Elektronica-basis

In les 3 sloot je een LED aan "met 330 Ω". Waarom die waarde? En wat gebeurt er als je de weerstand weglaat? Je hebt niet veel elektronica nodig om met microcontrollers te werken, maar een paar basisregels voorkomen kapotte onderdelen en raadselachtige fouten.

Spanning, stroom, weerstand

Een vergelijking met water helpt:

• Spanning (volt, V) is de druk. Een pin van de Pico of ESP32 levert 3,3 V als hij "hoog" is.
• Stroom (ampère, A; meestal milliampère, mA) is hoeveel er doorheen stroomt.
• Weerstand (ohm, Ω) is hoe nauw de buis is: hoe groter, hoe minder stroom.

Stroom loopt alleen in een gesloten kring: van de plus, door de onderdelen, terug naar de min (GND, ground, 0 V).

De wet van Ohm

U = I × R       spanning = stroom × weerstand
I = U / R
R = U / I

Voorbeeld: 3,3 V over een weerstand van 1000 Ω (1 kΩ) geeft I = 3,3 / 1000 = 0,0033 A = 3,3 mA.

Een LED en zijn weerstand

Een LED is een diode: stroom gaat er maar in één richting doorheen (lange poot = anode = plus). Over een LED staat een vrijwel vaste spanning, de doorlaatspanning: ongeveer 2 V voor rood, geel en groen, ongeveer 3 V voor blauw en wit.

Een LED zelf beperkt de stroom niet. Zonder weerstand loopt er zoveel stroom als de pin kan leveren, en gaat de LED of de pin kapot. De voorschakelweerstand bepaalt de stroom:

R = (U_pin − U_led) / I

Rode LED, 3,3 V pin, gewenste stroom 6 mA:

R = (3,3 − 2,0) / 0,006 ≈ 217 Ω → kies de eerstvolgende standaardwaarde: 220 Ω.

Met 330 Ω wordt het (3,3 − 2,0) / 330 ≈ 4 mA: iets minder fel, maar prima zichtbaar. Moderne LED's zijn bij 2–5 mA al goed zichtbaar.

Je kunt het zelf narekenen in de REPL:

def voorschakel(u_pin, u_led, i_ma):
    return (u_pin - u_led) / (i_ma / 1000)

print(voorschakel(3.3, 2.0, 6))   # ≈ 216.7
print(voorschakel(3.3, 3.0, 5))   # blauwe LED: 60

Grenzen van een pin

Een GPIO-pin is geen voeding:

• Pico (RP2040): standaard maximaal ongeveer 4 mA per pin (instelbaar tot 12 mA), en alle pinnen samen ongeveer 50 mA.
• ESP32: ongeveer 20 mA per pin is redelijk, maximaal 40 mA.

Alles wat meer stroom vraagt (motoren, relais, LED-strips, een servo) stuur je via een transistor of een driverbord, met een eigen voeding.

En: de pinnen zijn niet 5V-tolerant. Een sensor die 5 V terugstuurt kan de chip beschadigen. Gebruik een 3,3V-versie van de sensor, of een niveauomzetter.

Het breadboard

Een breadboard verbindt onderdelen zonder solderen:

 + ─────────────────────   ← voedingsrails: hele rij verbonden (lengte)
 − ─────────────────────
   a b c d e   f g h i j
 1 ● ● ● ● ●   ● ● ● ● ●   ← elke rij van 5 gaatjes (a–e) is verbonden
 2 ● ● ● ● ●   ● ● ● ● ●     a–e en f–j zijn gescheiden door de geul

• De vijf gaatjes van een rij (a–e) zijn met elkaar verbonden. Twee pootjes van één onderdeel zet je dus in verschillende rijen, anders sluit je het kort.
• De lange rails aan de zijkant gebruik je voor 3,3 V en GND. Bij sommige lange breadboards zijn de rails in het midden onderbroken.
• Een chip of bordje zet je over de geul in het midden.

Een LED-schakeling bouwen

Pico GP15 ──── rij 10 ──[220 Ω]── rij 14 ── lange poot LED
                                           korte poot LED ── GND-rail ── Pico GND

Controleer voordat je stroom erop zet: kring gesloten? LED de goede kant op? Geen draad die 3,3 V rechtstreeks met GND verbindt?

Veilig werken

• Bouw en wijzig schakelingen terwijl de USB-kabel los is.
• Gebruik nooit de 5V- of VBUS-pin voor een ingang.
• Wordt iets warm of ruik je iets: direct stekker eruit.
• 3,3 V en 5 V zijn ongevaarlijk voor jou; netspanning (230 V) hoort niet in deze cursus.

Typische fouten

• LED zonder weerstand: werkt even, daarna niet meer.
• Beide poten in dezelfde rij: kortsluiting over de LED, hij brandt niet.
• GND vergeten: geen gesloten kring. Elk onderdeel dat met de Pico praat, deelt GND met de Pico.
• Weerstand fout afgelezen: twijfel je over de kleurcodes, meet hem met een multimeter.

Oefeningen

1. Bereken de weerstand voor een groene LED (2,1 V) op een ESP32-pin (3,3 V) met 8 mA.
2. Je hebt alleen 1 kΩ. Hoeveel stroom krijgt een rode LED dan? Brandt hij nog?
3. Een buzzer vraagt 30 mA. Mag je hem direct op een Pico-pin aansluiten?

Lab: LED-schakeling berekenen en bouwen

Samenvatting

• U = I × R. Spanning duwt, weerstand remt, stroom loopt alleen in een gesloten kring.
• Een LED heeft altijd een voorschakelweerstand nodig: R = (U_pin − U_led) / I.
• GPIO-pinnen leveren een paar milliampère en zijn niet 5V-tolerant.
• Op een breadboard zijn de vijf gaatjes van een rij verbonden.

Volgende les: de andere kant op, een knop en sensoren uitlezen.