Yksinkertaista matikkaa ja perustietoa sähköstä, tässä tapauksessa tarkoituksena pohjustaa sinisten led-lamppujen lisäämistä taimikasvatuksen lisävaloksi:
Jännite U on tavallaan kahden navan välinen sähköinen paine, joka sähköä johtavan reitin löydettyään työntää sähkövirran liikkeelle.
Virta I taasen piuhaa pitkin kulkiessaan saa laitteen toimimaan. Voidaan ajatella, että jännitelähde on kuin pumppu, joka pyörittää virtaa johtavaa piiriä pitkin. Ja piirissä on kuorma, vaikkapa led, jonka läpi virta kulkee ja led valaisee. Kulkeakseen sähkö tarvitsee ns. suljetun virtapiirin, jota pitkin jännitelähteen tuuppima virta myös palaa takaisin. Virta ei siis häviä minnekään. Mutta piirin virta ei saa kasvaa liian suureksi, muuten led tuhoutuu.
Siksi piiriin tarvitaan resistanssi R, joka rajoittaa virran arvoa. Resistanssi saadaan piiriin vastuksella, joka kytketään virtapiirin osaksi. Tietysti, jos jännite on sopiva ledille, ei vastusta tarvita.
Lisäksi sähkölaitteissa esiintyy Teho P. Virta siirtää tehoa jännitelähteestä kuormaan. Siis esimerkiksi vaikka taskulampun paristosta lamppuun. Paristo purkaa energiansa lämmittämään ja valaisemaan. Mitä enemmän virtaa kuormalle kulkee ja mitä vauhdikkaammin jännite virtaa ajaa liikkeelle, sitä suuremmalla teholla laite toimii.
Koska led on puolijohde, diodi, se ei johda sähköä kuin toiseen suuntaan, anodista A katodiin K. Perinteisen ajattelun mukaan sähkö kulkee virtapiirissä plussasta miinukseen. Ledin toinen jalka on toista pidempi, ja hankinnassa on hyvä kysäistä, kumpaan tulee plussa. Asian voi tietysti todeta kokeilemalla.
Sininen led tarvitsee kirkkaasti palaakseen 3,4 V jännitettä, valkoinen 3,1 V ja punainen 2,1 V. Ledit voidaan kytkeä peräkkäin ns. sarjaan, jolloin jokainen led tarvitsee saman jännitteen. Siis kahden ledin sarja 2 x 3,4 V = 6,8 V, kolmen sarja 3 x 3,4 V = 10,2 V, jne. Mutta juuri sopivaa jännitelähdettä ei tunnu löytyvän. 3,4 voltin jännitteen voi kokeilla ylittääkin, mutta virta kasvaa ja ledin käyttöikä pienenee tai koko led tuhoutuu. Sitä paitsi suuremmilla ylijännitteillä ledin valon värisävykin muuttuu.
Etuvastuksella saadaan kuitenkin rajattua virtaa niin, että vastus ottaa osan jännitteestä, ja valitsemalla oikean arvoinen vastus, saadaan ledille sopiva jännite. Arvo voidaan laskea, kun ledin palamisvirta tiedetään.
Mikäli ledin tarvitsema virta on 0,03 ampeeria, A (sininen led), ts. 30 milliampeeria, mA ja käytössä on esim. 6 V:n hakkurivirtalähde, voidaan tarvittavan etuvastuksen arvo laskea sähkömiesten käyttämällä Ohmin lailla.
U = I x R, siis Jännite = Virta x resistanssi, josta saadaan muokattua Resistanssi = Jännite / Virta.
Tästä on helppo muistisääntö, jos painat mieleesi sanan PUIMURI!
P = U * I (M = muista) U = R * I
Sarjakytkennässä jännitelähteen jännite jakautuu komponenttien kesken. Jos käytämme yhtä sinistä lediä, ottaa se jännitteestä 3,4 volttia, niin vastukselle jää 6 V – 3,4 V = 2,6 V. Sijoitellaan kaavaan: R = 2,6 V / 0,03 A= 86,7 ohmia. Siis tarvitsemme vastuksen, jonka resistanssi on 87 ohmia, niin saamme ledin palamaan kirkkaasti. Samalla tavoin laskien esim. kahden ledin sarja ja 9 V:n jännitelähde tarvitsee 73,3 ohmin vastuksen tai kolmen ledin sarja ja 12 V:n jännitelähde 60 ohmin vastuksen.
Seuraava ongelma onkin löytää lasketun arvoinen vastus, ei niitäkään kaikkia arvoja valmisteta. Jos sopivaa vastusta ei löydy, voidaan ne kytkeä sarjaan tai rinnankytkentään. Sarjakytkennässä vastusten arvot summataan ja rinnankytkennässä käytetään kaavaa: R = (R1 + R2) / (R1 x R2). Näin saadaan yleensä aikaan tarvittava resistanssiarvo. En taida jatkaa tätä enää, perussähköopin alkeita löydät helposti nettisivuilta…
Tällaisten laskelmien avulla olen suunnitellut oheisella artikkelilla esitetyn prototyypin rakenteen.
