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 >
Text File  |  1992-09-02  |  14KB  |  455 lines
  1. 5
  2. 1
  3. 2 Loop.pic 100 135
  4. 3 Ohm.pic 250 0
  5. 5 Resistors.pic 160 50
  6. 6 Rescode.pic 120 10
  7. 9 Parall.pic 100 0
  8. 10 Leds.pic 160 70
  9. 11 LED.pic 150 160*
  10.  
  11. {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
  12. {9 =========================================================================
  13.   
  14. Nyt alkava elektroniikkakurssi on moniosainen. Kurssissa tullaan
  15. käsittelemään elektroniikan alkeita kansantajuisesti. Artikkelisarjan
  16. kuvitus tulee olemaan laaja, kurssia varten on jo digitoitu kymmeniä
  17. kuvia elektroniikan komponenteista niiden tunnistamisen helpottamiseksi.
  18. Artikkeleissa tullaan käsittelemään niin elektroniikan teoriaa kuin
  19. käytäntöäkin. Jokaisen osan lopussa tulee muutamia kysymyksiä joihin
  20. jokainen voi miettiä vastauksia. Näin voi testata että asiat menivät
  21. "jakeluun".
  22.  
  23.  
  24. {9SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEITA
  25. {9~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  26. Kuten arvata saattaa, alkaa kurssi teoriaosuudella. Ennenkuin mistään
  27. kannattaa alkaa laajemmin puhua, pitää opetella tuntemaan sähkön eri
  28. olomuotoja. Jätämme kuitenkin atomi-elektronipohjaisen teorian sikseen,
  29. selvitämme asiat vertauskuvin.
  30.  
  31. {9JÄNNITE - lyhenne U - yksikkö Voltti (V):
  32.  
  33. Jännite on kahden pisteen välinen potentiaaliero. Toisessa pisteessä
  34. on enemmän elekroneja kuin toisessa ja siitä muodostuu jännite-ero.
  35. Jännitettä voi olla olemassa ilman virtaa. Vertaamme tässä elektro-
  36. niikan suureita moottorin pyörimiseen. Jännitettä voidaan verrata
  37. NOPEUTEEN, jolla moottori pyörii. Mitä suurempi jännite, sitä
  38. nopeammin pyörii. Moottorin pyörimissuunnan vaihtuessa muuttuu
  39. jännitteen napaisuus.
  40.  
  41. - TASAJÄNNITE (DC) käsittää aina positiivisen (+) ja negatiivisen (-) navan
  42.   Moottori pyörii aina samaan suuntaan.
  43.  
  44. - VAIHTOJÄNNITE (AC) käsittää vain kaksi napaa, joiden välinen napaisuus
  45.   vaihtelee. Moottori pyörii edestakaisin.
  46.  
  47. {9VIRTA   - lyhenne I - yksikkö Ampeeri (A):
  48.  
  49. Virtaa on olemassa ainoastaan silloin, kun jännite-eron omaavien
  50. pisteiden välille asetetaan jokin sähköä johtava kuorma. Virtaa ei siis
  51. voi olla olemassa ilman jännitettä. Virta sisältää jännitteessä itse
  52. ENERGIAN. Kun ajatellaan virtalähdettä, niin virran voimakkuus vastaa
  53. moottorin MOMENTTIA, eli voimaa jolla se pyörii. Kun virta kulkee
  54. johtimessa, voidaan sitä verrata akseliin joka on liitetty moottoriin.
  55. Mitä suurempi virta, sitä suurempi kuorma akselille tulee.
  56.  
  57. VIRTA on se asia, joka ratkaisee esim. sen onko sähkö vaarallinen
  58. ihmiselle vai ei. Kaikkihan tietävät esim. kissan turkkiin varautuvan
  59. "staattisen" sähkön. Se loikkaa valokaarena jopa senttejä mutta ei tapa.
  60. Se sisältääkin vain hyvin korkean jännitteen (kymmeniätuhansia voltteja!)
  61. mutta ei nimeksikään virtaa - koska varauksen energia purkaantuu
  62. hetkessä. Mutta jos jännitteen kaveriksi lisätään energiaa, saadaan
  63. siitä vaarallista. Jo 220 Vac verkkojännite on tappava, koska rasiasta
  64. saadaan maksimissaan 10 Ampeerin tai 16 Ampeerin virta (riippuu
  65. sulakkeesta). Ihmisen saadessa sähköiskun verkkovirrasta on jo 0.05
  66. Ampeerin virta kehon läpi tappavan vaarallinen! Sulake siis ei pala
  67. koska ihminen kuormittaa verkkoa sähköiskutilanteessa hyvin vähän.
  68. Tämän vuoksi täytyy noudattaa erityistä varovaisuutta verkkovirran
  69. kanssa.
  70.  
  71. {9RESISTANSSI - lyhenne R - yksikkö Ohmi (Omega - katso alla)
  72.  
  73. Resistanssi eli kansanomaisesti vastus, ilmaisee materiaalin sähkön-
  74. johtokyvyn. KAIKELLA materiaalilla on resistanssi. Metallit johtavat
  75. hyvin sähköä, siten niillä on PIENI resistanssi. Muovit, ilma, lasi
  76. yms. aineet johtavat huonosti sähköä, siten niillä on SUURI resistanssi.
  77. Vesi johtaa melko hyvin sähköä, samoin hiili - tästä syystä ihminen
  78. johtaa sähköä vaarallisen hyvin. Jos palaamme moottoriin, on resistanssi
  79. sen pyörintää jarruttava voima, joka siis KUORMITTAA sitä.
  80.  
  81. Resistanssi (R) on se, joka saa virran (I) kulkemaan kun R asetetaan
  82. jännite-eron (U) pisteiden välille. Resistanssi kuluttaa siten sähkön
  83. ENERGIAN ja muuttaa sen esim. lämmöksi:
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94. {9Ohmin laki
  95. {9----------
  96.  
  97. Näin pääsemme sähkötekniikan tärkeimpään lakiin, ohmin lakiin. Tämä
  98. yksinkertainen laskukaava määrittelee kaiken sen miten Virta I,
  99. Jännite U ja Resistanssi R suhtautuvat toisiinsa:
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111. Jokaisen elekroniikkaa harrastavan tulee opetella tämä kaava ulkoa.
  112. Sen avulla voit laskea tarvitsemiesi vastusten arvoja, virran ja
  113. jännitteen voimakkuuksia, lähes kaiken. Kätevä muistikolmio auttaa
  114. käyttämään kaavaa oikein. Kun kaksi suuretta tunnetaan, voidaan kolmas
  115. laskea. Kolmiota on helppo käyttää - laskettava suure peitetään
  116. sormella ja jäljelle jää laskukaava. Esim:
  117.  
  118.            U
  119. Virta I = ---   (Jännite jaettuna resistanssilla)
  120.            R 
  121.  
  122.                  U
  123. Resistanssi R = ---   (Jännite jaettuna virralla)
  124.                  I
  125.  
  126. Jännite U = R x I     (Resistanssi kertaa virta)
  127.  
  128. Nyt voimme ottaa pienen käytännön esimerkin. On 9V paristo, ja sen
  129. napojen väliin on kytketty 100 ohmin vastus. Paljonko virtaa kulkee
  130. vastuksen läpi? 
  131.  
  132. Jännite ja resistanssi tunnetaan ja virta I täytyy laskea, siten
  133. käytämme kaavaa U jaettuna R:llä, 9V jaettuna 100:lla ohmilla on 0.09,
  134. ja kun virran yksikkö oli Ampeeri A, on vastaus 0.09 A
  135.                                                 ~~~~~~
  136.  
  137. {9Mittayksiköt
  138. {9------------
  139.  
  140. Elektroniikassa käytettävät luvut ovat monesti hyvin suuria
  141. (resistanssi) tai hyvin pieniä (jännite,virta), jolloin on pakko käyttää
  142. etuliitteitä jotta ilmaisu saadaan helpommaksi. Oheisessa taulukossa
  143. on yleisimmät elektroniikassa käytettävät etuliitteet. Huomaa lyhenteiden
  144. erot ISOILLA tai pienillä kirjaimilla:
  145.  
  146. {9        Nimitys         Merkintä        Kerroin
  147. {9        ---------------------------------------
  148. {9        MEGA            M               10 ^ 6  (1000000 - miljoona)
  149. {9        KILO            k               10 ^ 3  (1000 - tuhat)
  150. {9        MILLI           m               10 ^ -3 (0.001)
  151. {9        MIKRO           µ               10 ^ -6 (0.000001)
  152. {9        NANO            n               10 ^ -9 (0.000000001)
  153. {9        PIKO            p               10 ^ -12 (0.000000000001)
  154.                                           (^ = potenssi)
  155.  
  156. Eli esimerkiksi 10 kohm. vastus = 10000 ohmia, taikka edellä laskettu
  157. 0.09A virta voidaan ilmaista selkeämmin 90 mA.
  158.  
  159.  
  160. {9VASTUKSET
  161. {9~~~~~~~~~
  162.  
  163. Seuraavaksi tarkastelemme tarkemmin vastusta komponenttina ja sen
  164. ominaisuuksia. Vastuksia on erilaisia ja eri tehoisia kuten oheisesta
  165. kuvasta ilmenee:
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170.  
  171.  
  172.  
  173.  
  174.  
  175.  
  176.  
  177.  
  178.  
  179. Tehokkaimmat vastukset (ylinnä) ovat keraamiseen kuoreen rakennettuja
  180. lankavastuksia, itse vastusyksikkö on valettu keramiikan sisälle
  181. suojaan. Vastusaineena toimii siis vastuslanka. Näitä käytetään
  182. lähinnä virtalähteissä ja suuria virtoja sisältävissä kohteissa.
  183. Eniten kytkennöissä käytetään hiilikalvovastuksia (alinna), joiden
  184. tehonkestot ovat ½ taikka ¼ Wattia (W). Hiilikalvovastuksissa resistanssin
  185. muodostaa keraamisen rungon päälle härmistetty ohut hiilikerros.
  186.  
  187.  
  188.  
  189.  
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218.  
  219.  
  220.  
  221. {9Värikoodit:
  222. {9----------
  223.  
  224. Vastuksissa käytetään ns.värikoodia arvojen merkitsemiseen. Tämä on
  225. ainut keino koska pienen koon vuoksi arvon merkitseminen numeroilla
  226. olisi hankalaa ja epäkäytännöllistä. Suuremmissa tehovastuksissa arvot
  227. on silti merkitty numeroin. Tällöin kannattaa kiinnittää huomiota
  228. R-kirjaimen paikkaan, mikäli se on arvon perässä, tarkoittaa se
  229. suoraan ohmeja, jos taas ennen, tarkoittaa se alle ohmin arvoa
  230. eli 47R on 47 ohmia, kun taas R47 on 0.47 ohmia! Alle yhden ohmin
  231. arvoiset tehovastukset ovat esim. virtalähteissä yleisiä. Jos R:n
  232. tilalla on K, tarkoittaa se kilo-ohmia. 
  233.  
  234. Värikoodin luenta aloitetaan siitä päästä, jossa värirengas on lähinnä
  235. laitaa. Koska vain tietyt värikombinaatiot ovat mahdollisia, ei
  236. vastusta väärin päin lukemalla saada järkevää arvoa ulos. Oheisessa
  237. taulukossa on E12-järjestelmän mukainen värikoodaus. E12 järjestelmässä
  238. tunnetaan 12 eri vastusarvoa ja niiden kerrannaiset. Siten värikoodeja
  239. ei voi olla mitä tahansa kombinaatiota, vaan kaksi ensimmäistä väriä
  240. tarkoittavat jotakin seuraavista arvoista: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33,
  241. 39, 47, 56, 68 tai 82. Kolmas rengas antaa kertoimen/nollien määrän.
  242. Musta = ei nollia, kerroin = 1, Ruskea = yksi nolla perään, kerroin = 10
  243. jne. Jos kolmas rengas on KULTA, on kerroin 0.1 ja jos se on HOPEA,
  244. on kerroin 0.01. Neljäs rengas kertoo vastuksen toleranssiarvon, eli
  245. kuinka tarkasti arvo on sama kuin annettu. Kulta on 5% ja hopea 10%
  246. tarkkuus. Jos neljättä rengasta ei ole lainkaan, on tarkkuus 20%.
  247. E12 järjestelmän lisäksi on olemassa E24 ja E48 järjestelmät, joissa
  248. on arvatenkin enemmän arvoja. Näissä käytettävä värikoodaus menee
  249. eri tavalla (esim. merkitseviä numeroita on 3). Aloittelija selviää
  250. kuitenkin rakenteluissaan E12-sarjan vastuksilla varsin mainiosti,
  251. sillä yleensä laite toimii vaikka valitaan lähimmäksi sopiva
  252. vastusarvo. Jotta jokainen käsittäisi kuinka koodaus oikein menee,
  253. otetaan muutamia esimerkkejä:
  254.  
  255. Vastuksessa on renkaat ORANSSI, VALKOINEN, KELTAINEN, KULTA. Mikä on
  256. arvo? Luetaan ensin kaksi rengasta, saadaan merkitsevät numerot.
  257. ORANSSI = 3 ja VALKOINEN = 9, eli 39. Laitetaan perään nollia kuten
  258. kolmas rengas määrää, eli KELTAINEN = 4 kpl; näin arvoksi tulee
  259. 390000 ohmia - 390 kohm. Toleranssi on KULTA = 5%. Toinen esimerkki:
  260. RUSKEA, MUSTA, MUSTA, KULTA. Merkitsevät numerot ovat RUSKEA = 1 ja
  261. MUSTA = 0, eli 10. Perään nollia MUSTA = 0 kpl, eli arvoksi tulee 10 
  262. ohm. Toleranssi jälleen 5%. Lopuksi vielä muutama esimerkki ilman
  263. tarkkaa selvitystä:
  264.  
  265. KELTAINEN, VIOLETTI, RUSKEA, HOPEA ................ 470 ohm, 10%
  266. RUSKEA, PUNAINEN, PUNAINEN, KULTA ................. 1.2 kohm, 5%
  267. RUSKEA, MUSTA, ORANSSI, KULTA ..................... 10 kohm, 5%
  268. SININEN, HARMAA, KULTA, KULTA ..................... 0.68 ohm, 5%
  269. VIHREÄ, SININEN, KELTAINEN, HOPEA ................. 560 kohm, 10%
  270. ORANSSI, VALKOINEN, KULTA ......................... 0.39 ohm, 20%
  271. PUNAINEN, PUNAINEN, PUNAINEN, KULTA ............... 2.2 kohm, 5%
  272.  
  273. Jos kaksi vastusta kytketään sarjaan taikka rinnan, muodostuu
  274. kytkennän kokonaisresistanssi seuraavalla sivulla olevien kaavojen
  275. mukaan.
  276.  
  277.  
  278.  
  279.  
  280.  
  281.  
  282.  
  283.  
  284.  
  285.  
  286.  
  287.  
  288.  
  289.  
  290.  
  291.  
  292. Kaksi tai useampi vastus sarjassa muodostavat ns. jännitteenjako-
  293. kytkennän, eli kytkentään syötetty jännite pilkkoontuu pienemmiksi
  294. jännitteiksi vastusten resistanssien suhteessa. Jos esimerkiksi 12V:n
  295. jännitteeseen on kytketty sarjaan 470 ja 680 ohm vastukset, voidaan
  296. kummankin yli muodostuva jännite laskea ko.vastuksen suhteella koko
  297. kytkennän resistanssiin. Eli ensin lasketaan koko kytkennän
  298. resistanssi, 470 + 680 = 1150 ohm. Nyt voimme laskea kummankin yli
  299. muodostuvan jännitteen:
  300.  
  301.         470                         680
  302.         ---- x 12V = 4.9V           ---- x 12V = 7.1V
  303.         1150                        1150
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.  
  309.  
  310.  
  311. {9KÄYTÄNNÖN KOKEILU:
  312. {9~~~~~~~~~~~~~~~~~
  313.  
  314. Kuten moni jo varmasti huomasi, on elektroniikka hyvin pitkälle
  315. matematiikkaa ja kaavojen kanssa laskemista. Näin on, ja kaavoja tulee
  316. vielä huomattavasti lisää! Jotta homma ei menisi aivan kuivaksi,
  317. otetaan lopuksi käytännön tehtävä, jota jokainen voi kokeilla kotona.
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  
  327.  
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.  
  333. LED-valodiodi (kuvassa) täytyy saada palamaan halutulla jännitteellä.
  334. Emme ole vielä käsitelleet LED-diodia komponenttina, joten annettakoon
  335. tässä tehtävää varten oleelliset tiedot. LED-diodilla on noin 2V
  336. käyttöjännite ja sen kuluttama virta on noin 15 mA. 2V jännitettä ei
  337. saa ylittää, siksi LEDiä ei voi kytkeä suoraan jännitelähteeseen, vaan
  338. sen kanssa sarjaan pitää laittaa vastus johon ylimääräinen jännite
  339. saadaan kadotettua. Oletetaan, että käytämme 9V jännitettä. Näinollen
  340. ensimmäisenä täytyy laskea jännite, joka tulee "hukata" vastuksella:
  341.  
  342. 9V (jännitelähde) - 2V (LEDin tarvitsema jännite) = 7V
  343.  
  344. Seuraavaksi voidaan laskea sopiva etuvastus, jolla suunniteltu
  345. jännitejako onnistuu, tämä onnistuu ohmin lailla, virta tiedetään ja
  346. hukattava jännite:
  347.  
  348.           7V
  349.         ------  =  466 ohm.
  350.         0.015A
  351.  
  352. Koska 466 ohmin vastusta ei ole, tulee valita lähin eli 470 ohm.
  353. LEDin napaisuus tulee myös huomioida. Se ei toimi kuin oikein päin
  354. kytkettynä. Miinusnapa on lyhempi kuin plus ja LEDin kyljessä
  355. miinusnavan puolella on pieni lovi. Pienellä jännitteellä, kuten
  356. esimerkissämme 9V, ei LED rikkoonnu vaikka sen kytkisikin aluksi
  357. väärinpäin. Kytkemme vastuksen LEDin kanssa sarjaan ja kytkemme
  358. jännitteet ja ihmettelemme kuinka LED loistaa! 
  359.  
  360.  
  361.  
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366. Edellisen kaavan mukaan voi itse kukin muuntaa toimintajännitettä ja
  367. laskea uuden etuvastuksen arvon. Vastuksen toleranssilla ei ole
  368. merkitystä tässä sovelluksessa, vaan kaikki käyvät.
  369.  
  370.  
  371.  
  372.  
  373. Katso kurssin kysymysosa läpi ja testaa menivätkö opit perille.
  374. Seuraavassa osassa tutustumme uusiin komponentteihin ja niiden
  375. käyttäytymiseen elektronisessa kytkennässä.
  376.  
  377. {9                Esa Heikkinen
  378. {9                Amiga Zone BBS
  379. {9                (958) 422757
  380. {9                Open 21-04
  381. {9                V32 V42bis MNP
  382.  
  383.  
  384.  
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391. {6KYSYMYKSET SEURAAVALLA SIVULLA.
  392.  
  393.  
  394.  
  395.  
  396.  
  397.  
  398.  
  399.  
  400. Oheisilla tehtävillä voit varmistaa oppien perille menemisen. Oikeat
  401. vastaukset ovat seuraavalla sivulla. Jos et tiedä jotakin, etsi
  402. vastaus artikkelista - älä lunttaa!
  403.  
  404.  
  405. 1: Mitkä ovat a) jännitteen, b) virran ja c) resistanssin suureet ja
  406.    mittayksiköt? 
  407.  
  408. 2: 470 ohmin vastuksen läpi kulkee 50 mA virta, mikä on jännite
  409.    vastuksen navoissa?
  410.  
  411. 3: Merkitse lyhyemmin: a) 15000V  b) 0.00002A  c) 1200000 ohm.
  412.  
  413. 4: Mikä vastus? a) KELTAINEN, VIOLETTI, PUNAINEN, KULTA
  414.                 b) HARMAA, PUNAINEN, ORANSSI, KULTA
  415.  
  416. 5: a) 820 ohm ja 1.2 kohm. vastukset on kytketty sarjaan. Mikä on
  417.    kytkennän kokonaisresistanssi? b) samat vastukset on kytketty
  418.    rinnan, kokonaisresistanssi?
  419.  
  420. 6: Laske etuvastus LED-diodille, käyttöjännitteenä 24V. Valitse lähin
  421.    E12-koko.
  422.  
  423.  
  424.  
  425.  
  426.  
  427. {6VASTAUKSET SEURAAVALLA SIVULLA.
  428.  
  429.  
  430. Oikeat vastaukset:
  431.  
  432.  
  433. 1: a) Suure U, mittayksikkö Voltti (V)
  434.    b) Suure I, mittayksikkö Ampeeri (A)
  435.    c) Suure R, mittayksikkö Ohmi (Omega)
  436.  
  437. 2: 470 ohm x 0.05A = 23.5 volttia.
  438.  
  439. 3: a) 15 kV
  440.    b) 20 µA
  441.    c) 1.2 Mohm.
  442.  
  443. 4: a) 4.7 kohm 5%
  444.    b) 82 kohm 5%
  445.  
  446. 5: a) 820 ohm + 1200 ohm = 2020 ohm.
  447.  
  448.       820x1200
  449.    b) -------- = 487 ohm.
  450.       820+1200
  451.  
  452.                   22V
  453. 6: 24V-2V = 22V, -----  = 1467 ohm ==> lähin E12 koko on 1.5 kohm.
  454.                  0.15A
  455.