Ohm Kanunu: Telsizinizin İçinde Gerçekte Ne Oluyor?

Mobil telsiz kuran birçok kişide gördüğüm klasik bir tablo var: akü ile telsiz arasına elin altında ne varsa onu, ince ve sıradan bir kabloyu koyuyor. Cihaz çalışıyor, alış gayet iyi, ama PTT'ye basıp konuşmaya başlayınca ekran hafifçe kararıyor, bazen cihaz kendini resetliyor. Genelde ilk şüphelenilen yer aracın elektrik sistemi oluyor, oysa sorun çoğunlukla çok daha basit bir yerde: o ince kablonun kendisinde.

İşin ilginç yanı şu: bu sorunun cevabı, herkesin bir kez görüp unuttuğu o basit formülde saklı. Elektronik mühendisi olmanıza gerek yok, ama V = I × R'yi gerçekten anlarsanız, telsizinizle kurduğunuz ilişki bambaşka bir yere geçiyor; "neden gücüm düşük çıkıyor", "neden aküm bir günde bitiyor", "hangi sigortayı takmalıyım" gibi soruların hepsi aynı üç harfe çıkıyor.

Bunu bana en iyi anlatan benzetme, bir su tesisatı örneği oldu, ve itiraf edeyim, klişe olsa da hâlâ en işe yarayanı bu. Elektrik devresini bir su borusu sistemi gibi düşünün:

Gerilim (Voltaj, birimi Volt, sembolü V), elektronları bir devrede hareket etmeye zorlayan "itme gücü"dür. Bir su tesisatındaki basınç neyse, elektrik devresinde de gerilim odur. Aracınızın aküsü 12 volt, ama gerçekte dolu bir akü 13,8 volt civarı gösterir, telsiz üreticilerinin cihazlarını "13,8V nominal" diye pazarlaması bu yüzdendir.

Akım (Amper, sembolü I), o devrede gerçekten akan elektron miktarıdır, yani borudan saniyede geçen su miktarı gibi düşünün. Bir el telsizi alışta belki 0,1-0,3 amper çekerken, yayında (PTT basılıyken) 1-2 ampere çıkabilir. Bir mobil telsiz ise 50 watt gücünde yayın yaparken 8-13 amper gibi ciddi bir akım çekebilir, birazdan bunun neden önemli olduğuna geleceğim.

Direnç (Ohm, sembolü R, işareti Ω), o akışa karşı gösterilen zorluktur, borunun darlığı ya da içindeki pürüzler gibi. Kablo ne kadar ince ve uzunsa direnci o kadar yüksektir, tıpkı dar bir borudan su geçirmeye çalışmak gibi.

Alman fizikçi Georg Ohm, 1827'de bu üç büyüklüğün birbirinden bağımsız olmadığını, aslında matematiksel olarak sıkı sıkıya bağlı olduğunu gösterdi. Formül can sıkıcı derecede basit:

Bunu istediğiniz gibi çevirebilirsiniz: akımı bulmak istiyorsanız I = V / R, direnci bulmak istiyorsanız R = V / I. Üçünden ikisini biliyorsanız, üçüncüsünü otomatik olarak bulursunuz.

Telsizcinin gerçekten ilgilendiği büyüklük genelde watt, yani güçtür: "50 watt'lık mobil telsiz", "5 watt'lık el telsizi" gibi. Güç de bu üç büyüklükten türetilir:

Şimdi az önceki mobil telsiz örneğine dönelim. 50 watt'lık bir mobil telsiz düşünün, 13,8 volt'luk bir güç kaynağından besleniyor. Cihazın RF çıkışı 50 watt olsa da, vericinin verimliliği tam yüzde yüz değildir, tipik bir FM vericide gerçek DC güç tüketimi çıkış gücünün yaklaşık iki katı civarında olur, ısı olarak kaybedilen kısım dahil. Yani cihaz aslında yaklaşık 100 watt'lık DC güç çekiyor demektir. Buradan akımı bulalım:

Her kablonun, ne kadar iyi bir iletken olursa olsun, kendine ait küçük bir direnci vardır. İnce ve uzun bir kablo bu direnci artırır. Şimdi Ohm Kanunu'nu tersine çevirip devreye bu kabloyu ekleyelim.

Diyelim ki o ince kablonun direnci, aküden telsize kadar giden mesafede toplam 0,15 ohm (gerçekçi bir rakam, ince ve uzun otomotiv kabloları için). Telsiz yayın yaparken 8 amper çekiyor. Bu kablo üzerinde ne kadar gerilim "kayboluyor"?

Çözüm basit: kabloyu daha kalın, yani daha düşük dirençli bir kabloyla değiştirmek. Direnç düştükçe voltaj düşümü de orantılı olarak azalır. Mobil telsiz kurulumu yapan herkese söylediğim ilk şey şu: aküden telsize giden kabloyu asla cimri seçmeyin, mümkünse üreticinin önerdiği kalınlıkta (genelde 10-12 AWG gibi kalın kablolar) ve mümkün olan en kısa güzergâhtan çekin. Mesafe arttıkça direnç de artar, aynı kalınlıktaki kablo bile uzadıkça daha fazla voltaj düşümüne yol açar.

Sigorta, devreden akan akım güvenli sınırı aştığında devreyi kesen, basit ama hayat kurtaran bir parça. Yukarıdaki 50 watt'lık mobil telsiz örneğimizde cihaz tepe noktada (transmit anında) 8-13 amper çekiyordu. Bu durumda takılacak sigorta, bu akımı rahatça taşıyabilecek ama bir kısa devre olduğunda hızlıca atacak şekilde seçilmeli, genelde üreticinin manuelinde önerilen değer (çoğu 50 watt'lık mobil için 15-20 amper civarı) kullanılır.

Neden tam 8 amperlik bir sigorta takmıyoruz peki, madem cihaz o kadar çekiyor? Çünkü telsizin çekiş akımı zaman zaman kısa süreli tepe yapabilir (özellikle yayına geçiş anında), ve tam sınırda bir sigorta gereksiz yere sürekli atar. Sigortayı normal çalışma akımının biraz üzerinde ama kablonun taşıyabileceği azami akımın altında seçmek, bu işin can alıcı dengesi.

Portable (taşınabilir) bir kurulum yapıyorsanız, mesela bir tepeye çıkıp birkaç saat yayın yapacaksanız, akünüzün ne kadar dayanacağını önceden bilmek işinizi kolaylaştırır. Akü kapasitesi genelde Amper-saat (Ah) olarak yazılır, ve bu da aslında akımla doğrudan ilişkili basit bir hesap.

Gerçek hayatta akülerin veriminde küçük kayıplar olur (Peukert etkisi denen bir fenomen yüzünden yüksek akım çekildikçe gerçek kapasite biraz düşer), bu yüzden hesapladığınız süreden biraz pay bırakmak akıllıca. Ama kabaca bu bölme işlemi, sahaya kaç saatlik güç götürdüğünüzü anlamanız için fazlasıyla yeterli.