Vi har nå kommet til fjerde del i denne serien, og vi skal gå litt mer i detalj på komponenten “motstand” som kan benyttes til mye nyttig på en modelljernbane. De av dere som nå kommer rett inn i del 4, uten å ha lest del 1 til 3, bør kanskje få tak i M&E nr. 2, 3 og 4 fra 1997. Dere vil da få med dere en enkel og god innføring på norsk om grunnleggende elektrisitetslære. Dette er meget nyttig for videre forståelse av alle typer elektrisk utstyr som kan kobles til en modelljernbane.
Nærmere beskrivelse av hva motstanden gjør med elektronene i en leder, valg av ledere og Ohm’s lov, kan dere lese om i M&E 2-97.
Motstander
I denne delen skal vi først og fremst se nærmere på den fysiske utførelsen av forskjellige motstander. Vi har i hovedsak to typer motstander:
– Faste motstander
– Variable motstander
En fast motstand har en bestemt motstandsverdi uavhengig av strøm, spenning eller andre ytre faktorer.
En variabel motstand kan justeres inn til ønsket verdi ved hjelp av en glider. Motstanden kan enten danne en sirkelformet bane, slik at justeringen blir en dreibevegelse. Den kan også være utformet som en rett stav.
Slike variable motstander har som regel tre tilkoblingspunkter, ett i hver ende av glidebanen, og det tredje til glideren selv. Tilkobles den ene enden og glideren har vi en variabel motstand, men benytter vi begge endene adskilt, pluss glideren, kaller vi motstanden for et potensiometer.
En motstandsverdi angis enten i ohm, kohm (kiloohm) eller Mohm (Megaohm). Den greske bokstaven Omega, Ω, benyttes ofte i kretsbeskivelser istedet for ordet ohm. Betegnelsene for motstand blir da: Ω, kΩ eller MΩ.
Motstandsverdiene er alltid påtrykket i form av tall og bokstaver, eller som flere fargeringer ved siden av hverandre.
Tallene og bokstavene er jo lette å forstå, for dette er motstandsverdien i klartekst. Ved bruk av fargeringer derimot, så må man lære seg fargekodene utenat, eller ha en huskelapp på veggen på hobbyrommet. De samme fargekodene kan også benyttes på enkelte kondensatorer for å bestemme verdien på dem. Kabelfarger bruker også av og til fargenumrene i skjemaer. Det er tilsammen ti forskjellige farger som benyttes. Faste motstander er påtrykket den eksakte verdien, mens variable motstander er merket med den maksimale motstand med glideren helt i den ene enden.
I fargeringsystemet leses motstandsverdien fra venstre mot høyre. Vanligvis er det fire fargeringer på motstanden, men på slutten av 80-tallet ble det innført et mer detaljert fargesystem for presisjonsmotstander som benytter fem fargeringer.
Har man en motstand i hånden og ikke vet om den er merket etter fire- eller femringssystemet kan man lett anslå feil verdi på motstanden.
Motstandsmaterialer
Motstandene kan være bygget opp av flere forskjellige materialer for å oppnå spesielle egenskaper. Noen er bedre med høye frekvenser, pulser eller store effekter. Et kjent stoff som har gode egenskaper er kull. Blant de vanligste typene finner vi derfor kullmotstander, som er en massiv stav av kull. En annen variant er kullsjiktmotstander, som har en kjerne av keramisk materiale pådampet et tynt lag med kull. Dette er rimelige og gode motstander til hobbybruk.
En tredje variant heter metallfilmmotstand som er bygget opp lik kullsjiktmotstanden. Her er den keramiske kjernen pådampet et tynt lag av metallfilm for å skape et motstandsmateriale. Dette er også en meget anvendelig og rimelig motstand til hobbybruk.
Videre kan nevnes noen typer motstander som må tåle høye temperaturer og store strømmer. Dette er f.eks. metalloksydmotstander og trådviklede motstander.
Spesialmotstander
I tillegg til de vanlige faste motstandene og de variable motstandene har vi også noen spesialmotstander som bør nevnes. Det finnes nemlig motstander som endrer motstandsverdi når de blir påvirket av ytre krefter. Disse kan være svært nyttige på en modelljernbane. Dette er:
– NTC-motstand
– PTC- motstand
– LDR-motstand
NTC betyr Negativ Tempera-tur Koeffisient. I denne motstanden avtar motstandsverdien når temperaturen stiger. Nå tenker kanskje de fleste av dere at temperaturen alltid er konstant på hobbyrommet hvor modelljernbanen står. I vårt tilfelle er det ikke romtemperaturen som er interessant, men at temperaturen inne i selve NTC-motstanden vil forandre seg når det går strøm gjennom den, og derav endre motstandsverdi. I M&E 2-97 nevnte vi dette med at elektroner som flyter i en leder bremses ned av motstand og inne i motstanden utvikles da varme. Denne varmeøkningen i NTC-motstanden sørger for at motstandsverdien kan minke nesten til null.
PTC betyr Positiv Temperatur Koeffisient. Denne virker motsatt av NTC-motstanden. I romtemperatur har PTC-motstanden nesten 0 ohm. Strømmen gjennom motstanden sørger for at det hele tiden utvikles en viss varme inne i den. Det er et fast forhold mellom strømmen og temperaturen. Øker plutselig strømmen over en bestemt verdi, f.eks. kortslutning, vil motstandsverdien plutselig øke kraftig. Da vil kortslutningsstrømmen begrenses til en lavere verdi slik at kretsene rundt PTC-motstanden ikke brennes i stykker.
LDR betyr Light Dependent Resistor eller på godt norsk; Lysavhengig motstand. Dette er altså som navnet tilsier en motstand som endrer verdi når den blir belyst av vanlig synlig lys. LDR motstanden har i mørk tilstand en verdi på mange tusen ohm. Når den blir belyst synker verdien til ca. 100 ohm. Denne motstanden brukes som regel i fotoceller, i automatisk tenning av utelys når det blir mørkt osv.
På modelljernbanen finner man mange muligheter for denne motstanden, bare bruk fantasien.
LDR-motstanden skal selvfølgelig ikke brukes helt alene, men sammen med andre komponenter i en eller annen krets. Faktisk i dette nummer av M&E finner du eksempel på bruk av LDR motstand i Pendelelektro-nikk AR-2 fra Circuitron. Ta kontakt med Stavanger Lok & Vogn Fabrik og hør hva de har av kretser som benytter LDR-motstander som fotosensorer.
Bruk av NTC motstand
Selv husker jeg fra midt på 60-tallet da jeg som 12-åring fløy ned dørene på Oslo Hobbysenter i Lakkegata for å kjøpe NTC-motstander til mitt Märklin-anlegg.
Disse NTC-motstandene ble brukt til min automatiske myke akselerering av lokene ved grønt lyssignal. Denne lille komponenten gjorde den gangen en god jobb ved alle mine lyssignaler. Jeg synes jo allerede den gangen det var litt dumt at togene skulle starte så brått. NTC-motstanden ga altså en forsinket og myk start av togene. Prøv du også, ring Electrade (se annonse 4-97) og spør etter NTC-motstander på 47 og 100 ohm. De må tåle en effekt på 0,5 Watt eller mer. Med 100 ohm’s motstand blir det litt lengre ventetid enn med 47 ohm før toget begynner å krype igang. Prøv deg fram. Dette kan brukes både på Märklin og alle typer likestrømsbaner. Skinne-bruddet ved lyssignalet bør ha ca. en meters lengde, med 30 cm fram til signalet og 70 cm etter signalet. NTC motstanden kobles i serie med den ledningen som bryter strømmen i skinnebruddet.
Et annet eksempel med en NTC-motstand er å lage et relé som slår til med en tidsforsinkelse. Reléspolen kobles i serie med NTC-motstanden, som vil ha en høy motstandsverdi når strømmen blir koblet til. Etter en viss tid vil motstandsverdien avta, slik at strømmen i kretsen øker. Spenningen over reléet blir da stor nok til at reléet drar til. Når dette skjer vil den ene relékontakten kortslutte strømmen forbi NTC-motstanden, og lede strømmen direkte til reléspolen. Kontakten fungerer som en holdekontakt, og reléet faller ikke tilbake før spenningen V DC blir fjernet f.eks. via en kontakt på et annet relé.
Bruk av PTC motstand
PTC motstanden kan gjøre nytte på en modelljernbane som en slags kortslutningssikring. De som kjører 2-skinne likestrøm med strømførende hjertestykker i sporvekslene, har nok ofte opplevet lok som har stoppet opp hele anlegget på grunn av kortslutning i hjertestykket.
Særlig på anlegg med digitaldrift hvor skinnespenningen ligger konstant høyere enn vanlig, vil dette kunne føre til skade på lokene når de står for lenge og kortslutter i hjertestykket. Hjul-ringen på hjulet som lager kortslutningen kan bli så varm at innerplasten (eiker e.l.) smelter, eller at strømopptaksfjærene kan brenne av. Loket er dermed ikke kjørbart mer.
En PTC motstand til ca. 15-20 kroner kunne ha forhindret at hjulet smeltet. PTC motstanden kobles i serie med ledningen fra bryteren i sporvekselmotoren til hjertestykket.
PTC motstandene leveres for flere driftsspenninger 15, 30, 50, 60 Volt osv. Velg minimum 30 Volt. En PTC med holdestrøm på ca. 540 mA vil egne seg bra. Da har PTC’en en verdi på ca. 1,9 ohm ved normal strøm og temperatur. Omslagsstrømmen er ved den strømverdien hvor motstanden stiger raskt, og for denne PTC’en vil den være 810 mA. Har altså strømmen i PTC’en pasert 810 mA, så vil motstanden øke meget raskt fra 1,9 ohm til et par hundre ohm.
Optokomponenter
I bladet M&E 3 forklarte vi en del om diodens oppbygging og virkemåte. Siden vi nå har skrevet litt om spesialmotstander kan vi derfor komme litt inn på spesialdioder også. Vi tenker da på lysdiodene eller optokomponenter som den tilhørende familie heter.
En vanlig diode består av et positivt stoff som er sammensmeltet med et negativt stoff. Dette kalles for en PN-overgang. Kobler vi spenning til PN-overgangen med pluss til P eller anode, vil PN-overgangen lede strøm. Bytter vi om polariteten sperrer PN-overgangen. En slik PN-overgang er det samme som en diode.
En vanlig diode er som regel basert på halvledermaterialet Silisium eller Germanium. Når forskerne tok i bruk grunnstoffet Gallium isteden, fant de ut at PN-overgangen eller dioden strålte ut synlig lys når den var koblet i lederetning. Koblet i sperreretning var den slukket. Dette var altså oppdagelsen av lysdioden.
Videre fant man ut at ved å blande Gallium og Arsen, så lyste dioden rødt. Blandet man i tillegg inn litt Fosfor, lyste dioden gult. Tok man bort Arsen og blandet bare Gallium og Fosfor, lyste dioden grønt. Sammenset-ningene blir dermed:
– Galliumarsenid = GaAs = Rødt lys
– Galliumarsenidfosfid = GaAsP = Gult lys
– Galliumfosfid = GaP = Grønt lys
Daglig finner vi disse lysdiodene i omtrent alt vi tar i av elektriske apparater. Til vår modelljernbane finnes mengder av bruksmuligheter over alt hvor noe skal lyse. Ikke over alt kan lysdiodene erstatte glødelampene, men i svært mange tilfeller kan man med godt resultat bruke gule lysdioder istedet for glødelamper.
Å lage blå lysdioder har vært noe vanskeligere. De er basert på grunnstoffet Silisium. Det finnes idag blå lysdioder på markedet, men til ca. 10 ganger høyere pris enn rød, gul og grønn.
Lysdiodene kobles alltid i lederetning for å lyse. De skal ha tilført svært lav spenning så det må alltid kobles en motstand i serie med lysdioden. Kobles lysdioden direkte til en togtrafo ødelegges lysdioden med en gang.
De røde, gule og grønne lysdiodene finnes i hundrevis av forskjellige fasonger, diametre, lengder, lysintensiteter og prisklasser. I katalogene kan man finne lysdioder til under en krone pr. stk. og helt opp til, ja faktisk kr. 123,- kostet en grønn 5 mm lysdiode i en katalog.
De vanligste størrelser for lysdioder på modelljernbanen er 2 mm, 3 mm og 5 mm i diameter. Man kan også få kjøpt 8 og 10 mm lysdioder.
Blinkende lysdioder
Det er også mulig å få tak i lysdioder med både 3, 5 og 10 mm diameter komplett med innebygget blinkelektronikk inne i selve lysdioden. Lysdiodens to bein kobles direkte til en strømforsyning på 5 til 12 V DC (likestrøm), og da blinker lysdioden kontinuerlig med en frekvens på ca. 2 Hz. Det vil si at den blinker omtrent 2 ganger i sekundet. Fordelen her er at man sparer masse penger på kretser med blinkelektronikk. Ulempen er at man ikke kan variere blinkfrekvensen. Tenker man seg godt om finnes det mange steder på modelljernbanen hvor man kan plassere slike blinkende lysdioder.
Tofargede lysdioder
Disse får man i både 3 mm og 5 mm diameter. Tofargede lysdioder kan være plassbesparende når man lager billedstillverk. I en og samme lysdiode kan man velge om man vil ha lyskombinasjonen rød/grønn, gul/grønn eller rød/gul.
I en billedstillverkplate borer man kun ett hull ved hvert signallys, og plasserer her f.eks en tofarget lysdiode med rød/grønn kombinasjon.
Det er gøy når det lyser og blinker
Ta kontakt med Electrade som annonserte i M&E 4-97. De har mange typer lysdioder på lager, og husk også å bestille noen forskjellige formotstander til lysdiodene. Bruk motstandsverdier på f.eks. 560, 680, 820, 1000 og 1200 ohm. Effekten på motstandene trenger kun være 1/4 Watt. Sett igang, det er lettere enn du tror.