Ehitame arvutisse sobiva retrohõngulise nivooindikaatori
Pöörame sedapuhku selja eelmiste lugude nohustele ja tilkuvatele torudele ning uurime veel üht huvitavat elektroonikaskeemide komponenti - induktiivpooli. Elemendi skeemisümbol on hästi õnnestunud, sest seostub detaili omadusega - võimega voolu muutust endas takistada. Natuke nagu vedru: nii sümbol kui ka omadused.
Takistatakse just muutust ennast, mitte niivõrd voolu, kuigi ka igal induktiivpoolil on mingi elektritakistus. Antud juhul see meid väga ei huvita, kuid on hea teada, et suurust nimetatakse aktiivtakistuseks. Induktiivpooli huvitavad omadused on põhjustatud asjaolust, et vooluga juhe tekitab alati enda ümber magnetvälja ning muutuv magnetväli indutseerib omakorda samas juhis vastupidise pinge (elektromotoorjõud on peenem väljend), mis töötab muutustele vastu nagu tubli, kuid konservatiivne linnakodanik. Pinge sisse- või väljalülitamisel on muutus alati garanteeritud! Magnetvoo kaudu antakse ka induktiivsuse definitsioon (=magnetvoog jagatud voolutugevus).
Induktiivsus
Tähistatakse tähega L, seda Vene füüsiku, Tartus sündinud ja samas ka ülikoolis õppinud Heinrich Lenzi (1804-1865) auks. Nagu eelmistes lugudes märkasime, on ühik ise tihti hoopis teisest ooperist. Nii ka sedapuhku - suurust mõõdetakse henrides (H) USA füüsiku Joseph Henry (1797-1878) meenutamiseks. Induktiivsus 1 H on juhil, mis tekitab temast 1 A suuruse voolu läbimisel magnetvoo 1 Wb (weber). See ühik on tuletatud Saksa füüsiku, peamiselt elektrit ja magnetismi uurinud Wilhelm Weberi (1804-1891) nimest.
1 henri on suhteliselt suur induktiivsus. Raadiosageduslikes skeemides kasutatakse pigem mikrohenride (1μH = 10-6 H) suurusjärgus poolikesi. Induktiivsus sõltub keerdude arvust, kuid ka alusest, millele traat mähitud. Suure magnetilise läbitavusega materjalist, näiteks rauast ja terasest südamik suurendab induktiivsust märgatavalt. Sellist alust kasutavaid induktiivpoole nimetatakse ka drosseliteks või maakeeli paispoolideks. Skeemitähis on ka natuke teistsugune (skeemitähiste joonis on toodud trükinumbris).
Muide, igal juhtmel on mingi induktiivsus. Enamikus skeemides on see piisavalt väike, et mitte arvestada. Kõrgsageduslikes seadistes võib aga sobiva mõõduga ühendusjuhtmest (trükkplaadi rajast) teha hoopis induktiivpooli. Tihti nii toimitaksegi.
Kuigi valemites pole otseselt sees traadi läbimõõtu, on ka see parameeter oluline, kuna piirab voolu, mida elemendist läbi kütta saab. Jämedamal traadil on väiksem takistus ja seepärast on ka võimsamate trafode mähised paksema "voolikuga" mähitud.
Ühendades induktiivpooliga paralleelselt kondensaatori, saame võnkeringi. Selline on iga raadio ja teleka sisendis ja võimaldab sadade eetris levivate signaalide seast valida välja lemmikjaama. Kirjeldatud võnkeringi takistus on maksimaalne sagedusel, millele ta häälestatud. See on resonantssagedus. Muudel sagedustel on takistus väike ja signaal summutatakse ära ehk lühistatakse. Induktiivpooli takistust vahelduvvoolule nimetatakse reaktiivtakistuseks, tähis XL. Kuigi ühikuks on siin samuti oom, ei saa seda tavalise testriga mõõta. Suurus sõltub sagedusest f.
Induktiivpooli reaktiivtakistus leiab rakendust peale raadiovastuvõtjate sisendahelate ka näiteks toiteplokis väljundpinge silumiseks. Sobivalt valitud induktiivsus takistab pulsatsiooni jõudmist ploki väljundisse, kuid alalispinget ei takista (hüva, alalistakistus küll jääb, kuid sellest viilime hetkel mööda). Just see, mida vaja!
Kasutades asjaolu, et reaktiivtakistus sõltub induktiivsusest ehk teisisõnu keerdude arvust, saab näiteks elektrikeevituses vähendada kaare voolu, mähkides elektroodini minevat juhet keevitustrafo ümber. Keevitusagregaadi väljundis on küll alaldi läbinud pinge, kuid see ei tee temast kindlasti mitte alalispinget, mille korral pinge pidevalt ühesugune, sest särakas karbi väljundis muutub pidevalt nullist maksimumini! Ehk oleks parem nimetus pulseeriv alalispinge?
Induktiivpoolile on omane nähtus nimega eneseinduktsioon. Poolilt pinget lahti ühendades indutseeritakse elemendi otstel pinge (takistamaks voolu muutumist, antud juhul kahanemist). Mõnikord isegi nii suur, et võib lülitava elemendi maha põletada, kui kaitsediood puudub. Teinekord on indutseeritud pingest kasu ka: kineskoobiga pildikummutites tekitati niiviisi 25 kilovolti kineskoobi viimase anoodi tarbeks. Välgu sõbrad tunnevad sellist kõrgepinge generaatorit Tesla coil'i nime all. Induktiivpool on kõigi tänapäevaste impulsstoiteallikate põhiline element.
Automaatikaseadmetest tuttav element - relee - on samuti induktiivpool, kuid siin kasutatakse asjaolu, et iga pingestatud mähise ümber tekib magnetväli. Traadipusa läbiv suhteliselt nõrk vool tõmbab kokku suurt voolu juhtivaid klemme. Nii saame omamoodi vooluvõimendi. Näiteks auto starteris lülitatakse paariamprise juhtvooluga sisse elektrimootor, mis võib paukuva pakasega tarbida isegi 200 amprit! Relee mähisega paralleelselt tuleb kindlasti ühendada kaitsediood, mis laseb mähises voolu katkestamisel eneseinduktsiooni tõttu tekkiva kõrgepingelise virgutava säraka sumbuda mähises eneses, mitte aga lülitavas transistoris. Muide, sõna relee tuleb prantsuse keelest ja tähendas algselt väsinud hobuste puhanute vastu vahetamise kohta, postijaama. Musketäride lugude kangelastele väga vajalik paik!
Kui mähime kaks traati ühele alusele, saame trafo. Võib-olla mõni lugeja mäletab veel kooli füüsikatunnist udust juttu vastastikusest induktiivsusest. Trafos seda nähtust kasutataksegi. Trafo ülekanne on võrdeline mähiste keerdude arvude jagatisega. Ülekandetegur K = 10 tähendab vooluvõrku ühendatud trafo puhul, et saame sekundaarmähisest pinge 230 V / 10 = 23 V. Võrku ühendatud mähist on kombeks kutsuda primaarmähiseks. Aga ... kui anname sekundaarmähisele 23 volti, kas siis saab primaarmähisest 230 volti tagasi? Jah, saab küll. Loomulikult peab olema tegu vahelduvpingega: ühendades sama trafo sekundaari kas või autoakuga (alalispinge!), ei saa me mitte 12 V x 10 = 120 V, vaid suitsupilve!
Mingi skeem peab ka olema
Kindlasti annab kirjeldatud elementidega mõne huvitava asja teha. Nuputasin just, millise nimelt, kui kolikambris sorides sattus kätte nõukaaegne gaaslahendusindikaator IN-13. Sellest saaks ju teha nivooindikaatori arvutile või võimendile. Ja kõik seni kirjeldatud jupid kenasti kasutusel.
Tasub meeles pidada, et 150 volti on päris ohtlik pinge ja nõuab skeemis tegutsemisel tähelepanu. Tesla trafod, tegelikult paispoolid, on muidugi veelgi ohtlikumad. Vähimgi vale liigutus võib vabalt jääda viimaseks. Olge siis ettevaatlikud.
Head tinutamist!
LOE VEEL
- Induktiivpooli teooria
- Veel teooriat, mõned praktilised arvutusvalemid
- Http://www.colomar.com/Shavano/inductor_info.html
- Eriti mugav Java-põhine drosselite kalkulaator, ütleb ka mähistraadi vajaliku jämeduse
- Releede valimise ja ühendamise juhendid
- Tesla "vedrude" lingikogu
- Nivooindikaatori originaalskeem
- Skeemis kasutatav erimikroskeem
VELJO SINIVEE (1964) töötab Tallinna Tehnikaülikooli füüsikainstituudis elektroonikuna. Huvialadeks elektroonika, koodi kirjutamine mikrokontrolleritele, akvaristika. E-aadress felch@staff.ttu.ee
