home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Aminet 52 / Aminet 52 (2002)(GTI - Schatztruhe)[!][Dec 2002].iso / Aminet / docs / mags / saku06.lha / txt / Elekurssi2 < prev    next >
Text File  |  1992-09-02  |  14KB  |  506 lines
  1. 5
  2. 1
  3. 0 Symbols_Resistor.pic 10 150
  4. 1 Trimpot.pic 30 110
  5. 2 Symbols_Pot.pic 30 20
  6. 3 Curves1.pic 30 40
  7. 4 Curves2.pic 45 25
  8. 6 Curves3.pic 45 30
  9. 10 Kond1.pic 30 0
  10. 11 Kond2.pic 50 0
  11. 13 Symbols_Kond.pic 140 30
  12. 14 Parallkond.pic 150 15
  13. 14 Trimmercap.pic 250 150*
  14.  
  15.  
  16. {7 E L E K T R O N I I K K A K U R S S I  -  O S A 2  (c) Esa Heikkinen 1994
  17. {7 =========================================================================
  18.  
  19. Kurssin ensimmäisessä osassa perehdyimme sähkön ominaisuuksiin eri
  20. tilanteissa, opiskelimme ohmin lakia ja perehdyimme vastukseen
  21. komponenttina. Nyt on aika laajentaa elektroniikan tuntemusta ja
  22. tutustua uusiin komponentteihin. Käymme kurssissa ensimmäiseksi läpi
  23. ns. passiiviset komponentit. Niistä olemme jo käsitelleet ensimmäisen
  24. eli vastuksen perusmuodossaan. Nyt jatkamme siitä mihin viimeksi
  25. jäimme, vastuksista, jonka jälkeen siirrymme toiseen oleelliseen
  26. passiivikomponenttiin, kondensaattoriin.
  27.  
  28. On tärkeää tuntea eri komponenttien kytkentäkaaviosymbolit. Kuten moni
  29. jo viime osassa varmasti huomasi, käytetään vastuksista seuraavanlaisia
  30. symboleita:
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35.  
  36.  
  37. {9SÄÄTÖVASTUS
  38. {9~~~~~~~~~~~
  39.  
  40. Kiinteän vastuksen arvoa ei voi muuttaa, vaan se on valmistettu
  41. tietyn arvoiseksi. Siten tarvitaan myös säätövastusta. Säädettävät
  42. vastukset voidaan edelleen jakaa kahteen pääryhmään, potentiometreihin
  43. ja trimmereihin. Potentiometrit "potikat" ovat käsisäätöisiä vastuksia,
  44. jotka sijoitetaan yleensä laitteen koteloon siten että niiden arvoa
  45. voidaan muuttaa ilman työkaluja laitetta avaamatta. Näin voidaan
  46. säätää esimerkiksi radion äänenvoimakkuutta. Kertasäätöiset vastukset
  47. taas ovat työkalusäätöisiä "trimmereitä", jotka sijaitsevat esimerkiksi
  48. laitteen sisällä piirilevyyn juotettuna. Trimmereitä tarvitaan joissakin
  49. kohteissa joissa tarkkaa vastuksen arvoa ei voida ennalta tietää, vaan
  50. se säädetään kohdallaen vasta kun koko laite on kasattu. Trimmereillä
  51. voidaan säätää esimerkiksi vahvistimen pääteasteen toimintapiste (bias)
  52. kohdalleen siten että säröprosentti on mahdollisimman pieni. Koska
  53. yksittäisten komponenttien, esimerkiksi transistorien, ominaisuudet
  54. vaihtelevat toleranssien rajoissa, ei kiinteillä vastuksilla
  55. saavutettaisi riittävän tarkkaa säätöä edellä kuvatussa tapauksessa.
  56.  
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.  
  68.  
  69.  
  70.  
  71.  
  72.  
  73.  
  74. Seuraavassa säätövastuksista käytetyt kytkentäkaaviosymbolit:
  75.  
  76.  
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.  
  83. {9KONDENSAATTORIT
  84. {9~~~~~~~~~~~~~~~
  85.  
  86. Kondensaattorilla on kaksi päätehtävää. Se pystyy varaamaan itseensä
  87. pienen määrän sähköä ja tällä tavoin mm. estämään tasavirran
  88. kulkua. Kondensaattoreiden sähkönvarauskykyä mitataan suureella
  89.  
  90. {6KAPASITANSSI - lyhenne C - mittayksikkö Faradi (F)
  91.  
  92. Käytännössä Faradi on hyvin suuri kapasitanssi, eikä elektroniikassa
  93. juuri esiinny niin suuria kondensaattoreita. Käytännön kondensaattorit
  94. sijoittuvat suuruusluokkaan muutama pikofaradi (pF) ... muutama
  95. tuhat mikrofaradia (µF). Suuritehoisissa verkkolaitteissa käytettävät
  96. kondensaattorit saattavat olla jopa millifaradeissa (mF).
  97.  
  98. Kapasitanssia on olemassa AINA, kahden sähköisen pisteen välillä.
  99. Siten esimerkiksi tavallisella verkkoliitäntäjohdolla, jossa menee
  100. kaksi johdinta muovikuoressa rinnakkain, on kapasitanssi. Kuten viime
  101. osassa opimme, kaikella on myös resistanssi, tässä on kyse samasta
  102. asiasta. Siten tavallinen verkkojohdin on sekä pari vastusta että
  103. kondensaattori!
  104.  
  105. Kondensaattori on siis komponentti, joka varautuu kun sen napoihin
  106. kytketään tasajännite. Varautuminen tapahtuu seuraavien kuvien mukaan,
  107. LOGARITMISESTI ajan funktiona:
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125. Kuten kuvista ilmenee, kytkentähetkellä kondensaattori on käytännössä
  126. oikosulussa, ja sitä varataan maksimivirralla. Tällöin jännite alkaa
  127. nousta kondensaattorin navoissa ensin nopeasti ja sitten hidastuen
  128. samalla latausvirran pienetessä. Lopulta kun kondensaattori on
  129. latautunut, ei virtaa enää kulje - ts. kondensaattori EI LASKE
  130. TASAVIRTAA LÄVITSEEN. Jos jännitelähde nyt poistetaan edellisestä
  131. kytkennästä, jää kondensaattoriin varaus joka säilyy kapasitanssista
  132. ja kondensaattorin laadusta riippuen jopa vuorokausia eteenpäin.
  133.  
  134. Varattu kondensaattori voidaan purkaa, jolloin virta ja jännite
  135. käyttäytyvät seuraavasti:
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143.  
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.  
  149.  
  150.  
  151.  
  152.  
  153. Kuten kuvista ilmenee, purkuhetken alkaessa kondensaattori purkautuu
  154. maksimivirralla, jonka jälkeen virta laskee jännitteen laskiessa
  155. kondensaattorin purkaantuessa.
  156.  
  157. TYHJÄ kondensaattori on siis teoriassa oikosulku hetken aikaa
  158. ennenkuin se latautuu. Sen vuoksi joissakin tilanteissa esimerkiksi
  159. virtalähteissä, joudutaan kondensaattoreiden latausvirtaa rajoittamaan
  160. jottei hetkellinen suuri virtapiikki vahingoittaisi esimerkiksi
  161. kytkimiä.
  162.  
  163.  
  164. TÄYSI kondensaattori taas antaa teoriassa äärettömän määrän virtaa,
  165. mikäli navat oikosuljetaan. Käytännössä esimerkiksi 15000 µF
  166. elektrolyyttikondensaattori ladattuna 30V jännitteeseen polttaa
  167. ruuvimeisselin kärjestä palan pois jos täyteen ladattu kondensaattori
  168. oikosuljetaan sillä. Jos joku haluaa kokeilla käytännössä, kannattaa
  169. ehdottomasti käyttää suojalaseja ilmassa lentäviä kipinöitä varten.
  170.  
  171.  
  172. {9Kondensaattorit ja vaihtovirta
  173. {9------------------------------
  174.  
  175. Kuten edellä mainittiin, kondensaattorit eivät päästä lävitseen
  176. tasavirtaa, vaan latauduttuaan virran kulku lakkaa. Sen sijaan jos
  177. kytkemme sinitaajuisen vaihtovirran seuraavasti kondensaattorin
  178. lävitse, puretaan ja ladataan kondensaattoria silloin jatkuvasti,
  179. jolloin virta menee lävitse seuraavan sivun käyrien mukaisesti.
  180.  
  181. Käyrät kuvaavat tilannetta, jolloin kytkentä on jo ollut joidenkin
  182. jaksojen ajan kytkettynä, jonka jälkeen on otettu sekä jännitteen
  183. että virran arvot yhden jakson ajalta rinnakkain saman ajan funktiona.
  184. Käyriä vertailemalla huomaamme että jännite tulee 90° virtaa jäljessä.
  185.  
  186. {6                                                      ------------->
  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.  
  222.  
  223.  
  224. Jottei menisi liian kuivaksi, otamme pienen käytännön esimerkin:
  225.  
  226. Monet ihmettelevät miksi maadoittamattoman tietokoneen rungosta voi
  227. saada kovankin sähköiskun esim. lämpöpatteria vasten, tai miksi
  228. joidenkin laitteiden metallirunkoa pitkin sormella pyyhittäessä tuntuu
  229. "värinää". Tälle löytyy elektroniikassa selkeä selitys - koska
  230. verkkojohto siis toimii kondensaattorina, siirtyy maadoittamattomaan,
  231. elektroniikan kannalta "vapaana" roikkuvaan johtimeen vieressä
  232. kulkevasta vaihdejohtimesta virtaa. Tämä virta sitten kulkeutuu
  233. laitteen runkoon ja aiheuttaa ilmiöitä. Kun lämpöpatteri on usein
  234. maadoitettu, on laitteen ja lämpöpatterin välillä jännite. Vastaavasti
  235. kuivien tilojen laitteissa joissa maadoitusta ei ole, siirtyy sama
  236. virta esimerkiksi sisällä kulkevista johtimista laitteen runkoon.
  237. Yleensä kyseinen virta ei ole hengenvaarallista, mutta aiheuttaa
  238. monesti silti kiusallisia sähköiskuja.
  239.  
  240. Se miksi sormi tuntuu värisevän laitteen pintaa pitkin siirettäessä
  241. johtuu siitä, että myös ihmisen lihakset saavat ohjauksen aivoilta
  242. sähköisinä käskyinä, ja myös ulkopuolelta tullut sähkövirta vaikuttaa
  243. lihaksiin.
  244.  
  245.  
  246. {9Erityyppiset kondensaattorit
  247. {9----------------------------
  248.  
  249. Käytännön kondensaattorit valmistetaan tekemällä kaksi ohutta
  250. metallikalvoa ja niiden väliin eriste. Mitä suurempi pinta-ala ja mitä
  251. lähempänä levyt ovat toisiaan, sitä suurempi kapasitanssi. Koon
  252. pienentämiseksi eriste ja metallikalvot kääritään yleensä rullalle
  253. joka sitten on valettu esimerkiksi muovikuoren sisään.
  254.  
  255. Kondensaattoreita on eri tyyppisiä eri käyttötarkoituksiin, aivan
  256. kuten vastuksiakin. Eri tyyppiset kondensaattorit nimetään
  257. eristeaineen mukaan, on siis pääasiassa keraamisia kondensaattoreita,
  258. polyesterikondensaattoreita ja elektrolyyttikondensaattoreita.
  259. Harvinaisempia ovat paperikondensaattorit, niitä tapaa lähinnä
  260. vanhoissa putkiradioissa. Myös ilma voi olla eristeaineena, käytänön
  261. esimerkki löytyy AM-radiosta. Jokainen on varmasti nähnyt radion
  262. sisällä olevan joskus suurikokoisenkin levypakan, joka kääntyy viritys
  263. nuppia pyöritettäessä siten että levyt menevät lomittain. Kyseessä on
  264. ilmaeristeinen säätökondensaattori.
  265.  
  266. Palataksemme eri tyyppeihin, keraamiset kondensaattorit ovat hyvin
  267. pieniä kapasitanssiltaan (ja kooltaankin) ja niitä tapaa suurtaajuus-
  268. käytössä, ts. radiotekniikassa, sekä radiohäiriöiden poistajana
  269. digitaalikytkennöissä. Polyesterikondensaattorit (arkikielellä
  270. polkot) taas ovat hieman suurempia kapasitanssiltaan ja ne ovat tavallaan
  271. yleiskäyttöisiä, niitä tapaa esimerkiksi häiriönpoistotarkoituksissa ja
  272. pientaajuuslaitteissa, esimerkiksi stereoissa. Keraamisilla ja
  273. polyesterikondensaattoreilla on tietty jännitteensieto, jota ei tule
  274. ylittää. Napaisuutta niillä ei ole, joten yleensä on sama kuinka päin
  275. johdot kytketään, aivan kuten vastuksissa.
  276.  
  277. Kapasitanssiltaan ja fyysiseltä kooltaan suurimmiksi lukeutuvat
  278. elektrolyyttikondensaattorit, arkikielellä elkot. Nämä ovat tiiviiseen
  279. metallikuoreen rakennettuja kondensaattoreita, joiden kapasitanssi on
  280. saatu suureksi käyttämällä levyjen välissä nestemäistä elekrolyyttiä,
  281. vähän samaan tapaan kuin akussa. Elkoja käytetään suotona virtalähteissä,
  282. tasavirtaerottimina vahvistinasteissa, jännitteen varastoimiseen yms.
  283. Suuren kapasitanssinsa vuoksi elko säilyttää varauksensa jopa viikkoja.
  284. Kuten aikaisemmin todettiin elkon käyttäytymisestä tyhjänä ja täytenä:
  285. se voi ottaa sisään tai antaa ulos hetkellisesti rajattoman määrän
  286. virtaa, täten sen sisäinen resistanssi on pieni.
  287.  
  288. Uusinta uutta ovat kultafoliokondensaattorit, jotka ovat elkon
  289. johdannaisia. Näitä käytetään staattista muistia sisältävien
  290. laitteiden muistin ylläpitoon. Pienestä koostaan huolimatta
  291. kultafoliokondensaattoreiden kapasitanssit mitataan faradeissa,
  292. esimerkiksi 5.5F on melko tavallinen. Vaikka kapasitanssi kuulostaa
  293. suurelta, ei se sitä oikeasti ole, vaan kondensaattori käyttäytyy eri
  294. tavalla kuin tavallinen elko. Se ei ole täysin oikosulussa ollessaan
  295. tyhjä eikä se myöskään anna rajatonta määrää virtaa oikosulussa, ts.
  296. sen sisäinen resistanssi on suuri. Näinollen kultakondensaattoria ei
  297. voi käyttää suotona virtalähteessä.
  298.  
  299.  
  300. Seuraavilla sivuilla on esimerkkikuvia erityyppisistä kondensaattoreista
  301. niiden tunnistamisen helpottamiseksi.
  302.  
  303. {6                                                      ------------->
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.  
  309.  
  310.  
  311.  
  312.  
  313.  
  314.  
  315.  
  316.  
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  
  327.  
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338.  
  339.  
  340.  
  341.  
  342.  
  343.  
  344.  
  345.  
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358.  
  359.  
  360.  
  361.  
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366.  
  367.  
  368.  
  369.  
  370.  
  371.  
  372.  
  373.  
  374. Elektrolyyttikondensaattoreiden kanssa tulee noudattaa erityistä
  375. varovaisuutta ja huolellisutta! Niillä on aina positiivinen ja
  376. negatiivinen napa, jotka tulee kytkeä oikein päin. Lisäksi niillä on
  377. tietty jännitteensieto, jota ei tule ylittää. Jos navat kytketään
  378. väärin päin tai jännitekesto ylitetään, on seurauksena elektrolyytin
  379. kiehuminen joka suljetussa tilassa aiheuttaa painetta - käytännössä
  380. elko räjähtää. Eikä jälki ole yhtään mukavan näköistä/hajuista. Haju
  381. kestää huoneessa yleensä viikon verran ja se on todella epämiellyttävä.
  382. Räjähdyshetkellä näkyvyys on hyvin heikko, savua piisaa. Pisteen iin
  383. päälle muodostavat paperisilppu jota on ainakin laitteen kotelo täynnä
  384. ja kellertävä elektrolyyttineste joka johtaa sähköä ja pilaa laitteen
  385. piirilevyn aiheuttaen ylimenovirtoja. Joskus on sattunut niinkin että
  386. elko on räjähtänyt laitteessa olleen vian johdosta ja ahtaassa
  387. kotelossa räjähtäessään halkaissut laitteen piirilevyn. Ammattikoulun
  388. elektroniikkalinjan legendaarinen pila on väärinpäin kytketty elko
  389. kaverin työkalulaatikossa...
  390.  
  391. Myös elkoista on olemassa versio jolla ei ole napaisuutta; bipolar-elko.
  392. Käytännössä se on helppo rakentaa itse, kun liittää kaksi saman
  393. arvoista elkoa plus- tai miinuspäistään yhteen, tuolloin vapaaksi
  394. jäävät päät muodostavat bipolar-elkon. Kapasitanssi puolittuu tällöin
  395. verrattuna toiseen elkoista, ja jännitteenkesto kaksinkertaistuu.
  396. Bipolar-elkon kyljessä on poikkeuksetta maininta "Bipolar" taikka B.P.
  397. eikä siitä siten löydy selkeästi merkittyä miinusnapaa.
  398.  
  399.  
  400.  
  401.  
  402.  
  403.  
  404.  
  405. Seuraavassa yleisimmin käytetyt kondensaattorien piirrosmerkit
  406. (symbolit) kytkentäkaavioita varten:
  407.  
  408.  
  409.  
  410.  
  411.  
  412.  
  413.  
  414.  
  415.  
  416.  
  417.  
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423.  
  424.  
  425.  
  426.  
  427.  
  428. {9Kondensaattorien rinnan- ja sarjaankytkentä
  429. {9-------------------------------------------
  430.  
  431. Kondensaattoreiden rinnan- ja sarjaankytkennät käyttäytyvät päinvastoin
  432. kuin vastuksilla, eli kapasitanssi KASVAA kun kondensaattoreita
  433. kytketään rinnan, ja PIENENEE kun niitä kytketään sarjaan.
  434. Laskukaavat ovat kuitenkin täysin vastaavat:
  435.  
  436.  
  437.  
  438.  
  439.  
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448. Myös kondensaattoreita on säädettävinä, täysin samoin kuin vastuksissa.
  449. Jatkuvasäätöisiä tapaa esimerkiksi radiossa, sillä viritetään taajuutta.
  450. Työkalusäätöisiä löytyy myös radiosta, niillä voidaan säätää
  451. esimerkiksi välitaajuusasteiden toimintaa ja kaistanpäästösuotimia.
  452.  
  453.  
  454.  
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465. {9KÄYTÄNNÖN KOKEILU
  466. {9~~~~~~~~~~~~~~~~~
  467.  
  468. Koska emme ole vielä opiskelleet tämän enempää komponentteja, ei kovin
  469. monimutkaisia käytännön kokeiluja voida tehdä. Tässä kuitenkin pari
  470. nopeata testiä, jotka itse kukin voi halutessaan tehdä hyödyntäen
  471. viime kerralla rakennettua LED-kytkentää.
  472.  
  473. 1. Kondensaattorin lataus. Ota viime kerralla esitelty LED-kytkentä,
  474.    virtalähde sekä elko, jonka kapasitanssi on vähintään 1000 µF ja
  475.    jännitekesto vähintään virtalähteesi jännitteen suuruinen. Kytke
  476.    kondensaattorin plus-napa virtalähteen plus-napaan, LED-kytkennän
  477.    miinusnapa virtalähteen miinukseen ja yhdistä sen jälkeen
  478.    LED-kytkennän plus ja elkon miinus. Kytke sitten virta. LED näyttää
  479.    nyt havainnollisesti kuinka elko latautuu, koska LEDin kirkkaus
  480.    on suoraan verrannollinen latausvirtaan ja kääntäen verrannollinen
  481.    kondensaattorin varaustilaan. Kokeile erisuuruisia elkoja,
  482.    esimerkiksi 4700 µF ja siitä suuremmat.
  483.  
  484. 2. Varauksen purkaminen. Irroita kytkentä virtalähteestä ja sammuta
  485.    vasta sen jälkeen virtalähde. Varo yhdistämästä elkon napoja
  486.    toisiinsa. Kytke nyt LED etuvastuksineen elkon napoihin kuin
  487.    kytkisit sen virtalähteen napoihin. Nyt LED palaa elkoon
  488.    varaamallasi sähköllä. Ja kirkkaus on suoraan verrannollinen
  489.    elkon napojen jännitteeseen. Kokeile erisuuruisia elkoja, niin
  490.    näet kuinka paljon eri kapasitanssit varaavat sähköä käytännössä.
  491.  
  492.  
  493.  
  494.  
  495. Ensi kerralla tutustumme puolijohteisiin, joten sitten alkavat käytännön
  496. kokeilutkin kehittyä. Katso vielä kurssin kysymysosa läpi, niin näet
  497. menivätkö opit perille!
  498.  
  499.  
  500. {6                        (C) Esa Heikkinen 15.4.1994
  501.  
  502. {6                        * * *  AMIGA ZONE BBS  * * *
  503. {6                                (958) 422757
  504. {6                                 Auki 21-04
  505. {6                               V32 V42bis MNP
  506.