Elektroniske sensorer

Elektroniske sensorer finnes overalt. Hjemme har vi røykvarslere, termostater i ovner, kjøleskap og komfyr, og vi har effekt- og energimålere som måler hvor mye elektrisk energi vi bruker. Kanskje har vi også en innbruddsalarm som registrerer bevegelse og at dører eller vinduer åpnes. Butikker har tyverialarmer på varene, trafikkpolitiet bruker fartsmålere og automatiske døråpnere ”senser” at vi nærmer oss, og sørger for at døra åpner seg.

Den ferdige forsterkeren

Den viktigste byggesteinen i all elektronikk er transistoren, den kalles derfor elektronikkens ”hjul”. Transistoren inneholder dopede halvledermaterialer, som har den egenskap at de endrer resistans når det går strøm gjennom dem. Med to transistorer kan du bygge en to-trinns strømforsterker som kan fungere som en sensor i ulike sammenhenger. Den kan for eksempel detektere vannlekkasjer, eller på en ufarlig måte vise at kroppen kan lede elektrisk strøm.

Transistoren: oppbygning og virkemåte

Transistoren har tre tilkoplingsledninger (”bein”), som vist i Figur 1 og Figur 2. Disse betegnes som henholdsvis base (b), emitter (e) og collector (c). I transistoren kan det gå strøm fra base til emitter, og fra collector til emitter.

Transistoren virker som en strømforsterker eller bryter. Når en liten strøm ledes inn i basen begynner halvledermaterialet i transistoren å lede strøm. Dette åpner for en mye større elektrisk strøm fra collector til emitter. På den måten kan vi bruke en liten strøm til å styre en mye større strøm i en annen del av kretsen.

Figur 2. Prinsippskisse for transistoren. Til venstre: Ingen strøm inn i basen og ingen strøm fra collector til emitter. Til høyre: En liten
strøm inn i basen gir en stor strøm fra collector til emitter.

 

En to-trinns strømforsterker

Figur 3 viser kretsskjema for en to-trinns strømforsterker med to transistorer. Kretsen har en lydgiver, Z1, som piper når det går strøm gjennom den. Vi kan også sette inn en lysdiode (D1) som lyser når det går strøm. I figuren har vi satt inn en bryter som kan koble inn enten lydgiver eller lysdiode. Vi har valgt å ha bare lydgiver tilkoplet.

 

 

Figur 3. Kretsskjema for to-trinns forsterker

La oss først betrakte det siste trinnet i forsterkeren, hvor transistor T2 inngår. I dette trinnet er lydgiveren koplet til polene på batteriet via en transistor (T2) og en motstand (R3). Så lenge det ikke går strøm inn i basen (b) til transistor T2, går det heller ingen strøm i lydgiveren. En liten strøm inn på basen vil imidlertid åpne for en strøm gjennom transistoren fra collector (c) til emitter (e). Da går det en stor strøm her og det blir lyd i lydgiveren.

Den lille strømmen inn på basen kan komme i stand ved at vi for eksempel kobler basen på T2 til den positive polen på batteriet via en stor motstand (kroppen vår). Da går det en liten strøm gjennom kroppen og inn i basen, tilstrekkelig til at transistoren åpner for en større strøm som setter i gang lydgiveren.

For å øke følsomheten til sensoren kobler vi ett trinn til foran det andre, som vist på Figur 3. Da har vi en to-trinns forsterker. En liten strøm inn fra måleproben (1) åpner for en større strøm (2) i transistoren T1. Noe av denne strømmen fører vi inn på transistor T2 (4), som åpner for en enda større strøm (5). Dette gir tilstrekkelig strøm i lydgiveren (6) til at den gir lyd.

 

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Teknologi og design
      • teste og beskrive egenskaper ved materialer som brukes i en produksjonsprosess, og vurdere materialbruken ut fra miljøhensyn

Er bakgrunnsstoff for