Jännite, virta ja resistanssi

Käytetyt symbolit

Sähkövirta (symboli I ja yksikkö A ampeeri) on varauksen siirtymistä paikasta toiseen. Kahden pisteen välille syntyvää virtaa varten tulee olla sekä pisteissä olevien varauksien eron aiheuttama jännite (U, yksikkö V voltti), että johdin, jota pitkin virta kulkee. Johtamiskykyä kuvataan yleensä resistanssilla (R, yksikkö Ω ohmi), joka on sitä pienempi, mitä paremmin johdin johtaa sähköä. Eristeillä on siis suuri resistanssi, ja johtimilla pieni resistanssi. Nämä kolme suuretta ovat siis toisistaan riippuvaisia seuraavan yhtälön eli Ohmin lain mukaan:

$U = RI$

Yleismittarilla voi mitata kaikkia näistä kolmesta suureesta. Virtaa mitattaessa mittari kytketään sarjaan osaksi mitattavaa piiriä, ja jännitettä mitattaessa rinnakkain mitattavan piirin kanssa. Tämän vuoksi yleismittarissa on erilliset liitännät virta- ja jännitemittauksia varten. Virtaa mitattaessa yleismittarilla on pieni resistanssi, joten se käyttäytyy kuin oikosulku. Jännitettä mitattaessa resistanssi on suuri, joten mittari vaikuttaa piirin käytökseen kuin avoin piiri.

Yleismittarin sijaiskytkentä

Ole tarkkana virtamittauksien kanssa! Jos mittari kytketään väärin virtaa mitattaessa, mitattava piiri voi helposti tuhoutua ja yleismittarin sulake palaa. Jännitemittauksissa riski on yleensä pienempi. Resistanssimittauksen yhteydessä mitattavasta piiristä kannattaa kytkeä virta pois, jotta se ei pääse tuhoamaan mittaria tai vaikuttamaan mittaustulokseen.

Yleismittarin tilat

Yleismittarin valintakiekolla valitaan sekä mittaustila että mittausalue. Jos mitattavan arvon suuruusluokkaa ei tiedä, kannattaa valita aluksi suurempi arvoalue, ja alkaa pienentää sitä, kunnes arvo näkyy mittarin ruudulla. Mittausalue ilmoitetaan yleensä metrisin etuliittein (m, k, M), jotka on lueteltu oheisessa taulukossa.

Elektroniikassa käytetyt etuliitteet

Tehtävä 1.1: täydennä taulukko mittaamalla ja laskemalla

Tehtävää 1 varten tarvitset yleismittarin lisäksi jännitelähteen/vakiovirtalähteen sekä vastuksia. Hacklabilla olevat laboratoriovirtalähteet toimivat sekä jännitelähteinä että vakiovirtalähteinä. Jos virtanupin (current) kääntää maksimiasentoonsa, voi jännitenupilla säätää jännitteen haluamakseen, jolloin lähde toimii jännitelähteenä. Jos taas jännitenupin (voltage) kääntää maksimiin, niin virtanupilla voi säätää virran, jolloin lähde toimii vakiovirtalähteenä. Huomaa, että virta tai jännite pysyy vakiona vain laitteen asettamissa rajoissa, esim. lähteen napojen ollessa auki jännite ei ole ääretön.

Tehtävä 1.2: rakenna oheinen piiri ja mittaa sillä erilaisia valonlähteitä. Sopivat arvot: E=5V, R1=1kΩ;. Merkitse tulokset taulukkoon. Pane piiri läpinäkymättömään rasiaan mittauksia varten.

Arkielämässä ainoa suora kontaktimme sähkön kanssa on sähköisku, joten ihmiselle jännite, virta ja resistanssi eivät ole sinänsä merkityksellisiä asioita. Moni muu fysikaalinen suure sen sijaan on: äänenpaine, valo, lämpötila, kosteus, nopeus... Kaikki nämä voidaan muuttaa sähköisiksi signaaleiksi, jotka ovat analogisia alkuperäisen suureen kanssa — siitä nimitys analogielektroniikka. Kun suure on muutettu sähköiseksi signaaliksi, sitä on helppo tarkastella elektronisilla mittalaitteilla. Tehtävässä 2 rakennamme yksinkertaisen valosensorin, jolla voimme tarkastella valon voimakkuutta yleismittarilla.