home
***
CD-ROM
|
disk
|
FTP
|
other
***
search
/
Aminet 52
/
Aminet 52 (2002)(GTI - Schatztruhe)[!][Dec 2002].iso
/
Aminet
/
docs
/
mags
/
saku05.lha
/
txt
/
elekurssi1
< prev
next >
Wrap
Text File
|
1992-09-02
|
14KB
|
455 lines
5
1
2 Loop.pic 100 135
3 Ohm.pic 250 0
5 Resistors.pic 160 50
6 Rescode.pic 120 10
9 Parall.pic 100 0
10 Leds.pic 160 70
11 LED.pic 150 160*
{9 E L E K T R O N I I K K A K U R S S I - O S A 1 (c) 1994 Esa Heikkinen
{9 =========================================================================
Nyt alkava elektroniikkakurssi on moniosainen. Kurssissa tullaan
käsittelemään elektroniikan alkeita kansantajuisesti. Artikkelisarjan
kuvitus tulee olemaan laaja, kurssia varten on jo digitoitu kymmeniä
kuvia elektroniikan komponenteista niiden tunnistamisen helpottamiseksi.
Artikkeleissa tullaan käsittelemään niin elektroniikan teoriaa kuin
käytäntöäkin. Jokaisen osan lopussa tulee muutamia kysymyksiä joihin
jokainen voi miettiä vastauksia. Näin voi testata että asiat menivät
"jakeluun".
{9SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEITA
{9~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Kuten arvata saattaa, alkaa kurssi teoriaosuudella. Ennenkuin mistään
kannattaa alkaa laajemmin puhua, pitää opetella tuntemaan sähkön eri
olomuotoja. Jätämme kuitenkin atomi-elektronipohjaisen teorian sikseen,
selvitämme asiat vertauskuvin.
{9JÄNNITE - lyhenne U - yksikkö Voltti (V):
Jännite on kahden pisteen välinen potentiaaliero. Toisessa pisteessä
on enemmän elekroneja kuin toisessa ja siitä muodostuu jännite-ero.
Jännitettä voi olla olemassa ilman virtaa. Vertaamme tässä elektro-
niikan suureita moottorin pyörimiseen. Jännitettä voidaan verrata
NOPEUTEEN, jolla moottori pyörii. Mitä suurempi jännite, sitä
nopeammin pyörii. Moottorin pyörimissuunnan vaihtuessa muuttuu
jännitteen napaisuus.
- TASAJÄNNITE (DC) käsittää aina positiivisen (+) ja negatiivisen (-) navan
Moottori pyörii aina samaan suuntaan.
- VAIHTOJÄNNITE (AC) käsittää vain kaksi napaa, joiden välinen napaisuus
vaihtelee. Moottori pyörii edestakaisin.
{9VIRTA - lyhenne I - yksikkö Ampeeri (A):
Virtaa on olemassa ainoastaan silloin, kun jännite-eron omaavien
pisteiden välille asetetaan jokin sähköä johtava kuorma. Virtaa ei siis
voi olla olemassa ilman jännitettä. Virta sisältää jännitteessä itse
ENERGIAN. Kun ajatellaan virtalähdettä, niin virran voimakkuus vastaa
moottorin MOMENTTIA, eli voimaa jolla se pyörii. Kun virta kulkee
johtimessa, voidaan sitä verrata akseliin joka on liitetty moottoriin.
Mitä suurempi virta, sitä suurempi kuorma akselille tulee.
VIRTA on se asia, joka ratkaisee esim. sen onko sähkö vaarallinen
ihmiselle vai ei. Kaikkihan tietävät esim. kissan turkkiin varautuvan
"staattisen" sähkön. Se loikkaa valokaarena jopa senttejä mutta ei tapa.
Se sisältääkin vain hyvin korkean jännitteen (kymmeniätuhansia voltteja!)
mutta ei nimeksikään virtaa - koska varauksen energia purkaantuu
hetkessä. Mutta jos jännitteen kaveriksi lisätään energiaa, saadaan
siitä vaarallista. Jo 220 Vac verkkojännite on tappava, koska rasiasta
saadaan maksimissaan 10 Ampeerin tai 16 Ampeerin virta (riippuu
sulakkeesta). Ihmisen saadessa sähköiskun verkkovirrasta on jo 0.05
Ampeerin virta kehon läpi tappavan vaarallinen! Sulake siis ei pala
koska ihminen kuormittaa verkkoa sähköiskutilanteessa hyvin vähän.
Tämän vuoksi täytyy noudattaa erityistä varovaisuutta verkkovirran
kanssa.
{9RESISTANSSI - lyhenne R - yksikkö Ohmi (Omega - katso alla)
Resistanssi eli kansanomaisesti vastus, ilmaisee materiaalin sähkön-
johtokyvyn. KAIKELLA materiaalilla on resistanssi. Metallit johtavat
hyvin sähköä, siten niillä on PIENI resistanssi. Muovit, ilma, lasi
yms. aineet johtavat huonosti sähköä, siten niillä on SUURI resistanssi.
Vesi johtaa melko hyvin sähköä, samoin hiili - tästä syystä ihminen
johtaa sähköä vaarallisen hyvin. Jos palaamme moottoriin, on resistanssi
sen pyörintää jarruttava voima, joka siis KUORMITTAA sitä.
Resistanssi (R) on se, joka saa virran (I) kulkemaan kun R asetetaan
jännite-eron (U) pisteiden välille. Resistanssi kuluttaa siten sähkön
ENERGIAN ja muuttaa sen esim. lämmöksi:
{9Ohmin laki
{9----------
Näin pääsemme sähkötekniikan tärkeimpään lakiin, ohmin lakiin. Tämä
yksinkertainen laskukaava määrittelee kaiken sen miten Virta I,
Jännite U ja Resistanssi R suhtautuvat toisiinsa:
Jokaisen elekroniikkaa harrastavan tulee opetella tämä kaava ulkoa.
Sen avulla voit laskea tarvitsemiesi vastusten arvoja, virran ja
jännitteen voimakkuuksia, lähes kaiken. Kätevä muistikolmio auttaa
käyttämään kaavaa oikein. Kun kaksi suuretta tunnetaan, voidaan kolmas
laskea. Kolmiota on helppo käyttää - laskettava suure peitetään
sormella ja jäljelle jää laskukaava. Esim:
U
Virta I = --- (Jännite jaettuna resistanssilla)
R
U
Resistanssi R = --- (Jännite jaettuna virralla)
I
Jännite U = R x I (Resistanssi kertaa virta)
Nyt voimme ottaa pienen käytännön esimerkin. On 9V paristo, ja sen
napojen väliin on kytketty 100 ohmin vastus. Paljonko virtaa kulkee
vastuksen läpi?
Jännite ja resistanssi tunnetaan ja virta I täytyy laskea, siten
käytämme kaavaa U jaettuna R:llä, 9V jaettuna 100:lla ohmilla on 0.09,
ja kun virran yksikkö oli Ampeeri A, on vastaus 0.09 A
~~~~~~
{9Mittayksiköt
{9------------
Elektroniikassa käytettävät luvut ovat monesti hyvin suuria
(resistanssi) tai hyvin pieniä (jännite,virta), jolloin on pakko käyttää
etuliitteitä jotta ilmaisu saadaan helpommaksi. Oheisessa taulukossa
on yleisimmät elektroniikassa käytettävät etuliitteet. Huomaa lyhenteiden
erot ISOILLA tai pienillä kirjaimilla:
{9 Nimitys Merkintä Kerroin
{9 ---------------------------------------
{9 MEGA M 10 ^ 6 (1000000 - miljoona)
{9 KILO k 10 ^ 3 (1000 - tuhat)
{9 MILLI m 10 ^ -3 (0.001)
{9 MIKRO µ 10 ^ -6 (0.000001)
{9 NANO n 10 ^ -9 (0.000000001)
{9 PIKO p 10 ^ -12 (0.000000000001)
(^ = potenssi)
Eli esimerkiksi 10 kohm. vastus = 10000 ohmia, taikka edellä laskettu
0.09A virta voidaan ilmaista selkeämmin 90 mA.
{9VASTUKSET
{9~~~~~~~~~
Seuraavaksi tarkastelemme tarkemmin vastusta komponenttina ja sen
ominaisuuksia. Vastuksia on erilaisia ja eri tehoisia kuten oheisesta
kuvasta ilmenee:
Tehokkaimmat vastukset (ylinnä) ovat keraamiseen kuoreen rakennettuja
lankavastuksia, itse vastusyksikkö on valettu keramiikan sisälle
suojaan. Vastusaineena toimii siis vastuslanka. Näitä käytetään
lähinnä virtalähteissä ja suuria virtoja sisältävissä kohteissa.
Eniten kytkennöissä käytetään hiilikalvovastuksia (alinna), joiden
tehonkestot ovat ½ taikka ¼ Wattia (W). Hiilikalvovastuksissa resistanssin
muodostaa keraamisen rungon päälle härmistetty ohut hiilikerros.
{9Värikoodit:
{9----------
Vastuksissa käytetään ns.värikoodia arvojen merkitsemiseen. Tämä on
ainut keino koska pienen koon vuoksi arvon merkitseminen numeroilla
olisi hankalaa ja epäkäytännöllistä. Suuremmissa tehovastuksissa arvot
on silti merkitty numeroin. Tällöin kannattaa kiinnittää huomiota
R-kirjaimen paikkaan, mikäli se on arvon perässä, tarkoittaa se
suoraan ohmeja, jos taas ennen, tarkoittaa se alle ohmin arvoa
eli 47R on 47 ohmia, kun taas R47 on 0.47 ohmia! Alle yhden ohmin
arvoiset tehovastukset ovat esim. virtalähteissä yleisiä. Jos R:n
tilalla on K, tarkoittaa se kilo-ohmia.
Värikoodin luenta aloitetaan siitä päästä, jossa värirengas on lähinnä
laitaa. Koska vain tietyt värikombinaatiot ovat mahdollisia, ei
vastusta väärin päin lukemalla saada järkevää arvoa ulos. Oheisessa
taulukossa on E12-järjestelmän mukainen värikoodaus. E12 järjestelmässä
tunnetaan 12 eri vastusarvoa ja niiden kerrannaiset. Siten värikoodeja
ei voi olla mitä tahansa kombinaatiota, vaan kaksi ensimmäistä väriä
tarkoittavat jotakin seuraavista arvoista: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33,
39, 47, 56, 68 tai 82. Kolmas rengas antaa kertoimen/nollien määrän.
Musta = ei nollia, kerroin = 1, Ruskea = yksi nolla perään, kerroin = 10
jne. Jos kolmas rengas on KULTA, on kerroin 0.1 ja jos se on HOPEA,
on kerroin 0.01. Neljäs rengas kertoo vastuksen toleranssiarvon, eli
kuinka tarkasti arvo on sama kuin annettu. Kulta on 5% ja hopea 10%
tarkkuus. Jos neljättä rengasta ei ole lainkaan, on tarkkuus 20%.
E12 järjestelmän lisäksi on olemassa E24 ja E48 järjestelmät, joissa
on arvatenkin enemmän arvoja. Näissä käytettävä värikoodaus menee
eri tavalla (esim. merkitseviä numeroita on 3). Aloittelija selviää
kuitenkin rakenteluissaan E12-sarjan vastuksilla varsin mainiosti,
sillä yleensä laite toimii vaikka valitaan lähimmäksi sopiva
vastusarvo. Jotta jokainen käsittäisi kuinka koodaus oikein menee,
otetaan muutamia esimerkkejä:
Vastuksessa on renkaat ORANSSI, VALKOINEN, KELTAINEN, KULTA. Mikä on
arvo? Luetaan ensin kaksi rengasta, saadaan merkitsevät numerot.
ORANSSI = 3 ja VALKOINEN = 9, eli 39. Laitetaan perään nollia kuten
kolmas rengas määrää, eli KELTAINEN = 4 kpl; näin arvoksi tulee
390000 ohmia - 390 kohm. Toleranssi on KULTA = 5%. Toinen esimerkki:
RUSKEA, MUSTA, MUSTA, KULTA. Merkitsevät numerot ovat RUSKEA = 1 ja
MUSTA = 0, eli 10. Perään nollia MUSTA = 0 kpl, eli arvoksi tulee 10
ohm. Toleranssi jälleen 5%. Lopuksi vielä muutama esimerkki ilman
tarkkaa selvitystä:
KELTAINEN, VIOLETTI, RUSKEA, HOPEA ................ 470 ohm, 10%
RUSKEA, PUNAINEN, PUNAINEN, KULTA ................. 1.2 kohm, 5%
RUSKEA, MUSTA, ORANSSI, KULTA ..................... 10 kohm, 5%
SININEN, HARMAA, KULTA, KULTA ..................... 0.68 ohm, 5%
VIHREÄ, SININEN, KELTAINEN, HOPEA ................. 560 kohm, 10%
ORANSSI, VALKOINEN, KULTA ......................... 0.39 ohm, 20%
PUNAINEN, PUNAINEN, PUNAINEN, KULTA ............... 2.2 kohm, 5%
Jos kaksi vastusta kytketään sarjaan taikka rinnan, muodostuu
kytkennän kokonaisresistanssi seuraavalla sivulla olevien kaavojen
mukaan.
Kaksi tai useampi vastus sarjassa muodostavat ns. jännitteenjako-
kytkennän, eli kytkentään syötetty jännite pilkkoontuu pienemmiksi
jännitteiksi vastusten resistanssien suhteessa. Jos esimerkiksi 12V:n
jännitteeseen on kytketty sarjaan 470 ja 680 ohm vastukset, voidaan
kummankin yli muodostuva jännite laskea ko.vastuksen suhteella koko
kytkennän resistanssiin. Eli ensin lasketaan koko kytkennän
resistanssi, 470 + 680 = 1150 ohm. Nyt voimme laskea kummankin yli
muodostuvan jännitteen:
470 680
---- x 12V = 4.9V ---- x 12V = 7.1V
1150 1150
{9KÄYTÄNNÖN KOKEILU:
{9~~~~~~~~~~~~~~~~~
Kuten moni jo varmasti huomasi, on elektroniikka hyvin pitkälle
matematiikkaa ja kaavojen kanssa laskemista. Näin on, ja kaavoja tulee
vielä huomattavasti lisää! Jotta homma ei menisi aivan kuivaksi,
otetaan lopuksi käytännön tehtävä, jota jokainen voi kokeilla kotona.
LED-valodiodi (kuvassa) täytyy saada palamaan halutulla jännitteellä.
Emme ole vielä käsitelleet LED-diodia komponenttina, joten annettakoon
tässä tehtävää varten oleelliset tiedot. LED-diodilla on noin 2V
käyttöjännite ja sen kuluttama virta on noin 15 mA. 2V jännitettä ei
saa ylittää, siksi LEDiä ei voi kytkeä suoraan jännitelähteeseen, vaan
sen kanssa sarjaan pitää laittaa vastus johon ylimääräinen jännite
saadaan kadotettua. Oletetaan, että käytämme 9V jännitettä. Näinollen
ensimmäisenä täytyy laskea jännite, joka tulee "hukata" vastuksella:
9V (jännitelähde) - 2V (LEDin tarvitsema jännite) = 7V
Seuraavaksi voidaan laskea sopiva etuvastus, jolla suunniteltu
jännitejako onnistuu, tämä onnistuu ohmin lailla, virta tiedetään ja
hukattava jännite:
7V
------ = 466 ohm.
0.015A
Koska 466 ohmin vastusta ei ole, tulee valita lähin eli 470 ohm.
LEDin napaisuus tulee myös huomioida. Se ei toimi kuin oikein päin
kytkettynä. Miinusnapa on lyhempi kuin plus ja LEDin kyljessä
miinusnavan puolella on pieni lovi. Pienellä jännitteellä, kuten
esimerkissämme 9V, ei LED rikkoonnu vaikka sen kytkisikin aluksi
väärinpäin. Kytkemme vastuksen LEDin kanssa sarjaan ja kytkemme
jännitteet ja ihmettelemme kuinka LED loistaa!
Edellisen kaavan mukaan voi itse kukin muuntaa toimintajännitettä ja
laskea uuden etuvastuksen arvon. Vastuksen toleranssilla ei ole
merkitystä tässä sovelluksessa, vaan kaikki käyvät.
Katso kurssin kysymysosa läpi ja testaa menivätkö opit perille.
Seuraavassa osassa tutustumme uusiin komponentteihin ja niiden
käyttäytymiseen elektronisessa kytkennässä.
{9 Esa Heikkinen
{9 Amiga Zone BBS
{9 (958) 422757
{9 Open 21-04
{9 V32 V42bis MNP
{6KYSYMYKSET SEURAAVALLA SIVULLA.
Oheisilla tehtävillä voit varmistaa oppien perille menemisen. Oikeat
vastaukset ovat seuraavalla sivulla. Jos et tiedä jotakin, etsi
vastaus artikkelista - älä lunttaa!
1: Mitkä ovat a) jännitteen, b) virran ja c) resistanssin suureet ja
mittayksiköt?
2: 470 ohmin vastuksen läpi kulkee 50 mA virta, mikä on jännite
vastuksen navoissa?
3: Merkitse lyhyemmin: a) 15000V b) 0.00002A c) 1200000 ohm.
4: Mikä vastus? a) KELTAINEN, VIOLETTI, PUNAINEN, KULTA
b) HARMAA, PUNAINEN, ORANSSI, KULTA
5: a) 820 ohm ja 1.2 kohm. vastukset on kytketty sarjaan. Mikä on
kytkennän kokonaisresistanssi? b) samat vastukset on kytketty
rinnan, kokonaisresistanssi?
6: Laske etuvastus LED-diodille, käyttöjännitteenä 24V. Valitse lähin
E12-koko.
{6VASTAUKSET SEURAAVALLA SIVULLA.
Oikeat vastaukset:
1: a) Suure U, mittayksikkö Voltti (V)
b) Suure I, mittayksikkö Ampeeri (A)
c) Suure R, mittayksikkö Ohmi (Omega)
2: 470 ohm x 0.05A = 23.5 volttia.
3: a) 15 kV
b) 20 µA
c) 1.2 Mohm.
4: a) 4.7 kohm 5%
b) 82 kohm 5%
5: a) 820 ohm + 1200 ohm = 2020 ohm.
820x1200
b) -------- = 487 ohm.
820+1200
22V
6: 24V-2V = 22V, ----- = 1467 ohm ==> lähin E12 koko on 1.5 kohm.
0.15A