6. Elektroniikka
Johdanto
Päivittäisessä käytössämme olevat sähkölaitteet vaativat toimiakseen virtalähteen, johtimia ja vastuksia, joihin tutustuimme jo aiemmin. Yksinkertaisen lämmittimen saa rakennettua ainoastaan jännitelähteen ja vastuksen avulla. Monimutkaisemmat laitteet tarvitsevat myös muita komponentteja.
Johdin
Jotta voimme kytkeä laitteita sähköverkkoon, tarvitsemme johtimia. Myös sähkölaitteiden sisältä löytyy paljon johtimia, jotka yhdistävät eri komponentteja toisiinsa. Johtimet ovat yleensä kuparia tai alumiinia, jotka on päällystetty eristävällä muovikerroksella. Muovikerroksen tarkoituksena on estää oikosulut. Jos eriste vioittuu, voi syntyä oikosulku, joka voi pahimmillaan aiheuttaa tulipalon. Tämän takia vanhat sähkölaitteet ovat vaarallisia. Mitä suurempi sähkövirta johtimessa kulkee, sitä paksumpi johdin tarvitaan. Tyypillinen kotona käytetty johdin on poikkipinta-alaltaan 2,5 neliömillimetriä. Vanhoissa taloissa johtimet ovat poikkipinta-alaltaan tavallisesti 1,5 mm2, minkä takia niissä käytetään yleensä pienempiä sulakkeita.
Tyypillisimmät kodin johtimet ovat muovilla pinnoitettuja kuparijohtoja. Myös hiiltä käytetään johtimena sellaisissa paikoissa, joissa pinnat ovat hankauksessa. Kuvan hiilijohdin johtaa sähkövirtaa sähkömoottorille. Kyseiset osat ovat tyypillisimpiä rikkoontumisen aiheuttavia kuluvia osia sähkömoottoreissa. Isoissa voimalinjoissa johdemateriaalina käytetään alumiinia.
Liitin
Sähköjohtimia liitetään toisiin komponentteihin erilaisilla liittimillä. Sopiva liitin valitaan käyttötarkoituksen mukaan. Koulun kokeellisissa töissä käytetään banaaniliittimiä ja hauenleukoja, koska niiden rakentaminen ja purkaminen on helppoa. Hauenleukoja käytetään myös muissa tilapäisissä kytkennöissä. Esimerkiksi auton apukäynnistysjohtojen kytkemiseen käytetään hauenleukaliittimiä. Pysyvämmissä kytkennöissä käytetään esimerkiksi “sokeripaloja”, joihin johdot kiinnitetään ruuvien avulla puristuksiin. Sellaisia on esimerkiksi valaisimissa.
Kytkin
Kytkin on komponentti, jolla virtapiiri saadaan helposti avattua ja suljettua. Monissa laitteissa on turvallisuussyistä kaksi sarjaankytkettyä kytkintä, jolloin toisen käden otteen irtoaminen riittää pysäyttämään terät esimerkiksi pensasleikkurista. Kytkimen toteutus muuttuu haasteellisemmaksi sellaisissa kohteissa, joissa jännite on hyvin suuri. Tällöin kun kytkin lähestyy päälle-asentoa, voi kytkin alkaa kipinöidä.
Vastus
Vastus on komponentti, joka vastustaa sähkövirran kulkua. Vastuksen ominaisuuksia kuvaa resistanssi. Tavallisen vastuksen resistanssi on suunnilleen vakio olosuhteista riippumatta. Monien laitteiden toimintaa ohjataan erikoisvastuksilla, joiden resistanssi muuttuu olosuhteiden mukaan. Vastuksien avulla voidaan säätää sähkövirran suuruus muille komponenteille sopivaksi.
Erilaiset vastukset merkitään värikoodeilla resistanssin mukaan.
Valovastus
Valovastuksen resistanssi riippuu ympäristön valaistuksesta. Resistanssi voi olla pimeässä valtavan suuri, mutta kirkkaassa valossa erittäin pieni. Valovastuksia hyödynnetään esimerkiksi valaistusmittareissa ja hämäräkytkimissä. Valovastuksia kutsutaan myös LDR-vastuksiksi.
Katuvalaistus syttyy automaattisesti illan hämärtyessä.
Termistori
Termistori on vastus, jonka resistanssi riippuu lämpötilasta. Lämpötilasta riippuvia vastuksia on kahdenlaisia. NTC-termistorin (Negative Temperature Coefficient) resistanssi pienentyy, kun lämpötila kasvaa. PTC-termistorin (Positive Temperature Coefficient) resistanssi kasvaa, kun lämpötila kasvaa. NTC-termistoreja käytetään esimerkiksi lämpömittareissa. PTC-termistoreja käytetään esimerkiksi ylikuormitussuojana. Piirrosmerkissä termistorin tyyppi ilmoitetaan merkinnällä –1 (Negative) tai +1 (Positive).
Säätövastus
Säätövastus on vastus, jonka resistanssia käyttäjä voi muuttaa säätimen avulla. Säätövastuksia käytetään esimerkiksi äänenvoimakkuuden ja valaistuksen säätämiseen.
Diodi
Diodi on komponentti, joka päästää sähkövirtaa vain toiseen suuntaan. Diodi on kytketty päästösuuntaan, kun se päästää sähkövirtaa läpi ja estosuunnassa, kun sähkövirta ei pääse läpi. Diodin avulla vaihtovirtaa saadaan muunnettua tasavirraksi.
Kuvan virtapiirissä diodi on asetettu päästösuuntaan, jolloin lamppu palaa. Diodin piirrosmerkissä nuoli kuvaa virran kulkusuuntaa.
Hohtodiodi eli LED
Ledi tai hohtodiodi on diodi, joka hohtaa valoa. Nimensä mukaisesti kyseessä on diodi, joten virta kulkee vain päästösuunnassa. Ledejä käytetään merkkivaloina, näyttöruuduissa ja valaistuksessa. Ledit toimivat varsin pienellä sähköenergialla eivätkä ole kovin herkkiä särkymään. Ledien yleistymistä valaistuksessa rajoitti pitkään liian alhainen valaisuteho ja ongelma saada aikaan valkoista valoa.
Transistori
Transistori on komponentti, joka on mahdollistanut elektroniikan kehittymisen nykyiseen laajuuteen. Transistoreja on monenlaisia ja niitä käytetään esimerkiksi vahvistimena ja kytkimenä. Transistori mahdollistaa sen, että pienellä ohjausjännitteellä voidaan ohjata suurempaa virtapiiriä.
Piirilevy ja mikropiiri
Erilaiset komponentit kasataan piirilevylle. Kiinnitys tehdään juotoskolvilla juottamalla. Monimutkaisempien piirilevyjen valmistaminen on pitkälti automatisoitua. Monista laitteista löytyy myös mikropiirejä. Mikropiirit ovat komponentteja, joihin on sisällytetty valtava määrä erilaisia komponentteja.
Avainsanat
Komponentti: sähkölaitteen rakenneosa.