Eturivin penkit ovat suosittuja Elektroniikkasuunnittelun perusteet -kurssilla.

Kaavioiden kielellä

Kun taululle piirtyy transistorien piirikaavioita, on eturivissä ruuhkaa.

Opiskelu  | 

Teksti Essi Oikarinen

Kuvat Essi Oikarinen

8.12  Luentosalissa TS101 aamu alkaa aikaisin. Kun luennoitsija, professori Juha Häkkinen saapuu saliin, nousee valkokangas ylös. Tänään riittää tussitaulu. Häkkinen kerää tussikokoelman ja testaa värit taulun reunaan.

Suurin osa kurssilaisista taitaa viettää aamua vaaka-asennossa, sillä ilmoittautuneista 72 opiskelijasta paikalle on saapunut kymmenen. Paikallaolijat ovat täyttäneet eturivin, takapenkin nukkumapaikkoja suosii vain muutama.

Seinäkello nytkähtää varttiin, ja Häkkinen kirjoittaa taululle päivän ensimmäisen otsikon. Bipolaari-transistorin perusteita on käyty läpi jo kahdella edellisellä luennolla, nyt käsittelyssä on yhteisemitterikytkentä ja sen soveltaminen bipolaaritransistoriin.

Humanistia hikoiluttaa. Lukiofysiikan kursseista on vierähtänyt aikaa. Luentoa on kulunut noin minuutti ja jo nyt ollaan ymmärryskyvyn tuolla puolen.

Otsikon alle alkaa piirtyä vinhalla tahdilla virtapiirin kaavio nuolineen, symboleineen, kirjaimineen ja alaindekseineen.

”Tähän tulee signaaligeneraattori, jolla on oma sisäinen resistanssi. Sitten on kondensaattori. Lähtö on samanlainen kuin viime kerralla, mutta nyt meillä on kollektorivastus välissä”, Häkkinen avaa piirtäessään.

8.33 Taulu täyttyy ja suurin osa opiskelijoista kopioi kuviot keskittyneesti ruutuvihkoihinsa. Tekniikan edelläkävijät opiskelevat perinteisin menetelmin.

Pelkkä seuraaminen ei kuitenkaan riitä, vaan siirrytään tehtävään. Häkkinen pyytää vastauksia virtapiirin puuttuviin osiin eturivistä.

”Kun tarkastellaan piensignaalia, mikä on emitterivirta?”, Häkkinen kysyy.

Vastaus löytyy heti. ”Yksi jaettuna pikku-är-ee plus är-ee yksi. Transistorin sisäpuolelle pikku-är-ee-yksi ja ulkopuolelle kytketty är-ee-yksi.”

”Entä kollektorivirta?”

”Alfa kertaa ii-cee”, tiedetään taas eturivissä.

Insinöörien uppoutuessa tehtävään eksyy humanisti nettiin. Mikä ihmeen bipolaaritransistori?

Hakukone kertoo transistoreita löytyvän käytännössä kaikista sähköisistä järjestelmistä.

Transistorin keksiminen mahdollisti valmistettavien tuotteiden pienentymisen ja hintojen alentumisen. Keksijöilleen se toi Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1956.  Nykyisissä elektroniikkalaitteissa käytetään yksittäispakattujen transistorien lisäksi myös mikropiirejä. Netin mukaan mikropiirit koostuvat usein suurimmaksi osaksi transistoreista, joita saattaa olla samalla mikropiirillä jopa miljardeja.

Nyt taidetaan siis olla perusasioiden ytimessä.

8.45  Taulu on täyttynyt piirikaavioista ja kaavoista. Pyyhitään ja jatketaan eteenpäin.

Välillä tarvitaan matematiikkaa. Kerrotaan yhtälön molempia puolia, ratkaistaan A:ta.

Häkkinen kertaa vielä viimeisimpiä vaiheita: ”Perusproseduuri on, että ensin ratkaistaan emitterivirta laskemalla kantajännite, josta pois 0,75 volttia, josta saadaan emitterijännite, joka jaetaan DC-resistanssilla. Kun emitterivirta tunnetaan, lasketaan är-ee-yksi. Sen jälkeen lasketaan kokonaisvahvistus. Näiden kahden vahvistuksen tulo on kysytty vahvistus piirissä.”

Täsmälleen yhdeksältä on vartin tauon aika. Häkkinen alkaa pyyhkiä taulua. Eturivissä ollaan vielä hereillä: miksi A hävisi viimeisimmästä laskusta? Häkkinen pysähtyy. Laskussa on oikaistu hieman.

”Tätähän se on kun innostuu liikaa.”

Innostus taitaa olla yhteistä.

9.20 Tauon aikana luentorivit on käännetty ryhmätyöpöydiksi. Opiskelijat asettuvat ryhmiin ja saavat haasteen. Taululle syntyy uusi piirikaavio. Tavoitteena on laskea piirin jännitevahvistus seuraavan tunnin aikana.

”Nyt pöhinää, pulinaa ja keskustelua!”, Häkkinen kehottaa.

Laskimet kaivetaan esiin. Kynät suhisevat, muistiinpanoja selataan. Osa neuvottelee hiljaa ryhmässä, osa kumartuu itsekseen paperiensa ylle.

”Yrittäkää ensin ratkaista emitterivirta Ohmin lain avulla”, Häkkinen opastaa.

9.50 Jännitevahvistus on jo lähes selvillä, mutta vielä on varmistettava että kaikki ovat kärryillä. Ryhmät sekoitetaan ja opiskelijat pääsevät opettamaan toisilleen puuttuvia vaiheita.

”Saitteko ajatusta selville?”, eturivin tyttö kysyy takarivin uneliaammilta.

”Joo, ainakin tuo kaava tuli nyt selväksi.”

Kello lähestyy kymmentä ja tavarat alkavat etsiytyä laukkuihin.

Päässä pyörii sekamelskana käsitteitä ja lauseita. Positiiviset ja negatiiviset vahvistukset, superpositioperiaate, AC, DC. Kirchhoffin virtalaki, jonka mukaan sähkövirtaa ei tule mihinkään pisteeseen enempää kuin sieltä poistuu.

Napsautan läppärini kannen kiinni. Koneen sisäisten mikropiirien elämä on minulle yhä arvoitus, mutta on huojentava tietää, että jossain on joukko innokkaita, joilta piirikaavioiden kieli sujuu vaivatta. Saan keskittyä jatkossakin näppäimistön naputteluun.

Luento: Elektroniikkasuunnittelun perusteet
Luennoitsija: Professori Juha Häkkinen
Kenelle: Sähkötekniikan pääaineopiskelijat
Sisältö: Elektronisen järjestelmän rakenne, signaalien luonteeseen ja vahvistimiin liittyvät peruskäsitteet.
Diodiin, operaatiovahvistimeen sekä bipolaari- ja MOS-transistoriin perustuvien elektroniikan rakennelohkojen analysointi ja suunnittelu.

Julkaistu 11.5.2016 numerossa 3/2016

Essi Oikarinen

Tiedeviestinnän opiskelija, joka haluaisi keksiä lisää värejä ja valon aallonpituuksia.

Lue seuraavaksi

Oulun yliopiston yt-neuvottelut jatkuvat, seuraava kokous 20.3.

Anni Hyypiö

Uutiset

14.3.2019

Oulun yliopistosta kahdeksan tieteenalaa sijoittui QS-rankingissa – uusina listalle nousivat materiaalitieteet ja fysiikka ja tähtitiede

Anni Hyypiö

Uutiset

8.3.2019

Erkki Koiso-Kanttilan katu 1
2T-ovi, 1.krs
90570 Oulu

toimitus@oyy.fi
+358 40 526 7821