Elektroniikan komponentit

Yleistä

Mitä yleisimmät elektroniikkakomponentit maksavat ?

Useimmat peruskomponentit maksavat muutamasta sentistä vajaaseen euroon kappaleelta yksin kappalein ostettuna.

Ihan karkeat alkaen hinnat pienissä erissä ostetuille halvoille peruskomponenteille:

  • vastukset 5-10 senttiä/kpl
  • diodit 10-20 senttiä/kpl
  • transistorit 10-20 senttiä/kpl
  • kondensaattorit 50 senttiä/kpl
  • elektrolyyttikondensaattorit 50 senttiä/kpl
Suurissa erissä vastusten, pienten konkkien ja transistorien hinnat ovat senttejä.

Tavalliset 0,25 wattiset hiili- ja metallikalvovastukset maksavat ostopaikasta riippuen yksittäiskappalein noin 5-10 senttiä kappale. Tehovastukset ovat sitten kalliimpia, puolesta eurosta kymmeniin euroihin, tehonkestosta riippuen.

Transistorit maksava tyypillisesti parista kymmenestä sentistä aina jopa yli kymmeneen euroon. Lähinnä riippuu tehonkestosta ja tyypin yleisyydestä (ja laadusta). Pienitehoiset muovikoteloiset transistorit, esimerkiksi hyvin yleinen BC 547 maksaa parikymmentä senttiä. Useita ampeereita kestävät tehotransistorit maksavat yleensä euron tai muutaman euron.

Potentiometri maksavat huokeimmillaan 1-2 euroa tavallisena mono mallina. Stereomallit maksavat suunnilleen tuplahinnan perusmalliin verrattuna. Laadukkaammista saa vastaavasti pulittaa enemmän.

Useimmat eletroniikkakomponenttiliikkeet myyvät kaikka peruskomponentteja ihan vaikka yhden kappaleen, mutta suuremmissa erissä hinta putoo jonkin verran. Sopivien elektroniikkaliikkeiden yhteystietoja löytyy tämän FAQ-listan elektroniikkaliikelistasta.

Millainen on Eurooppalainen puolijohdekomponenttien merkintätapa ?

Eurooppalaisen puolijohteiden merkitsemisjärjestelmän tunnistaa siitä että tyyppimerkintä alkaa kahdella tai kolmella kirjaimella, joiden jälkeen seuraa kahdesta kolmeen numeron mittainen numerokoodi. Merkintäjärjesttelmä tunnetaan myös Pro-Electron-järjestelmänä.

Ensimmäinen kirjain kertoo puolijohdemateriaalin: 

A  Germanium (Ge)
B  Pii (Si)
C  Galliumarsenidi (GaAs) tai muu Ga-yhdiste
D  Indiumantimonidi (InSb)
R  Hall-elementtien ja valokennojen materiaali
Toinen kirjain kertoo komponentti tyyppin: 
A  Pienitehoinen ilmaisin- tai kytkindiodi
B  Kapasitanssidiodi
C  Pientaajuustransistori
D  Pienitaajuinen tehotransistori
E  Tunnelidiodi
F  Suurtaajuustransistori
G  Erikoistyyppi (useamman komponentin kokonaisuus tms.)
H  Magneettisesti herkkä diodi, kenttäanturi
K  Hall-elemetti (avoin, ohjaus ulkoisella magneetilla)
L  Suuritaajuinen tehotransistori
M  Hall-elementti (suljettu, ohjaus sisäisellä magneetilla)
N  Optoeroitin
P  Fototransistori (tai muu valolle herkkä komponentti)
Q  Valoa tai muuta säteilyä lähettävä komponentti
R  Pienitehoinen liipastava kytkinkomponentti
S  Pienitehoinen kytkintransistori
T  Tyristori
U  Suuritehoinen kytkintransistori
X  kertojadiodi
Y  Tasasuuntausdiodi
Z  Zenerdiodi
Mikäli merkinnässä on vielä kolmaskin kirjain, on se yleensä merkkinä erikoiskomponentista, joka on esim. tarkoitettu vaativiin olosuhteisiin. Tämän kirjaimen merkitys käy selville datakirjoista. Loput tiedot komponentista selviävätkin sitten numerokoodin ja datakirjan avulla.

Numerokoodin perässä saattaa vielä olla yksi kirjain, jolla eroitellaan saman komponentin eri versiot toisistaan, esim. samasta transistorista voi olla eri varsioita joissa on eri suuruiset tasavirtavahvistuskertoimet tai max. kollektori-emitteri jännitteet.

Tutusta BC547B transistorista siis selviää ilman datakirjoja seuraavaa: Kyseessä on pienitehoinen pientaajuustransistori, jonka puolijohdemateriaalina on pii ja transistorista on olemassa useampia versioita.

Vastukset

Miten lasken tarvittavan vastuksen suuruuden, kun tiedän jännitteen ja virran ?

vastukset mitoitetaan ohmin lain avulla: 

U = I * R
jossa:
  • U = jännite voltteina
  • I = virta ampeereina
  • R = resistanssi ohmeina
Tällä kaavalla voidaan laskea mikä tahansa noista suureista. Edellä mainituista kaavasta voidaan johtaa seuraavat valmiit kaavat eri tilanteisiin: 
U / I = R
U / R = I
R * I = U

Vastuksia mitoittaessa täytyy resistanssin (ohmien) lisäksi huomioida myös toinen tärkeä suure, eli tehonkesto. Vastuksessa syntyvä tehohäviö on laskettavissa kaavalla: 

P = U * I
Missä:
  • U = jännite vastuksen yli voltteina
  • I = vastuksesta kulkeva virta ampeereina
  • P = vastuksen tehohäviö watteina
Soveltamalla ohmin lakia, on johdettavissa seuraavat kaavat erilaisin tilanteisiin: 
P = I * I * R
P = U * U / R
Missä:
  • U = jännite vastuksen yli voltteina
  • I = vastuksesta kulkeva virta ampeereina
  • P = vastuksen tehohäviö
  • R = resistanssi ohmeina
Kun tarvittava vastuksen tehonkesto on saatu selville, niin sitten pitää vaan valita sopiva vastus, jossa on tehonkestoa vähintään tarvittava määrä. Tavallisien hiilikalvovastusten meksimi tehonkesto on yleensä 0,25W. Tehovastuksia on yleensä helposti komponenttiliikkeistä saatavissa parinkymmen watin tehoon saakka.

Miten menevät vastuksissa ja kondensaattoreissa käytetyt värikoodit

Värikoodien numeroarvot: 

0  Musta
1  Ruskea
2  Punainen
3  Oranssi
4  Keltainen
5  Vihreä
6  Sininen
7  Violetti
8  Harmaa
9  Valkoinen
Kertoimien värikoodit: 
hopea            0,01
kulta             0,1
musta               1
ruskea             10
punainen          100
oranssi         1 000
keltainen      10 000
vihreä        100 000
sininen     1 000 000
violetti   10 000 000
Muistisääntö: Numeroiden perään niin monta nollaa kuin väriä vastaava numero osoittaa.

Miten tulkitsen vastusten värikoodeja ?

Vastusten värikoodien tulkintaohjeet:

Neljä värirengasta: 

1. rengas   ensimmäinen numero
2. rengas   toinen numero
3. rengas   kerroin
4. rengas   tarkkuus
Viisi värirengasta: 
1. rengas   ensimmäinen numero
2. rengas   toinen numero
3. rengas   kolmas numero
4. rengas   kerroin
5. rengas   tarkkuus
Kuusi värirengasta: 
1. rengas   ensimmäinen numero
2. rengas   toinen numero
3. rengas   kolmas numero
4. rengas   kerroin
5. rengas   tarkkuus
6. rengas   lämpötilakerroin
Tarkkuuden värikoodit: 
hopea    10%
kulta     5%
ruskea    1%
punainen  2%
vihreä    0,5%
sininen   0,25%
violetti  0,1%
Esimerkki: Vastuksessa on neljä värirengasta: keltainen, violetti, punainen ja kulta. Selvitetään kummasta päästä tulkinta aloitetaan --> kultaa käytetään vain tarkkuuksissa, joten se on viimeinen. Aloitetaan alusta, keltainen on 4, violetti on 7. Seuraava väri tarkoittaa kerrointa, eli punainen on 100. Siis 47 * 100 = 4700. Vastuksen arvo on siis 4,7 kilo-ohmia ja sen tarkkuus on 5%.

Millä arvoilla vastuksia yleensä kaupasta saa ?

Saatavilla olevien vastusten arvot noudattavat vastusten ja kondensaattoreiden kokojen vakiosarjoja. Näistä yleisin on E12. Tyypillisesti kaupasta saa myös 1% yleisvastuksia E96-sarjan mukaan ja muita vastuksia (mm. tehovastukset) jonkun harvemman (esim. E12) sarjan mukaan. Sarjoihin kuuluvat numeroarvot on esitetty vastusten ja kondensaattoreiden kokojen vakiosarjot -taulukossa.

Mikä on vastusten jännitekesto ?

Vastusten jännitekestot vaihtelevat vastusten mallista ja valmistajasta toiseen, joten varmimman tuloksen saa valmistajan antamista teknisistä tiedoista. Tyypillisen 1/4W vastuksen jännitekesto on 250Vrms (350V peak).

Mikä on palamaton vastus ja voiko sen korvata tavallisella vastuksella ?

Palamaton vastus on turvakomponentti, jota ei saa korvata millään muulla kuin täysin vastaavat arvot omaavalla palamattomalla. Palamattomuus tarkoittaa, että ko. komponentti ei syty palamaan vikatilanteessa vaan menee siististi poikki ja näin katkaisee vikaantuneen virtapiirin. Palamaton vastus on siis ikäänkuin eräänlainen vastuksen ja sulakkeen yhdistelmä.

Toisin päin korvaaminen on sallittua, eli tavallisen vastuksen tilalle voi toki laittaa palamattoman.

Mitä tarkoittavat potentiometrien merkinnät tyyliin ALPS 182D ACT-128-0 250KA5X2 ?

Tämän merkinnän voisi tulkita seuraavalla tavalla: 

250K - 250 kOhm
A    - Logaritminen
5    - ???
x2   - stereo

Mitä eroa on logaritmisilla ja lineaarisilla potentiometreilla ?

Linearinen potentiometri tarkoittaa potentiometria, jonka vastus muuttuu lineaarisesti potnetiometrin asennon muutoksen mukaan. Logaritmisessa potentiometrissa taas logaritmifunktion mukaan.

  • Lineaarinen funktio y=ax+b
  • Eksponenttifunktio y=a^x
  • Logaritminen funktio y=log(x) (eksponenttifuktion käänteisfunktio)
Logaritmisia potentiometreja käytetään usein audiotekniikassa, koska ihmisen korva toimii logaritmisesti ja näin saadaa potentiometrin liike paremmin vastaamaan aistittavaa äänenvoimakkuuden muutosta.

Onko olemassa sähkömoottorilla ohjattavia potentiometrejä ?

Tälläisiä potentiometrejä on saatavissa, koska monessa kauko-ohjatussa hifivahvistimessa on sellainen. Esimerkiksi ALPS valmistaa 6VDC moottorilla pyöritettäviä potentiometreja.

Kondensaattorit

Mitä tarkoittavat eri kondensaattorityypit ?

Kondensaattorityypeistä puhuttaessa tarkoitetaan useimmiten elektrodien välistä materiaalia, esim polyesteri, mylar, elektrolyytti, tantaali tai keraaminen aine. Tämä n.s. dielektrinen "eriste" vaikuttaa mm. kondensaattorin kapasitanssiin ja vaihtovirtaominaisuuksiin. Näin esim. keraamiset kondensaattorit soveltuvat hyvin suurtaajuuskäyttöön kun taas elektrolyyttejä käytetään usein virransyöttöpuskureina suurehkon varauskykynsä takia.

Miten luen kondensaattorien värikoodeja ?

Osassa kondensaattoreista käytetään viiden väriraidan koodia. Koodin luetaan ylhäältä alaspäin (alapäästä lähtevät kondensaattorin johdot). Tämä koodin tulkinta on seuraava: 

1. raita   ensimmäinen numero
2. raita   toinen numero
3. raita   kerroin
4. raita   tarkkuus
5. raita   jännitekeston koodi
Värikoodien numeroarvot: 
0  Musta
1  Ruskea
2  Punainen
3  Oranssi
4  Keltainen
5  Vihreä
6  Sininen
7  Violetti
8  Harmaa
9  Valkoinen
Kertoimien värikoodit: 
hopea            0,01
kulta             0,1
musta               1
ruskea             10
punainen          100
oranssi         1 000
keltainen      10 000
vihreä        100 000
sininen     1 000 000
violetti   10 000 000
Muistisääntö: Numeroiden perään niin monta nollaa kuin väriä vastaava numero osoittaa.

Saadun kapasitanssinumeroarvon yksikkö on pikofaradeita. Tarkkuusraita tulkitaan polyesterikondensaattoreilla seuraavasti: 

väri      tarkkuus kirjaintunnus

musta      20 %      M 
valkoinen  10 %      L
vihreä      5 %      J
           2,5%      H
            2 %      G
            1 %      F
           0,5%      D
Jännitekestoisuuden värikoodit: 
väri      jännite

ruskea    100V
punainen  250V
keltainen 400V
sininen   630V

Miten luen kondensaattoreiden kolminumeorisia koodeja, kuten esimerkiksi 121 ?

Kolminumeroiset koodit tulkitaan samaan tapaan kuin värikoodejakin tulkitaan. Kaksi ensimmäistä numeroa otetaan suoraan, ja perään laitetaan kolmannen numeron osoittama määrä nollia. Saatu tulos on kapasitanssiarvo pikofaradeina. Esimerkiksi 121 merkitsee 120 pikofaradia.

Numeron perässä voi olla tarkkuudesta kertova kirjainmerkintä: K=10%, J=5%, L=15% ja M=20% (muita kirjaimia käytetään pikofaradeina annetuissa toleransseissa).

Keraamisissa kondensaattoreissa on yleensä myös merkintä lämpötilakertoimesta. Se on merkitty litteiden kondensaattoreiden yläpäässä olevaan "värihattuun". Musta NP0 (+/- 0 miljoonasosaa/Celsius), ruskea N030/N033, punainen N075/N080, oranssi N150, keltainen N220, vihreä N330, sininen N470, violetti N750 (-750 ppm/Celsius), valkoinen P 100 (+100 ppm/C).

Mitä kondensaattorien kaksi- ja kolmikirjaimiset tyyppikoodit tarkoittavat ?

Seuraavassa joukko yleisimpiä tyypikoodeja, jotka kertova kondensaattorin eristemateriaalin typin: 

MKC = polycarbonate
MKT = polyester
MKP = polypropylene
MKS = polystyrene
PPS = polyphenylene sulfide
PEN = polyphenylene naphthalate
PET = polyester
PC = polycarbonate
PP = polypropylene

Miten lasken kondensaattorin rekatanssin eri taajuuksilla ?

Ideaaliselle kondensaattorille pätee seuraava kaava: 

reaktanssi = 1 / (2*pii*taajuus*kapasitanssi)

Mitä tarkoittaa hyvin vanhoissa kirjoissa käytetty kapasitanssin yksikkö cm ?

Ennen maailmansotaa k{ytettiin radiotekniikassa kapasitanssin yksikkönä cm:iä. Se on pallokondensaattorin läpimitta.

Kondensaattorin yksikkä cm saadaan muutettua nykyaikaisek yksiköksi kaavalla 1 cm = 1.11 pF.

Mitä tarkoittavat termit elko ja polko ?

  • elko = elektrolyyttikondensaattori
  • polko = polyesterikondensaattori

Voiko eri kondensaattorityyppejä korvata toisillaan ?

Korvaamisen onnistuminen riippuu kytkennästä. Pääsääntöisesti elkon voi korvata polkolla, mutta ei välttämättä päinvastoin.

Elko sopii oikeinpäin kytkettynä mainiosti tasajännittä sisältäviin piireihin. Elektrolyyteillä on tyypillisesti paljon huonommat suoritusarvot kaiken muun paitsi kapasitanssin suhteen: tarkkuus, sisäiset häviöt, lämmönkesto, ikä, vuotovirta, suurtaajuusominaisuudet, eivät kestä väärinpäin olevaa tasajännitekomponenttia. Etuja polkoihin nähden on oikeastaan vain kapasitanssiin nähden pieni fyysinen koko ja hinta.

Jos kytkentään on speksattu polko (tai mikä tahansa muovieristeinen kondensaattori), niin kyllä siihen on joku syy. Myöskään keraamisia ei pidä mennä laittamaan asiaa ajattelematta muovikonkkien paikalle.

Yleensä kondensaattorien hyvyysjärjestys menee osapuilleen näin: 

Tyhjiökondensaattori
Ilmaeristeinen
Silver-mica
Keraaminen
Muovi (polystyreeni, -eteeni, -propyleeni)
Tantaali
Elektrolyytti
Listalla alempana olevan voi lähes aina korvata ylempänä olevalla, jos kapasitanssiarvo on oikea, ja jos jännite- kesto riittää. Signaalitiellä pitäisi välttää tantaaleja ja elektrolyyttejä niitten erittäin ikävän käytöksen vuok- si. Käytänn|ssä valitettavasti lista on myös jonkinlainen kapasitanssijärjestys; ylimpänä olevat ovat kapasitanssiltaan pieniä.

Edellä oleva lista on yleistys, ja kondensaattorikohtaisia eroja voi olla laadun mukaan, esimerkiksi keraaminen kondensaattori voi olla ominaisuuksiltaan surkea (halpa) tai sitten todella erinomainen pulssikonkka (sikakallis) - keraameja on paljon erilaisia. Samoin muovikonkat riippuen dielektreetista voi olla hyv{ (pulssipolypropyleeni on paras yleisesti saatavista (ja kallis), yleensäkin ominaisuudet vaihtelee rakennustavan (foliot, metallisoitu, end-foil, yms.) ja dielektreetin mukaan.

Jos konkkia pitää (tässä tapauksessa eritoten vanhan vehkeen rakentamisessa) korvata toisentyyppisillä, listä on jotain tuohon suuntaan. Toki konkkalajien sisällä on isoja eroja, erityisesti induktanssi ja siihen liittyvät ilmi|t vaihtelevat rakennustavan mukaan, rulla käyttäytyy eri tavalla kuin pakka.

On toki joitakin erityissovelluksia (eräät RF-hommat, teräviä pulsseja vaativat sovellukset), joissa tyypillä on paljonkin merkitystä. Nämä ovat kuitenkin harvinaisia, harrastelijalle vielä harvinaisempia. Ja jos tällaiseen on rakennusohje, siellä kyllä varmasti muistetaan kertoa tarkka tyyppi. Aina voi todella olla niin huonosti suunniteltuja piirejä, että konkkien induktansseja on käytetty hyväksi, tmv. Tällöin voi jopa elkon korvaaminen polkolla tehdä outoja. Mutta ei hyvin suunnitellussa piirissä.

Voinko korvata kytkennässä olevan kondensaattorin samanarvoisella mutta isomman jännitteen versioolla ?

Kondensaattorin voi aina turvallisesti korvata isompijännitteisellä muuten samanlaisella kondensaattorilla. Ainut ongelma mitä korvaamisessa voi käytännössä tulla on, että isompijännitteinen kondensaattori isompikokoisena ei mahdu tuon pienemmän kondenaattorin paikalle mekaanisesti. Eli korvaus kyllö toimii, eikö hajoita mitöön, ellet survo konkkaa niin, että viereiset komponentit hajoavat mekaanisesti.

Nykyään ei oikein tahdo enää saada elkoja pienille jännitteille. Elektrolyyttikondensaattori toimii parhaiten juuri sillä jännitteellä, mille se on suuniteltu. Mitä enemmän käyttöjännite on kondensaattorin suunniteltua käyttöjännitettä pienempi, sitä huonommin konkka vastaa kapasitanssiarvoaan. Yleensä kuitenkin nuo isompijännitteisetkin näyttävät toimivan pienemmillä jännitteillä lähes aina.

Miten eri kondensaattorityypit erovat toisistaan ?

Polkot muistuttavat ominaisuuksiltaan hyvin läheisesti elektroniikan oppikirjoista löytyviä ideaalisia kapasitansseja. Ne voi kytkeä kummin päin hyvänsä, niitten vuotovirta on erittäin pieni, ne kestävät pitkään, niillä on suhteellisen pieni induktanssi... Polkoja on tyypillisesti saatavissa nanofaradeista muutaman mikrofaradin kokoon saakka.

Elkot ja tantaalit perustuvat kemiallisiin ilmiöihin, ja ne pitää kytkeä oikein päin. Käytännössä elkoja käytetään lähinnä käyttöjännitteen tasoittamiseen, signaalitiellä niitä pitää välttää. Niillä ei todellakaan ole mitään muita hyviä puolia kuin edullinen hinta ja suuri kapasitanssi. Elektrolyyttikondensaattoreita on nykysin saatavissa helposti kokoluokassa 0.1 mikrofaradista kymmeniin tuhansiin mikrofaradeihin.

Lisäksi yleisessä käytössä on ainakin keraamisia kondensaattoreita. Niillä on muuten erittäin hyvät ominaisuudet, mutta niitten kapasitanssi on tyypillisesti pieni (pikofaradeja).

Konkkien kuningas on tyhjiökonkka; se on käytännössä ideaalinen elementti ilman merkittäviä epäideaalisuuksia. Kapasitanssi on pieni (pikofaradeja) ja hinta hyvin suuri. Sitä käytetään lähinnä RF-puolella.

Myös muitakin kondensaattoreita on olemassa.

Mikä on bipolaarielko ?

Elektrolyyttikondensaattorista on olemassa myös erikoisversio, bipolaarielko, jonka voi kytkeä kummin päin tahansa käyttöjännitteeseen. Bipolaarielkoja käytetään yleensä ainaoastaan audiokytkennöissä, joissa muut kondensaattortyypit eivät ole varteenotettavia vaihtoehtoja (mm. useiden kymmenien tai satojen mikrofaradien kondensaattorit kaiuttimien jakosuotimissa).

Mistä löytyisi bibolaarikondensaattoreita, kokoluokkaa 200-1000 mikrofradia ?

Näin suuria bipolaarielektrolyyttikondensaattoreita ei tahdo tavallisista komponenttiliikkeistä löytyä, koska niitä käytetään yleensä vain kaiutinten jakosuotimissa (voit kokeilla kaituntarvikkeit myyvää hifiliikettä jos heillä olisi). Periaatteessa tehdä omia suuria bipolaarikondensaattoreita piistämällä kaksi kappaletta 400uF...2000uF elkoa sarjaan samanmerkkiset navat vastakkain. Kokonaiskapasitanssi on C1*C2/(C1+C2) eli samanarvoisilla osilla tasan puolet. Jännitekestoksi tulee samaa luokkaa kuin yhden kondensaattorin jännitekesto.

Edellä kuvatut menetelmä ei ole oikein ideaalinen ja ei suositella millekään isoille virroille tms. Kytkennän ongelmana on myös ttä sarjakytkennän kapasitanssi tulee riippumaan jännitteestä askelmaisesti. Joten edellä luvattu viritys on kaukana optimaalisesta ja voi tilanteesa riippuen kuormittaa jompaa kumpaa kondensaattoria tuntuvasti normaalia käyttöä enemmän.

Edellä kuvattu koskee tietysti myös bipolaarielkoja. Missään vaativissa ac-kytkennöissä niitä ei pitäisi koskaan käyttää.

Miten jännitteenkesto, kapasitanssiarvot ja muut suoritusarvot muuttuvat, kun kaksi samanlaista elektrolyyttikondensaattoria kytketään sarjaan ?

Kapasitanssi puoliintuu (jos kondensaattorit olisivat risisuuruisia niin yhteisen arvon voi laskea kaavasta Ctot = 1 / ( 1/C1 + 1/C2 )). Kondensaattoriyhdistelmän sisäinen resistanssi on sama kuin siinä olevien kondensaattoreiden sisäisten resistanssien summa.

Jännitteenkesto epämäräistyy. Yhden kondensaattorin oleva jännite on konkan varaus Q jaettuna konkan kapasitanssilla C. Molemmissa konkissa on aluksi sama varaus Q = U * Ctot

Mikäli konkkien vuotovirrat kapasitanssit ja epälineaarisuudet olisivat täsmälleen samat niin jännitteenkesto kaksinkertaistuisi mikäli kondensaattorit on kytketty polariteetiltaan samansuuntaisiksi. Jos kondensaattorit on kytketty eripäin (bipolaarokytkentä) niin jännitekesto ei kesva.

Käytännössä kondensaattorien vuotovirrat ovat erisuuruisia. Tällöin "parempi" kondensaattori latautuu huonomman vuotovirrasta, jolloin sen yli oleva jännite kasvaa arvosta U/2 niin kauan, että vuotovirrat ovat yhtä suuria. Tämä voi käytännössä tarkoittaa lähes kaiken jännitteen jäämistä toisen kondensaattorin yli mikä johtaa sen hajoamiseen ennemmin tai myöhemmin. Elektrolyyttikondensaattori vikaantuun yleensä oikosulkuun, joten kun ensimmäinen kondensaattori hajoaa, niin samalla menee toinenkin.

Tilannetta voi yrittä helpottaa asentamalla kondensaattorien rinnalle vastukset jotka huolehtivat jännitteen tasaisesta jakaantumisesta. Pulssijännitteillä tämä ei kyllä takaa tasaista jakoa koska elektrolyyttikondensaatoreilla on yleensä aika isot toleranssit (tyypillisesti -20/+50 %).

Voiko elektrolyyttiikondensaattori räjähtää ?

Elektrolyytiikondensaattoreissa on nestemäistä elektrolyyttiä sisällä. Jos elektrolyytissä pääsee kulkemaan virta läpi (kondensaattori väärinpäin tai kondensaattori vioittuu muuten), niin höyrystyvä elektrolyytti voi synnyttää sellaisen paineen, joka rikkoo räjähdymäisesti kondensaattorin alumiinikuoren. Vanhoissa elkoissa on yläpäässä kumikalvo joka joustaa kun elektrolyytti lämmetessään laajenee ja lyytissä on reiät yläpäässä, joista ilma pääsee ulos. Nykyaikaisissa elektrolyyteissä on yleensä kumista tehty pohja ja paremmin painetta kestävä kuori. Elkoja käyttäessä kannattaa olla varovainen, koska vaurioitunut teholähteen elko (esimerkiksi litistynyt) voi hyvinkin räjähtää. Rjäjähtävä elko syytää sitten ympärilleen sitä sisällä olevaa elektrolyyttiä, kipinöitä ja alumiinin palasia, joten kannattaa olla varovainen.

Muutama VAROITUKSEN SANA: Elkot sisältävät aineita jotka vapautuessaan kaasuuntuvat pahimmillaan tappaviksi hermomyrkyiksi. Tuuleta siis hyvin posauksen jälkeen varsinkin jos kondensaattori oli iso. Räjähtäneen elkon haju voi muistuttaa pipareiden hajua, mutta sitä ei ole terveellistä hengittää.

Mitä tarkoittaa kameran salamalaitteen konsensaattorin merkintä 160MFD 330W V ?

Kyseessä on 160µF 330V toimitajännitteelle tehty elektrolyyttikondensaattori (WV= working voltage).

Välttämättä mikä tahansa kondensaattori ei sitten toimi kunnolla tuon alkuperäisen tilalla, koska salamanvalokäytössä kondensaattorilta toivotaan hyvin pientä sisäistä resistanssia ja induktanssia.

Mitä vinkkejä voi hyödyntää kondesaattorin oikean arvon tunnistamiseen siinä olevista merkinnöistä ?

Kondensaattorin ervon tunnitaminen ilman mittlaitteita voi olla turhauttavaa, mutta vallitettavasti tuohon ei ole oikein oikotietä. Saman valmistajan samantyyppisille kondensaattoreille on yleensä johdonmukainen koodaus, mutta varmuudella ei välttämättä paljon muuta uskalla sanoa.

On syytä oppia tunnistamaan erilaisia kondensaattorityyppejä ja tyypilliset kapasitanssialueet, jota kutakin tyyppiä yleensä valmistetaan. Konkan koosta voi sitten päätellä, onko se tyypillisen kapasitanssialueen ylä- vaiko alapäästä jne. Tämän perusteella yleensä pystyy päättelemään, onko arvo, pikoissa, nanoissa vaiko mikrofaradeissa.

Lisäksi on muistettava, että kapasitanssit ovat yleensä E6 tai E12 sarjasta, joten jos ensitulkinta antaa jonkin kovin omituisen arvon, joka ei sovi edes E12 sarjaan, on syytä epäillä, että oma tulkinta on väärin (ellei kyseessä ole joku tarkkuuskonkka), siten 122 pF konkka on varsin epätodennäköinen, mutta 1200 pF paljon todennäköisempi.

Langallisten komponenttien merkinnät ovat jokseenkin järkeviä, mutta pintaliitosluteiden kanssa se vasta ongelma onkin. Monissa on vain tehtaan sisäisen tuotenumeron pari viimeistä merkkiä, josta ei välttämättä voi edes päätellä, onko kyseessä vastus, konka, tai peräti diodi. Näitä komponentteja ei tosiaan kannata päästää karkuun säilytyslokerikoistaan, koska edessä on hurja mittausurakka niiden tyyppien uudelleen lajittelemiseksi

Digitaalisesta yleismittarista, jossa on kapasitanssi (ja induktanssialueet) on paljon apua kaikkien epäilyttävien tapausten selvittämiseksi.

Miksi suuren kondensaattorin purkaminen suoraan oikosulkemalla ei ole hyvä ajatus ?

Jos tuo oikosulku todella on täydellinen, niin silloin ainoa purkausvirtaa rajoittava tekijä on kondensaattorin sisäinen resistanssi (tyypillisesti reilusti alle ohmin luokkaa) ja pieni sisäinen induktanssi. Putkautumisen ikavakio on siten muutamien millisekuntien luokkaa, jonka aikana tuo kondensaattoriin varastoitunut energia muuttuu lämmöksi, eli piikiteho voi isoilla kondensaattoreilla olla 3-300 kW ja hetkellinen virtakin kiloamppeereja. Tälläinen virta j hetkellinen teho pystyy höyrystyttämään matkalla olevia johtimia ja kondensaattorin napoja.

Miten sähkölaitteessa olevan vaarallisia jännitteitä sisältävän kondensaattorin purkuvastus on mitoitettava ?

Jos laitteessa olevassa kondensaattorissa on vaarallisia jännitteitä tai vaarallisia energitoita, niin sillä pitää olla puruvastus. Purkuvastus pitää mitoittaa siten, että kondensaattori purkautuu vaarattomalle tasolle korkeintaan 30 sekunnin aikana sen jälkeen kuin virta on katkaistu.

Kun purkuvastuken koko on näin mitoitettu, pitää seuiraavaksi laskea paljonko sille tulee tehohäviötä normaalissa laitteen toiminnassa ja tämän jälkeen valita muutamia kertoja enemmän tehoa kestävä vastus, että tuo purkuvastus ei käy kovin kuumana.

Mitä pitäisi ottaa huomioon pitkään käyttämättä olleen suurjänniteisen elektrollyttikondenssattorin ensimmäisessä latauskerrassa ?

Pitkään käyttämättömänä olleen elektrolyyttikondensaattorin kytkeminen suoraan suurjännitteeseen saattaa aiheuttaa aikamoisen possahduksen. Kondensaattorin jännite on syytä nostaa pikkuhiljaa ja tarkkailla vuotovirtaa.

Jos säädettävää jännitelähdettä ole käytettävissä, kondensaattorin lataamisen voi tehdä vaikka suurjännitteeseen kytketyn megaisen vastuksen lävitse, jolloin jännitteen nousu kestää muutaman tunnin (isoilla kondensaattoreilla), samalla jännitettä tarkkaillen. Jännitteen nousu pysähtyy vuotovirran kasvaessa, mutta kun vuotovirta taas rauhoittuu, rupeaa jännite taas nousemaan.

Suuria suurjännitekondensaattoreita käytettäessä on kytkennässä syytä olla kiinteä purkausvastus, joka purkaa kondensaattorin kohtuullisessa ajassa syöttöjännitteen katkaisemisen jälkeen. Tällainen purkausvastus toki kuluttaa muutaman milliamppeerin verran virtaa normaalikäytössä, joten sen tehonkesto pitää mitoittaa vastaavasti (ja mieluiten rajusti ylimitoittaa, jottei se kävisi kuumana).

Voivatko vanhat kondensaattorit sisältää PCB:tä ?

Vanhat kondesaattorit voivat sisältää PCB:tä. PCB:tä käytettiin yleisesti vain suurjännitekondesaattoreissa ( 10kV ja yli), koska ne eivät hajoa, eikä yhdy muihin aineisiin luonnossa. Helppoa tapaa kondensaattorin PCB-pitoiduuden selvittämiseen ei kai ole, joskin yleensä alle 100 V kondensaattoreissa PCB:tä ei käytetty. PCB-öljyä käytettiin ennen suurjännitekondensaattoreissa eristeenä, ja nämä olivat yleensä alle 100 uF ja yli 100 V, noin nyrkkisääntönä. Toki poikkeuksiakin on. Mutta niin kauan kun öljy pysyy konkan sisällä ja ei pala, ei siitä ole harmia.

Kymmeniä vuosia vanhat kondensaattorit eivät ehkä ole muutenkaan kaikkein parhaasta päästä, joten jos tuntuu epäilyttävältä, niin ongelmajätteisiin vaan. Ei siinä suurta rahallista menetystä tule.

PCB (PolyChlorinated Biphenyls) ovat kemikaaliryhmä joita käytettiin hyvien palo- ja eristysominaisuuksiensa takia muun muassa muuntajien ja kondensaattoreiden eristeinä.

PCB:tä sinänsä ei pidetä juurikaan myrkyllisenä. Sen tarkoitus on nimenomaan olla mahdollisimman inertti (= reagoimaton), jolloin se ei voi olla juuri myrkyllinenkään. Useimmat niistä eivät sinällään ole myrkyllisiä (tosin niiden sekaan joskus laitettiin bentseeniyhdisteitä jotka eivät ole yhtä inerttejä), mutta uudempi tutkimus on osoittanut että PCB:t saattavat luonnossa jäädä ravintoketjuun. Isoin ongelma on kuitenkin että 200-1000C lämpötilassa tapahtuvassa PCB:n palamisessa syntyy erittäin vaarallisia furaaneja ja dioksiineja (nämä ovat niitä jotka saastuttivat Seveson alueen Italiassa), eli vanhat konkat joissa saattaa olla PCB:tä ovat hankaliksi luokiteltua ongelmajätettä.

Ongelmajätteeksi PCB:n tekee se, että nimenomaan matalissa lämp|tiloissa poltettuna (= tuli- paloissa) savukaasujen joukossa on erittäinkin myrkyllisiä aineita. Korkeissa lämpötiloissa tätä ongelmaa ei ole, ongelmajäte- laitoksessa PCB poltetaan riittävän korkeassa lämp|tilassa, jolloin savukaasuissa on vain suhteellisen harmittomia yksinkertaisia yhdisteitä.

PCB:stä puhuttaessa kannattaa huomioida, että noita PCB-lajikkeita on parituhatta erilaista ja vain muutama saattaa sopivassa lämpötilassa poltettuna muodostaa dioksiinia. PCB ei kuitenkaan sellaisenaankaan ole luonnolle aivan harmitonta, sillä on ilmeisesti estrogeenityyppisiä hormonaalisia vaikutuksia ainakin vesieläimiin ja niitä popsiviin karva- ja sulkakasoihin (viakutukset samansuuntaisia kuin DDT:llä, mutta ei niin pahoja).

Eli ei noitten PCB-konkkien kanssa tosiaan kannata heittäytyä hysteeriseksi. Kun se aine on kondensaattorissa sisällä, se ei ole luonnossa aiheuttamassa ongelmia. PCB:tä ei haihdu ilmaan, ja kunnossa oleva konkka on täysin vaaraton. Ongelmia tulee lähinnä tulipaloissa ja sitten, kun konkasta hankkiutuu eroon. Jos epäilee konkan sisältävän PCB:tä (täällä onkin näkynyt vinkkejä siitä, mitä kannattaa epäillä), kannattaa huolehtia, että se päätyy mieluummin Ekokemille kuin kaatopaikalle.

Mikä pintaliitoskomponentti voisi olla sellainen, jossa on pari millä kanttiinsa ja päällä lukee 10 16C ?

Kyseessä on 10uF 16V tantaalielko. Kuoresssa oleva harmaa/hopea viiva on polariteettimerkki (+ napa).

Voiko kondensaattorin korvata suuremmalla mallilla ?

Kondensaattorin voi yleisesti korvata samanlaisella tyypilla, joka on mekaanisesti suurempi ilman ongelmia (kunhan se mahtuu siihen paikkaan). Samoin kondensaattorin voi korvata suuremman jännitekeston omaalavalla samantyyppisellä konsensaattorilla ilman ongelmia. Se voiko kondensaattorin korvata suuremman kapasitanssiarvon omaavalla mallilla riippuu täysin kytkennästä.

Sopivasti yleistäen mikrofaradiluokan konkat (elkot yleensä) ovat kytkennöissä poweripuolella (tai yleistäen käyttöjännitteen ja maan välillä, energiaa varastoimassa) ja siten vaikka konkka olisi isompikin, ei siitä mitään haittaa ole, vaan hyötyä. [ärimmäisessä tilanteessa (konkan latausvirtapiikki suurenee liikaa) sitten alkaa olla haittaa.

Sitten muut pienemmät konkat. Todennäköisyys, että ovat kytkennässä jossain ajoitus tms. tarkoituksessa, nousee ja näitä ei voi vaihtaa muuttamatta kytkentää muuten alkuperäisen toiminnallisuuden säilyttämiseksi. Yleisesti kuitenkin poweripuolen pienet konkat, jotka ovat elkon rinnalla, voi huoletta vaihtaa isommiksi.

Eli yhteenvetona: elkot ja niiden rinnalla olevat muut konkat voi vaihtaa isompiin (ei kuitenkaan tolkuttomasti isompiin), kun ovat käyttöjännitteen ja maan välillä. Tämä on kuitenkin yleistys, eli poikkeuksia voi tulla vastaan, mutta vaatii harvinaisen systeemin.

Joissain laitteissa näkee sisääntulossa kondensaattorin suoraan nollan vaihejohtimen välissä. Mitä erityisvaatimuksia näillä kondensaattoreilla on ?

Tälläisten kondensaattoreiden tulisi olla vähintään luokan X2 kodensaattoreita, jotka ovat jännitekestoltaan vähintään 250V AC, jotta ne turvallisesti kestävät kyseisessä paikassa. Tyypillisiä arvoja tälläiselle nollan ja viheen välissä olevalle suodatuskondensaattorille on 0.1 - 0.33 uF. Jos X-kondensaattorit ovat kytkimen ulkopuolella on ne hyvä varustaa purkausvastuksilla, jottei käyttäjä saa näpeilleen kondensaattoreiden varausta verkkojohdon pistotulpasta.

Mitä ovat niinsanotut X- ja Y-kondensaattorit ?

X- ja Y-kondensaattorit ovat kondensaattorityyppejä, joita käytetään sähkölaitteiden verkkojännitesuotimissa. X-kondensaattorit ovat tyypillisesti kytekettynä suoraan vaihe- ja nollajohtimen väliin, joten niiden pitää olla sellaisia, että ne kestävät verkkosähkön hetkittäiset ylijännitteet hajoamatta. Standardin EN 132400 mukaan X-kondensaattorien tulee kestää 1,2/50 us surge-pulssi seuraavasti: 

X1                4 kV
X2                2,5 kV
Y-kondensaattoreita käytetään verkkojännitesuotimissa siten, että ne on kytketty nollan ja suojamaan sekä vaihejohtimen ja suojamaan väliin. Tälläisissä sovellutuksissa kondensaattoreiden pitää olla rakenteeltaan sellaisia, että ne kestävät sähköverkon ylijännitteet sekä ne eivät mene vaurioituessaan herkästi oikosulkuun. Mitään tavallisia yleiskondensaattoreita ei kannata yrittääkään tunkea tälläiseen paikkaan, jossa kondensaattorin vaurioituminen voi aiheuttaa hengenvaarallisen tilanteen. Standardin EN 132400 mukaan Y-kondensaattorien tulee kestää 1,2/50 us surge-pulssi seuraavasti: 
Y1                8 kV         kaksoiseristetty tai vahvennettu eristys
Y2                5 kV         normaali eristys

Diodit

Mitä eroa on diodeilla 1N4001...1N4007 ?

Kaikki tässä listassa olevat diodit ovat 1 ampeerin virran kestäviä tasasuuntausdiodeita. Niiden ainoanan erona on diodin estosuuntaisen jännitteen suurin sallittu (hetkellinen) arvo. Seuraavasta taulukosta selviävät eri tyyppien jännitekestot: 

        1N4001   50 V
        1N4002  100 V
        1N4003  200 V
        1N4004  400 V
        1N4005  600 V
        1N4006  800 V
        1N4007 1000 V

Mitä ovat schotky diodit, miten ne eroavat tavallisista diodeista ?

Schottkyjen tärkein ominaisuus lienee pienempi kynnysjännite. Piidiodilla 0.7 V ja schottykyllä noin 0.3. Pienmpi kynnysjännite vähentää tehohäviöitä (merkitystä etenkin suurilla virroilla). Schottkyt ovat myös nopeita, joten niitä käytetään usein hakkuriteholähteissä missä diodeilta vaaditaan paljon nopeutta.

Ovatko diodit valoherkkiä ?

Tavallinen lasikuorinen estosuuntainen piidiodi (esim. 1N4148) toimii foto-diodina, joten ainakin suurimpedanssisissä kytkennöissä kannattaa käyttää mustassa tai muuten valoa läpäisemättömässä pakkauksessa olevia diodeja.

Mitä ovat Zener-diodit ?

Zenerdiodeissa estosuunnassa tapahtuu tietyllä zener-jännitteellä hallittu läpilyönti. Estosuuntaisen virran ollessa järkevissä rajoissa (muutamasta milliampeerista maksimivirtaan) zenerin yli vaikuttava jännite on melko vakio. Zenerdiodeita käytetään jännitteiden vakavoimiseen pienitehoisissa virtalähteissä ja jännitereferenssinä suurempitehoisissa.

Miten zener-diodin kapasitanssi käyttäytyy jännitteen mukaan ?

Kynnysjännitteen alapuolella zeneri käyttäytyy kuten estosuuntainen diodi, eli sen kapasitanssi kasvaa jännitteen pudotessa. 1N746 zenerille (0.4W, 3.3V) ja sen tyypillinen kapasitanssi 1 V estosuuntaisella jännitteellä on 350 pF. Samaan sarjaan kuuluvalla 1N758 (0.4 W 10V) tuo kapasitanssi oli noin 150 pF samaisella 1 V estosuuntaisella jännitteellä. Matalammalla jännitteellä (esim. 0.1V) kapasitanssi saattaa kaksinkertaistua.

Tämä kapasitassi saattaa olla ongelma, jos zeneriä käytetään suojauskomponenttina siten, että signaalin kanssa on sarjassa iso sarjavastus. Virtaa rajoittava vastus ja zenerin kapasitanssi muodostavat alipäästösuotimen, jonka rajataajuus on riippuvainen jännitetasosta, mikä hankaloittaa mitoitusta, jos tarvetta on päästää lävitse vähänkään suurempia taajuuksia. Jos tarkoitus on käsitellä audiota (20 kHz) ja jännitealue ulottuu lähes 0 volttiin asti, voi tuon edellä olleen 10 V zenerin kapasitanssi olla enimmillään 300 pF, saa sarjavastus olla enintään 27 kiloinen.

Transistorit

Mikä on transistorin tyyppi kun kotelossa lukee vaan C ja joitain numeroita ?

Jos kotelon merkintä on tyyppiä cXXXX missä XXXX merkitsee neöjää numeroa, niin silloin transistorin täydellinen tyyppimerkintä on muotoa 2scXXXX. Tämän täydellisen tyyppimerkinnän perustella voi sitten ruveta etsimään uutta tai vastaavaa transistoria.

Miten fetit eroavat normaaleista transistoreista ?

Nykyaikainen MOS-FET on hauska ja helppokäyttöinen komponentti. Bipolaaritrankkuun verrattuna peruserot ovat:

  • Tätä ohjataan jännitteellä, ei virralla
  • Johtavassa tilassa FET on kuin erittäin pieniohminen vastus
MOS-FET on siis kerrassaan mainio kytkin moneen käyttöön. Esimerkiksi 12 V DC-moottorin ohjaukseen riittää, että kytket FETin sourcen maahan ja kuorman drainille, ja ohjaat hilaa (gate) 0 V / 5 V jänniteellä. Tässä FETiksi on syytä valita ns. "logic level" -tyyppi, joka on tarkoitettu 5 V ohjausjännitteelle. Perinteisemmät mallit vaativat 7 - 8 V hilajännitteen. Suurista jänniteistä eivät FETitkään pidä, joten diodi moottorin yli on kyllä paikallaan. Lisäksi kannattaa huomata suurehko hilakapasitanssi (luokkaa nF), josta on harmia suurta nopeutta haetaessa.

Lisäksi FETejä joi käyttää myos virran ohjaamiseen. FETin läpi menevä virta riippuu neliöllisesti ohjausjännitteestä: 

ID = K * (VGS - VT)^2
Tässä VGS on hilalta lähteeseen (gate-source) oleva jännite, VT FETin kynnysjännite, K vakio ja ID nielun (drain) ja lähteen (source) välillä kulkeva virta. Etumerkit riippuvat siitä, onko kyseessä n- vai p-kanava FET.

Käytännön FETeissä tuo VT vaihtelee kohtuullisen paljon, mutta yleensä se lienee tuolla voltin nurkilla. K vaihtelee myös saman lajin FETtien eri yksilöitten kesken, joten aivan suoraan datakirjasta ei tuota virran ja jännitteen suhdetta saa luettua. Sen sijaan siellä usein annetaan minimivirta jollain tietyllä jännitteellä. Annettu arvo voi olla, että ID > 250 mA, kun VGS = 10 V.

Varsin monelle FETille tuo virta on annettu viidellä voltilla, jolloin lukua voi käyttää suoraan hyödyksi. Aina näin ei ole, jolloin tuon virran päätteleminen viidellä voltilla ei sitten sujukaan aivan helposti.

Lisää tietoa löytyy runsaasti valmistajien sivuilta, esim. International Rectifiers osoitteessa http://www.irf.com/.

Mikä on unistori ?

Unistori (unijunction transistor)on kaksoiskantatransistori tai kaksoiskantadiodi, josta käytetään myös lyhennettä UJT. Unistori on varsin yleinen komponentti liipaisupiireissä ja oskillaattoreissa (ainakin oli aikaisemmin).

Nimessä esiintyvästä transistori sanasta huolimatta unistori on lähempää sukua diodille, kuin transistorille. Joidenkin mieletä unistori on näppärä ja yksinkertainen liipaisupiireihin ja oskillaattoreihin mainiosti soveltuva komponentti, joidenkin mielestä mokomalla vanhahtavalla hilavitkuttimella voisi heittää vesilintua.

Lisätietoa unistorista löytyy osoitteesta http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/ml06.htm.

Tyristorit ja triackit

Mikä on tyristori ?

Lyhyesti: Tyristori on ohjattava diodi jossa anodin ja katodin lisäksi hila. Liipaistaan hilalla johtavaksi ja johtaa niin kauan kuin anodivirta on riittävän iso. Sitten sammuu ja pitää liipaista uudelleen.

Pidemmin: Tyristori on kolminapainen puolijohde, jonka navat ovat anodi(A), katodi(C) ja hila(G). Tyristorin voidaan ajatella olevan diodi, joka liipaistaan päälle hilalta. Liipaisuvirta kulkee hilalta katodille. Liipaisun jälkeen tyristori johtaa niin kauan kun virta tässä 'diodissa' kulkee anodilta katodille. Tyristoria käytetäänkin vaihtovirtakytkennöissä, missä se liipaistaan verkkojannitteeseen synkronoituna johtavaksi. Takaisin johtamattomaan tilaan tyristori menee automaattisesti virran nollakohdassa (resistiivisellä kuormalla sama kuin verkkojännitteen nollakohta, induktiivisella kuormalla virran nollakohta eroaa jonkin verran jännitteen nollakohdasta).

Tyristoria voidaan käyttää tasavirtakytkennoissä myös eräänlaisena muistina. Katodi kytketään maahan. Anodille kytketään kuorma ja kuorman toinen napa teholähteen positiiviseen jännitteeseen. Kun hilalle nyt tuodaan virtapulssi (vastuksella liipaisujännitteestä), johtaa tyristori hamaan tulevaisuuteen asti. Jotta tyristori saadaan johtamattomaksi pitää kuorma ottaa irti, kuormanjännite katkaista tai tyristorin katodi ja anodi oikosulkea (jolloin tyristorin läpi ei kulje virtaa vaikka kuormassa se vielä kulkeekin).

Tyristorin kuormavirta kulkee aina anodista katodille, joten vaihtovirtakytkennöissä täytyy käyttää tasasuuntaajaa. Yleensä vahtovirtasovellutuksissa käytetään Triacia.

Mitä tarkoittavat lyhenteen Igt ja Ih tyristorin dalehdissä ?

Igt on liipaisuvirta ja Ih on pitovirta (holding current). Jos tyristorin datalehsisä sanotaan, että Igt < 200 mA ja Ih < 5 mA se tarkoittaa, että 200 mA liipaisuvirta saa sen varmasti liipaistuksi ja 5 mA kuorma pitää liipaistun tyristorin varmasti johtavana.

Minkälainen komponentti on Triac?

Triac on toimintaperiaatteeltaan samanlainen kuin tyristori, mutta kaksisuuntainen. Virta saa kulkea triakin läpi kumpaan suuntaan tahansa liipaisun jälkeen, kun tyristori on liipaistavissa johtamaan vain toiseen suuntaan. Triaceita käytetään yleensä vaihtovirran ohjaamiseen esimerkiksi puolijohdereleissä ja valohimmentimissä.

Triakin navat ovat MT1, MT2 ja G. Liipaisuvirta kulkee G:n ja MT1:n välillä. Triakeja on 2- ja 4 modessa toimivia. Kaksimodetriakin liipaisuvirran tulee olla samansuuntainen tulevan kuormavirran kanssa. Ts. jos jännite johtamattoman triakin MT2 navalla suhteessa MT1:een on positiivinen, pitää liipaisuvirta syöttää sisään hilaan (positiivisesta jännitteestä vastuksen kautta). Jos MT2:n jännite on negatiivinen , pitää liipaisuvirta ottaa hilalta (vastuksella negatiiviseen jänniteeseen). Kaksimodetriakia on varsin hankala ohjata esim. logiikkapiirillä Nelimodetriak puolestaan voidaan liipaista aina samansuuntaisella virralla, joten sitä voidaan paremmin käyttää logiikkapiirien kanssa.

Mikä on diac ?/H3>

Diac kaksinapainen komponentti, joka on matalalla jännitteellä johtamaton. Jännitteen sen napojen yli noustessa tiettyyn rajaan se muuttuu äkisti johtavaksi ja johtaa kunnes virta sen läpi laskee tiettyyn arvoon. Diacia voidaan yhdessä kondensaattorin kanssa käyttää triakin tai tyristorin liipaisupulssin luomiseen. Kondensaattorin toinen napa kytketään katodille (tai MT1:een) ja kondensaattorin toinen napa tyristorin tai triakin hilalle. Kun kondensaattori nyt ladataan jonkun suurohmisen vartuksen kautta, nousee sen jännite. Kun kondensaattorin jännite (=diacin yli oleva jännite) kasvaa tarpeeksi suureksi, purkautuu kondensaattoriin varautunut energia hilalle diacin kautta. Purkausvirtaa rajoittamassa diacin kanssa sarjassa on syytä olla virranrajoitusvastus.

Optoelektroniikka

Mikä on SFH 505 IR-vastaanottimen mastajärjestys ?

Nastat vasemmalta oikealle edestä katsottuna (linssin puolelta) +, Maa , ulostulo.

Mikä on SFH 5110 IR-vastaanottimen mastajärjestys ?

SFH5110 on SHR506:n parannettu malli, jonka nastajärjestys on seuraava: 

 .-----.
 | OOO |
 | OOO |
 |_____|
  | | |
  | | |
  1 2 3
(1) Vo = data ulos (aktiivisena "nollalla")
(2) GND = maa
(3) Vcc  = k{ytt|j{nnite 5V 5mA

Mistä löydän UV-valolle herkän valotransistorin ?

Pitkä-aaltoisella vlaolla saattaa vielä normaali näkyvällä vlaolla toimiva valotransistori toimia tarpeeksi hyvin. Jos tuo UV- valo on kovin lyhyttä (< 300 nm), alkavat fototransistorit olla vähissä, koska puolijohdemateriaalit alkavat muuttua läpinäkyviksi noilla aallonpituuksilla.

Eri materiaaleilla tuo raja on eri aallonpituuksilla, mutta käytännössä kovaa UV:ta joudutaan mittaamaan muilla menetelmillä. Esimerkiksi valomonistinputki (PMT, photomultiplier tube) toimii varsin hyvin, koska elektronilähteeseen osuva fotoni potkii siitä elektronin irti, vaikka kyseinen fotoni olisikin kohtuullisen korkeaenerginen.

Toinen mahdollisuus on käyttää jotain sopivaa materiaalia, joka muuttaa UV:ta näkyväksi valoksi. Tällaisia loisteaineita on saatavissa melkoisen moneen käyttöön ja monelle aallonpituudelle, mutta kovin pienten valomäärien mittaaminen on vaikeaa, koska loisteaineitten hyötysuhde ei välttämättä ole kovinkaan hyvä.

Mitkä komponentit saa toimimaan valossa sähkö tuottavina osina ?

Aika moni puolijohdekomponentti on valoherkkä ja synyttää pienen jännitteen puolijohdeliitoksensa yli jos siihen suunnataan valoa. Tästä syystä monet puolijohdekomponentit pakataan läpinäkymättömiin koteloihin. Lasikuoristien diodien kanssa valo saattaa saada aikaa aike kummallisia ilmiöitä jo kuoren suojalakka on päässyt irtoamaan pois.

Aito fotodiodi on hyvä mittausvalokenno. Kuormittamaton fotodiodi antaa suoraan valaistuksen logaritmisella asteikolla ja lähtö oikosulussa olevan fotodiodin virta puolestaan on suoraan verrannollinen valon määrään.

Omissa kokeiluissa optokomponentit ovat yleensä parhaita tuottamaan sähköä valosta. Esimerkiksi tavallisella LEDillä saa aikaan jännitettä kun siihen suuntaa valoa. Tämä on helppo todeta esimerkiksi kytkemällä yleismittari tasajännitealueella LEDin johtimiin ja viemällä LEDin lähellle kirkasta valoa. Esimerkiksi kytkemällä useita LEDejä sarjaan saat jopa volttien jännitteitä, vaikka virtaa ei irtoa paljoakaan.

Yksinkertaisen kaukosäädintesterin saat rakennetteua kiinnittämällä infrapunaledin BNC-liittimeen ja kytkemällä sen oskilloskooppiin. LEDin laittaminen BNC-liittimeen mittaa pikemmin virtaa kuin jännitettä, koska LED on lähinnä virtalähde. Jo skoopissa oleva megaohmin tulovastus riittää oikosulkemaan tavallisen LEDin noin kymmenen megaohmin sisäisen resistanssin aika hyvin.

Vanha kunnon 2N3055 tehotransistori toimii yllättävän hyvänä valokennona, kun siitä villaa kannen auki johtuen suuresta piipinta-alasta. Pistämällä useita tälläisia transistoreja sarjaan om mahdollista saada niin paljon virtaa kirkkaassa ausingonvalossa, että pienen piezosummerin saa soimaan.

Jos haluat todella käyttökelposen määrän tehoa valosta, niin kannattaa sitten tutustua oikeisiin aurikokennoihin.

Millaista sähkö pitää syöttää elektroluminenssiperiaatteella toimivalle LCD-näytön taustavalolle ?

EL valot ruokitaan aina vaihtosähköllä, koska varaustilan muuttuminen saa aikaan fosforin virittymysen, ja laukeamisen, joka näkyy valona. Tyypillisesti tämä syöttäjännite on tyypillisesti noin 100V vaihtojännite ja sen taajuus 50 Hz:sta jonnekin pariin kHz asti. Tarkat arvot vaihtelevat sovellutuksesta toiseen. Tyypillisesti tämä 100V syöttäjännite muodostetaan tätä varten tehdyllä hakkuripiirillä, joita saa valmiina moduuleina. Lisää tietoa aiheesta löytyy osoitteesta http://www.supertex.com/Products/App_Notes/app_notes.htm.

Mitä ovat vanhoissa laskukoneissa olevat tyjiöputkissa olevat näytöt ja miten niitä käytetään ?

Nuo vanhoissa 1960- ja 1970-luvun laskukoneissa käytettiin yleisesti näyttölaitteena Nixie-putkia. Niiden käyttöjännite on siinä 150-200 voltin tienoilla, joten tarvitset sellaisen ohjaamisen sopivan 150V jännitettä tuottavan hakkurin ja riittävästi jännitettä kestävät transistorit niitä ohjaamaan. Noiden Nixie-putkien toimintaperiaate on sama kuin merkkivaloina käytetyillä hohto- eli glimlampuilla (eli riittävästi jännitettä virtarajoitettuna sisään niin alkavat loistaa).

Tässä dataa eräästä tyypistä (SM1040): 

Vign  =  max 170V
Vm    =  140V
Ik    =  min 3mA
Ik    =  max 6mA
Vext  =  min 120V
Ikp   =  20mA
tbulb =  0-70 deg C
Numerot syttyvät loistamaan kun anodijännite on noin 170V ja sammuvat noin 120V:lla. 'Työjännite' tai ylläpitojännite eli jännite, joka vaikuttaa anodin ja katodin välillä silloin kun putki sytytyksen jälkeen jää loistamaan, on tuo 140V (Vm = Maintenance Voltage).

Putken anodille täytyy siis syöttää anodivastuksen kautta jännite, joka ylittää syttymisjännitteen. Anodivastuksella rajoitetaan käyntivirta 3-6 mA:iin ja huippuvirta 20mA:iin.

Nixie-putkia varten on valmiita TTL-ohjainpiirejä joista 74141 on varmaankin tunnetuin (hinta 2 euron luokkaa Partcosta tai Bebekiltä). 74141 on BCD-to-Decimal Decoder/Driver -piiri ja se voidaan kytkeä suoraan Nixie-putken katodeille. Totta kai ohjauksen voi hoitaa irtotransistoreillakin (10 kpl/putki jos kaikki numerot käytössä).

Lisää tietoa aihepiiristä:

LED

Miten LED toimii ?

LEDissä valoa tuottava mekanismi on suhteellisen monimutkainen, ja emittoidun valon väri riippuu nimenomaan tuosta LEDissä olevan diodiliitoksen rakenteesta. Perusidea on se, että puolijohteessa elektroni päättää lopsahtaa aukkoon (ts. paikalle, johon se voi sitoutua). Tässä reaktiossa vapautuu energiaa, joka sitten tietyissä olosuhteissa vapautuu näkyvällä alueella olevana fotonina.

Mitä suurempi energia tuolle fotonille halutaan, sitä hankalam- pi homma on. Punaisella fotonilla on puolet siitä energiasta kuin sinisellä fotonilla, joten sinisen aikaansaaminen on paljon hankalampaa. Oikeastaan vasta viimeisen kolmen tai neljän vuoden ajan on ollut saatavina kelvollisia sinisiä.

Ultimaattinen raja LEDien kirkkaudelle tulee silloin, kun niitten kvanttihyötysuhde on yksi. Tämä tarkoittaa sitä, että Jokainen LEDiin syötetty elektroni tuottaa liitoksessa fotonin. Aluksi nuo hytysuhteet olivat naurettavan ja hupaisan välimailla, nykyään taidetaan olla parhailla puolijohteilla jo 0,2:n nurkilla.

LED-tehtailijan pahin vihollinen on epätäydellinen kiderakenne LEDin liitoksessa. Jos liitoksessa on murtumia tai epäpuhtauksia (dislokaatiota), valoa tulee vähemmän ja liitos on herkempi hajoamaan. Erityisesti sinisessä päässä ongelmat ovat nimenomaan tällä alueella.

Miksi siniset LEDit ovat paljon muita värejä kalliimpia ?

Mitä suurempi energia tuolle fotonille halutaan, sitä hankalam- pi homma on. Punaisella fotonilla on puolet siitä energiasta kuin sinisellä fotonilla, joten sinisen aikaansaaminen on paljon hankalampaa.

Tällä hetkellä (1999) käytetyt siniset LEDit (GaN, SiC) ovat jokseenkin hankalia tehdä. Sinänsä prosessi ei ole kummoisempi kuin muis- sakaan väreissä, mutta siniset ovat huomattavasti herkempiä virheille, joten hylkyprosentti on varmasti melkoisen suuri.

Lisäksi tuossa tietysti otetaan vuosien tuotekehityspanosta takaisin, joten se lisää hintaa melkoisesti. Mutta on sitä tuotekehitystä kyllä noissa kirkkaissa vihreissäkin, eivätkä nekään aivan ilmaisia ole.

Onko olemassa valkoista valota tuottavia LEDejä ?

Valkoista valoa tuottavia LEDejä on olemassa. Nämä koostuvat eri aallonpotuuksia tuottavista osista. Yksi mahdollisuus tehdä tälläinen on pseudovalkoiset ledit (R+G+B samassa kuoressa) käyttäminen, mutta ne ovat erikoistuotteina aika hintavia. Tälläisessä LEDissä on helposti mahdollista säätää valon väriaä ohjaamalla noita eri värisiä LEDejä erikseen eri voimakkuuksille.

Jos haluat kohtuullisen kirkkaan valkoisen valon LEDistä, kannattaa mieluummin käyttää valevalkoisia LEDejä (sininen LED, jonka päällä on keltainen fosfori). Niistä lähtee melkoisesti enemmän valoa pienemmällä rahalla. Tosin värsävyn säätäminen on sitten mahdotonta. Vähittäishinta muutaman euron kappale.

Mistä tunnistan LEDin napaisuuden ?

Ledeissä pidempi jalka on aina anodi (plussa). Jos LEDin jalat on katkottu niin sitten pitää hyödyntää seuraavia tunnistusmentelmiä: Pyöreissä LEDeissä katodi (miinus) on usein viisteellä merkitty. Kun katsoo lediä valoa vasten, näkyy muovin sisällä kaksi metallista "juttua". Isompi kuppimainen "juttu" on yleensä plussa ja pienempi miinus, mutta eksoottisemmissa LEDeissä nämä navat saattavat olla kummin päin tahansa.

LEDin napaisuutta ei niin vain kannata ruveta kokeilemaan, koska väärällä anapaisuudella voi tuhota LEDin. Tyypillisesti LEDin estosuuntaisen jännitteen kesto on vain muutamia voltteja ja LEDissä tapahtuva estosuuntainen läpilyönti voi tuhota LEDin. Ledin kytkeminen väärinpäin viiden voltin jännitteeseen ei yleensä aiheuta yhtään mitään ongelmia, jos kytkennässä on etuvastus. Ledien zener-jännite on kyllä yleensä varsin matala, joten ne saat- tavat lyödä läpi jo varsin pienillä vastajännitteillä (noin 5 volttia), mutta vastus rajoittaa virtaa niin, ettei LEDin puolijohdeliitos kärsi läpilyönnistä liikaa.

Ainoa LED-turvallinen tapa taitaa olla mitata LED yleismittarin diodimittausalueella. Estosuuntaan mittaus näyttää katkosta, päästösuuntaan tyypillisesti noin 1.4..1.7 volttia, ja LED hohtaa aavistuksen verran. Kun päästösuunta on näin saatu selville, LED kytketään päästösuuntaan kytkentään.

Voiko tavallisen LEDin kytkeä suoraan paristoon ?

Tavallisten ledien kytkeminen suoraan paristoon ei ole hyvä idea - koosta, muodosta tai väristä riippumatta. Ledillä (ja diodeilla yleensäkin) on niinsanottu kynnysjännite. Jos ledin käyttöjännite on tätä kynnysjännitettä pienempi, niin ledin läpi ei kulje juuri ollenkaan virtaa, eikä se palakaan. Kynnysjännitettä suuremmille jännitteille ledi yksinkertaistaen rautanaula - paitsi että rautalanka on ohut ja se palaa helposti poikki. Tavallisten ledien läpi kulkevaa virtaa pitää siis rajoittaa. Yleisimmin tähän käytetään tavallista vastusta. Ledien kynnysjännitteet riippuvat ledin materiaalista (siin mitä väriä ledi säteilee). Tässä tyypillisiä arvoja: Infrapuna 1,2V; punainen 1,6V; oranssi 1,75V; keltainen 2,0V; vihreä 2,2V ja sininen 2,5V. Käyttökelpoinen virta nykyisille ledeille on tyypillisesti 10mA-20mA. Maksimivirrat selviävät datakirjoista tai vaikkapa valmistajan nettisivuilla. Jos et kaikkea kirkkautta halua ulosmitata niin 10mA on hyvä nyrkkisääntö.

Joissain pienissä LED-valaisimissa käytetään ratkaisua jossa niissä oleva LED on kytketty suoraan paristoihin. Tällaisissa tuotteissa sekä LED että paristo on valittu ominaisuuksiltaan sellaisiksi että tämä yhdistelmä toimii kunnolla eikä riko LEDiä. Valitsemalla pariston jännitteen sopivasti vähän LED:in nimellisjännitteen yläpuolelle (voltin osia enemmän) sekä huolehtimalla että virtapiirissä on muuten sopivaa vastusta (LED:in sisäinen vastus, pariston vastus) tai muuta virrantahjoitusta niin homma on mahdollista saada toimimaan.

Tavallisten ledien lisäksi on olemassa esimerkiksi vilkkuledejä, joissa on sisäinen virtarajoitus. Nämä kestävät sellaisenaan noin kymmenen voltin käyttöjännitteen. Ja kyllä markkinoilta löytyy valmiita merkkivaloyksiköitäkin, joissa on etuvastus asennettu valmiiksi jotakin tiettyä käyttäjännitettä varten.

Millaista sähköä LEDille syötetään ?

LED tarvitsee toimiakseen myötäsuuntaisen virran kulkemaan LEDin läpi. LEDeille saa tyypillisesti syöttää maksimissaan noin 20 mA virtaa, joskin nykyledit ovat aivan riittävän kirkkaita jo kymmenekin milliampeerin virralla. LED syö jännitettä kynnysjännitteensä verran (tyypillisesti 1..2V) ja loput pitää hukata sarjavastuksessa tai muussa virtaa rajoittavassa komponentissa.

Esimerkki: Jos halutaan kytkeä punainen LED 5 voltin käyttöjännitteeseen ja halutaan sen läpi kulkevan 20 mA virta, niin vastukselle jää hukattavaksi 5 - 1.7 = 3.3 V. Ohmin laki sanoo että vastukseksi tulee silloin 3.3 V / 20 mA ~= 165 ohm ja lähin isompi vakiokoko on 180 ohmia.

LED ei komponenttina vaadi milliampeerilleen oikeaa virtaa, vaan sen kirkkautta voi säädellä etuvastuksella. Ja jos/kun tarkoitus on yleensä aikaansaada LEDillä vain päällä/pois tieto jostain asiasta, ei kirkkaudella ole mitään merkitystä kunhan se vaan näkyy jotenkin.

Siten LEDin kynnysjännitteeksi voi antaa karkeasti 2V, ja virraksi 20 mA, tässä kaikki. Näillä arvoilla LED loistaa kirkkaasti, menemättä kuitenkaan rikki. Näkyy hyvin myös päivällä mikä on suotavaa useissa sovellutuksissa. Näinollen saamme helpon laskentakaavan etuvastukselle: 

                       Käyttöjännite - 2V
Etuvastus ohmeina   =  ------------------
                              0.02A
Vastukseksi voi sitten valita seuraaksi lähimmän standardisarjan suuremman vastusarvon. Sitten jos LEDejä on useampi sarjassa, lasketaan vain niiden kynnysjännitteet yhteen (eli 2V per LED), ja vähennetään se käyttöjännitteestä.

Vastuksen tehonkulutuksen voi laskea karkeasti kaavasta (antaa arvot vähän yläkanttiin, mutta pieni turvamarginaali on aina hyvästä): 

Teho = Käyttöjännite * 0.02A
Sitten vaan valitset vastuksen jonka tehinkesto varmasti riittää. Normaaleilla 1/4W vastuksilla tulee toimeen noin 10V käyttöjännitteille ja sitä isommilla käyttöjännitteillä tarvitsee jo 0.5W tehonkestoisia vastuksia.

Mitä tapahtuu kaksi LEDejä kytketään rinnakkain ?

Jos täysin samanlaisia LEDejä laittaa rinnan, virta jakautuu niiden kesken tasan ja kynnysjännite pysyy samana. Virta jakaantuu tasan vain, jos kynnysjännitteet ovat täysin samat, eli LEDit ovat saman typpisiä ja samanlaisia. Eri väristen LEDien kynnysjännitteet vaihtelevat seuraavasti: 

Infrapuna  noin 1.0 V
Punainen   noin 1.8 V
Vihreä     noin 2.1 V
Keltainen  noin 2.0 V
Sininen    noin 3..3.5 V
Jos pistää rinnakkain kaksi eriväristä lediä, niin pienemmän kynnysjännitteen omava LED toimii hyvin, mutta suuremman kynnysjännitteen omaava LED tuskin palaa ollenkaan.

Ledin läpi menevä virta nousee eksponentiaalisesti jännitteen noustessa, joten jo pieni ero rinnankytkettyjen ledien kynnysjännitteissä riittää tekemään melkoisen intensiteettieron niitten välille. Kannatta muistaa, että LEDeillä sähköiset ja optiset parametrit voivat vaihdella huimasti, joten yleisesti ottaen ei siis ole hyvä idea kytkeä ledejä rinnan. Esimerkiksi optisen kirkkauden vaihteluväli voi olla jopa 1:4, jos joku valmistaja sen sattuu ilmoittamaan.

Mikä vaikuttaa LEDin kynnysjännitteeseen ?

LEDin kynnysjännite riippuu sen emittoimien fotonien energiasta, joten infrapunaledien kynnysjännite voi olla voltin luokkaa, kun taas sinisillä se on yli kolme volttia. Käytännössä ledin kynnysjännitteeseen vaikuttaa tuon varsinaisen fotoninmuodostusprosessin lisäksi joukko muita tekijöitä, ja nämä tekijät vaihtelevat lediyksilöstä toiseen. Samasta valmistuserästä olevissa ledeissä kynnysjännite on kohtuullisen lähellä toisiaan, mutta samanlaisetkin eri valmistuseristä olevat ledit voivat olla sadankin millivoltin päässä toisistaan kynnysjännitteiltään.

Miten valkoista valoa tekevät LEDit on tehty ?

Aiemmin valkoisen valon LEDejä pyrittin tekemään yhdistämällä sininen, punainen ja keltainen LED samaan koteloon. Tässä on kuitenkin kaksi ongelmaa. Kun valo lopulta tulee kolmesta tai neljästä erillisestä puolijohteenpalasesta, sen fokusoiminen mihinkään on hyvin hankalaa. Käytännössä joudutaan menemään siihen, että ledin kotelo on diffuusi (mattalasin tyyppinen), jolloin taas hyötysuhde on heikko. Toinen ongelma on se, että sininen ja vihreä ovat helposti pahasti alakynnessä punaiseen nähden, jolloin kirkkaan valkoisen tekeminen on vaikeaa.

Käytännössä helpommaksi on osoittautunut ainakin japanilaisen Nichian käyttämä menetelmä, jossa lähdetään sinisestä ledistä. Kirkkaan sinisen (430 tai 450 nm) ledin päälle laitetaan loisteainetta, joka muuttaa osan säteilystä pidemmälle aallonpituudelle. Tällöin ledin spektrissä on terävä piikki sinisessä ja loiva kukkula keltaisessa, jolloin tulos näyttää valkoiselta. Valaistukseen tämä valo tuskin kovin hyvin sopii, erityisesti punaiset ja turkoosit sävyt ovat kovin tummia. Mutta indikaattorina toimii hyvin.

Mitä tarkoitetaan kirkkaalla LEDillä ?

Kirkas voi tarkoittaa joko intensiteetiltään voimakasta tai sitten sellaista, lediä jonka kotelo on kirkas (siis ei samea eli diffusoiva).

Intensiteetiltään voimakkaat ledit aloittivat esiinmarssinsa vuosikymmenen alkupuolella. 1990-luvun alkupuoliskolta lähtien alkoi olla saatavissa suhteellisen kirkkaita punaisia ledejä. Kirkkaassa kotelossa olevia ledejä on ollut saatavilla pidempään.

Miten eri LEDien värejä on ollut markkinoilla satavilla ?

punaisia ledejä on ollut saatavilla jo aikojen alkuhämäristä (70-luvulta) alkaen. Seu- raavaksi tulivat keltaise ja vihreät, tosin varsin himmeinä. Sinisiäkin ledejä on ollut toistakymmentä vuotta, mutta nuo 80-luvun siniset olivat varsin himmeitä sinivihreitä.

Kirkkaat siniset ovat tulleet markkinoille viime vuosina. Ensimmäiset todell siniset (450 nm tai alle) suuri-intensiteettiset LEDit tulivat markkinoilla 1990-luvun puolessavälissä, jolloin ne maksoivat useita kymppejä kappaleelta.

Valkoiset ledit tulivat markkinoille vasta 1990-luvun loppuvuosina. Aiemmin tuo ei ollut mahdollista, koska valkoiseen lediin tarvitaan sininen pohjalle. Aiemmin tosin oli ns. RGB-ledejä saatavilla, mutta niitten intensiteetti oli surkean ja kurjan välimailla, koska sininen oli melko vihreä ja melko himmeä.

Nyt valkoisissa ledeissä on menossa jo toinen sukupolvi, joka tuottaa valkoisempaa (ja enemmän!) valoa kuin ensimmäinen. Nämä ovat jo sellaisia, että ihmettelen, viitsiikö kukaan enää pientä hehkulamppua käyttää. Eivät ledit tosin vielä hehkulamp- puja ja loisteputkia uhkaa yleisvalaistuksessa, koska niitten tuottama spektri on kaksikyttyräinen. Suomeksi sanottuna valo vain näyttää valkoiselta, se ei ole spektraalisesti valkoista.

Kolmas sukupolvi on tulossa

Vastukset

Mitkä ovat vastusten tarkkuuden värikoodit ?

Vastusten tarkkuus kerrotaan sitä vasten olevassa väraidassa. Yleisimmät värikoodit ovat seuraavat:

  • Ei rengasta ±20%
  • Hopea ±10%
  • Kulta ±5%
  • Punainen ±2%
  • Ruskea ±1%

Kiteet

Mitä eroa on sarja- ja rinnakkaisresonanssikitelillä ?

Kiteitä on monenlaisia eri käyttötarkoituksia varten. Mainitsemasi sarja- tai rinnakkaisresonanssi on eräs kiteen ominaisuus. Riippuu käytetystä oskillaattorikytkennästä kumpaa kidetyyppiä siinä pitäisi käyttää. Tarkkaan ottaen sarja- ja rinnakkaisresonssikiteet ovat ominaisuuksiltaan hyvin samanlaisia, mutta niiden ero liittyy kiteen kalibrointiin: Sarjaresonassikiteet on kalibroitu (viritetty) sarjaresonassipiirissä. Sama kide toimii myös rinnakkaisresonanssipiirissä, mutta hieman eri taajuudella.

Nykyään lähes kaikki digitaalivehkeiden kiteistä on juuri perustaajuudella värähteleviä rinnakkaisresonanssikiteitä, eikä yleensä komponenttikaupoista muuta saa.

Miksi pienitaajuiset kiteet ovat monesti kalliimpia kuin suurempitaajuiset kiteet ?

Pienellä taajuudella vaaditaan isompi kide jotta sen mekaaninen resonanssi saataisiin kohdalleen. Iso kide on tietenkin kalliimpi. Toinen syy kiteen hinnoitteluun voi olla kiteen valmistusmäärät (harvinaisempi kide on tyypillisesti kalliimpi).

Miten teen kideoskillaattorin digitaalipiireistä ?

Periaatteessa kideoskillaattorin saa kasattua mistä tahan invertteristä, oskillaattorikiteestä ja parista kondensaattorista, mutta se silti helppo saada ryssittyä värähtelemään väärän kertaluokan resonanssilla (esim. noin 14Mhz alueella kiteet toimivat yleensä 3. harmonisella) tai prosenttitolkulla pielessä olevalla taajuudella (kiteen yliohjauksesta johtuen).

Luotettavasti toimiva konstruktio (noin 14 MHz kide) on tällainen: 

       _ HCU04
 +----|_|o-----+                C = 22-33p
 |             |
 +---R2--------+                R2 = 1M
 |             |    _
 +--|X|--+--R1-+---|_|o--->     R1 = 1k5
 |       |        HCU04
 C       C
_|_     _|_
Kytkennässä pitää olla mahdollisimman lyhyet johdotukset. R1 on estämässä kiteen yliohjautumista, jolloin taajuus ei olisi tarkka. Tässäkin jää sovittamatta kiteen haluama kapasitiivinen kuorma (riippuu tyypistä), mutta ei yleensä haittaa, sillä heitolla on väliä lähinnä kellopiirien kanssa.

74HCU04 pitäisi olla aivan yleisesti saatavissa, muita piirejä HCU-sarjassa ei taida juuri ollakaan. HCU-sarjan piirit ovat suunnilleen samanlaisia kuin HC-sarjan piirit, mutta siitä puuttu lähdöistä puskurointiaste, joten ne toimivat myös analogisissa kytkennöissä jossain määrin lineaarisina. Invertterihän on vain vahvistin... Kannatta sitten muistaa, että HCU ei sitten kovin isoa kuormaa jaksa puskea juuri puskuroinnin puuttumisen takia.

Mutta 74HCU04 jos ei löydy, niin kyllä siinä luultavasti HC:kin välttää. Kannattaa vaan tarkistaa, että kytkentä lähtee aina käyntiin ja katsoa skoopilla, että taajuus ja aaltomuoto ovat jokseenkin oikeat.

Kelat

Miten lasken kelanreaktanssin eri taajuuksilla ?

Ideaaliselle kelalle pätee seuraava kaava: 

reaktanssi = 2*pii*taajuus*induktanssi

Miten radiokäämien merkinnät pitäisi ymmärtää ?

Tyypillisissä radiokeloissa ei yleensä (kuristimia lukuunottamatta) ole mitään varsinaisia induktanssi tms. merkintöjä, vaan ovat laitekohtaisia sarja tms. osanumeroita. Tai sitten voivat olla valmistajan koodeja, joiden merkitys selviää yleensä valmistajan luetteloista - jos semmoisia sattuu löytymään.

Mistä saan helposti muutaman ampeerin kestäviä hakkurikeloja ?

Perinteinen tapa on ottaa käteen ferriittirunko ja lankaa - sitten vaan rullaamaan. Jotta runko ei kyllästy, siinä pitää olla ilmarako. Jos käytettävissä on vain ilmaraottomia rungon puolikkaita niin raon voi tehdä pistämällä valiin eristelevyn, jotain 0.5 - 1 mm luokkaa.

Näin isoilla virroilla ei kannata käyttää mitään pieniä ferriittirenkaita, koska ne kyllästyvät hyvin helposti. Toimiva saman näköinen rengas on tehty rautapulverista, siinä on ilmaa joukossa sen verran että syntyy eräänlainen hajautettu ilmarako.

Miten voin laskea itse tehdyissä keloissa tarvittavat kierrosmäärät ja muut ominaisuudet ?

Ilmasydämisen kelan induktanssin saa laskettua seuraavalla kaavalla: 

L = (r^2 * n^2)/(9r + 10l)
Missä:
  • L = induktanssi mikrohenreinä (uH)
  • r = kelan säde tuumina (keskisäde monikerroksissa keloissa)
  • n = kelan kierrosten lukumäärä
  • l = kelan pituus tuumina
Kaava pätee hyvin ainakin kun l ja r suunnilleen samaa suurusluokkaa ja kelan induktanssi luokassa 1-2000 mikrohenryä. Tällä kaavalla laskeskelee näppärästi vaikka kaiuttimen jakosuotimen kelojen kierrosmäärät. Jos laskukoneen naputtaminen kyllästyttää, niin käytä on-line-laskinta, jolle voit antaa kelan mitat sekä kierrosmäärän ja saat vastaukseksi induktanssin.

Miten hakkurin kela pitäisi toteuttaa että se voi varastoida hyvin energiaa kyllästymättä ?

Umpinaiseen rautaan tai ferriittiin ei energiaa saa varastoitumaan oikeastaan ollenkaan, koska umpinaiseksi tehty kelarunko ottaa ja kyllästyy heti kättelyssä. Jos ferriittirungolle tehdään varastointikela niin siinä on oltava ilmarako. Energia varastoituu juuri tuohon ilmaraon kohdalla olevaan magneettikenttään.

Jos käsillä ei satu olemaan ilmaraollista runkoa (esim. E-sydämessä keskitolppa vähän lyhennetty), vanha mutta toimiva kikka on pistää väliin paperi tai muu vastaava täyte.

Miksi rautapulverista tehdylle toroidisydämelle tehty kela toimii hyvin kuristuskelana eikä kyllästy helposti ?

Rautapulveri on sen verran harvaa tavaraa, ettt siint on ikään kuin hajasijoitettu ilmarako raudan seassa. Niinpä rautapulveritoroidista saa toimivan kuristimen, toisin kuin ferriittitoroidista.

Muuntajat

Millasia erilaisia muuntajatyyppejä on olemassa ja millaisia ominaisuuksia niillä on ?

Alla katsaus tärkeimpiin muuntajatyyppeihin ja niiden yleisiin ominaisuuksiin:

  • Suojajännitemuuntajat ovat muuntajia, joissa on erotetut ensiö- ja toisiokäämit ja joissa toisiojännite on alle 50V AC. Muuntajia käytetään usein automatiikkaohjausten, kontaktoreiden, lämmitysfolioiden/kaapelien yhteydessä sekä keskuksissa ja laiva-asennuksissa.
  • Valaistusmuutajat ovat suojajännitemuuntajia, jotka on jotka on mitoitettu matalajännitteisiin valaistusjärjestelmiin, tyypillisesti 12V halogeenivalaistukseen. Valaistusmuuntajia on olemssa sekä perinteisellä muuntajarakenteella toteutettuna sekä elektronisina muuntajina (käyttötarkoitukseen optimoituja hakkuriteholähteitä). Halogeenivalaistuksen asennuksessa on huomioitava muuntajan häviöt ja jännitealenemat.
  • Suojaerotusmuuntaja on muuntaja, jossa on erotetut ensiö- ja toisiokäämit ja jota usein kutsutaan erotusmuuntajaksi, välimuuntajaksi tai ohjausjännitemuuntajaksi. Tyypillisiä muuntosuhteita ovat 115/230V, 230/230V, 230/400V ja päinvastoin.
  • Kolmivaihe muuntajat ovat kolmivaihessa sähkönjakoverkossa ja kolmivaihesähkö käyttävissä laitteissa käytettyjä erikoismuuntajia. Kolmivaihemuuntaja on rakenteeltaan ikään kuin kolme osittain yhteen sulautunutta yksivaiheista muuntajaa. Tyypillisiä kolmivaihemuuntajatyyppejä ovat matalajännitteiset erotusmuuntajat, jakelumuuntajat (10-20 kV jakelujännittestä 400V jännitteeksi) ja 3-käämi-muuntajat taajuusmuuttajakäyttöihin. Kolmivaihemuuntajia olemassa eri rakenteilla ja monesti muuntajia voidaan käyttötarkoituksen mukaan kytkeä eri tavoin. Esimerkkejä ovat 3-vaiheiset kuivaeristeiset muuntajat (avorakenteiset, koteloidut tai valetut) sekä ölhyeristeiset muuntajat (käytetään sähköverkoissa paljon). Kolmivaihemuuntajien ensiö- ja toisiokäämit voidaan tyypillisesti kytkeä joko kolmio- tai tähtikytkentään käytetyn sovelluksen ja jännitealueen mukaan.
  • Säästömuuntajat ovat muuntajia, joissa on yhteinen ensiö- ja toisiokäämi, ja joita kutsutaan myös automuuntajiksi. Tämän rakenteen avulla muuntajasta tulee huomattavasti kevyempi ja pienempi kuin vastaavan tehoinen erotusmuuntaja on. Säästömuuntajat ei muodosta erotusta ensiön ja toision välille. Tyypillisiä käyttökohteita ovat puhaltimien nopeussäätö, kolmivaihemoottorien ja suurten muuntajien "pehmeäkäynnistys" sekä jännitteen helppo säätö ylös- tai alaspäin.
  • Rengassydänmuuntajat ovat muuntajia, jotka perustuvat rengassydämeen. Muuntajia kutsutaan myös toroidimuuntajiksi. Rengassydänmuuntaja on tavallisesti pienempi ja kevyempi kuin perinteinen EI muuntaja. Rengassydänmuuntajissa on 8-10 kertaa alhaisempi magneettinen säteily, minkä johdosta ne soveltuvat hyvin audio-, atk- ja IT-järjestelmien virtalähteiksi.
  • Häiriönvaimennusmuuntaja on tarkoitettu suojaamaan atk-laitteita ja herkkää elektroniikkaa transienteilta, jännitepiikeiltä ja maasuluilta. Häiriönvaimennusmuuntajat on tyypillisesti suunniteltu vaimentamaan tehokkaasti häriöitä taajuusalueella 1kHz - 1MHz. Häiriönvaimennusmuuntajissa on tyypillisesti erilliset ensiö- ja toisiokäämit, elektrostaattiset suojat ja suodatinpiirit, jotka poistavat häiriöitä. Häiriövaimennusmuuntajalla on mahdollista vaimentaa ensiön ja toision välisiä häiriöitä erittäin paljon (jopa 80-120 dB).
  • Lääkintämuuntajat ovat rtikoisrakenteisia erotusmuuntajia, jotka on tarkoitettu lääkintäteknisten laitteiden jännitelähteiksi. Niitä on olemassa sekä 1- ja 3- vaiheisina. Muuntajissa on erilliset käämit ja staattiset suojat. Muuntajat on suunniteltu siten että haitalliset vuotovirrat ovat mahdollisimman pienet.
  • Piirilevymuuntajat ovat pienikokoisia muuntajia jotka on suunniteltu piirilevyasennukseen. Ne on tyypillisesti yksivaiheisia EI- tai UI-sydämellä toteutettuja muuntajia jotka ovat rakenteeltan sellaisia että ne voidaan helposti asentaa suoraan piirilevylle.
  • Säätömuuntajat jännitteen ja virran portaattomaan ja häiriöttömään säätöön. Niitä on olemassa sekä 1- ja 3-vaihe muuntajina. Säätömuuntajia on olemassa sekä erottavina tai säästömuuntajina.
  • Ferriittimuuntajat ovat muuntajia, joissa muuntajan ydin on tehty ferriittimateriaalista. Ferriittimuuntajia käytetään yleisesti hakkuriteholähteissä ja muisssa suuria taajuuksia käyttävissä sovelluksissa. Ferriimuuntajissa käytetään tyypillisesti toroidi-, EI- tai "pot core"-tyyppistä muuntajasydäntä. Joissain sovelluksissa muuntajan sydämenä voi olla pelkästään pala ferrittisauvaa.

Muuntajan energian muunto ei ole ihanteellinen. Osa energiasta muuttuu hukkalämmöksi. Jos jatkuva toimintalämpötila on liian suuri, muuntajan käyttöikä lyhenee merkittävästi. Jos muuntaja ei lämpene, se ei toimi normaalisti. Muovikoteloisen suojamuuntajan pintalämpötila voi olla 70-80 °C nimelliskuormalla, kun ympäristön lämpötila on 40 °C. Muuntajaa on tällöin vaikeaa koskettaa kättä polttamatta.

Muuntajat, joissa ei ole sisään rakennettuja suojauksia, tulee suojata oikosululta ja ylikuormalta nimellis- ja oikosulkuvirran mukaan. Tietoja häviöistä ja oikosulkuvirroista löydät muuntajavalmistajilta.

Muita muuntajan tapaisia mageneettisia komponentteja:

  • Kuristimia käytetään paljon elektroniikassa ja elektrotekniikassa. Useimmiten jokaisessa sovelluksessa on yksilöllisiä vaatimuksia ja kuristimet suunnitellaan näihin tapauskohtaisesti.
  • Virtalähteet muuntavat vaihtojännitteen tasajännitteeksi. Typpillisiä virtalähteitä ovat 230V AC / 12 VDC, 24VDC ja 48VDC. Tyypillinen virtalähde koostuu muuntajasta, tasasuuntaajasta sekä mahdollisista jännitteen suodatus- ja vakavointikomponenteista (regulaattori). Rippuen liitettävästä kuormasta asetetaan erilaisia vaatimuksia virtalähteelle.
  • Akkuvaraajat ovat virtalähteitä jotka on suunniteltu akkujen lataamiseen. Ne antavat ulos sellaisen jännitteen ja latausvirran, että se sopii perään liitettävän akun lataamiseen (akun ja laturin täytyy olla ominaisuuksiltaan toisiinsa sopivia). Yksinkertaisimmat akkulaturit ovat virtalähteitä jotka tuottavat hiukan akun napajännitettä suurempaa jännitettä ja rajoittavat akulle pääsevän virran määrän haluttuihin rajoihin. Älykkäät akkulaturit sisältävät elektroniikkaa joka edellä kuvatun lisäksi valvovat akun lataustilaa siten, että aluksi lataavat akkua suurella latausvirralla, ja kun akku on täynnä kytkee latauksen pois tai siirtyy pienitehoiselle ylläpitolataukselle. Tyypillisesti perusakkulaturi tulee kytkeä irti akusta kun akku on ladattu täyteen (lataaminen pitkään akun täyttymisen jälkeen voi johtaa akun vaurioitumiseen). Älykkään akkulaturin voi jättää akkuun kytketyksi pitkäksi aikaa ilman ongelmia (jopa talvisäilytyksen ajaksi esimerkiksi veneakkuun).

Miten muuntaja on parasta kytkeä sähköverkkoon että se ottaa pienimmän käynnistysvirtapulssin ?

Kun muuntaja kytketään verkkoon niin tapahtumat, mitä siitä seuraa riippuvat paljolti siitä mitä muuntajan taakse on kytketty. Jos muuntajaa ei kuormiteta toisiostaan niin muuntaja toimii pitkälle kuin kuristin. Sen kytkentähetkellä ei ole merkitystä, koska se joka tapauksessa vastustaa rajusti virran muutosta.

Nollapistekytkintä käytetään resistiivisillä kuormilla vähentämään transientteja. Muuntajalla niitä ei ole joten tämä suositus ei toimi.

Tuntuu mysä käsittämättömältä toisinaan esitetty suositus kytketä muuntaja jännitteen huippukohdassa, koska se ei ole virran nollakohta kuormitetussa muuntajassa. Jos on jokin syy kytkeä muuntaja jossain tietyssä kohdassa vaihessa niin se syy voisi olla käynnistysvirran rajoittaminen. Optimi sille on hetki, jolloin muuntajan virta on nolla. Tyhjäkäynnillä tämä hetki on jännitteen huippukohta mutta kuormitetussa (tasurin elkojen lataus) tämä hetki onkin lähempänä jännitteen nollakohtaa kuin maksimia. Maksimilla kytkettäessä syntyy myös maksimaalinen virta kondensaattoreihin. Siinä jännitteisnenä kytkemisessä on se ongelma että jännitteen muutosnopeus on hyvin (seuraa suuri rautasydämen magneettikentän muutosnopeus).

Normaalissa ajossa nollahetkellä virta on vielä negatiivinen tulevaan jaksoon nähden. Normaalisti virta alkaa vähenemään kun jännite alkaa kasvaa ja sitten kääntyy positiiviseksi vasta jännitteen huippukohdassa, joka olisi optimaalinen kytkentähetki tyhjäkäynnissä olevalle muuntajalle. Jos kytket jännitteen nollassa, muuntajalle tulee aluksi tavallista pidemmän aikaa virtaa kasvattavaa jännitettä joten loppuvirtakin on tavallista suurempi. Nollakohdassa kytkettäessä tulee (tyhjäkäynnillä) muuntajaan tyhjäkäynti(huippu)virran suuruinen tasavirtakomponentti.

Kun muuntaja kytkentään verkkoon, niin nsimmäinen virtapiikki on suurempi kuin muut ja voi vaikka johtaa muuntajan sydämen saturaation (muuntajan rakenne ei ole suunniteltu kestä ylisuurta kytkentähetken magneettivuota). Sysämen saturaatiossa muuntajan ensiövirta kasvaa ajusti ja tuloksena on helposti suojakomponentin (johdonsuoja tai sulake) laukeaminen.

Mitkä ovat tärkeimmät muuntajia koskevat standardit ?

Öljyttömiin muuntajiin yleisimmin sovellettavat standardit ovat IEC60726 ja IEC60076 (yksi- ja kolmi-vaiheiset öljyttömät tehomuuntajat) sekä EN61558 (yksi- ja kolmivaiheiset pienmuuntajat). Tuotteeseen sovellettavan standardin määrittelee viranomainen joka Suomessa on Turvatekniikan Keskus TUKES.

Millaisia merkintöjä muuntajissa on oltava ?

Pienmuuntajassa ja tehomuuntajassa on oltava vähintään seuraavat merkinnät:

  • Valmistusvuosi/-päivä
  • Standardi
  • Cos phi (tehokerroin)
  • Luokka I, II tai III

Suojausluokat:

  • Luokka "I": Kosketeltavat johtavat laiteosat on peruseristetty jännitteisistä osista, ja lisäksi suojamaadoitettu.
  • Luokka "II": Kosketeltavat johtavat laiteosat on eristetty jännitteisistä osista peruseristyksen lisäksi lisäeristyksellä, tai vahvistetulla eristyksellä.
  • Luokka "III": Laite liitetään suojajännitteeseen, eikä siinä synny vaarallisia jänniteitä.

Arvokilpeen on merkittävä:

  • Valmistaja: Valmistajan nimi tai tunnuskirjaimet.
  • Sarjanumero: Tunnistenumero.
  • Virtalaji: Ilmoitettava, jos on tasavirta.
  • Nimellisvirta: Käämin liittimien kautta kulkeva virta nimelliskuormalla. Käämin enimmäisvirta.
  • Nimellistaajuus: Taajuus, jolla muuntaja toimii (AC).
  • Nimellisteho: Näennäisteho VA, kVA tai MVA (AC), W tai kW (DC).
  • Nimellisjännite, ensiö: Ensiökäämiin syötettävä tai indusoitava verkkojännite.
  • Muuntajan enimmäisjännite normaalioloissa.
  • Nimellisjännite, toisio: Muuntajan toisioliittimien jännite kuormitettuna tai kuormittamattomana (riippuu standardista).
  • Jäähdytystapa: Jäähdytystavan ilmaiseva koodi.
  • Ympäristön lämpötila (ta)
  • Oikosulkuimpedanssi ez (Ilmoitettava, jos muuntaja teho on 1 kVA tai suurempi)
  • Oikosulkuresistanssi er (Ilmoitettava, jos muuntaja teho on 1 kVA tai suurempi)
  • Muuntajan paino (Ilmoitettava, jos muuntaja painaa yli 18 kg.)
  • Muuntajan suojausluokka: IP-luokka
  • Eristysluokka (IEC60085 mukaan)
  • Kytkentäryhmä ja vektoriluku (Ilmoitettava kolmivaihemuuntajista)
  • Käyttötapa: Jatkuva tai jaksottainen.

Koteloitujen ja koteloimattomien öljyttömien muuntajien kirjaimet ovat:

Eristysaineelle:

  • A = Ilma
  • G = Kaasu
Kierrätystavalle:
  • N = Luonnollinen
  • F = Puhallin tai pumppu

Eristysluokka (IEC60085):

  • 105 celsiusastetta = A
  • 120 celsiusastetta = E
  • 130 celsiusastetta = B
  • 155 celsiusastetta = F
  • 180 celsiusastetta = H
  • 220 celsiusastetta

Lähde: Noratel "Muuntajien Merkinnät" http://www.noratel.fi/content/download/4491/392200/file/16-3fi.pdf

Mitä tapahtuu jos 120V jännitteelle suunniteltu verkkomuuntaja kytketään 230V jännitteeseen ?

Teoriassa muunatajan toision jännite tuplautuu siihen asti kunnes ensiön käämi palaa. Käytännössä muuntaja mitoitetaan tavallisesti toimimaan hyvin lähellä rautasydämen kyllästymistä. Tuplajännitettä sisääntuloon tälläinen muuntaja ei kestä millään samalla tai matalammalla taajuudella mille muuntaja on alunperin suunniteltu. Korkeamman jännitteen tuominen kuuntajan ensiöön aiheuttaa muuntajan sydämen kyllästymisen, mikä kasvattaa ensiön virtaa voimakkaasti, koska sydämen kyllästymisen jälkeen ensiön virtaa rajoittaa ainoastaan ensiökäämin resistanssi. Moninkertaistunut tehohäviö ensiössä polttaa tämän käämin hetkessä, ellei sitten laitteen sulake pala ennen tätä.

Tuossa samassa kun ensiön virta kasvaa rajusti esiintyy myös muuntajan toisiossa ylijännitepiikki, joka tekee pajoja huonolla tuurilla.

Käytännön tilanteissa kun muuntaja kytketään selvästi liian isoon syöttöjännitteeseen, tuloksena on savua, valoshow, palaneita sulakkeita tai vastaavia ilmiöitä.

Miten rengassydänmuuntajat erovat perinteisistä muuntajista ?

Regnassydänmuuntajat ovat nimensä mukaisesti renkaan muotoisia. Niissä käämit on kelattu renkaan muotoisen kelasydämen ympärille. Keläsydämen rakenteesta johtuen rengassydänmuuntajalla on pienempi häiriökenttä ja suurempi käynnistysvirta kuin tavallisella.

Monelle rengassydänmuuntajalle on tyypillistä, etät ne voivat käynnityessään ottaa melko voimakkaankin virtapulssin sähköverkosta. Ainakin isompien (satoja watteja) kanssa voi olla tarpeen käyttää sopivaa virranrajoitusta käynnistyshetkellä että ei laitteen sulakkeet pala. Useimmat muuntajan valmistajat tekev{t myös virtarajoitukseen sopivia komponentteja (mm. Trafox myy tälläisiä komponentteja).

Miten voin itse tehdä pehmokäynnistyksen muuntajalle ?

Suurilla rengassydänmuuntajilla käytetään etuvastusta ja relettä, joka vetoaikansa (kymmeniä millisekunteja) jälkeen oikosulkee kyseisen sarjavastuksen. Pikkukytkennöissä kätevin lienee sopiva pieni NTC-vastus. Kun se lämpenee, resistanssi pienenee, ja lamppu saa sen jälkeen normaalit volttinsa.

Voiko muuntajia kytkeä rinnakkain tehon lisäämiseksi ?

Periaatteessa muutajien tai toisikäämien rinnankytkentä onnistuu, ja monesti varmasti käytännössäkin. Jos muuntajat kytkee suoraan rinnan, ja vielä OIKEAAN VAIHEESEEN, niin sittenkin muuntajien, vaikka keskenään samanmallisten, yksilöeroista johtuen, alkaa kulkea pieni taikka suuri turha virta, joka näkyy muuntajien kuumenemisena ja lopulta sähkölaskussa. Virtaan vaikuttaa vielä muuntajien asettelu, eli vierekkäin olevien muuntajien magneettihajakenttä.

Verkomuuntajien rinnankytkennässä kannattaa muistaa että tällaisen rinnkankytkennän käyttöä ei sitten pitä käyttää kuin laitteiden sisällä tai muussa systemeissä jossa muuntajat on kiinteästi johdotettu kiinni toisiinsa. Kahta pistokkeella varustettu vaihtovirtamuuntajaa ei pidä johdottaa yhteen, koska jos vain toinen on kiinni verkkosähkössä, niin vapaana olevassa pistokkessa onkin hengenvaarallinen verkkojännite !

Tasajännitelähteitä rinnan kytkenttäessä homma on helpompi hoitaa niin että ei synny mitään ongelmia. Kun kummankin tasajännitelähteen ulostuloon kytketään didodit, jota huolehtivat että virta pääsee ainoastaan teholähteestä ulos, saadaan teholähteet toimimaan rinnan ilman isompia ongelmia. Kahden sinnankytketyn teholähteen kuormittamisessa kannattaa muistaa, että vaikka teholähteet antavat nimellisesti samaa ulostulojännitettä, niin yleensä niiden ulostulojännitteissä on pientä eroa, mistä johtuen eholähteiden kuormitus ei jakaudu tasaisesti rinnankytkettyjen teholähteiden kesken.

Kun muuntajan toisioita on tarkoitus kytkeä rinnakkain, varmin tapa testa kytkentöjen oikeellisuus on syöttää sisään vaihtosähköä esim. signaaligeneraattorista ja katsoa toisiokäämien vaiheistus samaksi. Jos ei ole singnaaligeneraattoria, niin sopivat virtaa rajoittavat vastukset johtojen päihin, sitten arviolta kytkentä rinnan. Jos onnistui niin vaihtojännitealueelle asetettu volttimittari näyttää haluttua jännitettä. Väärällä kytkennällä mittari näyttää lähes nollaa.

Onko muuntajien johtojen värityksiin joitain standardeja ?

Mitään yleisiä standardeja ei ole. Seuraavassa yksi Muuntosähkön käyttmää standardi toisiokäämien piuhojen väreistä. Jos muuntajasi piuhojen väritovat muunlaiset, on käämien alku- ja loppupäät selvitettävä kokeilemalla tai mittailemalla. 

sininen   = 1 toision alkupää
vihreä    = 1 toision loppupää
keltainen = 2 toision alkupää
punainen  = 2 toision loppupää

Voiko muuntajan yhtä lähtöä kuormittaa nimellistehoa enemmän kun muita ei ole kjuormitettu ?

Yhtä muuntajan lähdöistä voi todennäköisesti kuormittaa ainakin jonkin verran enemmän kuin siitä nimellisesti saa jos muita lähtöjä ei kuormiteta. Normaalisti muuntaja mitotetaan siten, että ratkaiseva mitotuksen perusta on lämmön pääsy pois muuntajasta. Yleensä lämmön siirtyminen tekee muuntajan sisälle ehkä n. 10-15 astetta lämpötilaeron (kuumimman ja kylmimmän kohdan välillä). Ratkaiseva on siis lämmön johtuminen ja säteily ulkopinnalta. Kokonais lämmöntuotto on siis kriittinen, jos muuntajan lämpötila halutaan pitää samana.

Jos muuntajassa on vaikka 2 käämiä ja molemmat tuottavat 2W lämpöä (mitoitus) voi vain yhtä käämiä käyttäen tuottaa myös saman n. 2W. (Käytännössä vähän vähemmän koska käämi on paikallisesti vähän kuumempi). Tästä vaan sitten soveltamaan ohmin lakia yms niin saat selville todellisen kuormituksen keston. Ensiöpuolella syötetty teho on likimain sama erilaisella kuormituksella, joten sitä ei tarvitse pohtia (kunhan ei ylitä mitoitettua kokonaistehoa!)

Kannattaa muistaa että ohmiset häviöt nyt kasvavat. Isommalla kuormalla muuntajan ulostulojännite onkin häviöiden takia vähän alhaisempi kuin normaalilla kuormalla. Muuntajasta riippuen ero voi olla tuntuva tai sitten ei.

Voiko muuntajan tehoa arvoida mitenkään muuntajan rakenteesta kun tarkkaa tyyppiä ei ole tiedossa ?

Jonkunnäköisen arvion muuntajan tehosta ja muista ominaisuuksista voi tehdä seuraavilla menetelmillä:

Muuntajan sydämen poikki-pinta-ala riippuu muuntajan tehosta, ja pitäisi olla normaaleilla E-runkoisilla muuntalla vähintään suurudeltaan vähintään tehon neliönjuuren suuruinen (teho wateissa, pinta-ala neliösenteissä).

Voit käyttää seuraavaa menetelmää perinteisen pakkamuuntajan koon silmämääräiseksi arvioimiseksi: Jos muuntajaraudan leveys on esim. 3 cm ja muuntajan keskipalkki näyttäisi olevan neliskanttinen, olisi muuntajaraudan poikkipinta-ala 9 cm2. Kun poikkipinta-ala (neliösenteissä) korotetaan toiseen potenssiin, saadaan näennäisteho, tässä tapauksessa 81 VA. Menetelmä ei ole kovin tarkka yli 100 VA muuntajille ja lisäksi se riippuu muuntajaraudan laadusta sekä muuntajan lämpökestosta. Ainakin tällä saa jonkunlaisen arvion teholle.

Ulostulovirtaa voi arvioida ulostulojohtojen paksuudesta. Ainakin tiedetään mitä suurempi se ei voi olla. Tässä hiukan taulukkoa virroista ja johtojen paksuuksista: 

Virta   Johdo paksuus
(mA)    (mm)

100      0,25
300      0,37
500      0,48
1000     0,7
3000     1,2
5000     1,54
10000    2,24
Toision jännitteet selviävät hepoimmin mittaamalla ne kun ensiöön on kytketty siihen sopiva jännite.

Tällä tavalla tehdyssä arviossa ei ole mitenkään tarkka, mutta sillä voi päästä edes jonkinlaiseen arvioon minkälaisesta muuntajasta on kysymys.

Miten teen oman verkkomuuntajan ?

Vaikka valmis verkkomuuntaja vielä nykyäänkin on varsin kallis murikka, ei muuntajien itsekäämimistä voi kuitenkaan missään mielessä pitää taloudellisesti järkevänä toimintana. Ensiksikin muuntajan käämiminen on aika työläs projekti eikä tarvikkeita ole aina helposti saatavilla. Toiseksi väärin mitoitettu, väärin käämitty, väärin eristetty, tai väärin käytetty verkkomuuntaja on hengenvaarallinen.

Normaalin 50Hz sähköllä toimivan verkkomuuntajan mitoittamisen perusvaakaava tavalliselle E-sydämiselle pakkamuuntajalle on seuraava: 


ensiön kierrokset = 45 * ensiöjännite / SPPA

toision kierrokset = 48 * toisiojännite / SPPA

SPPA >= sqrt ( muuntajan teho wateissa )
Missä SPPA on muuntajan sydämen poikki-pinta-ala neliösenteissä. Tämän poikki-pinta-ala riippuu muuntajan tehosta, ja pitäisi olla vähintään suurudeltaan vähintään tehon neliönjuuren suuruinen (teho wateissa, pinta-ala neliösenteissä). Käytännössä kannattaa vaan ratkistaa, että käyttämäsi muuntajasydän on taatusti riittävän paljon tehoa kestävä, Kun tarkastus on tehty, niin sitten suorita kierrosten laskut käyttämälläsi sydämellä.

Lisäksi käämijohdot pitää mitoittaa riittävän paksuiksi. Peruspeukalosääntö on maksimi 2,5 ampeeria virtaa neliömillimetriä kohti. Alla olevasta taulukostea selviävät johtojen minimipaksuudet. Kannattaa käyttää varmasti tarpeeksi paksua johtoa. 

Virta  Johdo paksuus
(mA)   (mm)

10       0,05
25       0,13
50       0,17
100      0,25
300      0,37
500      0,48
1000     0,7
3000     1,2
5000     1,54
10000    2,24

Tällä tavoin mitoitettu muuntaja pitää sitten testata huolellisesti, ennen kuin sitä uskaltaa kytkeä mihinkään. Sittenkin miettisin useita kertoja, ennen kuin uskaltaisin käyttää tälläistä omaa viritystä. Kaavoja kannattaa käyttää lähinnä olemassa olevien muuntajien mitoituksien arvioinnissa esimerkiksi omia modifikaatioita tehtäessä (esim. uusi oma toisikäämitys).

Lisätietoa verkkomuuntajan tekemisestä löytyy osoitteesta http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/ml08.htm mistä osa edellä kuvatuista muuntajaohjeistakin on peräisin.

Digitaalipiirit

Mitkä ovat 74-sarjan TTL-piirien nopeudet ?

Eri piiiren nopeudet riippuvat piirien iästä ja valmistajasta. Porttiviive tp on suunnilleen luokka: 

74LXX  40 ns
74XX   20 ns
74LSXX 20 ns
74HCXX 20 ns
74HXX  10 ns
74SXX  10 ns

Minkä nopeuksisia ovat 4000-sarjan CMOS-piirit ?

Nöiden piirien nopeudet on erittäin epäämääräisesti speksattuja datakirjassa. Tyypilliset nopeudet ovat muutaman megahetsin luokkaa.

Jos virrankulutuksen tai käyttöjännitteitten suhteen ei ole mitään omituisia vaatimuksia, kannattaa ehdottomasti käyttää 74HC4xxx-sarjasta löytyviä vastineita. Niissä maksimitaajuus ob kymmeniä megahertsejä, ja niitä on ylipäätään helpompi saada kuin noita alkuperäisiä. Pinnijärjestys on sama.

Millä tyhjennän EPROM-piirin ?

Eprom-piirin tyhjentämiseen tarvitaan lyhytaaltoista UV-sätelyä jota saa tätä tarkoitusta varten valmistetuista polttimoista. Kaupallisissa EPROM-piirien tyhjennyslaitteissa käytetään pieniä loisteputkia tuottamaan lyhytaaltoista UV sätelyä.

EPROM muistin tyhjentämisessä tarvittavaan muistisolujen varauksien potkimiseen eristekerroksen yli tarvitaan tietty säteilykvantin energia, määrä ei auta. Jos lyhytaaltoista UV-valoa ei lähteessä ole, niin piirikään ei tyhjenny vaikka käyttisi paljon tehoa ja pitkiä aikoja. Varsinaisella "kovaa" UV:tä säteilevällä lampulla (yleensä mallia muutaman watin loisteputki ilman fluoresoivaa pinnoitetta, joka muuttaa aallonpituuden näkyväksi) keskiverto-EPROM on 10 minuutissa tyhjä. Noita tekee mm. Philips, Farnellilta ainakin löytyy jos ei muuten. Niiden kanssa ei sitten ole leikkimistä, jos tyhjennysvehkeen tekee itse - sen pitää olla sellainen, että lamppu ei pala, jos kansi on auki!

Hyvin varustetut lamppukauppiaat kyllä myyvät UV-loisteputkia, jotka ovat omiaan EPROM tyhjennykseen. Tuollainen putki menee mihin tahansa tavallisen loisteputken tilalle. Aallonpituus näyttää kaupallisilla tuotteilla olevan 253.7 nm ja putkia myy ainakin Yleiselektroniikka / RS-Component:n luettelo, hintaluokka parikymmentä euroa.

Jos teet koko tyhjennyslampun itse, niin osien hintaluokka on seuraava (1999 hintataso):

  • UV-putki 15-30 euroa (esim. 4W malli 15 cm pitkä)
  • Lampun sähöiset osat (sytyttimen pesä, kuristin ja putken pitimet) maksavat yhteensä noin 15-30 euroa
  • Loisteputken sytytin 1 euro

Newssien perusteella edullinen Philipsin UV-lampun, joka käy tavalliseen lampun kantaan on tyyppi Philips 6 W 57416 E/40.

Usein suositeltu tyhjennyslaitevaihtoehto on alppiaurinkolamppu (saa kirpputoreilta halvalla). Alppiaurinkolamppu lähettää UV-säteilyn lisäksi infrapunaa eli lämpöä. Sellainen monen sadan watin aurinkolamppu ei ole kovin hyvä, kun se kuumentaa piirejä eikä aallonpituuskaan välttämättä ole ihan paras mahdollinen. Liikea lämpeäminen voi tuhota piirin jos se on liian lähellä lamppua.

UV-säteily on vaarallista silmille ja suurempina annoksina myös iholle. Eli ei kannata olla samassa huoneessa kun käyttää noita UV-lähteitä eikä varsinkaan katsoa tuohon lamppuun.

Miten voin ohjata pienjännitteistä parin ampreerin kuormaa TTL-tasoiselle digitaaliulostulolla ?

Logiikkaohjattu fetti on usein helpoin ratkaisu. Jos maan kytkeminen käy (eli positiivinen käyttöjännite tulee kiinteästi), sopiva voisi olla vaikka IRF7103 (2 kpl logiikkaohjattuja FETtejä SO8, virtakesto useita ampeereja). Maksaa luokkaa viitosen kappale.

Toinen vaihtoehto on esim. IR6210, joka on 5 ampeerin älykäs high-side- kytkin logiikkaohjauksella (kytkee siis positiivista jännitettä, jolloin maa voi olla kytkettynä jatkuvasti) TO220-kotelossa. Maksimikäyttäjännite on 50 V. Tämä komponentti maksaa noin pari kymppiä, mutta helppokäyttöisyydellä ratkaisee useita ongelmia helposti.

Datat molemmista löytyvät International Rectifierin kotisivulta www.irf.com.

Muita mahdollisuuksi toteuttaa tämä ohjaus on käyttää maan kytkemiseen jotain suurenvahvistuksen omaavaa darlington-transistoria ja logiikkalähtö sitten ohjaa kantavirtaa sopivan vastuksen läpi (tätä varten logiikkalähdöstä pitää tulla jonkin verran virtaakin ulos).

Analogiapiirit

Mitä pitää ottaa huomioon operaatiovahvistimien korvaamisesta toisella tyypillä ?

Operaatiovahvistin vaatii yleensä sitä suuremman kompensointikondensaattorin, mitä pienempi _suljetun_ silmukan vahvistus on. Standardi-opparit kuten 741, TL071 jne. ovat yleensä kompensoitu niin, että ne ovat stabiileja myös ykkösvahvistuksella sisäisen kompensoinnin ansiosta. On kuitenkin huomattava, että jotkut korkealukkaiset audiokäyttöön tarkoitetut vahvistimet ovat stabiileja vain jos suljetun silmukan vahvistus on suureempi kuin 5 (tai 10), joten piiri alkaa värähdellä, jos sen laittaa kytkentään, jossa suljetun silmukan vahvistus on 1.

Jos kytkennän osasijoittelu on huono, esim. tiheäsi pakattu yksipuolinen painopiirilevy, saattaa kytkentä ruveta värähtelemään, jos siihen laittaa muutaman kerran nopeamman opparin. Kaksipuolisissa painopiirilevyissä, joissa toinen puoli on yhtenäistä maatasoa, ei tällaista ongelmaa yleensä ole. Jos kytkentä kaikesta huolimatta alkaa värähdellä, chippikonkka käyttöjännitteiden ylitse yleensä rauhoittaa tilanteen.

FET-oppatia ei pidä mennä korvaamaan bipolaari-opperilla (eikä päinvastoin), sillä kasvanut biasvirta voi pistää DC-lähtöjänniitteen poskelleen, jos invertoivassa ja ei-inveroivassa otossa on kovin erisuuruiset impedanssit. Myöskin virta- ja/tai jännitekohina- ominaisuudet saattavat kärsiä, jos oppari laitetaan väärään "ympäristöön" kytkennän impedanssitasojejen puolesta.

Miten teen DC-tason siirtävän vahvistinkytkennän operaatiovahvistimilla ?

Esimerkkikytkentä tapaukseen, jossa pitää tehdä nollatason siirto 4 voltista 0 volttiin ja viisinkertainen jännitevahvistus. Kytkentä perustuu seuraavaan differentiaalivahvistinkytkentään: 

                     R1              R2
   Voffset +-------/\/\/\----+-----/\/\/\-----+
                             |   | \          |
                             +---|-  \        |
                                 |    \-------+-----+ Vout
                             +---|+  /
                             |   | /
                             |
   4V - 5V +-------/\/\/\----+-----/\/\/\-----+
                     R3              R4       |
                                              |
                                             ---
Kun R4 = R2 ja R3 = R1, saadaan kytkennän vahvistukseksi G = 1 + R2/R1. Voffset tuloon asetetaan 4v:n jännite esimerkiksi jännitteenjaolla käyttöjännitteestä. Komponenttien arvot voisivat olla esim R2 = R4 = 50k, R1 = R3 = 10k, mutta niiden arvot kannattaa valita muun sovelluksen mukaan.

Sekalaiset mikropiiri

Miten SC-tekniikkaa perustuvat suodinpiirit toimivat ?

SC-suodatimessa vastus/vastukset korvataan kondensaattori/kytkin hässäkällä. Kondensaattoria C varataan/puretaan taajuudella T, jolloin SC-piirin navoissa nähdään ekvalenttinen resistanssi R=T/C. Kytkiminä toimivat fetit ja tavallisesti kellon on oltava kaksivaiheinen, jolloin eri kytkimet eivät saa olla auki samaan aikaan (eivät saa laskostua). Lisäksi kytkimien toimintataajuuden pitää olla niin paljon suodatettavan signaalin taajuutta suurempi, etät varsinainen signaali ei pääse laskostumaan.

SC-tekniikkaa käytetään lähinnä siksi, että IC-tekniikassa on vaikeaa toteuttaa tarkkoja vastuksia ja varsinkin niiden tunaaminen ei oikein onnistu. Koska SC-tekniikassa ekvalenttinen "vastus" voidaan virittää kohdalleen kellotaajuutta muuttamalla, voidaan toteuttaa juuri halutunlaisia ja helposti säädettäviä vastuksia.

Mikä olisi hyvä digitaalolähdöllä varustettu lämpötilanmittaupiiri ?

Uutisryhmässä on suositeltu seuraavia piirejä:

  • Dallas Semiconductorin DS1820 on yleisesti käytetty ihan näppärä piiri tähän hommaan. (hinta muutaman euron)
  • Nationalin LM75 on I2C väyläinen lämpötila-anturi
  • DS75 on Dallasin valmistama LM75 vastine (hintaluokka pari euroa)

Mikä olisi näppärä pieni A/D-muunninpiiri ?

Maxim MAX187 on kätevä pieni sarjaväyläliitännällä varustettu 12-bittinen A/D-muunnin.

Piirin saa kiinni PC:n rinnkkaisporttiin esimerkiksi tällä seuraavalla Jari Lehtisen ehdottamalla kytkennällä ja ohjelmalla: 

     lpt         max187
11 (busy)       - 6(dout)
2  (data0)      - 8(sclk)
3  (data1)      - 7(-cs)
18 (gnd )       - 5(gnd)
Virrat ja suodatus- ym. konkat pitää lisätä kytkentään datalehden mukaan.

Seuraavalla QBASIC-ohjelmalla on mahdollista lukea muuntimen mittausdata: 

REM Pääohjelma
DECLARE FUNCTION adio ()
FOR n = 1 TO 100
        PRINT adio
NEXT n
END
REM Pääohjelma loppu

REM Varsinainen lukufunktio
FUNCTION adio
DEFINT A-Z

REM Luetaan lpt2:sta
addr = &H278
result = 0

REM -cs alas
OUT addr, 0

REM odotetaan muunnoksen valmistumista
conv:
inbit = INP(addr + 1) AND &H80
IF inbit = 1 THEN GOTO conv:

REM odotetaan muunnoksen valmistumista
conv:
inbit = INP(addr + 1) AND &H80
IF inbit = 1 THEN GOTO conv:

REM luetaan bitit & lasketaan tulos
FOR byte = 11 TO 0 STEP -1
        apu = 2 ^ byte
        OUT addr, 1
        OUT addr, 0
        IF (INP(addr + 1) AND &H80) THEN
        ELSE
           result = result + apu
        END IF
NEXT byte

REM valmista, -cs ylös ja tulos ulos
OUT addr, 2
adio = result
END FUNCTION
Tässä koodissa käytetty operaatio 2^ on monessa koneessa hida, joten koodia voi optimoida seuraavaan tyyliin: 
REM luetaan bitit & lasketaan tulos
result = 0
FOR i = 1 TO 12
  result = result SHL 1
  OUT addr,1
  OUT addr,0
  IF (INP(addr + 1) AND &H80) THEN
    result = result + 1
  END IF
NEXT i
Aluksi tulos alustetaan nollaksi. Sen jälkeen joka kierroksella tulosta siirretään SHL-operaattorilla yhden bitin verran vasemmalle. Siirron jälkeen luetaan seuraava bitti ja ynnätään ykkönen, jos tarvetta ilmenee.

Onko olemassa piiriä, joka pystyisi dekoodaamaan MPEG Audio Layer (MP3) -ääntä ?

Micronas valmistaa piiriä MAS3507D, joka pystyy dekoodaamaan MPEG Audio Layer 2 ja 3 mukaista datavirtaa tuottamaan siitä D/A-muuntimelle sopiva I2S-väyläsignaalin. Lisätietoja piiristä löytyy osoitteesta http://www.micronas.com/products/documentation/consumer/mas3507d/index.php.

Pitääkö piirin toiminnassa tarvittavien konkkien olla elkoja, kuten datalehden esimerkkikytkennässä ?

MAX232A:n esimerkkikytkennässä ei mitään elkoja ole, se toimii jo 100n kerkoilla. Aaton versio (perus MAX232) tarvitsee enemmän kapasitanssia (vähintään 1 uF), joten sen kanssa ei juuri muita kuin elkoja kannata käyttää, mieluummin tantaalisellaisia. Vähän isommasta konkasta ei toki ole haittaa mutta pienemmästä voi jo ollakin.

MAX232-piirejä käytettäessä kannatta muistaa, että tuonne käyttöjännitteisiin suositellut ohituskonkat kannattaa sinne myös laittaa. Tuo invertterikytkentä on melkoinen roskageneraattori.

Mistä löydän esimerkkikytkentöja ja ohjeita 555-ajastinpiirin käyttöön ?

Osoitteesta http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/ml10.htm löytyy hyvä suomenkielinen esittely 555 ajastinpiiristä. Itse pirin datalehdet löytyvat osoitteesta http://www.national.com/pf/LM/LM555.html.

Miten saan 555-ajastinpiiristä 50% pulssisuhteella olevaa ulostulosignaalia ?

Seuraavalla kytkennällä saa aikaan melko tarkkaan 50% pulssisuhteen: 

            +--------+
            |        |
            |  7555  |
            |        |
       +----|2       |
       |    |       3|--+---> output
       +----|6       |  |
       |    +--------+  |
       |                |
       +-----/\/\/------+
       |       R
     -----
     ----- C
       |
       |
      gnd

Jos pulssisuhteen pitää olla absoluuttisen tarkasti 50%, niin varmempi ratkaisu on tehdä 555-piiristä oskillaattori tuplataajuudelle ja sitten jakaa taajuus kahdelle jollain sopivalla kytkennällä/piirillä. Näin pulssisuhteesta saa varmasti tarkkaan 50%.

Mikä on 556-piiri ?

556 on piiri, jossa on samassa kuoressa kaksi 555-ajastinpiiriä. Alla on kyseisen piirin jastajärjestys: 

Ensimmäinen yksikkö        Toinen yksikkö

1. discharge                         = 13
2. thereshold                        = 12
3. control voltage                   = 11
4. reset                             = 10
5. output                            = 9
6. trigger                           =8


7.   ground
14. Vcc

Mistä mikropiiristä syntyy helposti funktiogenerattori ?

Esimerkiksi Exar 2206 piirin ympärille tehty funktiogeneraattori on todella yksinkertainen. Tarvitaan vain yksi mikropiiri ja vähän vastuksia ja konkkkia ja potikat. Piiristä saa ulos kaikki yleisimmin tarvittavat aaltomuodot (kantti, sini, kolmio, ramppi, pulssi) taajuusalueella 0.01 Hz...1 MHz.

Toinen tunnettu vanha funktiogeneraattoripiiri on Intersil 8038. Eräs näppärä piiri on MAX038.

Laserkomponentit

Mitä lasereiden luokitukset tarkoittavat ?

Pieni tietopaketti lasereiden luokituksista:

  • Class 1 laserit voivat vaurioittaa silmää, mutta niihin ei pääse käytännössä käsiksi (CD soittimet, laserkirjoittimet)
  • Class 2 laserit ovat turvallisia, jos normaalireaktiot toimivat (l. kirkas valo => silmäluomet kiinni). Teholuokka alle 1 mW.
  • Class 3 ja 3b laserit vaurioittavat silmää jo noin 0.025 sekunnissa (nopeammin kun silmön refeksi normaalisti toimii)
  • Class 4 lasereilla leikataan metallia ja suoritetaan kirurgisia operaatioita

Miksi Suomesta ei saa yli 5 mW laserosoittimia ?

Suomessa voimassa oelvat turvamääräykset kieltävät yli 5 mW laserosoittimien vapaan myymisen, koska yli 5 mW tehoilla saa helposti aikaan silmävaurioita. Terveysministeriö suosittelee ettei laserkynissä käytettäisi yli 3 milliwatin tehoja.

5 mW laserin tehorajalle on fysiologinen syy: silmän räpytysrefleksin nopeus. Raja on noilla main siksi, että kun saat säteen silmääsi, luomi läpsähtää suojaksi ennenkuin suurempaa vahinkoa syntyy.

Usko tai älä - joka kerta kun saat vajaan 5mW laserstäeen silmääsi, menetät pienen osan näköäsi. Terveessä silmässä koherentti valo kohdistuu niin pienelle alueelle, että teholukemat fokuksen kohdalla ovat kamalat/neliömetri ja siellä tappi & sauvasolut kärähtävät ja niin on pieni osa näköä pysyvästi menetetty. Suurennuslasi & aurinko ovat hyvä analogia yllämainitulle.

Miten laserin allonpituus vaikuttaa silmän havaitsemaan sen kirkkauteen ?

Näkyvän aallonpituuden lasereilla nytkkisääntönä on, että mitä pienempi luku, sen kirkkaampi säde. Eimerkiksi vihreä laser on monta kertaa kirkkaampi kuin punainen juuri näkökyvyn rajoilla oleva säde. Esimerkiksi 1mW vihreä näyttää monta kertaa kirkkaammalta kuin 15mW / 670nm punainen HeNe. Jos mennään vielä lyhyempiaaltoisiin lasereihin, kun vihereä, niin sitten silmän herkkyys alkaa taas laskea niin kuin muullakin valolla.

Silmän herkkyyskäyrä aallonpituuksille muistuttaa Gaussin käyrää, ja herkkyys punaiselle on "jyrkässä kohdassa" - siis siten että 10-20nm ero "eri punaisten" aallonpituudessa aistitaan moninkertaisena kirkkauserona.

Millä alueella (nm) ihmissilmä havaitsee laserin ?

Standardivastaus ihmissilmän toiminnasta: silmä havaitsee säteilyä välillä 380 nm - 780 nm.

Tuo on sitten vain standardivastaus, totuus on hieman toisen- lainen. Raportoituja tapauksia tuolta pitkästä päästä (siis punaisesta) on ainakin 900 nm:ään asti, joskin noilla aallon- pituuksilla intensiteetin täytyy olla melkoinen (mahdollisesti jo selmää vaurioittava).

Kaikkein kirkkaimpana ihmissilmä näkee noin 550 nm:n kellan- vihreän. Eli jos riviin laitetaan 1 mW:n lasereita, tuonvärinen näyttää kirkkaimmalta.

Laserdiodeja on saatavilla pitkästä punaisesta hieman kellanpunaiseen (siis lyhimmillään noin 630 nm). Halvimmat pointterit ovat tuolla 670 nm:n nurkilla.

Paljon paremman ja näkyvämmän pointterin saa, jos hankkii 630 nm:n vehkeen. Hinta tosin on sitten jo ainakin kaksin- kolminkertainen. Näkyvä kirkkauskin on sitten samalla teholla kaksin-kolminkertainen.

Mille värisinä puolijohdelasereita on saatavana ?

Laserdiodeja saa helposti tuonne infrapunan puolelle (900 nm ympäristö). Tämän lisäksi on punaisia (vanhemmat 700 nm, uudemmat 630 ympäristössä) ja nykyään myös rajoitetusti sinisiä. Siniset ovat aivan uusia ja mak- savat hunajaa. Niitten saatavuus on myös mitä sattuu.

Lasermoduleina on saatavana myös vihreitä, mutta niissä on hieman toinen toimintaperiaate (laserdiodeilla pumpataan energiaa laseroivaan kitee- seen). Hintaa on enemmän, koska komponentti on monimutkaisempi. Tällaisen pumpatun laserin säteen laatu on huomattavasti pelkkää diodia parempi.

Käytännössä siis laserdiodipuolella näkyvät puolijohdelaserit ovat punaisia.

Onko markkinoilla UV-valoa tuottavia puolijohdelasereita ?

Sinisiä tai sitä lyhyempiä aaltoja tuottavia puolijohdelasereita ei ole markkinoilla vielä. Siniset ovat tulossa, mutta UV:ta saadaan odottaa. Taajuuden kahdentavilla epälineaarisilla kiteillä tuota UV:ta saadaan kyllä sopivasta punaisesta laserista aikaan (esimerkiksi 680 nm antaa 340 nm ulos), mutta hyötysuhde on kurja ja hinta hurja.

Miten toimii valkoista valoa antava valoshossa käytetty laser ?

Valkoisia lasereitakin on tehty. Tosin tässä määritteleminen on hankalaa, mutta showpuolen ihmiset todella puhuvat valkoisista lasereista. Nämä ovat yleensä kaasu- tai väriainelasereita, jotka emittoivat kolmea tai useampaa aallonpituutta, jolloin tuloksena on tiukka valkoiselta näyttävä säde. Toinen vaihtoehto on käyttää kolmea erillistä laseria, joitten säteet yhdistetään jollakin optiikalla. Tämäkään ei ole vallan helppoa.

Miten saan kiinnitettyä laserosoittimen aseen lasertähtäimeksi ?

RS-componentsilla on myynnissä (ainakin 1999 luettelossa) tuollainen laser pidike. Kaikki säädöt tapahtuu kuusiokoloavaimella. Kiinnitys ruuveilla. Suunniteltu halkaisialtaan 15 millisille lasereille, mutta pienellä virittelyllä siihen saa ohuempiakin, koska tuo reikä laserille on säädettävä.

Miten voin hyödyntää laserosoittimesta irrotettua laserdiodia ?

Lasrdiodiohjaimen tekeminen on hieman tarkkuutta ja kokemusta vaativaa puuhaa, koska laserdiodit ovat huvin herkkiä hajoamaan ylivirrasta tai stattisista sähköpurkauksista. Käytännössä nuo diodit kannattaa pitää yhdessä ohjauselektroniikkansa kanssa. Lisäksi tuollainen diodi on keskimäärin varsin tylsä vehje ilman kollimoivaa optiikkaa, joten useimpii tarkoituksiin kannattaa pitää vielä optiikkakin mukana.

Käytännössä jos lasersädettä haluat, kannattaa ottaa se koko lasermoduuli sellaisenaan ja korvata ainoastaan laserosoittimen paristot jollain järkevämmällä saman jännitteen antamalla teholähtellä.

Kuinka tehokas laseri tarvitaan paperin polttamiseen ?

Karkea arvio paperin sytyttämiseen tarvittavasta teholuokasta:

Auringon säteilyn intensiteetti on noin 1 kW/m2. Suurennuslasin (= polttolasin) halkaisija on 3 cm. Tämä tuottaa pinta-alaksi noin 7 cm2, joten suurennuslasin alueelle tulee säteilytehoa noin 700 mW. Kun tämä fokusoidaan paperinpalalla, kyllä kärähtää.

Itse asiassa tuohon syttymiseen vaikuttaa ainoastaan lämp|tila ja sytytettävä materiaali. Lämmitysteholla ei ole niinkään suoranaista merkitystä, pienempi teho riittää, jos se on fokusoitu pienelle alueelle. Tosin tässäkin tulee raja vastaan lämm|njohta- vuuden kautta.

Parhaiten syttyy säteilyä hyvin absorboiva (= musta) materiaali, jolla on matala leimahduspiste ja huono lämmönjohtavuus. Toisaalta kiiltävä materiaali, jolla on korkea leimahduspiste ja hyvä lämmönjohtavuus, on huono syttymään. Eli se tarvittava teho riippuu paljon millaisessa sovellutuksessa tuota laseria käytetään.

Elektroniputket

Mistä saa ostaa osia putkivahvistimiin ?

Putkivahvistien komponenttien saatavuus on hiukan heikohko verrattuna muihin elektroniikan komponentteihin. Seuraavia putkituotteiden hankinpaikkoja uutisryhmässä on mainittu:

  • Antique Electronics Supply on USA:ssa toimiva putkialaitteiden tarvikkeita myyvä liike, jolla on webbisivut osoitteessa http://www.tubesandmore.com/
  • Yleiselektroniikasta saat ainakin 33+33uF/450V yhdistelmäkonkondensaattoria ja heillä on luettelossaan aksiaalisia Panasonicin 450 V elkoja, webbisivut osoitteessa http://www.yeoy.fi/
  • Salon Yhteishuolto Oy pitää varastoissaan joitain yleisimpiä putkityyppejä, webbisivut osoitteessa http://www.salonyhteishuolto.fi/
  • RS Electronics katalogissa on yksi pieni päätemuuntaja (3.5W, 15-20 euroa), saatavana esimerkiksi Yleiselektroniikan kautta tilaamalla
  • Tampereella T:mi K Salminen (03-2550343 arkisin 13- 16.30) myy kaikenlaisia putkitarvikkeita, myös päätemuuntajia
  • Turussa Intertrafo tekee muuntajia tilauksesta, webbisivut osoitteessa http://www.intertrafo.fi/
  • Bebekillä on myynnissä muutamia verkkomuuntajamalleja, joista saa ulos putkilaitteissa tarvittavia käyttöjännitteitä, webbisivuit osoitteessa http://www.bebek.fi/
  • Radio-Duo Helsingissä myy putkia (kohtalainen valikoima) ja heidän kauttaan saa audiomuuntajia (mittatilauksenakin) sekä putkilaitteiden kondensaattoreita
  • Kananadalainen Hammond Manufacturing valmistaa päätemuuntajia, webbisivut osoitteessa http://www.hammondmfg.com/, tuotteiden tilaamista voinee kysellä LECTRON ENGINEERINGin kautta (e-mail: [email protected], puh (09) 548 1548)
Vanhoista putkilaitteista voi löytää käyttöön sopivia päätemuuntajia. Kitaravahvistimienkin päätemuuntajia voi yrittää soveltaa, jos paras hifilaatu ei ole vaatimuksena.

Miten on tullien kanssa kun tilaa elektroniikkakomponentteja ulkomailta ?

Elektroniikkakomponenttien tulliprosentti ei ole vakio, vaan riippuu komponenttityypistä. Nyrkkisääntönä voi sanoa, että kun tilaa tavaraa lentopostilla ja maksaa ALV:n ja virkailijan tämän päälle määräämät tullit, niin loppuhinta markkoina on noin 8 * ostoksen dollarihinta. Toisille komponenteille tulli on jopa 0% ja toisille taas 3 %. Tämä riippunee hyvin paljon siitä millaista komponettiteollisuutta kotimarkkinoillamme on ja mitä ei. Komponentteja tilatessa on mahdollista, että joudut tullissa etsimään tulliluettelosta kyseisen komponenttityypin, jotta tullivirkailija pystyy osoittamaan maksettavan tullin määrän.

Kauanko kitaravahvistimien putket kestävät ?

Yhden pääteputken soitinvahvistime (esim. Fender Champ) ovat tyypillisesti puhtaasti A-luokassa toimivia. Harva näitä laitteita niin aktiivisesti keikoilla käyttää, että putkien kulutus kovin suureksi kasvaisi. Pääteputkihan näissä on yleensä se mitä tarvitsee vaihtaa. Soundi on paras mittari näissä koneissa putken vaihdon suhteen. Kun rupinen soundi muuttuu vielä rupisemmaksi ja se alunperinkin vähäinen hönkä tosissaan loppuu niin vaihdon aika on koittanut.

Miten biasoinnin säätö on tehty putkivahvistimissa ?

Biasointi on suomeksi toimintapisteen säätö. Käytännössä se tarkoittaa putken lepovirran säätöä. Lepovirran säätö on ikäänkuin auton tyhjäkäynnin säätö; kun putken virta on liian ääni on vähän epämusikaalinen (ylimenosäröä) eikä oikein syty hyvin. Jos tyhjäkäyntivirta on liian suuri (ikäänkuin A-luokkaan päin) pääteaste reagoi herkästi signaaliin, mutta putkien kuluminen on nopeampaa. BIAS-säädöistä on tehty numeroa, sillä jotkut elävät ko. duunia tekemällä (leveästikin USA:ssa) . On luonnollisesti selvää, että putkista saa parhaan hyödyn, kun toimintapiste on optimaalinen, mutta vaikka asetukset eivät olisikaan ihan optimaalisia, niin yleensä homma toimii vielä aika hyvin.

Pääteputkilla biasointihomma hoituu taloudellisesti siten, että käyttää samannumeroisia pääteputkia kuin mihin kone on säädetty. Tällöin voi saada kaupasta vaihtoputket jopa reissun päällä. Fendereissä ja Marshalleissa pääteputkien lepovirta tavallisesti on 28-35 mA per putki. On eduksi, mikäli putkien tai parien virrat ovat mahdollisimman yhtäsuuret. Silloin anodijännitteen brummi kumoutuu päätemuuntajassa.

Katodibiasoiduilla vahvistimilla toimintapisteen säätö tapahtuu tyypillisesti katodivastuksen arvoa muuttamalla. Tähän ei yleensä ole tarvetta sillä katodibiasoiduissa pääteasteissa toleranssit ovat melko suuret.

Kiinteää hilaetujännitelähdettä käyttävillä vahvistimilla toimintapiste säädetään hilaetujännitettä muuttamalla (fixed-bias). Tätä varten voi vahvistimessa olla potikka tai sitten täytyy vaihdella yleensä yhtä vastusta.

Nyrkkisääntönä voi pitää, että kun anodit alkavat hehkumaan (ne päälimmäiset elektroidit) niin silloin putket käyvät ihan liian kuumana ja niiden elin ikä on todella lyhyt. Kaikki tämän alle vaikuttaa lähinnä vahvistimen säröytymiseen sekä maksimi tehoon.

Putkityypille on datalehdissä määritelty maksimi anodihäviöteho wateissa. Kun mitataan anodin ja katodin välinen jännite-ero ja sijoitetaan tämä ja anodihäviö kaavaan I=P/U saadaan maksimi lepovirta. Putkea ei kannata säätää kitaravahvistimissa näin suurelle lepovirralle vaan johonkin 0.6*I tienoolle. HiFi vahvistimet ovat asia erikseen.

Putkivahvistimien biasoinnista löytyy lisää juttua osoitteesta http://duncanamps.simplenet.com/technical/scopebias.html.

Releet

Mistä löydän verkkovirran ohjaamiseen sopivia releitä ?

Esmi on tehnyt sopivia releitä laajalla kelan jännitealueella (ainakin 12, 24, 48, 110 ja 230V, sekä AC ja DC). Releille on saatavissa DIN-kiskoon sopiva kantakin. Kärkien virtakestoja näissä on yleensä 10 tai 16A ja varustetut yhdellä tai kahdella vaihtokoskettimella. Näitä lienee saatavissa sähköasennusliikkeistä, tosin satavilla olevat mallit voivat olla pääasiassa noita 230V ja 24V malleja, mutta tilaamalla saa muutakin.

Millaisella kytkennällä voin pistaa releen koskettimien kipinöintiä ?

Pieni kondensaattori tarpeeksi suurella jännitekestoisuudella (1500 V) releen kontaktien yli voi auttaa estämään kipinöintiä. Pelkkää kondensaattoria parempi ratkaisu on kuitenkin kärkien yli sarjassa olevia kondensaattoria (100nF..470nF, 250VAC, X) ja vastusta (50R..100R, 1/2W), jotta uusia häiriöitä ei esiintyisi latautuneen kondensaattorin purkautuessa kärkien sulkeutuessa.

Näitä kondensaattoreita käytettäessä kannattaa muistaa, että nuo kondensaattorit päästävät jonkin verran virtaa lävitseen kun releen koskettimet ovat auki, joten ne eivät sovellu käytettäväksi kaikkiin sovellutuksiin.

Mistä löydän releen, joka napinpainalluksesta menee päälle ja seuraavasta sammuu ?

Esimerkiksi Esmi on tehnyt sysäysreleiksi kutsuttuja releitä vähän joka jännitteelle (ainakin 12, 24, 48, 110 ja 230V) sekä vaihto- ja tasajännitteille.

Jos haluat tehdä saman toiminnon elektronisesti ja käyttää ulostulossa tavallista relettä, niin kokeile seuraavaa kytkentäideaa: 


                       GND            Vcc
                        |              |
                  +------------+     [COIL]
                  |   __|___   |       |
                  |  |  s   |  |       C
                  +--|D    Q|----[R]--B  NPN
 ohjauspulssi -------|ck    |  |       E
                     |    Q-|--+       |
                     |__r___|         GND
                        | 4013
                       GND
Tässä [COIL] on releen kela, jossa rinnalla tarvittava suojadiodi.

Tomi Engdahl <[email protected]>


Back to home page