Vastukset

Tässä kirjoituksessa on lähinnä tarkoituksena selventää vastuksen merkitystä elektroniikassa ja olen yrittänyt suunnata tekstin niille, jotka eivät ole asioista niin perillä.

Vastuksen merkitys

Vastukset ovat elektroniikan komponentteja joilla rajoitetaan virran kulkua. Se miten voimakkaasti ne rajoittavat virran kulkua riippuu olennaisesti vastuksen resistanssiarvosta, jota merkitään ohmeilla Ω. Vastuksen resistanssiarvo voi olla vakio tai sitä voidaan säätää tai se säätyy itsestään jonkun muun asian (esim. lämpötilan) mukaan. Vastus on elektroniikan passiivikomponenteista yleensä ensimmäinen joka esitellään ja tähän kontekstiin lisäten väitän, että vastus on passiivikomponenteista "se ensimmäinen komponentti".

Vastukseen jää myös aina jonkun suuruinen jännitehäviö, joka tietenkin riippuu siitä, miten paljon tai vähän virtaa vastuksen läpi kulkee. Jännite ja virta muodostavat vastukseen puolestaan tehohäviön ja ylimääräinen teho poistuu vastuksesta lämpösäteilynä.

"Miksi virtaa pitäisi rajoittaa?"

No esimerkiksi siksi, että ei haluta rikkoa mitään komponenttia. Virta ja jännite ovat toisistaan riippuvaisia suureita: virtaa ei kulje ilman jännitettä ja jännite-ero saa aikaan virran kulun. Komponentteja usein hajoaa liiallisen virran tai jännitteen vuoksi. Tai itse asiassa niitä hajottaa virran ja jännitteen aikaan saama komponentin lämpiäminen eli muodostuva liian suuri tehohäviö tai korkean jännitteen läpilyönti, mikä rikkoo laitteita fyysisesti (vrt. salaman isku).

Yleisimpiä vastuksia ovat tavalliset hiilikalvovastukset ja ne kestävät 0,25 wattia (W) tehoa. Kun niihin jää 0,25 wattia suurempi tehohäviö, niin vastukset palavat rikki. Hetkellisesti kuitenkin vastukset voivat kestää jopa 1 watin suuruisia tehohäviöitä, mutta siis vain HETKELLISESTI. Poikkeuksena tietenkin tehovastukset joiden tehonkesto on huomattavasti suurempi, mutta niistä ei mainita nyt tämän enempää. Tehojutuista lisää "Ohmin laki" -sivulta.

 

Kuvassa on erilaisia vastuksia. Kuva on Wikipediasta linkattu ja klikkaamalla kuvaa pääset Wikipedian artikkeliin vastuksista. Kannattaa lukea Wikipedian artikkeli, siellä kerrotaan hieman syvällisemmin näistä komponenteista.

"Missäs mä sitten käytän näitä vastuksia?"

Aloitteleva elektroniikkaharrastelija voi tietenkin ihmetellä tällaista asiaa. Voidaan kai luotettavasti vastata, että esimerkiksi niissä ensimmäisissä LED-kytkennöissä, joita varmaan rakentelet. Koska joillekin laitteille tai komponenteille on olemassa rajat siinä, miten paljon niille saa antaa virtaa, täytyy niiden virtaa rajoittaa vastuksilla ja LED-kytkennät ovat hyvä esimerkki tästä. LED:eistä löydät lisää asiaa täältä. Vastusten sarjaan- ja rinnankytkennöistä on kerrottu alla.

Ovatko vastukset kalliita?

Eivät ole. Vastukset maksavat muutaman sentin/kappale ja niitä kannattaakin ostaa kerralla aina enemmän. Hyviä elektroniikkakauppoja on listattu linkit-sivulla.

Lisätietoa

Metku.net sivuilla on opas nimeltään "Modaajan lyhyt sähköoppi" josta selviää myös näitä sähköteknisiä asioita. Mielestäni kyseinen opas on ehdottomasti lukemisen arvoinen.

Vastusten kytkennät

Vaikka internet on pullollaan erilaisia selityksiä ja teorioita elektroniikasta ja komponenttien toiminnasta, niin tässä yritetään selittää Matti Meikäläisen kielellä elektroniikan perusasioita. Joten, perehdytäänpä vastuksilla tehtäviin kytkentöihin ja selvitetään rinnan- ja sarjaan kytkentöjen tarkoitukset, sekä miten niitä lasketaan.

Vastuksilla voidaan tehdä monenlaisia jänniä juttuja ja esimerkiksi lämpötilan mukaan "säätyvä" vastus on kätevä lämpömittarisovellutuksissa. Tässä ei nyt kuitenkaan perehdytä näihin erikoisempiin vastuksiin, vaan pysytään tavallisissa 0,25 wattia kestävissä vastuksissa.

Vastusten sarjaankytkennät

Kun vastuksia kytketään sarjaan, niin kytkennän kokonaisresistanssi voidaan laskea erityisen helposti - lasket vain resistanssit yhteen. Helppoa. Mutta siis hetkinen, sarjaan kytkentä - mitäs se nyt tarkoittaakaan?

Vastusten sarjaankytkentä

Oheinen kuva esittää kahden vastuksen sarjaan kytkentää. Kuvassa vastukset ovat kytketty peräkkäin, eli sarjaan. Väännetään rautalangasta vieläkin: siis vastuksen A toinen jalka menee vastuksen B toiseen jalkaan. "Ylimääräiset" jalat kytketään siihen kohtaan muuta kytkentää, missä kyseisen vastussarjan on oltava. Vastuksia voi olla sarjassa rajattomasti, mutta yleensä sarjaan kytketään vastuksia vain järjellisistä syistä, kuten tietyn resistanssiarvon saavuttamiseksi.

Asiaa helpottaa monesti se, että sarjaan kytkettyjä vastuksia voidaan ajatella yhtenä kokonaisena vastuksena kytkennässä. Esimerkiksi laskuissa tämä helpottaa ja monesti myös muissakin asioissa.

Sarjaan kytkettyjen vastuksien kokonaisresistanssi siis:

Rkok = R1 + R2 + . . . + Rn

Sarjaan kytketyille vastuksille jää jokaisen vastuksen yli eri jännitehäviö, joka lasketaan tietenkin ohmin lain kaavasta.

Vastusten rinnankytkennät

 

Vastusten rinnankytkentä

Vastuksia voidaan kytkeä myös rinnan. Parhaiten termin ehkä käsittää oheisesta kuvasta.

Vastukset A ja B on kytketty toistensa rinnalle ja virta pääsee kulkemaan kahta eri reittiä. Kummassakin reitissä kulkevan virran suuruuden määrää vastuksen arvo. Jos kyseessä on kovin pieni vastus, niin virtaa kulkee paljon. Suurella vastuksella ei tietenkään virtaa voi paljoa kulkea. Suuri vastus tarkoittaa yleensä sellaista vastusta jonka resistanssi lähenee 1 megaohmia tai on sen yli. Tällöin kulkevan virran suuruus on pieni, mutta se toki riippuu jännitteestä.

Kytkennästä ei voida laskea kokonaisvastusta samalla tavalla, kuten sarjaan kytkennässä, sillä virta kulkee kahta eri reittiä (Tästä päästäisiin jouhevasti Kirchoffin lakeihin, mutta ei niistä nyt tällä kertaa). Kokonaisvastuksen suuruus voidaan kuitenkin määrittää kahden vastuksen rinnankytkennässä seuraavasti:

 

Kahden vastuksen rinnankytkennän kaava

Jos vastuksia on useampia, niin kokonaisresistanssi voidaan määrittää seuraavasti:

Kahden vastuksen rinnankytkennän kaava

Eli lisättävien vastuksien arvot sijoitetaan kaavaan ja siitä vain lasketaan. Muista nyt kuitenkin, että käytät alempaa kaavaa silloin, kun vastuksia on enemmän kuin kaksi. Kaava 1 on nopea laskea kun on vain kahden vastuksen rinnankytkentä.