Transcript Radioamatööriperuskurssi T1 - moduuli Heikki Lahtivirta OH2BSH 1

OH2BSH -97
Radioamatööriperuskurssi
T1 - moduuli
Heikki Lahtivirta OH2BSH
1
OH2BSH -97
Miksi tekniikkaa ?
 1.
 2.
 3.
 4.
 5.
 6.
Turvallisuus
Turvallisuus
Tekniikan taito on tärkeä
Mielenkiinto tekniikkaan
Harrasteen kautta ammattiin
Tekniikka on hallittava myös käytännön
takia
2
OH2BSH -97
Sähkötekniikan perussuureet:
 Jännite
 Virta
 Resistanssi
 Teho
U
I
R
P
[U] = V
[ I] = A
[R] =
[P] = W
voltti
ampeeri
ohmi
watti
3
OH2BSH -97
Sähkötekniikan suureita:
 Impedanssi
Z
 Induktanssi L
 Kapasitanssi C
 Taajuus
f
[Z] = 
[L] = H
[C] = F
[f] = Hz
ohmi
henry
faradi
hertsi
4
OH2BSH -97
Kerrannaisyksiköitä ja
esimerkkejä niiden käytöstä




tera
giga
mega
kilo





milli
mikro
nano
piko
10^12
10^9
10^6
10^3
10^0
10^-3
10^-6
10^-9
10^-12
terawatti
gigahetrsi
megavoltti
kilo-ohmi
watti
milliampeeri
mikrovoltti
nanosekunti
pikofaradi
10^12 W
10^9 Hz
10^6 V
10^3 
10^0 W
10^-3 A
10^-6 V
10^-9 s
10^-12 F
TW
GHz
MV
k
W
mA
V
ns
pF
5
OH2BSH -97
Johteet,puolijohteet ja eristeet
 Johteita:




Kulta, Hopea
Kupari, Alumiini
Messinki, Rauta
Hiili, Ionisoitunut
kaasu
 Puolijohteita:




Pii, Si
Germanium, Ge
Galliumarsenidi, GaAs
Seleeni.
6
OH2BSH -97
Johteet, puolijohteet ja eristeet
 Eristeitä:








Tyhjö
Ilma
Tislattu vesi
Kiille
Lasi
Posliini
PVC muovi
Akryylimuovi






Öljy
Keraamiset aineet
Kumi
Kuiva puu
Kuiva paperi
Alumiinioksidi
7
OH2BSH -97
Mitä sähkö on ?
 Täysin
oikeaa vastausta ei tiedetä, kuitenkin
sähkön luonteesta,
käyttäytymisestä ja
käytöstä tiedetään
paljon.
 Sähkön luonnetta voidaan havainnollistaa
Bohrin esittämän atomimallin avulla.
 Mallissa
kaikki aine
koostuu atomeista,
joissa on ydin ja sitä
kiertäviä elektroneja.
 Ydin koostuu positiivisista protoneista ja
varauksettomista
neutroneista.
 Elektronit ovat negatiivisesti varautuneita.
8
OH2BSH -97
Mitä sähkö on ?
 Atomin
ollessa lepotilassa atomin varaus
ulospäin on nolla ts.
ytimessä on yhtä monta protonia kuin on
ydintä kiertäviä elektroneja.
 Tuomalla atomiin
energiaa ulkopuolelta
irtoaa elektroni.
 Irronneet
elektronit
muodostavat johtimeen sähkövirran.
 Sähkövirta puolestaan
saa aikaan johtimen
ympärille magneettikentän.
9
OH2BSH -97
Mitä sähkö on ?
 Kahden
pisteen välillä
vaikuttaa jännite, jos
ko. pisteissä on eri
määrät elektroneja.
 Pisteiden välillä
vaikuttaa sähkökenttä
 Kun
magneetti- ja sähkökenttä vaikuttavat
samassa pisteessä
yhtäaikaa (esim. antenni) syntyy sähkömagneettisen energian
perusosia eli kvantteja.
10
OH2BSH -97
Ohmin laki
 Muistikolmio
U
______
I * R
 Miten
käytän
muistikolmiota ?
 Peitä kysytty suure,
jäljelle jäävä osa on
tarvittava laskutoimitus.
11
OH2BSH -97
Vastusten kytkennät:
 Vastukset


sarjassa:
Sarjaankytkennässä
kokonaisresistanssi on
osaresistanssien summa
Rt=R1+R2+R3
R2


Rt
R1
 Vastukset
rinnan:
Rinnankytkennässä
kokonaisresistanssin
käänteisarvo on osaresistanssien käänteisarvojen summa
1/Rt=1/R1+1/R2+1/R3
Rt
R3
R1
R2
R3
12
OH2BSH -97
Jännitelähteiden kytkennät:
 Jännitelähteet


+
Ut
sarjassa:
 Jännitelähteet
Sarjaankytkennän kokonaisjännite on osajännitteiden summa
Ut=U1+U2+U3



rinnan:
Osajännitteiden on oltava saman suuruisia
Kytkennän kuormitettavuus kasvaa
Ut=U1=U2=U3
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
U1
U2
U3
U1
U2
U3
+
Ut
-
13
OH2BSH -97
Sähköteho ja - työ
 Kun
jännite ja virta
vaikuttavat yhtä aikaa
tietyssä pisteessä, kulutetaan ko. pisteessä
sähkötehoa.
 Sähköteho on jännitteen ja virran tulo
P
=UxI
 [P]
= V x A =VA =W
 Ohmin
lakia soveltamalla saadaan tehon
kaavoiksi:
2
P=UxI
U
P
=
R
P=I 2 xR
U= PxR
P
I= R
14
OH2BSH -97
Sähköteho ja -työ
 Sähkötehon
vaikuttaessa tietyn ajan, tehdään sähkötyötä Ws.
 Ws = P x t(s)
 Ws = Wattisekunti
 Johdannaisyksikkö on
Wh (wattitunti)=
3600 x Ws.
 Ostettaessa
sähköä
sähkölaitokselta, maksetaan nimenomaan
tehdystä sähkötyöstä.
 Lasku kasvaa kun
aika/teho kasvaa.
15
OH2BSH -97
Tehosovitus
 Tehosovitus
tarkoittaa
tilannetta jossa kuormaan saadaan syötettyä teholähteestä suurin mahdollinen teho.
 Tehosovitus toteutuu
kun kuorman impedanssi on yhtä suuri
kuin teholähteen sisäinen impedanssi.
 Impedanssi
Z=R +j X
 Siirrettäessä tehoa
(esim. lähettimestä antenniin) pyritään tehosovitukseen (RS = RL).
G
RS
RL
16
OH2BSH -97
Vaihtosähkö
 Vaihtosähköllä
jännitteen suuruus ja suunta
vaihtelevat jaksollisesti
ajan suhteen.
 Vaihtelu on yleensä
säännöllistä ja siinä on
positiivinen ja negatiivinen osuus.
 Vaihtelu on yleensä
sini- muotoista.
 Vaihtojännitteen
tehollisarvo U on samansuuruinen kuin tasajännite, jonka lämmittäväteho on yhtä
suuri kuin vaihtojännitteen teho.
17
OH2BSH -97
Vaihtosähkö
 Sininmuotoisen
vaihtojännitteen huippuarvo on 1,41 kertaa
tehollisarvo eli
u = 1,41 x U.
 Jaksonpituus T määrää kuinka pitkä aika
kuluu yhteen kokonaiseen jaksoon.
 Taajuus
f on jaksonpituuden T käänteisarvo.
 Taajuus ilmaisee kuinka monta kokonaista
jaksoa yhteen sekuntiin mahtuu.
f=
1
T
1
[f] = s = Hz
18
OH2BSH -97
Vaihtosähkö
Huippuarvo u^
u
Tehollisarvo U
Jakson pituus (jaksonaika)
28
0
30
0
32
0
34
0
36
0
26
0
14
0
16
0
18
0
20
0
22
0
24
0
10
0
12
0
80
60
40
Huipusta huippuun
Uhh
20
0
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
-0,10
-0,20
-0,30
-0,40
-0,50
-0,60
-0,70
-0,80
-0,90
-1,00
SIN
T
19
OH2BSH -97
Vaihtosähkö
 Radioamatöörilähetti-
mestä antenniin syötettävä signaali on
vaihtosähköä jonka
taajuus on megahertsejä (MHz).
 Antenni muuttaa vaihtosähkön sähkömagneettiseksi säteilyksi.
 Sähkömagneettinen
säteily etenee ilmassa ja
avaruudessa valon
nopeudella.
 Aallonpituus ilmaisee
matkan, jonka säteily
etenee yhden jakson
aikana.
c=300 000 000 m/s
c
= f
=m
20
OH2BSH -97
Induktanssi
 Virrallisen
johtimen
ympärille syntyy magneettikenttä.
 Kun johdin kierretään
kelalle, yksittäisten
kierrosten magneettikentät summautuvat ja
kokonaiskenttä
voimistuu.
 Kentän
voimakkuuteen vaikuttaa oleellisesti kelan sydänaine.
 Tasavirta muodostaa
kytkentähetkellä kelaan magneettikentän,
joka vastustaa virran
kasvua.
21
OH2BSH -97
Induktanssi
 Kun
virta katkaistaan
purkautuu magneettikenttä ja INDUSOI
kelan silmukoihin jännitteen, joka pyrkii
vastustamaan virran
pienentymistä.
 Ominaisuutta kutsutaan INDUKTANSSIksi.
 Mitä
nopeammin magneettikenttä muuttuu
sitä enemmän induktanssi vastustaa virran
muutosta.
 Induktanssilla on siis
vaihtovirta vastus,
REAKTANSSI.
22
OH2BSH -97
Induktanssi
 Induktanssi
aiheuttaa
virran jäämisen jännitteestä 90 astetta jälkeen.
 Reaktanssi ei aiheuta
häviötehoa.
 Induktanssin merkintä
on L ja [L] = H (henry)
 Reaktanssin
merkintä
on X ja [X] = (ohmi)
 Keloilla on induktiivinen reaktanssi XL.
 XL =  L missä
=2f. XL= 2fL
 Induktansseja lasketaan sarjaan ja rinnan
kuten vastuksia.
23
OH2BSH -97
Kapasitanssi
 KAPASITANSSI
eli
varautumiskyky (kyky
varata elektroneja).
 Kapasitanssin merkintä on C ja [C] = F
(faradi).
 Kapasitanssin realisoi
komponentti nimeltään kondensaattori.
 Kondensaattori
muodostuu lähekkäin olevista toisistaan eristetyistä metallilevyistä.
 Kondensaattori EI
johda tasavirtaa.
 Kondensaattorissa
elektronit liikkuvat
kunnes saavutetaan
tasapainotila.
24
OH2BSH -97
Kapasitanssi
 Vaihtovirta
läpäisee
kondensaattorin (tasapainotilaa ei saavuteta).
 Kondensaattorilla on
myös reaktanssi, kapasitiivinen reaktanssi XC.
= 1/ C , missä
= 2f.
 Kapasitansseja lasketaan sarjaan kuten vastuksia rinnan ja rinnan
kuten vastuksia sarjaan.
 XC
25
OH2BSH -97
Passiviset komponentit:
 Vastukset

Vastusten tärkeimmät ominaisuudet ovat:
 Vastusarvo,toleranssi,
jännitteen- ja tehonkesto.
 Radiotekniikassa lisäksi huomioitava suurtaajuusominaisuudet
.
Vastus voi olla joko kiinteäarvoinen tai
säädettävä (=potentiometri).
 Vastusmateriaalina käytetään hiilimassaa, hiilikalvoa, metallikalvoa ja vastuslankaa.

26
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Suurtaajuuspiireissä
on syytä käyttää INDUKTANSSITTOMIA vastuksia eli massatai hiilikalvovastuksia.
 Vastuksen tehonkesto riippuu rungon
mekaanisista mitoista. Mitä suurempi runko
on, sitä suuremman tehon vastus kestää.
 Yleisiä tehoarvoja ovat: 1/4W,1/3W,1/2W,
1W,2W,4W,5W,10W,50W......
27
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Kondensaattorit

Kondensaattoreiden tärkeimmät ominaisuudet
ovat:
 kapasitanssiarvo
ja jännitekesto.
 Toleranssi ei ole tärkeä yleensä
 Käyttöpaikka määrää voimakkaasti sen, minkä
tyyppistä kondensaattoria käytetään.
 Tärkeä tekijä kondensaattorin valinnassa on
eristemateriaali
28
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
Kondensaattori voi olla kiinteä tai säädettävä.
 Säädettävissä kondensaattoreissa on eristeenä
yleensä ilma tai muovi.

 Säädettävissä
kondensaattoreissa muutetaan levyjen
välistä pinta-alaa kiertämällä levyjä toistensa sisään tai
ulos tai muuttamalla levyjen etäisyyttä toisistaan.
 Säätökondensaattori voi olla joko työkalusäätöinen tai
säätöakseliin liitetään nuppi, josta säätö suoritetaan.
29
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Elektrolyyttikondensaattorilla
(Elko) saadaan aikaan suuria kapasitansseja, jopa
satojatuhansia mikrofaradeja.
 Elkoja käytetään yleensä teholähteissä.
 Elkossa toisen elektrodin muodostaa metallilevy ja toisen elektrolyyttinen liuos.Näiden
välille syntyy kaasukalvo, joka toimii eristeenä.
30
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Elko
on polaroitu kondensaattori ts.toinen
navoista on + - merkkinen ja toinen - merkkinen.
 Elkon navat täytyy AINA kytkeä + - napa
positiivisempaan jännitteeseen ja - - napa
negatiivisempaan.
 Elkon suurtaajuusominaisuudet ovat huonot.
31
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Kela
on eristetystä langasta käämitty “lankavyyhti” joka on käämitty joko ilmakelaksi
tai hyvän magneettiset ominaisuudet (induktanssia kasvattavat) omaavan materiaalin
päälle (=kelan sydän).
 Kelan käyttötarkoitus määrää kelan
rakenteen ja materiaalit.
32
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Pientaajuuskelat:
Tarvitaan suuri induktanssi
 Käytetään mm. estämään virtalähteiden
hurinavirtaa,kaiuttimien jakosuotimissa, energiavarastona jne.
 Sydänmateriaalina käytetään mm. rautalevyjä,
ferromagneettisia aineita.
 Induktanssit 0.1 - 100H

33
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Suurtaajuuskelat:
Tarvittavan induktanssin arvon määrää käyttötaajuus
 Jos siirrettävä energia on pieni, kela käämitään
pienille rautajauho- tai ferriittisydämille.
 Suurilla energioilla kelasydämenä käytetään
suuri poikkipintaisia ferriittisiä materiaaleja tai
ilmaa ja lankana paksua kuparilankaa (hopeointi).

34
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Suurtaajuuskuristimet:
Eroittavat suurtaajuusenergian tasasähkösyötöstä.
 Pyritään suureen induktanssiin , pieneenhajakapasitanssiin ja pieneen resistanssiin.
 Ovat usein aksiaalisia.

35
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
 Muuntajat:
Muuntaa jännitteen tai virran suuremmaksi tai
pienemmäksi (myös impedanssin).
 Runkona voi olla rautalevyt tai ferriittinen aine.
 Rungon päälle käämitään kaksi tai useampia
keloja.
 Toiminta perustuu vaihtelevaan magneettikenttään.
 Runko toimii suljettuna magneettipiirinä.

36
OH2BSH -97
Passiiviset komponentit:
Runko ohjaa magneettikentän vuon siten, että
vuo lävistää kaikkien käämien silmukat.
 Kun johonkin ensiökäämiin tuodaan vaihtovirtaa, indusoituu muihin toisiokäämeihin jännite.
 Kuormittamattoman muuntajan muuntosuhde
on: U1 / U2 = N1 / N2 = I2 / I1
 Muuntaja toimii vain vaihtosähköllä !!
 Jos muuntajaa ei kuormiteta toisiopuolelta kulkee
ensiössä tyhjäkäyntivirta.

37
OH2BSH -97
Komponentit
 Sähkölaitteet
rakentuvat rakenneosista eli
komponenteista.
 Komponentit


jaetaan kahteen pääryhmään:
Aktiiviset komponentit
 Yleensä vahvistavat signaalia. Esim.transistorit,
operaatiovahvistimet, logiikkapiirit,tyhjö-putket jne.
 Vaativat ulkoista syöttötehoa toimiakseen.
Passiiviset komponentit
 Vastukset,kondensaattorit,kelat
 Eivät vaadi ulkoista syöttötehoa toimiakseen.
38
OH2BSH -97
Puolijohteet
 Tärkeimmät
puolijohdemateriaalit:
Pii
 Gallium - Arsenidi
 Germanium
 (Seleeni, Kuparioksiduuli)

 Puolijohteiden
sähkönjohtokyky on johteiden
ja eristeiden välillä.
39
OH2BSH -97
Puolijohteet
 Puhtaalla
puolijohdemateriaalilla ei ole sinänsä suurtakaan merkitystä elektroniikassa.
 Tärkeäksi komponenttien raaka-aineeksi
puolijohde muuttuu, kun valmistus vaiheessa materiaaliin sekoitetaan hallitusti vieraita
aineita “saastuttamaan” raakapuolijohde.
 Puolijohdemateriaalia tehdään kahta eri
tyyppiä: P- ja N-tyyppistä.
40
OH2BSH -97
Puolijohteet
 P-
tyypin puolijohteessa on elektronien vajausta ja N- tyypin puolijohteessa on elektroneja liikaa.
 Yhdistämällä P- ja N- tyypin materiaaleja
kerroksittain yhteen, saadaan aikaan erilaisia toimintoja, puolijohdekomponentteja.
 Oleellista komponentin toiminnan kannalta
on P- ja N- tyypin materiaalien rajapinta.
41
OH2BSH -97
Diodi
 Diodi
on yksinkertaisin puolijohdekomponentti.
 Diodi rakentuu yhdestä P- ja N- tyypin rajapinnasta.
Anodi
Katodi
Diodin piirrosmerkki
A
P
N
K
Rakenne, P- ja N-rajapinta
42
OH2BSH -97
Diodi
 Kun
P-tyypin puoliskoon kytketään virtalähteen + - napa, siirtyvät ylimääräiset
elektronit N - tyypistä lähelle rajapintaa.
 Vastaavasti virtälähteen negatiivinen napa
vetää ylimääräisiä aukkoja P - tyypin puolelta lähelle rajapintaa.
 Jos virtalähteen jännite on tarpeeksi suuri,
siirtyvät elektronit ja aukot rajapinnan yli.
43
OH2BSH -97
Diodi
 Jännitettä
jolla rajapinta tulee johtavaksi,
kutsutaan kynnysjännitteeksi ja on piillä
n. 0,7 V ja germaniumilla n.0,3V.
 Kun jännite on suurempi kuin kynnysjännite, diodi johtaa (päästösuunta).
 Jos jännite kytketään toisin päin, elektronit ja
aukot siirtyvät kauemmaksi rajapinnasta,
jolloin diodi ei johda (estosuunta).
44
OH2BSH -97
Diodi
 Jos
estosuuntainenjännite kasvaa liian suureksi,tapahtuu läpilyönti, joka tuhoaa diodin,
 Diodin ollessa estosuuntainen, kulkee diodissa
pieni estosuuntainen vuotovirta.
 Kun diodi on myötäsuuntainen, ei diodin yli jäävä
jännite muutu paljonkaan.
 Diodeja käytetään ohjaamaan virta haluttuun
suuntaan.
45
OH2BSH -97
Diodi
 Käytännön
sovelluksia diodeille ovat:
Vaihtosähkön tasasuuntaaminen tasasähköksi
 Ilmaisu eli informaation erottaminen
radiolähetteen kantoaallosta
 Eri taajuisten signaalien sekoittaminen keskenään
 Toiminta kytkimenä

46
OH2BSH -97
Diodi
 Diodin
yhteydessä tärkeimmät suureet ovat:
Suurin sallittu jatkuva myötäsuuntainen virta
 Suurin sallittu estosuuntainen jännite
 Toimintanopeus
 Suurin sallittu toistumaton myötäsuuntainen
virta

 Diodissa
katodi merkitään renkaalla ja
tyyppi kirjain-numero yhdistelmällä.
47
OH2BSH -97
Diodi
 Piidiodin
toimintakäyrä:
U/V
I/uA
30
Estosuunta
20
10
-100
2
Myötäsuunta
1
0,5
1 1,5
2
I/A
-200
U/V
48
OH2BSH -97
Diodi
 Zenerdiodi:
On myötäsuunnassa samanlainen kuin piidiodi
 Estosuunnassa estojännite on matala, tyypistä
riippuen 3.3V - 200V
 Estojännite alueella (=Zenerjännite) jännite on
hyvin vähän riippuvainen läpi kulkevasta virrasta
 Käytetään jännitteen vakavointiin (=stabilointiin) ja kohinan muodostamiseen

49
OH2BSH -97
Diodi
 Kapasitanssidiodit
(eli varaktori):
Valmistettu siten , että PN - rajapinnan kapasitanssi on mahdollisimman suuri ja säädettävissä
 Kapasitanssin säätö perustuu estosuuntaisen
jännitteen säätöön (elektronien ja aukkojen
etäisyyden muuttamiseen)
 Käytetään radioissa virityspiirien säätöön ja
taajuuden kertojissa
 Voidaan käyttää myös myötäsuuntaisena

50
OH2BSH -97
Diodi
 Valodiodi
(eli LED):
Materiaaliksi on valittu aine, joka alkaa emittoida näkyvää valoa kun diodiin kytketään
myötäsuuntainen virta
 Myötäsuunnassa diodin yli jäävä jännite on
stabiili (Voidaan hyödyntää stabilointiin)
 Tyypillisesti max. virta on 20mA, suuremmilla
tuhoutuu helposti

51
OH2BSH -97
Transistorit
 Transistori
on aktiivinen puolijohdekomponentti, jossa sisääntulonapoihin tuotu signaali saadaan vahvistettuna ulos lähtönavoista.
 Transistorit jaetaan kahteen pääryhmään:


Virtaa vahvistaviin bipolaaritransistoreihin (BJT)
Jänniteohjattuihin kenttävaikutustransistoreihin (FET)
52
OH2BSH -97
Transistorit
 Bipolaaritransistorit
koostuu kolmesta puolijohdekerroksesta (kaksi
rajapintaa)
 Kerrosten järjestys on joko PNP tai NPN
 Kerrosten järjestys määrää virran kulkusuunnan
transistorin läpi
 Kytkennät ulospäin kolmella elektrodilla: Kanta
(Base, B),Emitteri (Emitter, E) ja Kollektori
(Collector, C)

53
OH2BSH -97
Transistorit
 Bipolaaritransistorien
C
piirrosmerkit:
C
B
B
B
E
E
NPN
C
PNP
E
NPN - Darlington
54
OH2BSH -97
Transistorit
 Bipolaaritransistori:
Ohjauselektrodi on kanta
 On virtaa vahvistava komponentti

 Toimintaperiaate:
Kannan kautta emitterille kulkeva virta ohjaa
kollektorin kautta emitterille kulkevaa virtaa
 Virtojen välistä riippuvuutta kutsutaan transistorin virtavahvistuskertoimeksi (  tai Hfe )

55
OH2BSH -97
Transistorit
Virtavahvistuskertoimen arvo voi vaihdella
transistorityypistä riippuen muutamasta kymmenestä useaan tuhanteen
 Kannan ja emitterin välillä on myötäsuuntainen
diodi joten niiden välillä vallitsee melko vakio
0,7V jännite-ero (kynnysjännite)

56
OH2BSH -97
Transistorit
 FET
- transistorin toiminta:
Lyhenne FET = Field Effect Transistor =Kenttävaikutustransistori.
 Kutsutaan myös kanavatransistoriksi
 Kytkennät ulospäin kolmella elektrodilla:Hila
(Gate, G), Kerääjä (Drain , D) ja Lähde (Source, S)
 On jänniteohjattukomponentti

57
OH2BSH -97
Transistorit
Drain - Source välille syntyy virtaa johtava
kanava ja Gate:n ja Drain:n välisellä jännitteellä
voidaan säätää kanavan leveyttä (resistans-sia) ts.
virran suuruutta.
 Gate on eristetty kanavasta.
 FETtejä valmistetaan sekä N - että P - kanavaisina
 FET:t jaetaan kahteen päätyyppiin:liitos- ja MOS
fetteihin.

58
OH2BSH -97
Transistorit
 Liitos
FET:
Gatelta estosuuntainen diodiliitos source ja drain
elektrodeihin (Sourcen ja drainin väli on
yhtenäistä puolijohdetta.Tasavirta ei kulje gatelta
kanavaan)
 Gaten ja sourcen välillä on tietty kapasitanssi
joten vaihtojänniteohjauksella gatelta kulkee
virtaa kanavaan
 On sulkutyyppinen eli gatella pitää olla jännite
jotta FET ei johda

59
OH2BSH -97
Transistorit
 MOS-
FET :
Lyhenne tulee sanoista Metal Oxide Semiconductor
 Gate on eristetty ohuella metallioksidi kerroksella (ei ole diodiliitosta)
 On olemassa sekä sulku - että avaustyyppisiä
 On myös kahdella gatella varustettuja, jolloin
niiden toimintaa voidaan ohjata kahdella signaalilla samanaikaisesti

60
OH2BSH -97
Tyristorit ja triacit
 Käytetään
nopeina tehokytkiminä.
 Tyristori on nelikerrosdiodi joka johtaa
myötäsuuntaan kun se on saanut sytytyspulssin ohjauselektrodilleen.
 Tyristori sammuu kun myötäsuuntainen
virta on pienentynyt alle ns. pitovirran.
 Tyristori hyödyntää vaihtosähköstä vain
toisen puolijakson.
61
OH2BSH -97
Tyristorit ja triacit
 Triacit
ovat periaatteessa kaksi tyristoria
vastakkain kytkettynä ja ohjauselektrodit
yhdistettynä.
 Triac johtaa kumpaankin suuntaan kun ohjaus tapahtuu oikein.
 Väärin suunniteltu tyristori- tai triackytkentä aiheuttaa voimakkaita häiriöitä radiotaajuuksilla.
62
OH2BSH -97
Tyhjöputket (Radioputket)
 Ovat
jänniteohjattuja komponentteja.
 Radioputkien merkitys radiotekniikassa on
pienenemässä.
 Vaativat hehkutehoa katodin lämmitykseen -> kokonaishyötysuhde huononee.
 Rakennettu lasikuvun sisään, johon on imetty tyhjö.
63
OH2BSH -97
Radioputket
 Putkessa
on aina vähintään kaksi elektrodia:
hehkukatodi ja anodi. Anodi on positiivisempi kuin katodi jolloin katodia lämmitettäessä irtoavat elektronit siirtyvät anodille.
 Tämä yksinkertaisin putkityyppi on nimeltään DIODI.
 Anodin ja katodin väliin voidaan asettaa lisäelektrodeja , hiloja.
64
OH2BSH -97
Radioputket
 Hiloille
tuotavilla jännitteillä voidaan säädellä ja muutella putken ominaisuuksia.
 Putket eivät ole herkkiä käyttövirheille.
 Putken tulokapasitanssi (kapasitanssi hilan ja
katodin välillä) on pieni (muutama pF).
 Tyypillinen anodijännite on 200VDC, lähetinputkilla n.2-5 KV.
65
OH2BSH -97
Radioputket
 Putket
jaetaan seuraavasti toiminnallisiin
tyyppehin:

Putkityyppi
Hiloja
Elektrodeja

Diodi
Triodi
Tetrodi
Pentodi
Heksodi
Heptodi
Oktodi
0
1
2
3
4
5
6
2
3
4
5
6
7
8






66
OH2BSH -97
Radioputket
 Saman
tyhjöksi imetyn lasikuvun sisään
voidaan ja rakennetaankin useampia putkitoimintoja.
 Tällöin saadaan esim. trioditetrodi, dioditriodi, triodipentodi jne.
 Radioputkien saatavuus on huonontunut,nykyisin radioputkia valmistetaan pääasiassa
vain entisissä itäblokin maissa ja Kiinassa.
67
OH2BSH -97
Transistori vahvistimena
 Yksinkertainen
äänitaajuusvahvistin
+20V
R1
180k
C1
R3
4,7k
+ C2
R5
180k
R7
4,7k
Tr3
100uF
+
Tr2
Tr1
100uF
+
C3
1000uF
R10
10k log
R2
22k
R4
1k
R6
22k
R8
1k
R9
120
0V
68
OH2BSH -97
Vahvistimien toimintaluokat
 Vahvistinkomponenteilla
(putket, transistorit
ja FET:t) on kolme perustoimintaluokkaa:

A-, B- ja C - luokat
 Vahvistinluokan
valinta riippuu signaalista,
jota halutaan vahvistaa.
 Väärän vahvistinluokan valinta aiheuttaa
esim. SSB- signaalille säröytymistä.
69
OH2BSH -97
Vahvistinluokat
 Toimintapiste
on piste, jossa vahvistavan
komponentin ohjauspiirin tasajännite(-virta)
ja lähtöpiirin tasajännite (-virta) käyrät leikkaavat.
+
RD
G
Ug
RG
UD
ID
+Ug
D
S
Toimintapiste
UD
ID
70
OH2BSH -97
Vahvistinluokat
 A-luokka:
Vahvistinta ei koskaan ohjata epälineaariselle
alueelle
 Vahvistavalla komponentilla on kiinteä toimintapisteen asettelu, jolla lähtö asetetaan keskelle
lineaarista toiminta-aluetta
 Vahvisten asteessa kulkee koko ajan, myös ilman ohjausta, virtaa
 Asteen hyötysuhde on huono, 0 - 50%

71
OH2BSH -97
Vahvistinluokat
Ohjaus pidetään sellaisella tasolla että lähtö
pysyy lineaarisella alueella
 käytetään kytkennöissä joissa ei saa syntyä säröä
esim. audiovahvistimet ja oskillaattorit

UD
Lähtö
Kiinteä etujännite
Ohjaus
ID
72
OH2BSH -97
Vahvistinluokat
B
- luokka:
Kiinteä toimintapiste asetaan siten, että asteessa
kulkee virtaa vain ohjauksen toisen puoliaallon
aikana
 Hyötysuhde on tällöin n. 60 - 70%
 Käytetään yleensä ns. vuorovaihe eli push-pull
pääteasteissa joissa toisen puoliaallon vahvistaa
oma vahvistin aste ja toisen puoliaallon toinen
aste, vuorotellen

73
OH2BSH -97
Vahvistinluokat
Yleisesti käytetään ns. AB - luokkaa jossa on
pieni perusvirta
 Käytetään esim. HIFI-vahvistimissa, SSB RA
lähettimien pääteasteissa

UD
Lähtö
Kiinteä etujännite
ID
Ohjaus
74
OH2BSH -97
Vahvistinluokat
C
- luokka:
Toimintapiste asetetaan siten, että asteessa
kulkee virtaa vain ohjauksen toisen puoliaallon
huipun aikana
 Toiminta on erittäin epälineaarista
 Hyötysuhde on hyvä n.80 - 90%
 Käytetään esim. taajuudenkertojissa (syntyy
paljon harmoonisia taajuuksia)
 Sähkötys- ja FM- lähettimissä (vakio amplitudi)

75
OH2BSH -97
Vahvistinluokat

C- luokan vahvistinasteen perään kytketään ns.
resonanssipiiri jolla puuttuvat sinipuoliaallot
muodostetaan (vrt. keinu)
UD
Lähtö
ID
Kiinteä etujännite
Ohjaus
76
OH2BSH -97
Operaatiovahvistimet
 Kuuluvat
analogisten mikropiirien ryhmään
 Ideaalitapauksessa vahvistus on ääretön
 On kaksi tuloa, joiden välinen jännite-ero
vahvistetaan ja lähtö
 Tulot ovat erilaiset: suora- ja kääntävätulo
Lähtö on suorantulon suhteen samanvaiheinen
 Lähtö on kääntäväntulon suhteen vastakkaisvaiheinen

77
OH2BSH -97
Operaatiovahvistimet
Käytännön operaatiovahvistimet ovat hyvin
lähellä teoreettista operaatiovahvistinta
 Vahvistimet on integroitu mikropiireiksi ja
sisältävät lukuisia transistoreja ja muita komponentteja samassa kotelossa
 Vahvistus säädetään ulkoisilla komponenteillä

+1V
+1V
R2 100k
Zin = >>
0V
R1
0V
+11V
+
0V
_
_
R2 100k
10k
Zin = 10k
0V
+
A= R2/R1
-10V
A= R2/R1 +1
R1 10k
78
OH2BSH -97
Logiikkapiirit
 Logiikkapiirit
ovat digitaalisia mikropiirejä.
 Merkitys nykypäivänä on erittäin suuri, nyky
elektroniikka perustuu pääosin digitaalitekniikkaan.
 Toimintaa kuvataan Boolean algebralla.
 Logiikkapiireilla on kaksi tilaa: 0 ja 1,tosi tai epätosi
jotka vastaavat 0V ja +5V.
 Peruslogiikkapiirityypeillä voidaan tehdä kaikki
tarvittavat digitaalipiirit.
79
OH2BSH -97
Logiikkapiirit
 Perusporttipiirit:

AND (JA) - piiri:
A
B
&
Y
A
B
Y
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
80
OH2BSH -97
Logiikkapiirit

OR (TAI) - piiri
A
B
>1
Y
A
B
Y
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
81
OH2BSH -97
Logiikkapiirit

A
NOT (EI) - piiri
-1
Y
A
0
1
Y
1
0
82
OH2BSH -97
Resonanssi
 Sähköisessä
resonanssipiirissä piiriin syötetty energia vaihtaa muotoaan piirin ominaistaajuudella kelaan varastoidun magneettisen (magneettivuo) ja kondensaattoriin varastoidun sähköisen (sähkökenttä) energian
välillä.
 Kondensaattoriin varattu jännite alkaa purkaantua kelan kautta.
83
OH2BSH -97
Resonanssi
 Kun
virta on suurin on kelan magneettivuo
suurimmillaan ja kondensaattorin jännite on
nolla.
 Magneettikenttä alkaa purkaantua jolloin,
kelan itseinduktio aikaansaa kelan yli vaikuttavan jännitteen, mikä lataa kondensaattorin vastakkaissuuntaiseen maksimijännitteeseen.
84
OH2BSH -97
Resonanssi
 Jollei
häviöitä olisi, tämä energian värähtely
kondensaattorin ja kelan välillä jatkuisi
loputtomasti.
 Tosiasiassa komponenttien ja piirin häviöt
vaimentavat värähtelyn nopeasti.
 Resonanssipiirin hyvyyttä kuvataan suureella Q-arvo.
85
OH2BSH -97
Resonanssi
 Mitä
suurempi Q-arvo on, sitä pienemmät
häviöt piirissä on ja sitä parempi on piirin
hyvyys.
 Resonanssipiirin häviöt syntyvät:
Kelan langan resistanssista
 Virran pintailmiö (suurilla taajuuksilla)
 Kelan sydänaineen häviöistä
 Kondensaattorin eristeen vuotovirroista

86
OH2BSH -97
Resonanssi
 Suurilla
taajuuksilla (~30 MHz --> ) hyvä ja
helppo keino parantaa Q-arvoa on hopeoida
käytetty kelan lanka tai käyttää ns. Litz-lankaa, jossa on useita toisistaan eristettyjä
ohuita kuparilankoja, tehollinen pinta-ala
kasvaa -->resistanssi pienenee, Q-arvo
kasvaa.
87
OH2BSH -97
Resonanssi
 Resonassipiirityyppejä
on kaksi:
Sarjaresonanssipiiri
 Rinnakkaisresonanssipiiri

 Kummallekin
pätee resonanssiehto:
XL = XC
L = 1/C
 ^2= 1/LC
 = 1/LC , missä = 2f

f= 1/ 2  LC
Eli taajuus jolla piiri on resonanssissa
88
OH2BSH -97
Resonanssi
 Sarjaresonanssipiiri:
Muodostuu sarjaankytketyistä kondensaattorista
ja kelasta
 Piirin läpi kulkee sama virta kummankin komponentin kautta eli komponenttien virta on samassa vaiheessa kummassakin komponentissä
 Kelan jännite on 90 astetta edellä ja kondensaattorin jännite 90 astetta jäljessä virtaan nähden

89
OH2BSH -97
Resonanssi
Kondensaattorin ja kelan jännitteet ovat siis
toisiinsa nähden 180 asteen vaihesiirrossa
 Resonanssiehdon mukaisesti resonanssitaajuudella ovat reaktanssit ja jännitteet yhtä suuret
mutta vastakkaisvaiheiset jolloin piirin kokonaisjännite on nolla (jos Q-arvo ~  ). Käytännössä piirin yli jää pieni jännite.
 Ohmin lakiin sijoittamalla pieni jännite ja suuri
virta saadaan pieni resistanssi

90
OH2BSH -97
Resonanssi
Resonassissa olevan sarjaresonassipiirin impedanssi onkin hyvin pieni eli resonanssitaajuudelle piiri on oikosulku.
 Sarjaresonanssipiiriä käytetään esim. suodattamaan pois ei-toivottuja signaaleja (ns.imupiiri)
esim. TV-vastaanottimen antenniliitännästä (144146 MHz:n imupiiri)

91
OH2BSH -97
Resonanssi
 Rinnakkaisresonanssipiiri:
Rakentuu rinnan kytketystä kondensaattorista ja
kelasta
 Kummankin komponentin yli vaikuttaa sama
vaiheinen jännite, virrat ovat vastakkaisvaiheiset resonanssissa eli kokonaisvirta on hyvin pieni
 Ohmin lakia soveltaen saadaan impedanssiksi
hyvin suuri arvo

92
OH2BSH -97
Resonanssi

Rinnakkaisresonanssipiirin yli vaikuttava jännite
kasvaa Q-arvon kasvaessa
 Rinnakkaisresonanssia
kutsutaan jänniteresonanssiksi ja sarjaresonanssia virtaresonanssiksi.
 Resonanssissa piirien impedanssi on resistiivinen, koska reaktanssit kumoavat toisensa (samansuuruiset,vastakkaisvaiheiset).
93
OH2BSH -97
Kiteet
 Kvartsikide
kuuluu pietsosähköisten materiaalien ryhmään.
 Kiteeseen vaikuttava jännite saa aikaan kiteen mekaanisen taipumisen, ja vastaavasti
mekaaninen voima aikaansaa levyyn liitettyjen elektrodien välille jännitteen.
 Kidelevyn leikkaussuunta ja - kulma vaikuttavat kidelevyn sähköisiin ominaisuuksiin.
94
OH2BSH -97
Kiteet
 Kiteellä
on oma resonanssitaajuutensa jolla se
alkaa värähdellä kun kide on osa sopivaa
sähköistä kytkentää.
 Kide voi värähdellä myös yliaalloilla.
 Kiteen Q-arvo on hyvin suuri, satoja jopa
tuhansia.
 Resonanssipiikki on hyvin kapea.
 Resonanssitaajuus on hyvin stabiili.
95
OH2BSH -97
Kiteet
 Kiteellä
on sekä rinnakkaisresonanssi- että
sarjaresonanssitaajuus.
 Em. taajuudet poikkeavat hieman toisistaan
(ero on kilohertsi luokkaa).
Co
Kiteen kaaviokuva
Cs
Ls
Rh
Kiteen vastinkytkentä
96
OH2BSH -97
Piirien välisiä kytkentöjä
 Resonanssipiirejä
kytketään yhteen hyvän
selektiivisyyden, eli valintatarkkuuden lisäämiseksi.
 Selektiivisyyden lisääntyminen perustuu resonanssipiirien aikaansaamaan kaistanpäästö ominaisuuteen.
 Esim. vastaanottimen antennipiireissä käytetään useita virityspiirejä peräkkäin kytkettyinä.
97
OH2BSH -97
Piirien välisiä kytkentöjä
 Erillaisia
kytkentätapoja:
Ck
Keskinäisinduktanssi
C1
L1
L2
C2
C1
L1
L2
C2
Magneettinen suoja
Induktiivinen kytkentä
(magneettikentän välityksellä)
Kytkentä kondensaattorin
avulla
98
OH2BSH -97
Piirien välisiä kytkentöjä
 Erillaisia
C1
L1
kytkentätapoja:
L2
C2 C1
L1
L2
C2
Ck
Kytkentä linkin avulla
Kytkentä yhteisen
komponentin avulla
99
OH2BSH -97
Piirien välisiä kytkentöjä
 Kytkennän
kiinteyttä muuttamalla voidaan
vaikuttaa kaistanpäästöominaisuuteen.
Z
Z
Z
f
Alikriittinen kytkentä
f
Kriittinen kytkentä
f
Ylikriittinen kytkentä
100
OH2BSH -97
Suotimet
 Suotimien
tarkoituksena on radiotekniikassa
selektiivisesti joko päästää tai estää taajuuksien eteneminen laiteessa.
 Suodin voidaan tehdä joko LC -resonanssipiireillä, kiteillä, keraamisilla resonaattoreilla tai mekaanisesti.
 Käytetään sekä vastaanotin- että lähetintekniikassa.
101
OH2BSH -97
Suotimet
 Suotimet
jaetaan toiminnallisesti neljään eri
perustyyppiin:
Alipäästösuodin
 Ylipäästösuodin
 Kaistanpäästösuodin
 Kaistanestosuodin

102
OH2BSH -97
Suotimet

Ali- ja ylipäästösuodin:
Alipäästösuodin ja sen taajuusvaste
u
L
C
u
C
Rajataajuus
Rajataajuus
f
L
Ylipäästösuodin ja sen taajuusvaste
f
103
OH2BSH -97
Suotimet

Kaistapäästö- ja kaistanestosuodin:
L
C
C
u
L
f
Kaistanpäästösuodin ja sen taajuusvaste
C
L
u
C
L
Kaistanestosuodin ja sen taajuusvaste
f
104
OH2BSH -97
Modulaatio
 Lähettimen
kehittämä suurtaajuinen teho
muutetaan antennilla sähkömagneettiseksi
säteilyksi, mikä etenee lähes valon nopeudella antennia ympäröivään tilaan.
 Sähkömagneettinen säteily on mahdollista
vastaanottaa vastaanottimella.
 Tätä suurtaajuista sähkomagneettista säteilyä kutsutaan kantoaalloksi.
105
OH2BSH -97
Modulaatio
 Kantoaalto
sinänsä ei sisällä paljoakaan informaatiota, ainoastaan “kantoaalto päällä tai
poispäältä”.
 Siirrettäväksi haluttu pienitaajuinen informaatio liitetään kantoaaltoon (kantoaalto
“kantaa” informaation perille).
 Informaation liittämistä kantoaaltoon kutsutaan moduloimiseksi.
106
OH2BSH -97
Modulaatio
 Tarvittava
kantoaallonkaistaleveys (taajuusalue) riippuu siirrettävän informaation määrästä, ja on sitä suurempi mitä “tiheämpää”
informaatio on.
 Vähiten kaistanleveyttä tarvitaan jos informaatio on kantoaalto päälle/pois tieto.
 Puheen siirto vaatii vähintään 2kHz kaistanleveyden.
107
OH2BSH -97
Modulaatio
 Heikkotasoinen
musiikki vaatii 6kHz (AMlähetys),stereo musiikkilähetys 15kHz ja TVkuvan lähetys n.6MHz leveyden.
 Suuri informaatiokaistanleveys vaatii korkean kantoaaltotaajuuden.
 Nykyisin informaatiota voidaan pakata “tiiviiksi” jolloin suuriakin määriä informaatiota voidaan siirtää pienillä kaistanleveyksillä.
108
OH2BSH -97
Modulaatio
 Lähetelaji
A1A (CW)
On kantoaallon katkomista sähkötysavaimella
sähkötysmerkkien tahdissa.
 Lähettimen koko teho käytetään informaation
siirtoon.
 On tehokas huonoissakin radiokeli olosuhteissa
 Haittana hitaus (kapea kaistanleveys)
 Vastaanottimessa tarvitaan BFO lisäpiiri

109
OH2BSH -97
Modulaatio
 Lähetelajit
A2A ja A3E (AM-modulaatio)
Amplitudimodulaatiossa kantoaallon amplitudia (suuruutta) muutetaan informaation tahdissa
 Lähete jakaantuu kahteen osaan, suurtaajuiseen
kantoaaltoon ja sen molemmin puolin sijaitseviin sivukaistoihin
 Sivukaistojen leveyden määrää moduloivan
pientaajuuden taajuusalue
 AM -signaali ilmaistaan tasasuuntaamalla

110
OH2BSH -97
Modulaatio
Jos kantoaaltoa moduloidaan pientaajuisella
sähkötyssummerin äänellä, on kyseessä soinnillinen sähkötys, lähetelaji A2A
 Jos kantoaaltoa moduloidaan pientaajuisella
puheella, on kyseessä AM puhelähetys, lähetelaji
A3E
 Radioamatöörit eivät käytä juurikaan enää A2A
ja A3E lähetelajeja.
 Ammattiliikenne ja yleisradiot käyttävät vielä

111
OH2BSH -97
Modulaatio
 Aika-
ja teho/taajuusasteikko esitykset:
A1A
P
A3E
P
f0
f0
fL
A1A
f
P
fU
A2A
f0
fL
f
A3E
fU
f
112
OH2BSH -97
Modulaatio
AM - lähetteiden (A2A ja A3E) käytön pienenemiseen syynä on huono tehohyötysuhde
 Lähetysteho jakaantuu kolmeen osaan:

 Kantoaaltoon
2
X sivukaistaan (sama informaatio on siis kahteen
kertaan)
Toinen sivukaistoista on tarpeeton
 Kantoaalto ei sisällä informaatiota

113
OH2BSH -97
Modulaatio
 Kaksisivukaista
lähete eli DSB (X3E)
Suodattamalla kantoaalto pois saadaan hyötysuhdetta parannettua
 Tällöin saadaan aikaan kaksisivukaistalähete eli
DSB-lähete
 Toinen sivukaista kuluttaa tehoa edelleen
 DSB-signaalin vastaanotto vaatii monimutkaisemman vastaanottimen kuin AM - signaali
(vaikeampi ja kalliimpi rakentaa)

114
OH2BSH -97
Modulaatio
Kantoaalto muodostetaan uudelleen vastaanottimessa (apukantoaalto)
 DSB-lähetettä käytetään ULA stereolähetteenä

P
LSB
USB
f
f0
DSB-lähete teho/taajuusasteikko esityksenä
115
OH2BSH -97
Modulaatio
 Yksisivukaistalähete
eli SSB (J3E)
Kun DSB-lähetteestä poistetaan toinen sivukaista pois, saadaan yksisivukaista- eli SSB-lähete
 Lähetettävä sivukaista voi olla joko alempi, LSB
tai ylempi sivukaista USB
 SSB lähetteen muodostus ja vastaanotto vaatii
monimutkaisia ja korkealuokkaisia vastaanotin
ja lähetin ratkaisuja

116
OH2BSH -97
Modulaatio

SSB lähetteen etuja ovat:
 Tehokas
taajuuksien käyttö
 Kaikki teho saadaan informaation siirtoon
P
P
LSB
USB
f
f0
f0
f
SSB - lähetteen teho/taajuusasteikko esitys
117
OH2BSH -97
Modulaatio
 Taajuusmodulaatiolähete
eli FM (F3E)
Kantoaallon amplitudi on vakio
 Pientaajuusinformaatio aikaansaa kantoaaltotaajuuden poikkeaman nimellistaajuudesta
 Mitä suurempi on pientaajuuden voimakkuus,
sitä suurempi on hetkellinen kantoaaltotaajuudenpoikkeama keskitaajuudesta
 Poikkeamaa kutsutaan deviaatioksi
 Pientaajuuden taajuus vaikuttaa taajuuspoik
118
OH2BSH -97
Modulaatio
keaman nopeuteen.
 FM-lähetteen ilmaisu tapahtuu yleensä vaiheilmaisimella

P
f0
f
FM-lähete aika-asteikolla
FM-lähete teho/taajuusasteikolla
119
OH2BSH -97
Lohkokaavioesitys
 Laitteen
toiminta voidaan esittää toiminnallisiin lohkoihin jaettuina esityksenä.
 Kytkentäkaaviosta ei ole helppoa nähdä laitteen toimintaa kokonaisuutena.
 Lohkokaavioesityksessä kukin lohko sisältää toiminnallisen kokonaisuuden.
 Lohkokaavioesitys ja kytkentäkaava yhdessä on tehokas pari.
120
OH2BSH -97
Kidevastaanotin
 Kidevastaanotin
eli “kidekone”
C1
100pF
ST-osa
Ilmaisin
Kidevastaanottimen
lohkokaavio
C2
50 - 500pF
AA117
C3
1nF
Kuuloke
Kuuloke
121
OH2BSH -97
Suora vastaanotin
 Suoravastaanotin:
ilmaisu tapahtuu antennitaajuudella, eli kuunneltavan lähettimen taajuudella.
 Voidaan vastaanottaa AM -lähetteitä.
 Edellä esitetty kidevastaanotin on yksinkertaisin
suoravastaanotin.
 Monimutkaisemmissa konstruktioissa on useita
vahvistinasteita.
 Heikkoutena huono selektiivisyys.

122
OH2BSH -97
Suora vastaanotin
Huono selektiivisyys johtuu vaikeudesta tehdä
säädetettävää resonanssipiiriä jonka Q-arvo olisi
hyvä koko viritysalueella.
 Selektiivisyyttä voidaan parantaa keinotekoisesti
käyttämällä ns. Q-kertojaa.
 Herkkyys on hyvä (heikotkin asemat kuuluvat).

 Q-kertoja
On viritettävä suurtaajuusvahvistin.
 Osa vahvistetusta signaalista syötetään tuloon.

123
OH2BSH -97
Suora vastaanotin
Tuloon syötettävä signaali on samanvaiheinen
tulosignaalin kanssa, jolloin takaisin syötetty
signaali kompensoi häviöitä ja parantaa Q-arvoa.
 Tällöin selektiivisyys paranee.
 Koska resonanssipiiri on laajalla alueella säädettävä, muuttuu myös Q-arvo resonanssipiiriä
säädettäessä ja näin ollen myös tuloon syötettävän signaalin on oltava säädettävä.

124
OH2BSH -97
Suora vastaanotin
Jos tuloon syötetään liikaa signaalia alkaa vahvistin värähdellä, siitä tulee oskillaattori.
 Värähtely siirtyy antenniin ja häiritsee muita
lähellä olevia vastaanottimia.
 Takaisinkytkentä on oikea, kun vastaanotin on
aivan värähtelyn rajalla (ei kuitenkaan värähtele) .
 Q-kertoja on vanhentunut konstruktio ja sitä ei
juurikaan enää käytetä.

125
OH2BSH -97
Suora vastaanotin
 Suoran
ST
vastaanottinen lohkokaavio
ILM.
PT
=
Qkert.
ST
ILM.
PT
=
~
Suoravastaanotin ilman Q-kertojaa
~
Q-kertojalla varustettu suoravastaanotin
126
OH2BSH -97
Suora superi vastaanotin
 Suora
superi vastaanottimessa:
Ilmaisu tapahtuu suoraan kuunneltavalla taajuudella, mutta ei tasasuuntaamalla vaan sekoittamalla antennisignaali vastaanottimessa olevan
VFO -oskillaattorin signaalin kanssa sekoittajassa, jolloin syntyy kahden em. signaalin erotus
ja summa.
 Toinen sekoitustuloksista on pientaajuinen, mikä vahvistetaan pientaajuusvahvistimella.

127
OH2BSH -97
Suora superi vastaanotin
Jos lähetettä katkotaan sähkötyksen tahdissa,
kuuluu kaiuttimesta CW (A1A) sähkötys.
 Myös SSB-lähete mahdollista vastaanottaa.
 Selektiivisyyden muodostaa alipäästösuodin,
joka erottaa pientaajuisen erosignaalin sekoittimen lähdön muista signaaleista (antenni-,
paikallisoskillaattori- ja näiden summasignaali).
 Jos antennisignaali on pientaajuuden verran
paikallisoskillaattorin signaalia suurempi tai

128
OH2BSH -97
Suora superi vastaanotin

pienempi saadaan kummassakin tapauksessa
pientaajuinenerotussignaali eli kuullaan kaksi
asemaa yhtäaikaisesti.
ST
VAHV.
SEK.
ST
OSKIL.
(VFO)
ALIP.
SUOD.
PT
=
~
Suora superi vastaanottimen lohkokaavio
129
OH2BSH -97
Supervastaanotin
 Supervastaanotin:
Nykyään lähes kaikki vastaanottimet
 Antennisignaali sekoitetaan toiselle taajuudelle,
välitaajuudelle (IF), ennen ilmaisua
 Välitaajuutta käytettäessä selektiivisyys saadaan
aikaan kiinteä taajuisella välitaajuussuotimella
(kaistanpäästö)
 Kuunneltavan taajuuden valinta tehdään paikallisoskillaattorin, VFO, taajuutta säätämällä

130
OH2BSH -97
Supervastaanotin
VFO = Variable Frequency Oscillator
 Antennipiirin resonanssipiirin ja VFO:n säätöjen
on käytävä tasatahtia
 Jos vastaanottimeen kytketään ilmaisimelle toinen paikallisoskillaattori, BFO (Beat Frequency
Oscillator), jonka taajuus poikkeaa äänitaajuuden verran välitaajuudesta voidaan vastaanottaa
myös CW (A1A) ja SSB (J3E) lähetteitä

131
OH2BSH -97
Supervastaanotin
 Supervastaanottimen
ST
VAHV.
SEK.
VFO
VT
SUOD. +
VAHV.
lohkokaavio:
AM
ILM.
PT
SSB
ILM.
AVC
BFO
Super vastaanottimen lohkokaavio
132
OH2BSH -97
Peilitaajuus
 Sekoittajan
det:
lähdössä ovat seuraavat taajuu-
 Antennitaajuus fant
 VFO
- taajuus fVFO
 fant-fVFO
 fant
+ fVFO
 Yleensä
erotaajuus fant-fVFO otetaan käyttöön
ja muut suodatetaan pois.
 Sama erotaajuus syntyy sekä oskillaattorin
133
OH2BSH -97
Peilitaajuus
 yläpuolisista
että alapuolisista antennisig-
naaleista.
 Toista , ei haluttua signaalia kutsutaan peilitaajuudeksi.
u
u
VT
fpeili
VT
fosk
VT
fant
f
Antennisignaali suurempi kuin oskillaattorisignaali
fant
VT
fosk
fpeili
f
Antennisignaali pienenmpi kuin oskillaattorisignaali
134
OH2BSH -97
Peilitaajuus
 Peilitaajuus
saattaa aiheuttaa häiriön jos
vastaanottimen antennipiirin hyvyydestä on
tingitty (selektiivisyys muodostetaan välitaajuusasteessa) ja peilitaajuudella oleva lähete pääsee antennipiirin läpi sekoittajalle.
 Muistisääntö:

Oskillaattoritaajuus on aina keskellä ja antenni- ja
peilitaajuudet ovat välitaajuuden päässä oskillaattoritaajuuden kummallakin puolella
135
OH2BSH -97
Peilitaajuus
 Esimerkki
fosk
5,5MHz
1:
fVT
-
9MHz
fant
=
3,5MHz
fosk < fVT
fosk
5,5MHz
fVT
+
fosk
12,5MHz
9MHz
fpeilit.
=
fVT
-
9MHz
14,5MHz
fant
=
3,5MHz
fosk
fosk
12,5MHz
fVT
+
9MHz
>
fVT
fpeilit.
=
21,5MHz
136
OH2BSH -97
Peilitaajuus
 Esimerkki
2:
fosk
4MHz
fVT
-
0.5MHz
fant
=
3,5MHz
fosk ~ fVT
fosk
4MHz
fVT
+
fosk
3MHz
0,5MHz
fpeilit.
=
fVT
+
0,5MHz
4,5MHz
fant
=
3,5MHz
fosk ~ fVT
fosk
3MHz
fVT
-
0,5MHz
fpeilit.
=
2,5MHz
137
OH2BSH -97
Kaksoissupervastaanotin
 Jotta
peilitaajuudet eivät häiritsisi on kehitetty kaksois- ja kolmoissupervastaanotin.
 Ko. vastaanottimissa on kaksi tai kolme
sekoitusta ja vastaavaa välitaajuutta.
 Jotta saavutettaisiin mahdollisimman suuri
peilitaajuusvaimennus, valitaan ensimmäinen välitaajuus mahdollisimman suureksi
(~kymmeniä,satoja MHz:jä).
138
OH2BSH -97
Lähettimet
 Yksinkertainen
Kideosk.
Avainnus
Kert.
aste
CW - lähetin
Suodin
PA
=
~
CW - lähettimen lohkokaavio
CW - lähettimen kytkentäkaavio
139
OH2BSH -97
SSB tranceiver

3.5 / 14 MHz:n SSB tranceiver
Mikr.
vahv.
3,5/14
MHz
suodin
Balans.
mod.
BFO
L
V
VT
9MHz
L
V
L
V
L
SEK.
V
L
Laajakaista
ST vahv.
3.5MHz
suodin
V
PT
Tuloilmaisin
14MHz
suodin
OFF
AVC
ON
VFO
SSB tranceiverin 3,5 / 14 MHz lohkokaavio
140
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 SSB
- signaalin muodostuminen
PT
vahv.
Balans.
mod.
BFO
A
A
VT
9MHz
8998,5
kHz
DSB
8998,5
f
300Hz 2,1kHz
A
f
8996,1 8998.2 8998,8 9000,6
f
8998,5 8998,8 9000,6
141
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 Tranceiver:
Transmitter (= lähetin ) + Receiver (=Vastaanotin)
 On kompakti, kaikki toiminnot samassa
“lootassa”
 Voidaan hyödyntää samoja toimintalohkoja
 Nykyään amatöörit käyttävät lähes yksinomaan
tranceivereitä.

142
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 Yhteiset
toiminnalliset osat:
BEAT -oskillaattori (BFO)
 Välitaajuusvahvistin + suodin
 Bandisekoittaja
 VFO
 Antennipiirin asteet
 Virtalähde

143
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 SSB
signaalin muodostus:
Puhe johdetaan mikrofonin ja vahvistinasteen
kautta BALANSOITUUN MODULAATTORIIN.
 Balansoitu modulaattori on sekoittaja jonka
lähtösignaali on nolla jos tuloon ei tuoda
pientaajuista signaalia. Sekoittaja on tällöin
balanssissa (tasapainossa)
 Pientaajuussignaalilla ohjataan sekoittaja

144
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 epäbalanssiin
ja lähtönä on tällöin suurtaajuinen
amplitudimoduloitu signaali, mistä kantoaalto on
vaimentunut pois (= DSB - signaali).
 SSB - signaali saadaan kun DSB- signaali suodatetaan jyrkkäreunaisella kidesuotimella toinen
sivukaista pois, jolloin jäljelle jää yksisivukaista
signaali, SSB.
 SSB - signaalia muodostettaessa täytyy tietää
kumpi sivukaista halutaan säilyttää.
145
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 Sivunauhojen
valinta tehdään BFO:n kantoaalto
kiteen taajuutta vaihtamalla.Käytännössä BFO:ssa
on kaksi eritaajuista kidettä, toinen LSB:n ja toinen
USB:n muodostamiseen.
 Esimerkkimme SSB tranceiverin tapauksessa
käytetään ainoastaan 3,5 ja 14 MHz:n taajuusalueita. Tällöin ei tarvita kuin yksi kantoaaltokide
BFO:hon.
 3,5MHz:n alueella käytetään LSB:tä ja 14MHz:lla
USB:tä
146
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 Työskentelytaajuudet
muodostetaan sekoittamalla
välitaajuussignaali ja VFO-signaali. Sekotustuloksena saadaan em.signaalien summa- ja erotustaajuudet.
 14MHz:n taajuusalue ( 14.000-14.350MHz) muodostuu summasta, säätämällä VFO:ta välillä 5.0005.350 MHz (välitaajuus on kiinteä 9MHz).
 3,5 MHz taajuus alue (3.500-3.800) muodostuu
erotuksesta, VFO välillä 5.500-5.200 MHz
147
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 3,5
MHz:n alueella on huomattava, että asteikko on
nyt päinvastainen kuin 14 MHz:n alueella.
 SSB - signaalien muodostuminen:
9MHz
14MHz
14MHz (20m)
5MHz
3,497MHz
8998,5
kHz
13998,5
kHz
9MHz
3,5 MHz (80m)
3498,5
kHz
5,5MHz
8998,5
kHz
148
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 3,5
MHz alueelle signaalia sekoitettaessa vähennetään välitaajuussuotimen taajuudesta oskillaattorin taajuus. Koska modulaatiotaajuudet ovat
kauempana oskillaattoritaajuudesta, kuin BFO:n
kantoaaltotaajuus, ovat modulaatiotaajuudet myös
vähennyslaskun jälkeen kauempana BFO:n taajuudesta kuin lopullinen sekoitettu kantoaaltotaajuus.
 Juuri tässä tapahtuu sivukaistan vaihtuminen
USB ---> LSB.
149
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 Jos
halutaan lähettää soinnutonta sähkötystä (A1A)
voidaan mikrofonin tilalle kytkeä 1kHz:n
oskillaattori ja katkotaan tätä signaalia sähkötysavaimella sähkötyksen tahdissa. Tämä ei kuitenkaan ole täysin määräysten mukainen A1A,koska ei
katkota kantoaaltoa vaan pientaajuutta.
 Toinen tapa on kytkeä tasajännite pientaajuusliitäntään jolloin modulaattori menee epäbalanssiin jolloin, BFO taajuus vuotaa läpi.
150
OH2BSH -97
SSB tranceiver
 Katkomalla
tasajännitettä sähkötyksen tahdissa,
katkotaan kantoaaltoa, jolloin kyseessä on todellinen A1A- lähete.
151
OH2BSH -97
152
OH2BSH -97
Antennit
 Antenni:
On se osa radioasemaa, jossa lähettimen synnyttämä suurtaajuusenergia muuntuu sähkömagneettiseksi (= smg-) säteilyksi ja johon saapuva sähkömagneettinen säteily muuntuu heikoksi suurtaajuiseksi vaihtojännitteeksi
 On useinmiten fyysisesti avoin resonanssipiiri
 Induktanssin muodostaa johtimen induktanssi ja
kapasitanssin johtimen ymp. hajakapasitanssi

153
OH2BSH -97
Antennit
 Perusantennityyppi
lon dipoli

on dipoli ja puolen aal-
Seuraavassa on kuvattu magneetti- ja sähkökenttien muodostuminen puolen aallon dipoliin
Virta jakautuma
Gen.
Jännite jakautuma
154
OH2BSH -97
Antennit
Kuvasta nähdään , että puoliaaltodipolissa virta
on suurimmillaan keskellä ja jännite puolestaan
suurimmillaan päissä
 Tarkasteltaessa impedanssia dipolin keskipisteessä voidaan jännitteen ja virran sijoituksella
ohmin lakiin saada suuruusluokka arvio impedanssista:

Z=
U
I
=
Pieni jännite
Suuri virta
= Pieni impedanssi
155
OH2BSH -97
Antennit
Myös ei-resonanssi antennit ovat mahdollisia
esim. pitkälanka- (long wire),V-beam- ja
Rhombic- antennit
 Voidaan lyhentää fyysisesti resonanssiaallonpituutta lyhyemmäksi (kelalla) esim. ns. trappi- ja
helical- antennit
 Lyhin resonoiva johde on puolen aallon pituinen
ja sen fyysinen pituus on riippuvainen smgsäteilyn etenemisnopeudesta, joka on n.300000
km/s ja käytetystä taajuudesta

156
OH2BSH -97
Antennit

Aallonpituus saadaan laskettua kaavasta:


m] = 300 / f [MHz]
Perusmuodossaan kaava on :
[m] = c / f
 Missä c =3 x 10E8 m/s ja [f]= Hz

Puolen aallon mitta saadaan jakamalla aallonpituus kahdella
 Teoreettisessa tarkastelussa antennin tulee sijaita vapaassa tilassa, kaukana muista esineistä

157
OH2BSH -97
Antennit
Käytännössä antennia ei saa sijoitetuksi täysin
vapaaseen tilaan, josta johtuen ympäristö vaikuttaa antenniin ja sen ominaisuuksiin (resonanssitaajuus, induktanssi,kapasitanssi)
 Esim. dipolilla kapasitanssi kasvaa, jolloin induktanssia on pienennettävä eli johtimia on lyhennettävä lasketuista pituuksista, jotta päästään jälleen resonanssiin
 Käytännössä puoliaalto dipolia on lyhennettävä
n. 5% lasketusta

158
OH2BSH -97
Antennit
Lopullinen pituuden hienosäätö johtimien pituutta säätämällä voidaan tehdä vasta lopullisessa asennuspaikassa resonassitaajuus mittaamalla (ns. Grid-Dipperillä tai SWR - mittarilla)
 On huomattava , että pituuden säätö tehdään
kumpaankin dipolin puolikkaaseen symmetrisesti

159
OH2BSH -97
Syöttöjohdot
 Syöttöjohto:
Tarvitaan antennin ja lähettimen (vastaanottimen) välille jotta suurtaajuus energia saadaan
siirrettyä antenniin ja päinvastoin
 Omaa ominaisimpedanssin joka on riippuvainen
johtimien mekaanisista mitoista ja eristeaineiden sähköisistä ominaisuuksista
 Ominaisimpedanssia EI voi mitata ohmimittarilla

160
OH2BSH -97
Syöttöjohdot
Ominaisimpedanssi on valittava samaksi kuin
antennin syöttöpisteen ja lähettimen impedanssit; tällöin saavutetaan tehosovitus
 Yleisesti käytetään koaksiaalikaapelia tai avojohtoa
 Mikroaaltotekniikassa käytetään yleisesti aaltoputkia ja ns. strip-line rakenteita

161
OH2BSH -97
Syöttöjohdot
 Koaksiaalikaapeli:
Koostuu kahdesta sisäkkäin olevasta johtimesta
(“mantteli” ja “keskilanka”)
 Ulkojohdin voi olla putkeksi punotua lankaa tai
umpinaista kupari- tai alumiiniputkea
 Keskijohdin voi olla yksittainen tai useampi
lankainen kierretty johdin
 Ulko- ja keskijohtimet in eristetty eristeellä joka
voi olla muovia, ilmaa, teflonia tai kaasua

162
OH2BSH -97
Syöttöjohdot
Jos eristeenä on jokin muu aine kuin ilma, etenee suurtaajuussignaali valon nopeutta hitaammin koaksiaalikaapelissa
 Laskettaessa kaapelin todellista fyysistä pituutta
tietyllä taajuudella, on tämä huomioitava
 Normaalilla muovieristeisellä kaapelilla hitauskerroin on n. 0,66
 Syöttöjohto on syytä mitoittaa n x 1/2  pituiseksi, koska kaapelin päissä olevat impedanssi

163
OH2BSH -97
Syöttöjohdot
olosuhteet toistuvat juuri 1/2  välein eli mitattaessa kaapelin päästä “nähdään “ 1/2  päässä
todellinen impedanssi
 Koaksiaalit ovat kaupallisia tuotteita ja yleisimmät saatavilla olevat ominaisimpedanssit ovat
50,(60),75 ja 90 ohmia
 Syöttöjohtimissa on aina häviöitä; mitä paksumpi kaapeli sen vähemmän häviöitä
 Häviöt riippuvat myös käytetystä taajuudesta;
mitä suurempi taajuus , sitä suuremmat häviöt

164
OH2BSH -97
Sähkömagneettiset aallot
 Kun
pisteessä vaikuttaa yhtäaikaisesti saman
taajuiset sähkö- ja magneettikenttä, lähettää
piste ympärilleen sähkömagneettista säteilyä.
165