Elektroniikan Teoriaa

Julkaistu: torstai 9.2.2017

Tälle sivulle kootaan tietoa elektroniikan eri aihealueista teorian muodossa. Asioita on pyritty havainnollistamaan ns. maallikon termein, mutta aina se ei ole välttämättä kovin helppoa.

Elektroniikan teoriaa oppii parhaiten tietenkin koulun penkillä, mutta käytännössä aina tämä mahdollisuus ei kaikille halukkaille avaudu. Olen sivustolle pyrkinyt selittämään ainakin perusasioita, joita elektroniikan parissa puuhaillessa tarvitsee tietää. Olen myös pyrkinyt selittämään asiat maallikkotermein tai muuten vain mahdollisimman ymmärrettävästi. Mikäli huomaat asiavirheitä tai suorastaan pöyristyttävän väärää tietoa, arvostaisin suuresti että antaisit palautetta info sivujen kautta!

Bypass kondensaattori

Bypass kondensaattorilla tarkoitetaan ns. ohituskondensaattoria. Tämän avulla mikropiireille syötettävää käyttöjännitettä voidaan tasata ja siitä voidaan suodattaa häiriöitä pois. Kondensaattorithan toimivat siten, että ne estävät tasasignaalin pääsyn lävitseen, päästäen kuitenkin vaihtosignaalit etenemään. Kun kondensaattori kytketään sopivasti piirin lähelle, voidaan sillä suodattaa pois ikäviä häiriöitä kytkennästä sekä tasata piirin tarvitsemia virtapiikkejä. Alla olevassa kuvassa on piirrettynä IC-piiri ilman by-pass kondensaattoria ja sen kanssa. Kondensaattori pyritään sijoittamaan aina mahdollisimman lähelle piiriä, minkä käyttöjännitettä ...jatka lukemista!

Kondensaattorit rinnankytkennässä

Kuten otsikko jo kertoo, käsitellään tässä kappaleessa kondensaattoreiden rinnankytkentää. Rinnankytkentä lieneekin tuttu juttu, mutta mikäli ei ole, niin kannattaa lukea ensin vastusjuttu missä on kerrottu sarjaan ja rinnankytkennän ero. Kondensaattoreiden rinnan kytkemisessä ei ole vastuksiin verrattuna mitään eroa: ne kytketään samalla tavalla rinnan kuten vastuksetkin. Miksi kondensaattoreita kytketään rinnan? Yleisesti ottaen siitä syystä, että halutaan kasvattaa kytkennän kokonaiskapasitanssia ja usein myös siksi, että sillä tavalla saadaan kytkentään parempi suodatus eritaajuisille ...jatka lukemista!

Kondensaattorit sarjakytkennässä

Kuten otsikko jo kertoo, käsitellään tässä osassa kondensaattoreiden sarjakytkentää. Sarjakytkentä lieneekin tuttu asia, mutta mikäli ei ole, niin kannattaa lukea ensin vastuksista, missä on kerrottu sarjaan ja rinnankytkennän ero. Kondensaattoreiden sarjaan kytkemisessä sinänsä ei ole vastuksiin verrattuna mitään eroa: ne kytketään samalla tavalla sarjaan kuten vastuksetkin. Miksi kondensaattoreita kytketään sarjaan? Yleensä ei kytketäkään, jos on saatavilla sopivia kapasitanssiarvoja. Mikäli ei ole, niin sarjaankytkennällä voidaan muokata kahdesta eri kapasitanssista kolmas kapasitanssiarvo, joka ...jatka lukemista!

Kondensaattorin varautuminen ja purkautuminen

Jos et ole lukenut perusasioita kondensaattoreista, suosittelen lukemaan aluksi sen, jonka jälkeen voit jatkaa lukemista tästä. Kondensaattori varautuu siis hetkessä, jos se kytketään suoraan jännitelähteeseen. Kondensaattori voi ottaa tällöin suuria määriä virtoja erittäin lyhyen ajan. Vastaavasti kondensaattori kykenee antamaan nopeasti virtaa sitä tarvitsevalle laitteelle tai piirille. Kondensaattoria voidaan ladata hitaamminkin vastuksen avulla ja tällöin puhutaan RC-piiristä (R=vastus, C=kondensaattori, looginen nimeäminen). Kondensaattoria voidaan myös purkaa vastuksen avulla, jolloin edelleen puhutaan RC-piiristä. ...jatka lukemista!

AD-muunnin

AD-muuntimen nimi tulee sanoista Analog-to-Digital ja tällä tarkoitetaan usein mikropiiriä tai muuta kytkentää, joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseen, tietokoneen tai mikroprosessorin ymmärtämään muotoon - eli biteiksi. Mikäli analoginen signaali ei vielä ole tuttu, kannattaa vilkaista juttua analogisesta signaalista. AD-muuntimia löytyy erillisinä piireinä ja monissa mikrokontrollereissa (MCU) AD-muunnin on integroitu mikrokontrollerin sisälle. AD-muunninta tarvitaan aina silloin, kun esimerkiksi ääntä, valoa, lämpötilaa, resistanssia, painetta tai puristusta tai esimerkiksi radiotaajuutta täytyy muuttaa digitaaliseen formaattiin ...jatka lukemista!

Analoginen matriisi

Analoginen matriisi on kytkentä, missä matriisin eri pisteissä on esimerkiksi vastusten avulla muodostettu eri jännite matriisin pisteisiin. Helpoiten eri jännitteiden muodostaminen tehdään vastusten avulla, ja esimerkiksi kytkinmatriisi voidaan tällä tavalla toteuttaa analogisella menetelmällä. Analoginen matriisikytkentä näppäimistölle saadaan aikaiseksi jännitejakokytkennän ja kytkinten avulla. Jännitteenjaolla on mahdollista saada periaatteessa mikä tahansa jännite aikaiseksi, mutta käytännössä meitä rajoittaa vain käytettävissä olevat vastusarvot. Alla on esitetty kytkentä, kuinka erilaisia jännitearvoja kullekin näppäimelle matriisissa saadaan tehtyä. Kuten ...jatka lukemista!

H-Silta

H-silta on elektroninen kytkentä, joka nimensä mukaisesti näyttää H-kirjaimelta. Tosin nimensä mukaisesti se ei ole oikeasti mikään silta, sitä nyt vain jostain historiallisesta syystä kutsutaan sellaiseksi. Mihin H-siltaa tarvitaan? H-siltaa käytetään useimmiten moottorin ohjaukseen, kun moottorille tarvitaan kaksisuuntainen ohjaus. Oikeastaan mikä tahansa kuorma, missä virran pitää päästä kulkemaan kahteen eri suuntaan voidaan kytkeä tähän. H-silta koostuu aina neljästä transistorista, joista kaksi on PNP-tyyppistä ja kaksi on NPN-tyyppistä (tai P- ja ...jatka lukemista!

Analoginen signaali

Tietotekniikassa, elektroniikassa, mekaniikassa, pneumatiikassa hydrauliikassa ja monissa muissa systeemeissä järjestelmään vaikuttava signaali tai syöte voi olla analoginen. Reaalimaailmassa kaikki luonnolliset signaalit ovat analogisia, kuten esimerkiksi ääni, valo, lämpö, radiotaajuudet, paine jne. Esimerkiksi kaasuventtiilin läpi virtaavan kaasun määrä on suhteessa venttiilin asentoon. Kun venttiilin asentoa muutetaan hieman, virtaavan kaasun määrä muuttuu ja näin ollen kaasuvirtausten säätäminen tekee kaasun virtauksesta analogista venttiiliin säätöön nähden. Elektroniikassa analogisia signaaleita käytetään usein "välisignaaleina" (oma termi) ...jatka lukemista!

RC-piiri

Seuraavaksi tarkastelun aiheeksi otetaan RC-piiri. Käsitellään aihetta ensin yleisesti ja käytännön läheisesti ja siirrytään sitten laskukaavoihin (päinvastoin kuin kouluissa siis)... RC-piiri tunnetaan myös nimellä RC-piiri, RC-filtteri (eli suodatin) tai RC-verkko. RC-piiri on vastuksen ja kondensaattorin muodostama piiri, missä kondensaattoria puretaan tai varataan vastuksen avulla. Tämän piirin avulla voidaan muodostaa mm. suodattimia ja kyseinen piiri on monessa elektroniikan sovelluksessa tärkeä kytkennän toiminnan kannalta. RC-piirin yleinen käyttö analogiatekniikassa lienee toimia jonkin aktiivisen ...jatka lukemista!

Jännitteenjakokytkentä / jännitejako

Jännitejaolla tarkoitetaan sellaista kytkentää, missä kahden tai useamman komponentin yli muodostuu tietyn suuruinen jännite. Jännitteen arvo määräytyy komponentin arvojen perusteella ja sarjakomponentit voivat olla lähes mitä komponentteja tahansa. Yleensä jännitteenjakokytkennässä käytetään kuitenkin kahta vastusta, joiden arvo mitoitetaan haluttuun suuruuteen. Jännitejaolla voidaan siis luoda yhdestä jännitteestä mikä tahansa alempi jännite. Jännitteenjakokytkentä kaavoineen kahdelle vastukselle näkyy kuvassa alla. Kuvassa näkyy siis kaksi sarjaankytkettyä vastusta, jotka ovat 5 voltin potentiaaliin kytketty. Jos tiedetään ...jatka lukemista!

Kirchoffin 2. laki – jännitelaki

Sähköteoriassa mielestäni yhtä olennainen peruslaki ohmin lain rinnalla on Gustav Kirchoffin esittelemä jännitelaki. Sen mukaan suljetussa virtapiirissä "Suunnatusti yhteenlaskettujen potentiaalierojen summa on nolla" Vapaasti lainattu Wikipediasta. Aluksi kuulostaa hieman hämärältä selostukselta, mutta tässä kappaleessa yritän tutustuttaa lukijaa tarkemmin siihen, mitä tämä oikeastaaan tarkoittaa. Joten aloitetaanpa. Edellä mainittu fraasi tarkoittaa käytännössä sitä, että kytkennässä täytyy olla yhtä paljon jännitehäviötä kuin siinä on jännitettäkin. Fysiikassa analoginen ilmaisu lienee voiman ja vastavoiman laki. Siinä jokaista voimaa ...jatka lukemista!

Kirchoffin 1. laki – virtalaki

Ohmin lain rinnalla on olemassa tärkeät Kirchoffin ensimmäinen ja toinen laki. Ensimmäinen laki on virtalaki, mitä tämä kappale käsittelee ja toinen on Kirchoffin jännitelaki. Kirchoffin virtalaki menee vapaasti lainaten näin: piirissä jokaisen pisteen tulovirta on yhtä suuri kuin pisteestä poistuva virta, näin ollen solmupistessä oleva virta on aina nolla. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että jokaiseen virtapiirin pisteeseen tulee tietty määrä virtaa ja siitä lähtee pois yhtä suuri määrä virtaa. Virran kulku ...jatka lukemista!

Teho ja Watit

Tällä sivulla kerrotaan perusasiat sähkötehon kulutuksesta ja tehohäviöistä. Ennen tämän sivun lukemista on suositeltavaa, että luet sivun missä kerrotaan ohmin laista tai jos et ole lukenut sitä, niin olisi hyvä että ymmärrät kyseisen asian. Sähkötekniikassa puhutaan usein aiheesta sähköteho ja siihen liittyen sähkönkulutuksen wateista. Sähkötehoa merkitään symbolilla P ja sitä mitataan watteina, jonka symboli on W. Sähköteho aiheutuu piirissä aina jännitteestä (U tai V) ja virrasta (I). Sähköteho muuttuu komponentissa lämmöksi, ...jatka lukemista!

Ohmin laki

Ohmin laki on kenties tunnetuin laki sähköopissa. "Tarkan" teorian voit lukea ohmin laki sivuilta wikipediasta, mutta tähän olen yrittänyt selittää sen mahdollisimman ymmärrettävästi niille, joille se on vasta opiskelun alla. Ohmin laki kertoo käyttäjälleen yhden tuntemattoman arvon, kun kaksi muuta suuretta on tiedossa. Ohmin laki on jännitteen (U/V), virran (I) ja vastuksen (R) suhde ja sen avulla ratkaistaan monia perusasioita elektroniikan suunnittelussa. Jos et täysin ymmärrä jännitteen ja virran eroa, niin lue "jännite ...jatka lukemista!

Jännite ja virta

Yleensä kaikki laitteet tarvitsevat jonkin näköisen käyttöjännitteen toimiakseen. Lisäksi ne kuluttavat virtaa. Jännitettä merkitään tunnuksella V (monesti myös U) ja virtaa tunnuksella I. Englannin kieliset termit ovat vastaavasti voltage ja current. Jännite on kahden kappaleen välinen sähköinen potentiaaliero. Tämä tarkoittaa siis sitä, että kahden sähköä johtavan esineen välillä on erisuuruinen jännite. Asiaa voidaan verrata vaikkapa kahteen juomalasiin. Toinen lasi on täynnä vettä ja toinen lasi on puolillaan. Lasien nestepintojen välillä on siis ero, ...jatka lukemista!