R_C$. In dit punt is de transistor in verzadiging (saturatie) zolang $U_{CE} > 0.7V$. De collectordissipatie is hier 0W [16](#page=16) [17](#page=17). * Het **nullastpunt** wordt bereikt wanneer $I_C = 0A$, wat resulteert in $U_{CE} = U_V$. In dit punt is de transistor gesperd (cut-off) als $I_B = 0mA$. De collectordissipatie is hier eveneens 0W [16](#page=16) [17](#page=17). De ideale transistor dissipeert geen vermogen als hij als schakelaar wordt gebruikt [17](#page=17). > **Tip:** De ideale schakelkarakteristiek toont een nul dissipatie in zowel het nullastpunt als het kortsluitpunt. #### 4.1.2 Exacte coördinaten van de werkpunten In de praktijk is de dissipatie in het sperpunt niet nul, maar wel klein. Evenzo is de dissipatie in het saturatiepunt niet nul. Wanneer de transistor als schakelaar wordt gebruikt, verschuift het werkpunt over de belastingslijn van het saturatiepunt naar het sperpunt (uitschakelen) of omgekeerd (inschakelen). Het is cruciaal dat de transistor niet in het gebied ertussen "blijft hangen", wat snelle schakeltijden (ton en toff) vereist [18](#page=18). #### 4.1.3 Vergelijking transistor met ideale schakelaar Een gesperde transistor heeft een lekstroom ($I_{CE}$) van ongeveer 50nA. Een verzadigde transistor heeft een $U_{CE}$ van ongeveer 0.2V [19](#page=19). #### 4.1.4 Grenswaarden (ratings) van een BJT De constructeur specificeert de grenswaarden (ratings) van een BJT in het datablad. Het veilige werkgebied (Safe Operating Area - SOAR) kan worden aangeduid op de uitgangskarakteristieken van de BJT [19](#page=19). #### 4.1.5 Inductieve belasting met vrijloopdiode Bij het uitschakelen van een spoelstroom treedt er volgens de wet van Lenz een spanningspiek op. Deze spanningspiek kan bovenop de collector te staan komen en de transistor vernietigen. Daarom is bescherming met een blusdiode (vrijloopdiode) noodzakelijk [20](#page=20). #### 4.1.6 Snubbernetwerk Een snubbernetwerk is nodig om de blusdiode correct te laten functioneren. De blusdiode geleidt pas als haar anodespanning boven een bepaalde drempel komt (bv. 48V), waardoor de transistor al beschadigd kan zijn. Om de inductief belaste transistor tijdens het afschakelen te beschermen, waar $U_{CE}$ stijgt en $I_C$ hoog blijft door de ontlading van de spoel, kan een RCD-snubber worden toegepast om een deel van de energie weg te leiden [21](#page=21). Tijdens het afschakelen laadt de condensator op zodra $U_{CE}$ een bepaalde waarde bereikt, waardoor de energie van de spoel in de condensator terechtkomt. Pas als de condensatorspanning de voedingsspanning bereikt (bv. 48V), komt de vrijloopdiode in geleiding. De condensator ontlaadt vervolgens bij het terug inschakelen [21](#page=21). --- # Vermogen-MOSFET en IGBT De veldeffecttransistor (FET) is een type transistor waarbij de stroom wordt geregeld door een elektrisch veld, dat op zijn beurt wordt bepaald door de ingangsspanning. In tegenstelling tot bipolaire transistors, nemen FET's vrijwel geen ingangsstroom op, wat resulteert in een zeer hoge ingangsweerstand en spanningsgestuurde werking [22](#page=22). ### 5.1 De veldeffecttransistor (FET) #### 5.1.1 Werkingsprincipe De FET werkt op basis van een elektrisch veld dat de geleidbaarheid van een halfgeleiderkanaal beïnvloedt. Door de ingangsspanning te variëren, wordt dit veld aangepast, wat leidt tot een verandering in de hoeveelheid stroom die door het kanaal kan vloeien. Dit maakt de FET een spanningsgestuurde component, met een significant voordeel ten opzichte van stroomgestuurde bipolaire transistors vanwege de extreem hoge ingangsweerstand [22](#page=22). #### 5.1.2 Soorten veldeffecttransistoren Er zijn verschillende typen FET's, waaronder: * **JFET**: Junction Field Effect Transistor [22](#page=22). * **MOSFET**: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, gekenmerkt door een geïsoleerde poort [22](#page=22). #### 5.1.3 Gevoeligheid voor elektrostatische ontlading (ESD) MOSFET's zijn extreem gevoelig voor elektrostatische ontlading (ESD) en kunnen hierdoor vernietigd worden. Om schade te voorkomen, wordt er bij de fabricage een elektrische verbinding tussen de aansluitingen (drain, gate, source) aangebracht via het verpakkingsmateriaal. Deze bescherming mag pas verwijderd worden nadat de nodige voorzorgsmaatregelen zijn getroffen [22](#page=22). #### 5.1.4 Voorzorgsmaatregelen bij hantering van MOSFET's Om de gevoeligheid voor ESD te minimaliseren, moeten de volgende voorzorgsmaatregelen worden genomen bij de hantering van MOSFET's: * Werk bij voorkeur in een ruimte met een relatieve luchtvochtigheid van ongeveer 70% [22](#page=22). * Draag geen synthetische kleding en schoenen met dikke rubberen zolen [22](#page=22). * De operator dient via een polsband, verbonden met aarde via een weerstand, geaard te zijn [22](#page=22). * Een antistatische tafelmat, die eveneens met aarde is verbonden via een weerstand, dient te worden gebruikt [22](#page=22). * Minimaliseer de manipulatie van de componenten zoveel mogelijk [22](#page=22). * Gebruik geïoniseerde perslucht voor reiniging in plaats van een stofdoek [22](#page=22). * Test deze componenten nooit met een ohmmeter [22](#page=22). * Verwijder alle niet-geleidende voorwerpen uit de directe werkomgeving [22](#page=22). * Vervoer MOS-componenten altijd in een beschermende, antistatische verpakking [22](#page=22). ### 5.2 MOS-veldeffecttransistor (MOSFET) MOSFET's worden verder onderverdeeld in vier hoofdgroepen [23](#page=23). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Elektrische arbeid | De energie die een toestel levert of verbruikt, omgezet in een andere energievorm. Dit is wat de elektriciteitsleverancier aanrekent en wordt uitgedrukt in Joules (J). | | Elektrisch vermogen | De verbruikte elektrische energie per tijdseenheid, aangegeven op het kernplaatje van een toestel. De eenheid is Watt (W). | | Joule-effect | Het verschijnsel waarbij elektrische energie wordt omgezet in warmte, wat leidt tot dissipatie van energie. Dit is evenredig met het kwadraat van de stroom ($P=I^2R$). | | Dissipatievermogen | De warmte die een component (zoals een weerstand of diode) kan afgeven aan de omgeving zonder beschadigd te raken. | | Rendement | De verhouding tussen nuttig geleverde vermogen en opgenomen vermogen bij een energieomvormer, uitgedrukt als een percentage. | | Faseverschuiving | Het tijdsverschil tussen een wisselspanning en een wisselstroom in een circuit, wat van invloed is op het geleverde vermogen. | | Vectordiagram | Een grafische weergave die de relatie tussen spanningen en stromen in een AC-circuit visualiseert, met name bij inductieve of capacitieve belastingen. | | Actief vermogen (P) | De energie die per tijdseenheid daadwerkelijk wordt omgezet in warmte of arbeid. De eenheid is Watt (W). | | Schijnbaar vermogen (S) | Het product van de effectieve spanning en stroom in een AC-circuit, ongeacht de faseverschuiving. De eenheid is Volt-Ampère (VA). | | Reactief vermogen (Q) | Het vermogen dat nodig is om magnetische velden op te wekken (bij spoelen) of elektrische velden op te bouwen (bij condensatoren). De eenheid is VAR (Volt-Ampère Reactive). | | Arbeidsfactor | De verhouding tussen actief vermogen en schijnbaar vermogen ($cos(\phi)$). Een lage arbeidsfactor kan leiden tot boetes. | | Pulsmodulatie | Een techniek om informatie over te dragen door eigenschappen van pulsen (zoals duur of amplitude) te variëren, gebruikt voor vermogencontrole. | | Halfgeleider | Materiaal (zoals silicium) waarvan de geleidbaarheid kan worden aangepast door toevoeging van energie, waardoor het als geleider of isolator kan functioneren. | | PN-junctie | De overgang tussen een P-type en N-type halfgeleidermateriaal, de basis van componenten zoals diodes en transistoren. | | Diode | Een elektronisch component met een PN-junctie die stroom voornamelijk in één richting toelaat. | | Voorwaartse polarisatie | Een spanning die wordt aangelegd over een diode om stroom in de geleidende richting toe te laten. | | Inverse polarisatie | Een spanning die wordt aangelegd over een diode om de stroom te blokkeren (sperren). | | Drempelspanning (U_T) | De minimale spanning die over een diode moet worden aangelegd voordat er een significante stroom begint te vloeien. | | Doorslag | Het optreden van een zeer hoge stroom door een halfgeleidercomponent wanneer de aangelegde spanning een kritische grens overschrijdt, wat tot vernietiging kan leiden. | | Werkpunt | Het specifieke punt op de karakteristieklijn van een component waar het operationeel is, bepaald door de aangelegde spanning en de belasting. | | Bipolaire junctietransistor (BJT) | Een transistor die bestaat uit drie lagen halfgeleidermateriaal (NPN of PNP) en wordt bestuurd door een basisstroom. | | Stroomversterking (hFE) | De verhouding tussen de collectorstroom en de basisstroom in een BJT, die aangeeft hoeveel de basisstroom wordt versterkt. | | Gesatureerde transistor | Een transistor die volledig geleidt, waarbij de collector-emitterspanning (UCE) minimaal is. | | Gesperde transistor | Een transistor die de stroom volledig blokkeert (cut-off), waarbij de collector-emitterspanning (UCE) maximaal is en de collectorstroom (IC) minimaal. | | Vrijloopdiode | Een diode die parallel aan een inductieve belasting wordt geschakeld om spanningspieken te voorkomen wanneer de stroom door de spoel wordt onderbroken. | | Snubbernetwerk | Een circuit (vaak bestaande uit een weerstand, condensator en diode) dat wordt gebruikt om spanningspieken en overbelastingen te dempen en de levensduur van schakelcomponenten te verlengen. | | MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) | Een type transistor dat wordt bestuurd door een elektrisch veld dat wordt gegenereerd door de spanning op de gate-elektrode, met een zeer hoge ingangsweerstand. | | Elektrostatische ontlading (ESD) | Het plotselinge vrijkomen van elektrische lading van een object dat statisch geladen is, wat gevoelige elektronische componenten zoals MOSFETs kan beschadigen. |