KANDIDAATINTYÖ Anna Vaskuri

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "KANDIDAATINTYÖ 2011. Anna Vaskuri"

Transkriptio

1 KANDIDAATINTYÖ 2011 Anna Vaskuri

2 Aalto-yliopisto Sähkötekniikan korkeakoulu Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Anna Vaskuri Energiansäästölamppujen sähköiset karakterisoinnit Kandidaatintyö Vastuuopettaja: TkT Markus Turunen Työn ohjaaja: TkL Tuomas Poikonen

3 AALTO-YLIOPISTO SÄHKÖTEKNIIKAN KORKEAKOULU KANDIDAATINTYÖN TIIVISTELMÄ Aalto-yliopisto Sähkötekniikan korkeakoulu Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Tekijä: Anna Vaskuri Työn nimi: Energiansäästölamppujen sähköiset karakterisoinnit Päiväys: Sivumäärä: 31 Vastuuopettaja: TkT Markus Turunen Ohjaaja: TkL Tuomas Poikonen Kieli: Suomi Tässä kandidaatintyössä tutkittiin yhteensä 10 erilaisen CFL- ja LEDenergiansäästölampun sähköisiä ominaisuuksia perustuen sähkö- ja valovirran mittauksiin. Mitattuja ominaisuuksia olivat muun muassa pätöteho, tehokerroin, sähkövirta ja sen kokonaissärö, valovirta ja sen sykkeisyys sekä valotehokkuus. Lamppujen sähköverkosta ottamat sähkövirran aaltomuodot mitattiin pihtivirtamittarilla ja valovirran aaltomuodot integroivaan palloon perustuvalla menetelmällä. Signaalit tallennettiin oskilloskoopilta tietokoneelle, jossa aaltomuotoja analysoimalla pyrittiin selvittämään lampuissa käytettyä ohjauselektroniikkaa. Lopuksi kolme lampuista avattiin ja niiden elektroniikkaa tutkittiin. Mitatut sähkövirran kokonaissäröt olivat välillä % ja tehokertoimet välillä 0,35 0,95, eikä suoraa yhteyttä niiden välille mittauksissa löydetty. Puolet tutkituista lampuista otti verkosta yhtä verkkojännitteen puolijaksoa kohden yhden sähkövirran piikin lähellä verkkojännitteen huippuarvoa. Kahden lampun elektroniikka ajoi valonlähdettä täysin pulssitetusti osan lampuista suodattaessa rippelin lähes kokonaan. Lamppujen valovirran sykkeisyyksiksi mitattiin 0,06 108,48 % ja valotehokkuuksiksi mitattiin lm/w. Kaikkien kolmen avatun lampun elektroniikka osoittautui analogiseksi ja niistä kaksi perustui hakkuriin. Näitä hakkureita tutkittaessa havaittiin analogisen piirin saattavan kasvaa kooltaan huomattavasti, jos piirin halutaan muuttavan sähkövirran aaltomuotoa piikittömämmäksi kokonaissärökertoimen pienentämiseksi. Yhden tutkitun lampun elektroniikka käsitti pelkän AC LEDkomponentin. Tulokset osoittavat, että markkinoilla myytäviä energiansäästölamppuja on monenlaisia ja ne sisältävät hyvin erilaisia elektroniikkaratkaisuja. Osa energiansäästölampuista saattaa tuottaa häiriöitä verkkoon energiansäästöstä huolimatta. Avainsanat: AC LED-lamppu, CFL-lamppu, DC LED-lamppu, hakkuri, integroiva pallo, ohjauselektroniikka, pihtivirtamittari, sähkövirta, valovirta

4 Alkusanat Kiitän TkT Petri Kärhää tästä hienosta mahdollisuudesta suorittaa kandidaatintyö Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitoksella mittaustekniikan tutkimusryhmässä. Haluan kiittää myös työni ohjaajaa TkL Tuomas Poikosta mielekkään kandidaatintyön järjestämisestä, perusteellisesta ohjauksesta ja hyvistä kandidaatintyön tyylin ja sisältöön liittyvistä neuvoista. Lisäksi kiitän koko mittaustekniikan henkilökuntaa viihtyisästä työilmapiiristä. Läheisilleni ja ystävilleni kuuluu myös kiitos väsymättömästä kannustuksesta tämän opinnäytteen suorittamisen ajalta. Otaniemessä Anna Vaskuri iii

5 Sisällysluettelo Alkusanat... iii Sisällysluettelo...iv Symbolit ja lyhenteet...vi 1. Johdanto Mitattavat suureet Sähköteho Valovirta Energiansäästölamput Lamppujen rakenne CFL-lamppujen elektroniikka DC LED-lamppujen elektroniikka Buck Boost Buck-Boost Resonanssiohjaus AC LED-lamppujen elektroniikka Tutkitut lamput ja mittausjärjestelyt Tutkitut lamput Laitteisto ja mittaukset Chroma AC Sähkötehomittarit Pihtivirtamittari ja oskilloskooppi Integroiva pallo ja standardifotometri Virta-jännitemuunnin ja digitaalinen jännitemittari Tulosten analysointi Tulokset ja pohdintaa Kootut mittaustulokset Sähköteho Elektroniikka ja aaltomuodot DULUX SUPERSTAR Micro Twist E27 SMD LED Spotlight iv

6 PAR30 A4X LIHMS-Dragonfish LED Light Bulb Yhteenveto Lähteet Liitteet Liite 1. Liite 2. Liite 3. Tutkitut lamput ja valmistajien niille ilmoittamia ominaisuuksia Tutkimuksen Matlab-koodi signaalien taajuusesityksiä ja kokonaissärölaskuja varten Osa tutkittujen lamppujen mitatuista sähkö- ja valovirran aaltomuodoista v

7 Symbolit ja lyhenteet Symbolit A pinta-ala d n n:nnen asteen särökerroin E v valaistusvoimakkuus F värikorjaustekijä i f fotometrin havaitsema tutkittavan lähteen virtasignaali I sähkövirran tehollisarvo K m lumenien ja wattien muuntosuhde P pätöteho PF tehokerroin Q loisteho R s integroivan pallon vaste S kompleksinen teho S näennäisteho THD kokonaissärö U jännitteen tehollisarvo U DC tasajännite U pp jännitteen huippu huippu-amplitudi V( ) ihmissilmän spektrinen herkkyys päivänvalossa itseabsorptiokorjaus v valotehokkuus aallonpituus pätö- ja näennäistehon välinen kulma e lähteen säteilyteho e ( ) spektrinen tehojakauma valovirta v Lyhenteet AC Alternating Current, vaihtovirta CCM Continuous Conduction Mode, jatkuva tila CFL Compact Fluorescent Lamp, pienoisloistelamppu CIE Commission internationale de l éclairage, kansainvälinen valaistusjärjestö DC Direct Current, tasavirta DCM Discontinuous Conduction Mode, epäjatkuva tila EMI Electromagnetic Interference, sähkömagneettinen häiriö GaN Gallium Nitride, galliumnitridi IEC International Electrotechnical Commission KOH kaliumhydroksidi-yhdiste vi

8 MOSFET MQW LED PEC PC PFC PWM Si THD Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, metallioksidi puolijohde kenttävaikutus transistori Multiple Quantum Well, monikerroksinen kvanttikaivo Light-Emitting Diode, loistediodi Photoelectrochemical Etching Method, valosähköinen ja kemiallinen kaiverrusmenetelmä Power Factor, tehokerroin Power Factor Correction, tehokertoimen korjaus Pulse Width Modulation, pulssin leveys modulaatio Silicon, pii Total Harmonic Distortion, kokonaissärö vii

9 1. Johdanto LED- (loistediodi) ja CFL- (pienoisloistelamppu) lamppuja kutsutaan energiansäästölampuiksi energiatehokkuuksiensa sekä pitkien elinkaartensa vuoksi. Tällaisia ympäristöystävällisempiä lamppuja kehitetään ja tuodaan markkinoille jatkuvasti, sillä perinteiset 40 W kirkkaat hehkulamput tullaan Euroopan komission määräyksestä poistamaan markkinoilta vuoteen 2012 mennessä, koska ne eivät energiatehokkuutensa puolesta täytä EU-direktiiviä 244/2009 [1]. Himmeäkupuiset tai yli 40 W tehoa kuluttavat hehkulamput on jo aiemmin poistettu markkinoilta. Myös kaikki elohopeaa sisältävät lamput tullaan poistamaan päätöksen 571/2010 mukaisesti vuoteen 2015 mennessä 4. artiklassa perusteltuja poikkeuksia lukuun ottamatta, kuten yksikantaisia alle 30 W CFL-lamppuja, joiden on määrä sisältää enintään 5 mg elohopeaa ja jotka energiatehokkuudeltaan huomattavasti perinteisiä hehkulamppuja parempia. Elohopean enimmäismäärää koskevaa määräystä tullaan lisäksi asteittain rajoittamaan ja vuoden 2013 alkuun mennessä sallitun pitoisuuden raja on enää 2,5 mg. [2] LED- ja CFL-lamput poikkeavat rakenteeltaan perinteisistä hehkulampuista. Self Ballasted-mallisten eli virranrajoittimella varustettujen lamppujen kannat sisältävät ohjauselektroniikkaa, joka muuttaa verkkojännitteen lampulle sopivaan muotoon. LED-lampun LEDien käyttämän sähkövirran muoto voi olla joko tasavirtaa tai pulssitettua niiden lyhyistä syttymisajoista johtuen. Tämän tyyppisiä aaltomuotoja tuottavat piirit perustuvat yleensä hakkureihin ja varsinkin verkkojännitteelle näkyvät piikikkäät sähkövirrat saattavat sisältää särökomponentteja hyvin korkeille taajuuksille, satoihin kilohertseihin asti. Tällaiset äkilliset sähkövirran ja jännitteen muutokset aiheuttavat johtuvia EMI- eli sähkömagneettisia häiriöitä (Electromagnetic Interference) sähköverkkoon [3]. Tässä kandidaatintyössä tehdään selvitystä energiansäästölamppujen rakenteesta ja sähköisistä ominaisuuksista. Työ on jatkoa aikaisempaan tutkimukseen, joka keskittyi energiansäästölamppujen valotehokkuusmittauksiin [4]. Tämä tutkimus painottuu lamppujen sähköverkosta ottaman sähkövirran sekä lampusta säteilevän valovirran aaltomuotojen mittauksiin, joiden pohjalta voidaan päätellä, millaista ohjauselektroniikkaa kukin lamppu sisältää ja millaisia häiriöitä kytkeytyy sähköverkkoon niiden vaikutuksesta. Tätä varten on selvitetty taustaa CFL- ja LEDlampuissa tyypillisesti käytetyistä elektroniikkapiireistä. Mittausten jälkeen osa lampuista puretaan ja elektroniikkaan tutustutaan. Työn avulla saadaan tietoa markkinoilla myytävistä valaistustuotteista, vastaavatko tuotteet standardeja ja määrättyjä direktiivejä sekä niiden ominaisuudet myyntipakkauksissa ilmoitettuja arvoja. Lisäksi saadaan selville onko työssä käytetty mittalaitteisto riittävän tarkka kyseisiin mittauksiin. 1

10 Seuraavat kaksi lukua sisältävät työn teoriapuolen. Ensimmäisessä esitellään tutkittavien suureiden teoriaa sekä verkkojännitteellä toimivien kuormien mittaustapoja ja toisessa LED- ja CFL-lamppujen toimintaperiaatteet sekä niissä yleisimmin käytettyjen ohjauspiirien rakenteet ja ominaisuudet. Neljäs luku sisältää tiedon käytetystä mittauslaitteistosta kytkentöineen sekä tutkittavine lamppuineen. Viides luku sisältää mitatut tulokset sekä niihin pohjautuvat analyysit ja kuudes luku puolestaan yhteenvedon sekä tavoitteisiin ja mitattuihin tuloksiin perustuvat päätelmät. 2

11 2. Mitattavat suureet Tässä ensimmäisessä teoriaosassa pohjustetaan mittauksia esittelemällä mittauksissa tarvittavia fotometriaan ja sähkötehoon liittyviä määritelmiä. Lisäksi esitetään muutamia turvallisia virranmittaustapoja Sähköteho Sähköteho määritellään kuorman läpi kulkevan sähkövirran ja yli olevan jännitteen tehollisarvojen tulona. Kompleksisesta sähkötehosta puhutaan, jos sähköteho sisältää imaginääriosan. Kompleksinen sähköteho määritellään S UI* P j Q, (1) missä U on jännitteen tehollisarvo, I* sähkövirran tehollisarvon kompleksikonjugaatti, P pätöteho ja Q loisteho. Pätö- ja loisteho voidaan johtaa kaavasta (1), jolloin P S cos ja (2) Q S sin, (3) missä kuvaa vaihe-eroa. [4] Kompleksisen sähkötehon S itseisarvoa S kutsutaan näennäistehoksi. Kaavan (1) kompleksista sähkötehoa voidaan toisaalta kuvata myös Pythagoraan lauseella S P Q, (4) mistä yhteydet näennäis-, pätö- ja loisteholle sekä vaihe-erolle voidaan määrittää. Tehokerroin lasketaan pätö- ja näennäistehon suhteena P PF cos. [4] (5) S Johtimessa kulkeva sähkövirta voidaan mitata joko katkaisematta johtoa Hall-ilmiöön perustuvan anturin tai katkaistun johdon päihin kytketyn shuntti-vastuksen avulla [5]. Shuntti-vastuksella mitattaessa kytkennän täytyy olla kelluva. Tällöin virran mittaus voidaan toteuttaa differentiaalisen eristysvahvistimen (Isolation Amplifier) avulla, jonka tulo- ja lähtöpuolet on eristetty toisistaan. Oikein kytkettynä tämä mittaustapa on turvallinen. [5, 6] Markkinoilla myydään valmiita sovelluksia, kuten Hall-ilmiöön perustuvia pihtivirtamittareita ja yleismittareita, joiden virtamittaus perustuu shunttivastukseen. Ideaalinen sinimuotoinen signaali sisältää mahdollisen tasavirtakomponentin lisäksi vain yhden signaalin jaksoa vastaavan taajuuskomponentin. Käytännössä ideaalisia sinimuotoisia signaaleja ei ole olemassa, vaan sinisignaalit sisältävät aina perustaajuuden monikertojen kohdalla sijaitsevia amplitudiltaan matalia harmonisia. Kaikki ideaalisesta sinisignaalista tai tasavirrasta poikkeavat signaalit sisältävät säröä. N:nnen asteen särökerroin lasketaan kaavalla 3

12 un d, (6) n u 1 eli n:nnen harmonisen amplitudin u n ja perustaajuuden amplitudin u 1 välisenä suhteena. Signaalin kokonaissärö, eli THD (Total Harmonic Distortion) kuvaa kaikkien harmonisten osuutta suhteessa signaalin perustaajuuteen. [7] Kokonaissärö voidaan laskea signaalin kaikkien särökerrointen neliösummana THD n d i i 2 2. [7] (7) 2.2. Valovirta Valovirta määritellään valonlähteen V( )-painotettuna kokonaissäteilytehona v 830 nm m e 360 nm d K V, (8) missä vakio K m on muuntosuhde wateista lumeneiksi ja sen arvo on 683 lm/w. e on lähteen säteilyteho. Kaavan V( )-painotuksella tarkoitetaan CIE:n määrittämää ihmissilmän spektristä herkkyyttä päivänvalossa ja aallonpituusväli nm kuvaa näkyvän valon aluetta spektrissä. Valovirran yksikkö on lumen (lm) ja se voidaan toisaalta määritellä käyttäen E d A, (9) v A v eli valaistusvoimakkuuden E v ja valonlähdettä ympäröivän pinta-alan A tulona. [4, 8] LEDien säteilyominaisuudet poikkeavat perinteisistä hehkulampuista muun muassa säteilyn suuntaavuuden takia. CIE suosittelee kahta menetelmää LEDien valovirtamittauksiin, joista toinen perustuu goniofotometriin ja toinen integroivaan palloon. Goniofotometriin perustuvassa menetelmässä liikutetaan fotometriä kaikkiin suuntiin ja mitataan tasaisesti valituista pisteistä lampun valaistusvoimakkuus. Valovirta voidaan laskea integroimalla mitatut valaistusvoimakkuuden arvot ympäröivän pinta-alan yli käyttäen kaavaa (9). Mittauksen kokonaiskesto tällä menetelmällä riippuu mittauspisteiden lukumäärästä. Integroiva pallo -menetelmä on edellistä yksinkertaisempi. Menetelmän integroivan pallon sisäpinta on maalattu heijastavalla valkoisella pinnoitteella, tyypillisesti bariumsulfaatilla (BaSO 4 ), jonka diffuusi heijastaa lampusta säteilevää valoa % integroiden sen spatiaalisesti eli kolmiulotteisesti. Pallon pinnalle syntyy tasainen valaistusvoimakkuuden E v arvo, jonka palloon liitetty detektori havaitsee sähköisenä virtasignaalina. Integroivalla pallolla mittausprosessissa ei tarvitse tehdä mittauksia eri kulmista toisin kuin goniofotometrillä mitattaessa. [8] Kun valovirta v ja pätöteho P tiedetään, voidaan niiden avulla laskea valotehokkuus v v P, (10) jonka yksikkö on lumen/watti (lm/w) [4]. 4

13 3. Energiansäästölamput Tässä luvussa käsitellään aluksi CFL- ja LED-lamppujen yleistä rakennetta, minkä jälkeen esitellään lampuissa yleisimmin käytettyä hakkuriteholähteisiin perustuvaa ohjauselektroniikkaa Lamppujen rakenne CFL-lamppujen toiminta perustuu fluoresenssi-ilmiöön, jossa ultraviolettivalo muuttuu näkyväksi valoksi. CFL-lamppujen säteilevä osa on sisäpuolelta fosforipäällysteinen lasiputki, niin sanottu purkausputki, jonka sisällä kiertää virtajohtimet. Lasiputken sisällä on myös pieni määrä elohopeaa. Kun CFL-lamppu sytytetään, elektronit alkavat kulkea putkessa ja törmäävät elohopea-atomien kanssa vapauttaen UV-valon taajuudella värähtelevän fotonin. Fotonin läpäistessä fosforipäällysteen sen taajuus pienenee näkyvänvalon alueelle. CFL-lamput tarvitsevat LED-lamppujen tapaan riittävän kynnysjännitteen valaistakseen [9]. Sekä CFL- että LED-lamput aiheuttavat yleensä jonkin verran loistehoa sähköverkkoon. [10] Loisteho on ongelmallista, sillä johdinten läpi kulkevan kokonaissähkövirran kasvaessa jännite pienenee, jolloin myös suurimman mahdollisen siirtotehon raja pienenee. Toisin sanoen loisteho kuormittaa sähköverkkoa pitkillä siirtojohdoilla ja vaikkei kuluttaja joudukaan maksamaan siitä, joutuu voimalaitos kuitenkin tuottamaan sen aiheuttaman tehohäviön. [11] DC LED-lamppujen toiminta perustuu tasavirralla toimiviin LEDeihin. LEDit koostuvat yhdestä p-tyypin ja yhdestä n-tyypin ioniyhdisteestä. Nämä ioniyhdisteet voidaan valmistaa erilaisilla menetelmillä samasta materiaalista, kuten galliumnitridistä (GaN), joka voidaan karhentaa n-tyyppiseksi muun muassa emäksisen kaliumhydroksidi-liuoksen (KOH) avulla tai p-tyyppiseksi esimerkiksi PEC-kaiverruksella (Photoelectrochemical Etching Method) [12, 13]. LEDin säteily syntyy pn-rajapinnassa, kun elektroni vapauttaa fotonin siirtyessään ylemmältä energiatilalta alemmalle. Sekä pienteho- että suurteho-ledejä on olemassa, joista suurteho-ledejä käytetään usein lampuissa parempien valaistusominaisuuksien takia. Niissä on yleensä ohut lasinen kirkas linssikupu, joka on täytetty kirkkaalla silikonilla. Valkoinen valo muodostetaan yleensä sinisen LEDin ja fosforipinnoitteen avulla. Fosforin määrä ja seos vaikuttavat valkoisen valon sävyyn. Mitä enemmän fosforipinnoitetta LEDin kupu sisältää, sitä lämpimämpi LEDin säteilemän valon sävy on. [14] LED-lamppu ei juuri säteile lämpöä, vaan lähes kaikki LED-komponentin läpi kulkevan sähkövirran synnyttämästä lämmöstä jää LEDeihin. Varsinkin suurteho- LED tarvitsee jäähdytysratkaisun, joka toteutetaan lampuissa useimmiten kannaksi tai kuoreksi kevyestä alumiinista muotoillun jäähdytyssiilin avulla. LEDin rakenne saattaa tuhoutua suurilla sähkövirran arvoilla, ja sen takia LEDeille kulkevaa 5

14 sähkövirtaa tulee rajoittaa DC LED-lampuissa jäähdytyksestä huolimatta [15]. Myös CFL-purkausputken läpi kulkevaa sähkövirtaa täytyy rajoittaa kaaripurkauksessa, sillä kaaripurkauksen synnyttämä sähkövirran kasvu sulattaisi muuten lampun johtimet. Lisäksi CFL-purkausputken yli olevaa jännitettä tulisi rajoittaa, koska liian suuri jännite kuluttaa putken emissioaineita lyhentäen lampun elinikää. [16] Näistä syistä energiansäästölamppujen toiminta ei rajoitu pelkästään lampun valaisevan osaan, vaan yhtä tärkeää on muuttaa verkkojännite valonlähteelle sopivaksi [9, 15, 16]. LED- ja CFL-lampuille voidaan suunnitella hyvin samankaltaiset ohjaukset, jotka voidaan toteuttaa joko magneettisilla tai elektronisilla virranrajoittimilla [10]. Magneettinen kuristin on elektronista % tehottomampi ja lisäksi se aiheuttaa ääntä ja valon välkkymistä, joten lamppujen virranrajoittimet perustuvat lähes aina elektroniikkaan [10]. Tällaisten verkkojännitteellä toimivat lampputyyppien ohjaukset sisältävät lähes poikkeuksetta kokoaaltotasasuuntaajan, joka voidaan toteuttaa joko diodi-, tyristori- tai transistorisillalla. Diodi toimii LEDin kaltaisesti, mutta ei valaise. Tyristori puolestaan voidaan sytyttää jännitepulssilla, mutta sen sammuttamista ei voida kontrolloida. Tyristori kuitenkin sammuu sen läpi kulkevan sähkövirran mennessä nollaan. Transistoreista MOSFETit (Metal-Oxide-Semiconductor Field- Effect Transistor) sopivat kytkimiksi, sillä kiinni ollessaan ne eivät vahvista varsinaista signaalia, koska niiden kannassa ei kulje sähkövirtaa. Kun NMOStransistorin hilan ja lähteen välinen jännite V GS ylittää transistorin kynnysjännitteen V tn, sähkövirta alkaa kulkea nielulta lähteelle. PMOS-transistori toimii vuorostaan päinvastaisesti, sen V GS alitettua kynnysjännitteen V tp alkaa sähkövirta kulkea nielulta lähteelle. Kuvassa 1 on havainnollistettu CFL-lampun toimintaa ja kuvissa 2 ja 3 on esitetty kahden yksinkertaisimman LED-lampun rakennetta lohkojen avulla. Kuva 1. CFL-lampun toimintaperiaate. Kuvan 2 diodisillalla toteutetulla tasasuuntauksella ei pystytä vaikuttamaan jännitetasoon, jolloin jännitteen amplitudi on yhtä suuri kuin ennen tasasuuntausta. Tämän takia kytkentä tarvitsee esimerkiksi hakkurin, muuntajan tai etuvastuksen jännitetason madaltamiseksi. [15] Jännitetason madaltaminen kondensaattorille on piirin eliniän kannalta tärkeää, sillä tasauskondensaattoreina yleisesti käytettyjen elektrolyyttikondensaattorien keskimääräinen elinikä on alle tuntia ja puolittuu käyttölämpötilan noustessa 10 C [17]. LED-komponenttien eliniän odote on jopa 6

15 tuntia ja CFL-lampun purkausputken tuntia, joten elektrolyyttikondensaattorien hajoaminen aiheuttaisi koko lampun ennenaikaisen rikkoutumisen [17]. Tätä ei ole kuitenkaan välttämättä huomioitu kaikkien markkinoiden lamppujen ohjauksen suunnittelussa, eikä sen takia myöskään kaikissa tässä teoriaosassa esitetyissä kytkennöissä [15]. Kuva 2. LED-lampun lohkokaavio diodisillalla toteutettuna. [15] Kuvan 3 transistorisilta tasasuuntaa ja rajoittaa LEDeille kulkevaa virtaa, jolloin muuntajaa tai etuvastusta ei tarvita. Jo tällainen silta itsessään muokkaa LEDeille kulkevaa virtaa riittävästi, mutta jotkin lamput sisältävät tämän lisäksi erinäisistä syistä hakkurin. LED- ja CFL-lamppujen elektroniikkapiireihin ja niihin sisältyvien hakkureiden toimintaan tutustutaan tarkemmin seuraavissa luvuissa. Kuva 3. LED-lampun lohkokaavio transistorisillalla ja hakkurilla toteutettuna CFL-lamppujen elektroniikka Tässä työssä tutkittavista energiansäästölampuista CFL-lamput ovat olleet markkinoilla pisimpään. CFL-purkausputki on itsessään resistiivinen, mutta sen rinnalle kytketään usein pieni kondensaattori purkausputken eliniän pidentämiseksi [9, 10]. Kyseisen kondensaattorin hajoaminen on yleisin CFL-lampun vikaantumisen syy [9]. Sen sijaan LEDeillä on jonkin verran hajakapasitanssia. Kuvassa 4 on esitetty CFL-lampun elektroniikka täysin analogisella kiinteällä ohjauksella ilman mikrokontrolleria [18]. Piirillä on kaksi NMOS-transistoria Q A ja Q B, jotka toimivat kytkiminä. Transistori Q A on kiinni verkkojännitteen positiivisella puolijaksolla ja transistori Q B negatiivisella puolijaksolla. Koska piirin NMOStransistorien kanta ei päästä virtaa lävitseen, on virrankulun jatkuvuus ratkaistu Schottky-diodilla, vastuksella ja käämillä muodostetulla lenkillä. Kytkennän kondensaattorit tasasuuntaavat valonlähteelle kulkevaa virtaa. Kytkentä ottaa 7

16 verkkojännitettä kohden vain yhden piikin sähkövirtaa, joten kytkennällä on suhteellisen huono tehokerroin [18]. Kuva 4. Tavallinen CFL-lampun kuristin, joissa passiivikomponenteilla muodostettu yksikertainen ohjaus. Kytkentä perustuu IEEE:n julkaisuun. [18] Vaikka CFL-valonlähteille on vakiintunut tietynlainen ohjauselektroniikka, on kaikki seuraavassa luvussa esitetyt tasavirralla toimiviin LEDeihin perustuvien lamppujen elektroniikkapiirien periaatteet pienillä muutoksilla toimivia myös CFLpurkausputkille [9, 19] DC LED-lamppujen elektroniikka LED-lamppujen tasasuuntaus voidaan toteuttaa analogisesti tai digitaalisella mikrokontrollerilla ohjatulla transistorisillalla. Analogisen ohjauksen ongelmia ovat kapea himmennysalue sekä lampusta säteilevän valon värin muutokset [20]. Erittäin yksinkertainen lampun elektroniikka saattaa sisältää pelkän ohjatun transistorisillan ja valonlähteen kuvan 5 mukaisesti kytkettynä [21]. Transistorien rinnalle on kytketty usein diodit estämään jännitepiikkien muodostumista ja siten elektroniikan rikkoutumista. Sillan lähtöpuolelle voidaan kytkeä elektrolyyttikondensaattori tasoittamaan LEDien lävitse kulkevaa sähkövirtaa. Tasoitettu sähkövirta sisältää rippeliä, jonka amplitudi riippuu käytetyn kondensaattorin kapasitanssista ja sillan ohjauksesta. Kuva 5. Transistorisiltaan perustuva ohjauselektroniikka. 8

17 Koska transistoreissa kulkee virta vain toiseen suuntaan, käyttäytyvät ne lähes diodin tavoin. Transistorit T 1 ja T 4 johtavat ohjausjännitteen V GS ylitettyä kynnysjännitteen V tn verkkojännitteen ollessa positiivinen. Transistorit T 2 ja T 3 puolestaan johtavat negatiivisella verkkojännitteellä ohjausjännitteen V GS ylitettyä kynnysjännitteen V tn. Transistoreja ohjataan nopeasti täysin auki tai täysin kiinni kytkentähäviöiden välttämiseksi. Kytkennän sähköverkolle näkyvän sähkövirran aaltomuoto ja sen aiheuttama loistehon muodostuminen riippuvat täysin siitä, miten mikrokontrolleri transistoreja ohjaa. Mikrokontrolleri voidaan ohjelmoida esimerkiksi kuvan 6 mukaisesti PWM-menetelmällä (Pulse Width Modulation), jolla transistoreja suljetaan ja avataan monta kertaa yhden verkkojännitteen jakson aikana [22]. Tällöin transistoriohjauksen ei tarvitse olla kiinteä, mitä on hyödynnetty markkinoilla myytävissä, himmentimiksi kutsutuissa, kauko-ohjauksella himmennettävissä lampuissa. Myös seuraavissa luvuissa esitetyissä Buck-, Boost- ja Buck-Boosttyyppisissä hakkureissa transistoria voidaan ohjata PWM-menetelmällä [17]. Kuva 6. PWM-ohjaus. [22] Buck Buck-tyyppinen jännitettä laskeva katkoja syöttää virtaa kuormalle epäjatkuvasti vain kytkimen ollessa kiinni ja sen kytkentäkaavio on esitetty kuvassa 7 [3]. Bucktyyppinen ohjauselektroniikka perustuu yhteen kytkimeen, kuten NMOS-transistoriin Q, joka on sijoitettu sarjaan tasasuuntaussillan B syöttämän tulojännitteen kanssa [15]. Kuva 7. Buck-tyyppinen ohjauselektroniikka. Kytkentä perustuu IEEE:n julkaisuun. [3, 15] 9

18 Piirissä oleva käämi L kiihdyttää virransyöttöä valonlähteelle. Käämin sisältävä hakkuripiiri tarvitsee lisäksi rinnankytketyn diodin D, joka purkaa käämin induktanssin kytkimen ollessa auki. Jos induktanssia ei huomioida, äkillinen virrankatkaiseminen saattaa aiheuttaa korkean jännitepiikin ja tuhota piirin. Kondensaattorin C 2 tehtävänä on tasoittaa LEDeissä kulkevan virran muotoa Boost Boost-konvertteri, eli jännitettä nostava katkoja, toiselta nimeltään Flybackkonvertteri, kiihdyttää virtaa kytkemällä piiriä välillä oikosulkuun ja välillä kuormaan [3]. Kiinni oleva transistori Q estää sähkövirrankulun kuormaan oikosulkien piirin. Kun transistori Q on auki, sähkövirta pääsee kulkemaan kuormalle. Kuvan 8 Boost-tyyppisestä ohjauselektroniikan piirikaaviosta voidaan huomata sen sisältävän samat komponentit kuin Buck-tyyppisessä piirissä, mutta eri tavoin kytkettynä [15]. Kuvan 8 kytkennän tulo- ja lähtöpiiriä ei ole eristetty toisistaan, mutta se voidaan toteuttaa vaihtamalla käämin L tilalle muuntajan ensiökäämi ja kytkemällä toisiokäämi maan ja diodin D väliin. [3] Kuva 8. Boost-tyyppinen ohjauselektroniikka. Kytkentä perustuu IEEE:n julkaisuun. [3, 15] Buck-Boost Kuvassa 9 esitetty Buck-Boost, eli jännitettä laskeva ja nostava katkoja sisältää nimensä mukaisesti kummankin edellä mainitun hakkurityypin ominaisuuksia [15]. Käämi L on kytketty rinnan, kytkin Q sarjaan ja diodi D kuormaan kulkevaa sähkövirtaa vastaan. Transistorin Q ollessa kiinni virta kulkee käämin L läpi ja samalla kondensaattori C 2 purkaa varauksen LEDeille kulkevaksi virraksi. Transistorin ollessa auki käämi L syöttää LEDeille sähkövirtaa diodin D avulla. Kuva 9. Buck Boost-tyyppinen ohjauselektroniikka. Kytkentä perustuu IEEE:n julkaisuun. [15] 10

19 Resonanssiohjaus Energiansäästölampuille on mahdollista rakentaa resonanssiin perustuva ohjauselektroniikka. Ohjauspiirin resonanssilla tarkoitetaan tilannetta, jossa sen ominaisvärähtelytaajuus on lähes sama kuin verkkojännitteen taajuus [3]. Resonanssin ja perinteisen hakkurin yhdistelmään perustuvia kytkentöjä on kehitetty, kuten kuvan 10 epäjatkuvan eli DCM-moodin (Discontinuous Conduction Mode) ja jatkuvan eli CCM-moodin (Continuous Conduction Mode) buck-tyyppisen katkojan sarjaankytkentä. Epäjatkuvasti toimiva katkoja syöttää piirin loppuosaan eli jatkuvaan katkojaan virtaa, joka muuttaa virran vähemmän varauskondensaattoria ja valonlähdettä kuormittavaksi pidentäen niiden elinikää. Kytkennän jatkuva katkoja säilyttää myös piirinohjauksen yksinkertaisena. [23] Kuva 10. Buck-tyyppinen resonanssiohjaus. Kytkentä perustuu IEEE:n julkaisuun. [23] Tällainen piiri muokkaa verkkojännitettä neljällä tavalla yhden jakson aikana kuvan 11 mukaisella tavalla. Ensimmäinen kuvaa aikaa, jonka kytkin on kiinni ja signaali pääsee etenemään piiriin. Toisessa kohdassa käämin induktio laskee loivasti nollaan, kolmannessa kohdassa kapasitanssin varaus purkautuu ja jakson loppuosan aikana kytkin on auki ja rinnankytketty diodi johtaa käämin mahdollisen induktanssin. [23] Kuva 11. Resonanssiin ja buck-katkojaan perustuvan ohjauselektroniikan sähköverkolle näkyvän sähkövirran muodostuminen. [23] Kaksi jännitettä laskevaa katkojaa sisältävä kytkentä on yhtä katkojaa sisältävää tehottomampi keskellä olevan varauskondensaattorin vuoksi. Piirin alkuosassa on lisäksi alipäästösuodatin, joka suodattaa hakkurin synnyttämiä korkeimpia harmonisia EMI-häiriöiden vähentämiseksi. Kytkennällä voidaan saavuttaa tehokerroin 0,996 ja 11

20 0,998 väliltä. [23] Resonanssipiireissä on kuitenkin kaksi ongelmaa. Ensiksi kytkentätaajuus saattaa olla eri kuorman kanssa, jolloin EMI-suodatin täytyy toteuttaa pienitaajuisena ja päästämään lävitseen suuria sähkövirtoja. Toiseksi resonanssi-ilmiö toteutetaan käämeistä ja kondensaattoreista muodostetulla verkostolla. Piirin kondensaattoreilla on satunnaiskapasitanssia, joka vaihtelee jopa kahden samanlaisen tuotteen välillä. Resonanssipiireissä ja varsinkin niiden massatuotannossa ilmiö korostuu. [3] 3.4. AC LED-lamppujen elektroniikka AC LED-lamppuja on kahdenlaisia: tasavirralla toimiviin LEDeihin sekä vaihtovirralla toimiviin LEDeihin perustuvia. AC LED-lamput toimivat nimensä mukaisesti suoraan sähköverkon vaihtojännitteellä, eivätkä tarvitse juuri ollenkaan elektroniikkaa toimiakseen. Tällaisilla lampuilla on paljon hyviä ominaisuuksia. Ne sisältävät esimerkiksi vähän komponentteja yksinkertaisesti kytkettynä ja voivat olla tulevaisuudessa tasavirralla toimivia lamppuja tehokkaampia, sillä sähköverkosta tulevaa jännitettä ei tarvitse muuttaa tasavirraksi. PWM-ohjausta käytettäessä myös harmonisen särön osuus sähköverkkoon palaavasta signaalista on pieni [22]. Komponenttien vähäisyys alentaa lampun valmistuskustannuksia ja koska ohjauselektroniikka ei sisällä helposti hajoavia komponentteja, kuten elektrolyyttikondensaattoreita, lampuilla on myös pidempi elinkaari. Tällaisten lamppujen suurin heikkous on kuitenkin niiden lämpöominaisuudet, joihin sähkövirran ja -jännitteen nopeat vaihtelut vaikuttavat. Sähkövirran ja -jännitteen vaihtelun takia niitä on myös hankalaa mitata, eikä niissä voida käyttää täysin samanlaisia menetelmiä kuin tasavirralla toimivien lamppujen tapauksessa. [24] Vaihtovirralla toimiva LED-lamppu voidaan rakentaa kytkemällä tasavirralla toimivat LED-komponentit vastakkaissuuntaisesti rinnan tai siltakytkentään kuvan 12 mukaisella tavalla [22]. Puolet LEDeistä johtaa jännitteen positiivisella ja puolet negatiivisella puolijaksolla. LEDit johtavat virtaa vain LEDien ajojännitteen ylitettyä niiden kynnysjännitteen, mikä aiheuttaa sekä sähkö- että valovirran aaltomuotoon virrattomia alueita tasaisin väliajoin. LEDit valaisevat noin yhden puolijakson verran kerrallaan. Verkkojännitteen taajuuden ollessa 50 Hz on niiden säteilemän valovirran taajuus noin 100 Hz. [24] Kuva 12. PWM-metelmällä toimivan AC LED-lampun elektroniikka: kun toinen transistoreista johtaa, virta pääsee kulkemaan auki olevan transistorin kanssa rinnankytketyn diodin kautta. Kytkentä perustuu IEEE:n julkaisuun. [22] 12

21 AC-LEDeihin perustuvien energiansäästölamppujen elektroniikkatarve riippuu AC-LEDien jännitteensietokyvystä. Jos komponentin jännitteensieto ylittää verkkojännitteen, AC LED-lamppu ei tarvitse LED-komponentin lisäksi muuta elektroniikkaa. AC-LEDit sisältävät suuren määrän pieniä LED-emittereitä, jotka on liitetty sillaksi tai vastakkaisesti rinnan yhtenäisellä integrointiteknologialla yhden eristetyn pohjan päälle. Tällaisille komponenteille on suunniteltu muun muassa kolmiulotteinen jäähdytysratkaisu, jossa komponentti voidaan upottaa alustaansa, jolloin lämmönsiirto tehostuu. [25] Kuva 13. AC LED-komponentin toiminta. Kuvassa (a) on rajattu komponentin toiminta-alueet. Komponentin sisäiset LEDit muodostavat siltakytkennän, jolloin suurin osa LEDeistä palaa virran molemmilla puolijaksoilla kuvien (b) ja (c) mukaisesti. Alkuperäistä kuvaa on muokattu. [25] Vaikka AC-LEDeihin perustuva lamppu on tehokkaampi, halvempi ja pienempi tässä työssä esiteltyihin lamppuratkaisuihin verrattuna, ovat AC-LEDit kuitenkin vielä kehitysasteella ja niiden ominaisuuksia tulisi tutkia ja kehittää enemmän [25]. AC- LEDit toimivat lähes koko vaihtovirran jakson ajan ja ovat sen takia tehokkaita, mutta osalla niistä on kuitenkin lyhyt elinikä, sillä käytetyistä materiaaleista riippuen vaihtovirta saattaa tuhota niiden rakennetta. Komponentti voidaan valmistaa esimerkiksi galliumnitridistä (GaN) ja monikerroksisesta kvanttikaivosta (MQW), jonka alla on piitä (Si). Aineet alkavat reagoida keskenään synnyttäen hapettumisprosessin, joka tuhoaa vähitellen LEDin rakennetta. Materiaalin väheneminen lisää komponentin resistiivisiä ominaisuuksia ja vähentää sähkövirrankulkua sekä säteilevän valovirran tehoa. Käytön seurauksena komponentti vaurioituu noin 600 tuntiin mennessä niin pahasti, ettei sähkövirta pysty enää kulkemaan sen läpi. [26] 13

22 4. Tutkitut lamput ja mittausjärjestelyt Tässä luvussa esitellään tutkittavat lamput, joista valovirtasignaalin integroitu keskiarvo, sähkötehonkulutus ja -laatu sekä sähkö- että valovirtasignaalien aaltomuodot mitattiin. Lisäksi luvussa esitellään yksityiskohtaisesti mittauslaitteisto sekä kunkin laitteen tehtävä Tutkitut lamput Ennen varsinaisia mittauksia suoritettiin noin 30 lampun joukolle lyhyet testimittaukset, joiden perusteella valittiin lamput tarkkoihin mittauksiin. Kunkin lampun sähkö- ja valovirran aaltomuodot mitattiin ja lopuksi mittauksiin valittiin 10 lamppua, jotka poikkesivat aaltomuodoiltaan mahdollisimman paljon toisistaan, jotta tarkkoihin mittauksiin saatiin erityyppisiä elektroniikkaratkaisuja. Valittuja lamppuja ikäännytettiin 100 ± 1 tuntia, sillä valmistajien ilmoittamat arvot on mitattu 100 tuntia ikäännytetyille lampuille. Tutkimukseen valittujen lamppujen nimet sekä valmistajien ilmoittamat arvot on esitetty liitteessä 1. Kuvassa 14 on esitetty osa näistä lampuista. Lamput, jotka eivät mahtuneet kuvaan, ovat ulkoisesti lampun MASTER GLOW LEDbulb MV kaltaisia perinteistä hehkulamppua jäljitteleviä malleja. Kuva 14. Osa tutkituista lampuista. Lamput vasemmalta oikealle: DULUX SUPERSTAR Micro Twist, E27 SMD LED Spotlight, PARATHOM CLASSIC P, LIHMS-Dragonfish LED Light Bulb, Atlas, MASTER GLOW LEDbulb MV ja PAR30 A4X0-00. Lamppujen annettiin stabiloitua noin 1,5 tuntia ennen tarkkoja mittauksia, sillä lampun sytyttyä valovirran arvo laskee tai nousee aluksi jyrkästi ja tasaantuu vähitellen elektronisen ohjauksen ja alumiinisiilin vaikutuksista. 14

23 4.2. Laitteisto ja mittaukset Kuvassa 15 on esitetty tutkimuksessa käytetty mittauslaitteisto ja kytkennät. Ennen integroivan pallon lampunpidintä kytketyt laitteet mittaavat lampun sähköverkosta ottamaa sähkövirtaa ja -tehoa ja palloon kiinnitetyn LM-1 detektorin jälkeiset laitteet mittaavat lampusta säteilevää valovirtaa. Valovirtamittausten epävarmuus tällä laitteistolla on 1,5 3,0 % lampusta riippuen (k = 2). Laitteistolla voidaan mitata E27- kantaisten lamppujen valovirta, syttymisaika, sähköteho, sähkö- ja valovirran aaltomuodot sekä spektrit. Kunkin laitteen toiminta on kuvattu seuraavissa alaluvuissa. Kuva 15. Mittauskytkennän lohkokaavio Chroma AC 230 V verkkojännitettä ei käytetty tässä tutkimuksessa suoraan, sillä sen epäideaalisuudet olisivat aiheuttaneet häiriöitä mittaustuloksiin. Tämän vuoksi lamppuja syötettiin ohjelmoitavalla Chroma AC -teholähteellä, joka reguloi epätasaisen verkkojännitteen verkkojännitettä vastaavaksi, mutta lähes puhtaaksi 230 V ja 50 Hz siniaalloksi. Chroma AC pystyy laskemaan myös lamppujen tehokertoimet ja sähkötehot, mutta ei yllä tarkkuudessa erillisen sähkötehomittarin tasolle. Laitteen käynnistystä ja muita parametreja voidaan ohjata LabVIEWohjelmalla Sähkötehomittarit Lampun kuluttama sähköteho mitattiin kolmella eri hintaluokan laitteella, jotka olivat Clas Ohlson (noin 15 ), Plogg Zigbee (noin 150 ) ja Yokogawa WT210 (noin 15

24 3000 ). Testimittauksissa huomattiin, että Clas Ohlsonin ja Ploggin sähkötehomittarit häiritsivät toistensa ja Chroman toimintaa. Tarkoissa mittauksissa tämä huomioitiin liittämällä nämä tehomittarit kytkentään yksi kerrallaan vasta lampun valovirtamittausten lopuksi. WT210 otti sähköverkosta virtaa erillisellä verkkojohdolla, eikä sen sähkönkulutus vaikuttanut mittaustuloksiin. Clas Ohlsonin ja Ploggin tehomittarit kytkettiin WT210 ja Chroman johtojen väliin ja ne sen sijaan kuluttivat mitattaviin suureisiin vaikuttavaa sähkövirtaa. Mittareilla WT210 ja Clas Ohlson oli näytöt, joista tulokset pystyi lukemaan, mutta WT210:n näyttämät tallennettiin GPIB-kaapelin ja LabVIEWohjelman avulla tietokoneelle. Ploggissa ei ollut näyttöä, vaan sen näyttämiä pystyttiin tarkastelemaan langattomasti tietokoneeseen asennetun Ploggin näyttämien analysointiin tarkoitetun ohjelman avulla. Clas Ohlson ja WT210 pystyivät näyttämään muun muassa sähkövirran ja jännitteen tehollisarvot, jännitteen taajuuden, näennäis- ja pätötehon sekä tehokertoimen. WT210 pystyi myös näyttämään kokonaissärökertoimen sekä särökomponentteja 50. harmoniseen, eli 2,5 khz asti. Plogg pystyi näyttämään tehokerrointa lukuun ottamatta samat suureet Clas Ohlsonin kanssa. Se näytti myös loistehon, jolloin tehokerroin pystyttiin laskemaan pätö- ja loistehosta kaavan (5) avulla Pihtivirtamittari ja oskilloskooppi Sähkövirtojen aaltomuotojen mittauksiin käytetyn Meterman CT238A pihtivirtamittarin taajuuskaista on valmistajan mukaan 0 20 khz ja resoluutio ±1 ma. Mittarin viive on noin 1 s. Tutkittujen lamppujen sähköverkosta ottamat sähkövirrat olivat pieniä, joten pihtivirtamittarilla mitattuihin sähkövirran aaltomuotoihin kytkeytyi kohinaa. Tämän vuoksi oskilloskoopille tulevaa virtamuotoa keskiarvoistettiin. Pihtivirtamittarin ulostulo antaa virtaa vastaavan jännitteen 100 mv muuntosuhteella, joten se voitiin kytkeä suoraan oskilloskoopin kanavaan. A Digitaalista oskilloskooppia Agilent DSO3230A käytettiin sekä lampun verkosta ottaman sähkövirran että lampun säteilemän valovirran aaltomuotojen mittaamiseen. Näytöllä näkyvät signaalit luettiin USB-kaapelin välityksellä tietokoneelle, jossa DSO3000-ohjelma vastaanotti datan. Ohjelman avulla voitiin kontrolloida oskilloskooppia ja tallentaa vastaanotettu data Exceliin jatkokäsittelyä varten Integroiva pallo ja standardifotometri Lamppujen säteilemät valovirrat mitattiin isolla integroivalla pallolla, jonka halkaisija on noin 1,65 metriä. Detektorina pallon kanssa käytettiin LM-1 fotometriä, joka koostuu fotodiodista, V( )-suodattimesta ja diffuuserisisääntulosta. Lampun tuottama valovirta v voidaan laskea kaavalla 16

25 v i f F, (11) R s missä i f on lampusta fotometrillä mitatun virtasignaalin arvo, on lampun itseabsorptiokorjaus, F on värikorjauskerroin ja R s on laitteiston valovirtavaste. Värikorjauskerrointa varten lampun spektri mitataan spektroradiometrillä. Lamppujen itseabsorptio on jokaiselle lampulle yksilöllinen ja siihen vaikuttaa muun muassa integroivan pallon ja lampun koot. Esimerkiksi pallon koon pienentäminen kasvattaa lamppujen itseabsorptiokertoimia. [8] Mitattavien lamppujen valovirran laskemiseen kaavan (11) avulla käytettiin syksyllä 2010 MIKES-Aalto Mittaustekniikassa mitattuja lamppujen itseabsorptio- ja värikorjauskertoimia sekä integroivan pallon valovirtavastetta Virta-jännitemuunnin ja digitaalinen jännitemittari LM-1 fotometrin tuottama pieni virtasignaali muutettiin jännitemuotoon Stanford SR570 virta-jännitemuuntimella. Kytkennän jännitemittarin HP DVM tehtävä oli mitata SR570:n ulostulojännitettä. Yleismittarin dataa tallennettiin tietokoneen LabVIEW-ohjelmalla Tulosten analysointi Lamppujen valovirtasignaalien integroidut keskiarvot ja valotehokkuudet keskihajontoineen laskettiin LabVIEW-ohjelmalla, joka tallensi dataa GPIB-kaapelin avulla Chroma AC -teholähteestä, WT210 tehomittarista sekä HP DVM jännitemittarista. Mittausdatan käsittely tehtiin Excelillä, kuten kaikki signaalien aikataso-kuvaajatkin. Lopuksi tätä tutkimusta varten tehdyllä Matlab-koodilla laskettiin lampun kunkin verkosta ottaman sähkövirran kokonaissärö kaavan (7) avulla sekä piirrettiin kuvaaja särökomponenttien sijoittumisesta taajuusalueelle. Kaikki tulokset on esitetty seuraavassa luvussa. 17

26 5. Tulokset ja pohdintaa Tässä luvussa esitetään mittaustuloksia, verrataan eri mittareilla saatuja tuloksia keskenään ja pohditaan tulosten oikeellisuutta. Luvun lopussa tutustutaan tarkemmin muutamaan tutkimuksen lampun ominaisuuksien ja elektroniikan välisiin yhteyksiin Kootut mittaustulokset Taulukossa 1 on esitetty yhteenveto tutkimuksen mittaustuloksista. Lamppujen nimet ja valmistajien ilmoittamat arvot on esitetty liitteessä 1, minkä pohjalta lamput on numeroitu. Lamppu 1 oli tutkimuksen ainoa CFL-lamppu ja loput olivat LEDlamppuja. Kaikille tutkimuksen lampuille löytyi valmistajan ilmoittama keskimääräinen valovirran arvo. IEC:n suosituksen mukaan LED-lampun todellinen keskimääräinen valovirta ei saa alittaa 90 % valmistajan ilmoittamasta arvosta [27]. 78 % LED-lampuista saavutti mittaustarkkuuden rajoissa sallitut arvot. Kuitenkin LED-lamppujen mitatuista arvoista 22 % alitti ilmoitetut arvot selvästi. Taulukko 1. Yhteenveto mittaustuloksista. Lampun Valovirta Sykkeisyys Pätöteho Teho- THD Valote hokkuus Pätöteho Elinikä numero lm % W kerroin % lm/w lm/w* W* h* 1 506,4 7,27 7,79 0, ± 1 65, ,6 31,45 7,16 0,70 69,0 ± 0,5 55, ,7 104,41 2,62 0,39 32,5 ± 0,5 56, ,5 > ,9 47,90 1,33 0, ± 10 63,0 44 1, ,5 2,16 8,01 0,80 34 ± 4 43, ,3 0,06 6,94 0, ± 2 61,0 58 6, ,3 2,62 9,83 0,71 90 ± 1 34, ,3 108,48 3,00 0,95 34 ± 1 47, ,7 5,86 5,49 0, ± 10 36,4 35 6, ,6 0,06 5,42 0, ± 3 38, * Valmistajan ilmoittamat arvot Taulukon 1 sähköiset mittaustulokset on mitattu tehomittarilla WT210. Tutkittujen lamppujen tehokertoimet sijoittuivat välille 0,35 0,95 ja valotehokkuudet sijoittuivat välille lm/w. Sykkeisyys-sarakkeella taulukossa 1 tarkoitetaan valovirran rippelin amplitudin ja tasavirtakomponentin välistä suhdetta prosentteina. Tässä tutkimuksessa valovirran sykkeisyydelle käytettiin määritelmää U pp sykkeisyys %, (12) U DC 18

27 missä U pp on signaalin maksimin ja minimin välinen ero eli rippeli ja U DC on tasavirtakomponentti. Valovirtojen sykkeisyydet vaihtelivat välillä 0,06 108,48 %. Ihmissilmä pystyy havaitseman 0,5 32 Hz välkkymistä, mutta mittausten perusteella tutkittujen lamppujen joukosta kaikilla valovirtasignaalin taajuus joko oli 100 Hz tai sitä suurempi. Tämä ei tarkoita, etteivätkö lamput välkkyisi ollenkaan, sillä pienet muutokset piirin jännitteen jatkuvuudessa vaikuttavat elektrolyyttikondensaattorien sähkövirran varautumispiikkeihin. Tällöin kondensaattorin varautuminen muuttuu epätasaiseksi ja varsinkin kondensaattorin sijaitessa lampun valonlähteen läheisyydessä valovirran rippelin taajuus saattaa alittaa kriittisen 32 Hz rajan, jolloin lampun välkkymisen voi havaita sitä selkeämmin mitä suurempi lampusta säteilevän valovirran amplitudi on. [28] Taulukon 1 THD kuvaa lampun verkosta ottaman sähkövirran kokonaissäröä, joka riippuu sähkövirran aaltomuodosta. Tutkittujen lamppujen kokonaissäröt sijoittuvat välille %, eli tutkitut lamput ottivat hyvin eri tavalla virtaa sähköverkosta. Lampulle 8 ei ehditty mitata itseabsorptio- ja värikorjauskertoimia, joten taulukon 1 valovirran ja -tehokkuuden arvoihin käytettiin saman valmistajan samannäköisen rinnakkaismallin kertoimia Sähköteho Taulukossa 2 on esitetty eri laitteilla mitatut sähkötehoon liittyvät arvot. Tehomittareista WT210 vaikuttaisi olevan tarkin, mihin myös mittarin 3000 hinta viittaa. Chroma AC -teholähteen näyttämät olivat lähimpänä WT210 näyttämiä arvoja. Plogg ei näyttänyt tehokerrointa suoraan, vaan se näytti pätö- ja loistehon, joista taulukon 2 tehokertoimet laskettiin. Pätötehon osalta Plogg tehomittarin tulokset ovat yhtäläisiä muiden mittarien näyttämiin verrattuna, mutta mittarin näyttämät sähkövirran ja loistehon arvot poikkesivat huomattavasti muilla mittareilla saaduista arvoista. Taulukko 2. Eri mittarien antamia tuloksia sähkötehoon ja tehokertoimeen liittyen. Sähkövirta Sähkövirran THD Pätöteho Te hoke rroin Lampun ma % W numero Chroma CO PloggWt210 Matlab Wt210 Chroma CO Plogg Wt210 Chroma CO Plogg Wt ± 1 61,84 110, ± 1 8,6 9 ± 1 8,63 7,79 0,59 ± 0,01 0,72 ± 0,03 0,92 0, ,30 72,22 69,0 ± 0,5 7,9 ± 0,1 7 ± 1 7,9 ± 0,1 7,16 0,72 ± 0,01 1,00 0,95 0, ,05 33,20 32,5 ± 0,5 3,4 3 3,43 2,62 0,50 ± 0,20-0,66 0, ,34 280, ± 10 2 ± 1 1 ± 1 2,08 1,33 0,42 ± 0,04 0,5 0,78 0, ± ,26 30,95 34 ± 4 8,8 ± 0,1 8 ± 1 8,84 8,01 0,85 ± 0,02 1,00 0,96 0, ,45 207, ± 2 7,7 7 ± 1 7,70 6,94 0,44 ± 0,01 0,45 ± 0,05 0,99 0, ± ± ,16 89,22 90 ± 1 11,2 12 ± 1 11,1 ± 0,1 9,83 0,75 ± 0,05 0,85 ± 0,01 1,00 0, ,73 34,93 34 ± 1 3,8 3 ± 1 3,74 3,00 0,80 ± 0,05 1 0,90 0, ,58 212, ± 10 6,2 ± 0,1 6 ± 1 6,24 5,49 0,45 ± 0,01 0,4 ± 0,1 1,00 0, ± 1 60,07 200, ± 3 6,1 ± 0,1 6 6,14 5,42 0,44 ± 0,01 0,5 ± 0,1 0,99 0,39 19

28 Joissakin mittauksissa mittarin arvot vaihtelivat tietyllä alueella ja tämä alue on myös merkitty taulukon 2 tuloksiin. Clas Ohlson ei pystynyt mittaamaan lampun 3 kaikkia arvoja, mistä johtuen osa arvoista on korvattu viivalla. Alle 25 W CFL-lampuille on määrätty sallitun tehokertoimen alarajaksi 0,5 syyskuussa 2009, mutta raja nousee 0,55 syyskuussa [1] Lampulle 1 eli tutkimuksen ainoalle CFL-lampulle ilmoitettiin tehokerroin 0,5, mikä on hyvin lähellä tässä tutkimuksella lampulle mitattua tehokerrointa 0,55. Lamppujen sähköverkosta ottamien sähkövirran aaltomuotojen kokonaissäröt mitattiin tehomittarilla WT210, joka pystyi näyttämään sähkövirran särökomponentteja 50. harmoniseen asti eli taajuusalueella 0 2,5 khz. Pihtivirtamittarin 0 20 khz taajuuskaista ulottui kahdeksan kertaa tehomittarin taajuuskaistaa pidemmälle. Tämän vuoksi taulukon 2 sähkövirran THD sarakkeessa Matlabilla analysoidut kokonaissäröt ovat systemaattisesti tehomittarilla mitattuja kokonaissäröjä suurempia. Lamppujen verkosta ottaman sähkövirran aaltomuodot poikkesivat huomattavasti toisistaan. Kuvassa 16 on esitetty liitteen 2 koodin piirtämä kolmen lampun verkosta ottaman sähkövirtasignaalin särökomponenttien sijoittuminen taajuusalueelle. Kuvan 16 taajuusesitykseen valittiin sellaiset lamput, joiden sähkövirran aaltomuodot poikkesivat paljon toisistaan, mutta joiden signaalitasot olivat kuitenkin suuruusluokaltaan lähes samoja. Kuva 16. Kolmen tutkitun lampun kokonaissärön vertailu 0 4,05 khz taajuusalueella. Lampulla B-E27-5W-M-SMD oli suuri, lampulla PAR30 A4X0-00 oli keskiverto ja lampulla E27 SMD LED Spotlight oli pieni kokonaissärö. Kuvasta 16 nähdään lampun 9 parillisten harmonisten amplitudien jatkuvan tasaisesti merkittävinä 100 Hz välein pitkälle taajuuskaistalla. Amplitudin 5 ma alittaa taajuuskaistan kohdassa 2350 Hz sijaitseva 23. parillinen harmoninen ja amplitudin 1 ma alittaa vasta taajuuskaistan kohdassa 4550 Hz sijaitseva 45. parillinen harmoninen Hz jälkeen kaikkien kolmen lampun sähkövirran parillisten harmonisten arvot ovat suuruusluokaltaan samoja eli alittavat 1 ma Elektroniikka ja aaltomuodot Kolme tutkittavista lampuista avattiin ja tutkittiin tarkemmin. Tutkimuksen lamppujen elektroniikkatoteutukset poikkesivat huomattavasti toisistaan. Eräällä lampulla ei ollut 20

29 mitään elektroniikkaa yhden vaihtovirralla toimivan LED-komponentin lisäksi, kun taas toisella oli monimutkaisesta hakkurista koostuva ohjaus. Suurin osa lampuista otti sähkövirtaa verkosta piikkeinä, minkä voi havaita seuraavien alalukujen sekä liitteen 3 kuvaajista. Lamppujen piirien komponenttiarvojen muuttaminen vaikuttaa merkittävästi sekä sähkö- että valovirran aaltomuotoihin. Seuraavissa luvuissa esitellään muutaman avatun lampun elektroniikka niin piirikaaviona kuin valokuvana sekä tutkimuksen AC LED-lampun ominaisuuksia. Piirikaaviot on analysoitu lamppujen piirilevyjen pohjalta, sillä lamppuvalmistajat säilyttävät tekniikkansa yrityssalaisuuksina DULUX SUPERSTAR Micro Twist Tutkimuksen ainoan CFL-lampun (lamppu 1) elektroniikka osoittautui analogiseksi ja muistutti teoriaosassa esitettyä kuvan 4 CFL-lampulle tyypillistä hakkuria. Kuvan 17 aaltomuodoista nähdään, että tasasuuntauksen ja hakkurin jälkeen sähkövirtasignaali tasoitetaan kondensaattorilla. Kondensaattori ei ole riittävän suuri tasoittaakseen koko signaalia, mikä jättää signaaliin suurehkon rippelin. Kuva 17. Lampun DULUX SUPERSTAR Micro Twist sähkö- ja valovirran aaltomuodot. Verkkojännitteen muoto on esitetty kuvassa vaihe-eron havainnollistamiseksi. Kuvan 18 lampun elektroniikan piirikaaviosta nähdään lampun sisältävän EMIsuodattimen, diodeilla toteutetun tasasuuntaussillan, tasauskondensaattorin, bipolaaritransistoreilla muodostetun puolisillan ja muuntajan. Transistorit toimivat vuorotellen. Piirin kondensaattorin C_CFL navat F2 ja F4 on kytketty rinnan purkausputken napoihin F1 ja F3. Kuvassa 19 on esitetty valokuva lampun 1 piirilevystä, johon kuvan 18 piirikaavio perustuu. 21

30 Kuva 18. Vasemmalla on kuva lampusta DULUX SUPERSTAR Micro Twist ja oikealla on esitetty piirikaavio sen sisältämästä elektroniikasta. Kuva 19. Valokuvat DULUX SUPERSTAR Micro Twist piirilevyn molemmista puolista. Piirilevyn komponentit ja kohdat on nimetty vastaamaan lampun elektroniikan piirikaaviota. Lampun 1 säteilemän keskimääräisen valovirran arvoksi mitattiin 506 lm ja pätötehoksi 7,79 W. LabVIEW-ohjelma laski näistä arvoista valotehokkuudeksi 65 lm/w, mikä ylitti valmistajan ilmoittaman valotehokkuuden arvon 60 lm/w selvästi E27 SMD LED Spotlight Kuvassa 21 on esitetty lampun 3 sisäinen täysin analoginen elektroniikka, joka tasasuuntaa sähkövirran tasavirralla toimiville LEDeille sopivaksi. Ennen tätä piirin etuvastukset madaltavat signaalitason pidentäen sähkö- ja valovirtasignaalien virrattomia alueita, sillä matalalla jännitteellä LEDien vaatiman kynnysjännitteen tavoittaminen kestää kauemmin. Piirin suurimmaksi vastusarvoksi mitattiin 100. Valovirran pulssimuoto kuvassa 20 johtuu tasauskondensaattorien puuttumisesta, mikä voidaan huomata myös piirilevyltä kuvasta

31 Kuva 20. Lampun E27 SMD LED Spotlight sähkövirran ja valovirran aaltomuodot. Verkkojännitteen muoto on esitetty kuvassa vaihe-eron havainnollistamiseksi. Signaalin vaihe-ero suhteessa verkkojännitteeseen saattaa johtua LEDien hajakapasitanssista, jota on yritetty kompensoida kondensaattorilla ja signaalin kaltevuus mahdollisesti LEDien ja diodien epälineaarisesta toiminnasta. Kuvan 21 lampun piirikaaviosta nähdään, ettei kytkentä sisällä hakkuria. Kuva 21. Vasemmalla on kuva lampusta E27 SMD LED Spotlight ja oikealla on esitetty piirikaavio sen elektroniikasta. Lampussa oli 21 LED-komponenttia. Vaikka lampun sisäinen elektroniikka on hyvin yksinkertainen, se ei ollut missään osa-alueessa huonoin tutkitusta lamppujoukosta, mikä voidaan nähdä taulukosta 1. Tosin lampulle mitatut arvot jäivät kauas valmistajan lupaamista arvoista. Esimerkiksi lampun tehokerroin ilmoitettiin välille 0,85 0,99, mutta tehomittari WT210 antoi tehokertoimen arvoksi vain 0,39. 23

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 Mittalaitetekniikka NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 1 1. VAIHTOSÄHKÖ, PERUSKÄSITTEITÄ AC = Alternating current Jatkossa puhutaan vaihtojännitteestä. Yhtä hyvin voitaisiin tarkastella

Lisätiedot

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Antti Karjalainen, PRK 14.11.2013 Komponenttien esittelytaktiikka Toiminta, (Teoria), Käyttö jännite, virta, teho, taajuus, impedanssi ja näiden yksiköt:

Lisätiedot

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Antti Karjalainen, PRK 30.10.2014 Komponenttien esittelytaktiikka Toiminta, (Teoria), Käyttö jännite, virta, teho, taajuus, impedanssi ja näiden yksiköt:

Lisätiedot

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen. ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen. X.X.2015 Tehtävä 1 Bipolaaritransistoria käytetään alla olevan kuvan mukaisessa kytkennässä, jossa V CC = 40 V ja kuormavastus

Lisätiedot

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi Physica 9. painos (0) RATKAST. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi RATKAST:. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi. a) Vaihtovirran tehollinen arvo on yhtä suuri kuin sellaisen tasavirran arvo, joka tuottaa vastuksessa

Lisätiedot

Mitä on pätö-, näennäis-, lois-, keskimääräinen ja suora teho sekä tehokerroin? Alla hieman perustietoa koskien 3-vaihe tehomittauksia.

Mitä on pätö-, näennäis-, lois-, keskimääräinen ja suora teho sekä tehokerroin? Alla hieman perustietoa koskien 3-vaihe tehomittauksia. Mitä on sähköinen teho? Tehojen mittaus Mitä on pätö-, näennäis-, lois-, keskimääräinen ja suora teho sekä tehokerroin? Alla hieman perustietoa koskien 3-vaihe tehomittauksia. Tiettynä ajankohtana, jolloin

Lisätiedot

S-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

S-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010 1/7 S-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset Laboratoriotyö, kevät 2010 Häiriöiden kytkeytyminen yhteisen impedanssin kautta lämpötilasäätimessä Viimeksi päivitetty 25.2.2010 / MO 2/7 Johdanto Sähköisiä

Lisätiedot

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti 11.11.

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti 11.11. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö Elektroniikan laboratoriotyö OPERAATIOVAHVISTIN Työryhmä Selostuksen kirjoitti 11.11.008 Kivelä Ari Tauriainen Tommi Tauriainen Tommi 1 TEHTÄVÄ Tutustuimme

Lisätiedot

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT Työn tavoitteita o Havainnollistaa vaihtovirtapiirien toimintaa o Syventää ymmärtämystä aiheeseen liittyvästä fysiikasta 1 Johdanto Tasavirta oli 1900 luvun alussa kilpaileva

Lisätiedot

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan VAIHTOVIRTAPIIRI 1 Johdanto Vaihtovirtapiirien käsittely perustuu kolmen peruskomponentin, vastuksen (resistanssi R), kelan (induktanssi L) ja kondensaattorin (kapasitanssi C) toimintaan. Tarkastellaan

Lisätiedot

EVTEK/ Antti Piironen & Pekka Valtonen 1/6 TM01S/ Elektroniikan komponentit ja järjestelmät Laboraatiot, Syksy 2003

EVTEK/ Antti Piironen & Pekka Valtonen 1/6 TM01S/ Elektroniikan komponentit ja järjestelmät Laboraatiot, Syksy 2003 EVTEK/ Antti Piironen & Pekka Valtonen 1/6 TM01S/ Elektroniikan komponentit ja järjestelmät Laboraatiot, Syksy 2003 LABORATORIOTÖIDEN OHJEET (Mukaillen työkirjaa "Teknillisten oppilaitosten Elektroniikka";

Lisätiedot

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT Työn tavoitteet o Havainnollistaa vaihtovirtapiirien toimintaa o Syventää ymmärtämystä aiheeseen liittyvästä fysiikasta 1 Johdanto Tasavirta oli 1900 luvun alussa kilpaileva

Lisätiedot

LABORAATIO 1, YLEISMITTARI JA PERUSMITTAUKSET

LABORAATIO 1, YLEISMITTARI JA PERUSMITTAUKSET KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala VAHVAVIRTATEKNIIKAN LABORAATIOT H.Honkanen LABORAATIO 1, YLEISMITTARI JA PERUSMITTAUKSET YLEISTÄ YLEISMITTARIN OMINAISUUKSISTA: Tässä laboratoriotyössä

Lisätiedot

Energiansäästölamppujen valotehokkuuden mittaaminen

Energiansäästölamppujen valotehokkuuden mittaaminen Tomi Pulli Energiansäästölamppujen valotehokkuuden mittaaminen Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta Kandidaatintyö Espoo 4.5.2010 Vastuuopettaja: TkT Markus Turunen Työn ohjaaja: DI

Lisätiedot

Raportti 31.3.2009. Yksivaiheinen triac. xxxxxxx nimi nimi 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Raportti 31.3.2009. Yksivaiheinen triac. xxxxxxx nimi nimi 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi Raportti 31.3.29 Yksivaiheinen triac xxxxxxx nimi nimi 278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi 1 Sisältö KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET... 2 1. JOHDANTO... 3 2. KIRJALLISUUSTYÖ... 4 2.1 Triacin toimintaperiaate...

Lisätiedot

LOPPURAPORTTI 19.11.2007. Lämpötilahälytin. 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

LOPPURAPORTTI 19.11.2007. Lämpötilahälytin. 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi LOPPURAPORTTI 19.11.2007 Lämpötilahälytin 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET... 3 JOHDANTO... 4 1. ESISELOSTUS... 5 1.1 Diodi anturina... 5 1.2 Lämpötilan ilmaisu...

Lisätiedot

Fy06 Koe 20.5.2015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Fy06 Koe 20.5.2015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 Fy06 Koe 0.5.015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 alitse kolme tehtävää. 6p/tehtävä. 1. Mitä mieltä olet seuraavista väitteistä. Perustele lyhyesti ovatko väitteet totta vai tarua. a. irtapiirin hehkulamput

Lisätiedot

2. Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari.

2. Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari. TURUN AMMATTKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNKKA FYSKAN LABORATORO 2.0 2. Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari. 1. Työn tavoite Tutustutaan tärkeimpään sähköiseen perusmittavälineeseen, yleismittariin, suorittamalla

Lisätiedot

Diodit. I = Is * (e U/n*Ut - 1) Ihanteellinen diodi

Diodit. I = Is * (e U/n*Ut - 1) Ihanteellinen diodi Diodit Puolijohdediodilla on tasasuuntaava ominaisuus, se päästää virran lävitseen vain yhdessä suunnassa. Puolijohdediodissa on samassa puolijohdepalassa sekä p-tyyppistä että n-tyyppistä puolijohdetta.

Lisätiedot

TYÖ 58. VAIMENEVA VÄRÄHTELY, TASASUUNTAUS JA SUODATUS. Tehtävänä on vaimenevan värähtelyn, tasasuuntauksen ja suodatuksen tutkiminen oskilloskoopilla.

TYÖ 58. VAIMENEVA VÄRÄHTELY, TASASUUNTAUS JA SUODATUS. Tehtävänä on vaimenevan värähtelyn, tasasuuntauksen ja suodatuksen tutkiminen oskilloskoopilla. TYÖ 58. VAIMENEVA VÄRÄHTELY, TASASUUNTAUS JA SUODATUS Tehtävä Välineet Tehtävänä on vaimenevan värähtelyn, tasasuuntauksen ja suodatuksen tutkiminen oskilloskoopilla. Kaksoiskanavaoskilloskooppi KENWOOD

Lisätiedot

Oikeanlaisten virtapihtien valinta Aloita vastaamalla seuraaviin kysymyksiin löytääksesi oikeantyyppiset virtapihdit haluamaasi käyttökohteeseen.

Oikeanlaisten virtapihtien valinta Aloita vastaamalla seuraaviin kysymyksiin löytääksesi oikeantyyppiset virtapihdit haluamaasi käyttökohteeseen. Oikeanlaisten virtapihtien valinta Aloita vastaamalla seuraaviin kysymyksiin löytääksesi oikeantyyppiset virtapihdit haluamaasi käyttökohteeseen. 1. Tuletko mittaamaan AC tai DC -virtaa? (DC -pihdit luokitellaan

Lisätiedot

PUOLIJOHTEET + + - - - + + + - - tyhjennysalue

PUOLIJOHTEET + + - - - + + + - - tyhjennysalue PUOLIJOHTEET n-tyypin- ja p-tyypin puolijohteet - puolijohteet ovat aineita, jotka johtavat sähköä huonommin kuin johteet, mutta paremmin kuin eristeet (= eristeen ja johteen välimuotoja) - resistiivisyydet

Lisätiedot

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ TYÖOHJE 14.7.2010 JMK, TSU 33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ Laitteisto: Kuva 1. Kytkentä solenoidin ja toroidin magneettikenttien mittausta varten. Käytä samaa digitaalista jännitemittaria molempien

Lisätiedot

3.5.2010/TW/TTu. Keksinnön tausta

3.5.2010/TW/TTu. Keksinnön tausta 3.5.2010/TW/TTu Keksinnön tausta Keksintö liittyy lamppuihin ja erityisesti LED-putkilamppuihin, joissa on yksi tai useampi LED valonlähteenä ja joilla voidaan korvata loisteputki. Loistelamppuja käytetään

Lisätiedot

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ 1 IOIN OMINAISKÄYRÄ JA TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ MOTIVOINTI Työ opettaa mittaamaan erityyppisten diodien ominaiskäyrät käyttämällä oskilloskooppia XYpiirturina Työssä opetellaan mittaamaan transistorin

Lisätiedot

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi Sivu 1/10 Fysiikan laboratoriotyöt 1 Työ numero 3 Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi Työn suorittaja: Antero Lehto 1724356 Työ tehty: 24.2.2005 Uudet mittaus tulokset: 11.4.2011

Lisätiedot

Pynnönen 1.5.2000. Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Pynnönen 1.5.2000. Opiskelija: Tarkastaja: Arvio: EAOL 1/5 Opintokokonaisuus : Jakso: Harjoitustyö: Passiiviset komponentit Pvm : vaihtosähköpiirissä Opiskelija: Tarkastaja: Arvio: Tavoite: Välineet: Opiskelija oppii ymmärtämään vastuksen, kondensaattorin

Lisätiedot

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin.

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin. VAIHTOVIRTAPIIRI 1 Johdanto Vaihtovirtapiirien käsittely perustuu kolmen peruskomponentin, vastuksen (resistanssi R), kelan (induktanssi L) ja kondensaattorin (kapasitanssi C) toimintaan. Tarkastellaan

Lisätiedot

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN Päivitetty: 23/01/2009 TP 3-1 3. VAIHELUKITTU VAHVISTIN Työn tavoitteet Työn tavoitteena on oppia vaihelukitun vahvistimen toimintaperiaate ja käyttömahdollisuudet

Lisätiedot

LAMPPUOPAS Kuinka säästät energiaa LED-lampuilla LAMPPUOPAS. www.startrading.com DECORATION LED ILLUMINATION LED SPOTLIGHT LED

LAMPPUOPAS Kuinka säästät energiaa LED-lampuilla LAMPPUOPAS. www.startrading.com DECORATION LED ILLUMINATION LED SPOTLIGHT LED LAMPPUOPAS Kuinka säästät energiaa LED-lampuilla LAMPPUOPAS www.startrading.com DECORATION LED ILLUMINATION LED SPOTLIGHT LED - tämän päivän valaistusta LED - tämän päivän valaistusta LED Säästää energiaa

Lisätiedot

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit Tässä työssä pyritään syventämään vaihtovirtakomponentteihin liittyviä käsitteitä. Tunnetusti esimerkiksi käsitteet impedanssi, reaktanssi ja vaihesiirto ovat aina hyvin

Lisätiedot

CRT NÄYTÖN VAAKAPOIKKEUTUS- ASTEEN PERIAATE

CRT NÄYTÖN VAAKAPOIKKEUTUS- ASTEEN PERIAATE CRT NÄYTÖN VAAKAPOIKKEUTUS- ASTEEN PERIAATE H. Honkanen Kuvaputkinäytön vaakapoikkeutusaste on värähtelypiirin ja tehoasteen sekoitus. Lisäksi tahdistuksessa on käytettävä vaihelukittua silmukkaa ( PLL

Lisätiedot

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys PERMITTIIVISYYS 1 Johdanto Tarkastellaan tasokondensaattoria, joka koostuu kahdesta yhdensuuntaisesta metallilevystä Siirretään varausta levystä toiseen, jolloin levyissä on varaukset ja ja levyjen välillä

Lisätiedot

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä Työ 3A VAIHTOVIRTAPIIRI Pari Jonas Alam Antti Tenhiälä Selostuksen laati: Jonas Alam Mittaukset tehty: 0.3.000 Selostus jätetty: 7.3.000 . Johdanto Tasavirtapiirissä sähkövirta ja jännite käyttäytyvät

Lisätiedot

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 Sähkötekniikka NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 1 1. VAIHTOSÄHKÖ, PERUSKÄSITTEITÄ AC = Alternating current Jatkossa puhutaan vaihtojännitteestä. Yhtä hyvin voitaisiin tarkastella vaihtovirtaa!

Lisätiedot

YLEISMITTAREIDEN KÄYTTÄMINEN

YLEISMITTAREIDEN KÄYTTÄMINEN FYSP104 / K1 YLEISMITTAREIDEN KÄYTTÄMINEN Työn tavoitteita oppia tuntemaan analogisen ja digitaalisen yleismittarin tärkeimmät erot ja niiden suorituskyvyn rajat oppia yleismittareiden oikea ja rutiininomainen

Lisätiedot

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki. Sähkö 25 Esineet saavat sähkövarauksen hankauksessa kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki. Hankauksessa esineet voivat varautua sähköisesti. Varaukset syntyvät, koska hankauksessa kappaleesta siirtyy

Lisätiedot

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt Häiriöt peittävät mitattavia signaaleja Häriölähteitä: Sähköverkko 240 V, 50 Hz Moottorit Kytkimet Releet, muuntajat Virtalähteet Loisteputkivalaisimet Kännykät Radiolähettimet,

Lisätiedot

S-108.3020. Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö 1

S-108.3020. Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö 1 1/8 S-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset Laboratoriotyö 1 Häiriöiden kytkeytyminen yhteisen impedanssin kautta lämpötilasäätimessä 13.9.2007 TJ 2/8 3/8 Johdanto Sähköisiä häiriöitä on kaikkialla ja

Lisätiedot

DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet

DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Teho vaihtosähköpiireissä ja symmetriset kolmivaihejärjestelmät Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet Kompleksinen teho S ja näennästeho S Loisteho

Lisätiedot

Laitteita - Yleismittari

Laitteita - Yleismittari Laitteita - Yleismittari Yleistyökalu mittauksissa Yleensä digitaalisia Mittaustoimintoja Jännite (AC ja DC) Virta (AC ja DC) Vastus Diodi Lämpötila Transistori Kapasitanssi Induktanssi Taajuus 1 Yleismittarin

Lisätiedot

Mitä ledi on ja mitkä ovat sen edut ja haitat?

Mitä ledi on ja mitkä ovat sen edut ja haitat? Mitä ledi on ja mitkä ovat sen edut ja haitat? Eino Tetri, TkT Valaistusyksikkö Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta Elektroniikan laitos Valaistusyksikön tutkimusalueet: Sisävalaistus

Lisätiedot

MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia

MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia Jännitteellä ohjattava kytkin Pulssigeneraattori AC/DC jännitelähde ja vakiovirtageneraattori Muuntaja Tuloimpedanssin mittaus Makrot mm. VCO, Potentiometri, PWM ohjain,

Lisätiedot

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina ) KOHINA H. Honkanen N = Noise ( Kohina ) LÄMÖKOHINA Johtimessa tai vastuksessa olevien vapaiden elektronien määrä ei ole vakio, vaan se vaihtelee satunnaisesti. Nämä vaihtelut aikaansaavat jännitteen johtimeen

Lisätiedot

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim. http://www.osioptoelectronics.com/)

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim. http://www.osioptoelectronics.com/) a) C C p e n sn V out p d jn sh C j i n V out Käytetyt symbolit & vakiot: P = valoteho [W], λ = valodiodin ilmaisuvaste eli responsiviteetti [A/W] d = pimeävirta [A] B = kohinakaistanleveys [Hz] T = lämpötila

Lisätiedot

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät Tekijä: Mikko Laine Tekijän sähköpostiosoite: miklaine@student.oulu.fi Koulutusohjelma: Fysiikka Mittausten suorituspäivä:

Lisätiedot

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET (YO-K06+13, YO-K09+13, YO-K05-11,..) Tasasuuntaus Vaihtovirran suunta muuttuu jaksollisesti. Tasasuuntaus muuttaa sähkövirran kulkemaan yhteen suuntaan. Tasasuuntaus toteutetaan

Lisätiedot

Pynnönen 1.5.2000. Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Pynnönen 1.5.2000. Opiskelija: Tarkastaja: Arvio: EAOL 1/6 Opintokokonaisuus : Jakso: Harjoitustyö: 3 SÄHKÖ Pvm : Opiskelija: Tarkastaja: Arvio: Tavoite: Välineet: Opiskelija oppii ymmärtämään kolmivaihejärjestelmän vaihe- ja pääjännitteiden suuruudet

Lisätiedot

LED -VALOT JA KORVAUSPOLTTIMOT

LED -VALOT JA KORVAUSPOLTTIMOT LED -VALOT JA KORVAUSPOLTTIMOT SYYSKUU 2007 Emme varastoi läheskään kaikia tuotteita. Osa tuotteistamme on ns. tehdastoimituksena. Toimitusaika tyypillisesti noin 1 viikko (varastotavara). Ei varastoitavissa

Lisätiedot

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V1.31 9.2011

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V1.31 9.2011 1/6 333. SÄDEOPTIIKKA JA FOTOMETRIA A. INSSIN POTTOVÄIN JA TAITTOKYVYN MÄÄRITTÄMINEN 1. Työn tavoite. Teoriaa 3. Työn suoritus Työssä perehdytään valon kulkuun väliaineissa ja niiden rajapinnoissa sädeoptiikan

Lisätiedot

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä: FY6 SÄHKÖ Tavoitteet Kurssin tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää sähköön liittyviä peruskäsitteitä, tutustuu mittaustekniikkaan osaa tehdä sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia

Lisätiedot

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla PERMITTIIVISYYS Johdanto Tarkastellaan tasokondensaattoria, joka koostuu kahdesta yhdensuuntaisesta metallilevystä. Siirretään varausta levystä toiseen, jolloin levyissä on varaukset +Q ja Q ja levyjen

Lisätiedot

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA Vaihtosähkö SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA Sinimuotoiset suureet Tehollisarvo Sinimuotoinen vaihtosähkö & passiiviset piirikomponentit Käydään läpi, mistä sinimuotoiset jännite ja virta ovat peräisin. Näytetään,

Lisätiedot

VIM RM1 VAL0123136 / SKC9068201 VIBRATION MONITOR RMS-MITTAUSJÄRJESTELMÄLLE KÄSIKIRJA. VIM-RM1 FI.docx 1998-06-04 / BL 1(5)

VIM RM1 VAL0123136 / SKC9068201 VIBRATION MONITOR RMS-MITTAUSJÄRJESTELMÄLLE KÄSIKIRJA. VIM-RM1 FI.docx 1998-06-04 / BL 1(5) VIM RM1 VAL0123136 / SKC9068201 VIBRATION MONITOR RMS-MITTAUSJÄRJESTELMÄLLE KÄSIKIRJA FI.docx 1998-06-04 / BL 1(5) SISÄLTÖ 1. KOMPONENTTIEN SIJAINTI 2. TOIMINNAN KUVAUS 3. TEKNISET TIEDOT 4. SÄÄTÖ 5. KALIBROINTI

Lisätiedot

TIETOISKU SUUNNITTELUHARJOITUKSEN DOKUMENTAATIOSTA

TIETOISKU SUUNNITTELUHARJOITUKSEN DOKUMENTAATIOSTA LUENTO 10 TIETOISKU SUUNNITTELUHARJOITUKSEN DOKUMENTAATIOSTA KYTKENTÄKAAVIO OSASIJOITTELU OSA- LUETTELO JOHDOTUSKAAVIO TIETOISKU PIIRILEVYN SUUNNITTELUSTA OSASIJOTTELUSTA MIKÄ ON TAVOITE : PIENI KOKO VAI

Lisätiedot

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely) Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely) ELEC-C5070 Elektroniikkapaja, 21.9.2015 Huom: Kurssissa on myöhemmin erikseen

Lisätiedot

PERUSRAKENTEET Forward converter, Myötävaihemuunnin ( BUCK regulaattori )

PERUSRAKENTEET Forward converter, Myötävaihemuunnin ( BUCK regulaattori ) HAKKRIKYTKENNÄT H. Honkanen PERSRAKENTEET Forward converter, Myötävaihemuunnin ( BCK regulaattori ) Toiminta: Kun kytkin ( = päätetransistori ) on johtavassa tilassa, siirtyy virta I 1 kelan kautta kondensaattoriin

Lisätiedot

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta. TYÖ 11. Operaatiovahvistin Operaatiovahvistin on mikropiiri ( koostuu useista transistoreista, vastuksista ja kondensaattoreista juotettuna pienelle piipalaselle ), jota voidaan käyttää useisiin eri kytkentöihin.

Lisätiedot

SÄHKÖSUUREIDEN MITTAAMINEN

SÄHKÖSUUREIDEN MITTAAMINEN FYSP107 / K3 Sähkösuureiden mittaaminen yleismittarilla - 1 - FYSP107 / K3 YLEISMITTARILLA SÄHKÖSUUREIDEN MITTAAMINEN Työn tavoitteita oppia tuntemaan digitaalisen yleismittarin suorituskyvyn rajat oppia

Lisätiedot

Pynnönen 1.5.2000. Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Pynnönen 1.5.2000. Opiskelija: Tarkastaja: Arvio: AMTEK 1/7 Opintokokonaisuus : Jakso: Harjoitustyö: 3 SÄHKÖ Pvm : Opiskelija: Tarkastaja: Arvio: Tavoite: Välineet: Opiskelija oppii ymmärtämään kolmivaihejärjestelmän vaihe- ja pääjännitteiden suuruudet

Lisätiedot

4B. Tasasuuntauksen tutkiminen oskilloskoopilla.

4B. Tasasuuntauksen tutkiminen oskilloskoopilla. TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 4B. Tasasuuntauksen tutkiminen oskilloskoopilla. Teoriaa oskilloskoopista Oskilloskooppi on laite, joka muuttaa sähköisen signaalin näkyvään muotoon. Useimmiten sillä

Lisätiedot

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon 30 SÄHKÖVAKIO 30 Sähkövakio ja Coulombin laki Coulombin lain mukaan kahden tyhjiössä olevan pistevarauksen q ja q 2 välinen voima F on suoraan verrannollinen varauksiin ja kääntäen verrannollinen varausten

Lisätiedot

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ Työselostus xxx yyy, ZZZZZsn 25.11.20nn Automaation elektroniikka OAMK Tekniikan yksikkö SISÄLLYS SISÄLLYS 2 1 JOHDANTO 3 2 LABORATORIOTYÖN TAUSTA JA VÄLINEET

Lisätiedot

HARJOITUSTYÖ: Mikropunnitus kvartsikideanturilla

HARJOITUSTYÖ: Mikropunnitus kvartsikideanturilla Tämä työohje on kirjoitettu ESR-projektissa Mikroanturitekniikan osaamisen kehittäminen Itä-Suomen lääninhallitus, 2007, 86268 HARJOITUSTYÖ: Mikropunnitus kvartsikideanturilla Tarvittavat laitteet: 2 kpl

Lisätiedot

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET FYSP105 / K3 R-SODATTIMET Työn tavoitteita tutustua R-suodattimien toimintaan oppia mitoittamaan tutkittava kytkentä laiterajoitusten mukaisesti kerrata oskilloskoopin käyttöä vaihtosähkömittauksissa Työssä

Lisätiedot

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite TYÖ 54. VAIHE-EO JA ESONANSSI Tehtävä Välineet Taustatietoja Tehtävänä on mitata ja tutkia jännitteiden vaihe-eroa vaihtovirtapiirissä, jossa on kaksi vastusta, vastus ja käämi sekä vastus ja kondensaattori.

Lisätiedot

Ledien kytkeminen halpis virtalähteeseen

Ledien kytkeminen halpis virtalähteeseen Ledien kytkeminen halpis virtalähteeseen Ledien valovoiman kasvu ja samanaikaisen voimakkaan hintojen lasku on innostuttanut monia rakentamaan erilaisia tauluja. Tarkoitan niillä erilaista muoveista tehtyjä

Lisätiedot

Elektroniikka ja sähkötekniikka

Elektroniikka ja sähkötekniikka Elektroniikka ja sähkötekniikka Sähköisiltä ilmiöiltä ei voi välttyä, vaikka ei käsittelisikään sähkölaitteita. Esimerkiksi kokolattiamatto, muovinen penkki, piirtoheitinkalvo tai porraskaide tulevat sähköisiksi,

Lisätiedot

S-108.1010 Mittaustekniikan perusteet A. Esiselostustehtävät 2006. Erityisesti huomioitava

S-108.1010 Mittaustekniikan perusteet A. Esiselostustehtävät 2006. Erityisesti huomioitava S-108.1010 Mittaustekniikan perusteet A Esiselostustehtävät 2006 Ryhmän tulee merkitä vastauspaperiin työn numero, ryhmän numero, työn päivämäärä ja ryhmän jäsenten nimet. Vastaukset on kirjoitettava siististi

Lisätiedot

Multivibraattorit. Bistabiili multivibraattori:

Multivibraattorit. Bistabiili multivibraattori: Multivibraattorit Elektroniikan piiri jota käytetään erilaisissa kahden tason systeemeissä kuten oskillaattorit, ajastimet tai kiikkut. Multivibraattorissa on vahvistava elementtti ja ristiinkytketyt rvastukset

Lisätiedot

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi 31 VAIHTOVIRTAPIIRI 311 Lineaarisen vaihtovirtapiirin impedanssi ja vaihe-ero Tarkastellaan kuvan 1 mukaista vaihtovirtapiiriä, jossa on resistanssi R, kapasitanssi C ja induktanssi L sarjassa Jännitelähde

Lisätiedot

Aurinkopaneelin maksimitehopisteen seuranta. Aurinkopaneelin maksimitehopisteen seuranta. Aurinkokennon virta-jännite-käyrä

Aurinkopaneelin maksimitehopisteen seuranta. Aurinkopaneelin maksimitehopisteen seuranta. Aurinkokennon virta-jännite-käyrä 05/10/2011 Aurinkokennon virta-jännite-käyrä Aurinkokennon tärkeimmät toimintapisteet: ISC Oikosulkuvirta VOC Tyhjäkäyntijännite MPP Maksimitehopiste IMPP Maksimitehopisteen virta VMPP Maksimitehopisteen

Lisätiedot

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015 SÄHKÖTEKNIIKKA NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015 1. PERSKÄSITTEITÄ 1.1. VIRTAPIIRI Virtapiiri on johtimista ja komponenteista tehty reitti, jossa sähkövirta kulkee. 2 Virtapiirissä on vähintään

Lisätiedot

OSKILLOSKOOPIN SYVENTÄVÄ KÄYTTÖ

OSKILLOSKOOPIN SYVENTÄVÄ KÄYTTÖ FYSP110/K2 OSKILLOSKOOPIN SYVENTÄVÄ KÄYTTÖ 1 Johdanto Työn tarkoituksena on tutustua oskilloskoopin käyttöön perusteellisemmin ja soveltaa työssä Oskilloskoopin peruskäyttö hankittuja taitoja. Ko. työn

Lisätiedot

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Sähkötekniikka ja elektroniikka Sähkötekniikka ja elektroniikka Kimmo Silvonen (X) Diodi ja puolijohteet Luento Ideaalidiodi = kytkin Puolijohdediodi = epälineaarinen vastus Sovelluksia, mm. ilmaisin ja LED, tasasuuntaus viimeis. viikolla

Lisätiedot

Oikosulkumoottorikäyttö

Oikosulkumoottorikäyttö Oikosulkumoottorikäyttö 1 DEE-33040 Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt TTY Oikosulkumoottorikäyttö T. Kantell & S. Pettersson 2 Laboratoriomittauksia suorassa verkkokäytössä 2.1 Käynnistysvirtojen

Lisätiedot

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015 SÄHKÖTEKNIIKKA NTTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015 1. PERSKÄSITTEITÄ 1.1. VIRTAPIIRI Virtapiiri on johtimista ja komponenteista tehty reitti, jossa sähkövirta kulkee. 2 Virtapiirissä on vähintään

Lisätiedot

Jännitelähteet ja regulaattorit

Jännitelähteet ja regulaattorit Jännitelähteet ja regulaattorit Timo Dönsberg ELEC-C5070 Elektroniikkapaja 5.10.2015 Teholähteen valinta Akku vs. verkkosähkö Vaadittu jännite Lähes aina tasasähköä, esim. mikrokontrolleri +5V, OP-vahvistin

Lisätiedot

AS-0.3200 Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt

AS-0.3200 Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Teknillinen korkeakoulu Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto AS-0.3200 Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt CeilBot 2DoF camera actuator Antti Riksman Sisältö 1 CeilBot 3 2 Projektin tämän

Lisätiedot

Making LED lighting solutions simple TM. Tuomas.Lamminmaki@FutureElectronics.com

Making LED lighting solutions simple TM. Tuomas.Lamminmaki@FutureElectronics.com Making LED lighting solutions simple TM Tuomas.Lamminmaki@FutureElectronics.com LED valaisinsuunnittelun erityisvaatimukset Lämmön hallinta Liitäntälaite Optiikka ja värit LEDin valinta! Energia LEDissä

Lisätiedot

A/D-muuntimia. Flash ADC

A/D-muuntimia. Flash ADC A/D-muuntimia A/D-muuntimen valintakriteerit: - bittien lukumäärä instrumentointi 6 16 audio/video/kommunikointi/ym. 16 18 erikoissovellukset 20 22 - Tarvittava nopeus hidas > 100 μs (

Lisätiedot

Aineopintojen laboratoriotyöt I. Ominaiskäyrät

Aineopintojen laboratoriotyöt I. Ominaiskäyrät Aineopintojen laboratoriotyöt I Ominaiskäyrät Aki Kutvonen Op.nmr 013185860 assistentti: Tommi Järvi työ tehty 31.10.2008 palautettu 28.11.2008 Tiivistelmä Tutkittiin elektroniikan peruskomponenttien jännite-virtaominaiskäyriä

Lisätiedot

DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet

DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Passiiviset piirikomponentit Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet vastus käämi kondensaattori puolijohdekomponentit Tarkoitus on esitellä piiriteorian

Lisätiedot

Tämän sybolin esiintyessä, käyttäjän tulee lukea käyttöohje, josta lisätietoa. Tämä symboli normaalikäytössä indikoi vaarallisesta mittausjännitteestä

Tämän sybolin esiintyessä, käyttäjän tulee lukea käyttöohje, josta lisätietoa. Tämä symboli normaalikäytössä indikoi vaarallisesta mittausjännitteestä Esittely VT30 mittaa AC-jännitteitä 690 V ja DC-jännitteitä 690 V asti, LCD-näyttö, portaittainen jännitenäyttö, positiivisen ja negatiivisen napaisuuden näyttö, sekä kiertosuunnan osoitus. Lisäksi jatkuvuuden

Lisätiedot

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS 2-1 2. A/D-muunnos Työn tarkoitus Tässä työssä demotaan A/D-muunnoksen ominaisuuksia ja ongelmia. Tarkoitus on osoittaa käytännössä, miten bittimäärä ja näytteenottotaajuus

Lisätiedot

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013 SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013 1. RESISTANSSI Resistanssi kuvaa komponentin tms. kykyä vastustaa sähkövirran kulkua Johtimen tai komponentin jännite on verrannollinen

Lisätiedot

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X) 5.10.2015

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X) 5.10.2015 Sähköpaja Kimmo Silvonen (X) Elektroniikan komponentit Erilliskomponentit ja IC:t Passiivit: R C L Aktiiviset diskreetit ja IC:t Bipolaaritransistori BJT Kanavatransistorit FET Jänniteregulaattorit (pajan)

Lisätiedot

Osakäämikoneiden mittausohje

Osakäämikoneiden mittausohje Sisällysluettelo: 2/7 Yleistä...3 Käämien vastuksen mittaus...4 Eristysresistanssimittaus...5 Mittauksen suorittaminen...5 Ohjauspiirin testaaminen...6 Osakäämikäynnistyksen releiden testaus....6 Vaihejännitteiden

Lisätiedot

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504 ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504 syksyllä 2014 OSA 2 Veijo Korhonen 4. Bipolaaritransistorit Toiminta Pienellä kantavirralla voidaan ohjata suurempaa kollektorivirtaa (kerroin β), toimii vahvistimena -

Lisätiedot

L E D I F A K T A. Ledit lämpenevät

L E D I F A K T A. Ledit lämpenevät Ledit lämpenevät Ledin tehosta 75...80% muuttuu lämmöksi. oisin kuin perinteiset valonlähteet, ledi ei säteile tuottamaansa lämpöä pois, vaan lämpö on johdettava esimerkiksi valaisimen runkoon ja siitä

Lisätiedot

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA Vaihtosähkön teho kompleksinen teho S pätöteho P loisteho Q näennäisteho S Käydään läpi sinimuotoisiin sähkösuureisiin liittyviä tehotermejä. Määritellään kompleksinen teho, jonka

Lisätiedot

DC-moottorin pyörimisnopeuden mittaaminen back-emf-menetelmällä

DC-moottorin pyörimisnopeuden mittaaminen back-emf-menetelmällä 1 DC-moottorin pyörimisnopeuden mittaaminen back-emf-menetelmällä JK 23.10.2007 Johdanto Harrasteroboteissa käytetään useimmiten voimanlähteenä DC-moottoria. Tämä moottorityyppi on monessa suhteessa kätevä

Lisätiedot

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET Työ 1 Mittausvahvistimet LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET Päivitetty: 5/01/010 TP 1 1 Työ 1 Mittausvahvistimet 1. MITTAUSVAHVISTIMET Työn tarkoitus: Työn tarkoituksena on tutustua operaatiovahvistimen

Lisätiedot

Harmonisten yliaaltojen vaikutus johtojen mitoitukseen

Harmonisten yliaaltojen vaikutus johtojen mitoitukseen Harmonisten yliaaltojen vaikutus johtojen mitoitukseen Pienjännitesähköasennukset standardin osassa SFS6000-5-5 esitetään johtojen mitoitusperusteet johtimien ja kaapelien kuormitettavuudelle. Lähtökohtana

Lisätiedot

Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali 19.11.2003

Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali 19.11.2003 Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali 19.11.2003 Teoriatehtävät Nimi: Oppilaitos: Ohje: Tehtävät ovat suurimmaksi osaksi vaihtoehtotehtäviä, mutta tarkoitus on, että lasket tehtävät ja valitset sitten

Lisätiedot

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS Päivitetty: 23/01/2009 TP 2-1 2. A/D-muunnos Työn tarkoitus Tässä työssä demotaan A/D-muunnoksen ominaisuuksia ja ongelmia. Tarkoitus on osoittaa käytännössä, miten bittimäärä

Lisätiedot

Perusmittalaitteet 2. Yleismittari Taajuuslaskuri

Perusmittalaitteet 2. Yleismittari Taajuuslaskuri Mittaustekniikan perusteet / luento 4 Perusmittalaitteet 2 Digitaalinen yleismittari Yleisimmin sähkötekniikassa käytetty mittalaite. Yleismittari aajuuslaskuri Huomaa mittareiden toisistaan poikkeaat

Lisätiedot

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ Työssä perehdytään johteissa ja tässä tapauksessa erityisesti puolijohteissa esiintyvään Hallin ilmiöön, sekä määritetään sitä karakterisoivat Hallin vakio, varaustiheys

Lisätiedot