Kelat

Erilaisia keloja

Kelat eli (nyt meni) käämit, ovat elektroniikan passiivisia komponentteja jotka koostuvat johtimesta ja myös hyvin usein jonkinnäköisestä sydänaineesta, kuten ferriitistä, raudasta tai muusta vastaavasta korkean permeabiliteetin aineesta.

Kelan läpi kulkee kytkennässä yleensä aina virtaa, koska kela useimmiten on virtapiirin osa joko suodattimena, energiavarastona, oskillaattorina tai jopa näinä kaikkina.

Kelan ominaisuuksiin kuuluu se, että kelaan varastoitunut energia säilyy kelan magneettikentässä, näin ollen energiattomaan kelaan vaikuttaa huomattavasti sen ympärillä oleva ulkopuolinen magneettikenttä, joka voi olla muodostunut luonnostaan tai sitten jonkin toisen elektroniikka-aparaatin aiheuttamana.

Keloja käytetäänkin sen vuoksi laitteissa, joissa jokin toiminnallinen osa perustuu sähkömagnetismiin (esimerkiksi dynaamiset mikrofonit, metallinpaljastimet, RF-laitteet jne).

Kelan piirikaaviomerkki

Kela piirretään piirikaavioissa alla olevalla symbolilla silloin, kun kyseessä on ilmasydämellinen eli ilman sydäntä oleva kela. Eli vielä yksinkertaistaen, johdinta on kääritty kelalle:

Kelan piirikaaviosymboli

 

Kun käytetään kelaa, jossa on rautasydän, niin piirikaaviomerkkinä on seuraava:

Kelan piirikaaviosymboli

Ja kun käytetään ferriittisydäntä piirretään seuraavasti:

Kelan piirikaaviosymboli

Myös säädettäviä keloja (ehkä vähän harvinaisempia nykyään) on olemassa ja niistä piirrosmerkkinä käytetään:

Kelan piirikaaviosymboli

 

Monesti piirikaavioissa piirretään myös piste kelan jompaan kumpaan päähän. Tämä merkintä ilmoittaa kumpi kelan päistä on lähempänä kelan sydäntä, eli käytännöss mistä kelan tekeminen on aloitettu. Tällä on joissain sovelluksissa väliä, mutta ei välttämättä kaikissa. Niissä kytkennöissä missä kela voi olla kumminpäin tahansa, ei pistettä ole yleensä merkitty.

Kelan sydän

Kela voi olla sydämmetön tai sydämmellinen. Sydämmellisellä kelalla saadaan aikaan suurempi induktanssiarvo, jolloin kelan ei tarvitse olla fyysisesti niin suuri kuin vastaavan ilmasydämmellisen kelan.

Ilmasydämmellisiä keloja käytetään usein audiopiireissä ja mm. jakosuotimissa nämä ovat hyvin suosittuja. Autosoundin sivulla onkin hyvin kerrottu jakosuotimista ja sieltä voi aihetta opiskella lisää, mikäli kiinnostaa.

Kelan sydämmellä on suurin vaikutus kelan induktanssiin, josta selitetään seuraavana.

Induktanssi

Kelan olennaisin ominaisuus elektroniikkaa ajatellen on sen induktanssi. Induktanssi määrittelee mm. sen, millaisissa sovelluksissa kelaa voidaan käyttää. Esimerkiksi hakkuripiirissä liian pieni induktanssi kelassa aiheuttaa kelan saturoitumisen, eli kyllästymisen, jonka jälkeen kytkentä ei toimi luotettavasti tai jos toimii, niin kela kuumentuu ja pahimmassa tapauksessa palaa poikki.

Kelan induktanssin yksikkö on henry (H) ja se käytännössä kuvaa kelan kykyä vastustaa sähkövirran muutosta.

Kelan kyvystä vastustaa virranmuutosta aiheutuu se, että jännite kelan päissä nousee. Vastaavasti taas nopeat jännitepiikit "eliminoituvat" kelaan ja kela toimii suodattimena tietyille taajuuksille. Nämä kaikki riippuvat, kuten mainittu, induktanssista.

Muistisääntönä kelan induktanssista, jännitteesta ja virrasta on wikipediassa hyvin mainittu seuraava lause:

"kela, jonka induktanssi on 1 H, muodostaa päidensä yli 1 V jännitteen, kun sen läpi kulkeva virta muuttuu 1 A/s (ampeerin sekunnissa)."

Kelan tehohäviö ja hyvyysluku Q

Koska kela koostuu johtimesta ja johtimella on aina resistanssia, täytyy kelallakin olla resistanssia.

Koska kelalla on resistanssia, kelaan jää tehoa silloin kun sen läpi kulkee virtaa. Se kuinka paljon kela muuttaa energiaansa lämmöksi, riippuu kelan hyvyysluvusta Q.

Kun Q on suuri, on kelan hyötysuhde hyvä. Vastaavasti jos Q-arvo on pieni, niin kelaan jää enemmän energiaa joka muuttuu lämmöksi.

Kelan mittaaminen

Kelan resistanssin voi mitata yleismittarilla, mutta lukemaa ei kannata tulkita vaihtosähköpiirissä kovin yksiselitteisesti, sillä yleismittari mittaa DC-ominaisuuksia. Suomeksi sanottuna kelan resistanssin avulla saadaan selville siihen jäävä DC-tehohäviö, mutta muita ominaisuuksia yleismittarilla ei saada esille.

Kelan induktanssia voi mitata induktanssimittarilla, jotka toimivat usein myös kapasitanssimittareinakin. Mikäli siis kelojen kanssa ollaan paljon tekemisissä, niin kannattaa hommata LC-mittari.