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Preisangaben sind nur als Anhaltspunkte gedacht, denn der Anbieter kann seit Erfassung seine Preise verändert haben. Alle Preise wurden am 1.1.2002 von DM auf Euro umgestellt und grosszügig gerundet. Es bleibt Ihnen also nichts anderes übrig, als die Preise noch mal nachzurecherchieren. Falls Sie dabei eine Abweichung erkennen, würden wir uns um Nachricht freuen.
Alle eMail-Adressen wurden zur Bekämpfung von Spam entfernt. Kontakt siehe http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ .
Da auf Grund der Vielzahl der Links nicht alle regelmässig überprüfbar sind, bitten wir um Hinweise wenn der referenzierte Inhalt rechtlich zweifelhaftes enthält oder ein Link nicht mehr gültig ist, oder die Seite woanders liegt.
Von Cyblord 14.07.2015
Danke.
Von Dieter J. 9.6.2016
Hab ich mal im Netz gefunden , weiß aber nicht mehr wo: Wie viele Forenteilnehmer braucht man um eine Glühbirne zu wechseln? 1 Mitglied, das die Glühbirne wechselt und einen Beitrag dazu schreibt, dass die Glühbirne gewechselt wurde 14 die über ihre Erfahrungen beim Glühbirnenwechseln schreiben und wie die Glühbirne evtl. sonst noch anders hätte gewechselt werden können 7 die vor den Gefahren des Glühbirnenwechselns warnen 27 welche die Schreib- und Grammatikfehler der vorangegangenen Beiträge über das Glühbirnenwechseln korrigieren 53 welche die Fehlersucher beschimpfen 41 die, die Schimpf-Beiträge korrigieren 6 die über die korrekte Schreibweise "Glühbirne" oder "Glüh-Birne" streiten und weitere 6 die diese 6 als Korinthenkacker verdammen 2 die in einem Lampengeschäft arbeiten und darüber informieren, dass der korrekte Ausdruck "Glühlampe" lautet 27 die URL's nennen, wo man Beispiele von verschiedenen Glühbirnen aka Glühlampen finden kann 14 die sich beschweren, dass die URL's falsch formatiert waren und dann davon 2 die die richtigen URL's posten 12 die schreiben, dass sie das Forum verlassen werden, weil ihnen die Glühbirnen-Kontroverse zuviel wird 4 die vorschlagen, dass die Mitglieder erstmal in der Glühbirnen-FAQ nachschauen 44 die wissen wollen, was ein FAQ ist 4 die nachfragen "Hatten wir diese Diskussion nicht erst vor kurzem?" 143 die vorschlagen, zuerst eine Googlesuche über Glühbirnen durchzuführen, bevor man Fragen über Glühbirnen in das Forum stellt. 1 selten schreibendes Mitglied, welches in 6 Monaten im Archiv den ersten Beitrag liest und die ganze Diskussion von vorne lostritt...... 16 Mitglieder, die eines der Postings mit "ja, der Meinung bin ich auch" beantworten. 28 Mitglieder, die darauf mit "ich ebenfalls" reagieren 31 Mitglieder, die darauf hinweisen, dass das benutzte Forum falsch ist 8 die vorschlagen, doch für die Glühbirnen Liebhaber eine eigene Sparte im Forum zu eröffnen 18 welche diesen Vorschlag kontrovers diskutieren und damit eine neue Schlacht um Prinzipien lostreten 45, die andere Foren vorschlagen — davon 5 "Parawissenschaften", 12 "Sonstiges", 8 "Witze", 21 "Mathe und Physik" Mindestens 2, die darauf hinweisen, dass das 46 und nicht 45 ergibt ...
Ähnlichkeiten oder Analogieen mit tatsächlichen, lebenden oder verstorbenen Forenteilnehmern und bestehenden oder abgeschlossenen Threads sowie mit tatsächlichen oder fiktiven Diskussionen hier im Forum sind beabsichtigt und keineswegs zufällig
de.sci.electronics Elektronik in Theorie und Praxis, gegründet 1994 von Thomas Schaerer und Martin Huber
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/dse15y.htm
Die folgenden Gruppen befassen sich auch mit Elektronik in deutscher Sprache:
auch erreichbar über
Bei spezifischen Themen frage besser in den Newsgruppen, die sich speziell mit dem Thema befassen, da wissen die Leute einfach mehr.
Wenn du etwas verkaufen oder anbieten möchtest, sind die oben genannten Newsgruppen der falsche Ort dafür. Nimm:
Und wenn du der englischen Sprache mächtig bist, gibt es eine Reihe englischsprachiger Newsgruppen, in denen sich teilweise Antworten auf schwierige Fragen erhalten lassen. In sci.electronics.design findest du z.B. Winfield Hill, einen der Autoren des vielzitierten Buches "Art of Electronics / Hohe Schule der Elektronik".
Und der Vollständigkeit halber:
Allgemeine Regeln zur Benutzung von Newsgruppen finden sich hier:
Von: Ralf Stephan 23.11.1999
Hiermit Dank an alle Usenet-Autoren und denen, die an diesem Dokument mitwirkten:
Von: Ralf Stephan 23.11.1999 und MaWin 17.7.2000
Das WWW und dessen Suchmaschinen sind deine Freunde. Die meisten Hersteller elektronischer Bauteile und Geräte haben sehr früh begriffen, wozu das WWW taugt (kein Wunder, Branchennähe). Du findest inzwischen sehr viel im Netz, wenn du nur das richtige Stichwort in die richtige Suchmaschine eingibst. Das heisst, das die meisten Leute in d.s.e damit umgehen können – sei daher nicht beleidigt, wenn man Dich darauf hinweist, wie einfach du dir auch selbst deine Fragen beantworten kannst.
Vor dem Posten solltest du natürlich auch mal in den Nachrichten blättern, die auf deinem News-Server eh schon vorliegen.
Das heisst nicht, dass alte Fragen in neuem Gewand und mit interessanten Neuerungen hier verpönt sind -- im Gegenteil.! -- von guten Fragen und Antworten lebt dieses Forum sprichwörtlich. Achte aber bitte auf exakte und ausführliche Fragestellung, in der alle dir bekannten Angaben zum Problem enthalten sind, auch wenn sie dir unwichtig erscheinen. Schliesslich fragst du, weil du beim Nachdenken in eine Sackgasse gelaufen bist. Meistens hätte man schon bevor das Problem auftauchte einen anderen Weg einschlagen sollen. Die 'Antworter' sind keine Hellseher und es gibt meist viel mehr Lösungsvarianten, als du dir denken kannst, daher sind Hintergrundinformationen unbedingt notwendig.
Was nicht schon in d.s.e oder anderen spezielleren Foren durchgekaut ist, liegt aber womöglich auf einer der Milliarden Webseiten. Die zur Zeit besten Suchmaschinen, neben Metasearchern, dafür sind wohl:
Diese Maschinen geben auch auf deutschsprachige Stichwörter Ergebnisse, die dann meist auf deutschsprachige Seiten verweisen.
Datenblätter für aktuelle Bauteile werden meist problemlos von allgemeinen Suchmaschinen entdeckt, zudem gibt es umfangreiche Verzeichnisse
Auch die Hersteller haben meist kostenlose Suchmaschinen für ihre Produkte. http://www.bgs.nu/sdw/ und http://www.xs4all.nl/~ganswijk/chipdir/index.htm helfen dir beim Finden der Firmen-Webseite, auch ausgehend von der IC-Bezeichnung. http://www.sachon-zvei-elektro-einkaufsfuehrer.de nennt Hersteller nach Produktgruppen, ähnlich die Kennzifferzeitschrift Markt & Technik, die zur Standardlektüre jedes Elektronikfertigenden gehört.
Eine Liste der Halbleiterhersteller mit URLs, deutschen Adressen und Distributoren, Versender, Broker und Beschaffer in D + CH + A ist auf http://www.aufzu.de/semi/halbleit.html und eine Anfrage bei 20+ Händlern geht mit http://www.findchips.com/ schnell.
Viele Hersteller bieten kostenlos CDs mit dem Inhalt ihrer WebSites an, und manchmal werden diese kostenlosen CDs dann teuer von Elektronikversendern weiterverkauft :-(
Antworten auf viele Fragen beantworten die folgenden Sites. Allerdings sind hier meist englischsprachige Texte referenziert. Trotzdem, versuche es bitte erst hier, gerade wenn es um Reparatur von Handelselektronik geht:
Von: Ralf Stephan 23.11.1999
Dieses Kapitel enthält herausragende Artikel einiger d.s.e-Autoren. Die Auswahl musste natürlich subjektiv stattfinden, und konnte erst einen kleinen Teil der Artikel berücksichtigen.
Von: MaWin 17.7.2000
> Gibt es ausser Conrad noch andere Elektronikhändler?
Die meisten Versender sind inzwischen online erreichbar. Es lohnt sich, die Preise zu vergleichen. Aber Beschaffbarkeit und Lieferbarkeit spielt letztlich die grössere Rolle. Wenn man ein spezielles Teil braucht, wird man auch den Rest bei diesem Versender kaufen, um Portokosten zu sparen. Portogünstig sind meist auch die bei eBay auftretenden Anbieter bei denen es oft auch exotische Bauteile gibt, manchmal direkt aus HongKong. Distributoren sind für gewerbliche Kunden und liefern meist nur ganze Verpackungseinheiten. Die in vielen Städten noch bestehenden lokalen Elektronikgeschäfte sind zwangsweise teurer und haben eine geringere Auswahl. Unterstützt eure Elektronikläden, wenn euch daran liegt, das es sie morgen auch noch gibt.
Gewerbliche Kunden erfahren Beschaffungsquellen aus den kostenlosen Kennzifferzeitschriften wie Markt & Technik, Elektronik, Design & Elektronik (http://www.elektroniknet.de/). Die Marktübersichten sind online verfügbar. Beschaffungsquellen aus China sind zu finden bei http://www.alibaba.com .
Speziellere Bauteile (Sensoren etc.) finden sich bei spezielleren Händlern. Siehe http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/mawin.htm
Vergleichstypen sucht man bei http://www.electronica-pt.com/db/componentes.php Transistoren kann man hier suchen http://alltransistors.com/de/crsearch.php und manchmal werden welche genannt bei http://www.ersatzteilblitz.de/
Bei http://www.bsh-group.de/ finden sich (wenn man sie findet bei der katastrophen WebSite) im Notfall Ersatzteile für Siemens und Bosch Geräte per Versand, aber zu superfrechen Preisen: Ein Geschirrspüler, der neu 499 EUR kostet, kostet in Ersatzteilen 2187 EUR. Man kauft dort also nur, was man woanders nicht bekommt, und was man nicht ersetzen kann, und keinesfalls Schrauben, elektronische Einzelbauteile oder so. Ein Kondensator, den es bei Reichelt für 89 Cent gibt, wird dort schon mal für 25 EUR vertackert.
Von: MaWin 17.7.2000, Michael Rübig 18.5.2010
Man hat den Eindruck, als ob sich immer weniger Leute mit Elektronikbastelei als Hobby beschäftigen. Dabei war es noch nie so kostengünstig wie heute, und noch nie so einfach, sich die notwendigen Informationen zu beschaffen.
Zwar kann man alle elektronischen Geräte des täglichen Bedarfs preiswert fertig kaufen, aber das Spektrum der 'selbstbaubaren' Geräte ist wesentlich umfangreicher als früher. Vom Selbstbau-Handy, -Fernseher oder -PC wird man die Finger lassen, aber interessanterweise sind bereits HiFi-Verstärker (DIE Paradebeispiele für angeblichen Preisdruck) billiger im Selbstbau als im Laden. Und bei Reparaturen zahlen sich Elektronikkenntnisse erst recht aus.
Von: Clemens Waechter, 25.3.2008
Ein prinzipieller Einstieg ist leichter geworden. Wenn man sich aber an Techniken wie USB und Ethernet versuchen will, dann ist das für mich ähnlich schwierig wie das was Du damals [Vor-Internet-Aera] gemacht hast.
Allerdings gibt es auch da inzwischen Fertigpakete, die einem das Leben leichter machen: Ethernet: Lantronix XPort, Olimex ENC28J60H, Pollin AVR NetIO, http://www.mikrocontroller.net/topic/333017#3647308. ESP8266 WLAN mit serieller Schnittstelle, USB: FTDI FT232RL (auch auf Platine über eBay), wenn man keine hohe Performance braucht.
Von: MaWin 17.7.2000
Besser als ein fertiges Starterset ist es, wenn man sich einige Gerätschaften selber zusammenkauft. Für Schüler gab es bis 2001 die Elektronikkästen von Schuco (früher Philips) http://ee.old.no/ (Klammern und Federn gab es kurze Zeit bei http://www.derelektronikershop.de/themes/kategorie/index.php?kategorieid=141 ) oder die einfacheren von Kosmos http://www.generalatomic.com/teil1/index.html Deren Anleitungsbücher kann man sich herunterladen, aber so toll waren die nicht, es wird zwar erklärt wie man z.B. einen aufgebauten Multivibrator langsamer blinken lässt, aber nicht wie sich die darin beteiligten Transistoren gegenseitig sperren, also nur oberflächliche Bedienweise statt tiefergehendem Verständnis gelehrt. Heute sind die Steckbrett-Baukästen (und nur die) wie "Lernpaket Elektronik" von http://www.franzis.de/ trotz ähnlicher Qualität der Handbücher die bessere Wahl, zumindest wenn man sie günstig kauft http://www.pearl.de/a-PK4996-4410.shtml weil echte elektronische Bauelemente und universelle Steckbretter verwendet werden. Bausätze übertreiben oft (Mückenscheuchen verscheuchen keine Mücken, etc.) können aber den Einstieg in die Elektronik erleichtern. Im Ausland gibt es duchaus so was: http://www.indiamart.com/techlab-electronics/products.html Einfachste Reisszwecken-Brettschaltungen Elektronik-Basteleien (Bauanleitung downloadbar) gibt es bei http://de.opitec.com/ (Elektronik Lernprogramm). Wer nur ein Buch für Kinder haben will, ist vielleicht mit "Der kleine Elektroniker: Band 1 – Erste Versuche" ISBN 3837003310 zufrieden. Fertige Beispiele zum Selberbasteln auf dem Steckbrett auch hier http://www.dieelektronikerseite.de/
Für den Lehrbetrieb gibt es
Wer es ohne Baukasten probieren will:
a) Ein Lötkolben. Für den Anfang tut es gut ein Ersa TIP260 mit Lötspitze 162KD von z.B. http://www.reichelt.de/ mit dem man bleihaltiges Lötzinn gut löten kann und recht schlank ist so daß man gut auch an entfernte Lötstellen kommt, aber wenn man bleifreies Lötzinn verwenden will, sollte man eine temperaturgeregelte Lötstation kaufen. Fixpoint AP 2, ZD915/ZD916/ZD917 sind billig aber abenteuerlich gebaut http://www.mikrocontroller.net/topic/304452 und gehen schnell kaputt http://www.mikrocontroller.net/topic/42652 , Yihua 936 gilt hingegen als preiswerter aber guter Nachbau der Hakko 936, Luxuslötkolben kommen z.B. von Pace oder Metcal, aber JBC's AD2950 hat die Klassiker wohl ausgebootet. Billige 5 EUR Lötkolben sollte man sich nicht antun, sie vergammeln schnell und man bekommt für NoNames oftmals keine Ersatzspitzen.
b) 100g Elektroniklötzinn 1mm, 1.7m Entlötlitze (z.B. von Chemtronics, Billigmarken müssen mit Flussmittel getränkt werden) 2mm, Flussmittel als Stift oder echtes Kolophonium (http://www.conrad.de/ 813419) in Spiritus auflösen. Kein Lötlackspray (davon geht 90% daneben und es klebt ewig bis man es endlich mit dem Haarfön trocknet), und auf keinen Fall Lötfett oder Salzsäure, in solchen absoluten Notfällen noch eher Tannenharz mit etwas Aspirin. Bleihaltiges Lötzinn hat den Vorteil, daß man eine Lötstelle auch mehrmals wieder aufschmelzen kann bis alles in Ordnung ist. Bei bleifreien Lötzinn ist das eher nicht möglich, da muß die Lötung beim ersten Versuch passen. Dennoch spricht im Hobbybereich viel für bleifreies Lötzinn, denn während man bei fertigen Geräten vom Kauf bis zur Entsorgung nicht mit dem Blei in Berührung kommt und dort bleifrei aus Benutzersicht überflüssig ist, fasst der Bastler das bleihaltige Lötzinn an und wäscht sich vor dem Essen bekanntlich nicht die Hände. Er nimmt also das giftige Blei auf, sogar in grösseren Mengen als in der Industrie. Der Nachteil ist die höhere Temperatur die man zum Löten braucht, woraufhin sich die Leiterbáhnen eher von der Platine ablösen, die Lötspitzen schneller vergammeln, und eventuell auch Bauteile durch Überhitzung kaputt gehen, auch produziert man leichter schlechte Lötverbindungen. Es ist also die höhere Kunst, sich mit bleifreiem Lötzinn auseinanderzusetzen. Aber warum sollte man die nicht lernen? Zur Reparatur älterer Geräte, die noch mit bleihaltigem Lötzinn gelötet wurden, sollte man einen anderen Lötkolben, zumindest aber separate Lötspitzen verwenden, und niemals Werkzeug für bleihaltig und bleifrei mischen.
c) Ein einfaches Digitalmessgerät, wie DT830B das es um 5 EUR gibt http://www.hobby-hour.com/electronics/m830b-schematic-diagram.gif aber besser eines mit durchgängigen Bereichen (fragt, ob es auch einen 2A= und einen 0.2V~ Messbereich hat) wie das PeakTech 2010 oder HP-760E oder http://www.amazon.de/HUKITECH-DT9205A-Profi-Digitalmessinstrument-Multimeter/dp/B006IDRL3C (manchmal gibt's das DT9205A bei eBay ab 1 EUR). Teurere Messgeräte wie das recht sinnvolle BRYMEN BM867S sollten dann TrueRMS beherrschen (externer Vorsatz http://www.mario001.de/analog/2005/02/22/true-rms-messvorsatz/ oder im Datenblatt des AD636 für ICL7106 Panelmeter), damit bei Wechselspannung der angezeigte Wert auch bei nicht-sinusförmigem Signal mit dem effektiven Durchschnittswert übereinstimmt. Zum Messen von Stromkreisen, die nicht direkt mit dem Netz verbunden sind, reicht CAT I. Zum Messen an Stromkreisen in Geräten, die über einen Stecker mit dem Stromnetz verbunden sind, reicht CAT II. Für Messungen stationärer Verbraucher und an Gebäudeinstallationen sollte das Messgerät die CAT III erfüllen, wie z.B. das PCE-DM 32, und für Messungen am Zähler, Hauptanschluss und Überstromschutzeinrichtungen gar CAT IV. Bei Spannung Aussenleiter-Erde bis 300V müssen die Geräte folgende Überspannungsimpulse isolieren:
CAT I 1500V CAT II 2500V CAT III 4000V CAT IV 6000VDas Metex 3650 hat wohl Startprobleme bei schwacher Batterie und einen zu langsam reagierenden Durchgangsprüfer. Das Metex 3640d zeigt unterhalb 2 Ohm nur Zufallszahlen an. Das Fluke 289 trueRMS zeigt im uA-Bereich 1000uA, nach Vertauschen der Messpitzen -923µA, im mA Messbereich +1.08mA, vertauscht -1.03mA. Merke: Schrott muss nicht billig sein und kann unter einem grossen Namen daherkommen, den allerdings sich gerade Fluke nach Kräften ruiniert:
"Und fürs Umlabeln werden so mal schnell ein paar verlangt :) EUR 749,00 Fluke Stromzange bei Datatec. EUR 375,00 baugleiche Chauvin Arnaux P01120043A bei Datatec mit Netzteil."
d) Ein 10er Satz Prüfstrippen mit Krokoklemmen. Achtung: Die Krokomäuler müssen für feinste Litzen ganz zugehen, es gibt da oft Ramsch. Hirschmann MA-1 sind z.B. gut. ML6028 von http://www.reichelt.de/ ist teuer, aber kontaktsicherer, leider nicht vergoldet (inzwischen doch, sehr schön).
e) Ein Cutter (feiner Seitenschneider, der dünnste Drähte trennt) ist Gold wert. Die billigen taugen meist nichts (schneiden keine Litze). Stahldraht sollte man aber von allen fern halten. Luxus http://www.schmitz-zangen.de oder billig Plato 170.
f) Pinzette, Zange, Schraubendreher, Abisolierzange, etc. aus dem Bastelkeller
g) Das Buch "Art of Electronics" / "Hohe Schule der Elektronik" und das Übungsbuch "Learning the Art of Electronics". Siehe unter K.
h) PC zur Layouterstellung, Simulation und zum Datenblattlesen (hast du ja :-)
und dann je nach Entwicklung
i) Ein Experimentiersteckbrett (Labor-Steckboards, Experimentierboard, Breadboard, Protoboard, günstig bei http://www.reichelt.de/, http://www.conelek.de/, http://www.pollin.de/ und http://www.elv.de/)
j) Ein regelbares Netzteil. Eine einfache Version mit einigen LM78xx Konstantspannungen und vielleicht einem LM317 kann man sich als erstes Projekt selbst bauen (siehe F.9. Netzteil), ausreichend sind 0-20V/0-2A was gut zu den 1.999 Digitalanzeigen passt, ein 'dickes Ding' wird man besser kaufen (Ratho RPS2305 = Reichelt LM305 0-30V/5A 70 EUR, DF-1731 2*0-30V/3A 180 EUR http://www.pollin.de/ , Korad KA3005P enthält 36V/5A Trafo kann also seriös nur 3A liefern), siehe Schaltpläne zu 512982, 518077, 511412, 510391, 510343, 512028 von http://www.conrad.de/ . Als robust gelten Geräte von Statron oder EA und Thurlby Thandar TTi, als empfindlich solche von HP und Hameg/Rhode&Schwarz und Keithley.
k) 3 DIN-A5 Fotoschalen und 1 regelbare Warmhalteplatte, Natriumhydroxid (Ätznatron) als Entwickler, Eisen(III)chlorid als Ätzmittel und eine Belichtungsvorrichtung (siehe F.6 Leiterplattenherstellung)
l) Wer Platinen aus Epoxy (FR4) herstellen will, sollte eine Kleinbohrmaschine mit Bohrständer für Hartmetallbohrer kaufen. Dafür tut es kein 'Hobbydrill' oder 523666 oder 523674 von Conrad, auch ein Dremel ist sinnlos da es dafür keine vernünftigen Bohrständer gibt http://www.youtube.com/watch?v=1JyTf1tJXXo und die Lager schon nach kurzer Zeit ausschlagen sollen. "Finger weg vom Dremel. Der hatte bei mir damals mehr Spiel als der Bohrerdurchmesser. Ich hab den dann bei eBay vertickt und mir ne Proxxon gekauft. Kein Spiel und auch viel mehr Drehmoment für die größeren Sachen. Und billiger auch noch." Allerdings gilt die Proxxon MF70 als nicht solide. Sie überhitzt wenn sie nach längerer Arbeit abgestellt wird, was erst beim nächsten Einschalten als weisser Rauch auffällt. Und auch bei der MiniMot gehen mal Lager kaputt http://www.mikrocontroller.net/topic/323391#3520051 .
Geeignet ist z.B. der Proxxon IBS/E + Bohrständer MB 200/S (der es allerdings mit der normalen Feder nicht schafft den Bohrer wieder anzuheben, Proxxon schickt einem jedoch eine passende zu) oder Micromot 50/E + NG2/S + Bohrständer MB 140/S. Bitte mit Spannzangen, das Schnellspannbohrfutter ist für die hohen Drehzahlen nicht geeignet und passt nicht auf IB und IBS/E.
Die Proxxon TBM220 ist sehr laut und serviceunfreundlich aufgebaut. Die Flott TB10 ist schwer, solide und genau, dreht aber mit 3000upm zu langsam. Sehr professionelle und luxuriöse Tischbohrmaschinen als Platinenbohrmaschine per Hand:
Vollhartmetallbohrer holt man bei http://www.hartmetalltools.de 1.65 EUR nachgeschliffene vom Nachschleifservice http://www.ch-instruments.de/ (10 Bohrer kosten um 5.50EUR), oder über eBay und keinesfalls von Proxxon, schon gar nicht das 'Elektroniker Set', aber eine Trennscheibe ist nützlich (nicht mit Diamant).
Von: Georg 29.07.2015
Für eine Leiterplattenbohrmaschine werden üblicherweise Pakete zusammengesetzt (verstiftet) mit folgendem Aufbau: Hartaluminium 0,5mm (zur Gratvermeidung) Leiterplatte Leiterplatte Leiterplatte Hartaluminium 0,5mm (zur Gratvermeidung) Billiges Pertinax oder Hartfaser > 2mm (Anbohrplatte) Daher haben die VHM-Bohrer 7-10.5mm Spirallänge.
Zum Sägen von Epoxy-Platinen kann man von Laubsäge/Dekupiersäge mit Metallsägeblättern über Proxxon KS230 (schwächlich https://www.mikrocontroller.net/topic/388190 http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/346226-Umbau-einer-Proxxon-KS230-auf-brauchbar https://www.facebook.com/photo.php?fbid=606619762869932&set=pcb.606619862869922&type=3&theater ) oft mit Diamant/Fliesenschneideblatt verwendet und FKS/E (die FET ist mangels Drehzahlregelung eher für Holz aber grösser) über die laute AmpSeven tablesaw https://www.amazon.com/AMPSEVEN-Acrylic-Cutting-Machine-Woodworking/dp/B01EUEI6AM Byrnes Table Saw http://www.byrnesmodelmachines.com/tablesaw.html?id_mm=0215MM674070 und die kleine aber eher schlechte https://www.modulor.de/kaleas-tischkreissaege-ohne-trafo-inklusive-zubehoer.html bis zu Diadisc (http://www.mutronic.de/pdf/prospekt%20diadisc%205200.pdf) https://www.tedpella.com/Material-Sciences_html/XP_Precision_Sectioning_Saw.htm https://shop.buehler.com/equipment/sectioning-equipment/precision-diamond-wafering-cutters/isomet-1000-precision-cutter https://www.leco.com/products/metallography-science/sectioning/vc50-diamond-saw oder 6000 EUR Precisaw (http://www.reinhard-ag.com/Reinhard/php/Precisaw.php alles verwenden was der Geldbeutel und Professionalität zulässt. Mit einem Teppichmesser vorritzen und über ein Kante brechen geht irgendwie auch, ebenso wie Tafelscheren für Metall oder eine Stichsäge mit hartmetallbestücktem Sägeblatt. Leiterplattenfirmen fräsen die Konturen mit einem 2mm VHM Fräser. FR2 Hartpapierplatinen lassen sich einfacher sägen weil keine Glasfasern die Werkzeuge ruinieren, es reicht statt VHM dann HSS, neigen aber eher zum splittern was der Profi behebt in dem er sie aufgewärmt bearbeitet.
m) Ein LRC-Meter (Induktivitäts- und Kapazitätsmessgerät) wie das LCR-9063 für 51 EUR von http://www.conrad.de/ oder das SE8280 von http://www.elv.de/ , besser aber http://www.deree.com.tw/de-5000.html DE 5000 oder Uni-T UT612 (messen beide ESR und auch bei 100kHz, aber das UT612 zeigt Zufallswerte bei 100kHz) oder eines das mindestens 10000uF messen kann, oder selbstgebaut siehe unter "Kapazitätsmessgerät / Induktivitätsmessgerät". Beliebt ist auch http://www.peakelec.co.uk/acatalog/jz_esr70.html
n) Und wenn man es sich leisten kann ein Oszilloskop, siehe Abschnitt F.27.
o) Für Basteleien an Schaltnetzteilen ein (200 VA) regelbarer Trenntrafo.
Das Geld für Zeitschriften spart man heute besser, siehe Abschnitt I.
Die genannten Produkte und Markennamen bedeuten nicht, das dies die einzigen verwendbaren Teile sind. Aber es sind welche, die sich bewährt haben (bzw. eben nicht).
Bastlergrundausstattungen bei http://www.marsch-elektronik.de/ und einige brauchbare Sortimente hat http://www.pollin.de/ aber die meisten sind Schund, dann besser über eBay ein Widerstandsset kaufen, ansonsten hier eine kleine Bauteilegrundausstattung für Experimente auf dem Experimentierbrett:
oder
und jetzt fehlen nur noch hunderte von kleinen Beispielschaltungen dafür :-) Einige davon befinden sich in dieser FAQ, im Übungsbuch 'Learning the Art of Electronics',in den Online-Büchern auf http://www.vias.org/electronics.html und in AN-32, AN-20 von http://www.national.com/ und holt euch die Datenblätter von allen gekauften Bauelementen.
Megabytegrosse Datenblattsammlungen (DL111/126 Transistoren, DL135 MOSFETs, DL128 Analog-IC-Übersicht, DL129 Digital-HCMOS-ICs) gibt's bei http://www.onsemi.com/ , recht geeignet um mal eine Übersicht und einen Datenblatt-Grundstock zu bekommen. Sogar die (nutzlos informationsreduzierte) Pocket Guide gibt es noch http://www.ti.com/lit/sl/scyd013b/scyd013b.pdf
Chiptypennummern nach Verwendungszweck als Startpunkt der Bauteilsuche:
+6V..+600V
|
+---|I BSP135 (Depletion NMOSFET)
| |
| +-- ca. 6V wenn R1=R2
| |
| R1
| |
+----+
|
R2
|
GND
Von: MaWin 17.7.2000
Zunächst mal finden sich gute Schaltungsvorschläge zu letztlich allen denkbaren Themen in den Application Notes der Chip und Sensor Hersteller. Man muss nur lange die geeignetste suchen, denn es gibt so viele. Die technischen Daten dieser Schaltungsvorschläge werdet ihr nur bei perfektem Aufbau erreichen, denn da waren natürlich Profis am Werk. Es hilft, wenn bei der AppNote ein Platinenlayout dabei ist, wie viele von http://www.st.com/ und http://www.maxim-ic.com/. Natürlich favorisieren die Chiphersteller wo möglich ihre eigenen Bauteile. Oft kann man die Schaltungen genau so gut (und manchmal besser :-) mit Bauteilen anderer Hersteller aufbauen. Allgemeines erst mal hier:
Wer bloss Schaltungsideen sucht, sollte mal hier reinschauen:
Die als PDF http://www2.produktinfo.conrad.com/ downloadbaren Anleitungen für Conrad-Bausätze enthalten die vollständigen Schaltpläne und Platinenlayouts. Man muss sich also die Bausätze nicht kaufen, wenn man die Platine sowieso selber machen will.
Bei http://www.elv.de/ kosten Anleitungen meist Geld (Ausnahmen als PDF gibt es, vor allem indirekt bei Conrad). Das ist aber immer noch billiger, als regelmässig die Zeitschrift zu kaufen bis mal was brauchbares dabei ist, und die Platinen und Spezialteile kann man so gleich mitbestellen. Leider kostet bei ELV der Katalog Geld (scheinbar bei Onlinebestellung nicht), und die Zeitschriften sind nur ein verkapptes Katalogupdate.
Dann gibt es zu vielen kommerziellen Geräten die Schaltpläne. Wenn man will, kann man die also nachbauen, soweit keine Spezialteile verbaut wurden. Findet man im Internet nach Eingabe der Modellbezeichnung in eine Suchmaschine keinen Schaltplan und schickt einem der Hersteller auf Nachfrage keinen Schaltplan kostenlos zu, so kann man versuchen, Kopien davon für teures Geld zu kaufen:
Bei kommerziellen Geräten zählt jeder Cent, insbesondere bei Consumerware die millionenmal hergestellt wird. Deswegen meiden Hersteller teure Chips selbst wenn sie besser sind oder Schaltungen mit viel weniger Bauteilen erlauben. Daher die unglaublich vielen Schaltungen mit LM324, LM339 (6 ct in hohen Stückzahlen) und Einzeltransistoren (1 ct in hohen Stückzahlen). Für den Hobbyelektroniker spielt der Preisunterschied keine so grosse Rolle, er kann und sollte die besseren Chips verwenden. Wer wissen will, WIE schlecht der LM324 ist, sollte mal seinen Vergleich im Datenblatt des LMV324 angucken. Zur Auswahl steht alles, was der Elektronikversender im Katalog hat. Die hochpräzisen Chips von Analog, Linear, Burr-Brown sind dann wieder so teuer, das der Hobbyist, der die technischen Daten dieser Chips mangels physikalischer Grundlagenkenntnisse eh nicht ausreizen kann, von selbst Abstand nimmt, und diese Chips besser den Profis überlässt.
Schaltpläne von Hobbyelektronikern sind zahllos im WWW vertreten. Diese sollten sich mit geschickt gewählten Suchbegriffen festnageln lassen. Allerdings funktionieren nicht alle Schaltungen, die man im Web so findet, und die meisten schreiben voneinander ab oder vergessen beim Abschreiben von AppNotes die Hälfte.
Dem Urheberrecht nach darf eine Bedienungsanleitung bzw. ein Service Manual in Auszügen (z.B. nur der Schaltplan) oder wenn es mehr als 2 Jahre vergriffen ist auch komplett zu privaten Zwecken kopiert werden. Diese Arbeit dürfen auch andere Menschen im Auftrag machen und zuschicken und die dabei entstehenden Kosten dürfen ersetzt werden. Es kommt auf die Person des Bestellers an, daß der die Kopie für sich zu privaten Zwecken haben will.
Du darfst auch eine Kopie per eMail an einen begrenzten Personenkreis, der nicht als öffentlicher anzusehen ist, weitergeben. Daher die Regelungen in vielen Gerätereparaturforen, Schaltpläne und Unterlagen erst auf eMail Kontakt zuzusenden, obwohl das ja nach unsinniger Mehrarbeit aussieht.
Die Downloadfähigkeit aktueller Service Manuale wie bei elektrotanya ist also nach deutschen Recht nicht zulässig.
Von: MaWin 17.7.2000
Das Löten von normalen Platinen und Schaltlitzen ist mit einem Elektroniker Lötkolben kein Problem, wenn die Metallflächen OXIDFREI und sauber sind und man dem Lötkolben passend Zeit zum Aufheizen gibt. Das im Lötzinn enthaltene Flussmittel sorgt für eine gute Lötstelle. Als Bastler darf man Schaltungen weiterhin mit bleihaltigem Lot löten, das Verbot gilt nur beim Inverkehrbringen, aber gerade beim Löten besteht ja – im Gegensatz zum fertigen Gerät aus dem Handel welches man ungeöffnet wegwirft – die Gefahr mehr und mehr Blei aufzunehmen, gerade als regelmässiger Bastler, denn wer wäscht sich schon nach jedem Anfassen von Lot, fertigen Platinen oder angelöteten Bauteilen die Hände. Also wäre gerade der Bastler derjenige, der von der nun kostengünstigen Verfügbarkeit von bleifreien Loten seine Gesundheit profitieren lassen kann. Mit Balver SN100C (SnCu0,7NiGe) oder Felder SN100+ (Sn99,3CuNiGe) als Stangenlote zum Wellenlöten, Silberloten wie Armack BF32-3 von Display3000 zum Handlöten, stehen Lote zur Verfügung, die keine der Nachteile der alten untauglichen SAC-Legierungen mehr haben. Mein Tip für Bastler: Stellt auf bleifrei um, und repariert nur alte mit Blei gelötete Geräte mit euren alten Werkzeugen. Und nehmt bei Dauerlötspitzen kein kupferhaltiges Lot.
Oxidierte Oberflächen verhindern gute Lötstellen. Die Industrie verwendet i.A. keine Bauteile mehr, die länger als 1 Jahr (MSL-Ablaufdatum https://de.wikipedia.org/wiki/Moisture_Sensitivity_Level) ausserhalb einer Stickstoffatmosphäre gelagert wurden. Danach werden sie gebacken:
Ein temperaturgeregelter Lötkolben ist im industriellen Einsatz sein Geld wert, als Hobbyist kann man abwarten, bis der Lötkolben die passende Temperatur hat bzw. ihn ausstöpseln oder in den feuchten Zelluloseschwamm drücken, wenn er zu heiss wird, oder einen normalen Dimmer vorschalten (nichts anderes ist beispielsweise in der elektronischen Lötstation WTC100 drin http://www.uoguelph.ca/~antoon/circ/wlc100.html oder in MS 250 von Ersa), damit man ihn wenigstens einstellen kann. Im Moment ist der Ersa Multi-Pro 25W Lötkolben für 25 EUR besonders interessant, weil es für ihn kostengünstige MicroWave SMD-Lötspitzen SolderWell gibt. Allerdings wurde Ersa aufgekauft und versucht seit dem mit minderwertiger Produktionsweise Geld zu sparen, selbst alte Lötspitzen wie die 832 werden durch doppelteilige ersetzt, die einfach nur Murks sind, weil die sich bei Druck lockern und dann schlechter die Wärme leiten.
Die berühmten Weller Magnastat sind technisch überholt (zu klobig, teure Lötspitzen), für das ganze Sortiment gibt es aber offenbar jahrzehntelang Ersatzteile bis zur kleinsten Schraube. http://www.hinkel-elektronik.de/pdf_node/134.pdf
Wer NiCd-Akkus ohne Lötfahnen direkt am Boden (laut den Datenblättern der Hersteller ist das nicht erlaubt, man soll teures 0.15mm Rein-Nickelblech oder billiges Hiluminband (vernickeltes 0.1mm Stahlblech) punktschweissen, Anlage siehe http://www.guido-speer.de/html/punktschweissgerat.html und http://pauls-werkstatt.blogspot.de/2016/02/punktschweigerat-fur-akkuzellen.html http://www.teralab.co.uk/Electronics/Spot_Welder/Spot_Welder_Page1.htm ) ähnlich massive Dinge löten will, braucht einen richtig dicken Lötkolben und geeignetes Lötzinn. Wer es mit einem 25W Lötkolben und rumbraten probiert, beschädigt den Akku. 150 Watt und eine kurze dicke Lötspitze, dann lassen sie sich (direkt nach dem man sie mit feinem Sandpapier saubergeschliffen hat) in wenigen Sekunden löten, ohne das der Akku selbst heiss wird. Alu (Bleche, keine Kühlkörper) oder Stahl (Akkus und Glühlampensockel) lassen sich mit Multicore Alu-Sol Lot und einem heissem Lötkolben gut löten. Bitte Dauerlötspitzen (Ersadur etc.) nicht verbiegen oder gar dran rumfeilen und kein PVC damit anschmurgeln, die Beschädigungen der Beschichtung führen sonst sofort zum Weggammeln der Lötspitze.
Wer vor seinem ersten Bausatz mal das Löten üben will: Es gibt die klassischen Lehrstücke: 10 10cm lange Stücke Schaltdraht abisolieren, im 5 x 5 Gittermuster aufeinanderlegen und zusammenlöten. Dasselbe nochmal mit alten oxidierten Drähten :-) Und man sollte auch mal zur Übung BEWUSST so lange auf einer alten Platine rumbraten, bis die Leiterbahnen abgehen, damit man lernt, wie lange das dauert.
Bei Lochplatinen ohne Kupfer steckt man die Bauteile durch, biegt die Anschlussdrähte so, das die zu verbindenden Anschlüsse verschiedener Bauteile zusammenkommen, und lötet die zusammen. Es gibt ein Problem, sobald sich Leitungen kreuzen, also sind die Platinen nur für allereinfachste Anwendungen. Ausserdem halten die Bauelemente nicht besonders, weil sie ja letztlich nicht festgelötet sondern nur angebunden sind. Sie eignen sich aber als Träger für die Fädeltechnik (Anschlüsse mit Kupferlackdraht verbinden) besser als Platinen mit Lötaugen, weil man die notfalls auch wieder auslöten kann.
Bei Lochrasterplatinen mit Lötaugen lötet man erst ganz normal die Bauteile ein und schneidet die Drähte ab, und setzt dann mit nicht zu heissem Lötkolben auf jedes Lötpad auf dem Weg der zukünftigen Leiterbahn einen Hügel aus viel Lötzinn und 'schleppt' ihn zum vorherigen Pad. Dann lässt man ihn erkalten, bevor man den nächten Pad angeht. So bekommt man schnell ansehnliche Lochrasterplatinen. Das Umbiegen der Anschlussdrähte der Bauteile sollte man vermeiden, da damit späteres Auslöten erschwert wird. Extra Kupferdraht ist unnötig. Das dicke Lötzinn ist leitfähig genug. Hier eine Vorlage damit man mal zeichnen kann:
Das Flower-Board geht noch einfacher und mit weniger Lötzinn auch für SMD:
Bei Streifenrasterplatinen ordnet man die Bauteile so an, das die zu verbindenden Anschlüsse jeweils nebeneinander (in Richtung der Kupferstreifen) liegen. Dabei sind mehrere Gruppen pro Kupfersteifen möglich, man muss nur den Kupferstreifen (an einer dazwischenliegenden Stelle) durchtrennen. Dann lötet man die Bauteile ein. Wegen den nur in einer Richtung verlaufenden Kupferstreifen benötigt man oft Brücken oder Drähte, mit denen man quer zum Kupferstreifen verlaufende Verbindungen herstellt. Die brauchen viel Platz, daher sind diese Platinen nur für einfache Schaltungen geeignet. Für 230V~ gibt es Platinen mit 5mm Rasterabstand.
Und dann gibt es noch die Lochrasterplatinen, die mit Kupferstreifen die Verbindungen der Experimentierbretter (5 quer, 2 längs) nachahmen. Da lötet man de Bauteile und Drähte so drauf, wie man sie im Experimentierbrett stecken hatte :-) als wilder Verhau.
Bei SMD ICs wird die Verarbeitung kritisch. Verwende viel Flussmittel (aus einer Spritze mit z.B. Kolophonium in Spiritus), die Platine sollte beim Löten nass sein, dann lassen sich ICs problemlos einlöten. Im Prinzip hängt dabei das Lötzinn an der Lötspitze, mit der man über die IC-Pins rollt. Das extra Flussmittel verhindert, das das Lötzinn zwischen den Pins hängen bleibt. Passiert das doch, probiert man es nochmal mit mehr Flussmittel, sonst muss man es mit Entlötlitze und Flussmittel wieder entfernen. Bei 1.27mm Pinabstand geht das, aber bei 0.5mm kaum noch.
Man kann auch zuerst die Pads durch drüberrollen mit einer Lötzinnkugel dick verzinnen, dann das Bauteil plazieren und an 2 Ecken je einen Pin anlöten, alles mit Flussmittel einstreichen und per Heissluft löten. Dabei den IC, nicht die einzelnen Pins herunterdrücken.
SMD Lötpaste braucht man nicht, da einem sowieso die Möglichkeit fehlt, diese in exakter Menge aufzubringen. Wenn man bei http://www.pcb-pool.de/ für 100 EUR eine Schablone fertigen lässt, oder in eine 0.15mm Overheadprojektorfolie per CNC die Löcher bohrt, kann man mit einem Rakel (Fenstergummi) Lötpaste aufbringen und in einem handelsüblichen Mini-Grill Reflow-Löten:
Eine verzinnte Leiterplatte ist hilfreich, die Industrie rollverzinnt oder macht HAL hot air levelling, das kann man selber mit Rosol3 und Heissluft bewerkstelligen:
Jedoch mit dem Lötkolben Zinn aufbringen oder Glanzzinn bei 35-40 GradC (normalerweise 5g Zinn-II-Chlorid oder -Sulfat und 50g Thioharnstoff THS in schwefelsaurer Lösung (50g Batteriesäure) in 1l Wasser, Seno macht aber was anderes, Sn-II-Cl in NaOH geht ab 60GradC auch) bringt meist mehr Ärger als Nutzen. Auf jeden Fall Glanzzinn sofort mit heissem Wasser gründlich abwaschen und mit einem festen Tuch blank polieren.
1l warmes Aqua Dest 10g Zinn-II-Chlorid 10g Natriumacetat 1g Benzolsulfonsäure 2g Natriumhypophosphit 15g EDTA (zuletzt zugeben) im Kühlschrank ewig lagerfähig
Alternative: 1l 40 GradC warmes Aqua Dest 10g Zinn-II-Chlorid 50g Thioharnstoff 12ml Schwefelsäure (37%, Akkusäure) zuletzt zugeben im Kühlschrank ca. 6 Monate lagerfähig
Alternative: 1l Wasser (es reicht Leitungswasser) 20g Macrogol 22g Kaliumnatriumtartrat-Tetrahydrat (Seignettesalz) oder 20g Weinsteinsäure 10g Zitronensäure 11g Zinnchlorid 25g Thioharnstoff optional 1 kleiner Tropfen Netzmittel (Fotohandel, Tween20, Macrogol...) In dieser Reihenfolge in Wasser lösen. 20 minuten warten bis sich entstehende Feststoffe absetzen. Nach filtern der Lösung ist sie klar und bereit zur Verwendung. Bei 60°C können mehrere Mikrometer erreicht werden. Der Elektrolyt zerfällt nach einigen Tagen.
Halbindustriell kann man im Tauchbad löten. Eine flache Schale aus Alu oder Eisen auf einer Herdplatte oder ähnlichen Heizquelle, gefüllt mit Lötzinn dessen Oxidschicht vor dem Löten per Rakel zur Seite geschoben wird, in die man die mit Schaumfluxer / Flussmittel besprühten lötstopplack-beschichteten Platinen waagerecht mit einem Halter (aus Alu) ein paar Sekunden eintaucht, und alle Lötstellen sind auf ein Mal verlötet. Ein Eigenbau ist nicht schlechter als teure kommerzielle Lösungen, das professionellste ist dabei das 220-250 GradC Thermostat.
Dann hat man auch eine Maschine, die Bauelemente aus einem Gurt im gewünschten Raster biegt und die Drähte passend abschneidet. Seitenschneider ade.
Das Löten von Installationsleitungen ist erlaubt: VDE 0100-520, 526.2 "Lötverbindungen in Leistungsstromkreisen sollten vermieden werden. Werden diese angewendet, müssen die Verbindungen so ausgeführt sein, dass das Fließen des Lötmittels, mechanische Belastung und Temperaturerhöhung im Fehlerfall berücksichtigt sind." Wer also die Drähte zuvor mechanisch fixiert und dann verlötet, kann sie in innenklebendem Schrumpfschlauch isoliert unter Putz verschwinden lassen.
Nickel-Elektrolyt (matter Watts Nickel bei 1-2A/dm) 240 g/L Nickelsulfat 40 g/L Nickelchlorid 30 g/L Borsäure (Borwasser abzüglich Wasser)
bei Zugabe zur Lösung von 0,6g/l 2-Butin-1,4-diol 1,5g/L Saccarin 0,15g/L Natriumlaurylsulfat spiegelglatter Überzug mit wenigen Fehlern
andere Lösung: 240 g/L Nickelsulfat 40 g/L Kaliumchlorid 30 g/L Borsäure 0,6g/l 2-Butin-1,4-diol 1,5g/L Saccarin 0,15g/L Natriumlaurylsulfat perfekter heller spiegelglatter Überzug
Die Entlötfederpumpen sind eine Qual (muss möglichst schwer sein und so dicht, das der Kolben bei zugehaltener Spitze mehr als 10 Sekunden braucht um zurückzulaufen), und einen Entlötkolben mit Vakuumpumpe wird man nicht haben. 2-beinige Bauteile gehen raus, in dem man erst die eine Lötstelle heiss macht und den Draht rauszieht, dann die andere. Bei 3-beinigen muss man ihn reihum in Schritten rauskanten. Bei DIL-ICs auf einseitigen Leiterplatten entfernt man zunächst mit Entlötlitze das alte Zinn (es gibt schlecht funktionierende Entlötlitze: mit extra Flussmittel tränken), wackelt dann mit der Pinzette an jedem Beinchen, um es vom Rand zu lösen, und zieht den IC dann raus. Wenn bei durchkontaktierten Leiterplatten die Löcher gross genug sind, kann man eine Spritzennadel über den Pin durch das Loch in das heisse Zinn stecken und die Pins damit einzeln blosslegen. Bei durchkontaktierten Leiterplatten mit zu kleinen Löchern siehe SMD Vielbeiner. Von Ersa & Weller gibt es für bestimmte Lötkolben Lötspitzen, mit denen sich alle 16 oder 28 Pins eine DIL-ICs gleichzeitig erhitzen lassen. Die sind aber umständlich, weil man den Lötkolben senkrecht in einen Schraubstock spannen muss, die Lötspitze aufheizen lassen muss, und dann die IC-Beinchen der Platine in die Rillen der Lötspitze halten muss. Da feilt man sich doch lieber aus Alu einen Block mit Rillen passend zum jeweils auszulötenden IC, den man mit einer Gasflamme oder elektrisch erhitzt. Sooo high-tech ist Löten ja nun auch nicht, als das es bei den Preisen nicht auch ein Provisorium täte, vor Allem wenn man es nur seltenst braucht. Sind die Anschlussdrähte draussen, kann man die Löcher freilegen, in dem man einen dünnen Stroh-(die Betonung liegt auf Stroh, also unschmelzbar)-halm im Mund das Loch freipustet, das man mit dem Lötkolben von unten erhitzt.
Bei SMD mit 2 Anschlüssen nimmt man am besten 2 Lötkolben als Pinzette (Achtung: Das Bauteil schnell wieder abschütteln, es ist dann weg), sind die Spitzen breit genug reicht das auch für Grössere. Bei Vielbeinigen fangen die Probleme an: Entlöten geht leicht, wenn man ENTWEDER das Bauteil ODER die Platine retten will. Platine retten: Pins mit Minitrennscheibe am Bauteil absägen und mit Lötkolben Platine saubermachen. Bauteil retten: Platine von unten mit Heissluft (oder auf Ceran Herdplatte) heiss machen, Bauteile mit Pinzette abheben. Schwierig wird es, wenn man beides bewahren will :-) Ein Verbiegen der Pins verhindert ein späteres Einlöten, die Pins brechen beim Zurückbiegen meist ab. Jeder hat da so seine eigene Methode, abhängig vom Werkzeug, das zur Verfügung steht. Letztlich gibt es Entlötspitzen für alles ausser BGAs, und natürlich hat es einen Grund, das die Industrie bei SMD meist komplette Platinen tauscht.
BGA Sockel: http://www.ironwoodelectronics.com/ (vorher hinsetzen)
Quetschverbindungen sind elektrisch gesehen besser als Löten, weil der Kontakt direkt, ohne Lötzinn dazwischen erfolgt. Aber die Quetschverbindung muss *gasdicht* sein. Die 'isolierten Kabelschuhe' für's Auto mit Blechzange für 2.50 EUR im Baumarkt sind das nicht und daher der programmierte Wackelkontakt. Auch verhindert crimpen, dass beim Löten das Lötzinn mit dem Flussmittel in die Adern des Litzenkabels unter die Isolierung fliesst und es dort steif und damit brüchig macht. Gute Crimpverfahren klemmen gar die Isolierung mit ein und bewirken damit einen Knickschutz. Die klassischen 'unisolierten Kabelschuhe' von AMP, Pfostenstecker, BNC oder Telefon- und Netzwerkstecker funktionieren hervorragend, *wenn* man die passende Crimpzange verwendet. In zum Löten ungeeigneten heissen Umgebungen sollte man vernickelte Stahlstecker crimpen, denn Messing verliert seine Federkraft.
Eine geeignete Zange für unisolierte Kabelschuhe (aka AMP Stecker) gibt es für 9.95 EUR bei http://www.pollin.de/, BNC kostet dort 10.95 EUR, http://www.reichelt.de/ für 29.95 EUR die Zange für PSK-Kontakte. Für Flachbandkabelpfostenstecker u.ä. tut es ein Schraubstock, Aderendhülsen werden beim Festschrauben eh gequetscht. Bleibt RJ11 Telefon und RJ45 Netzwerkkabel, für die es billige Plastikzangen gibt. Kleine Stecker wie JST kann man mit Japan Engineer PA20 crimpen, die passt für viele Arten, man muss aber Ader und Isolierung einzeln crimpen.
Die Unterschiede zwischen 50 Ohm und 75 Ohm BNC-Steckern sind kleiner als gedacht aber entscheidend: http://www.amphenolrf.com/products/bnc.asp
Wenn kommerzielle Crimpzangen exorbitant teuer sein sollten, ebenso wenn sie für die industrielle Fertigung zu unbequem sind, besteht natürlich immer die Möglichkeit, einen Einsatz für eine der normalen Crimpzangen oder einen Automaten oder Schraubstock selber anzufertigen. Es gibt nicht umsonst den Beruf des Werkzeugmachers, was zeigt, dass man Werkzeuge auch selber machen kann und nicht zu Wucherpreisen kaufen muss.
Stecker für hohen Strom und Versorgungsspannungen werden oft nachgefragt:
Wie wäre es mit: Harting 09140022601 Axialschraub-Modul 40 Stifteinsatz 1000V/40A 2,5-6mm² 2-polig Harting 09140022602 Axialschraub-Modul 40 Stifteinsatz 1000V/40A 6,0-10mm² 2-polig Harting 09140022701 Axialschraub-Modul 40 Buchseneinsatz 1000V/40A 2,5-6mm² 2-polig Harting 09140022702 Axialschraub-Modul 40 Buchseneinsatz 1000V/40A 6-10mm² 2-polig
DC-Hohlstecker sind je nach Durchmesser für unterschiedliche Spannungen gedacht;
Von: MaWin 17.7.2000
Schaltzeichen
Es gibt ausreichend viel Software gratis, wenn auch die Einschränkungen der Demoversionen oft weh tun. Das sollen sie ja, sie sollen zum Kauf animieren, aber wenn schon die limitierte Demo unzumutbar oft abstürzt, wie bei Protel 98, Target 2001 oder Eagle 4.0 ist das natürlich nicht besonders werbewirksam. Meldet eine ältere vom Hersteller inzwischen nicht mehr supportete Version von Target Error 104L, hilft eine Rückstellung des Systemdatums, es liegt der Verdacht nahe, daß absichtlich auch volllizensierte Versionen eine programmierte Haltbarkeitkeitsbeschränkung haben. Aber es ist nicht notwendig, sich ein billiges und übersimples Programm wie Sprint Layout von http://www.abacom-online.de/ zu kaufen. Sehr ähnlich ist http://www.freepcb.com/ . Zur Erstellung von Breadboard-Schemas eignet sich Fritzing http://fritzing.org/ . Dennoch wirst du bei JEDEM Layoutprogramm feststellen, das schon für die erste Schaltung ein Bauteil in der Library fehlt. Man malt es sich halt selber. Das muss man sogar mit in der Library enthaltenen Bauteilen machen, weil immer irgendwas nicht stimmt. Bei den von Mentor Graphics mitgelieferten Libs liegt der Ursprung teilweise sonstwo.
Ebenso normal ist die 'gewöhnungsbedürftige' Bedienung. Für Eagle findet man weitere Bibliotheken bei http://www.cadsoft.de/, und wer Eagle unter Windows NT verwenden will sollte im Control Panel unter Options des User interface Always vector font einschalten. Die (bei DesignLink verfügbaren) Bauteileattribute per BOM-EX zu verwenden scheitert aber, weil nur Attribute erhalten werden von Bauteilen die auch eine Newark/Farnell Bestellnummer haben.
IB Friedrichs Politik, alle 18 Monate eine neue Target-Version mit minimalen Funktionserweiterungen rauszubringen, und neue Library-Teile erfordern die, bei Support einer dann älteren Version hört man 'kaufen Sie die neue', steigert nicht gerade die Beliebtheit. Werbung wie "Machen Sie Mund-zu-Mund-Propaganda und erhaschen Sie 10% Rabatt auf den Preis für ein Update oder Upgrade, wenn Sie TARGET in einem nationalen oder internationalen Elektronik-Forum lobend erwähnen, und unser Produkt dadurch in's Gespräch bringen" bedeutet, daß jeder positive Bericht über Target unglaubwürdig ist.
Target3001 gibt es in unlimitierter Professional Version ohne Gerber-Export mit inkompatiblen Dateiformat und abweichender Bauteilbibliothek von Firmen die wollen, daß man die Platine bei ihnen fertigen lässt, http://www.conrad-target.de/ http://www.distrelec.de/de/cad-freeware/cms/pcbservice_cadfreeware Die unlimitierte Distrelec Edition kann Leiterplatten groß wie Kuchenbleche verarbeiten. Auch die Anzahl der Pins ist unbeschränkt und selbst Multilayer sind kein Problem. Einzig die Produktion ist an den Distrelec LeiterplattenserveasyEDAice gebunden. Die Distrelec smart Edition kann Schaltpläne und Leiterplatten bis 700 Pins auf ein oder zwei Kupferlagen verarbeiten. Dafür kann man die Leiterplatten herstellen lassen, wo immer man will.
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Free SW for PCB order service (no gerber files export) ECAD Pro - http://www.pcbdesignandfab.com/ (gerber files $25/board) Expresspcb - http://www.expresspcb.com/ Pad 2 Pad - http://www.pad2pad.com PCB123 - http://www.sunstone.com/PCB123-CAD-Software.aspx (gerber files $100/board) PCB Artist - http://www.4pcb.com/free-pcb-layout-software/ Target 3001 (PCB Pool edition) - http://www.pcb-pool.com/ppuk/service_downloads.html (gerber with proto)
Wer glaubt, das er zum Verteilen von Bauelementen auf einer Lochrasterplatine ein Computerprogramm wie Stripboarddesigner oder LochMaster von http://www.abacom-online.de/ benötigt, sollte sich ein anderes Hobby suchen. Der einzige Grund, warum man sich mit einem umständlichen CAD-Programm statt einer schnellen Handskizze beschäftigt, besteht in der Erzeugung eines sauber gezeichneten Leiterbahnbildes. Eben genau dieses ist bei Lochrasterplatinen / Streifenplatinen schon fertig. Die Programme sind trotzdem nützlich wenn man ein computergeneriertes Bild einer bestückten Lochrasterplatine haben will.
Von: Oliver Bartels 25.8.2001
> Aber wenn der Hobbymensch mit 100 * 160mm Eurokarte auskommt,
> darf ich daran erinnern, dass wir gerade auf vielfache Nachfrage seitens
> dieses Forums eine unter 100 Euro Version des BAE eingeführt haben,
> und kostenlosen Schaltplaneditor gibt's auch: http://www.bartels.de/
Was? BAE für 100 EUR???! Na das ist ja interessant...
Ich habe vor etlichen Jahren (fünf vielleicht) mit BAE gearbeitet — 3.2 war damals glaube ich angesagt. War insgesamt ein sehr schönes System, stabil, guter Autorouter — aber die Bedienung... Bezeichnend war damals, daß das Handbuch für die User-Language doppelt so dick war wie das BAE-Handbuch. Und einfach zu bedienen wars nicht — durch die extreme Flexibilität hatte man ja auch die Möglichkeit, beliebig viel falsch zu machen. Wettgemacht hat das Ganze aber der sagenhaft gute Telefonsupport — typischwerweise telefonierte man mit jemandem, schilderte ein Problem (..."ich glaube, sowas habe ich schonmal irgendwann programmiert — mal suchen") — und am Nachmittag war die Lösung als user-language-code da. Wirklich klasse. Wenn ich daran denke, wie grauenhaft schlecht der Support von Viewlogic war (und was ich von Mentor kenne, ist auch nicht besser). Aber wehe, man hatte den BAE mal ein paar Monate nicht mehr benutzt — dann war man schon wieder draußen.
Ich erinnere mich noch, wie die erste Windows-Version rauskam: Was für eine Enttäuschung: Nix mit File→new, sondern einfach die alte BAE-Menüstruktur in Windows gepackt, die natürlich überhaupt nicht dazu gepaßt hat. Damals war BAE wirklich gut, wenn man ständig damit gearbeitet hat, extrem mächtig und sehr flexibel. Aber definitiv nichts für Gelegenheitsbenutzer. Ich frage mich, wie sich das geändert hat — von irgendwem (Vertrieb?) habe ich gehört, daß das vor allem am Chef läge, dem saubere Programm- und Datenstrukturen und leistungsfähige Autorouter-Algorithmen wichtig wären, aber Benutzerfreundlichkeit...
Überhaupt habe ich mich schon immer gefragt, wie Ihr eigentlich Geld verdienen könnt. Ich lese regelmäßig alle möglichen Elektronikzeitschriften, aber ich habe noch keine einzige Werbung für BAE gesehen ! Sicher, der Router ist auch in anderen Systemen drin, aber wenn man Werbung von anderen Programmen sah, war das meistens auch irgendwas shape-based oder so (und das ist BAE definitiv nicht). Das kann ja fast nur durch Mund-zu-Mund-Propaganda funktionieren!
Aber wenn BAE in der Bedienerführung und Dokumentation nicht massiv besser geworden ist, wird ein Hobby-User seine liebe Not mit dem Programm haben, könnte ich mir vorstellen ! Andererseits, wenn jemand sich wirklich interessiert und sich einarbeitet, bekommt er für 100 EUR viel fürs Geld !
Machen lassen:
> Welche Schaltungssimulationsprogramme kann man empfehlen?
Besonders einfach ist die Online Java Applikation, man kann mit ihr sogar Links auf die komplette Schaltung liefern
Spice ist jedoch DER Standard zur Simulation elektronischer Schaltungen. Die aktuelle Version 3f5 gibt es im Quellcode gratis
verbesserte Versionen wie PSpice (kann Analog und Digital, also mixed-mode) kosten Geld. Aber es gibt Stolperfallen, nicht bloss dass man in jeder Schaltung ein GROUND vergisst, oder vergisst jedem kondensatorabgekoppelten Teilnetz einen (hochohmigen) Pfad nach GND zu geben. Eine SEHR geglückte Einführung:
sci.electronics.cad "Spice 3F5 and transistor bug on Linux" von Charles Williams news:C.D.H.Williams-2103021613440001@cw-mac.ex.ac.uk
OK, ich hab' den Übeltäter: statt '.END' muss es '.end' heissen! Hätte ich die Beispiele vorher gesehen wäre das wohl nicht passiert. Bemerkenswert: Thomas' SPICE3f5 frißt die Großschreibung, meins nicht (ich hatte Doku von 2G6 und PSPICE in der alles großgeschrieben war).
Verwende nicht temp als Parameter für Temperaturmesschaltungen weil temp auch als globale Variable von Modellen als Umgebungstemperatur verwendet wird.
> Ich habe die PSpice Demo heruntergeladen. Nun habe einen Schaltplan mit
> Capture gezeichnet. Leider funtioniert PSpice nicht. Nachdem ich die
> Buttons fuer Pspice aktiviert habe, sind die nun da, aber ausgegraut. :-(
Von: Klaus Bahner 12.5.2012
Du hast dein Projekt vermutlich als "Schematics" definiert. Um PSpice zu benutzen musst du das Projekt als "Analog or Mixed A/D" anlegen.
> Hat jemand Modelle für LEDs?
Man kann die Modelle in die Datei "standard.dio" im Ordner /lib/cmp eintragen und es dann über das Kontextmenü einer Diode per "pick new diode" auswählen.
Weitere Modelle:
Noise und Gain eines Verstärkers mit (2) durchgesteppten Bauteilwerten: https://www.mikrocontroller.net/attachment/289956/MikroNoise.png
Wie man bei einer Induktivität eine Sättigung verpasst habe ich inzwischen herausbekommen: flux=Induktivität*5*tanh(x*Sättigungsstrom)
Andere Programme (die meisten basieren auch auf Spice):
und Tina6, CircuitMaker2000, SuperSpice, VisualSpice, MicroCap7, MultiSim, SpiceA/D, SpiceCreator, AimSpice, Edison, Simetrix, Aplac, Target3001 ...
230V Stromnetznachbildung in Spice:
+--100R--+
+--+ +--o
| +--500uH-+
|
(V) SINE 50 325
|
+--------------o
oder Impedanz einer Netznachbildung nach CISPR16 für leitungsgebundene
EMV-Messungen im Bereich von 9kHz bis 30MHz, mit Filter gegen Störungen aus
dem Netz (10R/4uF/250uH), nachgebildeter Netzimpedanz (5R/8uF/50uH) und
Auskopplung (250nF) und Messgeräteeingang (50R):
+-----+--250uH--+--50uH--+-- L1 | | | | 0.25R 4uF 8uF 250nF | | | | 230V~ 10R 5R 50R | | | | | GND GND GND | +-----+--250uH--+--50uH--+-- N | | | | | 4uF 8uF 250nF 1R | | | | 10R 5R 50R | | | | GND GND GND GNDhttp://www4.evaluationengineering.com/articles/201209/conducting-power-line-emc-tests.php
Obwohl OffTopic, kommt oft die Frage: Soll ich einen Taschenrechner von Hewlett Packard mit UPN (umgekehrte polnische Notation, also 3 Enter 4 + statt 3 + 4 = ) Eingabe nehmen oder einen 'normalen' von Texas Instruments (http://www.ticalc.org/ http://www.datamath.org/) oder einem der anderen Hersteller? Diese Frage hat der Markt entschieden. HP stellt keine Taschenrechner mehr her. Die ACO Division ist nach 10 Jahren Untätigkeit pleite: http://www.hpcalc.org/goodbyeaco.php
Und nicht mal eine Pleite währt ewig: http://shopping.hp.com/en_US/home-office/-/products/Accessories/Calculators (dafür hält deren URL kein Woche durch, schon wieder neu http://store.hp.com/?jumpid=re_r11662_redirect_ETR real soon now)
Der HP28 hat ein zugeschweisstes Gehäuse (Plastikzapfen unter der Alufront) das man zu Reparaturzwecken kaum zerstörungsfrei aufbekommt.
Ich persönlich finde übrigens die Natural Textbook Display Formeldarstellung und Matrixrechnung der Casio Serie FX-ES am angenehmsten weil edierbar.
Wer einen Chip für einen Taschenrechner sucht und nicht selbst programmieren will:
Und wer einen technisch-wissenschalftlichen mit BCD, RPN und CORDIC selbst bauen will, findet hier eine Vorlage:
Simulation realer Taschenrechner
Wer mit Einheitenzeichen wie m (milli) und k (kilo) rechnen will, kann das mit dem TI-89 oder dessen Android-Emulation (ROM von TI downloadbar) tun.
> Was bedeuten die Bezeichnungen VCC, VDD, ...
Das Problem bei der Sache: Das sind bloss NAMEN. Ob man VCC und VDD miteinander verbinden darf, hängt von der Schaltung ab. Und ebenso, ob man VCC des einen und VCC eines anderen Chips miteinander verbinden soll. Insofern ist Platinenlayoutsoftware, die gleichnamige Power-Anschlüsse automatisch miteinander verbindet, obwohl auf den ersten Blick bequem, eigentlich Unfug. Und sogar unbrauchbar, wenn sie das erzwingt.
Von: MaWin 17.7.2000
Als Bastler, der i.A. eine Schaltung nur ein Mal aufbaut, stellt sich zuerst die Frage, ob überhaupt eine geätzte Leiterplatte benötigt wird. Gerade Anfänger investieren oft besonders viel Mühe in eine möglichst perfekte Platine, bevor sie ihre Schaltung überhaupt das erste Mal ausprobiert haben. Später siegt oft der Pragmatismus und die Lochrasterplatine.
Zum Ausprobieren einer Schaltung mit bedrahteten Bauelementen eignen sich Experimentiersteckbretter (Labor-Steckboards, Experimentierboard, Breadboard, Protoboard, wie von http://www.conelek.de/, http://www.pollin.de/ und http://www.elv.de/ , z.B. 68-05 82 46). Angeblich ist das teure BB830 auch recht gut. Solange man keine zu dicken Drähte einsteckt halten sie sehr lange, ansonsten neigen sie zu Kontaktproblemen. Bei Kontaktproblemen kann man aus einem kleinen Experimentierboard die Metallkontaktstreifen herausnehmen und die defekten im grossen Board damit ersetzen.
Kleine Schaltungen lassen sich fliegend verdrahten, auf ein Brett mit blanken Reisszwecken als Lötstützpunkte als Brettschaltung montieren, oder auf einer Lochrasterplatine aufbauen. Für SMD auf Lochraster gibt es 'Mini-Mount' Adapterplatinen (SMD-Adapter bei http://www.elv.de), man kann solche Adapter aber auch bei PCB-Pool oder so herstellen lassen, das ist oft billiger.
Oder man verwendet eine kupferbeschichtete Leiterplatte als Massefläche, lötet dann alle mit Masse zu verbindenden Bauteileanschlüsse darauf fest, biegt die anderen hoch und bringt die restlichen Bauteile fliegend dazwischen an (Dead Bug Methode). Das eignet sich gut für Schaltungen, die im Steckbrett nicht besonders gut funktionieren, wie Schaltregler oder Hf.
Wenn man allerdings eine Schaltung dauerhaft aufbauen will, übersehen die meisten Bastler die Notwendigkeit eines soliden mechanischen Aufbaus. Bei Netzspannung führenden Teilen ist ein perfekter Aufbau Pflicht ! So ein Gerät muss auch nach mehrmaligem Runterfallen noch elektrisch sicher sein !
Wenn man also eine geätzte Leiterplatte benötigt, stellt sich die Frage, ob nicht eine Einseitige reicht, wie sie die Industrie aus Kostengründen in praktisch allen Consumer-Geräten (Verstärker, Fernseher etc.) verwendet, auch in Mischbestückung bedrahtet (oben) und SMD (Unterseite), oder ob es eine Doppelseitige sein muss. Multilayer kann man sowieso nur (200 EUR teuer) herstellen lassen (http://www.pcb-pool.com/).
Es lohnt sich auf jeden Fall, so lange am Layout herumzuzeichnen und Drahtbrücken zu setzen, bis eine einseitige Platine möglich wird, denn das sogenannte Durchkontaktieren ist für Bastler nervend. Ein Autorouter wird kein gutes Layout erzeugen, kann einem als restartbarer Router aber helfen.
Wenn man recht viele Leiterbahnen auf der Unterseite unterbringen kann und nur noch ganz wenige auf der Oberseite hat, die allerdings kreuz und quer verlaufen und daher für blanke Drahtbrücken ungeeignet sind, kann man auch Fädeln, d.h eine einseitige Platine herstellen und die restlichen Verbindungen mit Kupferlack-, Wire-Wrap- oder 'Patch'-Draht herstellen. Als Draht tut es jeder lötbare 0.2mm - 0.3mm dicke Kupferlackdraht, als Führung der Vero-Fädelstift.
Das komplette Fädeln einer komplexen Platine ist auch möglich, man kann damit sogar Boards realisieren, die mehreren Lagen Multilayer entsprechen, aber es ist SEHR fehleranfällig, ebenso wie Wire-Wrap, das zu dem recht teure Gerätschaften (Farnell, Seltronics) erfordert. Elektrisch ist fädeln aber einwandfrei, solange es nicht um wirklich hohe Ströme oder Spannungen geht. Man kann versuchen, die Stromversorgung und weitere einfache Verbindungen auf eine einseitige Platine zu ätzen und nur die verbleibenden Verbindungen fädeln. Wire-Wrap neigt per Hand gewickelt schon mal zu Wackelkontakten, und wenn dann nur die letzten Windungen nicht fest anliegen ist gleichstrommässig alles einwandfrei aber es bilden sich kleine Induktivitaeten, die high speed digital stören.
Ist das Layout einfach genug und erlaubt breite Leiterbahnen und grosse Abstände, kann man es mit einem Dalo PC 33, einem Staedler Lumocolor permanent, oder einem Edding 400/3000/3300 oder Lackstift 750/751/780
direkt auf die blankgescheuerte oder mit Metallputzmittel (Sidolin) gereinigte Kupferseite einer bereits gebohrten Hartpapierplatine malen, die Platine in einen Beutel mit Eisen(III)chlorid-Lösung stecken (nach Anleitung auf der Packung ansetzen bei 40-70 Grad, üblich sind 800g der gelben Brocken aus Eisen(III)chlorid-Hexahydrat mit einem Anteil von 56% Eisen(III)Chlorid in 1 Liter Wasser, was eine 25%ige noch nicht so stark schäumende Lösung ergibt, höhere Konzentration bis 30% sind für Schaumätzanlagen sinnvoll) und hat nach einigen Minuten Schwenken seine fertige Platine. Weil die letzte europäische Fabrik zur Herstellung von technischem Heptahydrat 2012 geschlossen wurde, gibt es inzwischen eher 1l (1.43kg) 40%ige Eisen(III)chlorid-Lösung mit 572g Eisen(III)Chlorid wie sie (bei tonnenweiser Abnahme für 50ct/l) auch zur Wasserreingung verwendet wird, 1kg gelbe Kügelchen enthalten also genau so viel Wirkstoff wie 1l Lösung bei Vorteilen in der Lagerung (verklumpt nicht, kleiner) und sollte genau so teuer sein.
Einseitige Layouts mit nicht zu dünnen Leiterbahnen und ausreichenden Abständen (alles >1mm, also nicht durch IC-Pins) kann man mit Laserdrucker oder Kopierer auch auf dünnem glattem Zeitschriftenpapier (Der Spiegel, Reichelt-Katalog) drucken und mit einem Laminator (PAVO HD220-PRO bis 160 GradC, PAVO HD320-PRO bis 200 GradC, nur Ganzmetall-Laminatoren halten die notwendigen Temperaturen von 180-200 GradC aus, bei modifizierten Laminatoren im Kunststoffgehäuse bleibt doch immer ein Risiko daß Halterungen schmelzen) auf eine blankgescheuerte oder mit Metallputzmittel (Sidolin) geputzte Platine übertragen. Das Papier löst sich in Wasser auf, der Toner bleibt als Schutzlack. Misslungene Platinen kann man mit Aceton wieder reinigen.
Inzwischen lassen sich auch Ätzresist und Lötstopmasken direkt auf eine Platine drucken, mit dem teuren Epson Stylus Pro 3880/SureColor SC-P800 ohne Modifikationen, mit anderen nach kleinen Umbauten http://techref.massmind.org/techref/pcb/etch/directinkjetresist.htm Die Durabrite Tinten sind beständig genug, allerdings macht doppelseitig noch Probleme weil man es nur schwer deckungsgleich bekommt. Professionell: http://www.notion-systems.com/inkjet.html
Auch für Laserdrucker gibt es Umbauanleitungen zum Direktdruck auf Platinen: http://www.instructables.com/id/Modification-of-the-Lexmark-E260-for-Direct-Laser--1/ aber die Platinen sind selten eben genug, was Aussetzer produziert, und der Laserdrucker druckt nicht masshaltig genug, so dass man in Software vorverzerren muss, und natürlich bekommt man doppelseitig nicht deckungsgleich hin.
Notfalls kann man auch die ganze Leiterplatte mit Metall und Isolator drucken http://www.golem.de/news/nano-dimension-leiterplatten-drucken-1411-110267.html
Muss man den fotografischen Weg gehen, benötigt man zuerst eine Vorlage. Jahrzehntelang war es industriell üblich, mit Abrubbelsymbolen und Kreppbändern, meist im Massstab 1:2, auf Folie ein Layout zu zeichnen, die Erklärung spar ich mir hier aber obwohl der Kontranst der Vorlagen super war.
Man nimmt besser ein Layoutprogramm, einen Laser oder Tintenstrahldrucker und geeignete Folien. Schwer zu empfehlen ist für Laserdrucker die Zweckform Avery Folie #3491 "Laser-Folien für die Druckformerstellung" (100 Blatt im Bürobedarf, für 30 EUR bei SMA 08024 641343). Schwarz ist da im Auflicht sattschwarz, in Durchsicht dunkelgrau, ergibt also genau dieselbe Deckung wie auf Papier. Nur der Träger ist halt transparent. Niemand käme nun auf die Idee, beim Belichten noch ein unbedrucktes weisses Blatt dazwischenzulegen. Das wäre dann identisch mit dem Druck der Vorlage auf Papier statt Folie. Leider ist die Folie nur für schwarz/weiss Laserdrucker tauglich. Für Tintendrucker nimmt man die vom Druckerhersteller empfohlenen InkJet-Folien und Einstellungen. (Achtung: Für Epson gibt es Folien mit 'Abstandshaltern', die sind unbrauchbar), oder Zweckform Avery #2502/#2503 z.B. von Reichelt (Eine neue Packung dieser Folie erscheint uns dünner, und der Drucker macht mit Folien der neuen Lieferung nur noch Probleme, Zweckform wurde ja auch von Avery übernommen).
Von: Gonde 3.3.2004
ich bin Umsteiger von Epson Color 850 auf den Canon i865. Bis jetzt bin ich sehr zufrieden, bis auf ein kleines (aber feines :-) ) Problem: Bisher habe ich tiefschwarze und absolut deckende Ausdrucke (auch feinste Linien) von sogenannten Printzeichnungen für die Leiterplattenherstellung mit dem Epson auf aufgerauhte Epson-Folie gemacht. Mit dem Canon i865 will mir das nicht gelingen. Einerseits wird der Ausdruck nicht rein schwarz und deckend ist der Druck auch nicht. Augen auf... Hätte ich nur gleich bei "Druckereinstellungen" auf den "Drucker-Ratgeber" geklickt und dort weiter auf "Tabellen und Diagramme drucken", so wäre ich unweigerlich auch auf den Button "Folie" gestoßen. Mit dieser Einstellung ist die Wiedergabe ein Printvorlage auf Folie ein Genuß! Tiefschwarz, dicht randscharf, auch mit den dünnsten Linien! Jetzt bin ich rundum voll zufrieden mit meinem neuen Canon i865!
Neuere Canons (ab iP4000 unter Win7) bieten diese Option nicht mehr und der Druck wird auch bei Farbe/Intensität: manuell Helligkeit: Dunkel nicht ausreichend geschwärzt, aber die Drucker ziehen das Blatt dermassen genau ein, dass man es zwei mal bedrucken kann, und dann ist es lichtdicht.
Gute Vorlagen kann man per Photoplot auch bei einer örtlichen Druckerei erstellen lassen, die sind dann wirklich lichtdicht und erlauben einen grösseren Belichtungsspielraum als die halbtransparenten selbstgedruckten. (DIN A4 Siebdruckvorlage ca. 10 EUR) http://so-pbdl.de/leiterplattenfilme.htm = http://www.cadgrafik-bauriedl.de/leiterplattenfilme.htm . Etwas schwärzer (aber auch kantenunschärfer) wird's mit Tonerverdichter (Butylacetat) http://www.huber-troisdorf.com/ (Solvent50, Plastik70, Oranex) wenn sich der Toner davon anlösen lässt, was je nach Hersteller wohl unterschiedlich ist: Tonerverdichter LF-A von Reichelt: Laserdrucker Brother HL-5350DN geht NICHT, Laserdrucker Kyocera FS-1750 funktioniert perfekt.
Wenn man auf oberflächenglattes Transparentpapier oder Kopiererpapier druckt, sollte man nur Sorten ohne optischen Aufheller verwenden, da sonst das mühsam erzeugte UV-Licht sinnlos verpufft. Wegen dem hohen Reflexionsgrad bei diesen Materialien hat man sowieso schon merklich erhöhte Belichtungszeiten (ca. x 4), insbesondere wenn man keinen Belichtungskasten verwendet (im Kasten würde reflektiertes Licht wieder zurückreflektiert werden, bis es durch die Vorlage hindurchkommt, wenn man nur eine Glühlampe über die Vorlage hängt kommt reflektiertes Licht ja nicht wieder). Klare OHP-Folien führen meist zu Haarrissen. Das Aufeinanderlegen von 2 Folien geht nur für anspruchslose Layouts. Da die obere Folie ja nicht mit der bedruckten Seite direkt auf der Platine liegt, kann sie nur unscharf die Fehler der Unteren verdecken. Bedenkt, das die meisten Leute nur von EINEM Detail ihres Erfolges reden, z.B. "hey, bei mir geht Papier sehr gut in 1 Minute" und dabei den Rest vergessen "aber ich habe eine professionelle Siebdruckbelichtungsanlage". Fragen wie 'wie lange belichtet ihr' sind daher sinnlos. Es müsste die ganze Apparatur beschrieben werden, damit man mit der Antwort was anfangen kann, und keine 2 Leute haben wohl alles (Aufbau, Platinenmaterial, Konzentration, Lampenalter, Temperatur) identisch vor sich. Die Belichtungsreihe ist die EINZIGE Methode, die richtige Belichtungszeit zu ermitteln. Und wenn dann beim nächsten Mal der Entwickler nicht 25 GradC sondern nur noch 20 GradC hat, muss man sich nicht wundern, wenn kein ordentliches Ergebnis bei rauskommt.
Photomaterial wird durchbelichtet, d.h. in den belichteten Zonen soll der ganze Photolack bis in die Tiefe so von Licht durchdrungen werden, daß sich seine photoaktiven Substanzen zersetzen und der Lack weich wird. So lange muss man also mindestens belichten. Wenn die abgedeckten Stellen nicht ganz lichtdicht sind, kommt natürlich auch dort etwas Licht hin und weicht den Lack etwas an, daher darf man nicht länger belichten als nötig. Beim Entwickeln wird dann der aufgeweichte Lack vom Entwickler weggewaschen, so lange muss man also mindestens entwickeln. Mit unbelichtetem Lack passiert erst mal gar nichts. Erst nach deutlich längerer Zeit (über 5 Minuten) löst auch er sich an. Daher sind Entwicklungszeiten so um 2,5 Minuten ganz passend, und man sollte beim Entwickeln für eine Badbewegung sorgen damit die Photolackreste weggeschwemmt werden.
Man braucht: Eine Platine, die man in zig 2 x 2 cm kleine Stücke schneidet, eine Belichtungsvorlage und eine Eieruhr. Man schreibt auf die Rückseite des 1. Stücks eine 1, legt sie exakt 1 Minute im Belichter auf die Vorlage, legt sie dann maximal 5 Minuten, bei Badbewegung reichen 2 Minuten, in den korrekt konzentrierten Entwickler, und wirft sie dann in das Ätzbad. Die Platine 2 kommt 2 Minuten ins UV-Licht, dann maximal 5, bei Badbewegung 2 Minuten in den Entwickler, dann ins Ätzbad. Platine 3 4 Minuten, Platine 4 satte 8 Minuten, Platine 5 16 Minuten belichten, Platine 6 32 Minuten, aber alle genau gleich lang in den Entwickler. Je nach dem, welche Platine am besten geworden ist, probiert man noch einen Mittelwert (3 Minuten oder je nach dem). Da man jedesmal auf die gleiche Art entwickelt hat, hat man nur einen freien Parameter (Belichtungszeit). Hätte man versucht, beim Entwicklen das Optimum herauszuholen, wäre die Probiererei ein Fass ohne Boden. Beim beschriebenen Verfahren muss man nur nach der besten Platine im Ätzbad suchen und kann sich später sogar den Ätztest zur Ermittlung der richtigen Entwicklungszeit sparen.
Man sollte als Platinenmaterial auf jeden Fall hellbraunes Hartpapier (Phenol FR1, FR2) oder CEM1, FR3 Epoxy nehmen, (dunkelbraunes hat oft schlechte Qualität), denn das kann man mit normalen HSS-Bohrern und Säge bearbeiten, auch wenn es spezielle Bohrer dafür gibt:
die Industrie stanzt gar die Löcher auf ein mal in erwärmtes Basismaterial:
Glasfaser Epoxy (FR4) wird in der Industrie nur verwendet, wenn chemisch durchkontaktiert werden muss, und das kann man als Hobbyist sowieso nicht. Man braucht es höchstens wegen der Festigkeit (Einsteckkarten). Dafür muss man Epoxy mit Hartmetallbohrern (gebrauchte von eBay halten noch ewig), in einer spielfreien Bohrmaschine mit Bohrständer (z.B. Proxxon Micromot40/E in MBS140, vergesst hier den fetten Bosch Bohrhammer im Wolfcraft Billigbohrständer oder Dremel im Schwabbelhalter) bohren, und kann sie nur mit Trennscheibe, Hartmetallsäge oder Schlagschere trennen. Die Glasfasern ruinieren normales Werkzeug sofort.
Flexible Leiterplatten für selbsthergestellte Flexkabel:
Wenn man keine fertig beschichtete Ware kaufen will, sollte man es erst gar nicht mit Photopositivlack probieren (den bekommt man nie auf dieselbe Dicke), sondern blaue Photonegativ-Rollenware laminieren mit einem üblichen Bürolaminator wie PLG-5210, GBC1200, SSI10PAK, mit beheizten Rollen durch den die 1.5mm Platinen durchpassen. Die nicht-glänzende Schutzfolie auf der Innenseite (dorthin, wo sich die Folie zusammenrollt) abziehen (mit Tesa an der Ecke anheben). Bei Bungard kosten 25m 43 EUR, a.seck@t-online.de bietet DIN A4. 15 Sekunden belichten, mit Natriumcarbonat entwicklen.
Vor 50 Jahren wurde Ätzmuster, Lötstop- und Bestückungsdruck per Siebdruck aufgebracht, allerdings muss dabei der Photolack manuell verteilt werden. Hier eine gute Darstellung des damaligen Prozesses:
Hat man sein Layout erstellt und eine Vorlage gemacht, muss sie mit einer UV-Lampe auf die fotobeschichtete Platine kopiert werden. Ein paar 8-15 Watt Schwarzlicht-, Bräunungs- oder BL350 Insektenkiller-Leuchtstoffröhren sind geeignet, wenn man sie in einem Kasten mit dünner Glasscheibe reinbaut (Alukoffer oder leerer Flachbettscanner)
und an Drossel und Starter für Leuchtstofflampen oder der Elektronik aus zerbrochener Energiesparlampe passender Wattzahl betreibt.
8W Stabform Ø16mm: 150mA 56V Länge 294mm 7W Doppelrohr Ø13mm: 175mA 47V Länge 112mmoder an
+--4u7--150R--+
| 250V 1W |
| | 1N4007
+-------+--2u2F--+----|>|------+--|>|--+
| | | 1N4007 | | |
| | | 1N4007 | +---+
o | +-(----|>|------+ | |
230V~ 0.1uF/X2 | | | 8W|
o | | +----|<|----+ | |
| | | 1N4007 | +---+
| | | 1N4007 | | |
+-------+------+------|<|----+----22R--+
| | 2W
+--4u7--150R--+
250V 1W
Abstand der Röhren untereinander doppelt so gross wie von der Glasscheibe.
Dämpft die Glasscheibe zu viel UV? Ausprobieren: UV-Lampe auf weisses
Papier oder T-Shirt mit optischem Aufheller strahlen lassen, verschiedene
Glasscheiben dazwischen, man sieht, welche stark und welche wenig dämpft.
Ein Gesichtsbräuner mit 4 UV-Röhren für 10 EUR vom Flohmarkt oder 30 EUR neu ist eine gute Wahl, Drosseln, Starter und Zeitschaltuhr sind schon drin. Nitraphot/Vitalux (brennt schnell durch) und Quartzbrenner (hartes UV Licht, augenschädigend) sollte man meiden. Früher ging eine 1000W Fotoleuchte oder ein 500W Baustrahler bei herausgenommener Glasscheibe, aber inzwischen haben Halogenlampen einen UV-Stop und eignen sich genau so wenig wie normale Glühlampen. Und die Sonne scheint in Deutschland bekanntlich kaum und vor allem nicht zuverlässig. UV-LEDs altern leider schneller als UV-Röhren:
Schutzfolie von der Platine abziehen, die Vorlage (bedruckte Seite zur Platine, daher spiegelverkehrt drucken) auf die Platine, eine dünne Glasscheibe drauf (Quartzglas ist hier unnötig, das lässt nur die unnötigen UV-C Strahlen besser durch die man zum EPROM-Löschen oder töten von Keimen benötigt), aber unbrauchbar sind teure Bilderrahmen deren Glas einen UV-Stop hat), und belichten. Die einzige Methode, um die richtige Belichtungszeit zu bestimmen, ist die oben angeführte Belichtungsreihe. Man KANN hier keine Angaben machen da jedes Platinenmaterial, jede Lampe, jede Folie, jede Glasscheibe anders sind. Anhaltspunkte wären 1 Minute (Quartzhochdruck) bis 10 Minuten (UV Leuchtstoffröhren), bei Halogenlampen ohne UV-Stop bis 30 Minuten.
Viele Leute stecken jede Menge Aufwand in eine elektronische Zeitschaltuhr, aber WENN ihr schon Elektronik reinbaut, dann messt die Belichtungsmenge durch eine Photodiode. Die Photodiode sollte mit einem Filter abgedeckt werden (es ist übrigens egal welche Wellenlänge sie wahrnimmt, da die spektrale Verteilung der UV-Lampen konstruktionsbedingt ist) damit sie nur ganz wenig Licht abbekommt aber immer noch hundertmal mehr als ihr Dunkelstrom ist. Dann kann man analog integrieren bis zu einem Spannungswert dessen Zielwert man per Poti einstellt das durchaus in Minuten markiert sein kann oder digital bis zu einem Endwert - wenn nach alternden UV-Röhren dann 5 Minuten in Wirklichkeit 7 dauern ist das kein Beinbruch, es ist dann wenigstens so viel Licht wie damals in 5 Minuten kam.
/ Restart
+-o/ o-+ +----+-------+-----+-- +12V
| | | | | |
+---+-47uF-+---+ | | | Relais
| Folie | | +--(-1M-+ | |
| +--|+\ | | | | | +-|<|-+
| | | >--+-10k-(-+-|+\ | |
+-----(--|-/ | | >--+---1k--|<
| | Poti--|-/ |E
| | | | LMC6462 |
+-|<|-+--------------+----+-------------+-- GND
Photodiode
Ein doppelseitiges Belichtungsgerät für doppelseitige Platinen erspart Zeit und
Ärger mit verrutschten Vorlagen. Ansonsten fertigt man durch Aufkleben von 2
Platinenresten auf den beiden Folien eine Tasche, in die die zu belichtende
Platine eingeschoben wird und belichtet zwei mal. Die Platine an 2 vorher
gebohrten kleinen Löchern und passenden Marken auf der Vorlage auszurichten,
ist im Halbdunkel beim Belichten nervig.
Die belichtete Platine kommt in den Entwickler (7g Natriumhydroxid in 1 Liter Wasser), oder nach dem Aufdruck auf der Packung, die Lösung bitte jeden Tag neu ansetzen, sie hält sich nicht sondern verwandelt sich mit dem Kohlendioxyd aus der Luft in Natriumhydrogencarbonat.
NaOH freier Entwickler ist nicht besser, auch er macht entgegen der Werbung Probleme bei falscher Zeit oder Konzentration, er verätzt nur die Augen nicht so. Bad bewegen (oder mit einem weichen Plastikborstenpinsel über die Platinenoberfläche streichen, Echthaarpinsel lösen sich in Natronlauge auf) bis die belichteten Stellen komplett frei sind. Wer zuvor eine Belichtungsreihe gemacht hat, entwickelt wieder genau so lange und kennt das Ergebnis. Für Negativfilme wird 1%ige Natriumcarbonatlösung als Entwickler benötigt.
Wer keine Belichtungsreihe gemacht hat (ist selber schuld) MUSS einen Ätztest machen. (Platine kurz in Ätzlösung, wenn nach 30 Sekunden unabgedeckte Stellen nicht rötlich werden (kristallines Kupfer) abwaschen und zurück in den Entwickler). Denn: Selbst wenn es so aussieht, als ob der Fotolack ab ist, man sieht es nicht. Es ist je nach Photoschicht verschieden, aber meist bildet sich beim Entwickeln violette Farbe und man kann violette Leiterbahnen erkennen. Aber fertig ist die Platine erst, wenn die auch verschwinden und die Platine 'ganz leer' erscheint. Man sieht Leiterbahnen dann nur nach dem Herausnehmen im Auflicht leicht hellgelb schimmern. Dauerte das Entwickeln länger als 5 Minuten, sollte man das nächste Mal länger belichten.
Alle Bedingungen (Platinenmaterial, Lampe, Abstand, Belichtungszeit, Glasplatte, Folie, Entwicklerkonzentration) MÜSSEN exakt gleich bleiben. Wer also jedesmal die Anlage neu nach Gutdünken aufbaut und den Entwickler mit dem Löffel abschätzt, muss sich über dauernde Probleme nicht wundern. Bekommt man anderes Platinenmaterial, muss man die Belichtungsreihe neu durchziehen. Insofern kann sich der Kauf von 'definiertem' Platinenmaterial (Bungard) lohnen.
Nach Angaben von Kontakt Chemie halten Photolacke je nach Temperatur maximal 2 Jahre. Optimale Ergebnisse gibt es innerhalb der ersten 3 Monate, danach steigt die benötigte Belichtungsdauer.
Stimmte die Belichtung und die Entwicklung, sollte dem Ätzen nichts mehr im Wege stehen. Eisen(III)chlorid (500g/l, unkritisch, man verbraucht ca. 40g pro Europakartenseite) eignet sich gut als Ätzmittel in einer Fotoschale auf einer Warmhalteplatte bei 40-70 Grad (unkritisch) oder das Einmachglas (wenig Ätzmittel, zuschrauben, schütteln), und wird benötigt für Schaumätzanlagen (http://www.conrad.de/ 530018 nur einseitig Euro). Wegen Schaumbildung ist es aber nicht so gut für Blubberätzmaschinen geeignet. Natriumpersulfat (270g/l dest. Wasser, kritisch, löst ca. 10 Europakartenseiten, Gefahrstoff brandfördernd O Abgabe nur an Erwachsene die damit Platinen ätzen wollen) bei 40-50 Grad Ätztemperatur (kritisch) ist dafür die richtige Wahl, aber nicht besonders für die Fotoschale (zu wenig Bewegung, zu geringe Ätzgeschwindigkeit). Blubberätzmaschine mit 150W Heizstab kostet 95 EUR bei http://www.hw-electronics.de/ allerdings ist die Bauweise der Elektronik tödlicher Leichtsinn, 150 EUR bei http://www.saemann-aetztechnik.de/aetzanlagen/index.html, 115 EUR bei http://www.reichelt.de/, 150 EUR bei http://www.conrad.de/ . Gummis lösen sich aber auf wenn das Ding monatelang mit Ätzmittel rumsteht. Eigenbau durch hohen 2l Plastikbehälter (Müsli-Dose) für ca. 5 EUR oder http://www.antstore.net/shop/Formicarien---Nester/Ameisenfarmen/Ameisenfarm-Glas-L-antfarm/Glas-L---Ameisenfarm-29x3x20-cm---transparent-5200.html https://www.schukat.com/schukat/schukat_cms_de.nsf/index/CMSDF15D356B046D53BC1256D550038A9E0?OpenDocument&wg=T3311&refDoc=CMS07E13CE81671A8BAC1256D6E0044D588 200W Aquarienheizstab (Sera RH150 lässt sich bis 40 GradC regeln, nach öffen und hinbiegen des Bimetalls bis zum Magneten geht er bis 45 GradC, mehr ist aber bauartbedingt nicht drin obwohl die Übertemperatursicherung erst bei 180 GradC auslösen würde) Aquarienpumpe und Polyethylenschlauch den man gefüllt mit Stützmittel unter Wärme biegt und mit Proxxon und scharfen Hartmetallbohrern mit Luftlöchern versieht.
Salzsäure/Wasserstoffperoxid (770ml Wasser, 220ml HCl 35%ig dazutun, 30ml H2O2 30%ig dazutun, sehr kritisch, etwas verbrauchtes Ätzmittel als 'Katalysator' dazutun sonst startet der Ätzvorgang nur aus Zufall, hat man bis dahin mehr H2O2 hinzugetan haut's einem das Zeug um die Ohren wenn das H2O2 plötzlich katalytisch allen Sauerstoff abspaltet https://www.youtube.com/watch?v=ENzYlhYEE8Q) eignet sich am Besten für eine Sprühätzanlage (Industrie). Da die Mischung korrosive Gase erzeugt und von alleine zerfällt, daher jedes Mal neu angesetzt werden muss, wobei das H2O2 auch pur nicht lange lagerfähig ist, ist sie für Hobbyisten nicht zu empfehlen. Sie kann explodieren und hat so schon Leiterplattenfabriken das Dach vom Haus gesprengt. Der Hauptgrund, warum die das einsetzen, liegt in der verhältnismässig einfachen Kupferrückgewinnung, die sich als Hobbyist eh nicht lohnt. Verbrauch etwa 80ml pro Eurokarte, Ätzgeschwindigkeit niedriger als bei Eisen(III)chlorid.
Mit Eisen(III)chlorid kommt man auf Ätzzeiten von unter 2 Minuten, wenn man den Prozess beherrscht und ausreichend schüttelt. Beherrscht man ihn nicht, macht aber das Umsteigen auf kritischere Lösungen keinen Sinn.
Verbrauchte Ätzlösung nicht ins Klo kippen (das legt eine feine Spur bis ins Klärwerk, in dem jemand sauer wird, weil ihm die Bakterien verrecken), sondern gratis beim Schadstoffmobil abgeben. Die Lösungen sind verbraucht, wenn das Ätzen deutlich länger dauert, und Persulfate zerfallen auch von alleine. Ammoniumpersulfat durch Umkristallisation, Natriumpersulfat durch Abspaltung von Sauerstoff (daher nie in gasdichten Behältern aufbewahren) in Natriumsulfat. Eisen(III)chlorid kann man durch Zugabe von Salzsäure (35% techn.) eine Zeit lang auf dem pH-Wert unter 2.8 halten wobei sich ein Teil des Schlamms wieder löst. Natriumpersulfat nimmt ca. 30g Kupfer pro Liter auf, Eisen(III)chlorid 50g.
Eine Platine kann man mit 3M Orgol 8600 Überzugslack schützen, dann bleibt sie lötbar, und es gibt Verdünner und Reparaturkits damit man die Platinen wieder lackfrei bekommt.
Von: Uwe Bredemeier und Michael Linnemann 1999
> "Laser-Folien für die Druckformerstellung", Zweckform No. 3491. Gibts
> im hiesigen Büro-Fachhandel, ohne extra Bestellung oder so. Der
> 100er-Pack kostete meiner Erinnerung nach so um die 35 EUR, und
> funktioniert einwandfrei.
Ist das beste (und einzig taugliche) was mir bislang untergekommen ist. Ausser Satzbelichter oder Fotoplot natürlich. Bis zur Entdeckung dieser Folie habe ich die Layouts für Prototypen/Bastelprojekte geplottet. Allerdings ist auch das ein heikles Thema an dem ich lange herumgefeilt habe.
Ich habe über die Jahre immer mal verschiedene Folien mit Laser und Tintenstrahldrucker getestet, war immer enttäuschend. Bei klarer (Overhead-) Folie im Laser scheinen Lichtbrechungen in der Folie das Problem zu sein, beim Tintendrucker eine Neigung zur Tropfenbildung. Besagte Folie, mattiertes Polyester, wird mit dem Laser schon mit Standardeinstellung vollständig undurchlässig. (Laserjet 4). Ein Test mit dem Tintenstrahler (Deskjet 850C) brachte ebenfalls ein erfreuliches Ergebnis. (Die Folie ist nicht für Tintendrucker geeignet, bei denen die Tinte nicht trocknet, sondern auf salzhaltigem Papier gerinnt, wie bei Epson).
Scannen und Drucken von Vorlagen aus Zeitungen ist problemlos möglich. Für die Belichtung ist die mattierte Folie kein Problem. Etwas länger halt. Das "spiegelverkehrt" gedruckt werden sollte ist doch wohl selbstverständlich?
Von: Oliver Betz 2000
Platinenbohrer: Hartmetall-Speerspitzbohrfräser (Bürklin 4.10 EUR) sind viel robuster als Wendelbohrer und auch freihändig (ohne Bohrständer) verwendbar. Sie machen aber auch unsaubrere Löcher. Eine Alternative könnten auch die HSS Platinenbohrer von http://www.RS-Components.de sein (suche nach "HSS Platine") mit einem Schaftdurchmesser von 2.4mm.
aus: http://www.fpga-faq.org/FAQ_Pages/0043_Steps_to_make_a_Printed_Circuit_Board.htm
Von: Matthias Heinrichs 27.11.2007
Fragt euch, ob euer Lohnbestücker wenigstens die Grundlagen beherrscht:
Eine einfache SMD Lohnbestückung mit TM240 Pick & Place und manuellem Einlöten von THT in China sieht so aus:
Gehäuseabmessungen:
Anbieter Platinenherstellung:
Einseitige kann man günstig bei den semiprofessionellen Anbietern bei eBay machen lassen. Für doppelseitig durchkontaktierte Leiterplatten sind die Profis zuständig. Soll die Platine bleifrei gelötet werden, muss die Platine die höhere Löttemperatur aushalten (Produkthaftung auf Grund ungeeigneter Materialien), leider ist die Grenze nicht einfach vom temperature grade Tg abzuleiten: Epoxy Tg 130 ist schon mal ungeeignet, Tg 170/180 nicht immer geeignet, Tg 200 schon. Hartpapier teilweise bei Tg 135 schon. G200 nicht.
Alle Sendungen von Waren, deren Gesamtwert einen Betrag von 22 Euro nicht übersteigt sind einfuhrabgabenfrei. Das bedeutet sie unterliegen keinem Zoll und keiner Einfuhrumsatzsteuer. Liegt der Wert der Waren zwischen 22 Euro und 150 Euro sind die Sendungen zwar zollfrei, aber nicht frei von Einfuhrumsatzsteuer. Es sei denn, die unterliegen der EUStBV (Einfuhrumsatzsteuerbefreiungsverordnung). Zollfrei sind beispielsweise Rückwaren, also der Re-Import von kurz zuvor exportierten (z.B. unbenutze Ersatzteile), oder Berufswerkzeuge, also dem was man zur Arbeit im Ausland braucht, mitnahm und wieder mit uzrück nimmt. Für uns relevant vor allem §4 für Gegenstände erzieherischen, wissenschaftlichen oder kulturellen Charakters. Wissenschaftliche Geräte und zur Ausbildung genutzte Sachen sind also einfuhrumsatzsteuerfrei, wenn sie nur gelegentlich und ohne gewerbliche Absicht eingeführt werden (Umsatzsteuervorabzugsberechtigte sind immer gewerblich). Außerdem ist nach §§ 1a bis 10, die Einfuhr von Gegenständen, die nach Kapitel I und III der Verordnung (EWG) Nr. 918/83 entsprechen, steuerfrei. Hierbei handelt es sich um die Steuerfreiheit der Ausstattung von Studenten oder Schülern folgender Definition nach: Gegenstände und Geräte (einschließlich Rechen- und Schreibmaschinen), die von Schülern und Studenten üblicherweise beim Studium verwendet werden. Darauf weisen dich die Zollbehörden natürlich nicht hin. Sammlerstücke sind einfuhrumsatzsteuerfrei, wenn sie unentgeldlich eingeführt werden (mitgebracht) und nicht von einem Unternehmer geliefert werden. Wenn die Ware mit einem Paketdienst geliefert wird, nimmt der oft 20 EUR Bearbeitungsgebühr auch wenn kein Zoll anfällt. Die Post macht es kostenlos, wenn alle Unterlagen vollständig dabei sind. Bei DHL Express werden aber mindestens 10 EUR "Kapitalbereitstellungsgebühr" kassiert, was den Tatbestand des Wuchers erfüllt. Das kann man jedoch umgehen, in dem man die überteuerte Telefonsexhotline von DHL Express anruft und sich ein Kundenkonto einrichten lässt in dem man seine Kontoverbindung hinterlegt.
Andere Unternehmen sind noch frecher, da sind auch 30 EUR keine Seltenheit. Bei privaten Geschenksendungen, die ohne Zollförmlichkeiten verschickt werden dürfen, fällt sowieso keine Einfuhrumsatzsteuer an, bei einem Wert über 45 EUR allerdings eventuell eine Verbrauchsteuer wie Kaffeesteuer etc.
Sollte der Zoll einen Artikel zurückhalten "möglicher Verstoss gegen Verbote und Beschränkungen Produktsicherheit" dann fehlt im ein CE Zeichen auf einem Gerät oder er stuft ein Bauteil fälschlicherweise als Gerät ein. Im ersteren Fall lasst es zurückschicken damit der Chinamann ein CE draufklebt, im anderen Fall pocht drauf, daß er die Aushändigung bloss aussetzt und die Sendung zur Überprüfung einer fachkundigen Stelle, meist Bundesnetzagentur, überlässt, falls er sich nicht von euch selbst überzeugen lässt.
Gewerbliche Empfänger müssen die Einfuhr von Waren aus Nicht-EU Staaten beim Zoll unter ihrer EORI Nummer anmelden, die sie eventuell erst beantragen müssen:
Zum Import von Kleinsendungen mit einem Warenwert von unter 1000 Euro reicht eine sog. mündliche Anmeldung beim Zollamt. Ab 1000 EUR muss die Sendung über das Internet beim Zoll angemeldet werden. Bei Sendungen über 10.000 Euro ist zudem eine Zollwertermittlung notwendig.
Die Webanwendung wird gestartet, indem man im linken Menü die Option "Internet-Zollanmeldung Einfuhr" auswählt. Anschließend sind drei Formularseiten auszufüllen. Bei manchen Fällen gibt es eine kontextsensitive Hilfe, bei anderen ein Auswahlpopup, bei manchen hilft nur Raten. Das ist aber nicht weiter schlimm, Fehleingaben können beim Zoll korrigiert werden, sobald die Anmeldung erst mal richtig im System ist. Beim Warenwert ist der Kaufpreis zzgl. eventuell anfallender Kosten für Transport und Handling anzugeben. Ich empfehle, nur die Pflichtfelder auszufüllen und ansonsten alles frei zu lassen. Ein kritischer Punkt ist das Feld "Bearbeitende Dienststelle". Hier muss die Kennnummer des lokalen zuständigen Zollamtes eingetragen werden! Die Website zur Ermittlung der Zollstelle findet sich hier http://ec.europa.eu/taxation_customs/dds/csrdquer_de.htm (Empfehlung: Suche über übliche Bezeichnung) oder http://www.zoll.de/dienststverz/index.html Nachdem die ersten drei Seiten ausgefüllt wurden, muss auf den Button "Positionsdaten" geklickt werden! Dann öffnet sich der finale Teil der Anmeldung (keine Ahnung, wer da für die Bedienerfreundlichkeit der Anwendung Pate stand). Hier ist die Warennummer der Stolperstein. Die Warennummer legt die Höhe des Zolls fest. Über den untenstehenden Link lässt sich diese Nummer zusammen mit den Zolltarifen ermitteln [Nick L. aus uhrforum.de] http://ec.europa.eu/taxation_customs/dds/tarhome_de.htm
TARIC Nummern
85340011 Mehrlagenschaltungen, gedruckt, nur mit Leiterbahnen oder Kontakten 85340019 Einlagenschaltungen, gedruckt, nur mit Leiterbahnen oder Kontakten 85340090 Schaltungen, gedruckt, mit Leiterbahnen, auch Kontakten, und anderen passiven Elementen (ausg. mit passiven und aktiven Elementen bestückt) 84716090 Ein-/Ausgabeeinheiten für elektronische Datenverarbeitungsmaschinen, kein Drucker oder Tastatur 84716050 Tastaturen 84439990 Druckerzubehör 91201200 Digitalarmbanduhren
Aber Achtung: Der deutsche Zoll zieht bei Einfuhren, wo entweder Absender oder Empfänger gewerblich sind, oder das Porto auf dem CN22 Zollaufkleber versehentlich im Warenwert mitenthalten ist, zur Maximierung der Staatsfinanzen auch das komplette Porto zum Zollwert hinzu, obwohl die Leistung ja im Ausland abgegolten wurde und per Gesetz die Verzollung des Inlandtransportanteils nicht erlaubt ist. Auf Grund dieser mit der Realität kollidierenden Regelung (die wohl der Verhinderung von künstlich hohem Porto und geschummelt niedrigen Warenwert zur Vermeidung von Zollgebühren dient) hat der Zoll Schwierigkeiten mit Sendungen von Digikey, bei denen (ab 65 EUR) keine Versandkosten berechnet werden, und schlägt, weil Digikey INCOTERM 2000: DDP statt INCOTERM 2000: DDP <Zielort> auf die Verpackung schreibt, eigenmächtig freche 70 EUR als Wert einer UPS Standardsendung drauf, und erhebt darauf 19% MWSt. Diese 9.50 EUR übernimmt Digikey nicht, ebenso eventuell zusätzlich vom Zoll in Rechnung gestellt Kosten wegen "erschwerter" Verzollung bei mehr als ein paar Posten. Ausserdem gewöhnt es sich der Zoll an, bei privaten Importen das Objekt nach CE auf deutsche Bedienungsanleitung mit Warnhinweisen und passendes Netzkabel hin zu untersuchen, und schickt nicht CE entsprechende Objekte zurück. Das Regierungspräsidium macht eine Überprüfung und stellt fest: ohne Angaben zu einem EU-Beauftragten des Herstellers bzw. zu einem EU-Importeur ist die Ware nicht EU-konform und das CE-Kennzeichen auf der Transportverpackung ist gem. RL, RoHS und EcoD somit irreführend. Das ist Protektionismus.
Gerber Dateiformat wie es die Leiterplattenhersteller gerne hätten:
Von: Tim R. 28.05.2013
Damit es bei professionellen Leiterplattenherstellern möglichst kostengünstig bleibt, sollte man folgenden Design-Rules einhalten:
Von: Arc Net 28.05.2013
1000 Multi-Cirucit-Boards, 40 mm x 40 mm, FR4, 35um, 2-lagig, Lötstop, E-Test
Schwieriger wird es, wenn flexible oder Hochtemperaturplatinen nötig sind, nur wenige Anbieter verarbeiten RT/duroid 5880 (bis 260 °C) oder RO4003c (bis 280 °C) von http://www.rogerscorporation.com/ (sowie (RO4350, RO4405), oder IS620i (bis 220 °C) oder P97 (G30) (bis 260 °C) von http://www.isolalaminatesystems.com/ die Sorten von http://www.ccieurolam.com/cms/content/view/24/84/lang,de gefertigt bei http://www.brockstedt.de/de/prod/index.html
> Wie schliesse ich 2 Leuchtstoffröhren an 230V~ an?
Starter für Tandemschaltung: Osram ST151 + ST172, Sylvania FS-22, Philips S2, SiS2 und S2-E. Normale Starter sind nicht geeignet. Ebenso kann man als Drossel für 2 x 18W in Tandemschaltung nicht eine für 36W nehmen, sondern muss eine nehmen die bei der geringeren Restspannung denselben Strom wie bei einer einzelnen 18W Lampe fliessen lässt.
Billige 'elektronische' Starter enthalten neben einer Diode ein Relais um den Heizstromkreis nach 2 Sekunden zu unterbrechen. Um in 0.2 Sekunden eine Leuchtstoffröhre mit konventionellem Vorschaltgerät zu zünden, lassen elektronische Schnellstarter beim Starten per Diode nur eine Halbwelle durch, so dass die Drossel in Sättigung geht, um einen höheren Heizstrom erzielen zu können. Aber heute nimmt man besser gleich ein elektronisches Vorschaltgerät, die sparen mehr Strom als sie kosten:
> Wie lange hält eine Leuchtstofflampe
Von: Rolf Bombach
Die norm-Einschaltdauer, auf welche sich die angegebene Lebensdauer beziehen, ist 3 Stunden. Bei nur 10 Minuten Einschaltdauer reduziert sich die Lebensdauer auf 20%. Bei non-stop-Brennenlassen erhöht sich reichlich spekulativ die Lebensdauer auf das vier- bis fünffache. Ist aber Extrapolation, da kaum jemand Kurven publiziert, die über 24h resp. 150% hinausgehen.
> Muss man Leuchtstoffröhren unbedingt heizen?
> Wie schliesse ich eine 8W Leuchtstofflampe an 12V an?
Osram Accutronic AT7/9/12L 30x40x80mm sind offenbar besser als KFZ-Bastelleuchten oder http://www.conrad.de/ 192422 weil die Röhre damit heller ist (effektiver) und schonender betrieben wird und die Elektronik offenbar haltbarer ist.
Elektronische Vorschaltgeräte:
Normale Kabel (Y) sind nur bis zu 70GradC einsetzbar, bis 120GradC gehen 7Y Kabel.
Wer eine doppelseitige Platine herstellt, muss nach dem Bohren durchkontaktieren. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, alle sehr arbeitsaufwändig:
- bei VIAs Draht durchstecken und oben und unten anlöten.
- bei zugänglichen bedrahteten Bauteilen ebenfalls oben und unten anlöten, das geht auch bei den sogenannten 'Präzisions-IC-Fassungen', wenn man von der Seite mit dem Lötkolben rankommt.
- bei sonstigen Bauteilen zuerst dünne Litze aus 230V~ Kabeln durchstecken und oben auf wegführender Leiterbahn anlöten, dann erst Bauteil einstecken und unten verlöten.
- kurze Aderendhülsen oder Hohlnieten (http://www.reichelt.de/) durchstecken, oder verpressen lassen (http://www.gsel.de/): Man muss diese oben anlöten, sonst gibt es in kürzester Zeit einen Wackelkontakt, ohne das einem das Loch zuläuft, also Einsteckwerkzeug (Zahnstocher :-) während des Lötens drin lassen. Auch Verpressen (Bungard) hilft dagegen nicht. Scheissarbeit. Die Nieten dürfen auf keinen Fall korrodiert sein, müssen also entweder neu oder vergoldet sein.
- Bauteilpin in Lötpaste eintunken und in genau passendes Loch stecken. Die Paste schiebt sich oben zusammen und schmilzt beim Einlöten des Bauteils, auf dem man ein bischen länger rumbraten muss als sonst. Dosierung der Menge muss man üben. Platine hinterher waschen.
Oder eben echtes chemisches Durchkontaktieren oder gleich herstellen lassen (siehe oben). Eine doppelseitige Eurokarte ist mit 50 EUR zwar teuer, aber bei hunderten von Durchkontaktierungen wird man das Geld gerne ausgeben.
35..40g NaOH in 1 L aq. dest. bei 60..80 GradC und 20..35 g KMnO4 (wenn Lösung grün wird ist sie zu alkalisch) in Fotoschale, Platine rein bis sich nicht mehr abwaschbar braune Beläge in den Löchern bilden, gründlich spülen, dann in 500ml Lösung von 50..80 ml Isopropanol und 5 bis 10gr Pyrrol oder Thiophen und etwas Hcl oder Zitronensäure zum leichten ansäuern in aq. dest. Diese Mischung reagiert mit dem angelagerten Manganionen und polymerisiert dabei das Pyrrol zu einer elektrisch leitenden Polypyrrolschicht. Diese leitende Polymerschicht ist dann im nachfolgendem Galvanikprozess direkt metallisierbar. Etwas besser haftet es wenn die Platine vorher in einen Queller kommt aus Butylcarbitol (Diethylenglykolmonobutylether) ca. 200-300 ml/l, Ethylenglycol 50..100 ml/l, 3..10 g/l NaOH T 40..80°C ca 3min
Es gibt Ferro-Graph-Galvano-Leitlack, den man durch die Löcher presssen könnte, um sie dann galvanisch zu verkupfern, aber irgendwie funktioniert das nicht.
Wie machen es die Leiterplattenfabriken? Es wird unterschieden nach den Innenlagen einer Multilayerplatine, die belichtet und geätzt werden wie beschrieben, und den Aussenlagen, die erst bearbeitet werden, wenn alle Lagen der Platine verklebt sind. Es werden dann die Löcher gebohrt, und danach das Epoxy ein wenig weggeätzt (z.B. mit heisser Kaliumpermanganat Lösung oder Plasmaätzen) damit das Kupfer der Innenlagen nicht mit Epoxy verschmiert ist, sondern sogar etwas hervor steht. Dann wird die Platine chemisch in einer Kollodiallösung (oft EDTA oder formalinhaltig) mit feinen Kupfer oder Palladiumpartikeln beschichtet oder mechanisch mit Graphit bestaubt, danach wird dünn stromlos Kupfer darauf abgeschieden, dann noch dicker galvanisch (mit 1A/dm^2) verkupfert. Dann kommt die Photoschicht darauf, wird belichtet und entfernt von den Stellen, wo später Leiterbahnen sind. Danach kommt galvanisch eine ätzfeste Schicht (Gold, Silber, Nickel, Blei-Zinn oder Glanzzinn) auf die freien Kupferflächen und in die Löcher, der Photolack kommt runter und es wird das ungeschützte Kupfer weggeätzt. So bleibt das Kupfer in den Löchern. Wenn man Leiterplatten länger lagert, sollte man lieber chemisch Gold als chemisch Zinn verwenden (es sei denn es geht um Raumfahrtelektronik, dort muss man Transistorbeinchen etc. entgolden bevor man sie einlötet, weil das Gold in das Lötzinn diffundiert und die Lötung schlecht macht). Also verdammt viel Aufwand, dafür sind 100 EUR für eine einzelne 4-lagige Eurokarte fast geschenkt, und der Preis fällt rapide mit der Stückzahl.
Platinenstecker oder so sollte man vergolden. Dabei ist chemisch Gold (ENIG) nur Ätz- und Korrosionsschutz und maximal für wenige Steckzyklen (10), während galvanisch Hartgold viele Steckzyklen überlebt. Alle Kontakte werden durch eine Leiterbahn verbunden, die ausserhalb der Platine verläuft und nachher abgesägt wird. Dann zuerst reinigen (Sidolin Metallputzmittel), - an die Leiterbahn, dann mit einem Vileda-Tuch auf Edelstahlelektrode an + eines Netzteils. Vernickeln auf 4-6um bei 4.5V/300mA (531057 von http://www.conrad.de/), dann erst 1.5um vergolden bei 3V/300mA (530522 von http://www.conrad.de/) denn direkt Gold auf Kupfer verträgt sich nicht.
Von: (Name war dem Autor bekannt)
> Taugt der Leitsilberlack von Conrad was?
Ich hatte früher mal Gelegenheit, mit Silberleitlack professioneller Qualität zu arbeiten und war dann Jahre später von der "Conrad-Silbersuppe" L100 schwer enttäuscht. Mein Eindruck ist der, dass hier jemand professionellen Leitlack mit der zehnfachen Menge Verdünnung gestreckt hat. Für sinnvolle Anwendungen ist der Conrad-Leitlack IMHO unbrauchbar. Er läßt sich nicht vernünftig auftragen und ist für die gelieferte Winzmenge total überteuert.
P.S.: Es scheint inzwischen andere Ware zu sein, zumindest sieht die Flasche anders aus. Dafür sehen die von Kemo, Reichelt und Pollin so aus, wie die alte von Conrad :-( Interessanterweise ist der Grammpreis nur halb so hoch wie der von professionellem Silberleitlack.
http://www.ferro.com/NR/rdonlyres/CB512F5E-5D7E-4E4A-B678-6DF5D5A38047/0/automotive_products_conductivePastesSilverPastesProd_2006.pdf 4.3. Conductive Lacquers verfügbar bei http://www.keramikbedarf.de/edelmetallpraeparate/leitsilber-pinsel/1041/silberleitlack-leitsilber-200n-pinsel scheint ok zu sein, hält sich aber nur 1 Jahr, bei Hinkel Elektronik zum doppelten Preis.
> Warum sind die meisten Platinen eigentlich so grün, aber im Laden bekomme
> ich nur milchig-weisses Epoxy Basismaterial?
Weil praktisch alle industriellen Platinen mit Lötstopplack überzogen sind, und der ist meist grün (oder selten rot). Epoxy als Basismaterial ist fast immer milchig weiss/gelblich und nur ganz selten mal blau. Beim Lötstopplack sind nur die Lötpads nicht abgedeckt.
Lötstopplack soll verhindern, das im Durchlauflötbad der industriellen Fertigung die ganzen Leiterbahnen voller Lötzinn sind (kostet Geld) und Lötzinn zwischen Leiterbahnen hängen bleibt (Kurzschluss). Als Bastler, der per Hand lötet, braucht man das nicht.
Bungard liefert genau das richtige Produkt für die Leute, die Lötstopplack nicht verstanden haben, sich aber ohne grünen (An)Schein minderwertig fühlen: https://www.conrad.at/de/loetlack-gruen-bungard-green-coat-74150-inhalt-150-ml-531705.html (kann man jederzeit selber machen in dem man blaue Lebensmittelfarbe in Kolophoniumlösung gibt).
Wer nicht gut löten kann und einen gewissen Schutz der Leiterbahnen haben will, ätzt im Dunklen und belichtet nochmal mit einer Maske, die die Lötpads nicht abdeckt, und entwickelt noch mal an statt die Platine komplett zu entschichten, dann dient der Photolack als billige Lötstopmaske.
> Und wie bekomme ich Lötstopplack auf meine Platinen?
Klassischerweise wird die Lötstopmaske per Siebdruck aufgebracht. Das Sieb kann man belichten lassen, DIN A4 kostet inklusive Sieb und Rahmen so 70 EUR wenn man es nicht wie die Platine selbst beschichten und belichten will. Im Gegensatz zum folgenden UV curable Lötstopplack muss man dadurch nur ein mal beschichten, belichten und entwickeln und kann dann tausende Platinen einfach beschichten.
Bei eBay nach "uv curable" suchen und Lötstoplack auch in kleinen Mengen für günstige Preise finden. Auf die fertig geätzte Platine etwas von diesem Lötstoplack mit Pinsel oder Rolle oder einem Rakel dünn verteilen und unter Wärme z.B. im Backofen trocknen lassen. Die Platine mit dem aufgetrockneten Lötstoplack in den Belichter legen, eine Photovorlage mit den Pads drauflegen, und belichten. Nach dem Belichten die unbelichteten Stellen mit Waschbenzin oder dem empfohlenen Lösungsmittel abwaschen, und wahlweise noch mal im Ofen und unter UV Licht aushärten lassen.
Jedoch gibt es bei http://www.bungard.de/ und http://www.walterlemmen.de/ UV lichtempfindliche Lötstopplackfolie (grün) als Trockenresist zum Laminieren, die recht einfach zu verarbeiten ist (wenn man eine Laminiermaschine hat).
Von: Route 66 30.08.2012
Normaler Lötstoplack erlaubt es nicht, die Abstände von spannungsführenden Leiterbahnen zu verringern, aber es gibt Lack der die Anforderungen erfüllt
Die DIN EN 50178 (VDE 0160) sagt in 5.2.15.1 Luft- und Kriechstrecken: Sind Leiterplatten mit einer solchen Lack- oder Schutzschicht versehen worden, so ist eine Prüfung nach 9.4.4.4 durchzuführen. Unter 9.4.4.4: Die Eignung der Lack- oder Schutzschicht auf Leiterplatten, unter der keine Festlegung für Luft- und Kriechstrecken gelten (siehe 5.2.15.1 Absatz 6), wird nach Abschnitt 6 von IEC 60664-3 mit dem Schärfegrad 2 geprüft. Dort werden dann eine ganze Reihe von Prüfungen, angefangen von mechanischen Ritzprüfungen über Spannungsfestigkeiten nach unterschiedlicher Vorbehandlung bis zu Löt- und Lösemittelbeständigkeit aufgelistet. Namhafte Leiterplattenhersteller können solche Solder-Masks liefern. Kriechstrecken hängen vom CTI Wert des Leiterplattenmaterials ab, die Norm EN 50124 stellt einen Zusammenhang zwischen Isolierstoffgruppen und dem CTI-Wert her:
Wer also Probleme hat, sollte erst mal bessere Isolierstoffgruppen suchen an statt es mit Beschichtungen zu probieren.
Von: Falko Jahn
Für alle die es interessiert, habe es endlich geschafft, Lötstoplack auf meine Platinen zu bringen!
Viele werden jetzt sagen, man sollte das lieber machen lassen, womit sie wohl auch recht haben, aber für diejenigen die für wenig Geld eine professionelle Platine haben wollen und genug Zeit haben, meine bisherigen Erfahrungen.
Von http://www.peters.de/ gibt es ELPEMER fotostrukturierbaren Lötstopplack. Dort bekommt man auch kostenlose Muster. Es ist ein 2 Komponenten Lack.
Also Lack 4:1 mischen und auf die Platine bringen. Ich habe das im Siebdruckverfahren gemacht (mit einen zusammengebastelten Holz Rahmen, werd mir aber demnächst was "richtiges" kaufen, habe auch von der Airbrush Methode gehört, hab ich aber nicht getestet). Dann im Backofen vorgetrocknet, das ist recht kritisch, wenn zu lange vorgetrocknet wird, läßt sich der Lack nicht mehr entwickeln. Bei mir waren es ca. 30min bei 75°C mit Umluft, hab die Tür leicht aufstehen lassen, damit die Lösungsmittel entweichen können. Dann abkühlen lassen und belichten. Die Zeit muss man ausprobieren (bei mir waren es bei durchsichtiger Folie und 4 Röhren a 25W ca, 20cm Abstand - 3 min). Dann Entwickeln mit 1% Natriumcarbonat Lösung. Natriumcarbonat gibt es in der Apotheke - 1kg ca. 8 EUR - dauert ca. 1-2 min Endhärtung bei 150°C im Backofen ca. 1h. Fertig !!! Das sind meine ersten Erfahrungen. Es gibt bei Peters auch fotostrukturierbaren Bestückungsdrucklack. Einfach hobbymässig kann man aber auch den Bestückungsdruck auf hochkalandriertes Papier (glaenzend und dünn wie die Seiten aus der Zeitschrift 'Spiegel') oder Tonertransferfolie drucken und auf die Platine überbügeln.
Zum Schutz vor Witterungseinflüssen kann man Platinen nach der Bestückung lackieren, z.B. mit 3M ORGOL 8600 UEBERZUGSLACK.
Bevor man seine Schaltung aufbaut, muss man entscheiden, welche Bauteile man in bedrahteter Form (thru hole) und welche man als SMD Bauelemente nimmt. Das hängt etwas von der erwarteten Stückzahl ab. Bedrahtete Bauelemente werden bei Handbestückung bevorzugt. Das geht schnell, eine Bestückerin schafft mehr als 5000 Bauteile pro Tag. Die Drähte werden meist auf einen Rutsch vor dem Löten gekürzt, manchmal von der Drahtbiegemaschine vor dem Bestücken, und normalerweise nicht einzeln per Frontalschneider. Es stellt sich auch die Frage, wie gelötet wird. Per Hand, per Lötbad oder per Durchlauf-Wellenlötanlage. Einerseits hängt das davon ab, was da ist, andererseits kann man 10 Platinen problemlos per Hand löten, 100 Platinen per Lötbad, und bei 1000 wird man sicher eine Durchlauf-Wellenlötanlage verwenden wollen. Wenn man SMD-Pads nicht nach IPC-Konformität auslegt
weisen manche Bestücker die Platine ab oder wollen sie kostenintensiv nachbessern oder reden sich zumindest bei nachfolgenden Problemen damit raus. Vergesst also Libraries von Hobby-Layoutprogrammen und legt sie alle neu an. SMD kann gut ein Automat bestücken, der klatscht die Bauteile schneller auf die Platine als man gucken kann, insbesondere wenn Bauteile nur wenig verschiedene Werte haben und alle in derselben Orientierung plaziert wurden. Leider muss dem Automat vorher gesagt werden, wo hin das Bauteil kommt, also sind die Rüstkosten so hoch, das es sich bei weniger als 1000 Platinen kaum lohnt. Einfache Pick & Place Maschinen Bestücker (gebrauchte Daum, neue NeoDen TM220A, TM240A) ohne Videokontrolle gibt es ab 3000 EUR, dabei eignet sich das NeoDen ganz gut für Eagle Layouts. Einzelne SMD Bauteile kann man per Hand bestücken (lassen), aber schon bei wenigen Bauteilen verwendet man besser eine Schablone (Stencil) zum Auftragen der Lötpaste.
SMD lötet man gerne mit Heissdampf, besonders gern Galden weil das die Luft abschliesst und einfach in der Friteuse verwendbar ist
weniger gerne per Infrarotstrahlung und nur bei unkritischen Teilen durch Eintauchen in flüssiges Lötzinn in einer Lötanlage. Wenn man bedrahtete Bauteile und SMD mischt, muss man zwischen verschiedenen Kombinationen wählen: Einseitige Platine. SMD muss auf die Unterseite. Man kann erst SMD im Reflow verlöten und dann die bedrahtetehn per Hand, oder man klebt SMD auf der Unterseite auf und verlötet sie zusammen mit den eingesteckten bedrahteten im Lötbad, dann sollten nur wärmeunempfindliche SMD Bauteile (Widerstände und Keramikkondensatoren, notfalls kleine Transistoren und ICs) verwendet werden. Doppelseitige Platine: Empfindlichere SMD Bauteile können oben bestückt werden und per Reflow verlötet werden, die Unterseite steht wie bei der einseitigen Platine zur Verfügung. Wenige bedrahtete Bauteile: Man kann beidseitig empfindliche SMD Bauteile bestücken und Reflow verlöten, weil die bedrahteten Bauteile per Hand nachträglich eingelötet werden können, wenn es eine überschaubare Anzahl von Platinen ist.
Preisbeispiel Bestückung der SMD-Teile für http://bibo.iqo.uni-hannover.de/dokuwiki/doku.php?id=eigenbau:temperaturregler_diodenlaser
> sah so aus: Lötpastenschablone, einmalig : 90 EUR
> Einrichtung, einmalig : 90 EUR (bei Folgeauftrag 45 EUR)
> Fertigung : 14,60 Material : 2,70 (im wesentlichen Hühnerfutter und ein paar OP07)
> Für die Bestückung der 16 Leiterplatten haben wir am Ende
> 460 EUR plus MwSt bezahlt. Das bleibt ein Stück unter den
> von Dir genannten Beträgen.
Bei einer einseitig Automat-SMD bestückten Platine mit 20 Bauteilen, davon 2 ICs, kostet die Bestückung ohne Bauteilkosten der gesamten Platine so 20 ct wenn man 1000 abnimmt, auch in Deutschland. Bei 10000 aus China so 7 ct:
Siehe http://www.analog.com/ FF_Sect10.pdf (GROUNDING IN MIXED SIGNAL SYSTEMS)
Beachte die Regel für getrennten Analog und Digital Ground, und lege Analog und Digital in räumlich getrennte Bereiche (Analog links, Digital rechts :-) aber verbinde danach alles mit einer grossen Ground Plane, das verbessert EMV und schadet nicht, weil der Strom immer die kürzeste Verbindung nimmt, also dennoch da lang fliesst, wo er nicht die anderen stört..
Für OpAmps siehe Kapitel 17 aus http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf http://eportal.apexmicrotech.com/mainsite/support/pages/app_notes.asp AN28 und http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-09/layout.pdf (A Practical Guide to High-Speed Printed-Circuit-Board Layout) Siehe auch Layouttipps im Kapitel F.24. Schaltregler
Die Induktivität einer Leiterschleife hängt von der umschlossenen Fläche ab. Wenn ein (Rechteck-)Signal zu klingeln anfängt
+---------------+ | | X Z | | +------Y--------+kann eine andere Leitungsführung mit viel weniger umschlossener Fläche viel bewirken. Die geringere Induktivität verringert auch die Störausstrahlung und Störempfindlichkeit (EMV).
+-+ +-+ X | | Z | +-----------+ | +------Y--------+Wichtig ist, nicht so zu routen wie man es früher gemacht hat:
+5V ------------+----------+----------+
| | |
o o-+ o o-+ o o-+
o o | o o | o o |
o o | o o | o o |
+-o o | +-o o | +-o o |
| | | | | |
| o o-+ | o o-+ | o o-+
| o o | | o o | | o o |
| o o | | o o | | o o |
+-o o | +-o o | +-o o |
| | | | | |
| o o-+ | o o-+ | o o-+
| o o | o o | o o
| o o | o o | o o
+-o o +-o o +-o o
| | |
GND ---+----------+----------+
sondern so
o o o o o o o o o o o o
+---+----------+----------+
| +-------+----------+----------+
| | o o o o o o o o o o o o
| |
| | o o o o o o o o o o o o
GND --+-(-+----------+----------+
+5V --(-+-------+----------+----------+
| | o o o o o o o o o o o o
| |
| | o o o o o o o o o o o o
+-(-+----------+----------+
+-------+----------+----------+
o o o o o o o o o o o o
weil die vom Stromkreis eingeschlossene Fläche viel kleiner ist und sich die
Stützkondensatoren besser montieren lassen.
Masseflächen sind gut, aber unter grossen Bauelementen (Spulen) vergrössern sie die Streukapazität.
Leitfähigkeit von
Silber 0,016 Ohm mm^2/m Kupfer 0,0179 Lötzinn Sn60Pb38Cu2 0,086 Lötzinn Sn60Pb40 0,2
Das verzinnen von stromführenden Leiterbahnen bringt also kaum etwas was den Widerstand anlangt, aber erhöht die thermische Trägheit, damit eine Leitung den 2 Sekunden langen Abschaltstrom eines 16A Automaten übersteht obwohl sie nicht für 80A ausgelegt ist sondern nur für 24A:
> Welchen Abstand sollten Leiterbahnen voneinander haben?
Nun, das hängt von vielen Faktoren ab, der Spannung, der Verschmutzung, der Isolationsklasse, dem Land, der Höhe über NN des Einsatzortes, ob ein homogenes oder inhomogenes Feld vorliegt, daher gibt es keine einfache Antwort. DIN EN 60664 sagt:
Nennspannung des Stromversorgungssystems nach IEC 60038 | Spannung Leiter zu Neutralleiter | | Bemessungsstoßspannung in Volt | | Überspannungskategorie laut DIN VDE 0110-1 | | I II III IV | 50 330 500 800 1500 | 100 500 800 1500 2500 Für Netze mit 2 Leitern symmetrisch zum Nulleiter wie in Japan und den USA: 120/240V: 150 800 1500 2500 4000 Für Netze mit 3 Leitern, auch wenn nur eine Phase genutzt wird, (wie Europa): 230/400V-277/480V: 300 1500 2500 4000 6000 400/690V: 600 2500 4000 6000 8000 1000V: 1000 4000 6000 8000 12000Normal an Steckdosen ist Kategorie II, also 2.5kV Prüfspannung. Nur wenn ein Überspannungsschutz entsprechender Spannung vorgeschaltet ist kann man von Kategorie I ausgehen. Festinstallierte Geräte, also z.B. zur Montage auf Hutschiene, fallen in Kategorie III und vom Zähler in Richtung Netz in Kategorie IV.
Höhe in m über NN Multiplikationsfaktor für Luftstrecken
2000 1
3000 1.14
4000 1.29
5000 1.48
6000 1.7
7000 1.95
8000 2.25
9000 2.62
10000 3.02
15000 6.67
20000 14.5
Für Funktionsisolierung die höchste an der Luftstrecke zu erwartende Stoßspannung Für Basisisolierung die transienten Überspannungen aus dem Niederspannungsnetz Für Basisisolierung zu anderem als dem Niederspannungsnetz die höchste Stoßspannung die im Stromkreis auftreten kann Für verstärkte Isolierung siehe EN60664-1:2007
Stossspannung Mindestluftstrecken für Höhen bis 2000m:
inhomogenes Feld homogenes Feld
Verschmutzungsgrad Verschmutzungsgrad
1 2 3 4 1 2 3 4
330 0.01 0.2 0.8 1.6 0.01 0.2 0.8 1.6
400 0.02 0.2 0.8 1.6 0.02 0.2 0.8 1.6
500 0.03 0.2 0.8 1.6 0.04 0.2 0.8 1.6
600 0.06 0.2 0.8 1.6 0.06 0.2 0.8 1.6
800 0.1 0.2 0.8 1.6 0.1 0.2 0.8 1.6
1000 0.15 0.2 0.8 1.6 0.15 0.2 0.8 1.6
1200 0.25 0.25 0.8 1.6 0.2 0.2 0.8 1.6
1500 0.5 0.5 0.8 1.6 0.3 0.3 0.8 1.6
2000 1 1 1 1.6 0.45 0.45 0.8 1.6
2500 1.5 1.5 1.5 1.6 0.6 0.6 0.8 1.6
3000 2 2 2 2 0.8 0.8 0.8 1.6
4000 3 3 3 3 1.2 1.2 1.2 1.6
5000 4 4 4 4 1.5 1.5 1.5 1.6
6000 5.5 5.5 5.5 5.5 2 2 2 1
8000 8 8 8 8 3 3 3 3
10000 11 11 11 11 3.5 3.5 3.5 3.5
12000 14 14 14 14 4.5 4.5 4.5 4.5
15000 18 18 18 18 5.5 5.5 5.5 5.5
20000 25 25 25 25 8 8 8 8
25000 33 33 33 33 10 10 10 10
30000 40 40 40 40 12.5 12.5 12.5 12.5
40000 60 60 60 60 17 17 17 17
50000 75 75 75 75 22 22 22 22
60000 90 90 90 90 27 27 27 27
80000 130 130 130 130 35 35 35 35
100000 170 170 170 170 45 45 45 45
Für Leiterplatten gilt Verschmutzungsklasse 1 mit der Ausnahme daß 0.04mm
nicht unterschritten werden dürfen.
Es reichen also 1.5mm Luftstrecke zwischen sowieso Netzspannung führenden Leitungen, allerdings ist die benötigte Kriechstrecke grösser:
Tabelle 00.04 Mindestkriechstrecke (mm) Bemessungsspannung (V) U~eff oder U 12,5 25 32 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 Verschmutzungsgrad 1 (hermetisch dicht keine Verschmutzung oder Kondenswasserbildung) 0,09 0,125 0,14 0,18 0,20 0,22 0,25 0,28 0,32 0,42 0,56 0,75 1 1,3 1,8 2,4 3,2 Verschmutzungsgrad 2 (normales Gehäuse) 0,42 0,500 0,53 1,20 1,25 1,30 1,40 1,50 1,60 2,00 2,50 3,20 4 5,0 6,3 8,0 10,0Wenn man kann, und sich nicht genau informieren will, sollte man 3mm zwischen sowieso Netzspannung führenden Leitern lassen und 8mm von schutzisolierten, dann erfüllt man die Vorgaben vieler Länder und Einsatzorte.
Schalter mit einem Kontaktabstand ab 3mm tragen in Europa ein µ Zeichen als Kennzeichnunng daß sie für Netztrennung zugelassen sind.
Bei Bauteilen, die eventuell explodieren, beispielsweise dem TRIAC in einer Phasenanschnittschaltung bei Kurzschluss im Verbraucherstromkreis, bauen bessere Hersteller einen Schlitz in die eigentlich ausreichend breite Schutzzone, damit sich dort keine Verdampfungsprodukte ablagern können.
> welche Breite sollten Leiterbahnen haben?
> soll eine Abschirmung an beiden Enden verbunden werden?
> aus welchene Gründen, kann man eigentlich bei verschiedenen Geräten
> den Schutzleiteranschluss mit dem GND (0V) des entsprechenden Gerätes
> direkt (z.B. über Jumper) verbinden?
Normalerweise ist bei einer Audioanlage der Verstärker geerdet und alle anderen Geräte nicht. Das ist sinnvoll, weil es in einer Anlage einen gemeinsamen Erdungspunkt geben sollte (erstens leitet das Einstrahlungen ab, zum anderen fliegt dann die Sicherung wenn zufälligerweise irgendwo ein Isolationsproblem auftritt), und der Verstärker zentral ist. Dummerweise gibt es bei grösseren Anlagen noch weitere Verbindungen zur Erde, nämlich über Antennenkabel und Telefonleitung, und es entstehen Brummschleifen (eine leitende Verbindung über Schutzleiter und Abschirmungen hinweg die einen grossen Kreis bilden und daher wie eine Trafowicklung wirken in der ein durch 50Hz induzierter Strom fliesst und je nach Leitungswiderstand einen Spannungsabfall verursacht, der dann als Signal mitverstärkt wird), wenn sie nicht per Mantelstromfilter oder Audiotrennübertrager getrennt wird. Bei besseren Verstärkern kann man die Verbindung zwischen Masse und Schutzleiter trennen, in denen ist auch ein besserer Trafo (SK II) drin.
Von: Emil Obermayr
Jede Signalmasse soll auf Erdungspotential liegen, muß also wenigstens an einem Punkt mit dieser zusammengeschaltet sein. Nur derjenige der den Schaltplan der kompletten Anlage kennt weiß, welcher Punkt der Erdung dafür sinnvoll ist. Deswegen kann man bei manchen Geräten "aussuchen" ob man die Masse 'hier' erden möchte. Im folgenden die Ansatzpunkte, nach denen man eine Erdung planen und die Erde/Masse-Verbindungspunkte auswählen kann:
Häufig sind Erdungsleitungen nicht sehr niedrohmig ausgeführt. Das fängt bei Leitungen mit zu niedrigem Querschnitt an und wird durch schlechte Verbindungen in/an den Geräten noch schlimmer. Dann sind die Erdungspotentiale von zusammengeschalteten Geräten nicht auf gleichem Niveau. Wenn man nun Masse und Erde zusammenschaltet, fliessen Ausgleichsströme über die Masseleitungen der Signalleitungen. Das kann sich negativ auf die Signalqualität auswirken und Regelkreise beeinträchtingen.
In stark elektromagnetisch "verseuchten" Bereichen sammeln Ring-förmig zusammengeschaltete Leitungen induktiv Brummspannungen ein (meist deutlich schwächer tut das jede 'gerade' Leitung auch kapazitiv). Wenn man das auf Signalmasse legt, hat man dieses Brummen auch auf den Signalleitungen. Das umgeht man, indem man die Erdung Stern-förmig plant. Leider geht das nicht immer. Verstärkt wird dieser Effekt durch nicht hinreichend niederohmige Leitungen (s.o.), denn erst durch den Leitungswiderstand wird aus dem Induktionsstrom eine Brumm_Spannung_. Nebenbemerkung: Deswegen sind Stromschleifen auch immer so angelegt, daß sie keine elektromagnetische Strahlung aufnehmen, üblicherweise durch verdrillen der Signalleitungen.
Und dann kommt es vor, daß Geräte die Erdung durch Störspannung direkt verseuchen. Z.B. Motoren oder Relais, deren Entstörung unzureichend oder defekt ist. Das fängt man sich dann ein, wenn man Masse und Erde verbindet. Auch dieser Effekt wird schlimmer mit zu hohen Leitungs-Widerständen.
Die Newsgroup zum Thema ist news:comp.arch.embedded
Ein deutschsprachiges Forum http://www.mikrocontroller.net/
Von: MaWin 17.7.2000
Die meisten elektronischen Schaltungen sind Steuerungen oder Regelungen und lassen sich mit Microcontrollern heute einfacher realisieren, als das noch vor ein paar Jahren der Fall war. Viele Spezialchips vergangener Zeiten lassen sich heute durch billigere Microcontroller ersetzen, wenn auch in anderer Beschaltung. Man sollte sich also gerade bei alten Bauvorschlägen fragen, ob dieses heute mit einem uC nicht einfacher geht. Man muss eben neben der Schaltung auch das passende Programm für den Controller erstellen. Auch iu der Analog- und Hochfrequenztechnik halten uC Einzug, Audio verarbeitet man heute lieber mit A/D-DSP-D/A und UKW mit FM Chips wie SI4730.
Welcher Chip wird in der Industrie bevorzugt eingesetzt? Der billigste, der die Aufgabe erfüllen kann. Punkt. Stellt sich hinterher heraus, daß ein anderer billiger gewesen wäre, ärgert man sich über die Fehlentscheidung. Wobei 'der billigste' alle Nebenkosten mit einschliesst, und das kann für geringe Schulungskosten bedeuten, einfach den uC zu nehmen, den man schon kennt, oder den, bei dem der Hersteller passende Problemlösungen als application notes anbietet, oder man den teureren Chip nimmt weil er seltener ausfällt (aber das sind dann schon extreme Kenntnisse, man wusste eher hinterher daß frühe AVRs in der TCO total cost of ownership keine glückliche Wahl waren).
Nicht jeder Chip ist leicht beschaffbar und ohne Aufwand zu programmieren. Daher haben sich unter Hobbybastlern gewisse Chips verbreitet, die sich einfach verwenden lassen: AT90Sxxxx ATtiny/ATmega (AVR) und PIC16F8xx von http://www.microchip.com/, Flash-EEPROMs statt EPROMs, GALs statt PALs, schon alleine weil ICs im Gehäuse mit Quartzfenster zum Löschen durch UV-Licht teuer sind. Alle genannten Chips lassen sich mit kostenlos im Netz verfügbarer Software programmieren, so dass man die angebotenen Starterkits nicht benötigt, die aber ängstlichen Personen eine gewisse Funktionssicherheit geben können.
Eine schöne Anfänger-Einführung "Understanding Small Microcontrollers" http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/reference-manuals/M68HC05TB.pdf auf Basis des HC05 kommt von Motorola/Freescale/NXP. Freescale erlaubt gerade mit dem Flexis QE128 auch den direkten Vergleich von 8 bit CPU zu 32 bit CPU bei ansonsten gleichen Bedingungen, 8 Bit $3,59/10k 11mA, 32 Bit $3,80/10k 27mA. Der 8 Bit hat natürlich bessere Codedichte und es gibt ihn auch optional in kleinerem Gehäuse (wohl wegen kleinerer Chipfläche).
Das Problem lautet: Welche Programmiersprache: BASIC, C oder Assembler? In BASIC programmierbare Microcontroller sind durch die Bank schlecht, wenig leistungsfähig, teuer, eben wie C-Control (es gibt da noch die Basic-Briefmarke, Basic-Matchbox, 8052AH Basic). Es gibt dafür eigentlich gar keinen technischen Grund, denn für so eine simple Programmiersprache wie BASIC liesse sich ein hervorragend optimierender CrossCompiler erstellen, aber Dummköpfe werden halt abgezockt. Wenn man bereit ist, uC in ihrer Assemblersprache zu programmieren, tut sich ein riesiges Angebot an billigen guten Chips auf. Für manche gibt es auch kostenlose C-Compiler (oder Interpreter :-), aber das lohnt sich erst bei Programmspeicher über 1k (manche sagen 8k).
Von: Erik Hermann
Es sei denn Du bist so blöd wie wir und kaufst den (IAR) Compiler beim Prozessorhersteller (NEC) statt bei IAR direkt. Wir hatten nämlich ein Problem das am Compiler hing und bekamen von IAR die lapidare Auskunft das der Compiler ein OEM Produkt ohne direkten Support sei. Der Prozessorhersteller konnte den Fehler zwar nachvollziehen, aber leider nichts dran ändern, zumindest nicht in endlicher Zeit. Leider verloren. Support gibt's bei IAR eh nicht, siehe d.s.e Message-ID 3DA0175D.28E0C75D@uc-elektronik.de und Produkte von IAR darf man sowieso nicht kaufen, siehe http://www.mikrocontroller.net/topic/229999#2321275 und https://www.mikrocontroller.net/topic/389896
> Ich benötige für den Modellbau einen Microprozessor.
> Es sollen ca. 4 analoge und 3 digitale Sensoren, mit wenigen externen
> Bauelementen angeschlossen werden.
> Es müssen mindestens 4 analoge Ausgänge vorhanden sein.
> Ich habe mir das 'C-Control' von CONRAD (Seite 76) angeschaut
> Kennt jemand ein vergleichbares Gerät?
> PS. Sollte nicht grösser als eine Zigarettenschachtel sein . . . .
Von: MaWin 1999
Analogausgänge gibt es (fast) nicht, es werden fast immer schnell ein- und ausgeschaltete Digitalausgänge verwendet (PWM), auch beim C-Control, um IM MITTEL eine Analogspannung zu erzeugen, die man dann noch mit einem Tiefpass filtern muss, wenn das angeschlossene Gerät (Glühbirne, Motor) nicht sowieso zu träge ist. Immerhin erlaubt der TI TMS320F28069 Piccolo trotz nur 80MHz Takt eine zeitliche PWM Auflösung von bis zu 150ps (6.7GHz). Braucht man echte Analogausgänge, muss man externe D/A-Wandler-ICs verwenden, weil D/A-Wandler eine ganze andere Chiptechnologie verwenden (lasergetrimmte Dünnschichtwiderstände) als Microcontroller (klassische CMOS Technologie). ANALOGEINGÄNGE werden hingegen immer häufiger. Hier nur die reprogrammierbaren:
- AT90S8535 von http://www.atmel.com/ 8k Programm, 512 Byte RAM, 512 Byte EEPROM, 8 A/D 10bit, 10 EUR bei http://www.reichelt.de/ oder ATMega163
- PIC16F877 von http://www.microchip.com/ 8k Programm, 368 Byte RAM, 256 Byte EEPROM, 8 A/D 10bit, 10 EUR bei http://www.reichelt.de/
- MB90F497 von http://www.fujitsu.com/ 64kB Programm, 2kB RAM, 2 UART (auch SPI), 8 A/D 10 bit, CAN, PWM, 6 EUR bei http://www.glyn.de/ oder MB90F549 mit 256kB Flash und 6kB RAM für 11 EUR.
Alles was du brauchst (Datenblatt, Assembler, Applikationen, Debugger) gibt es kostenlos zum Download bei den Herstellern, die Programmierschaltungen sind einfach (ISP-Programmierung über Parallelport) und Programmiersoftware gibt es reichlich im WWW.
Ponyprog http://www.lancos.com/prog.html hat Probleme mit modernen GHz-Pentiums und behandelt 0 als gesetzt bei Fuse-Bits von manchen AVRs (ATmega8, ATmega128L), läßt sich aber seit ich-weiß-nicht-wann von der Kommandozeile aus steuern, wenn auch nicht über Parameter, sondern über script files. Ponyprog damit in automatisierte Compilerläufe einzubauen, ist wirklich einfach http://www.lancos.com/e2p/ponyprog2000.html#s4 , ähnlich wie AVRDude.
Und wenn du fragst, wieviel Programmspeicher man braucht: http://www.picoweb.net/ zeigt einen kompletten Web-Server in 7k Programmspeicher. Man kann, wenn man nicht so doof ist wie Microsoft, auch in 8k eine Menge machen. In 512 Byte passt z.B. eine (Funk-)Uhr mit Datum & Wecker wenn man ein paar Programmierkniffe kennt.
Alternativ Motorola MC14500 ICU, ein 1 Bit Prozessor in 3-18V CMOS Technik mit beliebigem Programmspeicher, eher als kleiner Industriekontroller.
Von: Andi Gysi
Ich weiss, der C-Control schien mir zuerst auch verlockend, jetzt liegen zwei davon hier rum und ich weiss nicht, was ich damit anfangen soll...
> Mitsubishi M16C / Renesas R8C
Billige Prozessoren mit grossem Flash-EEPROM stellt Mitsubishi/Renesas her. Das Starterkit mit dem M30624FGAFP gibt's für 50 EUR bei http://www.glyn.de/, programmiert wird der uC in circuit über die serielle Schnittstelle. Die CPU ähnelt dem MC68000. Es gibt reichlich C-Compiler für ihn, unter anderen GCC. Seit dem Artikel in der Elektor Nov. 2005 hat der kleine Bruder, der R8C, weitere Verbreitung unter Hobbybastlern gefunden, gab es doch den Controller mit C-Compiler umsonst. Nur die Programmierschaltung musste man selber bauen:
+---------------------------------+ +5V
| E8OCD Pfostenstecker |
DB9 | +---U---+ |
Buchse | : o : o-:--(--+
+-1u-+ +-1u-+ +---+---+ | |
1 | | | | : o : o-:--(--+
6 +-1----3-2---16-+ TxD +---+---+ | |
2---14 11--------------------:-o : o-:--(--+
7 | MAX232 | +---+---+ | |
3---13 12-------------+ +--:-o : o-:--+ |
8 +-4----5-6---15-+ | | +---+---+ |
4 | | | | +---o/ o---(---+ : o : o-:-----+
9 +-1u-+ +-1u-+ | MODE | RxD +---+---+ |
5---+ | | Schalter +------:-o : o-:-----+
| | | __ +---+---+ |
+-------------+----+---o o----------:-o : o-:-----+
| RESET +---+---+ |
| Taster |
+-------------------------------+ GND
Falls man nicht das FDT-Tool von Renesas sondern http://www.m16c-flasher.de/
verwendet, kann man MODE und RESET durch RTS und DTR schalten lassen, z.B.
mit einem Transistor nach Masse (da MAX232-Ausgänge nicht open collector
sind, bringt deren Verwendung keinen Bauteilevorteil). Die Polarität lässt
sich im M16C Flasher einstellen.
+---RESET
|
DTR 4--10k--+-----|< BC547
| |E
+-|<|--+---GND
1N4148
+---MODE
|
RTS 7--10k--+-----|< BC547
| |E
+-|<|--+---GND
1N4148
Der R8C ist AUCH ein 16 bit Prozessor, aber mit 8 bit Datenbus, also so was
wie der 8088 im Vergleich zum 8086. Leider gibt es nicht so viele
Applikationsbeispiele für den Chip und nicht so viele Foren und
Benutzergemeinschaften, so dass das Zusammensammeln von Vorgefertigtem und
Hilfe bei Problemen nicht so leicht ist wie bei AVR, ausserdem ist der
verschenkte R8C/13 schon wieder abgekündigt und es gibt keinen pinkompatiblen
Nachfolger. Der M16C kann leider die Datenrichtung der Ports nicht bitweise
umschalten, sondern nur Portweise, und ist insofern unflexibel. Auch
Funktionen wie SPI sind unsinnigerweise auf 8 bit limitiert, so wie die
Timer bei R8C. Zudem liefern die Ausgänge bei allen diesen japanischen
Controllern wenig Strom, eher 2mA statt 20mA.
Von: Volker Stegmann
Wenn du einen C-Compiler für den M16C brauchst, laß die Finger von dem IAR Compiler, solange du in der Lage bist, Makefiles zu schreiben, oder eine IDE hast, die das auch für dich macht. Ich hab bezüglich Compilerfehlern schlimme Erfahrungen damit gemacht. Nimm besser den NC30 von Mitsubishi. Der ist meiner Meinung nach ausgezeichnet.
> Wo gibt's den C-Compiler für Hitachis SH8, Mitsubishis M16C, Renesas R8C?
Bei Renesas, schwer zu finden, man muß sich registrieren und bekommt dann eine Demo die 30 Tage läuft und danach nur 64k linkt, was für einen R8C aber locker ausreicht. Um direkt im C-Quelltext zu debuggen erzeugt man einen Debug-Build.
Dafür enthält die VS2010 basierende HWB Bedienoberfläche die das ganze Projekt erstellt, leider beim R8C/13 eine zu kleine Vorgabe beim verfügbaren Hauptspeicher, wodurch der Linker schon bei 8k eine Fehlermeldung auswirft, man hätte bei der Erstellung des Projekts die Speichergrösse auf 16k stellen müssen.
Carlos Duerschmidt sagt dazu:
Mit dem Prozessor kämpfe ich auch gerade. Im Moment sieht es noch so aus, als ob der Prozessor gewinnt.
> Cypress PSoC
sind M8C und ARM basierte Microcontroller mit zusätzlichen nützlichen Baugruppen auf dem Chip, darunter bis 14 bit A/D und D/A Wandler, Operationsverstärker, Filter und Komparatoren, PWM, SPI und UART, I2C, SPI und USB, in Stückzahlen ab 2 EUR zu bekommen und der Grund dafür, warum aus Asien die bessere Elektronik kommt, daher auch viele WebSeiten aus Asien.
> Embedded Linux
Wer etwas mehr Rechenleistung haben will, und statt einem Microcontrollerchip eine ganze Platine einsetzen kann, die unter Linux mit Ethernet-Schnittstelle verwendbar ist, kann vorkonfektioniert von Atmel den AVR32 nehmen:
oder Ethernet-WLAN-Boards mit dem RTL8181/RTL8186 und PCI-Interface verwenden:
> MSP430
Von: Alexander Weiss 20.11.2000
Der MSP430/MSP432 ist ein baulich kleiner und billiger 16bit uC mit geringem Strombedarf von http://www.ti.com/ , der seit seiner Erwähnung in der c't bei Bastlern mehr Verbreitung findet. Seine Struktur ist ähnlich der PDP-11. Er lässt sich anständig in C programmieren, allerdings ist der Chip schwer einzulöten. Immerhin sind seit 2017 die Entwicklungsumgebungen kostenlos von TI downloadbar. Seine I/O-Pins sind nicht 5V tolerant, was die Verwendung von Periperiebausteinen einschränkt, und sehr empfindlich, mehr als 2mA sind über die Eingangsschutzdioden nicht erlaubt dafür ist der Leckstrom mit 50nA eher gering. Er arbeitet von 1.6V bis 3.6V und ist damit ungeeignet für LiIon/Poly Akkus sondern eher für Lithiumprimärzellen. Der Typ MSP430L09x arbeitet von 0.9V bis 1.65V und damit an einer Alkali-Mangan Zelle. Es gibt also Gründe warum er, trotz vollmindiger Werbung, eher selten eingesetzt wird.
Wenn man jedoch batteriebetriebene winzige Schaltungen aufbauen will, ist der uC trotz überdimensionierter 16 bit Wortbreite derzeit eine gute Wahl, läuft er doch an einem 32kHz Uhrenquartz mit nur 1.5uA und nur bei Bedarf mit einem internen Frequenzmultiplier. Dazu passt dann ein MAX1724, LTC1517-5, TPS61220, MCP16251/2 oder https://www.mikrocontroller.net/attachment/341829/ce830.pdf als Spannungsregler, klein und extrem stromsparend. Und daher auch als Uhr erhältlich
allerdings sind die Projekte der Fossil MetaWatch gescheitert an unzureichender Dokumentation und damals teurer Entwicklungsumgebung und fehlendem GPS
In echten Uhren wird aber der EM6607 von EM Microelectronics (Swatch) verbaut
der mit 1.2V und 1.8uA läuft, Spannungsregler und Treiber schon enthält, aber 4 bit und maskenprogrammierbar, also ungefähr seit 30 Jahren veraltet.
> Ich habe nur ganz wenig Platz und will den kleinsten uC den es gibt
Wohl nicht wirklich: http://www.mouser.de/ProductDetail/Silicon-Labs/EFM8SB10F8G-A-CSP16/ http://www.mouser.de/ProductDetail/NXP-Semiconductors/LPC11A04UK118/ eher ATtiny4,5,9,10 in SOT23-6
> Siemens/Infineon C167 Verfügbarkeit
Die "normalen" C167 gibts noch ganz gut (3 Monate Lieferzeit sind üblich), die Katastrophe geht bei den Flash-Typen los. Nachdem Infineon den Flash-Prozess nicht auf die Reihe bekommen hat, haben sie sich mit ST zusammengetan, von denen gibt nun es die ST10-Serie, die mit den C167 kompatibel ist. Nachdem wir aufgrund der schlechten Verfügbarkeit der C167 ziemlichen Ärger hatten, sind wir auf die Fujitsu 16LX-Serie umgestiegen (MB90F543 etc.), die sind von der Leistung vergleichbar, haben 5V-Flash on chip, einen kostenlosen C-Compiler und kosten die Hälfte der C167er.
> Wo bekommt man den Fujitsu MB90Fxxx und was für Werkzeuge gibt es?
Von: Erik Hermann
Beliebige Stückzahlen (auch Einzelstücke) bekommt der Geschäftskunde bei http://www.glyn.de/. Workbench mit C-Compiler, Assembler und Debugger bekommt man kostenlos auf CD oder im Internet
Programmiert werden die Dinger über RS232, d.h. ohne zusätzliche Hardware (ausser einem MAX232 o.ä. auf dem Controllerboard).
MB90F497 64kB Flash, 2kB RAM, 2 UART (auch SPI), 10Bit 8Kanal ADC, CAN, PWM, etc., ca. 6 EUR
MB90F549 256kB Flash, 6kB RAM, 2 UART, 2SPI, ADC, CAN, PWM, etc. ca. 11 EUR
> 68HC08
Von: Rafael Deliano
Heutzutage sind 68HC908QY4 viel schöner. Der ist DIL16 mit 14 verwertbaren Pins weil RC-Takt und Resetgenerator auf dem Chip ist. Das macht sich auch bezüglich EMV gut. Dadurch dass die I/O ziemlich einheitlich ist, kann man als Emulation einen 68HC908GP32 in DIL40 nehmen. Die "überzähligen" Pins von dem sind zum Softwaretest sehr erfreulich weil man dann Testpins hat um mit Oszilloskop zu sehen was die Applikation in Echtzeit so tut.
> Hat jemand. Erfahrung mit FFMC16 Controllern?
Die CPU ist im Vergleich zu C167 oder M16C langsamer (Akkumulatormaschine). Weiterhin ist ein bischen lästig, dass man die Priorität von Software-Interrupts nicht vorher einstellen kann. Ein Software-Interrupt wird immer mit höchster Priorität aufgerufen und man muss dann in der ISR den Level herabsetzen, Sonst sind während der Abarbeitung eines Software-Interrupt alle Hardware-Interrupts gesperrt. Ein weiterer Nachteil: In der Toolchain von Fujitsu fehlt ein Monitor-Debugger (es gibt nur einen Simulator), den Debugger gibts aber von uns zu kaufen. http://www.accemic.com/. Die gute Verfügbarkeit war für uns der Grund, von den ST10-Flash-Typen auf 16LX umzusteigen. Sehr günstig im Vergleich zu vergleichbaren 16-Bittern mit CAN und Flash. Eva-Boards gibts von Glyn für 49 Euro. Ein Bonbon noch: Von http://www.segger.com/ gibts ein Echtzeitbetriebssystem (in der Trial-Version auf 2 Tasks beschränkt), mit dem man aber sehr gut die Arbeitsweise eines RTOS studieren kann. Für Diplomarbeiten lohnt es sich zu fragen, um eine kostenlose Voll-Lizenz zu bekommen ;-)
> Videosignalerzeugung PAL / TFT LCD mit Microcontrollern:
Hitachis H8S (ähnlich 68000) hat Zähler und DMA drin, mit denen die Erzeugung der Signale möglich ist, aber mit 24k RAM nicht genug internes RAM für ein Graphikbild. Für den direkten Anschluss einer VGA an einen Controller eignet sich der MB91FV310A.
> Hat jemand über den Motorola 68HC332 positive oder negative Erfahrungen
> mitzuteilen?
Von: Hartmut Schaefer
> Welchen Wert sollen die Kondensatoren beim Schwingquartz bekommen?
> Dazu steht irgendwie nichts im Datenblatt des Microcontrollers...
Kein Wunder, die hängen mehr vom Quartz und Leiterplattenlayout ab, als vom Oszillator des uC, und wer hat schon die Datenblätter der Quartze... Aber glücklicherweise sind die meistens ähnlich. Nimm 22pF. Erklärung:
32kHz Uhrenquartze haben eine kleinere Leistung als die normalerweise verwendeten Quartze, die in Resonanz einen Widerstand von 50 Ohm haben und ca. 1mW Leistung verbraten. Schalte einen Widerstand von 100k bis 470k in Serie davor (also zwischen XOUT und dem Kondensator am Eingang des Quartzes) und einen 1-10MOhm Widerstand parallel zum Quartz, bis die Kurvenform der grösstmögliche saubere Sinus ist (Achtung: Kapazität des Oszilloskoptastkopfes kann stören). Alle normalen Quartze arbeiten in Serienresonanz. Der Colpitts Oszillator ist am einfachsten und betriebssichersten. So ein Uhrenqarz schwankt so 0,05 ppm/GradC, ein MHZ-Quarz meist 0,2 ppm/GradC. Dazu kommen noch so 1 ... 5 ppm Drift pro Jahr.
> Ich habe 2 Controller an einem Quartz angeschlossen, d.h. XOUT von
> Controller 1 an XIN von Controller 2, aber es schwingt nicht.
> Gibt es eine zuverlässige Lösung?
Ja. Verbinde XOUT und XIN des zweiten Controllers über 1MOhm, und XOUT des ersten Controllers über 100pF mit XIN des zweiten Controllers. Und schliesse den Quartz wie gehabt an den ersten Controller an. Die Ursache und Begründung für diese kapazitive Kopplung liegt im eventuell unterschiedlichen Gleichspannungspegel der Oszillatoren.
> Wie lange dauert es bis der Quartzoszillator eines uC sauber läuft?
Von: Oliver Bartels, Oliver Betz, Uwe Hercksen, Rafael Deliano
Typischerweise kommt so ein uC Quarzoszillator bei z.B. 8 MHz in <1ms hoch, die Amplitude ist dann aber noch nicht völlig stabil.
Berechenbar ungefähr über die Güte Q der Gesamtschaltung als gespiegelte Exponentialfunktion:
A(t) = A0 (1- exp(- (omega t) / (2 Q) ) )
Das Omega ist wie gehabt 2 pi f_res, die Güte von einem Wald- und Wiesen-Quarz alleine liegt ca. bei 40000 bis 50000, das Loaded Q (Quarz mit Schaltung als Last) eher <10000 je nach Chip und Schaltung.
Keramikschwinger schwingen offensichtlich deutlich schneller an als ein Quarz.
Anderer Aspekt beim Einschalten des Gateoszillator ist die RC-Zeitkonstante (R parallel zum Quartz, C nach Masse) die erstmal auf VCC/2 hochgelaufen sein muß damit überhaupt was schwingt. Kleiner Kerko und 1 MOhm statt 10 MOhm ist schneller.
Der Colpitts-Oszillator eines 68HC912D60A ist so schlapp, daß er mehrere Millisekunden braucht. Aber der uC rennt schon bei kleinsten Amplituden los und stürzt dann gerne mal ab, wenn das Rauschen schneller war als der maximal mögliche Bustakt.
> Gibt es auch schlechte Microcontrollerfamilien?
Zumindest Motorola's 6803, dem ST62 von ST und Infineon's C166 sagt man das nach.
> Warum gibt es eigentlich keine Mikrocontroller mit ebenso hohen Taktfrequenzen
> wie richtige Prozessoren (Pentium & Co.)?
Weil die Entwickler von solchem Kleinkram wie Mikrocontrollern alles Deppen sind, noch heute auf dem Stand (von Intel & Co.) von 1985. Sicher wäre ein schnellerer uC teurer, aber sicher nicht so teuer wie ein Pentium. Eigentlich bietet sich ein uC geradezu an, um mit hoher Taktfrequenz zu arbeiten, schliesslich bleiben alle hochfrequenten Leitungen auf dem Chip und müssen nicht herausgeführt werden. Intel baut auch kleine Gigahertz-uC um ihre Fertigungstechnik zu testen, verkauft sie aber nie. Die leistungsfähigsten sind die DSPs: Analog Blackfin (600MHz), TI C55X (500MHz), Intel XScale/ARM (400MHz), Toshiba TMPR495x (400MHz) aber es gibt nichts schnelles kleines, selbst ein XMOS XCore (32 cores, 125MHz) ist BGA.
Ebenso gibt es praktisch keine uC mit ausreichend RAM, weil die Hersteller es schon seit zig Jahren nicht in den Griff bekommen, dynamisches RAM und Flash-EEPROM auf denselben Chip zu packen, und zu geizig sind, ausreichend viele statische RAM Zellen dazuzulayouten. Der Philips LPC2106 hat zum 60MHz ARM7 wenigstens 128kFlash und 64kRAM und 32 I/O-Pins, leider hat sich Philips bei seiner XA-Architektur als nicht besonders zuverlässig herausgestellt.
Klassisch sind Marketing-Aussagen wie solche von Siemens (heute Infineon): Keiner brauche angeblich uC mit Flash, sagten die, es wäre total unsinnig und daher würde Siemens auch keine herstellen. Bis zu dem Tage, als auch Siemens Flash produzieren konnte (weil die Technologie teuer von ST eingekauft wurde, die Fertigung dort hin ausgelagert wurde). Seit dem ist Flash plötzlich die beste Erfindung seit dem Rad.
> Was ist ein DSP?
Ein Digitaler Signal Prozessor, das ist ein Microprozessor der möglichst schnell gewisse mathematische Operationen (vor allem Fouriertransformationen) ausführen kann. Früher gab es einzelne Prozessoren, heute eher 'Controller' bei denen Peripherie mit integriert ist, die in bestimmten Anwendungen, wie Handys, benötigt wird. Billige Evaluationboards bei http://www.ti.com/, nette Prozessoren bei http://www.mot.com/ (siehe auch F.30.1. Audioeffektgeräte).
Eventuell hat jemand hierfür eine Anwendung (Boards mit bis 100MHz per FPGA realisiertem uC mit fast 1MB Flash/RAM, viel Peripherie und C-Compiler):
Ähnlich dem Propeller gibt es für Inmos Transputer-Fans von XMOS einen concurrent optimierten Prozessor mit eigener Programmiersprache namens XC:
Kein Chip ist wirklich sicher, viele werden für 300 US$ in China ausgelesen:
Die AVRs von http://www.atmel.com/ gehören derzeit wohl zu den interessantesten Microcontrollern für Hobbyanwendungen. Atmel bietet eine sehr umfangreiche Serie von Winzigchips (ATTiny) mit A/D-Wandler (ATtiny15) bis hin zum 128kByte fassenden ATMega103. Allerdings sind die älteren AVR's (AT90) sehr EMV empfindlich (der Chip selbst fängt sich die Störungen ein, also hilft auch bestes Leiterplattenlayout nicht), bei den neueren (ATTiny, ATMega) hat Atmel nachgebessert. Beim einigen ATMega8 sind AVCC und VCC intern fehlerhafterweise über einige Ohm verbunden, das ist in der Beispielschaltung mit 10uH/100nF kein Problem, kann aber ein Problem werden wenn man davon abweicht. Der AT90USB1287 hat schon eingebautes USB. Ein XMEGA A4U kann 12 bit bis zu Msps wandeln. Hier hast du ein bischen was zum AVR:
Leider sind verschiedene Versionen (4 und 5) so inkompatibel, daß gerade Anfämger Probleme haben, ältere Projekte auf neueren AVR Studios zu benutzen. Seit Version 4.19 erkennt AVR Studio ein installiertes WinAVR nicht mehr automatisch, sondern will den AVR Toolchain von Atmel sehen. Viele Treiber, z.B. vom USB AVR Lab, zicken unter 64 bit Windows rum. Insgesamt hat die Anfängerfreundlichkeit stark gelitten, was zu einem guten Teil auch auf von Microsoft in Win7 programmierte Inkompatibilitäten zurückzuführen ist. Nehmt Windows XP, damit funktionieren die meisten im Web stehenden Beschreibungen.
Aktuell weit verbreitet sind die auf AVRs basierenden Arduino Boards, die von der Aduino-Software über USB programmiert werden können, wenn man den zum Chip (FTDI, CH340) passenden Treiber installiert, was die Arduino-Software nicht von alleine richtig macht. Der AVR hat alle I/O herausgeführt und ist betriebsbereit. Die Software ist aber einfach, Debuggen kann man beispielsweise nicht. Das Atmel-Studio behauptet, auch Arduino-Sketche erstellen zu können, ist aber hakelig (z.B. muss man die benötigten Libraries auswählen). Programme schreiben kannst du auch in C mit z.B. AVR-Studio. Das übertragen der Programme (*.hex) geht dann einfach über USB mit dem XLoader http://xloader.russemotto.com/ Da ist dann kein zusätzlicher Programmer notwendig.
Arduinos haben eine Bootlaoder der direkt mit USB spricht. Leider ladt die Installation ab Vista den Treiber nicht mehr selbsttätig sondern belässt ein Unbekanntes Geräts im Gerätemanager
1. Start (Windowssymbol) 2. Systemsteuerung 3. System und Sicherheit und dann auf Gerätemanager 4. Rechtsklick auf das Unbekannte Gerät und auf Treiber aktualisieren(installieren) 5. Auf dem Computer nach Treibersoftware suchen 6. Aus einer Liste von Gerätetreibern auf dem Computer auswählen 7. Datenträger... (Button unten rechts) 8. Durchsuchen und zum Treiber navigieren (arduino-1.0.1-windows\arduino-1.0.1\drivers) 9. Fertig
Arduinos kann man recht einfach in "nacktem" C programmieren. Dabei muß man noch nicht mal auf den Komfort der Arduino-Umgebung verzichten (Komfort wie: Bootloader-Unterstützung, semiautomatische Konfiguration anhand der Board-bezeichnung etc.). Für Linux gibt es dafür das Package "arduino-mk". Dann kann man mit einem sehr simplen Makefile seine eigenen Programme für jedes Arduino-Board übersetzen lassen.
Z.B. für das Blink-Demo und Arduino nano sieht das so aus:
/*
* blink.c - blink LED @ PB5=D13 with 1Hz
* for ATmega328 (i.e. Arduino nano)
*/
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
void init_io(void)
{
// 1 = output, 0 = input
DDRB = 0b00100000; // PB5=D13 is output
DDRC = 0; // inputs
DDRD = 0; // inputs
// turn on pullups on all inputs
PORTB = 0b11011111;
PORTC = 0xFF;
PORTD = 0xFF;
}
int main(void)
{
init_io();
while (1)
{
PORTB |= 0b00100000;
_delay_ms(100);
PORTB &= ~(0b00100000);
_delay_ms(900);
}
return 0;
}
und hier noch das Makefile:
# MakefileZum compilieren einfach "make" und zum Upload mittels Bootloader dann "make upload"# build a naked project NO_CORE = Yes BOARD_TAG = nano328 MCU = atmega328p HEX_MAXIMUM_SIZE = 30720 F_CPU = 16000000L
# upload via arduino bootloader AVRDUDE_ARD_PROGRAMMER = arduino AVRDUDE_ARD_BAUDRATE = 57600 include /usr/share/arduino/Arduino.mk
Seit 64 bit Windows funktionieren die meisten Parallelport-Programmer nicht mehr, und mit USB→RS232 Adaptern funktionieren die seriellen bit bang Programmer meistens nicht. Eine Lösung unter Win7-64 mit dem Pollin AVR 2.0.1 Board (PonySer kompatibel) ist AVRDude aus WinAVR\bin über eine echte serielle Schnittstelle. Um filename.hex über COM1 in einen ATmega8 (m8) zu bekommen und mit internem 1MHz RC-Oszillator laufen zu lassen reicht das Kommando:
Hat man den AVR mit einem 32kHz Uhrenquartz ausgestattet oder intern den Vorteiler clock_prescale_set(clock_div_256) langsam gestellt, muss auch avrdude langsamer gestellt werden mit der Option -B 200
Ein USB-zu-SPI-Kabel mit FTDI C232HM funktioniert mit einer alten Version von avrdude: <dhcaubFg1v4U1@mid.individual.net>
Andere fuses lassen sich bestimmen mit
und richtig, du kannst sie alle mit einem selbstgebastelten Kabel (5 Leitungen) vom Parallelport des PC aus programmieren. Software brauchst du nicht selber zu schreiben, PonyProg, AVR.EXE und andere gibt's gratis. Wenn du mit einem STK200 Kabel den ATmega mit Atmel's Software programmieren willst, und eine Meldung bekommst, das du das 'Value added pack dongle' brauchst, löte einen Draht von Pin 2 zu Pin 12 des Druckerports, damit die Software dein Kabel als STK200+ Kabel akzeptiert. Achtung: Bei einigen ATmega sind die Pins MISO, MOSI für die ISP-Programmierung nicht identisch mit der Pinbelegung am Anfang des Datenblattes ! Auf jeden Fall unter Serial Downloading im Datenblatt nachsehen welche Pins für die ISP-Programmierung verwendet werden. Unter Linux tut's uisp am AN910-Programmer.
> ich habe die AVR´s bisher immer in Assembler programmiert, möchte jetzt
> aber lieber in C weitermachen. Dazu habe ich mich schon im Netz umgeschaut,
> aber eigentlich hat mir nur das Programm von Imagecraft richtig gut gefallen,
> naja bis auf den Preis halt :) Gibt es denn keine vergleichbare Software
> die (kostenlos)/preiswerter ist?
Von: Andreas Schwarz 22.3.2001
Der meiner Meinung nach beste freie C-Compiler für die AVRs ist AVR-GCC. Er kann von der Leistungsfähigkeit her mit anderen Compilern locker mithalten, sogar C++-Programme sind möglich, was man bei anderen Herstellern erst ab ein paar Tausend EUR bekommt (wobei man den Sinn von C++ auf 8 bit-uC allerdings in Frage stellen kann...). Hier ein paar Links zu AVR-GCC:
Andere kostenlose Compiler:
> Was ist der Unterschied zwischen dem AT90S1200 und dem AT90S1200A?
Beim A-Typ ist der RC-Oszillator statt dem Quartzoszillator voreingestellt. Das ist nützlich, wenn man den Atmel seriell programmiert, da man dabei nicht die Oszillatorart verstellen kann. Allerdings sollte man anstelle des AT90S1200 sowieso lieber den AT90S2313 kaufen, da ist mehr drin zu fast demselben Preis. Dann hat man das Oszillator-Umschaltungsproblem nämlich nicht.
Der AT90S1200 hat auch noch einen anderen unangenehmen Effekt: Er lässt sich nur beim Einschalten durch RESET auf low in den Programmiermodus schalten, ein erneutes Einschalten des Programmiermodus ist ohne Abklemmen der Versorgungsspannung nicht möglich. Da der Programmieralgorithmus auch noch unterschiedlich zu den anderen AVRs ist, kann man anhand der ID auch nicht herausfinden, um welchen uC es geht. Aber avrdude beherrscht den 1200er.
> Das Problem ist, dass uisp den Prozessor mal erkennt (eher selten) und mal
> nicht.
> Wie muss ich beim AVR die Fuses beim Programmieren richtig setzen?
Von: Gnoomy
Hat sich gerade erledigt, ich hab mal so probeweise einen 100nF Kondensator zwischen VCC und GND gehängt und jetzt tuts.
> woran könnte es liegen, das der interne RC-Oszillator vom AT90S2343
> nach dem Anlegen der Betriebsspannung nicht anschwingt?
Von: Christoph Brudy
Ich hab' hier ein Errata Sheet zum AT90S2343, dort steht ungefähr folgendes: "Wenn VCC beim Einschalten kurzzeitig negativ wird, kann es sein, dass das RCEN-Bit irrtümlich als nicht gesetzt angesehen wird". Ansonsten scheint der AT90S2343 auch gegen zu langsames Ansteigen der Betriebsspannung allergisch zu sein. So wie bei den ATmega161 errata: "At certain frequencies and voltages ... may fail." Auf deutsch: "Wir haben keine Ahnung, was wir da verramscht haben, aber manchmal geht es halt doch" ;-(
> Kann man den Flash Code auf einen bestimmten AVR funktionseinschränken?
Viele AVR besitzen einen RC Oszillator mit einem nicht veränderbaren RC calibration Wert. Diesen Wert kann die Software lesen und mit einem festen Wert vergleichen oder als Decryption-Key verwenden. Damit ist das flash-Image nicht für jedes Exemplar des AVR brauchbar, weil andere AVR andere calibration Werte von Atmel einprogrammiert bekamen.
> AVR ALE tot?
Von: Jesper Hansen
Die Latch-Pulse auf ALE sind SEHR kurz, ca. 30ns bei 8MHz. Zugriffe auf internes SRAM erzeugen ebenfalls 1-20ns kurze Pulse auf ALE (siehe Seite 53 "Interface to External SRAM" und die Abbildungen 43 und 44 im AT90S8515 Datenblatt). Der 74HC573 und ähnliche Latches sind kritisch, manche funktionieren und andere nicht. Ein 100pF Kondensator zwischen Enable und GND kann helfen.
Von: Jan-Hinnerk Reichert
Das externe RAM-Interface des AT90S8515 hat einige Merkwürdigkeiten.
Zunächst ist die RD-Pulsweite sehr viel kleiner als die WR-Pulsweite. Hier kann das Einschalten von Waitstates Abhilfe schaffen.
Das weitaus größere Problem ist aber, daß es beim Schreibzugriff keine garantierte Dataholdtime gibt, d.h. der Datenbus wird gleichzeitig mit /WR zurückgesetzt. Viele Peripherie-Chips brauchen aber die Daten noch einige ns. Oft bewegt sich das ganze im Grenzbereich, so daß das Schreiben manchmal oder fast immer funktioniert. Auch unscheinbare Änderungen in der Schaltung können so plötzlich zu Fehlern führen (geringfügige Verzögerung von Signalen durch parazitäre C). Waitstates können hier *keine* Abhilfe schaffen!
Ich habe in einem Fall durch Längswiderstände (150 Ohm) auf dem Datenbus, eine ausreichende Verzögerung erreichen können. Möchte das aber nicht unbedingt weiterempfehlen, da sich die Verzögerung eines RC-Glieds mit unbestimmtem C schlecht ausrechnen läßt ;-)
IMHO sollte man für Projekte mit externem RAM, den ATmega161 (bzw. den Nachfolger ATmega162). Der ATmega161 hat ein deutlich überarbeitetes SRAM-Interface und auch sonst ein paar nette Features mehr (BOR und Bootloader sollen fehlerhaft sein)
> Gibt es AVRs für niedrige Betriebsspannung so wie die PIC16Lxxx?
ATTiny43U ab 0,7V, ATtiny12V, ATtiny28V ab 1,8V, die L-Typen laufen ab 2.7V, und Silabs hat C8051F90..93 die ab 0.9V per internen DC/DC-Wandler laufen, OKI ML610Q läuft ab 1.1V aber 0.5uA in Halt, Texas Instruments MSP430L092 von 0.9V bis 1.65V aber 3uA in Halt. Holtek: HT6xF0xM (int. DC/DC) Semtech: XE8801/02/05 selber Core wie die von EM Micro, AT32UC3 als imo bessere Alternative zu den STM32L. Für höhere zu schaltende Spannung (VFD schalten) gibt es den HT48R065V.
> Passende RESET-Controller?
MC34064-5 (4.6V), TL7757 (4.55V), MC34164-xx (4.3V,2.7V), TS831-5 (4.33V), KA75330 (3.3V Fairchild TO92) MC33464-xxATZ (0.9V, 2.0V, 2.7V, 3.0V, 4.5V), ICL7665(A/B), MN138x1 (2-4.9V), MAX809/917/918/637x/6806, TL7702/7705, S1009N46 (270nA, sii-ic.com)
> Werden ICs auch mal schlechter?
http://img.digikey.com/Retractions/WC154601%20-%20PCN-12-23-2015.pdf
So bald man sich per WiFi mit dem Internet verbinden will, eignet sich der ESP8266 sehr gut, er beesteht aus einem Microprozessor mit eingebautem WLAN Modul und es gibt viele vorgefertigte Module, aber die wenigsten haben CE konforme R&TTE Prüfdokumente
Genau so einfach programmierbar wie die Arduinos, reicht die geringe Rechenleistung und Anschlussanzahl doch für viele Projekte aus, und der Strombedarf ist in Modulen ohne LED und Spannungsregler bis auf 10uA absenkbar im deep sleep, allerdings verträgt so ein Modul nicht den Spannungsbereich einer LiIon Zelle von 2.5 bis 4.2V sondern nur 3.0 bis 3.3V.
Von: MaWin 17.7.2000
Die PICs von http://www.microchip.com/ sind vor den Atmels erschienen und werden daher oft genannt. Allerdings sind nur die F Modelle (PICxxFxxx) elektrisch reprogrammierbar und damit basteltauglich. Die C Modelle (PICxxCxxx) sind im Plastikgehäuse nur ein mal programmierbar (OTP) und nur im teuren JW Gehäuse mit Quartzfenster mit UV-Licht löschbar (siehe F.7.5.) zum erneuten programmieren. Microchip hat sehr gute Application Notes, auch für Atmel Benutzer lesenswert, und die A/D-Wandler sind schneller, die Zähler lassen sich (zumindest beim PIC16F628) mit bis zu 50MHz takten während sie beim AVR nur bis 1/4 der CPU (Timer2) bzw. fclk_IO (andere) zählen. Dafür ist die Architektur (W-Register und die Aufteilung des RAMs in mehrere 'banks') grausam. Sie wurde 1975 von General Instruments als 'Peripherial Input Controller' entworfen, ist also sogar älter als der 8051, und man merkt das.
Diese Links führen dich erstmal weiter, allerdings machen viele der primitiven Programmierschaltungen Probleme, weil sie nicht auf deinem Rechner laufen, nicht deinen PIC programmieren, irgendwelche Bits falsch setzen, gar die erste Stelle des EEPROM zerstören, Fehlermeldungen liefern obwohl keine Fehler aufgetreten sind, etc. pp. Leider habe ich keinen Link auf einen frei erhältlichen Programmer, der auch unter Windows NT, auch auf 2GHz-Prozessoren, auch mit dem PIC16F84A, etc. zuverlässig läuft.
Microchips eigener Programmer PICStart+ bis Version -R4 muss zum Brennen neuerer PICs geupdatet werden, wozu man erst einen teuren PIC17C44JW-25 kaufen muss und zwingend MPLAB IDE V5.7.x statt V6 benötigt. Ganz neue PICs sind damit dennoch nicht programmierbar. Bei Version -R5 bis -R19 braucht man einen PIC18F6720, den man aber noch nirgends bekommt, und benötigt MPLAB IDE ab v6.40 . Erst ab Version -R20 ist der updatefähige PIC18F6720 schon drin.
Ähnlich dem Arduino gibt es den Pinguino für PICs mit Programmierbarkeit über USB und ähnlicher C Sprache. http://www.pinguino.cc/
Michochip hat inzwischen viele zueinander inkompatible Serien, bis hin zu DSP digital signal prozessoren wie dsPIC33MC502, deren Entwicklungsumgebung aber nervig ist und der Debugger schnarchlangsam, dafür haben sie gute Timer, was z.B. 3-Phasen Umrichter programmierbar macht.
Das Problem der 13V in-circuit-Programmierspannung bei den 16F84 ist mit der 16F87x-Reihe beseitigt, die von der Austattung her den 17ern ähnlich sind.
> Kann man den in alten Bauanleitungen angegebenen PIC16C84 durch den
> PIC16F84 ersetzen?
Im Prinzip ja. Der 16F84 hat doppelt so viel RAM (daher geht's umgekehrt nicht immer) und man muss das ConfigBit PWRTE invertiert programmieren (das kann man aber an Programmiersoftware, die nur den 16C84 kennt, meist einstellen). Im Datenblatt zum PIC16F84A 35007a.pdf gibt es ein ganzes Kapitel mit den Unterschieden der Prozessoren.
> Lässt sich ein PIC16F84A mit Programmern für den PIC16F84 brennen?
Im Prinzip ja. Allerdings will der A-Typ recht genau 13V an MCLR als Schaltspannung sehen, viele Primitivprogrammierschaltungen verwenden dort nur 9V. Also mal nachmessen. Siehe auch DS30189D.PDF von Microchip.
> Warum läuft mein PIC16C711 nicht mit dem Quartz, der am PIC16C71 geht?
Es scheint Typen zu geben, deren Vorwärtsleitwert < 100uS statt 450uS ist.
> Warum funktioniert PortA von meinem PIC16F628 nicht wie vorgesehen?
Es scheint Probleme mit diesem Chip und TRISA zu geben, das sich von selbst verstellt, siehe d.s.e Message-ID 3F17CA22.8060202@alpha.pl
> Warum funktioniert mein PIC16F648A beim EEPROM-Programmieren nicht?
Siehe Errata 80151e.pdf "Unexpected program execution may occur during data EEPROM write cycles" in PIC16F648A Silicon revision A1.
> Warum kann ich aus meinem PIC16C5..JW auch nach dem Löschen nur
> Nullen auskesen?
Alle CP0 und CP1 protection bits auf 1 gesetzt?
Von unglaublich vielen Herstellern
werden uC hergestellt, deren Kern (und damit Assemblersprache) kompatibel zum alten 8051er von http://www.intel.com/ ist, so dass sich viele Leute schon mit der Architektur auskennen und viele Beispiele existieren.
Schon http://www.atmel.com/ hat eine ganze Palette vom kleinen AT89C2051 über AT89C51/53, der auch mit externem Speicher erweitert werden kann, und den T89C51CC01 von Atmel/Temic mit 32k Flash, 2k EEPROM, 8*10bit 4, CAN Bus (der T89C51RD2 vergisst jedoch ohne Reset-Controller manchmal den Inhalt des Programmspeichers) bis 66 MHz. Bis 300 GradC arbeiten HT83C51 im Keramikgehäuse von https://aerospace.honeywell.com/en/products/navigation-and-sensors/high-temperature-microelectronics (dazu Bauteile von http://www.cissoid.com/ ) und einiges bis 220 GradC von Texas Instruments 8-fach 24-Bit ADC http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ads1278-ht.pdf Spannungsreferenz http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ref5025-ht.pdf 3.5W Schaltregler-Spannungswandler Cissoid Fuji von -55 bis +225 GradC, C28xE DSP http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sm320f2812-ht.pdf , bis 200 GradC der JFET-OpAmp I-6H001 und I-6H005 12bit A/D von Interfet, ARM7TDMI mit 60 MHz http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sm470r1b1m-ht.pdf auch der digitale Temperatursensor LM95172, und bis 12V auch an den Eingängen/Ausgängen arbeiten Micronas HVC22xyA HVC24xyA und Infineon TLE7810G. Linear Technologies hat X Grade ICs bis 200 GradC, LT8610AX, LT582X, LT581X, LT580X, LT1007X. Atmel ATmega/ATtiny GradeO geht bis 150 GradC, Grade 1 bis 125 GradC, Grade2 bis 105 GradC. DSPIC33FJxxxGPxxxA arbeitet bis 140 GradC mit eingeschränkten Leistungsdaten. Intersil liefert radiation hardened CMOS und viele Chips für 'harsh environment'.
Bauteile mit Space Rating von Texas Instruments:
https://www.silabs.com/ bietet 14-bit 1MSPS A/D oder 16*12bit A/D 4*12bit D/A, 64 I/O und 64k Flash+4k RAM oder den C8051F4 mit 100MHz, http://www.analog.com/ hat den ADUC824/834 mit 24bit A/D, 3 x 16 bit A/D, 12 bit D/A, PWM und 62k Flash, 4k EEPROM, 2k RAM und http://www.infineon.de/ (Siemens) hat den (veralteten) 80C537 und C5xx, und http://www.dalsemi.com/ (Maxim) den 33MHz schnellen DS87C550, Tezzaron den TSCR8051L bis 200MHz, und http://www.ti.com/ den TUSB3210 mit USB Interface (miese Doku, kein Herstellersupport), Cypress EZ-USB (bessere Doku) oder den MSC1210 mit 32k Flash (partitionierbar für Daten und Programm), 1k RAM, 24 Bit ADC mit PGA und 2 UARTs. Der Philips P89LPC932 hat wohl noch reihenweise Maskenfehler.
Auf den ersten Blick ein Nachteil der 8051 sind die I/O-Pins, die immer als Eingang mit pull up geschaltet sind und nur gegen Masse gezogen werden um ein LOW auszugeben. Damit funktioniert
LED
uC --R--|>|-- GND
und
+12V
|
Last
|
uC --1k--|< NPN
|E
GND
nicht, und die oft gesehene Variante
+------+
| |
+5V --1k--+ Last | +
| | 12V
uC -------+--|< NPN | -
|E |
GND ----------+------+
hat nicht nur den Nachteil, daß sie dauernd 5mA zieht, sondern auch, daß die
Last eingeschaltet ist bis der uC nach dem RESET den Ausgang auf LOW zieht.
Aber es gibt Lösungen
uC --R--|<|-- +5Voder
+5V ------+------+
|E |
uC --1k--|< PNP | +
| 12V
Last | -
| |
+------+
sogar mit weniger Bauteilaufwand, da der pull up der den PNP ausschaltet,
schon eingebaut ist. Statt PNP natürlich ist auch ein LogicLevel P-MOSFET
möglich. Sogar ein (auch snubberless, aber je nach 8051 Modell < 20mA IG
oder mehrere Ausgänge parallel) TRIAC an 230V~ statt 12V=.
+5V ---------+--------+
| | (ggf. VDR mit Thermosicherung und Snubber
| o und Feinsicherung wenn nötig)
TRIAC 230V~
/| o
uC --220R--´ | |
+--Last--+
Beim 87C51 - einem 8051-Derivat mit Bus für externen ROM/RAM - kann man
Code aus dem RAM ausführen, in dem man PS (Programmstrobe) mit RD verknüpft.
Zum simplen Programmieren von AT89C2051/4051 gibt es BlowIt und Prog2051, wenn man noch einen PC mit richtigem seriellen RS232 oder parallelem LPT Port hat.
Die grösseren AT89C sind nur parallel so wie Intel's 8751 zu programmieren. Die AT89S hingegen (bis auf 8253) lassen sich besonders einfach mit AVR ISP V2.65 über 5 Leitungen vom Parallelport eines PC programmieren, aber: "Experiments using AT89S devices have shown that if the user code writes to any of the ISP I/O pins (MOSI, MISO, SCK) within approximately 500ms of the user code coming out of RESET condition, any subsequent serial programming operation fails. The problem is then that the only way to re-program the device successfully is to physically remove it from the target board and erase it in a parallel programmer. Make sure that the user code does not access any of the ISP I/O pins within 500ms of coming out of RESET condition"
Man braucht einen anderen Adapter, um mit der Atmel "ISP89 Software" zu programmieren. Damit kann man dann den AT89S8253, sowie auch die neuen kleinen MCs AT89S4051 und AT89S2051 und weitere Typen der 89S / 89LS / 89LP -Serie programmieren. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/isp_C_v5.PDF Dabei handelt es sich um einen JTAG-Adapter. Man braucht nur die Signale neu zuzuordnen. TCK=SCK TDO=MISO TMS=RST TDI=MOSI (An manchen LPT-Ports könnte es mit den 100R-Serien-Widerständen Probleme geben, dann ggf. auf 47R verringern.) Hier ein Bsp. für vereinfachten Adapter und Anschaltung: http://www.fi.uba.ar/materias/6609/docs/NotasISP.pdf Der Adapter lässt sich noch stark abrüsten, entspricht im wesentlichen dem gängigen AVR ISP-Adapter, nur mit anderer Belegung der Steckverbinder. Bei den T89C von Atmel erfolgt die Programmierung über die serielle Schnittstelle, ebenso wie bei vielen von Philips. https://www.silabs.com/ verkauft $99 billige Development Toolkits. Die anderen genannten Chips erfordern meist eine aufwändigere Programmierschaltung. GnuC gibt es leider nicht, aber Keil und SDCC.
> Mein AT89S8252 lässt sich seriell (z.B. mit PonyProg) nicht programmieren.
> Er reagiert gar nicht und liefert immer 0xFF. Andere AT89S8252 gehen.
> Nein, mein Rechner ist nicht zu schnell für PonyProg.
Siehe http://www.atmel.com/atmel/acrobat/doc1486.pdf (89S ISP errata)
> Mein AT89S8252 liefert beim Programmieren immer 0x00, 0x01, 0x02, .. 0xFF, 0x00, 0x01, ...
> d.h. nur eine solche 'Programmdatei' lässt sich ohne Fehlermeldung brennen.
Dann sind die Lock-Bits (durch einen Programmierversuch mit fehlerhaftem Timing? Durch Spannungsversorgungsprobleme?) gesetzt. Lösche den ganzen Chip.
> Gibt's einen billigen einfachen Reset-Controller für den active high Reset der
> 8051er, damit das interne EEPROM nicht versehentlich überschrieben wird?
DS1833 (TO92), LM810/MAX810 (SOT23), TS836, ICL7665, TL7705 (DIL8)
Atmel hat dazu auch eine Application Note: "External Brown-out Protection for C51 Microcontrollers with Active High Reset Input"
Von: Dieter Petz
Der Keil C51 Compiler in der Version 4.01 ist bestens bekannt mit Falschmeldungen´ jeder Art. Danach die Fehler zu suchen ist meist Zeitverschwendung, Syntaxfehler werden meist nicht erkannt und die 'lustigsten' Fehlermeldungen produziert.
Verschiedene C-Compiler verlangen nach unterschiedlicher Syntax, z.B. bei der Definiton von Interrupt-Routinen:
sdcc: void service_routine(void) interrupt 0 { } Keil: void interrupt 0 service_runtime(void) { }
Braucht man mehr Rechenleistung, bieten sich die weit verbreiteten 32 bit Microcontroller auf Basis des ARM Core an
Der ARM ist enthalten in XScale von Intel, StrongARM von DEC, PXA270, LPC2000 von NXP, AT91 von Atmel, Cortex von ST und vielen anderen. Da die meisten für PDAs konstruiert wurden enthalten sie oft einen integrierten LCD-Controller und sind interessant wenn größere LCDs anzuschliessen sind. NXP LPC4370 bietet 12 bit A/D mit 80msps, der Prozessor arbeitet mit 204MHz. Leider ist die CPU schlecht dokumentiert. Hier ist wohl das Basisdokument:
Es gibt den extrem sparsamen 8uW EtaCore M3, der bei Versorgungsspannungen von 0.25V bis 1.2V spannungsabhängig schnell arbeitet. Und wenn jemand selber mit dem STM8 spielen will: bei ebay gibt es den STM8S103F3 auf Adapterplatine für 1,-. Dazu braucht man einen ST-Link, ebenfalls bei ebay für 4,-. Toolchain SDCC 3.5.0 oder neuer. Für lau (und nur für Windows) gibts den Compiler von Cosmic mit Codegrößenbeschränkung. Ebenfalls nett ist das STM8L-Discovery von ST.
Von: MaWin 17.7.2000
Die Bauvorschläge sind meist nur für wenige Typen geeignet, und halten sich nicht 100% an die Herstellervorschriften. Wer sich was fertiges leisten will, der ist mit dem GALEP gut bedient (beherrscht erst ab Version 4 auch 3.3V Chips) aber der ist nicht von den Chipherstellern zertifiziert. Wenn man sich bei denen wegen nicht-programmierbarer Bausteine beschweren will (und bei hohen Stückzahlen will man das), kommt also nur ein noch teureres Gerät in Frage, z.B. von DataIO.
Kommerzielle Universalprogrammiergeräte enthalten meist hunderte von Transistoren um die Universal Pin Driver zu realisieren oder Spezial-ICs die Edge (http://www.semtech.com/) für Fertigungstestanlagen herstellt. Viel zu teuer oder aufwändig zum Selbstbau. Da man als Hobbyist aber sowieso nur wenige Chiptypen verwenden wird, und diese in grösserem zeitlichen Abstand, kann man es sich einfach machen, wenn man GND, VCC und VPP umsteckt. Alle (40) Pins kommen über ein Kabeljumperpatchfeld oder ein dickes vorverdrahtetes 84 pin Steckermodul an normale I/O eines Microcontrollers, der TTL kompatibel ist und zumindest bis 6.5V VCC toleriert, wie AT89S8252 und AT90S8515 und es werden nur die obigen Anschlüsse direkt mit per D/A-Wandler (TLC7528) einstellbaren Spannungsquellen verbunden. Macht 5 Chips (2*AT90S8515, TLC7528, MAX232, LM358) tutto completti.
Da Microsofts Firmenpolitik darin besteht, alle Programme auszugrenzen, die nicht von Microsoft stammen, in dem zunehmend mehr Einschränkungen in den moderneren Betriebssystemen eingebaut werden, so daß die Programme von teilweise längst nicht mehr existierenden Fremdanbietern nicht mehr funktionieren, muss man beispielsweise ispLSI Chips statt mit Direktanschluss am Parallelport nun mit teurem ispVM programmieren.
Bauvorschläge:
GAL Programmiergeräte zum Selbstbau findet man unter
GALs brauchen auf Grund ihrer internen Struktur (Analogtechnik) unglaublich viel Strom und reagieren sehr empfindlich auf Latch-Up, also wenn die Spannung an einem Eingang mal höher ist als die Versorgungsspannung ist (das passiert z.B. wenn man im Betrieb mal einen entladenen 100nF Kondensator über die Versorgungsspannungsanschlüsse klemmt oder aus Versehen die Versorgungsspannung kurzschliesst und Kondensatoren an irgendwelchen Eingängen hängen) und zu viel Strom von den Eingängen über die Eingangsschutzdioden zum Versorgungsspannungsanschluss fliesst. Dann zündet intern ein Thyristor, schliesst VCC und GND kurz und das GAL stirbt an zu hoher Kurzschlussstromaufnahme. Wenn man Glück hat, ist es nachher 'nur' gelöscht (inklusive der PES). Viele GAL Anwender schwören auf eine externe zusätzliche Diode vom EDIT-Eingang (Pin 2, Anode) nach VCC um versehentliches Umschalten in den Programmiermodus zu verhindern.
Kommerziell:
Atmels FPSLIC (also AVR und FPGA in einem Gehäuse, leider externes EEPROM notwendig weil kein Flash drin ist) sind trotz 'Evaluation Kit' für Bastler ungeeignet, da die donglegeschützte IAR Software >500 Euro pro Jahr kostet. Grössere Stückzahlen bekommen eh nur gute Atmel-Kunden, also sind sie auch für Firmen uninteressant. ST fängt auch gerade an, einen uC mit (schlappen) 16 Makrozellen zu erweitern.
Wer nicht unbedingt 5V-Teile braucht, sondern mit 3.3V oder 2.5V auskommt, findet bei Lattice kostengünstige ispMACH M4A CPLDs, erhältlich bei Reichelt und Kessler.
APEX20K FPGAs erfordern (entgegen ihrem Datenblatt), das VINT erst mit oder nach VIO angelegt wird (also Schaltregler für VINT an VIO hängen), sonst gehen sie in Latch Up.
Analoge FPAAs konnten sich bisher nicht durchsetzen
allerdings gibt es den EPAD, einen über floating gate programmierbaren Einzel-MOSFET wie ALD1110.
Von: jetmarc
Ich finde, das wichtigste beim VHDL lernen ist, nicht die ganze Sprache zu lernen. Es gibt so viele Konstrukte die sich hinterher gar nicht synthetisieren lassen. Ich nenne das "akademisches VHDL". Die Fachbücher sind voll davon, und man kann daraus niemals funktionierende Chips machen.
Sehr leicht entstehen aus übersehenen Kombinatonen (IF) Gleichungen vom Generator erzeugte ungewollte Latch-Register.
Und wenn man VHDL Code übernehmen will, fangen die Probleme beim klassischen Reset-Fall (asynchron in Architektur A, synchron in B) und Default-Werten an und endet bei Tools, die schlicht "generate"-Konstrukte nicht sauber unterstützen.
Stattdessen sollte man sich auf einen einfachen Grundnenner beschränken. Den findet man am besten in den Help-Dateien des Synthesizers, und im Usenet (comp.lang.vhdl). Man braucht die Grundstruktur eines Registers, eines Latch, synchroner Reset, asynchroner Reset, kombinatorische Logik, Multiplexer, Tristate. Dazu noch elementare Dinge wie if/case und die Zusammenführung mehrerer Blöcke durch port/map. Das ist einfacher zu lernen als C, und funktioniert auch in der Praxis !
In den USA hat sich Verilog etabliert, also sind vermutlich alle komplexen Chips der aktuellen Zeit mit Verilog gebaut worden. Vergleicht man Verilog und VHDL fällt auf, daß Verilog pragmatisch ist und VHDL akademisch, VHDL erinnert an ALGOL oder ADA, Verilog verstellt den Blick auf die Inhalte nicht durch endloses Gequatsche und verquaste Regeln. Klingt danach, als ob man für erfolgreiche Chips besser Verilog lernt.
> und wenn es statt VHDL echte Chips sein sollen...
allerdings kostet ein 130nm Maskensatz so 400000 EUR, da wird man sich mit einem MPW (multi project wafer) Run begnügen müssen. Chip Masken Layouts kann man aber sogar mit InkScape erstellen:
Nachfertigung alter ICs:
> und wenn man Polymerelektronik Transistoren einfach selber drucken möchte
...dann kauft man bei http://www.hcstarck.de/ flüssiges organisches Clevios Halbleitermaterial von http://www.heraeus-clevios.com/en/home/clevios-homepage.aspx, füllt es in einen Epson Piezo-Tintendrucker mit iColor Tank (enthalten keinen Schwamm) wie z.B. C80/C82/C84, der fast alles verdruckt, auch Lebensmittelfarben, füllt in den anderen Tank gelöstes PVP als Isolatormaterial, und druckt los.
Und wem Halbleiter zu modern sind, der kann auch Röhren selber bauen. Dieses ist wohl die allerhöchste Kunst der Beschäftigung mit Elektronik.
Wenn es nicht um Programmieren, sondern ums Auslesen geht
Angeblich geht: GAL auslöten, in nen Prommer stecken, zuerst 16,5V Programmierspannung anlegen, dann erst 5V Versorgungsspannung anlegen, dann ignoriert der Chip die security fuse. Ab dann kannst Du mit den Programmier-Algos für GALs auch den Kram wieder auslesen. [Wiesel]
und es gibt einige kommerzielle Anbieter, die auch geschützte GALs und uC auslesen können:
Und wenn man einen alten Programmer unter Win7-64/Win8 noch nutzen will, geht das bei vorhandener Parallelschnittstelle so:
http://www.mikrocontroller.net/topic/330355
[Anleitung] DOS-Parallelport-EPROMer unter Windows 8.1 (x64) Von: Rufus?. Firefly 10.04.2014
Hier eine knappe Anleitung, wie man mit einem aktuellen Windows einen nicht aktuellen EPROM-Programmierer weiterverwenden kann, vorausgesetzt, der verwendete PC hat noch einen echten Parallelport. Das hier beschriebene habe ich mit einem "EPROP+" der Firma Taskit ausprobiert. DOS-basiertes EPROM-Programmiergerät für den Parallelport mit Windows 8.1 x64 verwenden Mit einer speziell angepassten Version von DOSBox und einem x64-Treiber für den direkten I/O-Zugriff ist es möglich, DOS-basierte EPROM- Programmiergeräte auch unter Windows 8.1 x64 zu verwenden.
Voraussetzungen: ----------------
Neben den naheliegenden Voraussetzungen (Programmiergerät, DOS-Software dafür, x64-PC mit echtem Parallelport und installiertem Windows 8.1) werden folgende Dateien mit signierten Treibern benötigt:
[1] DOSBox_Megabuild6-win32-installer.exe http://source.dosbox.com/mb6/DOSBox_Megabuild6-win... [2] dosbox.zip http://www.vogons.org/download/file.php?id=10111 [3] InpOutBinaries_1500.zip http://www.highrez.co.uk/scripts/download.asp?pack... [4] freetype-2.3.5-1-bin.zip http://gnuwin32.sourceforge.net/downlinks/freetype... [5] libpng-1.2.37-bin.zip http://downloads.sourceforge.net/gnuwin32/libpng-1... [6] freetype-2.3.5-1-dep.zip http://gnuwin32.sourceforge.net/downlinks/freetype...
Installation: -------------
1) Installationsprogramm [1] ausführen.
2) Im DOSBox-Installationsverzeichnis die Datei dosbox.exe durch die
3) Archiv [3] in ein temporäres Verzeichnis extrahieren und folgende
4) Folgende Dateien aus den Archiven [4], [5] und [6] extrahieren und in
5) DOSBox-Konfigurationsdatei anpassen
7) gegebenenfalls Anpassungen für verwendete DOS-Programmiersoftware machen
Fertig!
Von: MaWin 17.7.2000
EPROMs werden durch ein paar Minuten Bestrahlung mit UV-Licht der Wellenlänge 254nm gelöscht. Dazu tut's keine Schwarzlicht-, Bräunungs- oder Insektenkillerlampe oder UV-LED, sondern nur eine G4T5 oder TUV4, als Ersatzlampe für EPROM-Löscher von http://www.conrad.de/ 982270, http://www.reichelt.de/ und anderen für ca. 15 EUR zu haben (oder die ozonerzeugenden 185nm Lampen, aber die wird man auch kaufen müssen, und Ozon ist schädlich, das wäre dann also eher ein Fehlkauf):
Man muss diese Lampe in einen lichtdichten Kasten einbauen, da das Licht die Netzhaut schädigt (http://www.misty.com/~don/uvbulb.html). Man betreibt die Lampe in einer Fassung mit Drossel und Starter für 4 Watt Leuchtstoffröhren, oder an der Elektronik einer zerbrochenen 5 Watt Energiesparlampe. Lege die Chips in Leitschaumstoff ca. 1 cm bis 3 cm an die Lampe ran.
National Semiconductors schreibt: "The recommended integrated dose is 6Wsec/cm2 at a wavelength of 254nm." Und an anderer Stelle: "If the device appears erased after 8 minutes, continue exposure for a total of 24 minutes." Das gilt für uralte ebenso wie für aktuelle Chips.
Bevor ihr einen eigenen Zeitgeber baut: Schaut doch mal, ob ihr den nicht aus einer alten Mikrowelle/Grill ausschlachten könnt. Auch Treppenlichtautomaten gehen. Ansonsten gibt es fertige digitale Steckerschaltuhren mit Count-Down Timer für keine 10 EUR, meist aber nur im Minutentakt. Musst halt mal im Baumarkt suchen... Zum Selbstbau von Langzeittimern mit Zeiteinstellung per Poti ohne Displayanzeige eignet sich der CD4541 oder 74HC5555.
> Kann man EPROMs mit Röntgenstrahlen löschen?
Von: W.Riedel 9.5.2001
Habe ich doch: 1980er mit OTP-2708 in Kunststoffgehäuse. Quelle war ein Röntgenfluoreszenzspektrometer. Anodenspannung 40 kV. Strahlungsintensität unbekannt, aber ausreichend, um in einer roten PVC-Halterung nach einigen Versuchen eine gelbliche Verfärbung zu erzeugen. Mehrere kurze Löschzyklen mit anschliessendem Auslesen, sollten ausreichende Löschdauer bestimmen. Hat geklappt, lohnt sich aber nicht. Eines ist jedoch sicher: Einige Gepäckdurchleuchtungen können keine EPROMs löschen. (Wurde manchmal vermutet).
Es sieht so aus, als ob die meisten Chips mit Dosen zwischen 10kR und 100kR gelöscht werden, das dabei aber der Chip selbst so beschädigt wird, das z.B. die Stromaufnahme DRASTISCH ansteigt und der Datenerhalt nach Neuprogrammierung nicht mehr gewährleistet werden kann.
> Wie schliesse ich eine Festplatte / CD-ROM / DVD-ROM / CompactFlash
> an meinen Microcontroller an?
Im Prinzip: Direkt. Vorausgesetzt es sind genügend PortPins frei. Ein 16 bit uC macht die Arbeit einfacher. Unter den unendlich vielen MP3-Projekten wird auch eines mit deinem Controller sein. Schwieriger ist es, ein Projekt zu finden, was Daten auch schreiben kann (eh nur auf Festplatte/Flash), weil man dafür fast das ganze DOS nachbilden muss. Das passt kaum in 8k Programmspeicher :-(
> Wie schliesse ich ein Floppylaufwerk an einen Mikrocontroller an?
Nicht direkt :-( Die Floppy liefert Takt und Daten auf einer Leitung und es muss ein Datenseparator her. Dafür sind Mikrocontroller i.A. zu langsam, man braucht mindestens 16Msps Abtastrate. Aber es gibt kleine feine Single Chip Floppycontroller, gerade auf uralten PC Multifunktionskarten, wie Goldstar GM82C765, HMC HM83740, Winbond W82765, FDC9266, DP8473, die auf der einen Seite einen 8 bit Bus haben und auf der anderen direkt den Anschluss eines Floppylaufwerks erlauben. Und da man bei einem Mikrocontroller eh Treiber bräuchte, um die Floppylaufwerkanschlüsse mit ausreichend viel Strom bedienen zu können, sind es auf diese intelligente Art sogar weniger Bauteile.
Wie man den Controller bedient, steht im BIOS deines Rechners :-) Das komplizierte kommt erst noch: Man muss das DOS nachbasteln. Daher ein Tip, wenn man nur Daten schreiben will (z.B. 32k): Einfach mal eine Floppy auf dem PC so formatieren und beschreiben, dann (mit DEBUG) nachschauen was draufsteht, und vom uC nach dem Neuformatieren alle Sektoren, ausser den eigentlichen Datensektoren, ohne Verständnis des Inhalts schreiben lassen, wie sie auf der Beispiel-Floppy waren. Die Datei hat dann zwar immer dasselbe Datum (der uC weiss vermutlich eh nicht wie spät es ist), und Bad Sectors kann man nicht ausmappen (sondern muss eine solche Floppy mit Verifyfehler abweisen), aber was soll's...
Auf Grund der Unzuverlässigkeit von Floppys, die auf einem anderen Laufwerk beschrieben werden als sie formatiert wurden, sollte man die Floppy auch stets formatieren.
> Und wie schliesse ich einen USB-Memory-Stick, eine SD/MMC Karte an?
Das sind serielle Protokolle, bei denen man über die notwendige Hardwareunterstützung am uC verfügen sollte (USB, SPI) damit die Datenübertragung ausreichend schnell geht. Man findet Quellcode bei den passenden uC ebenfalls im MP3-Player Umfeld.
> Ich suche ein möglichst grosses seriell ansprechbares Flash-EEPROM
AT45Dxxx von http://www.atmel.com/, Geht bei 1 MBit los. gibt's bei http://www.ineltek.de/ (11,80 EUR P&V) und http://www.segor.de/ zu kaufen, und http://www.ssti.com/ bei http://www.endrich.com/ zu bekommen, und 512kBit gibt es bei http://www.st.com/ mit I2C
Und wenn das Flash nicht will: Für scharfe Flanken auf den Timing-kritischen Leitungen sorgen, und einen dicken Bypass-Kondensator (4u7 Ta) an VCC.
> Warum funktioniert mein serielles 93C46 EEPROM nicht?
Manche 93C46 haben einen Write-Protect-Pin, manche nicht. 93C46 gibt es mit 8-bit- sowie mit 16-bit-Organisation, manche Typen sind über einen Pin (ORG) auf 8- oder 16-bit konfigurierbar. 93C46 gibt es mit verschiedenen Versorgungsspannungs-Spezifikationen, nicht jeder läuft z.B. mit 3.3V, die meisten jedoch mit 5V. Die genau zu den Chips passenden Datenblätter wären da sicher hilfreich. Oder die Serie einfach meiden.
> serielles RAM:
> single bit non volatile state saver Memory wie Flip Flop
FM1105B, FM1106, FM1107, FM1110, FM1114 (RamTrom FERAM, alle nicht mehr produziert)
> Was ist der Unterschied zwischen Flash und einem EEPROM?
Beides sind EEPROMs, also elektrisch überschreibbare Festwertspeicher. Beim teureren EEPROM kann man einzelne Bytes ändern, bei den Flash-EEPROMs kann man nur ganze Seiten (eventuell den ganzen Chip) löschen, dafür sind sie pro Bit billiger und mit grösserer Kapazität erhältlich. Im Allgemeinen sind die nicht-Flash EEPROMs auch öfter überschreibbar, aber schau in's Datenblatt. Bei beiden gibt es Varianten, die eine extra Programmierspannung von meist 12V benötigen, und solche, die sich aus der 5V Betriebsspannung selber eine machen.
> Was ist der Unterschied zwischen NOR und NAND/AND Flash?
Der interne Aufbau. Der führt allerdings dazu, das bei NAND/AND-Flash nicht garantiert werden kann, das alle Bits richtig programmiert werden. Obwohl viele NAND/AND-Chips EEC (Error Correction) enthalten, verwendet man also besser NOR-Flash für Programmspeicher, und NAND eher für Audio oder solche Daten. Beim NOR-Flash hängen alle Speicherzellen nebeneinander an der Wortleitung (wired OR), beim NAND Flash ist jeweils nur ein Bit mit der Wortleitung verbunden, die anderen Bits dahinter, deswegen braucht NAND weniger Verdrahtungsfläche und bietet doppelt so viel Kapazität pro Fläche. NOR lässt sich schnell direkt adressiert auslesen (random access), bei NAND ist hingegen der sequentielle Zugriff schneller. Inzwischen speichert man 2 und sogar 4 bit in einer Flash-Speicherzelle.
> analog? digital?
Von: Joachim Wehlack, 3.9.05
Ein Signal ist digital, wenn eine abzählbare Menge von Signalzuständen definiert ist und analog, wenn die Menge von Signalzuständen nicht per Definition eingeschränkt ist. Wenn z.B. *alle* Werte zwischen 4 mA und 20 mA als gültig definiert sind, dann ist die Menge gültiger Werte unendlich groß. Es ist dann ein Analogsignal.
> Welche Analog→Digital und Digital→Analog Wandler sind denn für
> einfache Anwendungen zu empfehlen?
(und vor allem billig...) Einfache softwarebasierte A/D-Wandlung?
Bis 6 bit gehen selbstgebaute R-2R-Ketten aus 1% Metallfilmwiderständen an einem ordentlichen HC-MOS-Ausgang (nur der liefert 'fast' 0V und 'fast' 5V, vorausgesetzt man betrachtet die +5V als Referenz oder gewinnt sie aus einer Referenzspannungsquelle (LM336-5.0, bei LS-TTL sind die Spannungen zu ungenau), aber für mehr als 6 bit braucht man 0.1% Widerstände und die sind teurer als fertige Chips.
--+ Q0|--10k--+---------|+\ LMC6462 oder so an 12V oder mehr | 5k | >-+-- ergibt 0-10V Ausgang Q1|--10k--+ +-|-/ | | 5k | | Q2|--10k--+ +--10k-+ | 5k | Q3|--10k--+ | | 5k 10k Q4|--10k--+ | | 5k | (bitte exakt 5k, nicht 4k7, lieber 2*10k 1% parallel) Q5|--10k--+--10k--+-- Masse --+Analogausgänge gibt es bei uC fast nicht, weil die einen abweichenden Herstellungsprozess mit lasergetrimmten Dünnschichtwiderständen auf dem Chip benötigen würden. Man verwendet statt dessen schnell mit variablem prozentualen Tastverhältnis zwischen HI und LO wechselnde Digitalausgänge, sogenanntes PWM (pulse width modulation), für die die meisten uC Hardwarezähler besitzen, und bildet mit einem Filter den Mittelwert der Ausgangsspannung. Möchte man 8 bit auflösen, darf sich die Spannung an C pro Impuls nur um 20mV ändern. Sie wird sich aber auch nur in so winzigen Schritten an die Sollspannung annähern. Besteht der Impuls aus 256 Zeiteinheiten a 1 us, also 256us, und der C aus 1uF, darf R minimal 33kOhm betragen. Dadurch braucht der Ausgang 0.2 Sekunden, bis er sich auf 1/256tel (20mV) an die Sollspannung angenähert hat. Man versucht also eine hohe Frequenz, möglichst unterstützt durch PWM Hardware im uC, zu benutzen. Wird man zu schnell, verschlechtert die endliche Flankensteilheit des PWM-Ausgangs wieder das Ergebnis. Es kann sich auch lohnen, statt dem simplen RC-Filter einen mehrstufigen aktiven Filter mit besserer Sprungantwort zu verwenden, z.B. einen 4 poligen Bessel. Damit die Ausgangsspannung halbwegs genau wird, sollte der PWM-Ausgang symmetrisch sein. Ausgänge eines uC der 8051 Familie sind nicht so gut, weil sie nicht auf gleiche Art nach Masse und +5V verbinden. Es kann sich lohnen, einen 74HCxx als Puffer zu verwenden den man mit einer genauen Referenzspannung versorgt, z.B. aus einem LM336-5, damit die Analogspannung ähnlich genau werden kann.
uC --R--+-- Analog (gering belastbar) --|+\ besser
| | >-+- belastbar
C +-|-/ |
| | |
Masse +------+
Oder man verwendet switched capacitor digital/analog converter:
Echte D/A - A/D-Wandler
bei mehrkanaligen bis 10bit A/D sind die in uC eingebauten meist billiger, manchmal braucht man aber einen teureren Besseren, schliesslich stört der uC spätestens das 9te Bit seines eigenen Wanders selbst.
Grundlagen zum Einsatz von D/A-Wandlern als Potiersatz siehe AN-19.PDF von http://www.analog.com/.
> Datenerfassung am PC
Das Gameport dient bereits als A/D-Wandler, allerdings für einen regelbaren Widerstand von 0 bis 100k Ohm. Durch den wird, intern über weitere 2k2 in Reihe, ein 10nF Kondensator im PC geladen bis er 3.3V erreicht hat und vom BIOS die dazu benötigte Zeit mit einem Zahlenbereich von 0 bis 255 gestoppt. Schon der Anschluss von anderen Potis (Kreuzknüppel Funkfernsteuerung, regeln meist nur von 2k bis 3k) bereitet Schwierigkeiten. Wenn man jedoch überlegt, das durch den Joystick ein mittlerer Ladestrom zwischen 33uA und 1.5mA fliesst, erkennt man, das extern eine (steuerbare) Stromquelle reicht. Der Strom durch das 2-3k Poti führt zu einem Spannungsabfall von 0.68-0.955V am 510R. Der Stromspiegel überträgt diesen Spannungsabfall auf den 180R, wo entsprechend weniger Strom durch den Transistor in das Gameport fliesst. Und damit bei der 3k Poti Einstellung nur sehr wenig Strom fliesst, wird der 180R mit dem 330R/47R Spannungsteiler auf eine 0.62V unter 5V vorgespannte Spannung gelegt. Der 47R macht also Nullpunktanpassung, der 180R bestimmt die 'Verstärkung' zur Anpassung an eigene Potis.
Schaltung : im PC Gameport
+--------+----:------- +5V
| | :
| 47R :
| | :
510R +-+-+ :
| | | :
| 330R 180R:
E| | |E :
PNP >|--+--(--|< PNP wie BC557
| | | | :
+---+ | | :
| | | ;
Poti | +--:-2k2-+- NE555
| | : 10nF
+------+------:-----+- GND
Wer eine Spannung messen will, baut stattdessen eine spannungsgesteuerte
Stromquelle vor das Gameport (klassische Howland-Variante reicht, genauer ist
das Gameport eh nicht), mit einem OpAmp der am Ausgang bis mindestens 3.5V
geht inklusive dem Spannungsabfall am Messwiderstand bei Maximalstrom.
Es tut auch eine mit hoher Frequenz mit 0-100% PWM gepulste 5V Spannungsquelle
+-100k-- +5V
|
0-100% PWM --|>|--+------- Gameport
Den MAX186 (8 Kanäle mit 12 bit) oder MAX192 (8 Kanäle mit 10 bit) kann man auf Grund des niedrigen Stromverbrauchs direkt an den seriellen Port des PC anschliessen und mit einem ganz einfachen Programm 8 Spannungswerte in Millivoltschritten von 0V bis 4,095V oder -2,048V..2,047V auslesen
MAX186/MAX192 +--100u---+
(+5V)| |
0-4V +--------+ +--ZD5V1--+
| | | |
In1 --|1 VDD|------+-|<|-+ |
In2 --|2 SCLK|-47k--------+---(-- DTR
In3 --|3 CS|------+---------+-- GND
In4 --|4 DIN|-47k--(-----+---(-- RTS
In5 --|5 STRB|- ( | |
In6 --|6 DOUT|------(-----(---(-- CTS
In7 --|7 DGND|------+ | |
In8 --|8 AGND|------+ | |
+--|VSS ADJ|-100n-+ | |
| -|SHDN REF|--10u-+ | |
| +--------+ 1N4148 | |
+------------------+-|>|-+ |
| |
+--ZD5V1--+
(-5V)| |
+--100u---+
http://www.franksteinberg.de/SOURCE/MAX192.BAS
Ähnliches geht mit LTC1290 (8 Kanäle mit 12 bit) und LTC1090 (8 Kanäle mit 10 bit)
siehe DN35.PDF von http://www.linear.com/ und http://www.conrad.de/ 190226 und
967653 und auch http://www.franksteinberg.de/SOURCE/LTC1290.TXT
bzw. dem Evaluation-Kit des 68HC11A1 (Bauplan in pcbug11.pdf) im Special Bootstrap
Modus, also MODA und MODB an GND. Es besteht lediglich aus dem 68HC11A1, einem
MAX232, einem MC34064-5, 8MHz Quartz und den üblichen Kondensatoren und Pull-Ups
(und einen 7805 Regler) und ist somit für weniger als 10 EUR auf Lochraster
aufbaubar bzw. fertig erhältlich bei http://www.mct.de/ oder http://elmicro.com/
Die IDE11 ist inzwischen Freeware https://elmicro.com/de/ide11.html
Der 68HC11 stellt 8 analoge Eingänge mit 8 bit Auflösung und mehrere digitale Ein- und Ausgänge zur Verfügung. Davon können einige Dank hardwareunterstützer PWM zur Ausgabe einer gemittelten (durch RC oder aktive Filter wie Bessel geglätteten) Analogspannung verwendet werden.
Der 68HC11 wird über den MAX232 mit der seriellen Schnittstelle des PC verbunden. Man schreibt ein winziges Programm, das in den 512 Byte des internen EEPROM des uC Platz findet, das die Werte der A/D-Eingänge seriell an den PC sendet und vom PC die Anweisungen erhält, welche Ausgänge einzuschalten sind. Nachher wird man PD0(RxD) mit PD1(TxD) verbinden. Das Programm läuft dann selbsttätig aus dem EEPROM ab 0xB600 los. Diese Schaltung ist billig, einfach, passt an jeden PC, ist wegen der seriellen Schnittstelle leicht zu Programmieren, und der uC kann kleine Tätigkeiten direkt ausführen, z.B. Umrechnungen oder eben die PWM-Signale erzeugen. Als Protokoll zur Kommunikation mit dem PC kann man einfaches ASCII verwenden, mit CRLF als Datensatztrenner und zur Synchronisation. Leider habe ich kein fertiges Programm. Vielleicht schickt mir jemand eines, das ausreichend universell ist.
Aber der 68HC24 Porterweiterungschip wird nur noch von http://www.tekmos.com/ hergestellt (http://www.elektronikladen.de/ verkauft ihn), ebenso wie der X68C75 nicht mehr von http://www.xicor.com/ hergestellt wird, insofern ist der 68HC11 nicht mehr so interessant wie früher, als man sich bei ihm damit rumgeplagt hat, daß er keine zeitliche frei bestimmbaren Interrupts auslösen kann, sondern man für definierte Zeiten aktiv den 16 bit Timer pollen muß.
Verbessern kann man das über eine genauere analoge Referenzspannung per LM336-5.0 und Eingangsverstärker wie z.B. LMC6484 mit Trimmpotis für Verstärkung und Nullpunkt, sowie Ausgangsverstärker wie ULN2803 oder Schrittmotortreiber wie L297+L298/L6208. Dadurch wird ein richtig universelles Teil daraus, je nach Anwendungsgebiet (Messtechnik, Roboter).
Hier zur ratiometrischen Temperaturmessung mit Platinwiderstandssensoren:
VCC VCC
| LT1013 |
| /+|-----+-- Aref
+------+---(---------------- Vref+ --+--< | |
| | | | \-|--+ |
R1 R2 | | | | |
| | | +----(---+ |
+------)---)--R5--+ | |
| | | | | |
+--R6--)--|+\ | | |
| | | >----+--R7--+-- A/D | 100nF
| +--|-/ | | | |
| | | | | | |
RTD +---)--R4--+ C | |
| | | | | |
| R3 | | | |
| | | | | |
+------+---+-------------+-- Vref- -------+------+-- AGND
Beispielrechnung:
Rechenweg mit Linearisierung durch R5, Excel-Spreadsheet:
+------+---+--------- AVCC | | | 20k 19k6 | TS507 | | | +------)---)-48k3-+ | | | | +------)--|+\ | | | | >----+-- 0 bis 100 GradC | +--|-/ | | | | | Pt1000 +---)-582k-+ | | | | 1k | | | | +------+---+--------- AGNDAls 2-10mA Stromquelle an 5V, Pt100 von 0.1uA durchflossen und 4-Leiter anschliessbar, geht:
+-----------+ +--- +5V
| | |
| +--------)--+ |
\ / | | |
Pt100 | 100k +----+
/ \ | | | |
| +--------(--(---|+\ |
| | | | >--+
+-----|+\ | +---|-/
| | >--+ | |
200R +--|-/ | |
| Ref LT1635 | |
+--+-----------(----+
| |
220k 10R
| |
+----+
|
:
|
+--- A/D (0 GradC 100R = 0.2V, 100 GradC 138.5R = 1V)
|
100R
|
+--- AGND
Andere Schaltungen und Rechenwege
http://www.rn-wissen.de/index.php/Bild:PT1000-Br%C3%BCcke.png
Rechenformeln siehe http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3450
http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlung/Temperatur/Pt1000/Pt1000.html
Hier ein 18 bit A/D-Wandler mit PGA zur Messung von 3 Pt100 Sensoren im Vergleich zu einem 100 Ohm/01.% Widerstand, also Stromquelle tut es ein 4k7 Widerstand an +5V so lange die +5V kurzzeitstabil sind.
+5V +5V | | 4k7 +-------+ | | | | +-|CH1+ | |/ | | Pt100 | | |\ | | | +-|CH1- | | | | | +-|CH2+ | |/ | | Pt100 | | |\ | | | +-|CH2- | | |MCP3424| | +-|CH3+ | |/ | | Pt100 | | |\ | | | +-|CH3- | | | | +---|CH4+ | | | | 100R | | | | | +---|CH4- | | +-------+ | | GND GNDDazu passend:
Von: Uwe Bonnes 04.09.2015
Rechenweg vom Widerstandswert zur Temperatur
/* PT1XXX related */
#define KOEFF_A 3.9083E-03
#define KOEFF_B -5.775E-07
#define KOEFF_C -4.183E-13
#define R0 1000.0
/* Formeln aus
* Elektrische Temperaturmessung, Mattias Nau
* Teilenummer: 00074750
* Buchnummer: FAS 146
* ISBN-13: 978-3-935742-06-1
*
* Formeln 18/19
*/
float R2T(float rx)
{
float tnew;
if (rx < 999.9)
{
float ti;
tnew = -5.0;
do
{
float tmp1, tmp2;
ti = tnew;
tmp1 = 1 + KOEFF_A * ti + KOEFF_B * ti * ti + KOEFF_C * (ti - 100.0)* ti * ti * ti;
tmp2 = KOEFF_A + 2 * KOEFF_B * ti + KOEFF_C * (3 * ti * ti * (ti - 100.0) + ti * ti *ti);
tnew = ti - (((R0 * tmp1) - rx) / (R0 * tmp2));
}
while(fabs(ti - tnew) > 0.2);
}
else
{
float tmp;
tmp = -R0 * KOEFF_A;
tmp += sqrt(R0 * KOEFF_A * R0 * KOEFF_A - 4 * R0 * KOEFF_B * (R0 - rx));
tnew = tmp / (2 * R0 * KOEFF_B);
}
return tnew;
}
float tmp = (float) Summe / (Anzahl * ( 1 << N-Bit(Aufloesung))
r = tmp * R0 /( 1.0 -tmp)
t = R2T(rx)
oder auch: https://www.mikrocontroller.net/attachment/290355/pt-1000.png
int16_t GetT(uint16_t R)
{
const float a=0.0039083;
const float b=0.0000005775; // oder auch 0.0000005802
const float R0=1000;
return (-a/(2*b)-sqrt(R/(R0*b)-1/b+(a/(2*b))*(a/(2*B))));
}
von: Arc Net 11.09.2015:
Notwendige Genauigkeit einer Messkette TAR/TUR Test Accuracy Ratio/Test Uncertainty Ratio Kurze Einführung: http://www.transcat.com/media/pdf/TUR.pdf Umfangreicher: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5991-1267EN.pdf oder z.B. http://www.hq.nasa.gov/office/codeq/doctree/NHBK873919-4.pdf
Theoretisch ist eine Messgenauigkeit von 5uK möglich, aber schon ein PT100 auf Keramiksubstrat kann eine Hysterese von bis zu 0.5 GradC haben:
Empfindliche Messtechnik sollte eine Unterdrückung von 50Hz, 60Hz, 100Hz und 120Hz enthalten, damit Netzstörungen keinen Einfluss haben.
Die Bausätze von Pollin, Bausatz PT1000 Messwandler 810 144 und Bausatz PT100 Messwandler V2.0 810 272, sind grober Unsinn, der Messwert schwankt um mehrere GradC wenn die Schaltung, nicht der Sensor, anderen Temperaturen ausgesetzt wird. Ein OP07 arbeitet erst ab +/-3V und damit die Schaltung nicht ab 5V, und die 3-Leiter Kompensation per LM324 ist abenteuerlich. Auch wird der Vorteil der Pt100x, für die man die teuren Sensoren gerne kauft, nämlich ohne Kalibrierung genau messen zu können, durch die Einstellbarkeit (Vertuschung von ungenauen Bauelementen) ruiniert.
Da besonders temperaturstabile Widerstände besser als 0.1% langsam ins Geld gehen, ist bei steigenden Genauigkeitsanforderungen ein Konzept sinnvoller, bei dem zwischen dem RTD und einem Referenzwiderstand eine Vergleichsmessung vorgenommen wird.
Der AD7762/7763 macht das besonders einfach und präzise, aber es geht auch mit Analogschaltern, weil es dann nur auf die absolute Präzision dieses Widerstands ankommt mit dessen Messwert man die aktuelle Verstärkung korrekturrechnet. Mit R1/R2/R3 wird der Messstrom aus der Refrenzspannung Aref abgeleitet (R1=2k4, R2=100R, R3=100R für 1mA), mit dem 74HC4051 schaltet man den Messtrom auf einen Vergleichswiderstand oder einen der Pt100 und ein zweiter Multiplexer verbindet den Messverstärker damit, dort bestimmen die Widerstandswerte R4/R5/R6 den Messbereich (R4=23k, R5=2k2, R6=22k ergibt 21.5 GradC (0V) bis 586 GradC (2.5V) . Als OpAmp an 5V tut es ein ultrapräziser single supply OpAmp wie LT1013.
ARef ---|+\
| >------+--------------------------------------------------+
+--|-/ | |
| | R4
+------------+ 74HC4051 74HC4051 |
| +------+ +------+ |
R1 | |------------------+--| | |
| | |------------+-----(--| | +---R6---+
+-----|+\ | |-------+----(-----(--| | | |
| | >--| |--+----(----(-----(--| |--(--|+\ |
| +--|-/ +------+ | | | | +------+ | | >--+--10k-- A/D
| | 100R 500R Pt100 Pt100 +--|-/
| | | | | | |
| +------------------+----+----+-----+ R5
| | ^ ^ |
R2 R3 Vishay Z Foil 0.2ppm 0.005% |
| | |
GND -----+--+-----------------------------------------------+
Für 0.1 GradC Genauigkeit und 0.01 GradC Auflösung von -200 bis +800 GradC:
Auch als ein IC: TSYS01
Die http://www.pollin.de/shop/downloads/D810144B.PDF ist leider unsäglicher Murks, da der Strom einer LM317L Stromquelle und die Spannung aus dem 7805 schon stärker mit der Temperatur schwanken, als der Pt1000 Widerstandswert, und damit die Messwerte völlig ruiniert, zudem linearisiert sie nicht. Eine Konstantstromversorgung ist nur dann notwendig, wenn der Sensor mit Vierdrahtanschluss abgetastet werden soll. Aber auch in dem Fall bietet es sich an, den Strom aus der Referenzspannung des ADC Wandlers abzuleiten. Rt/Ct/Cx dienen der Filterung von Störeinflüssen und sind je nach Bedarf auszulegen (ca. 10k für Rt, 1nF für Ct und 22nF für Cx). Leider liegt dabei kein Anschluss des Pt100 auf Masse.
URef -----|+\ +---R----+
| >--+ +--Rt--+--+-----|+\ | |
+--|-/ \/ | | | >-+--R--+--|+\ |
| Pt100 Ct Cx +--|-/ | | >--+-- A/D
| /\ | | +-------+ +--|-/
+--------+ +--Rt--(--+-----|+\ | (oder Instrumentenverstärker)
| | | | >-+--R--+--R---+
Rm | Ct +--|-/ | |
| | | +-------+ |
GND GNDGND GND
Beim 3-Leiter-Anschluss dient die dritte Ader dazu, den Spannungsabfall durch
den Messstrom zu kompensieren, dazu muß sie aber von demselben Strom
durchflossen werden der auch den Pt100 durchfliesst. Ist die
Versorgungsspannung genau genug oder als Referenzbezug von A/D-Wandler und
Stromsenke verwendet, kann ISink der dritten Leitung auch durch einen
Festwiderstand erfolgen.
+---------------- Versorgungsspannung
|
| +-------+
\ / |
Pt100 +---o
| | Meßschaltung (380uV/GradC)
+-----+---(---o
| |
8 8 (zwei präzise 1mA Stromsenken)
| |
Masse
Stromsenke http://www.ti.com/lit/an/sbva001/sbva001.pdf Nicht so genau:
+Ub +Ub
| | senke 1mA
100k | v
| LM358 | |
+-------|+\ |
| | >--|I BS107 2N7000
| +--|-/ |S
| | | |
| +---(-----+
| | |
LM385-1.2----+ 1k24
| | |
+--------+-----+-- GND
Oder die dritte Leitung misst stromlos die Spannung und der Spannungsabfall
über die Stromleitung wird von ihr abgezogen (Rt/Ct wieder zur Filterung von
Störungen, auszulegen nach Bedarf).
|
8 (präzise 1mA Stromquelle, am Besten aus VRef der Messschaltung abgeleitet)
|
+--------+--------------+
| |
Pt100 +--o
/ \ Meßschaltung (380uV/GradC)
| +--Rt--+--------|+\ +--o
| | | >--+
| Ct +--|-/ |
| | | |
+----------+--R--+---R----+
|
Masse
Wesentlich weniger Ärger macht man sich, in dem man einen Spannungsteiler aus dem Pt100 und einem temperaturstabilen Präzisionswiderstand mit einem 24 bit A/D-Wandler ratiometrisch ausmisst, dann geht nicht mal die Referenzspannung in die Messung mit ein (Linear Technology AN78 LTC2400 Bonus Circuit #1) und hinterher linearisiert.
Schaltung für K-Type NiCr thermocouple Thermoelement siehe Datenblatt des OP291, LT1014, LTC2485, LTC2984 und LTC6078+LT1025. Sekundenthermometer ähnlich TM-902C Typ K mit ICL7106 siehe Elektor Oktober 1991.
Thermoelemente wie die üblichen Type K lassen sich einfach direkt an passende uC anschliessen, weil deren interne Temperatursensoren eine Kompensation erlauben und differentielle A/D Wandler mit PGA Verstärkung ATXmega (x64) ATtiny25/45/85 (x20) ausreichen, allerdings müssen die Schaltungen kalibriert werden weil weder die interne Referenz noch der Gain besonders genau sind.
Muss man ohne Kalibrierung genau messen, baut man extern eine Referenzspannungsquelle und einen Rail-To-Rail Präzisions-OpAmp dran wie TLC2652 (1uV http://www.ebay.de/itm/TLC2652-Chopper-Amplifier-Module-DC-Signal-Amplifiers-Weak-Acquisition-Module-/191848843270 ) LTC2051HV/LTC2052HV (3uV zerodrift bis 12V Reichelt) LTC2057HV (4uV zerodrift bis 60V) LMP2021 (5uV max) LTC1050/LTC1250 (5uV chopperstabilisiert) MCP6V11 (8uV zerodrift 1.6-5.5V, Reichelt) TSZ121 (8uV, ST, 1.8-5.5V) LTC1049/LTC1152 (10uV zerodrift, Ladungspumpe, Reichelt) AD8551 (1uV typ 10uV max, zero drift, Reichelt 2.7-5.5V) AD8622 (10uV) LMP2015/LMP2016 (800nV typ. 10uV max. 2.7..5.25V) AD8671 (20uV) OPA177F/OPA188 (25uV max, 36V) OPA376/2376/4376 (5uV typ 25uV max 2.2-5.5V R2R TI) LT1078 (35uV, 0.3mV max) OPA192 (5uV typ 75uV max, 36V) TSZ182 (R2R #25uV typ 45uV max 2.2-5.5V) OP07 (nur als Vergleich 30uV typ. 75uV max. 36V, kein Rail-To-Rail), AD8603/7/9 (50uV, 700uVmax, 1pA, 500pAmax, 2.8-5V, R2R) AD820 (100uV typ 1.2mV max) TS507 (100uV, 0.4mV max), MCP616 (150uV 2.3-5.5V) der die geringe Thermoelementspannung auf den Messbereich verstärkt, und addiert die Temperatur der Klemmen dazu. Ist der Sensor kälter als die Klemmen, werden negative Spannungen erzeugt. Ebenso einfach sind die anderen Thermoelemente verwendbar. Aber Achtung, zwischen 200 und 600 GradC sind K Type Thermoelemente ungenau.
+---------o------------|+\
Typ K Klemmen | >-+-- A/D (75uV/K * (R2+R1)/R1)
+---------o--+--R1--+--|-/ |
| | |
GND +--R2---+
Verwendet man zur Temperaturmessung den LM75 (3.3V oder 5V) oder LM76, so
sollte man einen Entkoppelkondensator (z.B. die üblichen 100nF) direkt über
die Versorgungsspannungsanschlüsse löten sonst zeigt er ggf. ein paar GradC
zu viel an, und einen 1k Widerstand in Reihe vor den SCL Eingang, sonst zeigt
das Teil eventuell falsche Temperaturen an (ggf. 120GradC statt 40GradC)
wenn Strom über die Eingangsschutzdiode fliesst.
Von: Stefan Us 29.01.2015
Zu Messung der Spannung auf einer potentialgetrennten Seite kann man einen optokopplergesteuerten single slope converter nutzen. Hier schaltet der TL431 den OK2 ein, sobald die Spannung an C1 2.5V übersteigt. Es wird die Zeit gemessen, die nach Öffnen von OK1 dafür benötigt wird. Allerdings muss In zumindest 2,.5V betragen und VCC darf nicht zu sehr schwanken (Strom der LED des OK2), in der Realität sind also eventuell Apassungen nötig.
OK2
VCC o----R2-------|>|---+ +-----------R3--------o VCC (z.B. 5V)
| |
In o---+ | |
| | +---------------------o Feedback
| | |
R1 ___|___ / OK2
| | | |
+----+-------| TL431 | |
| | |_______| +---|<|-----R4--------o Entladen
C1 / OK1 | | OK1
| | | |
- o----+----+-----------+ +---------------------o GND
Auf der seriellen Schnittstelle werden digitale Signale mit (für Digitaltechnik) hoher Spannung (LO = 3..15V, HI = -3..-15V) aber kurzschlusssicher mit Strombegrenzung (10-20mA, so als ob ein 330 Ohm Widerstand in Reihe liegt) übertragen, so dass sich die Schnittstelle eignet, um daraus Kleingeräte (Computermaus) zu versorgen. Der Norm-Eingangswiderstand liegt bei 3 bis 7kOhm, ein RS232 Ausgang sollte auf 20mA und 30V/us Slew-Rate begrenzt sein. Auf Senderseite liegen die notwendigen Versorgungsspannungen (10..15, -10..-15V) bei einfachen Geräten, die meist nur mit 5V versorgt werden, leider nicht vor. Es gibt deshalb den Klassiker MAX232 (auch ICL232, AD232, HIN232, ST232, LT1x81...), der aus 5V per Kondensatorwandler selbst +10V und -10V macht. Nimm Alu-Elkos, keine Tantalkondensatoren, der teurere MAX232CPE kommt sogar mit noch kleineren Keramik-Kondensatoren aus. Der LT1x81 ist wohl weniger ESD empfindlich, der HIN232 kritischer in der Anwendung: Bei ihm darf beim Einschalten keine Last an V- hängen. Siehe d.s.e Message-ID 3CC041A6.AECF9D43@ibl-automation.de . Soll der Kondensator von V+ an VCC oder GND angeschlossen werden? Es ist bei Maxim egal, nach VCC braucht er weniger Spannungsfestigkeit, aber ältere Sipex gingen wohl in den Latch-Up, wenn der Kondensator an GND angeschlossen wurde. Siehe d.s.e Message-ID 4602d47d$0$6440$9b4e6d93@newsspool2.arcor-online.net . Nachbauten, die mit VCC Probleme haben, sind mir nicht bekannt. Ein universelles Layout sollte den Elko also an VCC legen, siehe http://www.devicemart.co.kr/mart7/upload/pdf/20070110150145.pdf
Damit spart man sich den Aufwand, den man mit einem SN75185=GD75232, den MC1488=SN75188/MC1489=SN75189 oder MAX202/AD202 hätte. Schliesst man auf Empfängerseite einen (ausreichend schnellen !) Optokoppler mit Schutzdiode (1N4148) an
+--470R-- +5V
+-----+ |
Signal ----1k--+--|A C|--+-------- Signalausgang
+-|>|-+ | B|
Masse --+--------|K E|----------- GND
1N4148 +-----+ 6N136
spart man sich die teure galvanische Trennung auf Senderseite (MAX250 mit
Trafo und Optokopplern), ausserdem ist das kompatibel mit einer 20mA
Stromschleife (HCPL4100/4200).
Da eine serielle Schnittstelle mehrere (Steuer-)leitungen hat, kann man, wenn man softwareseitig dafür sorgt, das mindestens 2 Steuerleitungen unterschiedlichen Pegel haben, auch die Spannungsversorgung vom Muttergerät nehmen und einen RS232-kompatiblen Ausgang daraus ableiten. Den Kurzschlussschutz liefert das Muttergerät.
+-|>|----+--+--+-- +10V --+----+
| | | | | |
| +-|>|-+ | |+ | |
| | | | | |
| | +-|>|-+ Elko | +---+ 1/4 LC4966
Steuer --+ | | | +--|A | oder OpAmp
| | | | | |
Signal --)--+--)--... Masse ...-----|S X|-- Ausgang
| | | | | |
Steuer --)--)--+ |+ +--|B |
| | +-|<|-+ Elko | +---+
| | | | | |
| +-|<|-+ | | | |
| | | | | |
+-|<|----+--+--+-- -10V --+----+
Ein anderer interessanter Weg findet sich hier http://www.oliverbetz.de/icl.htm
Den MAX232 kann man auch verwenden, wenn man in einer Digitalschaltung mal eben wenige mA aus +10V/-10V zur Versorgung von Operationsverstärkern braucht. Braucht man die serielle Schnittstelle nicht, oder hat man Angst das bei Belastung der seriellen Schnittstelle die +10V/-10V zusammenbrechen, macht das der LT1026 oder MAX680/681. Aber besonders sauber ist die auf diese Art erzeugte Versorgungsspannung nicht. Nun, eine per StepUp Schaltregler erzeugte Spannung wäre es ebenfalls nicht. Also gut filtern.
Will man sich seine Steuerung nicht auf Basis eines Mikrocontrollers selber bauen, gibt es fertige SPS von Siemens (Logo, S7), Moeller (Easy) oder Beckhoff, zu Preisen, bei denen man hintenüberkippt, ob als Einzelstück oder zum halben Preis für 1000 Stück. Ein Blick nach Asien hilft: http://www.mitsubishi-automation.de/products/microcontrollers_ALPHAXL.html Auch Theben Pharao kann eine Linderung sein weil das bei eBay keiner kennt. Schon die Programmierkabel werden unverschämt teuer angeboten, bei Moeller ist eine unbekannte Elektronik drin, das Siemens-Kabel ist in Elektor Juli 1999, LOGO!-Interface, beschrieben, aber der Stecker ist nicht erhältlich, das Memory Modul 6ED1 056 kostet bei eBay manchmal 10 EUR, sonst 25 EUR. Es gilt DIN IEC 61131-3 für eine normgerechte SPS.
Eingangsschaltkreise IEC 61131-2 Input Types 1, 2, 3
LabView zur Visualisierung bei der Home-Automation gibt es für nicht-kommerzielle Anwendungen für ca. 50 EUR, mit dem gleichen Funktionsumfang der 6000 EUR teuren kommerziellen Version.
Von: MaWin 30.4.2001
Das 'kalte', farbenreine Licht der Leuchtdioden fasziniert viele Leute. Als einfache Kontrollanzeigen oder Hintergrundbeleuchtungen sind LEDs inzwischen jedem bekannt. Aber ebenso ranken sich auch heute noch Mythen um die Dinger.
Schaut man direkt in eine LED, interessiert die Helligkeit, daher wird bei LEDs, die als Kontrolllampen vorgesehen sind, die Helligkeit in Candela angegeben, 1 Candela erscheint so hell wie eine Haushaltskerzenflamme. Möchte man mit einer LED aber etwas beleuchten, interessiert die Lichtmenge, LEDs zu Beleuchtungszwecken haben also eine Angabe in Lumen, eine Haushaltskerze erzeugt 12 Lumen. Leider lassen sich beide Zahlen nicht ohne weiteres ineinander umrechnen, siehe Beitrag von Rolf weiter unten.
Die Helligkeit von kleinen (5mm, 20mA) LEDs reicht von unter 1 Millicandela bis über 1 Candela, die hellsten LEDs entsprechen also tausenden von Billig-LEDs aus dem 'Sortimentsbeutel' (sprich Ausschuss), obwohl der Strombedarf derselbe ist. Eine kleine LED braucht 3.6V@20mA=72mW und erzeugt daraus 6mW optische Leistung (http://www.nichia.co.jp/). Daher kann eine kleine LED nicht spürbar warm werden.
Der Wirkungsgrad der guten LEDs übertrifft inzwischen den Wirkungsgrad von Halogenlampen und geht bei blauen Cree XT-E bis 53%.
Allerdings liegen LEDs in einer kleineren Leistungsgröße als Halogenlampen, man braucht also mehrere. Will man dieselbe Lichtmenge wie bei einer Halogenlampe erzeugen, muss man viele LEDs verwenden, und dieses LED-Array wird dann viel (Ab-)Wärme erzeugen, wie die Halogenlampe (wer ein Mal vor einer LED-Videowand gestanden hat, weiss wie heiss LEDs strahlen können). Dummerweise vertragen LEDs nicht so viel Wärme...
Die üblichen LED-Filament-Lampen und Multichip-Strahler arbeiten nach gleichgerichteten und ungesiebten 230V~ (meist mit 74 LEDs in Reihe bei unseren 230V~) mit Konstantstromsenken wie CYT1000 oder BP5132, flimmern also heftig mit 100Hz und haben oftmals keinen VDR und keine Sicherung, obwohl die 230V~ direkt auf eine Alukern-Leiterplatte gehen.
Halogen hat ausserdem auch nicht so eine grausam künstliche Lichtfarbe (CRI, Cree XT-E bei kaltweiss 75 und bei warmweiss 80, Halogen 98, Glühlampe 100).
Warum haben manche Menschen keine Probleme mit dem schlechten Licht von LEDs und Energiesparlampen? Weil es durch genetische Unterschiede unterschiedlich gut farbensehende Menschen gibt, und Dichromaten und Trichromaten können halt nicht nachvollziehen, was Tetrachromaten (nur Frauen) sehen können: http://www.galileo.tv/life/der-grosse-test-wie-viele-farben-koennt-ihr-erkennen/
Für wenig Licht (Taschenlampe, Fahrradlicht), tun es 1 oder 3 Watt LEDs von http://www.luxeon.com/ http://www.cree.com/ http://www.nichia.com/ (NCCW002E) oder http://www.osram-os.com/ (LA W57B, LY W57B) oder ein paar hocheffektive 5mm LEDs mit je z.B. 3 Lumen, um eine Glühbirne zu ersetzen. 100W 6500lm Hochleistungsleds von OptoFlash gibt es bei http://www.tme.eu/ . Für Blitzlichter eignen sich Photoflash LED wie LXCL-PWF3. (während richtige Xenon-Blitzlampen einmalig um den Faktor 200 überlastbar sind https://www.mikrocontroller.net/topic/379671#4320713) 3200lm aus 50W macht die Edison Highpower Star, weisses Licht aus 4 Farben macht beispielsweise die ACULED VHL RGBY von PerkinElmer von http://www.pur-led.de/ oder die P5-III von Seoul, dort gibt es auch die P7 mit 900lm aus 7.2 Watt. Die Linienlampen von http://www.advancedillumination.com/ sind leider sauteuer, etwas günstiger von OptoFlash bei TME.
Wenn man farbenreines Licht haben will, das man aus einer weissen Lichtquelle erst mühsam per Farbfilter erzeugen müsste, steht eine LED prinzipiell besser da als eine Halogenlampe mit Farbfilter, das macht sie z.B. bei einer Dunkelkammerleuchte effektiv (allerdings fällt mir nicht ein wozu man gerade in dem Fall auf teure Art Strom sparen sollte). Immerhin kann man sie als bunte, schnell ein- und ausschaltbare Effektbeleuchtung einsetzen, wie man inzwischen auf der Bühne bei Musikveranstaltungen sehen kann.
Es bringt auch nichts, eine LED zur angeblichen Helligkeitssteigerung mit Impulsen höheren Stroms zu betreiben, z.B. statt 20mA nur 10% der Zeit 200mA zu verwenden. Die LED erscheint im Normalfall NICHT heller, da der mittlere Strom und damit die mittlere Helligkeit gleich ist und das Auge den Mittelwert bildet, stattdessen sind die Verluste minimal höher. Probiert's einfach selber aus bzw. lest mal ein LED-Datenblatt.
Bei einigen speziellen LEDs (Superlumineszensdioden, vor allem im IR-Bereich) nimmt die Helligkeit zu hohen Strömen schneller zu, weil zusätzlich stimulierte Emission wie beim Laser dazu kommt. Da kann ein Pulsbetrieb also Strom sparen. Bei den allermeisten LEDs ist es aber umgekehrt. Bei extremer Abkühlung steigt bei gleichem Strom die Flussspannung der LEDs stark an, die Farbe wird bläulicher, die Helligkeit bleibt jedoch vergleichbar.
Häufig hört man, LEDs sollte man besser mit PWM dimmen, weil ein reduzierter Dauerstrom zu Farbverschiebungen führt und man diese stromabhängige Farbverschiebung beim PWM Dimmen nicht hat. Das stimmt auch, ist aber nur die halbe Wahrheit, denn die Farbe ändert sich auch mit der Temperatur und die ändert sich beim Dimmen ja ebenfalls.
> darf man LEDs direkt parallel schalten?
+--|>|--+
| LEDs |
--R--+--|>|--+--
| |
+--|>|--+
Das direkte parallelschalten von LEDs, mit nur einem gemeinsamen Vorwiderstand
oder auch mal ohne Vorwiderstand (in der Hoffnung daß die Spannungsquelle als
schlechte Batterie einen hohen Innenwiderstand hat), führt zu ungleichmässiger
Stromverteilung, eine LED (nämlich die mit dem geringsten Flußspannungsbedarf)
übernimmt am meisten Strom, wird warm und bekommt noch mehr Strom ab, bis sie
an zu viel Strom stirbt.
Diese direkte Parallelschaltung ist nur akzeptabel, wenn die LEDs vorher nach gleicher Flusspannung selektiert wurden, und dann wärmeleitend zusammen montiert werden, wie bei den 10W Multichip LED Strahlern ( 9 Chips in 3 x 3 Anordnung ) üblich. Und selbst von denen gehen manche schnell kaputt.
> Braucht eine LED einen Mindeststrom?
Nun, sie braucht zumindest einen Strom um ausreichend hell zu sein, aber es gibt nur ganz wenige LEDs bei denen der Hersteller einen Betrieb unterhalb eines Mindeststromes verbietet "Do not use current below 100mA" (warum auch immer):
https://ledlight.osram-os.com/wp-content/uploads/2010/10/LUW_CP7P_Pb_free.pdf
> Wie rechnet man Candela in Lux um?
Von: Rolf Bombach
1 cd entspricht bei grün (555nm) ca. 1.46 mW/sr, bei anderen Farben mehr, 1 mW/sr entspricht bei grün (555nm) ca. 684 mcd, bei anderen Farben weniger, siehe Augenempfindlichkeitskurve, DIN-mässig festgelegt ohne Rücksicht auf dein individuelles Empfinden, die bei rot und blau nur die Hälfte hat. 1 cd in 1 m Entfernung macht 1 lux, also lumen pro Quadratmeter. Die Beleuchtungsstärke nimmt mit der Entfernung quadratisch ab. Eine LED von 1,7 cd hat 2,5mW/sr und produziert in 5 Meter Entfernung 1.7cd / (5m)^2 = 0.07 lux, und 10 davon 0.7 lux. 1 Lux = 0.5mW/cm2. Wenn die Lampe gleichmässig rundrum strahlt, und in jeder Richtung eine Helligkeit von 1 candela hat, liefert sie 4 * pi, also ca. 12.5 lumen. Candela sagt also nur, wie hell du die LED empfindest und sagt nichts über den abgegebenen Lichtstrom (Lumen) ab. Die Helligkeit in Candela wird natürlich umso grösser, je besser man das abgestrahlte Licht bündelt. Allerdings nur, wenn man genau geradeaus vor der LED steht.... Mit einer Lupe betrachtet ist die LED dann noch heller, da sie die Lupengrösse nicht ausfüllt. (Dein Bildschirm mit einer Lupe betrachtet wird *nicht* heller). Mit einer Optik kannst du die Candelas nochmals massiv erhöhen, ohne das ein einziges Photon mehr rauskommt. Zu Lasten des Abstrahlwinkels natürlich. Kurzum, Candela-Angaben sind Angabe :-)) Die 150000000 km entfernte Sonne hat 2000000000000000000000000000 Candela, für dieselbe Helligkeit müsste man eine 1 Candela LED ca. 6mm vor das Auge halten.
Normalgluehlampe Osram CLAS A CL 15W 230V E27 FS1 230V/15W: 90 Lumen, 6 lm/W Normal 2.5V/0.30A: 6 Lumen 8 lm/W Krypton 2.4V/0.50A: 10 Lumen 8.3 lm/W Halopin 25W/230V: 230 lm 9.2 lm/W Hochvolt-Halogen Normalglühlampe Osram CLAS A CL 100W 230V E27 FS1 230V/100W: 1340 Lumen, 13.4 lm/W Halogen 2.8V/0.85A: 35 Lumen 14.7 lm/W Halolux Ceram 100W: 1470 Lumen 14.7 lm/W Hochvolt-Halogen Normalglühlampe Osram CLAS A FR 200W 230V E27 FS1 230V/200W: 3040 Lumen, 15.2 lm/W Halogen 12V/20W/1.67A: 350 Lumen 17.5 lm/W Haloline 1000W/230V: 22000 Lumen 22lm/W Halogen Osram 64447 ES 65W/12V: 1700 Lumen 26 lm/W (4000h Lebensdauer) Halogen Projektorlampe 24V/250W/10.42A: 8000 Lumen 32 lm/W (50h Lebensdauer) Philips MSA 2500DE 2500W: 260000 Lumen 104 lm/W (2000h Lebensdauer, 500 EUR) WeisslichtLED Osram LW 541C-BW: 3.6V/0.02A: 1.7 Lumen 22 lm/W WeisslichtLED Osram LW 541C-DW: 3.6V/0.02A: 2.8 Lumen 33 lm/W LuxeonStar weiss LXHL-MW1C: 3.4V/0.35A typ 45 Lumen 37 lm/W Osram OPAL OLED: <10W 500 Lumen 46 lm/W (5000h Lebensdauer) Osram OStar LE W E3B: 20V/0.35A 50 lm/W 21V/0.7A 35 lm/W http://www.luminus.com/products/Luminus_SST90_Datasheet.pdf 2700lm/35W 77lm/W
Seit dem angeblichen Glühlampenverbot, was aber nur ein Verbot uneffektiver oder giftiger Leuchtmittel ist, haben Hersteller plötzlich Hochvolt- Halogenlampen mit besserer Energieffizienzklasse erstmals zu sparsamen Preisen (unter 2 EUR) im Angebot, sogar in klassischer Glühlampenform. Offenbar haben die Hersteller aber aus dem Fiasko der Energiesparlampen nichts gelernt, denn erneut betrügen sie in der Werbung den Kunden nach Strich und Faden. Nicht nur weil bei Osram die Lampenkörper kleiner ist. So soll die 42W Lampe eine 60W Lampe ersetzen, erzeugt aber nur 630 Lumen statt 710 Lumen. Da ist eine Energieeinsparung um 30% leicht möglich, kommen doch 12% schon mal durch die geringere Lichtmenge. Das war keine Einsparung. Daher haben die ES Lampen inzwischen 46W. Die teurere Halogentechnik (1.99 EUR für 2000 Stunden Haltbarkeit) bringt gegenüber der billigeren Normalglühlampe (0.34 ct für 1000 Stunden Haltbarkeit) nur 20% bessere Effizienz, spart bei 20ct/kWh im Lampenleben von 2000h 2*(0.34+1000*52.8)-1.99+2000*42 /1000*0.2 = 4.30 EUR ein. Na immerhin, die teurere Lampe für 1.99 kaufen und trotzdem 4.30 zu sparen als wenn man zur billigeren Lampe von 0.34 EUR gegriffen hätte. Vorausgesetzt, die Lampe lebt tatsächlich 2000 Stunden. Die 10 EUR, die bisher eine Hochvolt-Halogen gekostet hat, haben sich nämlich nie gelohnt, zudem haben die Dinger keinerlei Energie gespart. Allerdings lässt die IRC-Beschichtung der Energy Saver Lampe mit der Zeit nach und die Lichtausbeute sinkt auf 80%, genau so schlecht wie Normalglühlampen die keiner derartigen Alterung unterlagen. Es wird also immer dunkler, so wie bei Energiesparlampen, und trotzdem wird mit der maximalen Helligkeit einer neuen Lampe geworben.
Dummerweise gibt es keine matten Hochvolt-Halogen mehr, so daß man selbst den Glaskörper mit Glasmattierungsmittel behandeln muss (Es ist das Zeug, mit dem Kinder die U-Bahn-Scheiben verunstalten, keine reine Flusssäure, aber Achtung, niemals an die Haut kommen lassen und nicht mit Wasser verdünnen, sonst bildet sich doch Flusssäure und der Mattierungseffekt wird ruiniert).
Da üblicherweise 500 Lux (=500 Lumen/m2) als Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz angenommen werden, und diese mindestens 50 cm drumrum eingehalten werden muss, ist eine Lampe mit 2000 Lumen zur (direkten, indirekt geht ja noch mehr verloren, ein Alublechreflektor wirft nur 70% zurück) Beleuchtung von 4m2 erforderlich, oder 120 1 Watt LuxeonStar-LEDs oder 8000 5mm LEDs oder 1500-4500 Watt LED Licht. LEDs sind zur ordentlichen Beleuchtung also völlig ungeeignet, nur für Schummerlicht brauchbar, und dafür ist ihr Licht zu ungemütlich. Denn gerade bei weniger Licht hat sich der Mensch wohl durch die Abenddämmerung an rötlicheres Licht gewöhnt wie es Glühlampen aussenden, es gilt die Kruithoff'sche Behaglichkeitskurve. Ich war gerade in einer Kneipe mit gemütlich dämmrigen Licht, die verwendeten Kühlschrankglühbirnen in den Lampen.
Da der LED Betriebsspannungsbedarf mit der Temperatur schwankt, darf man eine LED nicht direkt (also ohne weitere Bauteile) an eine Spannungsquelle anschliessen, nicht mal an den Ausgang eines ICs. Das kann sogar die Funktion der Schaltung verhindern:
Die Helligkeit einer LED hängt vom durch sie hindurch fliessenden STROM ab, sie benötigt also eine STROMquelle (meist von 20mA für volle Helligkeit), die Spannung an der LED stellt sich dann schon passend ein. Wenn man nur eine Gleichspannungsquelle hat, muss diese eine Spannung liefern, die grösser ist, als die Spannung, die die LED unter ungünstigsten Umständen benötigt. Zwischen LED und Spannungsquelle kommt dann ein Widerstand, der den Strom auf die benötigten 20mA begrenzt. Für eine blaue LED (benötigt bis 4V) wäre also eine 5V Spannungsquelle ausreichend, für eine hellrote LED (2.1V) reichen schon 2 Alkali-Mangan-Batteriezellen aus, aber nicht mehr wenn sie leer werden (1.8V).
Wenn nun der Spannungsbedarf der LED wegen Temperaturänderungen von 3.2V bis 4V schwankt, ändert sich der Strom von 26mA bis 15mA und damit die Helligkeit nicht mal um 1:2, was meist akzeptabel ist. Wenn zusätzlich auch noch die Spannungsquelle nachlässt (Batterie statt Spannungsregler) sieht es schon schlechter aus, dann muss die Spannung der Spannungsquelle noch deutlich höher über dem Spannungsbedarf der LED liegen.
Bei den superbilligen Taschenlampen und Schlüsselfindern wie 'Photonenpumpe' ist die LED manchmal ohne Vorwiderstand direkt an ein paar (Alkali-Mangan oder Lithium) Knopfzellen angeschlossen. Das widerspricht scheinbar der oben gemachten Aussage, daß man eine LED nicht direkt an eine Spannungsquelle anschliessen darf. Es geht aber, weil die billigen Knopfzellen einen hohen Innenwiderstand haben, der als Vorwiderstand wirkt. Gut ist die Konstruktion dennoch nicht, weil die Helligkeitsänderung im Laufe der Batterielebensdauer zu stark ist. Am Anfang (gut für den Anbieter beim Ausprobieren im Geschäft) wird die LED massiv über ihren Grenzwerten betrieben, ist richtig hell, es fliesst zu viel Strom. Die Batterie wird aber schnell leer, ihre Spannung fällt und reicht eigentlich nicht mehr für die LED aus. Es kommt dann nur noch Schummerlicht raus, bis man den Schrott endlich wegschmeisst, denn Batterietausch lohnt meist nicht. Man darf bei den Lampen auch keine qualitativ höherwertigen Batterien mit geringerem Innenwiderstand einsetzen, weil sonst die LED noch mehr leidet.
Wenn man ganz knapp kalkuliert, und z.B. den LD39300-3.3 Spannungsregler mit ausgemessener Ausgangsspannung von 3.30V hat, eine LED wie Cree XP-G so montiert ist dass sie bei 3.2W ca. 40 GradC heisser wird und dann einen ausgemessenen Spannungsabfall von 3.178V hat, dann kann man einen 0.12 Ohm Widerstand an diesen Spannungsregler vor die LED hängen. Die LED wird im Einschaltmoment, wo sie noch kalt ist, 84mV mehr Spannung benötigen und damit nur mit 720mA betrieben, was deutlich dunkler ist. Sie heizt sich aber auf und wird heller, was teilweise durch die geringere Helligkeit bei steigender Temperatur kompensiert wird. Sackt die Akkuspannung unter 3.35V, wird der Spannungsregler nicht mehr die volle Spannung liefern und die LED nicht mehr mit vollem Strom betrieben, sondern bei 2.8V (Abschaltspannung eines LiIon Akkus) auf 120mA zurückgehen. Diese Schaltung ist möglich, und trotz linearem Spannungsregler mit 88% recht effektiv, aber die Bauteile müssen ausgemessen werden, die Toleranzgrenzen sind zu knapp. Man braucht nur 4 Bauteile.
Eine blaue/weisse LED (Spannungsbedarf 3.6-4V) an einer (0.9V-1.5V) oder zwei (1.8V-3V) Batteriezellen erfordert einen Step-Up Spannungswandler. Es geht der PR4401 von http://www.prema.com , ähnlich sind HT7727-7750 die geregelte 2.7 bis 5V liefern. In chinesischen Gartenleuchten ist der 4-polige ANA608 oder ZE002 verbaut der im Hellen auch gleich ausschaltet. Effektiv aber ungeregelt ist der ZXSC300 von http://www.zetex.com/ . Geregelter Output kommt aus Stromschaltreglern wie LT1073 oder LT1110 von http://www.linear.com/ (aber nicht die -5 oder -12 Varianten). Sie sind effektiv wegen einer Feedback-Spannung von bloss 0.2V, leider sind sie teuer und liefern maximal 40mA (also maximal 4 LEDs in 2 Strängen a 2 LEDs), dafür ist aber noch ein Batterie-Leer-Sensor drin. Ein NCP3066 hat 0.235V Feedback und ähnelt ansonsten dem MC34063 mit PWM on/off Eingang, überlebt bis 40V. FAN5331 mit 1.2V feedback für 1W LEDs, FAN533A mit 0.11V und FAN5333B mit 0.315V für 1.5 Watt, IS31LT3350 mit 0.1V bis 40V.
+---+----+-L1-+-|>|-+---+ L1 = 120uH/>400mA/<0.5Ohm
| | |2 |3 |A | -|>|- = SB120 oder 1N5817, notfalls 1N4148
+| R1 +--------+8 LED | R1 = 130 Ohm
| | | | | |+
1.5V +--| LT1073 |---+ 47uF R2 = 10 Ohm (bei 20mA LED, 22 Ohm für 10mA LED)
| | | | |
| 1+--------+ R2 | LED = auch 2 LEDs in Reihe bei L1 = 68uH/>680mA/0.25Ohm
| |4 |5 | |
+--------+----+-----+---+
+---L1----+---+
| | |
+---+----+--+ +-|<|-+ |A | Dimensionierung siehe Datenblatt
| | 2| 3| |5 | LED |
+| R1 +--------+8 | | |+
| | | | | | 47uF
9V +--| LT1073 |---)---+ |
| | | | | |
| 1+--------+ | R2 |
| |4 | | |
+-----------+-------+---+---+
Mit dieser Schaltung sind LEDs bis 1.5A zu versorgen, die
Versorgungsspannung muss grösser sein als die LED Spannung und
die Spule ausreichend gross um den Ripplestrom niedrig genug zu
halten damit sich ein Mittelwert bilden kann.
+--------------------------|<|-----+
| LEDs SB140 |
+12V ---+-0.22-+--|>|--|>|--|>|--100uH--+--+
| | | |
| | +---------------+
| +-------------|7 8 1 |
| | MC34063 5|-- PWM
+--------------------|6 3 2 4 |
+---------------+
| | |
Ct | |
| | |
GND -------------------------------+--+--+
Die TPS610xx-Serie von http://www.ti.com/ bietet 0.5V FeedBack Spannung und
wesentlich mehr Leistung, bei leider sehr geringer Spannungsfestigkeit. Der
MP1584 liefert 3A bis 28V bei 0.8V Feedback. Beim LT1932 wird der Strom
indirekt eingestellt, praktisch zum Dimmen per Poti. Allerdings ändern
Weisslicht LEDs und gelbe LEDs bei geringerem Strom ihre Farbe. Dimmen kann
man effektiver per PWM (schnellem ein/aus Schalten). Der LM2803 hat den dazu
nötigen on/off-Eingang, aber leider 1.23V Feedback, treibt aber 5 weisse
LEDs aus 2 Batteriezellen, da könnte man auch den LT1303 nehmen.
Für 1W Luxeon Stars wurde der ZXSC310/400 geschaffen, siehe Design Note DN61, wenn man nicht einfach 4 NiCd-Zellen mit 3R9 Vorwiderstand nimmt. Der TPS61020 versorgt bei minimaler Bauteilanzahl eine 1W Star aus 1.8V bis 6.5V und verbraucht nur 0.5V, er ist aber für Hobbyisten nicht lötbar. Der LTC3454 oder LTC4390 geht da schon eher. Der ZD850 von Zywyn regelt die LEDs sogar an bis zu 16V Wechselspannung. Der L6920 von http://www.st.com/ reicht wohl nicht ganz. Bleibt nur der LT1305. Der TPS61030 schafft 5W Stars. Ebenso Linear's LT1618 (http://darisusgmbh.de) mit bloss 50mV Feedback, zu dem verhindert er gleichzeitig Überspannung. LM3404/3410 regelt bis 1A runter bei 0.2V Feedback. Der MAX1763 unterstützt an/aus Taster, man muss bei ihm aber ebenso wie beim LM2623 die Feedback-Spannung anheben, sonst hat man zu grosse Verluste. Die Schwankungen einer Diode in der Feedback Leitung sind bei dieser Anwendung gerade noch tolerierbar. Bis 6W step-up liefert CAT4240 (darisusgmbh.de), und TS19371 (2.5-18V→30V/0.35A) und TS19377 (3.6-23V/2A) (Reichelt) noch mehr bei nur 0.1V feddback-Spannung. Als StepDown taugt der ZXLD1362 von Zetex. Der LT1961 hat einen ausreichend präzisen Unterspannungssensor um Batterietiefentladungen zu verhindern.
-|>|-+-----+---+
| |A |
1k LED |
FB --+-|>|-+ 47uF
1N4148 R | R = 30 Ohm (20mA/LED) 1R8 (350mA/LED)
-----------+---+
Die Bauweise ist lustig http://www.emanator.demon.co.uk/bigclive/joule.htm
aber der Wirkungsgrad mies, ausserdem muss man an den Windungszahlen des
Trafos rumprobieren bis bei dieser Bastelei alles gut zusammenpasst. Ein
common mode choke eines kleinen Netzteils funktioniert aber gut.
Oft reicht eine simple (einstellbare) Konstantstromregelung, bei der man am Strommesswiderstand aber möglichst weniger als 0.7V Spannung verlieren will:
--------+---+--+--|>|-+ Last, hier LED
| | | |
R | R |
| | | |
1N4148| | +-----|I NMOSFET (bei weniger als 9V Betriebsspannung nimm LogicLevel)
+-|<|-+ | | |S
| | | +--+ |
| | | | | |
| | >|-+-|< | 2 möglichst gleiche NPN (BC847BS, LM394N, CA3046)
| | |E E| |
| Poti--+ +---+
| | |
| | Shunt (für Spannungsabfall von 0.7V bei maximaler Potieinstellung)
| | |
--+-----+-------------+
leider ist die Schaltung etwas temperaturabhängig (-2mV/K am Shunt).
Der LM10=LT1635 ermöglicht 0.2V und hat einen geringen Eigenverbrauch, ist aber eher
teuer. Das Poti (250 Ohm bis 2k5 Ohm) regelt die Helligkeit. R und C müssen
angepasst werden damit es nicht schwingt aber noch ausreichend schnell regelt.
+--------+-- +4.5-7V
LM10C | |A
+-----+ Luxeon Star
+--|1 7 | |
| | 6|-+--|I LogicLevel NMOSFET mit RDSon (bei UGS 3V) um 0.2 Ohm
+--|8 | C |S
| | 2|-+-R-+
Poti-|3 4 | |
| +-----+ Shunt für 0.2V Spannungsabfall bei Nennstrom
| | |
+-----+--------+-- Masse
Will man immer volle Helligkeit, entfällt das Poti und 3 geht an 8. Verwendet
man einen NPN Bipolartransistor statt dem MOSFET kommt man ohne R und C aus.
+--------+-- +4.5-7V
LM10C | |A
+-----+ Luxeon Star
+--|1 7 | |
| | 6|----|< NPN wie BD135/2SD882
+--|8 | |E
| | 2|-----+
+--|3 4 | |
+-----+ Shunt für 0.2V Spannungsabfall bei Nennstrom
| |
+--------+-- Masse
Mit moderneren Chips in SMD und nur 0.1V am Shunt:
+-------------------------------+--o Akku | | | LMP7731 LED MAX6120--12k--+-----|+\ | | | | >--+-100R-|I IRLML6344 | | +--|-/ | |S | | | 10n | | | | | | | | +--------+--10k--+ | | | | 1k 0.27R | | | +-----------+-------------------+--oetwas anspruchsvoller ist der Hystereseschaltregler
+----------------------------+----------o Akku | | | +--|+\ |S | | | >--+--|I IRLML6401 TLV3012--12k--+---(--|-/ | | | Ref | | | +--|<|--+ BAV100 | | | | | | | | +--270k--+ LED | | | | | | | | | 100uH | | | | | | | 1k +----1k------+ | | | | | | | 0.27R | | | | | +-----------+----------------+-------+--oFrüher wurde ein JFET mit ca. 20mA bei 0V UGS wie BF254C eingesetzt, um vor einer LED als Konstansttromquelle zu wirken, allerdings funktioniert das erst bei einigen Volt mehr als die LED benötigt, und ist bei 20V mehr meist am Ende weil die zulässige Verlustleistung des JFET erreicht wird. Heute ist der BCR402 (Infineon, Conrad, -.25) besser geeignet die 20mA linear geregelt zu liefern, BCR401 liefert 10mA, BCR321 10-250mA (Reichelt, -.39), TLE4309 bis 0.5A bei 24V (automotive) der AMC7135 von ADDtek ist ein 350mA Linearregler mit 0.12V drop out für 1 LED an 2.7 bis 6V, der AMC7150 1.5A, und AMC7140 liefert 700mA bis 50V bei 0.5V drop out und NSI45020 20mA NSI45060 60mA bis 45V bei 1.8V drop out, andere Zahlen andere Werte:
Soll mehr als eine LED parallel angeschlossen werden, braucht man Stromverteilungswiderstände, und einer davon bildet dann den Shunt. Dann muss aber ein PMOSFET oder PNP Transistor verwendet werden. Der soll Gesamtstrom und Verlustleistung aushalten bei möglichst hoher Stromverstärkung da vom LM10 nicht mehr als 20mA kommen und dennoch niedriger Sättigungsspannung (also kein Darlington, sonst müsste man sich die Kosten des LM10 wegen der 0.2V niedrigem Referenzspannung nicht aufhalsen sondern hätte LM358 + LM385 oder TL103 nehmen können). Brauchen die LEDs mehr Spannung (5W Luxeon Star oder mehrere pro Strang in Reihe) kann der LM10 bis 40V (statt 7V beim LM10L) vertragen. Liegt die Betriebsspannung unter 9V braucht man einen seltenen LogicLevel-Power-PMOSFET, liegt sie zwischen 10V und 20V reicht ein normaler PMOSFET, über 20V muss man dessen Gate schützen.
+---------+-- +4.5-40V
LM10 | |E
+-----+ +--|< PNP oder PMOSFET
+--|1 7 | 470R |
| | 6|--+ +---+---+- ...
+--|8 | LED LED LED
| | 3|------+ | |K
+--|2 4 | | | |
+-----+ R R R (für 0.2V Spannungsabfall bei Nennstrom/LED)
| | | |
+---------+---+---+-- Masse
Chinesen kommen für viele LEDs auf solche Schaltungen:
LED LED LED LED
+--|<|--|<|--...--|<|--+--|<|--+-- +
| | |
NPN >|------+ | |
E| | | 180R
| | | |
180R | | |E
| | +------|< PNP
| | |
- --+--|<|--+--|<|--...--|<|--|<|--+
LED LED LED LED
An 230V~ sind normale 20mA-LEDs nur mit Aufwand anzuschliessen. Entweder man begrenzt den Strom mit einem Vorwiderstand und lässt die negative Halbwelle ungenutzt vorbei
LED
+--|>|--+
~ o--5k6/10W--+ +--o ~
+--|<|--+
1N4148
aber 10 Watt zu verheizen um eine Lichtleistung von weniger als 1 Milliwatt zu
bekommen ist ein wahrlich schlechter Wirkungsgrad, unendlich viel schlechter
als jede Glühlampe. Die negative Halbwelle nutzt ein Brückengleichrichter, der
weniger als 5V und weniger als 50mA aushalten muß, also ein B80C800 wäre schon
massiv überdimensioniert, man kann 4 einfache 1N4148 Dioden verwenden:
+--|>|--+--|<|--+
| |A |
~ o--12k/5W--+ LED +--o ~
| |K |
+--|<|--+--|>|--+ 4 x 1N4148
Das sind immer noch viel Verlust und damit viel Verlustwärme für ein kleines
Licht. Daher nimm besser eine 2mA low current LED in einer Gleichrichterbrücke
die über einen spannungsfesten (also 3 normale Widerstände in Reihe) 120k/0.5W
Vorwiderstand an 230V~ hängt:
+--|>|--+--|<|--+
| |A |
~ o--39k--39k--39k--+ 2mA LED +--o ~
| |K |
+--|<|--+--|>|--+ 4 x 1N4148
Besser nutzt man den Blindwiderstand eines Kondensators an Wechselstrom und
nimmt einen 270nF Kondensator (120nF für 10mA LED, 27nF für 2mA LED, 470nF
wenn eine 20mA LED antiparallel mit einer einzelnen Diode anstelle des
Brückengleichrichters verwendet wird) parallel zu 230V~ dauerspannungsfesten
1M5/0.25W (damit er sich beim Abschalten entlädt) und in Reihe mit 2k2/1W
Sicherungswiderstand (damit beim ersten Einstecken und Netzstörungen der
Spitzenstrom durch die LED im Rahmen bleibt, man überprüfe ob die LED 150mA
peak aushält) an einen Brückengleichrichter an dem die 20mA LED hängt. Auf
diese Art verbraucht die Schaltung nur ungefähr 1W, sie ist also effektiver
als die zuvor gezeigten Vorwiderstände. Noch effektiver wäre sie, wenn die
LED höheren peak Strom aushält, z.B. 1A und man den 2k2 verringern könnte
z.B. auf 390R/0.25W. Der parallelgeschaltete 1k Widerstand verhindert, daß
die LED bei geringsten Strömen durch kapazitive Kopplung leicht glimmt:
~ o--2k2/1W--+--------270nF-------+--|>|--+----+--|<|--+--o ~
| | |A | |
| | LED 1k |
| | |K | |
+--470k--470k--470k--+--|<|--+----+--|>|--+ 4 x 1N4148
und sollte bei einer 2mA LED mit 27nF Vorkondensator auf 10k erhöht werden:
~ o--10k/0.25W--+-------27nF------+--|>|--+------+--|<|--+--o ~
| | |A | |
| | 2mA LED 10k |
| | |K | |
+--1M5--1M5--1M5--+--|<|--+------+--|>|--+ 4 x 1N4148
Leider fordert VDE eine zusätzliche Plastikabdeckung, da eine LED keine ausreichende Isolierwirkung hat. Nimm also gleich eine Glimmlampe :-) die braucht nicht mal 1mA. Allerdings beträgt die mittlere Lebensdauer einer Glimmlampe auch nur 10000 Stunden, was als Betriebsanzeige also ok, als Dauerlicht aber eher nicht zu gebrauchen ist.
LED Phototransistor
+-----+ +--2k2-- +5V (oft auch 470R (schneller) oder 10k (langsamer))
+5V ----------|A B| |
out --220Ohm--|K C|--+------- Signal
| E|---------- Masse
+-----+
Einen eventuell vorhandenen Basisanschluss lässt man offen. Legt man ihn über
einen Widerstand (1k-10k) an den Emitter, wird der Phototransistor
unempfindlicher, geht aber schneller wieder aus. Damit es deutlich schneller
geht (0.5us mit CNY17) kann man den Basisanschluss nutzen:
Siemens VO610A = Vishays SFH6106 hat C und E im 4-poligen Gehäuse genau vertauscht gegenüber allen anderen Herstellern, krank.
Will man den Eingangsspannungsbereich erweitern, sollte man eine Stromregelung bauen. Der 150k Widerstand muß bei minimaler Spannung ausreichend Basisstrom zulassen damit der BU805 bis 5mA erlaubt, und darf bei maximaler Spannung nicht zu viel Leistung verbraten und Strom für den BC547 erlauben. Der Transistor für die LED muß ausreichend (über)spannungsfest sein und falls ein sehr weiter Bereich der Eingangsspannung gewünscht ist, fährt man mit einem Darlington gut. Der 150R Widerstand bestimmt den Strom durch die LED und ist auf 5mA ausgelegt. Legt man noch einen 4u7 Siebelko C hinter den Gleichrichter, pulsiert der Ausgang bei 50Hz nicht mehr, er reagiert dann träger.
4 x 1N4007 +----+
+----------+--|>|--+--+---------|A C|--+------- Signal
| | | | +--|K B| +--4k7-- +5V
| +--(--|>|--+ 150k | | E|---------- Masse
o | | : | | +----+
12V=..230V~ | | C +-----|< BU805
o | | : | |E
| | +--|<|--+ >|-----+ BC547
| | | E| 150R (Strom für 5mA)
+-------+-----|<|--+--+------+
Lichtschranken lassen sich durch Umgebungslicht stören, wenn man das Licht
nicht moduliert. Dafür eignet sich z.B. ein NE/LM567C oder KA567 (andere
Bauteilwerte) oder der neuere LMC567 (Bauteilewertanpassung nach Datenblatt)
als kombinierter Sender/Empfänger (aus Elektor 7/8 98), der Empfänger
reagiert dann nur auf Licht passender Frequenz.
Siehe auch: http://www.mikrocontroller.net/topic/297278 und
http://www.trigonal.de/sel/blobs/relisch.png
+---+--+----------------+------+--+-- +5V | | | | | | | 4k7 | +----+---+ 1M 220R E| | | | 4 | | | >|--+--(--4k7---+--|5 1|--+ | |BC307 | 10k |LM/NE567| | |A | | +--|6 | | LED | | | | | | | 100R 10kPoti-22n-(--|3 2 7 8|--(--+-- kann bis 100mA nach Masse schalten | | | +--+--+--+ | A| C| | | | | LED=PhotoTrans 22n 2u2 | 4u7 | | | | | | +------+--------+-----+--+-----+----- GNDUm Fehlauswertungen durch hochreflektierende Oberflächen zu vermeiden, arbeiten professionelle Lichtschranken übrigens mit Polarisationsfiltern im Sende- und Empfangsweg. Alternativ erzeugt man mit 2 Oszillatoren aus einem NE556 mit 50Hz getastete 36kHz für die LED und nimmt als Empfänger einen der üblichen IR Demodulations Empfänger für Fernbedienungen wie den TSOP1736, der dann aber 50Hz am Ausgang produziert und sich von Fernbedienungen stören lässt). Vollintegriert gibt es das als IS471F von Sharp.
> LED als Lichtsensor
Wer wissen will, ob es überhaupt dunkel genug ist, um LEDs einschalten zu müssen, kann die LED auch als Lichtsensor nutzen:
> Wie funktionieren eigentlich Glimmlampen?
Die klassischen meist orange leuchtenden Glimmlampen kommen auf Grund ihrer recht hohen Betriebsspannung von ca. 70V leider aus der Mode, dabei sind es interessante Bauteile. Für den Betrieb reicht eine Spannungsquelle ab 120V und ein Vorwiderstand von ca. 47k (bei 120V) bis 270k (an 230V~) normaler Leistung (0.25W), weil eine Glimmlampe nur 0.5 bis 2.5mA benötigt. Da eine Glimmlampe eine höhere Zündspannung (beispielsweise 100V) als Brennspannung (z.B. 70V) besitzt, hat sie einen Betriebsbereich mit negativer Widerstandskennlinie und kann deshalb als Oszillator (F.31.) und Speicher (siehe F.28.) verwendet werden. Als Dauerbetriebsleuchten (Lichtschalter) halten sie leider nur ein paar Jahre, als Betriebsanzeige (Waschmaschine) aber i.A. das ganze Geräteleben lang.
230V~ L ---270k---(||)-- NEbenso funktionieren Nixie-Röhren. Jede Ziffer ist eine dort Glimmlampe. Die Betriebsspannung muss über der Zündspannung (ca. 100V) liegen, also so bei 120 bis 160V. Vor jede Stelle muss ein Vorwiderstand, der den Strom auf den Nennwert von meist so 2mA begrenzt, wenn man von der Betriebsspannung die Brennspannung (meist so 70V) abzieht, also 33k bei 130V. Die Ansteuerung erfolgt mit 7441 (70V) und 74141=K155D1 (60V) , jeweils die Brennspannung der Nixie (ca. 70V) hinzuzählen für maximale Betriebsspannung, ergibt dann so 130V. Die übliche Schaltung ist also:
+130V
|
33k
|
+5V .---------------------------------------.
| ( Nixie )
7441 | `---------------------------------------´
+-----+ | | | | | | | | | |
| 0|---+ | | | | | | | | |
| 1|-------+ | | | | | | | |
--|A 2|-----------+ | | | | | | |
--|B 3|---------------+ | | | | | |
--|C 4|-------------------+ | | | | |
--|D 5|-----------------------+ | | | |
| 6|---------------------------+ | | |
| 7|-------------------------------+ | |
| 8|-----------------------------------+ |
| 9|---------------------------------------+
+-----+
|
GND --+
Leider ist der 74141/K1555D1 rar geworden, und man muss weniger spannungsfeste
IC Ausgänge (vom uC oder einem 1:10 Decoder) mit spannungsfesten Transistoren
verstärken, was viele Bauteile erfordert:
+130V
|
33k
|
+5V .----------------------------------------.
| ( Nixie )
CD4028| `----------------------------------------´
+-----+ | | | | | | | | | |
| 0|--10k--|< | | | | | | | | |
| 1|--10k---)--|< | | | | | | | |
--|A 2|--10k---)---)--|< | | | | | | |
--|B 3|--10k---)---)---)--|< | | | | | |
--|C 4|--10k---)---)---)---)--|< | | | | |
--|D 5|--10k---)---)---)---)---)--|< | | | |
| 6|--10k---)---)---)---)---)---)--|< | | |
| 7|--10k---)---)---)---)---)---)---)--|< | |
| 8|--10k---)---)---)---)---)---)---)---)--|< |
| 9|--10k---)---)---)---)---)---)---)---)---)--|< 2SA42/MPSA42/BF422 oder ULN2023
+-----+ | | | | | | | | | |E
| | | | | | | | | | |
GND --+-----------+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
Konstantstromansteuerung spart die Basisvorwiderstände und gibt
gleichmässigere Helligkeit, ist also geschickter (funktioniert in der Form
aber nur wenn zu einer Zeit nur maximal 1 Ausgang aktiv ist und die IC
Betriebspannung unter UBEreverse der Transistoren, also 6V, liegt):
+130V
|
+5V .----------------------------------------.
| ( Nixie )
CD4028| `----------------------------------------´
+-----+ | | | | | | | | | |
| 0|--|< | | | | | | | | |
| 1|---)--|< | | | | | | | |
--|A 2|---)---)--|< | | | | | | |
--|B 3|---)---)---)--|< | | | | | |
--|C 4|---)---)---)---)--|< | | | | |
--|D 5|---)---)---)---)---)--|< | | | |
| 6|---)---)---)---)---)---)--|< | | |
| 7|---)---)---)---)---)---)---)--|< | |
| 8|---)---)---)---)---)---)---)---)--|< |
| 9|---)---)---)---)---)---)---)---)---)--|< 2SA42/MPSA42/BF422
+-----+ | | | | | | | | | |E
| | | | | | | | | | |
GND --+--1k8-+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
Bei Plasmaanzeigen ist jedes Segment eine Glimmlampe. Leuchtstoffröhren
(erzeugen mit Quecksilber UV Licht das der Leuchtstoff ins sichtbares
transformiert) und CCFL (Leuchtstofflampe ohne Heizwendeln) bis hin zum
Fernseherplasmaflachbildschirm (jeder Bildpunkt ist eine CCFL
Leuchtstofflampe) sind auch Glimmlampen.
Wenn man mehrere Stellen von 7-Segment LED Anzeigen haben will, oder gar alphanumerische 16-Segment Anzeigen ansteuern muss, bietet sich ebenso wie bei Punktmatrix von Laufschriften das Multiplexverfahren an. Manchmal wird es von mehrstelligen Modulen gar erzwungen, weil die Anschlüsse schon so verschaltet sind:
(siehe Multiplexbetrieb von LCDs im Abschnitt F.11. LCD Flüssigkristallanzeigen,
Im Multiplexbetrieb ist zu einer Zeit nur eine Stelle (Digit, Spalte) an, also leuchten nur dort die gewünschten Segmente/Bildpunkte. Da das bei einer N-stelligen/spaltigen Anzeige aber auch nur 1/N-tel der Zeit sein kann, muss es derweil N mal heller strahlen, also der N-fache Strom fliessen (der bei normalen 7-Segment Anzeigen und Maxtrixdisplays 10mA beträgt, also N*10mA).
Bei den Digitleitungen/Spaltenleitungen und deren Schalttransistoren, über die bei 7-Segment Anzeigen ja der gesamte Strom von den 7 Segmenten und dem Dezimalpunkt fliessen muss, bei Punktmatrixanzeigen der ganze Strom aller x Bildpunkte dieser Spalte was hunderte sein können, ist der Strom noch höher, nämlich x*N*10mA. Mehr als 10 Stellen/Spalten sollte man nicht mehr multiplexen, denn mehr als 100mA schadet den meisten Leuchtdioden.
Das steuernde IC (meist ein Microcontroller) muss also ausreichend Strom liefern können. Teste mal (mit einem 1k Poti), bei welchem Strom (bei Display mit gemeinsamer Anode von +5V in einen auf LO geschalteten Ausgang und bei Displays mit gemeinsamer Kathode von einem HI Ausgang nach GND) der Ausgang auf 1V von seiner Versorgungsspannung weggezogen wird. Bei M Segmenten und N Digits entsteht dabei schon alleine für die Segmente eine Verlustleistung von M*N*10 [mW], also bei einer 4-stelligen 7-Segment Anzeige mit Dezimalpunkten 0.32W. Mehr Strom sollte man also nicht entnehmen, die IC-Hersteller werden gar nur den Maximalstrom für 0.8V angeben.
Also muß man den Strom meist verstärken, dazu dienen externe Transistoren. Es gibt mehrere Möglichkeiten:
1. bipolare Transistoren als Emitterfolger
Verringert die Strombelastung des IC-Ausgangs um den Stromverstärkungsfaktor des Transistors (braucht also nur 1mA um 100mA schalten zu können), benötigt keine zusätzlichen Bauteile (wie Basisvorwiderstände) kostet aber oft fast 1V Spannungsabfall am Transistor (schau in Ubesat im Datenblatt deines Transistor bei dem benötigten Strom) und bewirkt entsprechende Verlustleistung (die allerdings meist kein Problem darstellt).
Blaue/weisse LEDs an 5V zu multiplexen ist damit nicht möglich, denn es bleibt keine Spannung mehr übrig für den unbedingt notwendigen Widerstand der den Strom definiert der durch die LED fliesst (5V-3.6V-1V-1V = unter 0V, er bräuchte über 1V), die Schaltung taugt nur für rote bis grüne 2.1V LEDs oder mehr Spannung (ab 6V, insbesondere Display mit mehr als 1 LED pro Segment). Passenderweise eignen sich blaue/weisse LEDs wegen des geringeren Verhältnisses von Dauerstrom zu Spitzenstrom eh nicht so gut zum Multiplexen.
1.1. Strom in eine Anode
+5V
|
Pin ----|< NPN
|E
Anode der LED-Anzeige
1.2. Strom aus einer Kathode
Kathode der LED-Anzeige
|E
Pin ----|< PNP
|
GND
2. bipolare Transistoren in Emitterschaltung
Schalten einen etwa 5 bis 200 (schau im Datenblatt auf Ib/Ic für Sättigung) mal höheren Strom als der IC-Ausgang liefern kann, R1 muss angepasst werden. R2 ist nur nötig, wenn der IC-Ausgang nicht auf +5V bzw. auf Masse schaltet (ein Ein-/Ausgangspin der nach Reset auch als Eingang geschaltet sein kann, open collector Ausgang, seinerseits ein einzelner Transistor, ...). Man benötigt also zusätzliche Bauteile (Widerstände), denn Digitaltransistoren sind nicht einsetzbar weil deren bereits eingebaute Widerstände zu hohe Werte haben. Am ehesten taugt noch DDTB122. Vorteil: Der Transistor schaltet in Sättigung und insbesondere LowSat Transistoren wie BC368/BC369/ZTX1047/ZTX1147/FMMT617/NSS20201 haben dabei einen niedrigeren Spannungsabfall als beim Emitterfolger. Das bewirkt nicht nur geringere Verlustleistung, sondern mehr Spannung für die LED, was insbesondere bei blauen/weissen LEDs und niedriger Gesamtspannung (5V) eine Notwendigkeit ist, um den Strom durch Vorwiderstände ausreichend genau einstellen zu können. Ein ZTX1047 kann aus den 20mA eines uC-Ausgang immerhin 4A schalten, kurzzeitig.
Wählt man als Transistoren jedoch Darlingtontransistoren wie BC517 (NPN) oder BC516 (PNP) in der Hoffnung auf höhere Stromverstärkung oder ICs mit Darlingtonausgangsstufen wie ULN2803 (NPN) oder UDN2981/MIC2981 TD62783 (high side), so ist der Vorteil des niedrigen Spannungsabfalls hinfällig, denn die Darlingtons bewirken noch mehr Verluste als ein Emitterfolger. Man nimmt besser saturated driver wie TD62381/2 (8*15V/500mA Toshiba) oder MOSFETs wie TPIC2701 (CMOS ULN2003 7*500mA/60V TI) oder TPIC6273 (TI, mit Latch), der LB1268 macht 1A, 1A und 2A, die high side switches STMPS2161 und AP22802 sind für USB aber klein und schalten 0.5, 1 oder 2A.
2.1. Strom in eine Anode
+---+-- +5V
R2 |E
Pin --R1-+--|< PNP (z.B. BC369/BC328/FMMT617)
|
Anode der LED-Anzeige
2.2. Strom aus einer Kathode
Kathode der LED-Anzeige
|
Pin --R1-+--|< NPN
R2 |E
+---+-- GND
3. MOSFETs
MOSFETs wie IRF7401/IRF7314 lösen das Problem mit der Stromverstärkung, dem Spannungsabfall und den zusätzlichen Bauteilen, sind aber baulich grösser und teurer. Man braucht Typen mit niedriger Uth Schwellspannung (LogicLevel) weil man ja i.A. nur mit 5V arbeitet. In vielen Fällen sind MOSFETs die beste Lösung.
3.1. Strom in eine Anode
+5V
|
Pin ----|I PMOSFET
|S
Anode der LED-Anzeige
3.2. Strom aus einer Kathode
Kathode der LED-Anzeige
|S
Pin ----|I NMOSFET (z.B. BSP295, GF2304)
|
GND
Wenn die Betriebsspannung der Ansteuerschaltung nicht mehr ausreicht, um die LEDs zu versorgen (weil im Display mehrere in Reihe geschaltet sind), sind die Schaltungen nicht mehr geeignet. Man braucht Source Driver wie UDN2981 oder TD62783. Die haben zwar einen noch grösseren Spannungsabfall, aber man hat sowieso eine höhere Spannung zur Verfügung. Bei Spannungen unter 20V können MOSFET-Treiber-ICs sinnvoll angewendet sein. Alternativ nimmt man integrierte Treiber die nach Masse schalten wie ULN2803 oder gar strombegrenzte Treiber wie MBI5016 (siehe unten) und muss nur noch einen diskreten PNP Transistor nach Plus schalten, der dann als gesättigter Schalter agiert:
+---+-- +Ub (nach nach Treiber bis 17V oder 50V)
| 10k |E
ULN2803|---150R--+--|< PNP, z.B. BC368
| ^ |
angepasst an +Ub Anoden der LEDs
+---+-- +Ub (nach nach Treiber bis 17V oder 50V)
| 10k |E
MB5016 |---------+--|< PNP, z.B. BC368
| |
Anoden der LEDs
Diskret kann man das mit einem Haufen Widerständen und 2 bipolaren
Transistoren aufbauen:
+----+-- +Ub (z.B. 12V)
R4 |E R4 pull up, so 1k
+---|< PNP z.B. BC368 für 1A
| | R3 z.B. 120R für 100mA Basisstrom des PNP
R3 +-- Anoden der LEDs, Spitzenstrom z.B. 1A
| R1 z.B. 220R für 10mA Basisstrom den NPN
Pin --R1-+--|< NPN z.B. BC547 schaltet 100mA
R2 |E R2 überflüssig wenn Pin nie offen (Eingang) sein kann,
GND -----+---+
oder in Basisschaltung bei Pins die mehr Strom nach Masse ableiten können als
von VCC liefern können, wie beim 8051. Allerdings wirkt hier der NPN nicht
stromverstärkend so daß dieser einfachere Pegelwandler nur für geringe Lasten
taugt, wenn man nicht als PNP einen Darlington einsetzt.
+----+-- +Ub (z.B. 12V)
R1 |E R1 pull up, so 2k2
+---|< PNP z.B. BC338 bis 200mA, Darlington für mehr Strom
| |
| +-- Anoden der LEDs
VCC --------|< NPN z.B. BC547 schaltet 20mA
|E
R2 R2 legt Basisstrom fest, sollte 1/10 bis 1/20 des
| Ausgangsstroms sein, Berechnung (VCC-Ulo-0.7)/R2
Pin ---------+
Matrixanzeigen bei denen hunderte von LEDs, eventuell mehrfarbig, ein Bild
oder Laufschrift erzeugen können, sind einfach aufzubauen, solange man sich
über EMI-Störstrahlung keine Gedanken machen muss. Unterschätzt aber den
Verdrahtungsaufwand und Stromverbrauch nicht und nehmt nicht die billigsten
LEDs, sondern nach Helligkeit selektierte, oder noch besser fertige 7x5 oder
8x8 Anzeigeblöcke. Die sind zwar teuer, aber nicht bloss gleichmässig hell
sondern sogar von schräg betrachtet gleichmässig hell, was vor allem bei RGB
Farben Pflicht ist. Da die grossen Hersteller von Laufschriften irren
Mengenrabatt bekommen und selber selektieren, gibt es billige Laufschriften
mit geringwertigen LEDs für weniger Geld, als die LEDs alleine kosten (und
die von denen aussortierten LEDs landen dann im 1000er Pack).
Man kann die LEDs jeweils per Vorwiderstand an eine Kette von zig 74HC595 anschliessen, das erlaubt volle 20mA pro LED.
oder NLSF595 (74HC595 mit SPI von OnSemi) oder HEF4894 oder UCN6277 oder UAA2022 (obsolet, 16, SPI) oder PCA9532D (16*25mA dimmbar I2C, Philips bei Sander-Electronic), HM6276 (Hopefind) oder MBI5016 (Macroblock, 16*bis 90mA) TB62706 (16 x PCA9626 24*100mA STB08C596 (8*120mA/16V) bsi 40V (I2C, NXP). Oder M5450/5451 (ST, Micrel) / MM5450/5451 (NS) nehmen, an den 34/35 15mA LEDs ohne Vorwiderstand passen (bei Farnell um 6 EUR). Rohm hat BD7851FP, BU2092/F/FV, BU2098/F/FV, BU2099/F/FV, BD7871FP mit bis zu 50mA Konstantstromtreibern, erhältlich bei http://www.weisbauer.de/ .
Im Multiplexbetrieb spart man Anschlüsse, aber der Strom summiert sich so dass man entweder starke Treiber oder effektive 2mA LEDs verwenden muss oder Schummerlicht in Kauf nimmt.
Der MC14489 schafft 25 Einzel LEDs mit 7mA. Oder, wenn 5mA pro LED ausreichen, je 64 Stück an einen MAX7221 oder 128 an einen MAX6954/55/60-63. HT1632C für 8x32 oder 16x24 mit 100uA oder 10mA bei externen Spaltentransistoren. Oder den billigeren und leichter beschaffbaren ICM7218A, der bringt aber nur 3.8mA/LED und ist nicht wirklich seriell anschliessbar, auch MAX7219 oder AS1100/AS1106/AS1107. SAA1064 geht notfalls auch. BD26502 (Rohm) versorgt 117 LEDs mit 2.85mA.
Billiger ist es, sich die Multiplexelektronik selber zu bauen: Bei 128 LEDs in 8x16 Matrix und 20mA/LED sind das 2.56A aus 5V für den Spaltentreiber, der an einem Decoder mit open collector Ausgängen wie 74141 hängt, und 160mA für jeden Zeilentreiber, dafür gehen zwei 150mA TPIC6B595 (oder 350mA TPIC6A595) sehr gut (http://www.ti.com/, 1.33 EUR bei http://www.elpro.org/).
+8V (je nach LED-Farbe) LED-Kathoden
|E |
Spalte --100R-|< BDX34C R für Spaltenanzahl*LED_Strom
| |
LED-Anoden Zeile aus TPIC6B595
Verfügbare ICs:
Baut man eine Multiplexanzeige mit nicht strombegrenzten Treibern auf, muß der Strom durch die LEDs durch Widerstände in den Zuleitungen definiert werden. Dabei gibt es eine untere und eine obere Toleranz durch Streuungen im Spannungsverlust an Transistoren und LEDs, für den meist in Datenblättern nur typische Werte in Diagrammen angegeben werden die nicht mal bis zu den Spitzenströmen reichen. Der Widerstand muss also so dimensioniert sein, dass bei minimal möglichen Spannungsverlusten der maximal erlaubte Spitzenstrom der LEDs nicht überschritten wird, und gleichzeitig bei maximal denkbaren Spannungsverlusten immer noch ein ausreichend hoher Strom und damit eine ausreichenden Helligkeit der Anzeige entsteht. Deswegen muss der Spannungsabfall am Widerstand deutlich grösser sein als die Toleranz der anderen Spannungsabfälle, man sollte so 2V am Widerstand erreichen. Damit wird die Gesamtversorgungsspannung schon zu einem Problem. Glücklicherweise eignen sich die weissen und blauen LEDs mit 3.6V nominellem spannungsabfall eh nicht so zum Multiplexen, denn sie erlauben meist keine deutlich höheren Pulsströme, so dass rote und grüne LEDs mit typ. 2.1V für Multplexanzeigen besser passen. Da zum Schalten von Spitzenströmen auch ausreichende Basisströme nötig sind, ist auch eine Kalkulation der Basisströme nötig, bei der man schnell erkennt, daß der übliche Sättigungssgtrom von 1/10 Ic nicht immer erreichbar ist, und man im Datenblatt des Transistors genauer hingucken muss, welcher Strom wirklich nötig ist.
Bei einer 4-stelligen 7-Segment Anzeige mit 10mA/Segment für Normalhelligkeit fliessen also 40mA pro Segment, und 320mA pro Digit (wenn alle Segmente der Stelle AN sind). Bei 120 Ohm Basisvorwiderstand fliessen 32mA Basisstrom.
+---------------+
--56R--|a |
--56R--|b |
--56R--|c 4-stellige |
--56R--|d 7-Segment |
--56R--|e Anzeige |
--56R--|f mit 10mA |
--56R--|g |
--56R--|d.p. |
+---------------+
| | | |
--120R--|< | | |
|E | | |
--120R---(--|< | | PNPs bei Display mit gemeinsamer Anode,
| |E | |
--120R---(---(--|< | NPNs bei Display mit gemeinsamer Kathode.
| | |E |
--120R---(---(---(--|<
| | | |E Plus bei Display mit gemeinsamer Anode,
+---+---+---+-- Masse bei Display mit gemeinsamer Kathode.
Also noch mal zur Erinnerung: Bei obenstehender Schaltung werden ca. 40mA an
den Anschlüssen benötigt. Das ist mehr als die Datenblattangabe der meisten
uC erlaubt. Es kann sinnvoll sein, pro Anschluss 2 Ausgänge parallel zu
schalten. Oder man verstärkt die Stromlieferfähigkeit der Ausgänge mit einem
Emitterfolger durch den man allerdings weitere 0.7V verliert:
+--+--+--+--+--+--+--+-- +5V
| | | | | | | |
--(--(--(--(--(--(--(-|< NPN (BC547, BC337)
--(--(--(--(--(--(-|< E| +-------------------+
--(--(--(--(--(-|< E| +-15R--|a |
--(--(--(--(-|< E| +----15R--|b |
--(--(--(-|< E| +-------15R--|c 5 x 8 LED |
--(--(-|< E| +----------15R--|d Matrix |
--(-|< E| +-------------15R--|e mit 20mA |
-|< E| +----------------15R--|f (2.1V/LED) |
E| +-------------------15R--|g |
+----------------------15R--|h |
100mA Zeilenstrom +-------------------+
| | | | |
--120R-------------------------|< | | | |
|E | | | |
--120R--------------------------(--|< | | | 800mA Spaltenstrom
| |E | | |
--120R--------------------------(---(--|< | |
| | |E | |
--120R--------------------------(---(---(--|< |
| | | |E |
--120R--------------------------(---(---(---(--|< NPN (BC369, ZTX1048 high Beta Transistoren)
| | | | |E
GND --+---+---+---+---+
Besser funktioniert es mit PNP Transistoren in Sättigung,
die Spannung sollte auch für blaue/weisse LEDs ausreichen,
dazu brauchen die Transistoren aber Basisvorwiderstände:
+--+--+--+--+--+--+--+-- +5V
| | | | | | | |E
--120R--(--(--(--(--(--(--(-|< PNP (BC557, BC327)
--120R--(--(--(--(--(--(-|< | +-------------------+
--120R--(--(--(--(--(-|< | +-6R8--|a |
--120R--(--(--(--(-|< | +----6R8--|b |
--120R--(--(--(-|< | +-------6R8--|c 5 x 8 LED |
--120R--(--(-|< | +----------6R8--|d Matrix |
--120R--(-|< | +-------------6R8--|e mit 20mA |
--120R-|< | +----------------6R8--|f (3.6V/LED) |
| +-------------------6R8--|g |
+----------------------6R8--|h |
100mA Zeilenstrom +-------------------+
| | | | |
--120R-------------------------------|< | | | |
|E | | | |
--120R--------------------------------(--|< | | | 800mA Spaltenstrom
| |E | | |
--120R--------------------------------(---(--|< | |
| | |E | |
--120R--------------------------------(---(---(--|< |
| | | |E |
--120R--------------------------------(---(---(---(--|< NPN (BC369, ZTX1048 high Beta)
| | | | |E
GND --+---+---+---+---+
Bei mehr Strom und mehr LEDs sind kräftigere Treiber notwendig und wenn man
nur 5V zur Verfügung hat will man an ihnen nur einen möglichst geringen
Spannungsabfall, damit an den Widerständen noch genug Spannung für eine
ausreichend genaue Strombegrenzung abfällt, daher sind MOSFETs eine gute
Wahl. Die gibt es in als Dual LogicLevel in SO8 von IRF (IRF7331/IRF7329)
oder Vishay (Si9926/Si9934) für beachtliche Ströme.
Wenn die LEDs eine hohe Kapazität haben, kann es bei schnellem Multiplexing zu Nachleuchten kommen. Dann hilft ein Widerstand, die abgeschaltete Leitung auch zu entladen, je nach Polarität als pull up oder pull down.
20mA pro LED bei 1:8 Multiplex braucht 160mA pro Spalte, 8 LEDs parallel macht 1.28A pro Zeile. Ein helle rote LED mit 160mA Spitzenstrom kann schon 2.5V Spannungsabfall haben, an den MOSFETs fallen zusammen nicht mal 50mV ab, bleiben 2.5V für den Widerstand für 160mA also 15 Ohm bei einer mittleren Belastung von 0.05W.
+--+--+--+--+--+--+--+-- +5V/1.28A
| | | | | | | |S
--(--(--(--(--(--(--(-|I
--(--(--(--(--(--(-|I | +-------------------------------+
--(--(--(--(--(-|I | +---|a |
--(--(--(--(-|I | +------|b |
--(--(--(-|I | +---------|c 8 x 8 LED |
--(--(-|I | +------------|d Matrix |
--(-|I | +---------------|e mit 20mA |
-|I | +------------------|f |
| +---------------------|g |
+------------------------|h |
PMOSFETs +-------------------------------+
1.28A Zeilenstrom | | | | | | | |
15R 15R 15R 15R 15R 15R 15R 15R
| | | | | | | |
----------------------------|I | | | | | | |
|S | | | | | | |
-----------------------------(--|I | | | | | |
| |S | | | | | |
-----------------------------(---(--|I | | | | |
| | |S | | | | |
-----------------------------(---(---(--|I | | | | NMOSFETs
| | | |S | | | | 160mA Spaltenstrom
-----------------------------(---(---(---(--|I | | |
| | | | |S | | |
-----------------------------(---(---(---(---(--|I | |
| | | | | |S | |
-----------------------------(---(---(---(---(---(--|I |
| | | | | | |S |
-----------------------------(---(---(---(---(---(---(--|I
| | | | | | | |S
GND --+---+---+---+---+---+---+---+
Achtung bei RGB: Die meisten blauen (und weissen) LEDs erlauben gar keine
so hohen Spitzenströme wie für Multiplexbetrieb nötig sind. Man sieht das
Drama an solchen Multiplexanzeigen wie
http://www.watterott.com/download/2088RGBMatrix.pdf
die für 20mA spezifiziert sind, aber nur 70mA peak erlauben, wo die 20mA
also gar nicht genutzt werden können sondern maximal 8mA Durchschnittsstrom
bei eben nur 1/3 der angegebenen Helligkeit (die sowieso nicht so überragend
ist). Immerhin reduzieren solche Anzeigen die Anforderungen an die
Treiberschaltung :-)
100 LED Sternenhimmel:
Hier ein 5 x 25 Multplexer für einen 5 x 5 x 5 LED Cube mit 20mA LEDs:
+--+--+--+--+-- +5V/2.5A
| | | | |S
--(--(--(--(-|I IRF7413
--(--(--(-|I | +--------------...--------------+
--(--(-|I | +--|A |
--(-|I | +-----|A 5 x 25 |
-|I | +--------|A rote, gelbe oder grüne |
| +-----------|A 20mA LEDs |
+--------------|A K K K K K K |
+--------------...--------------+
2.5A Zeilenstrom | | | | | |
27R 27R 27R ... 27R 27R 27R (18R bei weiss/blau)
| | | | | |
--470R-------------|< | | | | |
|E | | | | |
--470R--------------(--|< | | | |
| |E | | | |
--470R--------------(---(--|< | | | 100mA Spaltenstrom
| | |E | | |
: : : : : : :
| | | | | |
--470R--------------(---(---(-- -|< | |
| | | |E | |
--470R--------------(---(---(-- --(--|< |
| | | | |E |
--470R--------------(---(---(-- --(---(--|< BC547 (25 Stück)
10mA Basisstrom | | | | | |E
GND --+---+---+-- ... --+---+---+
Hier dasselbe mit LogicLevel NMOSFETs wie GF2304 (aktuell bei Pollin billig):
+--+--+--+--+-- +5V/2.5A
| | | | |S
--(--(--(--(-|I IRF7413
--(--(--(-|I | +--------------...--------------+
--(--(-|I | +--|A |
--(-|I | +-----|A 5 x 25 |
-|I | +--------|A rote, gelbe oder grüne |
| +-----------|A 20mA LEDs |
+--------------|A K K K K K K |
+--------------...--------------+
2.5A Zeilenstrom | | | | | |
27R 27R 27R ... 27R 27R 27R (18R bei weiss/blau)
| | | | | |
-------------------|I | | | | |
|S | | | | |
--------------------(--|I | | | |
| |S | | | |
--------------------(---(--|I | | | 100mA Spaltenstrom
| | |S | | |
: : : : : : :
| | | | | |
--------------------(---(---(-- -|I | |
| | | |S | |
--------------------(---(---(-- --(--|I |
| | | | |S |
--------------------(---(---(-- --(---(--|I GF2304 (25 Stück)
| | | | | |S
GND --+---+---+-- ... --+---+---+
Hier dasselbe mit Konstantstromsenken wie CAT4016, STP16CP05, PCA9626B:
+--+--+--+--+-- +5V/2.5A
| | | | |S
--(--(--(--(-|I IRF7413
--(--(--(-|I | +--------------...--------------+
--(--(-|I | +--|A |
--(-|I | +-----|A 5 x 25 |
-|I | +--------|A rote, gelbe oder grüne |
| +-----------|A 20mA LED Matrix |
+--------------|A K K K K K K |
+--------------...--------------+
2.5A Zeilenstrom | | | | | |
+-----------+ +-----------+
| | | | 100mA Spaltenstrom
Data -------------|Sin Sout|---- |Sin Sout|-
| CAT4016 | | CAT4016 |
+-----------+ +-----------+
| | | | | |
Latch --------------+---(---(---------+ | |
| | | |
Clock ------------------+---(-------------+ |
| |
680R 680R
| |
GND ----------+-- ... ----------+
Hier auch mit den Zeilentreibern als Schieberegister bei variabler LED
Versorgungsspannung, nach rechts erweiterbar auf mehr Spalten.
+-+-+-+-+-+-+-+--+--+--+--+--+--+--+--+-- +9V Batterie
| | | | | | | | | | | | | | | |
1k R R R R R R R R | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |S
+-(-(-(-(-(-(-(--(--(--(--(--(--(--(-|I
| +-(-(-(-(-(-(--(--(--(--(--(--(-|I | +-------------------------------+
| | +-(-(-(-(-(--(--(--(--(--(-|I | +--|a |
| | | +-(-(-(-(--(--(--(--(-|I | +-----|b |
| | | | +-(-(-(--(--(--(-|I | +--------|c 16 x 8 LED |
| | | | | +-(-(--(--(-|I | +-----------|d Matrix |
| | | | | | +-(--(-|I | +--------------|e |
| | | | | | | +-|I | +-----------------|f |
| | | | | | | | | +--------------------|g |
| | | | | | | | +-----------------------|h |
| | | | | | | | PMOSFETs +-------------------------------+
| | | | | | | | FDS6975 | | | | | | | | | | | | | | | |
+---------------+ +-------------------------------+
| | | |
Data --|Sin Sout|-------------------------|Sin Sout|-...
| TLC5916 | | TLC5921 |
+---------------+ +-------------------------------+
| | | | | |
Latch ----+---(-----(-------------------------------+---(---------------------(----...
| | | |
Clock --------+-----(-----------------------------------+---------------------(----...
| |
R R
| |
GND ----------------+---------------------------------------------------------+----...
Das bei vielen AppNotes z.B. AN529 "Multiplexing LED Drive and 4x4 Keypad
Sampling" von http://www.microchip.com/ oder AppNote AVR242 "Multiplexing
LED Drive & a 4x4 Keypad" von http://www.atmel.com/ die Anzeigen mit
weniger Strom versorgt werden, heisst nicht, das das oben Stehende falsch
ist, sondern daß die AppNote, weil die Microcontroller sonst überlastet
würden, Schummerlicht in Kauf nimmt oder hocheffiziente 7-Segmentanzeigen
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0e30/0900766b80e30abc.pdf
https://www.vishay.com/docs/81199/tdsr1050.pdf
voraussetzt mit 2mA statt 10mA, weil man den Leser nicht mit solchen
Schaltungsdetails abschrecken will. Hier eine Schaltung eines 4x4x4 LED
Würfels, die nur 5mA durch jede LED schickt, gerade noch am Rande des
brauchbaren:
Und hey: Wenn einem das Display bei Normalstrom zu hell erscheint: Man muss ja die Stellen nicht jeweils 1/N-tel der Zeit anlassen :-)
Es wird eine Menge darüber erzählt, das schnell 'gepulstes' Licht (kein Blinklicht) vom Auge besser wahrgenommen wird, aber das ist Unsinn. Kann jeder selbst ganz leicht mit einer LED ausprobieren, bevor aus Halbwissen wieder endlose Threads in d.s.e rumtheoretisieren. http://members.misty.com/don/ledp.html . Standard-LEDs sind bei Nennstrom am effektivsten, low current LEDs und high efficiency rote LEDs sind jedoch bei höherem Strom, wie er sich z.B. bei Multiplexansteuerung ergibt, effektiver als bei Nennstrom, siehe Datenblatt. Braucht man keine Multiplexansteuerung könnten solche LEDs mit gepulstem Strom etwas effizienter betrieben werden, aber die Effekte sind so klein, das sich keine zusätzlichen Strom verbrauchende Pulsschaltung lohnt. Schon gar nicht darf man von einer LED auf andere Typen verallgemeinern.
Wenn das Gerät mit Netzspannung betrieben wird, kann man auf besonders einfache Art ein Display im Duplex-Multiplexbetrieb betreiben, um die Hälfte der IC-Anschlüsse einzusparen und braucht dennoch keine leistungsstarken Zeilentreiber: Es ergibt halt flimmrige 50Hz. Ein Trafo mit 2 Wicklungen in Mittelpunktschaltung erlaubt:
+--|>|-- Zeile1 -----------------|>|--R--+
| 1N4148 LED |
+---R--------- Multiplexsyncsignal |
| 1N4148 |
o--+ +--+--|>|--+--+-- Betriebsspannung |
S|S | C Segmentausgang --+
S|+----------)--+-- Masse (20mA bei 10mA LED) |
S|S 1N4148| |
o--+ +--+--|>|--+ |
| 1N4148 LED |
+--|>|-- Zeile2 -----------------|>|--R--+
Fertige Module, meist mit 16x16, 16x32, 32x32, 32x64, 64x64 oder 128x64 LEDs
haben oft einen Hub75 In und Out Anschluss. Controller kommen z.B. von Onbon.
Mit genug Rechenleistung kann man dann Animationen laufen lassen:
Wie man 64 LEDs an 9 Leitungen hängt oder 56 an 8 zeigt
leider ist der Aufwand, aus einem three state Ausgang einen mit Power zu machen, eher hoch:
+5V -+----+----+-----+
| | | |
10k 10k | |
| +---|+\ |S
| | | >--|I LogicLevel PMOSFET wie IRF7307
+----(---|-/ |
| | |
uC --+ 10k +--- three state power Ausgang
| | |
+----(---|+} |
| | | >--|I LogicLevel NMOSFET wie IRF7307
| +---|-/ |S
10k 10k | |
| | | |
GND -+----+----+-----+
wenn man jedoch 3.6V LEDs mit 5V versorgt (oder 2.1V LEDs an 3.3V), so daß 2
in Reihe nicht leuchten können, und man Ausgänge hat die genug Strom für die
Spalten liefern, nur der Strom für die Zeilenansteuerung verstärkt werden
muss, geht folgendes (die 470 Ohm Widerstände kann man übrigens weglassen):
Zur Tastaturabfrage kann eine Matrix in Frage kommen, hier 4 x 4
1 2 3 4
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | |
5-+-----(--+-----(--+-----(--+ |
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | |
6-+-----(--+-----(--+-----(--+ |
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | |
7-+-----(--+-----(--+-----(--+ |
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | |
8-+-----(--+-----(--+-----(--+
aber es gehen auch mehr Tasten an weniger Anschlüssen:
1 2 3 4 5 6
| _ | _ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | | | |
+-----(--+-----(--+-----(--+-----(--+ |
| _ | _ | _ | _ |
| +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | | |
+--+-----(--+-----(--+-----(--+ |
| _ | _ | _ | ...
| +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | |
+--+-----(--+-----(--+ |
| _ | _ |
| +-o o-+ +-o o-+
| | | | |
+--+-----(--+ |
| _ |
+----o o-+
> 99 Ausgänge mit 100 Leitungen an 8 PortPins schalten
100 Leitungen klingt nicht zu wenig, aber damit meine ich schon nach dem Decodieren, also z.B. hinter einer Handvoll HEF4514, wo nur eine der 100 Leitungen high sein kann und man mit 7 bits und einem Enable auskommt. Will man damit Lampen schalten und mehr als eine soll eingeschaltet sein, dann braucht man Latches (74HC259), die allerdings ihrerseits meist nicht den benötigten Strom oder die benötigte Spannung schalten können, also noch mal Treiberstufen dahinter. Es kann einfacher sein, an jeden Ausgang einen Thyristor zu klemmen, vom kleinen BRX49 für 500mA (aber immerhin 400V) bis zu den dicken BTA139 der als TRIAC sogar negative Lasten mit positiven Impuls einschalten kann. Bei Gleichspannung als Versorgungsspannung bleiben diese eingeschaltet bis die Versorgungsspannung durch den 100ten Ausgang kurz abgeschaltet wird (z.B. ein MOSFET in der Zuleitung oder ein abschaltbarer Spannungsregler) so daß der Strom unter den Haltstrom fällt. Dann kann man blitzschnell alle Ausgänge, die eigentlich an bleiben sollten wieder einschalten ohne daß der Benutzer was merkt. Bei Spule (Relais) als Last dauert das Abschalten leider zu lange, bei Glühlampen sieht man nicht mal was flimmern. Allerdings kostet ein eingeschalteter Thyristor/TRIAC meist 1.5V.
Und wenn man nur Ausgänge ohne TriState hat und nur 1 LED leuchten muss kann man auch ein bischen mehr rausholen:
Q0----------+--+
| |
R R
LEDs | |
+--|>|--+ |
Q1--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q2--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q3--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q4--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q5--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q6--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q7--+--|<|-----+
Wer einfach nur ein simples Lauflicht haben will, ohne dafür gleich einen Microcontroller zu programmieren, muss wohl mindestens 2 ICs verwenden. Entweder einen Oszillator (74HC14, TC4S584, NE555 oder ganz besonders schlau eine Blink-LED am PullUp als Oszillator, den U880B gibt es ja leider nicht mehr) und einen Zähler mit Decoder (CD4017, erlaubt auch weniger als 10 LEDs durch Rückführung eines Ausgangs an RST, CD4022) oder ein Oszillator mit Zähler (CD4060) und Decoder (CD4028). An Q9 auch eine LED, Q1+Q8 parallel an eine LED, ebenso Q7+Q2, Q6+Q3, Q5+Q4 für Knight Rider K.I.T.T. Lauflicht. Geht der 270R Widerstand der LED nicht an GND sondern an den Ausgang des NE555, blitzen die LEDs, vor allem wenn R1 gross im Vergleich zu R2 ist.
+-----+---+-----------+----- +5V bis 9V | | | | | | | +------(-----270R--+ | | | | | | R1 | | | +-------+ LEDs | | +-------+ | | Q0|--|>|--+ +---|DIS | | | Q1|--|>|--+ R2 | NE555 | | | Q2|--|>|--+ +---|TRG OUT|--+--|CLK Q3|--|>|--+ +---|THR | | Q4|--|>|--+ | +-------+ | Q5|--|>|--+ C | | Q6|--|>|--+ | +---------|/EN Q7|--|>|--+ | | | Q8|-----+ | | +--|RST Q9|-- | | | | +-------+ | | | | | | | | +------(---------+ | | | +-------+-------------+------ GNDWeitere in
Es geht auch ganz analog mit einem Sinus- oder Dreieckoszillator (XR2206, ICL/XR8038) und einer Leuchtpunktanzeige wie LM3914 (http://www.national.com/ ), Berechnungstool: http://www.electro-tech-online.com/blog-entries/single-and-dual-lm3914-v3-0-calculator.136/?page=1 aber obwohl der LM3914 mit 3V auskommt, brauchen die XR mindestens 10V.
Und wer einfach nur einen Zähler mit Grossanzeige will (oft gefragt) kann aus mehreren LEDs in Reihe die Segmente bilden (oder fertige Grossegmentanzeigen kaufen die auch oft mehrere LEDs in Reihe enthalten) und einen mit bis zu 15V versorgten up/down-Zähler CD40110 nehmen. Reicht der Strom nicht, kann ein ULN2003 nachgeschaltet werden.
+++++++---+++++++--GND ||||||| |||||||K DDDDDDD DDDDDDD <- 1 - 6 LEDs ||||||| |||||||A in Reihe ||||||| ||||||| RRRRRRR RRRRRRR <- passender VCC ||||||| ||||||| Vorwiderstand | ||||||| ||||||| 4k7 (für 1mA Tastermindeststrom) +-------+ +-------+ 40106 | | 40110 |-| 40110 |--o<|--+--47k--+ (Entprellzeit 22ms) +-------+ +-------+UP | | RES| DWN| RES| DWN| 47n Taster hochzählen +1 | | | | | | | | | | GND GND | | | | | | | +---o<|-- (wie oben) Taster runterzählen -1 | | | | +----)--------o<|-- (wie oben) Taster runterzählen -10 (oder per BORROW der Einerstelle) | | +---------+--------o<|-- (wie oben) Reset / Null-0-stellenoder den 4 stelligen ICM7217 oder 4-1/2 stellig ICM7224, ICM7225 oder 5-stellige HEF4534B, MC14534, oder 8 stelligen ICM7226 in passender Variante (A/B/C/D), beschaltet nach Datenblatt von http://www.intersil.com/ . Oder soll es gar eine ganze Uhr sein? Die findet sich auf http://www.microchip.com/ in AN590 "A Clock Design Using the PIC16C54 for LED Displays and Switch Inputs" und zig weiteren AppNotes von Microchip.
gehen manchmal kaputt und müssen ersetzt werden, oder man möchte eigene Geräte bauen, und praktischerweise fertige Fernbedienungssender verwenden. Um die Codes herauszufinden, klemmt man ein Oszilloskop an die Sende-LED einer vorhandenen Fernbedienung und protokolliert die Impulse und deren Trägerfrequenz. Es gibt viele verschiedene Sendeverfahren, eine gute Quelle ist hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/IRMP
Besonders einfach ist die Nutzung mit fertigen Arduino Libraries, die schon selbst erkennen, welcher Code gesendet und demnach empfangen wurde.
Wenn man den üblich sparsambilligen HiFi-Geräten einige Tasten von der Fernbedienung auf die Frontplatte bauen will, nimmt man eine zweite Fernbedienung (oder zumindest deren Chip oder man programmiert einen uC denselben Job zu tun), baut deren Tasten in die Frontplatte, entfernt die Sende-LED und schliesst deren Zuleitung an den Ausgang des IR Empfängers des Geräts per wired-or an (dabei muss man die Potentiale beachten, aber ihr erkennt sicher das Prinzip).
Möchte man ein nicht-fernbedienbares Gerät fernsteuern, nimmt man eine bestehende Fernbedienung und den dazu passenden Empfängerchip (oder programmiert einen uC dasselbe zu tun), lässt von jedem dekodierten Ausgang einen CD4066 Analogschalter schalten, der den jeweils gewünschten Taster im Gerät überbrückt. VDD/VEE des CD4066 kommt an die höchste/niedrigste Betriebsspannung des steuernden Geräteteils. So muss man sich keine Gedanken machen um eine eventuelle Multiplexabfrage der Tasten des Geräts. Potis muss man natürlich durch Motorpotis und entsprechende Ansteuerung ersetzen.
Universell lernfähige Fernbedienung:
Empfänger:
Möchte man kein um die Trägerfrequenz gefiltertes Empfangssignal, sondern ein mit der Trägerfrequenz moduliertes, wie es für Repeater oder selbstlernende Fernbedienungen wichtig ist, dann geht SDR5601(20-40kHz), EAIRMAA0(30-56kHz), TSMP1138(30-55kHz), TSMP4138, TSOP98138, TSOP98238(30-50kHz), TSMP58138(30-55kHz) in dessen Datenblatt gleich die Schaltung einer einfachen Fernbedienungsverlängerung ist
IR-Einschalter fuer PC
Funkfernsteuerung 4 x analog 10 bit, 8 digital, mit Conrad-Modulen
Ciseco XRF Module sind billigere XBEE Replikate mit grösserer Reichweite als BlueTooth, WiFi oder ZigBee. Einfach Anschliessen an die serielle Schnittstelle und fertig ist die Funkverbindung.
Von: MaWin 17.7.2000
Klassischerweise gehört zum ersten selbstgebauten Gerät ein einfaches Netzteil mit integriertem Spannungsregler. Üblicherweise wird dieses erst mal mit falscher Bauteiledimensionierung aufgebaut und hält dann keine Dauerlast aus oder liefert keine saubere Ausgangsspannung bei Netzstörungen. Auch Bauvorschläge aus Zeitschriften oder gekaufte Bausätze sind manchmal falsch ausgelegt.
Siehe Application Note 1707.pdf "Power Supply Design Basics" von http://www.st.com/ und "Linear & Switching Voltage Regulator Handbook" HB206/D von http://www.onsemi.com/ mit sehr detaillierter und begründeter Siebkondensatorauswahl, Kühlkörperberechnung, Leiterplattenlayouttipps, Transistorparallelschaltung, Schaltnetzteilauswahlkriterien, und allein 20 Seiten Erklärung wie man einen Transistor auf einen Kühlkörper schraubt. Ebenso AN1040/D (z.B. in DL111-D enthalten) von Motorola mit seitenlangen Montageanweisungen und Wärmewiderstandsberechnungen auch für exotische Transistorgehäuse mit vielen Messwerten und Zahlenangaben zu Isolatoren.
Alles was mit dem Stromnetz verbunden wird muss besonders sorgfältig aufgebaut werden, damit auch beim mehrmaligen Runterfallen keine Gefahr besteht. Bei Schutzklasse I ist ein Metallgehäuse mit dem Schutzleiter verbunden. Geht innendrin ein Kabel ab, gibt es einen Kurzschluss mit dem Gehäuse und die Sicherung fliegt raus, aber für den Menschen bestand keine Gefahr. Schutzklasse II hat einen 2-poligen Eurostecker und Plastikgehäuse und alles ist doppelt gesichert: Selbst wenn ein Draht abgeht oder eine Isolation durchschmurgelt, darf damit keine Netzspannung an berührbare Kontakte kommen.
Alles was per Batterie, Generator oder sicherer elektrischer Isolierung galvanisch getrennt ist und maximal 25V~ oder 48V= (früher 60V=) bringt, darf nach Schutzklasse III berührbar sein, bis 50V~ und 120V= gilt es als Schutzklasse III. Eine Funksteckdose zu prüfen nach VDE 0620 hat einen berührbaren Schutzleiterkontakt und ist daher Schutzklasse I und darf kein Doppelquadrat tragen, ähnlich wie eine Master-Slave Steckdose. (Trenntrafos haben daher keinen Schutzleiterkontakt http://www.elektroland24.de/Schalter-Steckdosen/Berker/Integro-Flow/grau-glaenzend/Berker-SCHUKO-Steckdose-ohne-Schutzkontakt.html )
"Geräte, welche teilweise nach Schutzklasse II, jedoch auch teilweise nach Schutzklasse I gebaut sind, werden als Schutzklasse I eingestuft." Siehe BGI 5090, Ausgabe 2006, Kapitel 7.2 . Bei Schutzklasse I muss laut DIN EN 61439-1 (VDE 0660-600-1):2012-06 8.4.3.2.2 nicht jede Schraube geerdet werden: "Dies gilt entweder, wenn sie nicht großflächig berührt oder mit der Hand umfasst werden können oder wenn sie klein (ungefähr 50 mm x 50 mm) oder so angeordnet sind dass ein Kontakt mit aktiven Teilen ausgeschlossen ist. Dies gilt für Schrauben, Nieten und Typschilder. Dies gilt auch für Elektromagnete von Schützen oder Relais, Magnetkerne von Transformatoren, gewisse Teile von Auslösern usw. ohne Rücksicht auf ihre Größe im Inneren des Geräts", aber besser wäre es doch, jedes berührbare nicht an den Schutzleiter angeschlossene Teil wie Schutzklasse II zu isolieren. Im Medizinbereich gilt die EN 60601-1
wobei der Zielmarkt relevant ist, um zu entscheiden ob mit dem Release 2 oder dem neueren Release 3. Nach der aktuellen Ausgabe sind immer 2 Schutzmaßnahmen erforderlich. Entweder Basisisolation plus Schutzleiterverbindung oder zwei mal Basisisolation ( Doppelte isolation) oder verstärkte Isolation. Insgesamt ist das Thema recht kompliziert, weil für jede Isolationsstrecke auch noch die zugrundegelegte Betriebsspannung berachtet werden muss. Das bedeutet, dass es durchaus leitfähige berührbare Teile geben kann, die nicht mit dem Schutzleiter verbunden sind. Bei Anwendungsteilen der Type BF bzw CF sogar durch mindestens 2 Schutzmaßnahmen vom Schutzleiter getrennt sein müssen.
Nach DIN VDE 0100-410 ist die DAUERND zulässige Berührungsspannung bei DC 120V. Allerdings ist bereits ab 48V ein Basisschutz gefordert (z.B. ein Gehäuse). Kondensatoren mit mehr als 1Ws Ladung müssen mit einem Parallelwiderstand versehen sein der sie in weniger als 1 Minute entlädt (auf unter 60V). Ein Teil ist nicht berührungsgefährlich wenn bei höheren Spannungen als Kleinspannung der Strom durch einen nichtinduktiven 2k Widerstand auf unter 2mA begrenzt ist und wenn ausserdem die Kapazität bis 450V maximal 0.1uF beträgt, Ladungen bis 45uC sind für Spannungen bis zu 15kV erlaubt, gespeicherte Energie von 350mJ darüber. Bei 100kV (Pulversprühpistolen) liegt Personengefährdung bei 50uC 350mJ und 200uA laut DIN EN 61140 (Schutz gegen elektrischen Schlag) bzw. TRBS 2153, so lange 50uC unterschritten werden, also z.B. bei 800VDC ein Kondensator nicht grösser als 56nF, darf so etwas berührbar sein, aber weil das Pulver (ATEX Z21) explosionsgefährdet ist, liegt der Grenzwert bei 200nC und 2mJ laut Norm für handgeführte elektrostatische Pulversprühgeräte (EN 50177) (RL94/9/EG ist die Explosionsschutzrichtlinie welche sich an den Hersteller wendet), also 100kV und 200uA. Es ist aber nicht die Hochspannungsquelle allein, der gesamte konstruktive Aufbau wird getestet (durch Ladungsansammlung an der Oberfläche des Gerätes könnten die Werte überschritten werden). In der Bauvorschrift steht u. a. auch, daß der Handgriff geerdet sein muß, damit ein "aufgeladener" Mensch keine Spannung hinzuaddiert.
Merkwürdigerweise gibt es, seit dem sich Firmen mit CE Bapperl selbst die Zulässigkeit ihrer Geräte zusprechen, Metallgehäuse ohne Schutzerde in denen 230V an der Platine liegt, so dass schon eine abgefallene Schraube an der falschen Stelle eingeklemmt zu einen 'heissen' Gehäuse führt. Solchen Pfusch sollten Hobbybastler lieber lassen. Consumerschrott ist leider nicht immer ein Vorbild für preiswerten, einfachen Aufbau (aber oftmals doch, dazu muss nur eine Plastikkarte zwischen Platine und Gehäuse geschoben werden :-). Lichterketten, bei denen nach Glasbruch der kleinen Lämpchen (und wem ist das noch nicht passiert...) 230V offen rumliegen, weil sich der Hersteller den Trenntrafo gespart hat, oder Toaster, die ein festgebackenes Toast verbrennen, wenn man es nicht schnell - autsch - mit dem Frühstücksmesser https://youtu.be/GyzzqtH_35I?t=136 https://www.youtube.com/watch?v=zPs6r5b0pmM rauspult - wo die 230V an den Heizwendeln nicht mal 1 cm weit weg sind, weil der Hersteller ein Ceranglas gespart hat, halte ich aber für vorsätzlichen Mord, die Toaster sind übrigens nur durch eine Ausnahmeregelung zulässig bei denen die Lobby bestimmt gejammert und bestochen hat.
EN 61010 (Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte, z.B. Schlagtest mit 5 Joule nach EN 61010-1, allgemein IK-Stoßfestigkeitsgrad nach IEC 62262), EN 60335 (Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch, enthält Prüfanweisungen für Schutzklasse I und Schutzklasse II Geräte wie man Schutzleiter und Spannungsfestigkeit zu messen hat, Glühdrahtprüfung für die verwendeten Gehäuse- und Isoliermaterialien, etc. pp. für Hausgeräte) EN 60950 (Sicherheit von Einrichtungen der TK und Informationstechnik), DIN EN 62368-1 (Niederspannungsrichtlinie), 2004/108/EC (EMV-Richtlinie), 93/68/EEC (Richtlinie zur CE-Kennzeichnung), 85/374/EEC (Produkthaftungsrichtlinie).
Bei Telekommunikation, Aufzügen, Schienenfahrzeugen, Medizintechnik: 98/37/EC (Maschinenrichtlinie), EN 60601 (Medizinische elektrische Geräte) = UL60601 (Medizin) http://www.psui.com/1upower/pdf/906_ref.pdf , 93/42/ECC (Richtlinie für medizinische Geräte), 98/79/EC (Richtlinie für in-vitro Diagnostik), 94/9/EC (ATEX-Richtlinie), 2001/95/EC (Produktsicherheitsrichtlinie). http://www.bbr-service.de/umrichter.pdf http://www.brand-rex.com/espana/getFile.php?fileType=TUTORIAL&id=238 EN 61000-4-5 beschreibt, welche Surges das Gerät überstehen muss, (beispielsweise Einkopplung an 500V: an Leiter gegen Leiter über 2 Ohm 18µF, an Leiter gegen Erde über 12 Ohm 9 µF) EN 61000-3-2 beschreibt die zulässigen Oberwellen bei Netzversorgung, ab wann ein Netzteil also eine PFC enthalten muss. Wenn man kein Netzkabel, keine Datenleitungen über 3m hat und mit der Leistung unter 50W liegt sind das schon mal gute Voraussetzungen die Norm einzuhalten.
Die Valley Fill Schaltung kann bei konventionellen Trafonetzteilen mittlerer Leistung die PFC unnötig machen, in dem die Siebelkos zumindest die halbe Spannung an die Last liefern.
Die üblichen Grundnormen bei Produkten für gewerbliche oder nichtgewerbliche Anwendungen: Leitungsgebundene Störungen (EN 55016-2-1) Strahlungsgebundene Störungen (EN 55016-2-3) Oberwellen (??) Störaussendungsprüfungen/Emission Störspannung auf Leitungen EN 55022 (8.3/8.4) Störaussendungsprüfungen/Emission Störfeldstärke EN 55022 (8.2) z.B. 30MHz-1GHz Klasse B Wohnbereich Störbeeinflussung durch Entladungen statischer Energie ESD (EN 61000-4-2) z.B. +/-8kV Luft +/-6kV Kontakt Schärfegrad 3 Kriterium B Störbeeinflussung durch Elektromagnetische Felder eingestrahlte HF (EN 61000-4-3) z.B. 10 V/m Schärfegrad 3 Kriterium A Störbeeinflussung durch Elektromagnetische Felder 1MHz 1GHz PM 1kHz (IEC 1000-4-3 / VdS 2834) z.B. 10 V/m Störbeeinflussung durch Schnelle elektrische Transienten Bursts (EN 61000-4-4) Störbeeinflussung durch Stoßspannungen Surges (EN 61000-4-5) Störbeeinflussung durch Hochfrequente Spannungen eingeströme HF (EN 61000-4-6) Störbeeinflussung durch Magnetfeld energietechnischer Frequenzen (EN 61000-4-8:1993 + A1:2000) z.B. Induktionsspule 50A/m Schärfegrad 4 Kriterium A Störbeeinflussung durch Netzschwankungen (EN 61000-4-8) Störbeeinflussung durch Netzunterbruch / Spannungsschwankungen (EN 61000-4-11) EMV-Richtlinie (EMC) 89/336/EWG (EMV, Elektromagnetische Verträglichkeit), seit 19.7.2009 2004/108/EG, seit 20.04.2014 2014/30/EU
DIN EN 61000-4-x misst die Störfestigkeit bei 80-1000MHz mit 10V/m, oder 3V/m bei 1,4 bis 2,7GHz und z.B. IEC61000-4-6 (leitungsgebundene eingekoppelte Störungen), Prüfschärfegrad wäre z.B. 30V, d.h. bei Deinem Gerät wird an den Anschlüssen durch z.B. eine Koppelzange auf der Leitung ein HF-Störpegel im Frequenzbereich 150kHz bis 80MHz (nacheinander in Frequenzschritten) mit einer Amplitude von etwa 30V erzeugt. Dazu kommen halt auch die Tests mit elektrostatischer Entladung gegen das Gehäuse mit +/- 4kV Kontaktentladung, sowie +/- 8kV Luftentladung. Dann noch die Surge-Tests auf den Netz- und Signalleitungen.
und EN 61000-3-3 die Spannungsschwankungen und Flicker, (EN 50081-2) EN 61000-6-4 Funkstörungen im Industriebereich, (EN 50081-1) EN 61000-6-1 Störfestigkeit im Wohnbereich, Geschäfts- u. Gewerbebereich und in Kleinbetrieben, EN 61000-6-3 Funkstörungen im Wohnbereich, (EN 50082-2), EN 61000-6-2 Störfestigkeit im Industriebereich, (EN 50082-1). Die EN61000-6-2 beinhaltet eigentlich nur eine Zusammenstellung von Normen der EN61000-4-x Reihe, deswegen ist die 6-2 auch nur wenige Seiten stark.
Für einfache ESD Prüfungen reicht erst mal ein Piezo-Feuerzeug/Gasanzünder. Wenn das Gerät bei den Funken auf Gehäuse oder Masseanschluss aussteigt oder gar beschädigt wird ist es schon mal schlecht. ESD nach DIN IEC61000-4-2 lädt je nach severity level (1: 2kV, 2: 4kV, 3: 6kV, 4: 8kV bei contact discharge, 1: 2kV, 2: 4kV, 3: 8kV, 4: 15kV bei air gap discharge) einen 150pF Kondensator über ca. 50 MegaOhm auf, und entlädt ihn je nach Testlevel 2E, 12E, 42E über 330 Ohm auf das Testobjekt, der Spannungsansteig erfolgt in Nanosekunden, also sehr kompakt aufbauen. Störaussendungen für Beleuchtungseinrichtungen werden nach EN 55015 geprüft, Störfestigkeit nach EN 61547. Für Automotive ESD Test gilt ISO 10605.
EMV-Normen
Die Niederspannungsrichtlinie fordert, daß zu jedem Produkt eine technische Dokumentation angelegt werden muss und legt in Anhang IV die Art der darin enthaltenen Informationen und Dokumente fest. Sie dient dem Nachweis, dass die Sicherheit eines Produktes richtig beurteilt wurde. Sie muss für 10 Jahre nach der Herstellung des letzten Produkts unverändert aufbewahrt werden.
Ein Gerät, welches von 100-240V~ einsetzbar ist, muss wegen der Toleranzen tatsächlich 90-265V aushalten, das darf aber nicht draufstehen, sondern nur die 100-240V.
Nach EN 62368-1 sind Varistoren für 1,25 x maximale Nennspannung zu wählen, bei 230V also 275V, bei 240V also 300V bei Ableitstrom von 100A (2 Ohm an 2000V für 50us), damit begrenzt er die Spannung auf 700V (690V-710V).
Für bestimmte Ausgangsspannungen tun es Festspannungsregler-ICs sehr gut, der bekannteste ist Fairchild's uA7805, auch als UA7805 von Texas Instruments, LM7805 von National Semiconductors, L7805 von ST Microelectronics, IFX7805 von Infineon, und unter ähnlichen Namen von anderen Herstellern angeboten, und als 7812 und 7815 u.s.w. für andere Spannungen zu bekommen, vereinfacht schreiben wir 78xx.
MC78LCxx für 80mA, 78Lxx für 0.1A, MC78FCxx für 120mA, TA78DLxx für 0.25A low drop, AN78Nxx für 0.3A, 78Mxx für 0.5A, 78xx für 1A, 78Sxx für 2A (KA278RxxC abschaltbar), 78Txx für 3A, 78Hxx für 5A, CS5207 für 7A, CS5208 für 8A, 78Pxx für 10A an einem Graetz-Brückengleichrichter.
Trafo Gleichr. +-----+
o--+ +-----+--|>|--+---+----+--|78?xx|--+-- OUT
| | | | | | +-----+ |
S:S +--(--|>|--+ | | | |
S:S | | Elko 330nF | 100nF
S:S | +--|<|--+ | | | |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+----+-----+-----+-- GND
(Trafo, Gleichr. und Elko = Steckernetzteil)
Eine Rückstromdiode zur Reverse-Bias Protection ist nur bei mehr als 6V
Ausgangsspannung und einer Möglichkeit kräftig Strom vor dem Spannungsregler
abzuziehen erforderlich: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua7805.pdf
weitere 1N4001
Last +----|<|----+
^ | |
Trafo Gleichr. | | +-----+ |
o--+ +-----+--|>|--+---+----+--|78?xx|--+-- OUT
| | | | | | +-----+ |
S:S +--(--|>|--+ | | | |
S:S | | Elko 330nF | 100nF
S:S | +--|<|--+ | | | |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+----+-----+-----+-- GND
Hat man aber eine ausreichend hohe Eingangsspannung (z.B. 18V vor einem 12V
Regler), ist eine Diode in Vorwärtsrichtung schlauer, dann entsteht erst gar
kein höherer Rückstrom sondern maximal die ca. 3mA Eigenbedarf des Reglers:
weitere
Last
^
Trafo Gleichr. | 1N4001 +-----+
o--+ +-----+--|>|--+---+--|>|--+--|78?xx|--+-- OUT
| | | | | | +-----+ |
S:S +--(--|>|--+ | | | |
S:S | | Elko 330nF | 100nF
S:S | +--|<|--+ | | | |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+-------+-----+-----+-- GND
Eine Verpolschutzdiode ist nur erforderlich, wenn irgendwo eine negative
(bzw. bei negativen Reglern positive) Spannung herkommen kann, also z.B.
bei bipolaren symmetrischen Netzteilen. Sie verhindert, daß beim Einschalten
der später startende Spannungsregler in fold back Strombegrenzung stecken
bleibt.
Trafo Gleichr. +-----+
o--+ +-----+--|>|--+---+----+--|78?xx|--+---+----------- OUT
| | | | | | +-----+ | |
S:S +--(--|>|--+ | | | | | 1N4001
S:S | | Elko 330nF | 100nF +--|<|--+
S:S | +--|<|--+ | | | | |
| | | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+----+-----+-----+-----------+-- GND
Für krumme Ausgangsspannungen empfiehlt sich der LM317L bis 0.1A, LM317 bis 1A, LM350 bis 3A, LM338 bis 5A (alle http://www.national.com/ ), CS5207-1 bis 7A, CS5208-1 bis 8A (http://www.onsemi.com/ ) und PQ7DV10 oder LT1038 bis 10A (http://www.linear.com/ ). Schaltpläne findest du jeweils in den Datenblättern bei den Herstellern. Wenn man eine definierte Strombegrenzung benötigt, kann das der L200 und LT3081. AH-28 von http://www.micrel.com/ zeigt, wie man 4-beinige Spannungsregler ab 0V verwendet. Aber achte auf den eingebauten SOA (save operating area) Schutz dieser Chips. Ein LM317 wird z.B. keine 1.5V mit 1.5A liefern, wenn er mit 30V versorgt wird, und 10A kommen aus dem LT1038 nur bei knappster Eingangsspannung. Daher sind diese Chips für Labornetzteile (z.B. 1.2 bis 24V regelbar) nicht so geeignet, man nimmt dazu lieber diskret aufgebaute Transistorschaltungen oder macht die Trafospannung umschaltbar. Da der LM317 auch nicht direkt als Stromquelle gebaut wurde, muss man sich nicht wundern, wenn er in dieser Verwendung nicht bei jeder Last stabil bleibt, aus dem L200 kann man beispielsweise keine Stromquelle bauen weil bei ihm foldback ein Ansteigen des Stroms auf Nennwert verhindert.
Trafo 4*1N4001 +-----+
o--+ +-----+--|>|--+----+-----+--|LM317|--+---+-- OUT
| | | | | | +--+--+ | |
S:S +--(--|>|--+ | + | | 240R |
S:S | | Elko 330nF +-----+ 4u7
S:S | +--|<|--+ | | Poti5k |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+----+-----+-----+---------+-- GND
Nein, der LM317 muss keine 240 Ohm bekommen, er funktioniert genau so gut mit
220 Ohm oder 270 Ohm, oder gar 470 Ohm, allerdings bewirken die 240 Ohm genau
die nötige Grundlast von 5mA. Bei 470 Ohm bräuchte man also eine zusätzliche
Grundlast.
LM317 mit slow turn on, als Diode tut es eine 1N4001, als PNP Transistor ein 2N2907 oder BC556:
+-----+
----|LM317|--+----+-----+
+-----+ | | |
| 240R 47k |
| | | |
+-----+ +-|>|-+
| E| | |
| PNP >|---+ |
Poti | | Last
| | 10uF |
| | | |
-------+-----+----+-----+
Amerikaner verwenden oft anders gewickelte Trafos in Mittelpunktschaltung und
kommen mit 2 Dioden aus. Wenn man dafür einen in Europa gefertigten Trafo mit
2 Wicklungen verwendet, bei dem beide Wicklungen für Dauerstrom und nicht nur
für 50%ige Nutzung ausgelegt sind, wodurch sich ein anderes Masseverhältnis
von Eisenkern zu Wicklungskupfer ergibt, kostet das nur unnötiges Geld für
den 1.4 mal dickeren Trafo. Als Hobbyist vielleicht egal, bei kommerzieller
Pfennigfuchserei aber wichtig. Im Umkehrschluss heisst das, das bei
amerikanischen Trafos nicht beide Wicklungen gleichzeitig voll belastet
werden dürfen, aber da der Trafo eh für 127V~ und 60Hz ausgelegt ist,
erübrigt sich dessen Verwendung meistens sowieso. Die Mittelpunktschaltung
hat nur 1 Diodenspannungsabfall, da aber bei gleichem Kern der
Wicklungswiderstand doppelt so hoch und damit der Spannungsabfall im
Belastungsfall höher ist, wird dieser Vorteil wieder aufgehoben.
Bei professioneller Auslegung wird der Trafoinnenwiderstand zwischen
Leerlaufspannung und Gleichrichterspitzenstrom eingepasst (Section 8 in
HB206 von OnSemi, auf gut Deutsch: Profis machen den Draht so dünn wie es
geht, es geht so lange die Elektronik die Effekte ausregeln kann, und
sparen damit Kupfer und senken die Spitzenstrombelastung der Bauteile),
als Bastler muss man nehmen was angeboten wird.
Trafo Gleichrichter +-----+
o--+ +-|>|-+------+----+--|78?xx|--+-- OUT
S:S | | | +-----+ |
S +-----(--+ Elko 330nF | 100nF
S:S | | | | | |
o--+ +-|>|-+ +---+----+-----+-----+-- GND
Bei Schaltnetzteilen kann die Mittelpunktgleichrichtung ein Vorteil sein,
weil sie die Sättigung des Trafokerns bei ungleichem Tastverhältnis in den
lückenden Phasen unterbindet:
Wenn man nur knapp mehr Eingangsspannung hat, als die Ausgangsspannung betragen soll benötigt man einen teuren 'low drop' Regler. Z.B. für geregelte 5V aus einer 9V Blockbatterie die zum Ende hin ja nur noch 6V abgibt, oder wie ein 2*6V Trafo, dessen 6*1.4=8.5V durch einfachen Gleichrichter (-1V) und Siebelko (-10%) bei 10% Netzunterspannung gerade mal diese 6V abliefert. Der MCP1825 braucht bei 0.1A nur 0.1V für sich und folgt auch einer zu niedrigen Eingangsspannung bis herunter auf 2.2V, bevor er aufgibt zu regeln. Schau bei http://www.st.com/ nach erschwinglichen Varianten wie L4940 und LD1117, oder bei http://www.nsc.com/ nach LM1084/85/86-3.3/5 bevor du bei http://www.linear.com/ Luxus einkaufst, und achte auf die Anschlussbelegung, die sich meist von den 78xx-Typen unterscheidet, ebenso wie sich der negative Regler 79xx vom 78xx unterscheidet. LowDrop/79xx haben auch andere Spezifikationen. Manche brauchen eine Mindestlast (der 79xx liefert ohne Last eine Spannung ca. 7V geringer als die Eingangsspannung), manche widerstehen nur geringeren Eingangsspannungen als entsprechende 78xxer und manche brauchen einen grösseren Kondensator (25uF) am Ausgang um ihre Schwingneigung zu unterdrücken.
Falls jemand meint, man könne die Kondensatoren ja weglassen, weil im Datenblatt steht "No external Components required" und nur in der Fussnote "All characteristics are measured with capacitor across the input of 0.22 uF, and a capacitor across the output of 0.1uF." http://www.mikrocontroller.net/attachment/97748/78XX_05_12_15.pdf dann sollte er hier mal lesen http://www.mikrocontroller.net/topic/204263 und es gibt viele weitere solcher Erfahrungen.
Von: Kai Klaas 13.05.2014
In manchen Datenblättern steht, daß der LM7805 und der LM317 eigentlich keinen Kondensator am Ausgang brauchen. Das stimmt für eine perfekte rein ohmsche Last. Sobald eine kleine kapazitive Last (so im 100pF Bereich) oder induktive Last hinzukommt, werden sie instabil, um bei noch größeren kapazitiven Lasten wieder stabil zu werden.
Da so ein Verhalten natürlich Murks ist, sollte man generell eine Kapazität am Ausgang haben, die deutlich größer als die kritische kapazitive Last ist. Dann kann keine unbestimmte kapazitive Last mehr den Regler instabil werden lassen. Deswegen sollte man immer mindestens 100nF (oder was im Datenblatt steht) am Ausgang haben.
Ausnahme ist der 200mA LDO NCP4588, der besonders erwähnt, daß er ohne Ausgangskondensator auskommt.
3V Regler sind auch selten: HT7130 (Holtek, TO92), ebenso einstellbare negative low drop Regler wie LM2991 und LT3015. Wenn man genauere (LP2954, LP2986, LT1086) oder rauscharme (LT3042 0.8uVrms, LP2985/3985, MAX8877/8878, TPS7A49xx/TPS79301, LT1761/LT1762/LT1763/LT1964, AP2125 extremly low noise, LDLN025 (5V 250mA 6.5uVrms) MP2009 ultra low noise, LT3032 20uVrms pos+neg) Spannungsregler haben will oder welche mit geringem Eigenverbrauch (XC6206 (1uA/200mA/6V Torex), STLQ015M30R (1uA/150mA ST) TPS79730 (5uA/10mA/5.5V TI), MCP1702/1703 (2uA/250mA/16V Microchip Reichelt), LM2936, LP2950) oder rauscharm und sparsam zusammen (LT1763) rückspeisefeste (MC33269) oder welche die Eingangsstörungen auch bis zu hohen Frequenzen noch gut bedämpfen (MCP1801) kann man auch nach Alternativen anstelle der 78xx sehen, denn damit ein Regler was regeln kann, muss ja erst eine Abweichung vom Sollwert vorliegen, und bei universellen Bauteilen wie den 78xx darf die Verstärkung nicht zu hoch sein, da sie sonst zu leicht ins Schwingen kommen, die anderen Regler brauchen daher meist grössere Kondensatoren auf Lastseite. Bei Spannungsreglern sind einige Dutzend Millivolt Regelabweichung also normal. Aber selbst die 78xx unterscheiden sich bei verschiedenen Herstellern und werden mit den Herstellungsjahren immer besser. Reicht ein integrierter Regler nicht aus, z.B. weil man ultra low drop bei viel Strom haben will, kann man einen IC mit externem Transistor einsetzen wie den LP2975. Oder es diskret aufbauen:
Wenn man aus einem Trafo mit 2 Wicklungen umschaltbar die einfache oder doppelte Spannung erhalten möchte, geht diese Schaltung, die zwischen Grätz-Brücke und Mittelpunktgleichrichtung umschaltet:
Trafo Gleichrichter
o--+ +--------+-|>|-+---------+-- +
| | | | |
S:S +-|>|-+ | |
S:S | | |
S +--(-----------(---+ Elko
S:S | | | |
S:S +-|>|-+ | | |
| | | | | | |
o--+ +--(-----+-|>|-+ o\ |
| \o--+-- GND
+---------------o
Wenn man eine positive und eine negative Versorgungsspannung braucht, reicht ein Trafo. Wenn er 2 Wicklungen hat geht:
o--+ +-----+-|>|-+---+--- + (7805)
| | | | |
S:S +--(-|>|-+ |
S:S | | C1 (C1, C2: 4700uF ergibt 2V Ripple = 'Kondensatorverlust' bei 1A Belastung)
S:S | +-|<|-+ |
S:| | | |
S:+--+----|<|-+---+
S: +-- Masse
S:+-----+-|>|-+---+
S:| | | |
S:S +--(-|>|-+ |
S:S | | C2
S:S | +-|<|-+ |
| | | | |
o--+ +--+----|<|-+---+--- - (7905)
Die Schaltung eignet sich auch, wenn man nur 2 positive Spannungsregler hat,
aber eine stabilisierte negative und positive Spannung benötigt, es werden
aber Schhutzdioden am Ausgang gegen Verpolung der Spannungsregler benötigt:
+-----+
o--+ +-----+--|>|--+--|LM317|----+-- +
| | | | +--+--+ |
| | | | | |
| | +--(--|>|--+ +--R1---+
S:S | | | | |
S:S | | C1 R2 |
S:S | | | | |
S:| | +--|<|--+ +--|>|--+ (1N4001)
S:| | | | |
S:| | | | C3
S:| | | | |
S:+--+-----|<|--+-----+-------+
S: +-----+ +-- GND
S:+-----+--|>|--+--|LM317|----+
S:| | | +--+--+ |
S:| | | | |
S:| +--(--|>|--+ +--R3---+
S:S | | | | |
S:S | | C2 R4 |
S:S | | | | |
| | | +--|<|--+ +--|>|--+ (1N4001)
| | | | | |
| | | | | C4
| | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+-----+-------+--- -
Bei exakt gleichen Trafoausgangsspannungen und auch für Trafos mit
Mittelanzapfung brauchbar ist diese Lösung:
o--+ +--+-----|>|--+---+-- + (7805)
S:S | | |
S:S | +--|>|--+ C1 (C1, C2: 4700uF ergibt 2V Ripple = 'Kondensatorverlust' bei 1A Belastung)
S:S | | |
S:+--)--)-----------+-- Masse
S:S | | |
S:S +--)--|<|--+ C2
S:S | | |
o--+ +-----+--|<|--+---+-- - (7905)
nicht nur weil eine Gleichrichterbrücke eingespart wird. Im Gegensatz zur
Mittelpunktschaltung mit 2 Dioden weiter oben wird hier der Vorteil, einen
Diodenspannungsabfall weniger zu haben, nicht aufgehoben durch einen trotz
Überdimensionierung mehr belasteten Trafo, sondern der Trafo wird genau so gut
genutzt wie bei 2 Brückengleichrichtern, die nutzbare Ausgangsspannung ist um
0.7V höher. Lediglich bei voneinander abweichenden Trafowechselspannungen
sollte man auf die Schaltung mit 2 Brückengleichrichtern zurückgreifen. Bei
Audioschaltungen wurde früher gerne der LM325 bzw. RC/XR4195 für +/-15V
eingesetzt, die nur bis 100mA liefern. So einen tracking regulator kann man
heute auch mit einem OpAmp aufbauen, der auch den Strom begrenzt:
+----+
o--+ +--+-----|>|--+---+--|7815|--+---+------ +15V
S:S | | | +----+ | |
S:S | +--|>|--+ C1 | | 100nF
S:S | | | | | |
S:+--)--)-----------+----+-----(---+------ 0V
S:S | | | 10k 30k |
S:S +--)--|<|--+ C2 +-----(--|+\ L272
S:S | | | | | | >-+-- -15V
o--+ +-----+--|<|--+---+ | +--|-/ |
| 10k 10k | |
| +-----+---(---+
| |
+--------------+
Die Schaltung taugt auch, wenn man doppelte und halbe Spannung aus einem Trafo
mit 2 Wickungen braucht:
2 x 9V~ +----+
o--+ +--+-----|>|--+---+--|7812|--+--------------- +12V
S:S | | | +----+ |
S:S | +--|>|--+ C1 | 100nF
S:S | | | | | +----+
S:+--)--)-----------+-----(----(----|7805|--+-- +5V
S:S | | | | | +----+ |
S:S +--)--|<|--+ C2 | | | 100nF
S:S | | | | | | |
o--+ +-----+--|<|--+---+-----+----+-------+----+-- GND
wobei C1 auch an GND gehen darf, wie hier für ungeregelte 24V:
2 x 9V~
o--+ +--+-----|>|--+-------+--------------- +24V unstabilisiert
S:S | | |
S:S | +--|>|--+ C1
S:S | | | +----+
S:+--)--)-----------+---(----|7805|--+-- +5V
S:S | | | | +----+ |
S:S +--)--|<|--+ C2 | | 100nF
S:S | | | | | |
o--+ +-----+--|<|--+---+---+-------+----+-- GND
Wenn der Trafo nur eine Wicklung hat (aber genug, um nicht zu sagen zu viel
VA Leistung), geht die Delon Schaltung
o--+ +--+--|>|--+-- + (7805)
S:S | |
S:S | C1 (C1, C2: 10000uF ergibt 2V Ripple = 'Kondensatorverlust' bei 1A Belastung)
S:S | |
o--+ +--)-------+-- Masse
| |
| C2
| |
+--|<|--+-- - (7905)
aber C1 und C2 müssen dann doppelt so gross sein wie in den Schaltungen zuvor.
Sogar eine Vervierfachung ist möglich, wie sie ohne Netztrennung (nur mit
strombegrenzenden Widerständen) gerne in billigsten Insektenvernichtern zur
Erzeugung von 1200V verwendet wird (allerdings stauben die Elektroden ein):
+--|>|--+--|>|--+--o
| | |
| 47n 47n
| | |
o--10k--10k--10k--+-------(-------+
| | |
230V~ | | | 4 x (Upeak - 0.7V)
| | |
o--10k--10k--10k--(-------+ |
| | |
| 47n 47n
| | |
+--|<|--+--|<|--+--o
Wenn jedoch eine negative Spannung mit nur wenigen mA benötigt wird, geht es
mit einer zusätzlichen Villard-Schaltung besser (C1 normal gross, C2 und C3
sind eh für wenig Strom):
o--+ +--+----------|>|--+-- + (7805)
| | | |
| | | +--|>|--+
S:S | | |
S:S | | C1
S:S | | |
| | +-------)--|<|--+
| | | | |
o--+ +--(-------+--|<|--+-- Masse
| | |
| C2 C3
| | |
+--|<|--+--|<|--+-- - (79L05)
Ähnlich kann man sich eine gering belastbare höhere Spannung basteln, siehe:
> 48V Phantomspeisung aus 2 * 18V Trafo
+--|>|--+--|>|-----+----- + (für LM317HV für 48V, 20mA Phantomspannung)
| | |
2x18V | C4 C3
| | |
o--+ +---+---(--|>|--+--)--+-- + (für 7815)
| | | | | | |
S:S | +--|>|--+ | C1
S:| | | | |
S:+---)---)----------+--+-- Masse
S:| | | |
S:S +---)--|<|--+ C2
| | | | |
o--+ +-------+--|<|--+-----+-- - (für 7915)
Doppelt so hohe Ausgangsspannung niedriger Belastung durch Spannungsverdoppler:
1N4148 +-----+
+--|>|--+--|>|----+--|78L12|--+-- 12V/10mA
| | | +-----+ |
| | 100uF | 100nF
| | | | |
| 100uF +-----+-----+
| | |
9V/3A | | | +-----+
o--+ +--(----+--+--|>|--+---+---(---+--|78S05|--+-- +5V/1.5A
| | | | | | | | +-----+ |
S:S +----(-----|>|--+ | | | | |
S:S | | 10000uF| 330nF | 100nF
S:S | +-----|<|--+ | | | | |
| | | | | | | | |
o--+ +--+----------|<|--+---+---+---+-----+-----+-- GND
Wenn die Eingangsspannung immer mehr als 4.5V über der gewünschten
Ausgangsspannung liegt, kann man einen Standardfestspannungsregler wie
78xx mit einem externen PNP Transistor passender Leistungsfähigkeit
verstärken, ohne den Kurzschlussschutz zu verlieren. Man verliert jedoch die
Übertemperatursicherung und den SOA-Schutz. R1= 1/(Ioutmax-1) bei
entsprechender Wattzahl. Der 1R muss 2 Watt aushalten. Leider führen diese
zumindest 4.5V Spannungsverlust gerade bei hohem Ausgangsstrom zu
immensen Verlusten im externen Transistor, so dass ein Schaltregler (F.24.)
dann die bessere Wahl ist.
in --+---R1---+----------+
| | |
| 10R |
| | |E
1R +---------|< PNP-Leistungstransistor (kein Darlington)
| | |
| 1N5401 | +----+ |
+---|>|--+--|78xx|--+-- out
| +----+ |
330nF | 100nF
| | |
GND ----------+----+-----+-- GND
Einfaches, elektronisch leidlich stabilisiertes und auf einen festen Wert weich kurzschlussschutz-strombegrenztes Netzteil von 0-12V bis 1A wie man es früher gebaut hat, als es noch keine integrierten Spannungsregler gab. Dafür ohne Regelkreis, also auch ohne Regelschwingungsproblem und über das 1k Poti leicht einstellbar.
+-----+--|>|--+------------------------------+---+
| | | | |
Netzschalter | +--(--|>|--+------390R-------+--------+ 15R |
/ | | | | | | | |
o---o/ o---+--+ | | | | | Poti1k--|< | BD135 auf Kühlkörper/2N3053 mit Kühlstern
| | | | | | + | | |E |
Glimmlampe(X) S:S | | 2200uF/35V | | +--|< BD241/2N3055 auf Kühlkörper < 6K/W
| | | | | | | | |E
o--0.25AT--+--+ | | | | | | | oder ein Leistungsdarlington
Sicherung | | | | +-------------+----+ | +---+---o
Trafo 18V~ 30VA | | | | | BC107/BC547 | | | | |
| | +--|<|--+ >|--100R--+ ZF15 47uF | 1k 1u Ausgang
| | 4*1N4004 | E| | | | | | |
+--+-----|<|--+---+--0.68R--+---+----+---+---+---+---o
Bei Kurzschluss wird die Verlustleistung im Leistungstransistor maximal, der
Kühlkörper muss darauf ausgelegt werden, was den Aufbau teuer macht. Besser
wäre, insbesondere bei Festspannung und grösseren Leistungen, eine fold back
Strombegrenzung (wie sie z.B. der uA723 möglich macht), was aber ohne
Regelung nicht sinnvoll geht.
> Dimensionierungshinweise:
Der Trafo muss auch bei 10% Netzunterspannung (0.9) nach Gleichrichtung (1.4) eine Spannung liefern, die die gewünschte maximale Ausgangsspannung um die Verluste des Spannungsreglers (2.5V drop out), der Gleichrichterdioden (2*1V) und dem Elko (0.8 = 80% gehalten = 20% Ripple) übersteigt.
also für ein 5V/1A Netzteil mit 7805 als Regler: 9V Trafo.
Der Elko soll bei Maximalstrom die Spannung nach dem Gleichrichter auf < 20% glätten, bei 9V Trafospannung und 1 Ampere Maximallast also 4700uF. Für 10% Ripple wären schon satte 10000uF notwendig (<10% Ripple ist eher unüblich, der kleinere Stromflusswinkel führt dann zu verstärkten Verlusten im Trafo, für die er nicht berechnet ist). Bei 50Hz nach Vollwellengleichrichtung, also 100Hz Ripple oder 0.01s, ist die Formel ganz einfach:
Ripplespannung [in V] = Volllaststrom [in A] x 0.01 / Siebelkogrösse [in Farad]
Volllaststrom
Siebelkogrösse [in Farad] = -----------------------------------------
(Trafospannung * 1.4 - 2) * (Ripple in %)
Tietze-Schenk schreibt mit Ri=Innenwiderstand der Quelle und Rv=Lastwiderstand
Volllaststrom * (1 - (Ri/(2*Rv))^(1/4))
Siebelkogrösse = -----------------------------------------------
2 * Ripplespannung * Wechselspannungsfrequenz
Hat man keinen als konstant angenommenen Laststrom, sondern eine konstante Lieferleistung P wie bei einem nachfolgenden Schaltregler, so lautet die exaktere Formel für Kapazität C und Stromflusswinkel TCH/T:
VDCmin = sqrt(2*VACmin^2-2*P*(1/2-(TCH/T)/(C*100)) [Fairchild AN-4159]Wenn das Netzteil sich nicht durch den Ausfall von ein paar Halbwellen des 230V~ Netzes stören lassen soll, wie es beim Anlaufen von schweren Maschinen der Fall sein kann, muss der Elko grösser gewählt werden. Bei 1 Halbwelle also doppelt so gross, bei 3 Halbwellen 4 mal so gross. Zu Hause testet man das, in dem der Staubsauger in derselben Steckdose eingeschaltet wird, und ein RESET-Controller den Spannungsregler-Ausgang unter Nennlast prüft. Im EMV Test nach DIN/EN 61000-4-11 wird u. a. 161V für 500ms und 92V für 200ms abgeprüft.
Es gibt auch neben den sich durch steigende Verlusten im Trafo nachteilig auswirkenden kleineren Stromflusswinkel ein oberes Limit für die Siebelkogrösse, durch den Gleichrichter und dessen Spitzenstrom vorgegeben, z.B, im Diotec Datenblatt des B..C3700/2200:
Der Elko muss dabei die gleichgerichtete (+41% = *1.4) Leerlaufspannung (ca. +15% = *1.15) des Netztrafos bei 10% Überspannung (*1.1) im Netz aushalten, also in unserem Fall:
Kleine Trafos produzieren oft hohe Leerlaufspannungen, also im Notfall messen: Trafo+Gleichrichter+spannungsfesten Elko fast beliebiger Kapazität dran, keine Last und dann messen und zur Sicherheit *1.1 (=10% Netzüberspannung) nehmen. Aber bereits eine geringe Last (LED als Kontrollleuchte) bringt die Spannung meist in akzeptable Regionen, weil sich ganz schnell der Diodenspannungsabfall einstellt. Und Trafos mit grossem Leerlaufspannung/Nennspannung Quotienten haben einen hohen Innenwiderstand und belasten somit die Gleichrichterdioden viel weniger, weil der Stromflusswinkel viel grösser ist als bei Trafos mit niedrigem Innenwiderstand. Beispielwerte für Leerlaufspannungsüberhöhung handelsüblicher Trafos:
vergossen Flachtrafo offene Bauweise
2VA +35% 3.5VA +35% 12VA +34%
3.2VA +32% 7VA +38% 24VA +23%
5VA +32% 14VA +30% 36VA +18%
10VA +28% 30VA +14% 48VA +16%
16VA +22% 72VA +14%
108VA +11%
150VA +10%
Wenn man ein Netzteil Surge und Burst Tests unterwirft, kann die Wicklungskapazität des Trafos hohe Spannungen auf Sekundärseite übertragen, die die Sperrspannung der Dioden des Brückengleichrichters überschreiten können. 10 bis 100 nF parallel zu jeder Diode koppeln diese auf den Ladeelko, so dass die Dioden überleben. Zudem verhindern sie die Gleichrichtung hochfrequenter Einstreuungen. Die Kondensatoren bekämpfen auch die Störungen, die entstehen, weil die Diode nicht sofort sperrt, wenn die Trafospannung die Elkospannung unterschreitet, sondern erst Strom in Gegenrichtung fliessen lassen, der dann abrupt gestoppt wird, was Nadelimpulse erzeugt, die über den Siebelko hinweg die Schaltung stören können. Daher werden sie vor allem in Audioschaltungen gern eingesetzt.
Der Chip des Spannungsreglers darf bei der anfallenden Verlustleistung von Maximalstrom*(1.57*Trafospannung-2-minimaleAusgangsspannung) Watt (hier 7.13 Watt) nicht über 150 Grad heiss werden (Tj im Datenblatt), also braucht er einen Kühlkörper dessen Wärmewiderstand bei 40 Grad Umgebungstemperatur zusammen mit dem Wärmewiderstand des Gehäuses (TO220: 3 bis 5 K/W) nicht über (150-40) / 7.13 - 5 liegt, also hier 10 Kelvin/Watt. Da Kühlkörper selten so optimal eingebaut sind, das ihre Werbe-Datenblattwerte erreicht werden, nimm ruhig einen dickeren Kühlkörper von 5 K/W. Ein TO220 leitet ohne Kühlkörper senkrecht montiert nur 1 Watt ab (85 K/W, experimentell ermittelt, Datenblätter reden von 19 K/W bis 65 K/W). Immerhin enthalten die 78xx eine Übertemperaturschutzschaltung. Fehlt diese, muss man mal einen Dauerlauftest unter den ungünstigsten Bedingungen machen und bei Überhitzungsgefahr eine Temperatursicherung dranschrauben. Ist ein geschlossenes Gehäuse drumrum ist die Umgebungstemperatur der Bauelemente in diesem Gehäuse natürlich höher als draussen. Wenn der Wärmewiderstand des Gehäusematerials vernachlässigbar ist und nur der Wärmeübergang der Oberflächen zählt, kann man von 3W/(m²K) ausgehen, ein 10x10x10cm3 Gehäuse wird bei 10 Watt innen also um 60K wärmer.
Für quadratisches 2mm starkes Alublech bei senkrechter Montage, freier Luftzirkulation und mittiger Montage der Wärmequelle gilt in etwa:
Seitenlänge (mm) Wärmewiderstand (K/W) 25 100 30 60 40 40 55 20 80 10 100 7 120 5,5 150 4 200 3Schwarz eloxiert reichen 70% dieser Werte.
Der Trafo muss die LEISTUNG liefern können, den die Schaltung maximal benötigt, hier 5 Watt Ausgangsleistung + 7.13 Watt für den Regler + 1.4 Watt für den Gleichrichter ergeben ~14 Watt. Also 14VA, das sind bei 9V ca. 1.6A. Diesen meist so 1.4 bis 1.8 mal höheren Strom am Trafo vergessen die meisten. Da der Strom im Trafo in Pulsen fliesst (90% der Zeit gar nicht, 10% der Zeit läd der 10fache Nominalstrom den Elko auf) und die Verlustleistung durch den Widerstand des Kupferdrahtes quadratisch vom Strom abhängt, also (10% von 10*10) = 10 mal höher ist als bei Gleichstrom (den's beim Trafo nicht gibt, aber RMS), ist der benötigte Trafo sogar noch grösser. Folgende Korrekturfaktoren nennen Trafohersteller, um vom Strom, den man dem Ladeelko entnehmen will, auf den Strom zu kommen, den der Trafo nach Aufdruck (also als RMS-Wert) liefern können muss, wenn man nicht exakt ausrechnen will oder am lebenden Objekt ausmessen will, sondern immer auf der sicheren Seite sein will:
1 Wicklung 1 Diode Halbwellengleichrichter: Trafo Strom = 2.3 * Last Strom 1 Wicklung mit Mittenanzapfung 2 Dioden: Faktor 1.2 pro Wicklung 1 Wicklung 4 Dioden Graetz Brückengleichrichter: Faktor 1.8 1 Wicklung 2 Dioden Villard Spannungsverdoppler: Faktor 4Diese Faktoren kann man übrigens ignorieren, wenn man ein Netzteil mit PFC, power factor correction, aufbaut. CE Richtlinie 2004/108/EWG DIN EN 61000-3-2 fordert bei Geräten grösserer Leistung bestimmte gute PFC-Werte, die bei konventionellen Netzteilen mit Siebelko überschritten werden. Die notwendige PFC spart durch den kleineren Trafo letztlich Geld. Wie gross muss so ein Trafo sein? Bei normalen Verhältnissen bzw. unbekannten Trafos reicht eine Tabelle, in Katalogen wird manchmal nach oben geschummelt:
M55/20: 11VA EI84/28: 50VA UI70/20: 70VA UI75/25: 100VAUnser 9V Trafo muss also 1.8A aufgedruckt haben, also 16.2VA liefern können, um nach Regelung 5V/1A zu liefern.
Trafos dürfen im Kurzzeitbetrieb stärker belastet werden, beispielsweise alle 10 Minuten für 30 Sekunden mit dem doppelten oder 1 Sekunde mit dem 10-fachen Strom.
Transformatoren sind bei Beachtung der zulässigen Betriebstemperatur kurzzeitig hoch überlastbar. Bei den vom Dauerbetrieb abweichenden Betriebsarten ist u.U. die Verwendung kleinerer Transformatoren möglich, soweit die mit steigendem Laststrom auftretende Absenkung der Betriebsspannung vertretbar ist. Die periodische Spieldauer als Summe aus Belastungszeit und Abkühlphase beträgt 10 Minuten (600s); Belastungszeiten von mehr als 10 Minuten gelten als Beginn des Dauerbetriebes. Maximal zulässige Kurzzeitbelastung Spieldauer 10 Minuten ( 600s) Einschaltdauer % 3 5 10 20 40 60 80 100 Belastungszeit s 18 30 60 120 240 360 480 600 Mindestpause s 582 570 540 480 360 240 120 0 zulässige Belastung = Nennstrom x 5,77 4,47 3,16 2,24 1,58 1,29 1,12 1 oder Bemessungsstrom = Strombedarf x 0,17 0,22 0,32 0,45 0,63 0,78 0,89 1
Trafos gibt es mit maximaler Innentemperatur von 130, 155 oder 180 GradC, die halten bei der Temperatur dann im Mittel 10 Jahre. 10 GradC weniger verdoppelt die Lebensdauer, es lohnt sich also, sie nicht voll auszulasten. Grössere Trafos übertragen bei 50Hz so 70W/kg, kleinere deutlich weniger. Kleinere Trafos haben auch einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad, unter 10VA problemlos unter 50%, während grosse Trafos über 1000VA oft über 99% kommen.
Temperaturklassen der Isolationsmaterialien gemäss IEC 85 Temperaturklasse Max. Temperatur (C°) Y 90 A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 200 200 220 220 250 250
Reichelt's Ringkerntrafo zeigt mal ordentliche Daten:
Der Draht ist also bis 180 GradC isoliert, die Temperatursicherung löst bei 125 GradC aus weil die Isolierfolien nur 130 GradC aushalten, der Trafo soll in Betrieb nicht über 90 GradC bekommen (40 + 50) weil die Anschlussdrähte (PVC Isolation) nur 105 GradC vertragen, wobei die Verluste zum grossen Teil aus dem dünnen Draht stammen (8.95W) und nicht vom Kern (0.781W).
Besser ist immer eine im Trafo eingewicklete Temperatursicherung, aber wenn der Trafo keine besitzt, wie bei vielen aus dem Versandhandel, dann muss man wohl oder übel eine Feinsicherung anbringen. Die primäre Sicherung probiert man am besten aus: Netzteil anschliessen, voll belasten und Primärstrom messen. Eine träge Sicherung mit 1.25 bis 2 fachem Strom nehmen. Sie darf beim Einschalten des voll belasteten Netzteils noch nicht durchbrennen. Wenn man aber den Elko auf Sekundärseite kurzschliesst, und dann das Gerät einschaltet, sollte sofort die Sicherung durchbrennen. Hat der Trafo mehrere Sekundärwicklungen, muss die primäre Sicherung ja bei Kurzschluss jeder einzelnen durchbrennen. Tut sie dies nicht, sind auch Sicherungen sekundär angezeigt. Bei kleinen Trafos (unter 10VA) ist der Draht der primären Wicklung so dünn, daß er selbst als Sicherung im Falles eines wegen Überhitzung schmelzenden Trafos fungiert, eine extra Sicherung ist nicht notwendig.
Der Nennstrom (rated current) ist der Strom den eine Sicherung unbegrenzt lange leiten kann, der fusing current der Strom, bei dem sie sicher auslöst, wird als Schelzintegral I*I genannt, weil sie bei höherem Strom schneller unterbricht als bei knapperem.
Wenn man die Bauteile (Trafo, Kühlkörper) unterdimensioniert, sollte man Temperatursicherungen (meist 105 Grad) einbauen. Ein Netzteil ist unterdimensioniert, wenn es keinen Dauerkurzschluss aushält, also zählt nicht der Nennausgangsstrom (hier 1A), sondern die Strombegrenzung des Spannungsreglers (hier 1.5A). Man kann auch einen PTC (z.B. Polyfuse) verwenden, um eine unkaputtbare Strombegrenzung zu erreichen.
Also kauft Steckernetzteile, so lange die möglich sind, bei FRIWO, die 28% aller weltweiten Handyladenetzteile produzieren, z.B. kosten die im Schnitt 1.13 EUR und bringen 3 ct Gewinn lt. Geschäftsbericht.
Ab 75W gilt EN61000-3-2, und deren Grenzwerte für Oberschwingungsströme lassen sich mit einem einfachen Netztrafo nur schwer erfüllen, so bald ihm eine klassische Gleichrichterschaltung folgt.
Ein Labornetzteil sollte als Spannungsquelle und als Stromquelle einsetzbar sein und demnach neben der Spannungseinstellung eine regelbare Strombegrenzung haben, die die Spannung nicht weiter erhöht, wenn schon bei niedrigerer Spannung so viel Strom fliesst wie eingestellt. In Einzelfällen kann an Stelle der Strombegrenzung auch eine abschaltende Sicherung zum Schutz des angeschlossenen Geräts sinnvoll sein, die sollte aber eine umschaltbare Trägheit haben.
Ansonsten wird jeder seine eigenen Anforderungen an so ein Netzteil haben. Spannungsbereich (der eine will 0-30V, der andere 0-300V), Strom (je mehr je besser aber auch teuer), Genauigkeit (normalerweise nicht besonders hoch, aber es gibt Ausnahmen), Ausregelgeschwindigkeit (es gibt furchtbar langsame Netzteile), beständig gegen induktive (Überspannung durch Zündfunke beim Abschalten einer Spule, abgefangen durch rückwärtsleitende Diode über dem Regeltransistor) und hochfrequente (Drossel am Ausgang soll verhindern das Hf hoher Leistung ins Gerät zurückfliesst) Lasten, digital einstellbar per RS232/IEEE488, eventuell mit Zurückübermittlung der aktuellen Messwerte. Auch interessant ist der Fall, in dem an den Ausgang eines auf 30V und 350mA eingestellten Labornetzteils eine 1W LED angeschlossen wird. Wenn dabei das Netzteil am Ausgang einen dicken Elko hat, der eine zu langsame Regelschaltung kaschieren soll, brennt die LED trotz der eingestellten Strombegrenzung durch, weil sich erst mal der Elko mit weit mehr als den eingestellten 350mA entlädt. Also auf einen möglichst kleinen Elko direkt am Ausgang des Netzgeräts achten.
Beim Preisvergleich (boh sind fertige Labornetzteile teuer, ähm die Bauteile alleine kosten auch so viel, es sei denn man schlachtet einen dicken HiFi-Verstärker, von dem meist Gehäuse, Trafo, Gleichrichter, Elkos, Leistungstransistoren, Potis, Knöpfe, Kühlkörper und OpAmps zu verwenden sind, insbesondere für ein Netzteil mit positivem und negativem Ausgang, aber Achtung: Aus einen 4*120-Watt Verstaerker wird kein 2*30V/8A Netzteil, Verstärker-Angaben sind durch RMS-Angaben nach oben geschönt, nachrechnen) sollte man die verbilligenden Tricks der Hersteller kennen: Ich habe hier z.B. die Wuchtbrumme PS2403D von Conrad. Aus der Referenz LM336 regelt Strom und Spannung ein RC1458 über LEDs verodert per TIP31C einen 2N3773 auf SK02/100mm Kühlkörper. Das geht nur, weil der 2*160VA Trafo per Relais in 3 Stufen umgeschaltet wird, ansonsten könnte weder der Kühlkörper noch der Transistor die Leistung aushalten. Dafür merkt man schon beim Drehen am Spannungsknopf, wie das Gerät beim Umschalten aus der Regelung fällt. Und wenn ein 12V Akku dranhängt, leuchtet eine LED auch, wenn der Netzstecker draussen ist. Schliesst man eine Dauerlast bei ungünstiger Spannung an, so das am 2N3773 eine hohe Verlustleistung abfällt, reicht trotz Trafoumschaltung der Kühlkörper nicht und es nützt nichts das auf ihm ein Thermoschalter als Übertemperaturschutz geschraubt ist: Der Transistor legiert wegen Überhitzung zuerst durch, und nimmt den OpAmp gleich mit wenn man dann den Spannungsreglerknopf auf 0 stellt. So was kann man natürlich billiger bauen, als ein Gerät, das bei geringer Ausgangsspannung die volle Trafospannung am Ladeelko hält, um in Mikrosekunden nach Belastungsende auf volle Ausgangsspannung kommen zu können (was man aber auch nur selten braucht). Und bei billigen sind oftmals die Kühlkörper und sonstigen Teile unterdimensioniert, wie https://www.mikrocontroller.net/topic/209139 zeigt. Aber teure Netzteile sind nicht unbedingt besser, das Philips PE1542 geht einfach mal kaputt wenn man ein Relais ausschaltet https://www.mikrocontroller.net/topic/387211 immerhin findet sich in der Bedienungsanleitung noch der Schaltplan, ein simpler uA723 Regler, http://www.de-wolff.eu/download/electronics/service-manual/philips-pe1542/summary/download.html das Hameg HM7042-5 macht z.B. Überspannungsspitzen von ca. 5% beim Ein- und Ausschalten, wie auch die Präzisions-Labor-Netzgeräte NGRU 45 und NGSM 32/10 von Rhode & Schwarz, oder BK Precision https://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-315-korad-ka3005p-reviewfail/msg130136/#msg130136 das HMC8043 macht aus 3.3V 4.2V wenn die 230V ausfallen (https://www.elektormagazine.de/articles/RS-HMC8043) so etwas ist natürlich unbrauchbar. Billige (Wentronic LN103Pro) natürlich auch https://www.mikrocontroller.net/topic/387037 und Sako SK-1715SL2A https://www.mikrocontroller.net/topic/389601?goto=new#5151256
Hier ein einfaches Netzteil das aus konstanten 24V eines Schaltnetzteils regelbare und einstellbar strombegrenzte 20V bis 2A macht, gut geeignet um 3 1/2 stelligen Panelmeter anzuschliessen, aber auch 3A wäre kein Problem. Die Nanofaradkondensatoren müssen an den verwendeten single supply OpAmp LM358 oder LT1013 angepasst werden.
+24V --+---------------------+-------------+----------------+---+
| | | | |
39k 10k | | |
| | | | |
| +------+ | | |
| | | | BD139 | |
| | 5kPoti--|+\ | |
| | | | >--+--3k9--+--|< |
| | | +--|-/ | | |E |
| | | | 2nF | +--|< BD249/BD745 auf Kühlkörper
| LM4040-5.0 | | | | |E
| | | +--------+-------(--10k--+--- 0..20V/0..2A
+--------+ | | | | |
| | | | 3k3 | 22uF
| | | | | | |
LM385-1.2 | +------+-----------+-------(-------+---
| | | | |
| 5kPoti---------(------------|+\ | |
| | | | >--+--|<|--+ 0R6
| | +----1k---+--|-/ | 1N4148 |
| | | | | |
| | +---(-1n-+ |
| | | |
GND --+--------+--------------------------+--------------------+
Hier ein kommerzielles 20V/2A Netzteil mit Trafoumschaltung. Mir fehlt aber
die Kompensation bei der Stromregelung, offenbar ist der LM324 langsam genug.
Mit einem TL431 könnte man sich die mit 470k gebootstrappte
Konstantstromversorgung der Z-Diodenregelung sparen, und hätte einen OpAmp
übrig zur U/I-LED-Anzeige. Eine Verpolschutzdiode und eine Rückstromdiode hat
das kommerzielle Billignetzteil nicht, könnte man aber nachrüsten.
+--|>|--+-----+-----+--------------+------------------------------------+----------------+---+---+
| | | | | | | | |
+--(--|>|--+ Relais | 470k | | | |
| | | | | | 8.62V | 1k | |
/ | | | +-|>|-+ +----+-----------+ | | |E |
o---o/ o---+--+ | | | |1N4148 | | | +-------------|+\ 1N4148 +--|< |
| | | | | + | | 220R 470 | | >--|<|-----+ |PNP| |
| | | | 4700uF | | | | | +---------|-/ | | +--|< 2N3055
| | | | | | +---1M---+ | +--34k------)----+ | LM324 | | |E
| | +--+ | | | | | | | | | | | | | |
| | | o\ | | | | | /+|--+--(----(-----------(----(---(-------10k-------------(---(---+---+---o Ausgang
| S:S \o--(--+ | >|--5k6--+--< | | | Usoll Poti5k--(---(---+-----|+\ | | | |
| S:| o | | | E| \-|-----+----(--------+ | | | | | >--+--10k--+--|< | |
Glimmlampe(X) S:+--+ | | | | | | | | | | | +--|-/ | NPN |E | |
| S:| | | | | 1k5 +--|+\ | | | | | | 1nF | 11k |
| S:S | | | | | | | >--+ | | | | | | | | |
| | | | | | | +----(--|-/ | | 100 | +--------+-----------(---+ 100uF
o---Sich---+--+ | | | | | | | | | | | | | | |
Trafo | | | | | 5k6 ZD6V8 | | | | 100nF 1k5 6k8 |
12V+9V | | | | | | | | | | | | | | |
3.2A | | +--|<|--+ | +--0.6R--+----+---(-------+----(---+---+-----------------------+---+---+---o
| | 4*1N5404 | | | | |
+--------+-----|<|--+-----+-----------+-----------------+---Poti5k---+ Isoll
Die moderne Konstruktionsweise von diskreten linearen Labornetzteilen regelt
vor der Last mit GND der Steuerschaltung auf + wie HP E3610A. Es profitiert
von einem Hilfstrafo der nach Gleichrichtung und Siebung eine potentialfreie
Hilfsspannung für den Regelteil liefert, die zur besseren Brummunterdrückung
mit einem Festspannungsregler geregelt werden kann, aber nicht muss.
Über R1 wird eine Referenz Ref versorgt, wenn man nicht gleich die
Hilfsspannung als genau genug annimmt. Die Hilfsspannung fliesst
über R2 in die Basis der NPN Ausgangsleistungstransistoren T1 und T2 und
steuert diese durch. R2 muss also klein genug sein, damit multipliziert mit
der Stromverstärkung der Transistoren der maximale Ausgangsstrom erreicht
werden kann. Damit R2 nicht zu klein und die Stromlieferfähigkeit der
Hilfsspannung zu gross werden muß, bietet es sich an, für die
Ausgangsleistungstransistoren eine Darlingtonschaltung einzusetzen, die
allerdings langsamer ist als bloss ein Transistor.
Übersteigt der maximale Strom und Spannung des Netzteils den sicheren
Arbeitsbereich SOA und die Kühlfähigkeit eines Transistors, sind mehrere
parallel zu schalten, was hier mit T1 und T2 angedeutet wurde, aber natürlich
an die Bedürfnisse angepasst werden kann.
Die halbwegs gleichmässige Verteilung des Stroms durch die Transistoren
bewirken die Rs. Ein Spannungsabfall von 2 * 0.6V = 1.2V ist ausreichend für
bipolare Transistoren in Darlingtonschaltung und hält die Verlustleistung in
den Rs in verträglichem Rahmen um 5 Watt, da mehr als 2A pro Transistor kaum
realistisch sein werden. Bei MOSFETs muß man eher 5V ansetzen, es sei denn
man verwendet laterale MOSFETs oder LogicLevel Typen, wo es auch 2.5V tun
sollten. OpAmp V regelt die mit DAC_U oder einem Poti eingestellte Spannung,
dabei reicht der Regelbereich der Ausgangsspannung bis R4/R3*Referenzspannung.
OpAmp A begrenzt den Strom der als über die R zum Mittelwert summierter
Spannungsabfall über den Rs gemessen werde. C3 dient der Kompensation der
Regelschleife. Die Dioden D1 und D2 zur ODER-Verknüpfung kann man sich
sparen, (wenn der V-OpAmp ODER der A-OpAmp den über R2 fliessenden Basisstrom
von den Ausgangstransistoren nach Masse der Hilfsspannung ableitet, regelt
das Netzteil runter) wenn man OpAmps mit Open Collector Ausgang verwendet wie
den TAE2453. Die gesparten 0.7V an den Dioden erlauben es in dem Fall, daß am
Ausgang keine Darlingtons notwendig sind, dennoch mit single supply für die
OpAmps auszukommen.
Der Ausgangskondensator C wird ermittelt, in dem das Netzteil mit wiederholt
schlagartig wechselnder Belastung geprüft wird und C auf minimalen
Spannungseinbruch und maximale Nachregelgeschwindigkeit eingepasst wird. Im
Spannungsbegrenzungsbetrieb in dem der V-OpAmp aktiv ist, wird C1 auf
optimale Regeleigenschaften ohne Neigung zum Schwingverhalten bei reelen und
komplexen Lasten ausgelegt, C2 wird angepasst im Strombegrenzungsbetrieb bei
dem der A-OpAmp aktiv ist.
Da die Regelung über eine Hilfsspannung versorgt wird und nichts mit der
Leistungsspannnung zu tun hat (und falls im Fehlerfall doch, sind die
Ströme durch R3, R4 und die R begrenzt, ich empfehle daher ab 10k für diese
Widerstandswerte), kann das Netzteil recht weit dimensioniert werden, bis zu
hunderten von Volt. Die Spannung des Leistungstrafos und Strombelastbarkeit
des Netzteils wird nur durch die Ausgangsleistungstransistoren begrenzt.
Der Strom durch R2 muß von jedem OpAmp einzeln nach Masse abgeleitet werden
können. Man will einerseits einen möglichst hohen Basisstrom für die
Ausgangstransistoren da dann nicht 3 hintereinandergeschaltet werden müssen
sondern ein Darlington oder bei Kleinleistungsnetzteilen gar ein einzelner
Transistor ausreicht, weil die schneller sind. Allerdings wird der
Ansteuerstrom mitgemessen. Das heisst, daß normale OpAmps mit nur 20mA
Ausgangsstrom ein eher niedriges Limit setzen. Auch das spricht für solche
OpAmps wie den TAE2453.
.
+--+-----|>|--+------------------------------------------------------------------+------+ | | | | | | | +--|>|--+ +VCC +------(-----|< T2 | | | | | ´VReg? | | |E | | | | +--+-----|>|--+-------------+---R2---+--+-------------+-----|< T1 | | | | | | | | | C1 C2 | |E | | | | | | | +--|>|--+ + R1 | +-------------(--+---(--+ | S | | + | S | | | | | | | | | | | S | | Elko S | | Elko +---+---+ | +--|-\ D1 | +-R-+ +-R-+ S | | | S | | | | | | | |A >--|<|--+ | | S | | | | +--(--|<|--+ +--DAC_U Ref DAC_I-(-----|+/ | Rs Rs S | | | | | | | | | | | | x | | S | | | +-----+--|<|--+---(-----+---+---+----(----------------(------+------+--o | | | | Hilfstrafo | | >Z | | | | | | | | -VCC R3 +--10k---+-----|-\ D2 | | | | | | | |V >--|<|--+ | | | | | +--+---------------------|+/ C Ausgang | | | | | | | | +--(--|<|--+ R4 1n | | | | | | | +-----+--|<|--+-----------------------+--+---------------------------------------+---------o LeistungstrafoViele Benutzer möchten eine Anzeige per Leuchtdiode, ob sich das Netzteil im Spannungsbetrieb oder in Strombegrenzung befindet. Die sich offensichtlich anbietenden D1 und D2 durch LEDs zu ersetzen und R2 (und damit den maximalen Leistungstransistorbasisstrom) auf den maximalen LED-Strom auszulegen, ist aber nur möglich, wenn der OpAmp so weit herunterregeln kann, daß der Strom von den Leistungstransistoren auch abgezogen werden kann, was ohne negative Betriebsspannung -VCC der OpAmps kaum gelingen dürfte.
Glücklicherweise ist eine negative Hilfsspannung leicht erzeugbar in dem an Position >Z eine Z-Diode eingebaut wird, z.B. 4V7 (der eventuell ein kleiner Kerko parallel geschaltet wird um ihre dynamische Impedanz zu verringern). Dann liegt bei -VCC eine Spannung von -4.7V an, Masse vom Spannungsregler ist Masse und +VCC liefert die positive Versorgungsspannung für die OpAmps. Verwendet man keine single supply OpAmps ist so eine negative Hilfsspannung sowieso notwendig. Benötigt man eine bessere Stabilität, kann man natürlich ein split power supply mit 2 Spannungsreglern für die Hilfsspannung aufbauen, fängt sich damit aber eventuell Probleme ein, wenn die negative Spannung vor der positiven zusammenbricht, weil der Regler dann nicht mehr den Strom aus den Leistungstransistoren abziehen kann, und die Ausgangsspannung hochläuft.
An Punkt x sind Hilfsspannung und Leistungsstromkreis verbunden. Der in die Basis der Leistungstransistoren fliessende Strom fliesst hier wieder in den Hilfsspannungstrafo zurück und nicht in die Last, wurde aber an den Rs mitgemessen.
Da selbst gesperrte Ausgangstransistoren noch immer etwas Strom durchlassen ist es notwendig, den Ausgang zu Belasten. Entweder durch Widerstände von Basis zu Emitter und einer Ansteuerspannung unter 0, oder durch einen Widerstand vom positiven Ausgang zum negativen Ausgang oder durch einen Widerstand von den Emittern vor dem Rs damit der Strom nicht mitgemessen wird zur negativen Hilfsspannung.
Legt man von aussen eine Ausgangsspannung an das Netzteil die höher ist als die eingestellte Spannung, werden die Transistoren verpolt belastet. Oftmals ist eine Diode in Rückwärtsrichtung in den Transistoren eingebaut oder von aussen dazugeschaltet, damit zumindest der BE-Durchbruch bei 7V verhindert wird. Allerdings lädt dann die Ausgangsspannung die Siebelkos im Netzteil und versorgt es selbst dann, wenn dessen Netzschalter ausgeschaltet wird, mit dem Risiko die maximale Spannung der Bauteile zu übrschreiten. Daher kann es sinnvoll sein, hinter die Ausgangstransistoren noch Dioden in Flussrichtung mit einer ausreichendes Sperrspannung einzufügen.
Schaltet man mehrere Netzteile in Reihe, kann es passieren, daß ein Netzteil dem anderen eine verpolte Ausgangsspannung verpasst. Dazu sollte eine Leistungsdiode in Sperrichtung an den Ausgang, damit nicht mehr als ca. 1V verpolt entstehen kann. Gegen einen Akku hilft das nicht, weil der keine Strombegrenzung hat. Eine Schmelzsicherung im Ausgangskreis mit einem Schmelzintegral welches kleiner ist als das der Diode kann das verhindern,
die Verbindung zu R4 muss aber näher an der Ausgangsklemme sitzen damit der Spannungsabfall an der Sicherung bei hohem Strom nicht mitgemessen wird (Nennstrom 3A, Absicherung 3.15A flink, Diode BY550 für 5A).
--------------------------------------------------+------+
| |
+-------(-----|< T2
| | |E
----------+------|< T1 |
|E |
+--4k7--+ |
| | |
+--4k7--(------+
| |A |A
| Diode Diode
| |K |K
---------(---+---(--+ |
| | | | |
| +-R-+ +-R-+
| | |
| Rs Rs
| | |
--+-|<|--+---(--+----+---(--+-------------(---+---+------+--o
| | | | |K
+---------------------------------------+ C Diode Ausgang
-VCC R4 | |A
-------------(--------------------------------+---+-Sich-+--o
| |
+-------------------------------------------+
Eine andere Aufbaumöglichkeit für Labornetzteile regeln nach der Last (wie
negative Regler oder low drop Regler, mit bekannten Stabilitätsproblemen
bei schwierigen Lasten). Statt die Ausgangsspannung mit einer zweiten
Referenz an der positiven Versorgungsspannung mit einem OpAmp zu messen,
dessen Eingangsspannungsbereich die positive Versorgung mit einschliesst,
könnte man auch einen Instrumentenverstärker benutzen. Dann sind Strom- und
Spannungsvorgabe massebezogen und könnten problemlos aus einen D/A-Wandler
stammen um das Netzteil digital zu steuern. Leider erfordern
Instrumentenverstärker hochpräzise Widerstände. Immerhin gibt es welche die
auch mit Eingangsspannungen oberhalb der Versorgungsspannung klarkommen, so
daß sich die Regelschaltung mit einer kleineren Hilfsspannung versorgen
lässt, die sich hier sehr einfach mit einem Spannungsregler aus der
Hauptversorgungsspannung erzeugen lässt. Statt mit einem
Instrumentenverstärker lässt sich auch ein Spannungsspiegel aufbauen,
der kommt mit normal präzisen Bauteilen aus, benötigt aber auch einen
Operationsverstärker der an der positiven Versorgungsspannung messen kann,
und hat danach erst die Spannung auf Massebezug gespiegelt, erfordert dort
also einen zweiten nachgeschalteten Regelverstärker und ist somit langsamer.
Immerhin sind dann beide Steuerspannungen aus einer Referenz erzeugbar,
gegebenenfalls mit D/A Wandlern zur digitalen Steuerung des Netzteils,
und wenn die Spannung reicht um T1 zu öffnen, reicht sie normalerweise auch
um die Regelelektronik zu versorgen, ein unkontrolliertes Ansteigen der
Ausgangsspannung beim Ein- und Ausschalten ist also leichter zu verhindern.
+--+-----|>|--+---+----+------------------------+----+---o | | | | | R4 | | | +--|>|--+ Ref Upoti--+ +---------------+ C Ausgang | | | | | | | | R3 | | | | | +----+ | | +----+---o | | | | | R5 | | | | | | | | +--|+\ D2 | | | | | | | |V >--|<|--+ | | | | | | +---+--|-/ | | S | | | | C1 | | S | | +---(-----R2------+-------------+-----|I T1 S | | | | C2 | |E S | | | R1 +-------------(---R--+ S | | Elko | | | | | | | | +----+ +--|-\ D1 | | | | | | | | |A >--|<|--+ | | +--(--|<|--+ Ref IPoti---------|+/ Rs | | | | | | +-----+--|<|--+---+----+-----------------------------+
Labornetzteil 24V=/2A mit uA723 aus einem 24V~/72VA Trafo
uA723 mit per 500 Ohm Poti einstellbarer Strombegrenzung ohne den beim uA723 üblichen Foldback und mit Sziklai-Darlington, damit der Spannungsverlust ab der Trafospannung nicht so gross wird, mit ab 0 einstellbarer Ausgangsspannung per 5k Poti. Ziel war, keine zusätzlichen OpAmps verwenden zu müssen, denn sonst hätte man den uA723 auch gleich ersetzen können. Da der uA723 maximal 660mW verträgt, sind bei 40V nur 15mA durch den inneren Transistor erlaubt (das passt auch zu den 25mA der Z-Diode an Pin 9) und der BD138 verträgt laut SOA auch nur 150mA bei 40V was mit 6 W aber schon einen Kühlkörper verlangt. Der 2N3055 verträgt 2A bei 40V und die 80 Watt sind Dank der 200 GradC maximal erlaubten Temperatur des TO3 Gehäuses mit einem 0.4K/W Kühlkörper abführbar, also einem üblichen CPU-Kühlkörper mit Lüfter, die Bauteile sind also gerade ausreichend um aus einem 24V~/72VA Trafo ein 24V 2A Netzteil zu bauen. Braucht man weniger Spannung, reicht ein 18V~ Trafo für 3A mit dem 2N3055 bis ca. 16V, also gut zur Emulation und Laden eines 12V Bleiakkus. Eben so gut sind Transistoren im TO264-3 Gehäuse wie MJL4281A mit 0.54K/W, MJL3281A=2SC3281 mit 0.625K/W, weil dann die Kühlkörper klein bleiben können. Die Parallelschaltung von 2 oder mehr Transistoren erleichtert die Kühlung und ist notwendig bei Plastiktransistoren wie BD249 (1K/W) oder noch mehr dem schnelleren 2SD1047 der zwar 2A bei 50V aushält wenn man das Gehäuse auf 25 GradC hält, aber das wird eher 75 GradC warm, also braucht man zwei. Die Parallelschaltung erfordert Stromverteilungswiderstände an den Emittern. Die Ansteuerung muss nicht verändert oder neu berechnet werden, denn der Strom bleibt gleich, er teilt sich nur auf mehrere Transistoren auf.
Berechnung: Der uA723 erzeugt an Pin6 eine Referenzspannung von 7.15V, leider nicht sehr genau (6.8V..7.5V), aber stabil und rauscharm, die Exemplarstreuungen können mit dem Trimmpoti P250 ausgeglichen werden so daß mit 6.8V weitergerechnet wird, man kann P250 aber auch weglassen und die Widerstandswerte nach dem realen Exemplar des 723 bestimmen. Wenn die Ausgangsspannung von 0 bis 24V (=Faktor 3.52 von justierter VRef) regelbar sein soll, muss an Pin5 eine Spannung von VRef-(VRef/3.52) angelegt werden, daher der Spannungsteiler 27k zu 68k. An Pin4 kommt derselbe Spannungsteiler vom Ausgang. Das Poti P5k muss dagegen niederohmig sein (5k macht gegenüber der 27k einen maximalen Fehler von 8% in Mittelstellung), darf aber die Referenzspannung nicht zu sehr belasten. Steht der Schleifer oben, ist die Ausgangsspannung 0. Das 500R Poti zur Stromeinstellung soll 0V bis 0.7V erzeugen können, daher hängt es über 4k3 an der justierten Referenzspannung. Der Strom durch den Ausgang fliesst auch durch R33 und wenn die Spannung an ihm so weit steigt, daß zwischen Pin2 und Pin3 ein Spannungsabfall von UBE überschritten wird, dann wird der Ausgangsstrom weich begrenzt. Da UBE je nach Temperatur deutlich absinkt, ist die Stromeinstellung nicht genau, die Stromgrenze sinkt wenn der Chip heisser wird bis auf 66%. Der 470R dient nur zum Schutz des Transistors im uA723 im Fehlerfall. Die Bauteile 1nF, 470R, 4k7, 10R, 100R und 100uF sollen eine gutmütige Regelcharacteristik ergeben damit der Regler nicht schwingt und sind an die Transistoren anzupassen.
Ersetzt man den 2N3055 durch den schnelleren MJL3281A, muss der 10R auf 22R vergrössert werden, kann 330R auf 220R verringern, und man kann 100p auf 47p und 470p auf 220p verringern und 100R auf 68R. Statt der 3k3 kann auch ein verhungerter Bipolartransistor den Ausgangselko mit nahezu Konstantstrom entladen, z.B. 2N2219A zwischen out+ und out- mit 1MegOhm an +Ub leitet ca. 8mA ab, siehe Stromsenke als Belastung für ein Labornetzteil.
Leider verkleinern die Spannungsteiler an Pin 4 und 5 die Differenzspannung am SpannungsregelOpAmp, so daß sich die Ausregelungsgenauigkeit der Schaltung gegenüber den normalen uA723 Schaltungen verschlechtert. Das ist aber notwendig, damit man die Ausgangsspannung von 0V an regeln kann, bei einem common mode input range der OpAmps ab erst 2V.
Leider gibt es keine LED, die den Eintritt des Strombegrenzungsmodus anzeigt, das macht in dieser Schaltung eh wenig Sinn da der Übergang so weich ist, und bevor nun jemand auf die Idee kommt, diese per extra OpAmp nachzurüsten: Dann kann man gleich die richtige Labornetzteilschaltung mit präziser Stromregelung von oben nehmen.
+Ub --+--+-----------------------------------------------+---+---+
| | | | |
| | .......................................330R 10R |
| | : : | |E |
| +--+---12----+----------------+ uA723 +---11--+--|< |
| | : | | | : BD138| |
| | : +--(--+ +----|+\ +--|< : +--|< 2N3055
10000uF/40V 100n : Z | | | | >---+ |E : | |E
| | : +-|>--+ | +-|-/ | +-+-10 100R |
| | : 8 | | | | | +--+ Z : | |
| +--+---7--+--+--(-------(--(--+ +-|< | +--9--+ +---+
| | : | | | | E| | : | |
| | :........6.......5..4.....2..3..13....: | |
| | | | | | | | | |
| | +-P250 | | | | 100p 1k |
| | 6.8V | | | | | | | | |
| | +---+---+---+--27k--+ | | | +--470p--(---+ |
| | | | | | | | | | | | |
| | | 4k3 P5k-27k--(--+-----(--(--+--68k---(---+---+--o
| | 100nF | | 68k | | | | | +
| | | P500-----(-------(--470R--+ | | 3k3 4u7 Ausgang (0-24V/2A)
| | | | | | | | | | -
| +---+---+-------+-------+-----------(-----------(---(---+--o
| | | | R33 (0.65V @ Maximalstrom)
GND --+--------------------------------------+-----------+---+---+
Conrad spendiert, weil Plastiktransistoren nicht 200 GradC heiss werden
dürfen, einen weiteren Leistungstransistor parallel:
aber am Diagramm "Maximal entnehmbarer Strom in Abhängigkeit von der eingestellten Ausgangsspannung" sieht man, daß der Bausatz untauglich ist und viel zu überzogene Versprechen mit 30V/3A macht, weil der Kühlkörper viel zu klein ist und die Spannung 30V~ AC übertrieben ist, denn später ist nur noch die Rede von 25V~ (der uA723 hält nur 40V aus, 30V~ ergeben gleichgerichtet aber 42V, bei 10% Netzüberspannung und 112% Spannung im Leerlauf noch deutlich mehr, 25V~ ist das maximal mögliche, erzeugt aber schlechtenfalls nur 23V= am Ausgang, mit 10000uF statt 4700uF immerhin 25V, für 30V~ bräuchte man einen L146 statt dem uA723). Die ungünstige Spannungsregelung beginnt erst ab 1V weil sie an der unteren Kante des common mode Bereichs kratzt und Pin10 an Ausgang kaum unter 3V regeln kann, besser ist die aus dem Schaltplan oben. Da dort aber Pin9 nach Masse ableitet während bei Conrad Pin10 zum Ausgang mitkoppelt, wirkt Conrads als stromverstärkter Emitterfolger während die obige Schaltung durch den OpAmp gehen muss.
Hier ein trotz 10nF MOSFET schnell regelndes diskretes Netzteil von Björn, das aber 3 galvanisch unabhängige Spannungsquellen benötigt:
Die OpAmps OPA548 und OPA549 zeigen in ihren Datenblättern Labornetzteile bis 25V/5A manuell oder digital einstellbar, die besonders einfach aufzubauen sind, man muß nur die maximal per Kühlkörper erreichbare Verlustleitung von 50 bzw. 90 Watt beachten, immerhin schützen sich die Bauteile vor Überhitzung.
Bei regelbaren Labornetzteilen kann man die Spannung am Elko vorregeln. Allerdings verringert sich die Nachregelgeschwindigkeit dadurch drastisch. Siehe AN32 von http://www.linear.com/ . Der MOSFET in folgender Schaltung von Winfield Hill aus s.e.d. arbeitet als Schalter der nur am Anfang jeder Halbwelle den Ladekondensator C2 niederohmig an den Trafo koppelt.
rectified
ac in p-channel
Q1 FET +38V
--|>|---+----+-------+---+-- s d ----+----+---o 4A
| | | \_|_ g | |
--|>|---+ | R2 /_\ | IRF9Z | | C2
| | | | D2 | 34N | ===
C1 | | +---+-----' | |
=== R1 | ,--------+ gnd
| | | | |
| | Q2 | Q3 | R5 R1 12k
gnd | 5V c c | R2 12k
+---- b b ------+ R3 4.7k
\_|_ e --+-- e | R4 2.49k
D1 /_\ | R4 R5 16.2k
| LM336- R3 | C1 100uF
| 5.0 | gnd C2 10,000uF
gnd gnd
Um die maximale Verlustleistung eines regelbaren Labornetzteils zu halbieren,
kann man einen Trafo mit Mittelanzapfung (oder 2 Wicklungen) so verschalten,
daß er auch die halbe Spannung liefert, und dann 2 Leistungstransistoren so
einsetzen, daß geringe Ausgangsspannungen aus der halben Trafospannung
gewonnen werden, ohne ein Relais verwenden zu müssen. Beide Transistoren und
die Diode müssen den vollen Strom vertragen, der NPN sogar als Basisstrom, da
sie aber jeweils maximal die halbe Spannung unter vollem Strom tragen müssen
ist ihr SOA Bereich wesentlich besser ausnutzbar und man spart sich neben 50%
der Kühlkörpergrösse die Parallelschaltung mit der leidigen Stromverteilung.
Siehe
o--+ +--+---|>|-+---+------------+---+
S:S | | | E| 100R
S:S | +-|>|-+ C1 2N6134PNP >|--+-- Regelspannung, nach Masse oder zum Ausgang hin ableiten
S:S | | | |
S:+--)-)---------+--|>|---+ |
S:S | | | 1N5401 | |
S:S +-)-|<|-+ C2 NPN >|--+
S:S | | | 2N3055 |E 10R
o--+ +----+-|<|-+---+ +---+--o
| Ausgangsspannung
+---------------o
> Stromsenke als Belastung für ein LabornetzteilAuch ein gesperrter Leistungstransistor lässt einen Reststrom durch, vor allem wenn er heiss ist. Dadurch kann ein Netzteil ohne und bei geringer Last nicht auf 0 regeln. Man baut Belastungswiderstände nach Masse ein, die aber bei höheren Spannungen durchaus wesentlichen Strom ableiten. Insbesondere wenn der Strom mitgemessen wird, mag man den damit eingeführten Fehler nicht. Daher sind Konstantstromsenken sinnvoll. Etwas konstanter wird die Belastung, wenn der Widerstand nicht nach Masse sondern hin zu einer eventuell vorhandenen negativen Spannung führt.
Elegant und einfach ist ein verhungernder Transistor als Last. Entweder ein Bipolartransistior mit sehr geringem Basistrom, so daß bei fast egal welcher Kollektor-Emitterspannung nur wenig Strom fliesst, oder ein MOSFET mit geringer Gate-Spannung der ständig am Abschnüren ist. Beide Ströme sind natürlich nicht beinders genau definiert, liegen locker um 1:4 daneben, aber als Belastung geeignet (wenn der Strom nicht mitgemessen wird).
--+-----+ halbwegs konstante Spannung gegenüber Masse
| |
1MOhm -|< Leistungstransistor des Labornetzteils
| |
| +--- Labornetzteilausgang
| |
+----|< Transistor als Stromsenke, lässt nur hFE*Basisstrom fliessen
|E
Masse --------+---
Diese Schaltung hat den Vorteil, eine maximale Verlustleistung für den
MOSFET (relativ ungenau) zu regeln, und bei niedriger Spannung mit 0.5
Ohm zu belasten:
>12V | 2k7 +--7k5---+-- zu belastender Labornetzteilausgang | | | +---+---+---(-------|I BUZ72 | | | | |S | 22n >|--+--100R--+ I*0.5R+U*100.5/7600.5 = Ube ZD12 | E| BC337 | | | | 0.5R | | | | +---+---+------------+-- GND
> Wie schliesse ich digitale Einbauinstrumente (wie das DVM210 126594
> von www.conrad.de, aber auch alle anderen mit ICL7xx6 aufgebauten)
> an mein Netzgerät an?
Die Panelmeter benötigen, ausser den teuren DPM951/952/961/962 197564 von http://www.conrad.de/ (die durch den verwendeten MAX138 letztlich nichts anderes enthalten als das unten mit ICL7660 zusammengebaute), eine potenzialgetrennte Versorgungsspannung von 9-12V, die man im Netzteil normalerweise nicht hat, es sei denn man klaut aus einer alten Ethernetkarte den 5V→9V Wandler oder baut die Schaltung aus dem Februar 1997 Magazin ltm9702.pdf von http://www.linear.com/ nach oder portiert die Messspannung mit einem LTC1043. Es funktioniert NICHT, aus dem Ladeelko mit einem 78L09 eine Betriebsspannung herzustellen, und dann eine Spannung ab 0V oder gar darunter zu messen. Es ergeben sich zwar Messwerte, aber die stimmen überhaupt nicht und schwanken stark mit der Versorgungsspannnung.
Man kann einen extra 6.3V-Trafo per Einweggleichrichtung ungeregelt, oder einen 12V/0.33VA Trafo mit Brückengleichrichter, Elko und 78L09 Spannungsregler spendieren. Wenn man die in den meisten Modulen intern verbundenen Anschlüsse COM und INLO (Pin 30 und 32 des ICL7106) trennen kann (das geht beim DVM210 von Conrad NICHT) oder mit dem ICL7106 ein Messgerät selbst gebaut hat, geht es, mit einem 78L05 erst 5V herzustellen, und dann aus den 5V mit einem ICL7660 -5V zu erzeugen und dann das Messgerät zwischen 5V und -5V anzuschliessen. Dann kann es Spannungen um 0V messen, also mit Spannungsteiler R1/R2 oder Stromshunt R auf Masse bezogene 200mV.
+Ub --+---------Hauptregler-------+------ out
| | R1
78L05-+---+------)---------+ +---+
| | | | | R2 |
GND --+---)---)--+-R-+---------)--+---)-- GND
| | | | | | | |
ICL7660--)--)---)--+------)--)---)--+
| | | | | | | |
+-------------+ +-------------+
|+B -In +In -B| |+B -In +In -B|
|Ampereanzeige| | Voltanzeige |
+-------------+ +-------------+
INLO und COMMON getrennt !
Elektor Juni 2005 zeigt auch eine Lösung, um Spannungen um den Nullpunkt
messen zu können, ohne eine galvanisch getrennte Versorgungsspannung zu
benötigen. Die Abweichung des Messergebnisses liegt im Rahmen der
Offsetspannung des OpAmps (OP07 etc. verwendbar).
+5V (mindestens 3V+Drop-Out Spannung des OpAmps über GND und In)
|
GND --|+\
| >---+
+-|-/ | B+
| | +-----+
+--(--|InLo | Panel
In ----(--|InHi | Meter
| +-----+
| | B-
-5V ---+-----+
Kapazitive Isolation aus einem per 12V versorgten CD40106:
+----------|>o--100pF--+--|>|----+---+-----+
| +--|<|--+ | | | +
| CD40106 | | 100nF Panelmeter
+--|>o---+--|>o--+--|>o--100pF--+--|>|--(-+ | | -
| | | +--|<|--+-----+-----+
+--100R--+ | 1N4148
| | +--|>o--100pF--+--|>|----+---+-----+
100pF | +--|<|--+ | | | +
| | | | 100nF Panelmeter
GND +----------|>o--100pF--+--|>|--(-+ | | -
+--|<|--+-----+-----+
Wer den ICL7106 gegen uC ersetzt, kann massebezogen zumindest 3 Stellen
(10 bit A/D) messen http://electro-hobby.ucoz.com/blog/3_digits_digital_volt_meter/2012-07-10-235 ,
solche Panelmeter werden auch über eBay aus China angeboten und messen
teilweise mit 8 bit noch ungenauer, die Anzeige springt dann jeweils um
3er bis 4er Einheiten.
Genau geht's auch: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=191964.0 (5.5 Digit DVM - LTC2400 + LTC6655)
Bei Schaltungen für tragbare Messgeräte sollte man die Batterieanschlüsse als +Ub und -Ub eventuell benötigter OpAmps hernehmen und COM liefert dann problemlos einen Bezugspunkt ca. 2.8V unter +Ub. Bei Widerstandsmessung, einfachen NTC Sensoren oder Brücken (KMZ10 Magnetfeldsensor
) kann man beim ICL7xx6 sogar ratiometrisch ohne irgendwelche Verstärker und Referenzspannungsquellen messen. Ein passender AC/DC-Wandler zur Wechselspannungsmessung ist in Datenblatt des ICL7611 beschrieben.
Strommessung mit Differenzverstärkern
--+--SHUNT--+--
| |
| | +---20k--+
| | | |
| +--1k--+--|-\ |
| | >--+--
+------------1k--+--|+/
|
20k
|
GND
hat schnell ein Genauigkeitsproblem
http://electronicdesign.com/power/whats-all-error-budget-stuff-anyhow
welche Widerstände besser 0.1% benötigen würde, ausserdem kommen selbst
Rail-To-Rail OpAmps mit dem über Widerstände nach plus gezogenen Ausgang
nicht bis exakt 0V herunter.
Besser ist es, man spiegelt den Strom nach Masse, wie es der ZXCT1009 tut,
--+--Shunt--+--
| |
100R |
E| |E
PNP >|----+--|< PNP
| | |
+---+ +---+ (Alle Transistoren auf demselben Chip)
| | |
NPN >|--+----|< NPN
E| |E
| |
+---------(-- Vout
| |
100R 100R
| |
--+---------+-- GND
oder mir einem OpAmp und MOSFET:
--+---SHUNT----+--
| |
1k |
| |
+---------+ |
| | |
S| /-|--+ |
BS250 I|--< | |
o.ä. | \+|-----+
|
+--------------- Spannungsabfall am SHUNT * 20
|
20k
|
GND
Der OpAmp muß dabei aber an der positiven Versorgungsspannung messen können,
das können JFET OpAmps wie LF356, TL071. Aber die Spannung am SHUNT muss
immer deutlich über (10V) liegen damit die Schaltung funktionieren kann.
Fertig und präzise gibt es das in LT1787 und LTC6101 uva.
Ein ZXCT1030 enthält nach dem high side Stromsensor gar noch einen Komparator und Spannungsreferenz zur Erkennung von Überstrom.
Wer einen Wechselspannungs-Netztrafo hat, kann immer irgendwie zur normalen positiven Versorgungsspannung noch eine negative Versorgungsspannung hinzuzaubern (siehe F.9. Netzteile), aber ungewöhnlich oft wird danach gefragt, wie man aus einer 'einfachen' Gleichspannungsquelle (sei es eine 9V Batterie oder ein 12V= Steckernetzteil) eine symmetrische Spannungsversorgung macht, wie sie von OpAmp Schaltungen benötigt wird (obwohl man dann eigentlich zwei 9V Batterien oder ein Wechselstromnetzteil nehmen sollte). Aber es gibt dennoch Möglichkeiten:
Begriffsklärung: Virtuelle Masse ist ein Punkt, der schaltungstechnisch Massepotential (0V) hat, aber nicht mit Masse verbunden ist, beispielsweise dieser Punkt am invertierenden Verstärker:
0V ---|+\
| >--+--- output
virt GND -> +--|-/ |
| |
input --10k--+---10k--+
Insofern bringen Schaltungen, die den Bezugpunkt verschieben, keine virtuelle
Masse, sondern den Bezugspunkt für die nachfolgende Schaltung, eine echte 0V
Masse. Trotzdem nennen viele Leute das virtuelle Masse.
Wenn die Spannung U doppelt so hoch ist wie benötigt und 'halbiert' werden kann, nimm einen Spannungsteiler mit ausreichend kleinen Widerstandswerten
+---+-- U/2 | | | 1k (+) | U +-- GND (belastbar mit 4k7 bei 10% tolerierbarem Spannungseinbruch) (-) | | 1k | | +---+-- -U/2oder grösseren Widerstandswerten für Gleichstrom aber Elkos zur Verringerung des dynamischen Widerstandes bei geringen Frequenzen
+---+----+-- U/2 (diese Schaltung wird verwendet, wenn man GND) | | | (als Bezugspunkt für alles verwendet und + und 0 nur) | 100k 1000uF (die ankommende Versorgungsspanung darstellen) (+) | | U +----+-- GND (belastbar mit Tonfrequenz bis wenige Ohm) (-) | | | 100k 1000uF | | | +---+----+-- -U/2dabei ist die Schaltung geschickter als die einseitige Abstützung nach Masse
+---+------- U/2 (diese Schaltung wird verwendet, wenn man Störungen) | | (vom positiven Pol der Spannungsversorgung nicht auf) | 10k (GND übertragen will, aber den negativen Pol der) (+) | (Spannungsversorgung als gute Masse ansieht die auch) U +----+-- GND (woanders verwendet wird) (-) | | | 10k 10uF | | | +---+----+-- -U/2denn die führt zu einer langen Stabilisierungsphase nach dem Einschalten der zu einem Einschalt-Plopp führt und benötigt oft doch einen Elko um die positive Spannung zu stützen
+---+-----+------- U/2 | | | | | 100k (+) | | U 470uF +----+-- GND (unsinnig) (-) | | | | | 100k 1000uF | | | | +---+-----+----+-- -U/2oder schalte einen OpAmp als Puffer (Spannungsfolger, Buffer) dahinter
+---+------+------- U/2 | | | | 100k | | | | (+) +-----|+\ U | | >--+-- GND (-) | +--|-/ | | 100k | | | | | +---(----+ | | | +---+------+------- -U/2etwas besser reagiert diese Schaltung auf Belastungsschwankungen
+---+------+-----------------+-- U/2 | | | | | 100k | 47uF | | | L272 | (+) +-----|+\ | U | | >--10R--+--10R--+-- GND (-) | +--|-/ | | | 100k | | | | | | +---(---------+ 47uF | | | | +---+------+-----------------+-- -U/2oder als Puffer einer (Referenz-)Spannung nach GND (siehe TLE2425/TLE2426 von TI). C2 und R1/R3 verhindern ein Schwingen und sollen so ausgelegt werden, daß die Reaktion des OpAmps auf Belastungsschwankungen optimal wird.
+---+----------+-------------- U/2 | | | | 100k | | | | | +---+-----|+\ | | | | >--+--R1--+-- GND (+) | | +--|-/ | | U | | | | | (-) | | +---C2---+ | | | | | | | | | +---R3----------+ | | | | | 100k C1 C3 | | | | +---+---+------------------+-- -U(2L165 und LM675 sind nicht unity gain stabil, deren Datenblätter zeigen wie man solche dennoch einsetzen kann. Der OPA569 wäre unity gain stabil bis 2A bei 5V, der BUF634 schafft 250mA bis +/-18V. Der OpAmp muss i.A. nur wenig Strom liefern können, weil meist sowieso nur ein paar Widerstände an der GND hängen (in Gedanken einfach alle Ausgänge voll auf + und Strom berechnen), und selbst wenn ein anderer OpAmp vollen Strom nach Masse ableitet, hat er meist eine Strombegrenzung von 20mA. In ungewöhnlich kritischen Fällen schalte über einen Vorwiderstand noch 2 Elkos zur Entkopplung dahinter, oder verwende Figure 5 aus dem LMV321 Datenblatt.
Wenn zur positiven Spannung eine gleich grosse negative Spannung hinzukommen soll, die nur wenig belastet wird, nimm einen der üblichen Ladungspumpen Spannungsverdoppler ICL7660/LTC1044/MAX1044 (5V/10mA), LT1026/MAX680, LTC1044A (12V/10mA) ICL7662 (15V/10mA), MAX619/LTC1046 (5V/50mA) LTC1144 (15V/50mA) LTC/MAX660 (5V/100mA) MAX665 (8V/100mA) MAX889 (5V/200mA) (Intersil/Linear/Maxim). Schaltplan jeweils im Datenblatt. Effizienz einer Ladungspumpe:
Reicht der Strom nicht aus, bleibt nur ein Schaltregler wie MC34063 oder die ähnlichen: L5973D (2.5A 36V 250kHz SO8 Comp) XL4005 (5A 32V 300kHz) APE1707 (2A 150kHz SO8) AP5101 (1.4MHz 1.5A 4.75-22V SO8) SC4520 (3A 100kHz 600kHz) TPS54332 (1MHz 3.5A 28V SO8) MP1584 (3A SO8 340kHz) ST1S10 (18V 3A SO8 ab 0.8V) MP2493 (2A 36V SO8 mit Ilimit) AOZ1021 (3A 16V SO8 s) MP2307 (3A 23V SO8 s) APE3502 (2A 4.5-18V SO8 s) APE1581 (3A 44.75-23V SO8 s) AIC2857 (2A 23V SO8 s) s=sychronous=kommt ohne externe Diode aus. Siehe AN-1118 von http://www.national.com/ wie ein LM2595 5V zu +/-12V macht, oder nimm gleich den MAX743 oder TPS65130, TPS65131.
Aber Vorsicht: Die höherfrequenten Störungen auf der Versorgungsspannung, die Ladungspumpen oder Schaltregler liefern, werden von OpAmps VIEL schlechter unterdrückt, als 50Hz oder 100Hz Störungen, für die der PSRR Wert angegeben wird. Also immer gut filtern, das geht bei höherer Frequenz ja auch leichter (also bleibt der Bauteileplatzbedarf etwa gleich gross). Natürlich geht auch ein (meist ungeregelter) Spannungswandler mit potentialfreiem Ausgang, dessen positiven Anschluss man mit Masse der Schaltung verbindet, aber solche Module sind meist zu teuer.
Bei allen bipolaren Versorgungen gibt es das Problem, daß beide Spannungen nicht zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, also gibt es eventuell ein Problem mit der Ausgangsspannung, vor allem wenn als OpAmps keine R2R Typen eingesetzt werden. Da sollte man, so lange nicht beide Spannungen stabil sind, den Ausgang auf Mute schalten.
> Wie kann ich ohne Trafo aus 230V~ z.B. 24V mit ein paar mA erzeugen?
Wenn man ohne Potenzialtrennung auskommt, gibt es mehrere Möglichkeiten:
Mit Kondensatoren in Form eines kapazitiven Netzteils wie in TB008/AN954 von http://www.microchip.com/ gezeigt (der dortige X2 Kondensator ist nicht aus Sicherheitsgründen erforderlich, er liegt nicht direkt zwischen L und N oder PE, sondern wegen der Belastung. Ein Kondensatornetzteilkondensator wird mit 70mA/uF genau so belastet wie ein Motorkondensator, und das sind bekanntlich besonders belastbare Metallpapier-Kondensatoren, die man mit kleinen Kapazitätswerten eben als X2 findet).
Im Kondensatornetzteil fliesst primär ein Effektivstrom entsprechend dem Blindwiderstand 0.157/(C*f) des Kondensators, bei 230V/50Hz und 270nF also ca. 20mA, aber wenn man den durch einen Verbraucher nahezu konstanter Spannung (LED oder Z-Dioden geschützter Elko am Ausgang) leitet, bildet man den Mittelwert und der liegt bei nur 0.9 des Effektivwerts (wie beim Mittelwert der sich einstellt, wenn man eine Sinushalbwelle per RC Glied glättet, da werden aus 230Vrms auch nur 209VDC), also braucht man einen höherkapazitiven Kondensator, für 20mA Verbraucher also beispielsweise ein Kondensator mit 300nF der 22mA effektiv durchfliessen lässt.
Wer trotzdem ein Kondensatornetzteil bauen will, sollte mal berechnen, was mit dem passiert, wenn auf dem Netz ein Rundsteuerssignal liegt:
Will man mit dem Kondensatornetzteil eine Spannung in Bezug zur Netzspannung haben (möglichst negativ, denn damit fällt das Zünden der meisten TRIACs leichter), kann kein Brückengleichrichter eingesetzt werden um beide Halbwellen zu nutzen, sondern man muss eine Halbwelle ungenutzt fliessen lassen. Bei 5mA Last bekommt man 0.6V Ripple, bei 10mA nicht mehr die 5V, da hilft auch kein grösserer Elko. Immerhin wird die ZD5V6 beim Einschalten im Spannungsmaximum der Netzspannung nur mit 22mA Milliampere belastet, es ist die 1N4148 die den Aufladestrom des 220nF Kondensators von 320mA für 1ms tragen muss (was sie auch kann) weil der 100uF Elko noch entladen war. Da im Schnitt nur 5mA zur Verfügung stehen, kann man den TRIAC (der 3 bis 50mA zum Zünden benötigt) nur mit einem kurzen Nadelimpuls pro Halbwelle zünden.
|/|
N o----------------+-------+---- + ------------|\|----+
| | /|/| |
230V~ ZD5V6 100uF 5V/5mA --R--+ TRIAC |
| | |
L o--+--1k--220nF--+--|<|--+---- - |
| 1N4148 |
+----------------------------------------Last----+
Oder mit ICs HIP5600 http://www.intersil.com/ VB408 für 5V http://www.st.com/
ABER: Die ICs sind teurer und nicht ausreichend robust gegen die Widrigkeiten
eines realen Stromnetzes und alle Varianten reagieren sauer auf hochfrequente
Signale im Netz (Surge-Test, Rundsteuersignale, Powerlinemodems) und sollten
daher eigentlich eine Drossel vorgeschaltet bekommen, die ab 60Hz zu dämpfen
anfängt und leider ebenso gross wie ein Trafo wäre. Ich hab hier ein Gerät
von Sigma, welches trotz 15V 0.6W Z-Diode reproduzierbar seinen 78L05 und
dann die nachfolgende Schaltung himmelt, wenn der Stecker kurz nacheinander
eingesteckt wird, weil das Kondensatornetzteil mit 1.5uF ausgerüstet werden
musste, da die Schaltung viel Strom brauchte. Nimm also doch besser einen
kleinen Trafo, der ist nicht nur wesentlich billiger, sondern auch sicherer
und unterdrückt noch kostenlos Netzstörungen, oder ein Schaltnetzteil:
+--------+
o---Sicherung---+-----|~ |-- +
| | |
230V~ VDR250V~ |HLK-PM01| 5V/0.6A
| | |
o--TempSich98C--+-----|~ |-- -
+--------+
In http://www.microchip.com/ DD1002 findet man noch eine lustige Variante mit LEDs + Photozellen.
> grössere Leistungen?
> Und die Gegenrichtung?
http://www.atmel.com/ AppNote AVR182 "Zero Cross Detector" http://www.microchip.com/ AN521 "Interfacing to AC Power Lines"
Wenig Bauteilaufwand und wenig Verlust am Vorwiderstand (0.325W), der aber für 500V ausgelegt sein sollte, benötigt diese Schaltung, deren Ausgang aber nicht gleich nach dem Nulldurchgang einschaltet, sondern später. Man muss programmtechnisch die Mitte des (HI/LO) Impulses rausfinden um den Zeitpunkt des (Spannungsmaximum/Nulldurchgang) zu erfahren mit dem Wechselspannungs-Optokoppler PC/KB/LTV 814/824/844.
+-----+
o--330k--| |---------- +5V
230V~ |PC814|
o--------| |--+------- out (an Eingang von uC)
+-----+ |
+--10k-- GND
Interessiert man sich nicht für die Phasenlage sondern bloss die Anwesenheit
der 230V~, benötigt ein Wechselstromoptokoppler mit Kondensatornetzteil bei
1.5mA Optokopplerstrom bloss 15mW. Die LED des Optokopplers wird beim
zufälligen Einschalten im 320V Spannungsmaximum durch den Ladestrom des 22nF
Kondensators über die 5k5 Vorwiderstand mit 60mA für 1ms belastet. Selbst bei
1k Vorwiderstand und 220nF Kondensator für 20mA Strom bei 0.4W Verlust bleibt
der 320mA Stromstoss unterhalb der Grenzwerte von meist 1A für die IR-LED der
meisten Optokoppler.
Mit einem Kondensatornetzteil, welches Dank Phasenverschiebung einen Elko rechtzeitig aufgeladen hat, kann ein MOSFET die LED auch exakt synchron zur Phase einschalten, hier für ca. 1mA LED-Strom dimensioniert:+---3k3--2k2---+ +--10k-- +5V | | +-----+ | o +--| |-----+------> 230V liegen an 230V~ |PC814| | o +--| |--+ 4u7 | | +-----+ | | +--470k--470k--+ +--+------- GND | | +-----22nF-----+
+-4M7-+
| | 1N4148
+----+-1k-+-22n-+-|>|-+-1k-+
| | | | |
| 470k | | LED des Optokopplers
o | | | |
230V~ +----------(-----(---|I MOSFET (z.B. BS170)
o | | | + |S
| ZD5V1 ZD5V1 10uF |
| | | | |
+----+----------+-----+----+
Mit nur 50mW viel weniger Energie benötigt eine Schaltung die nur exakt im Nulldurchgang die LED des Optokopplers für 100us einschaltet:
+---+-----|>|--+--2M2--+----------------+ | | | | LED | | | +--|>|--+---+ 100k +--2k2--|<|--+ | | | | | | | o | | 4M7 +--|< 2*2N3904 | 230V~ | | 1N4007 | | |E | o | | +--|< | +-----+ | | | | |E | | | | +--(--|<|--+ 470k | | ZD12 47nF | | | | | | | | +------+--|<|--+---+---+---+------+-----+oder man nimmt http://www.dextrel.net/diyzerocrosser.htm (man sagt die würde dem Impuls 1msec vor dem Nulldurchgang liefern und nicht stabil) oder http://www.edn.com/design/analog/4368740/Mains-driven-zero-crossing-detector-uses-only-a-few-high-voltage-parts oder https://www.mikrocontroller.net/topic/286730?goto=new#5153000
Ebenfalls möglich und seit dem sie bei Reichelt halbwegs preiswert sind lässt sich vielleicht mit dem zweiten Kanal etwas anfangen. Leider erzeugen die ADUM eventuell Hf-Probleme beim EMV-Test.
+---+--1k--47nF--+--|>|--+---+ ADUM1200/1201 | | | | | +-----+ o | ZD5V6 1uF +--|1 8|-- +5V 230V~ | | | |2 7| o +---1M-------(-------(------|3 6|-- Signal | | | +--|4 5|-- GND +----------------+-------+---+ +-----+
Von: MaWin 29.8.2001, Ralf Kusmierz 22.9.2004
Grosse Trafos (so ab 500 VA) und Motoren brauchen eine Begrenzung des Stromes beim Einschalten, sonst leidet der Netzschalter und es donnert ggf. die Haushaltssicherung raus.
Zum Einen braucht das Gerät im Einschaltmoment mehr Strom, weil erst die Siebelkos im Netzteil aufgeladen werden müssen. Zum Anderen fliesst im Trafo durch dessen parasitäre Induktivität um 90 Grad der Spannung nacheilender Wechselstrom. Dieser Strom wäre, wenn der Trafo nicht im Spannungsmaximum eingeschaltet wurde, im Einschaltmoment nicht 0 gewesen. Er muss jedoch beim Einschalten bei 0 beginnen. Der Wechselstrom ist daher mit einer abklingenden Gleichstromkomponente überlagert. Das erste Strommaximum kann durchaus beim Doppelten des üblichen Werts liegen. Es dauert nun etwas, bis diese Gleichstromkomponente verschwindet. Zeitkonstante L/R, mit L von mehreren Henry bei grossen Trafos und R Wicklungsdrahtwiderstand und Impedanz des Stromnetzes, also einige Ohm.
Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Einschaltstromes ist ein Vorwiderstand der in Reihe zur Primärwicklung liegt. Statron verwendete einfach einen Drehschalter als Einschalter dessen Mittelstellung "Vormagnetisierung" über einen hochohmigen Widerstand führt der nur die Restremanenz aus dem Kern holt, automatisiert kann man ihn von einem (230V) Wechselstromrelais überbrücken lassen, das einfach parallel zur Primärwicklung angeschlossen wird. Etwas unzuverlässiger ist ein Gleichstromrelais am Siebelko. Allerdings wird man den Widerstand von der Wattzahl und Grösse her so auslegen müssen, das er nicht länger als eine Sekunde den Strom durchhält, und bekommt daher ein Problem, wenn das Relais mal ausfällt. Ein Widerstand mit Rücklötauslöser (ein am Widerstand festgelöteter federnder Draht, der abgeht, wenn der Widerstand so heiss wird, das das Lötzinn schmilzt, weil er nicht schnell genug vom Relais überbrückt wird, http://www.krah-rwi.de/d_fth.pdf , Vitrohm KF oder KT Serie, TOKEN FKU/FRU) oder ähnlicher Überlastungssicherungseinrichtung ist erforderlich.
Statt dem Widerstand kann man einen NTC ('Anlaufheissleiter', current inrush limiter, http://www.thinking.com.tw/, http://www.epcos.com/) nehmen. Den legt man auf den maximalen Dauerstrom des Gerätes aus.
Murata http://www.murata.com/thermis/index.html sagte, welcher NTC bei 240V~ zu welchem primären Siebelko passt: Bis 69uF: 16R/9mm, bis 99uF: 8R/9mm, bis 122uF: 4R/9mm, bis 139uF: 11mm, bis 243uF: 12mm, bis 469uF: 16mm, bis 868uF: 20mm, bis 1493uF: 23mm. So spart man sich das Relais, allerdings ist der NTC noch heiss, wenn man das Gerät nur kurz ausschaltet. Vielleicht ist so lange aber auch der Elko noch voll, vor allem wenn der Netzschalter kurz vorher auch sekundär den Verbraucher trennt. Noch eine Dimensionierung:
Und dann kann man elektronisch verzögert den NTC überbrücken, sobald die Ausgangsspannung stabil ist. Dann kühlt der NTC ab, während das Gerät an ist, und man kann das Gerät auch mal kurz aus- und wieder einschalten. Für eine Schaltung siehe
Kühlschrankkompressoren haben dafür übrigens eine simple Kapsel drin, beim Klixon heizt ein Widerstand einen Bimetall, um die Kurzschlusswicklung des Spaltpolmotors nach dem Anlaufen zur Wirkungsgradverbesserung abzutrennen. Nicht wirklich hi tech, braucht aber auch einen Moment zum Abkühlen.
Bei Glühlampen ist der Einschaltstromstoss noch höher, eine 12V/8W Wolfram Lampe hat 18 Ohm bei 2600 GradC, aber nur 1.3 Ohm bei 20 GradC, da Wolfram ein Alpha von 0.0048 hat ist R20 = R2600/(1+0.0048*(2600-20)). Schaltet man diese Halogenlampe in Reihe mit einer 666mA Stromquelle, kann es sein, daß sie nie leuchtet, weil der Stom am Kaltwiderstand 0.66A^2*1.3 = 0.577W nicht ausreicht, um die Lampe auf Betriebstemperatur zu bringen.
Metalloxidvaristoren (MOVs, VDRs, Varistoren) bieten Überspannungsschutz, in dem sie bei Überschreiten einer bestimmten (aber nicht besonders genau festlegbaren) Spannung zu leiten anfangen, ähnlich wie Z-Dioden aber bidirektional, aber anders als die alten Modelle aus Siliziumcarbid SiC halten die modernen aus Zinkoxid ZnO nicht ewig:
Of prime concern is the fact that MOVs have a lifetime "joule" rating. The joule is an engineering term for energy (energy can be measured in joules). The joule rating for an MOV means that when a particular MOV has received the specified amount of energy, it no longer works! This could be the result of one or two large surges or several small surges. Therefore, for MOVs to be used reliably, a strict replacement schedule is necessary. It is like not having a gas gauge in your car - you never know when you are going to run out of gas so you have to keep putting more gas in your car! Lack of replacement can have very serious results - MOVs have been known to cause fires.
Ein Varistor für 230V~ und 300V= leitet bei 360V 1mA und bei 595V 50A ab. VDR werden entweder mit Nennwechselspannung und Aussendurchmesser bezeichnet (vor allem in Europa üblich, TDK Epcos S14K230 Spannung nicht mit Nullenanzahl) und MOV mit Keramikscheibendurchmesser und Varistorspannung bei 1mA (vor allem in Fernost üblich, Panasonic ERZV14D361 Spannung mit Nullenanzahl) und AVX liefert gar beide Varianten aber Spannung immer mit Nullenanzahl:
Eine sinnvolle Schaltung besteht aus 2 MOVs VDR140 für 140V~ in Reihe, deren Verbindungspunkt per Gasableiter mit Schutzerde verbunden wird, wobei jeder MOV mit einer drangeklemmten Temperatursicherung für 98 GradC auf Überlastung und Alterung kontrolliert wird, und eine Kontrolllampe (entweder Glimmlampe mit Vorwiderstand oder LED mit Schaltung für 230V~, siehe F.8. LEDs an 230V~) signalisiert, ob die Schaltung nicht schon lange beschädigt ist:
N --TS98--+--VDR140--+
| |
Kontrolle +--GAS600-- PE
| |
L --TS98--+--VDR140--+
Die einfachen Varistoren ohne Übertemperatur und Explosionsschutz sind auf
230V-Anschlüssen nach der aktuellen EN62368-1 (früher EN60950-1) nicht mehr
erlaubt. Dafür gibt es inzwischen VDR und Thermosicherung in einem Gehäuse
damit man sie nicht mehr mit Schrumpfschlauch zusammenhalten muss.
Kann man auch aus handelsüblichem VDR und Thermosicherung in einem Schumpfschlauch selbst bauen, sogar inklusive Funktionsüberwachungslampe:
L --Gerätesicherung--+--
|
Thermosicherung
|
+--Glimmlampe--+
| |
VDR 270k
| |
N -------------------+--------------+--
Statt ungenauer aber robuster MOVs verwendet man in Niederspannungsschaltungen
meist genauere aber schwächere TRANSILs (arbeiten wie eine Z-Diode) und
TRISILs (arbeiten wie eine CrowBar bzw. Gasableiter).
oder baut sich eine Crowbar:
Achtung, der Thyristor muss nicht nur ein grösseres Schmelzintegral aushalten als die Sicherung, sondern auch das dI/dt aushalten, sonst legt er nach der ersten Aktion das Netzteil für immer lahm. Also nicht den dicksten aber dafür langsamsten Thyristor nehmen, sondern so was wie 2N6505 .
>Wie funktioniert eigentlich ein Shunt-Solarladeregler?
Einfaches Ding:
Das Solarmodul ist über eine Diode, welche u.A. verhindern soll, dass sich Nachts die Batterie in das Modul entlädt (die bei hoher Differenz zwischen Leerlaufspannung und Akkunennspannung nicht nötig wäre aber gerade in dem Fall auch nicht stört, bei kleiner Differenz gäbe es einen hohen Nachtentladestrom so dass sie nötig wird aber sich leider mit ihrem Spannungsabfall störend bemerkbar macht und Schottky-Dioden haben oft hohe Rückströme nicht geringer als die Nachtentladeströme, sind also auch keine Lösung) an den Akku angeschlossen. Über dem Modul ist ein LeistungsMOSFET angeordnet, der bei Erreichen der Ladeschlussspannung des Akkus das Modul kurzschliesst. Da bei Spannung=0 der Strom fast egal ist, entsteht dadurch keine nennenswerte Verlustleistung, weder im Solarmodul noch im MOSFET.
Angesteuert wird der MOSFET von einem Komparator, der die gemessene Batteriespannung mit einer Referenz vergleicht, z.B. in Form des fertigen Überspannungssensor ICL7665 eingestellt auf 13.8V. Der Komparator schaltet bei einer höheren Spannung den MOSFET ein und erst bei einer niedrigeren Spannung wieder aus (Hysterese), dadurch wird verhindert das der MOSFET im Analogbetrieb 'halbdurchlässig' wird. Die dabei entstehende Verlustleistung hält er nämlich nicht aus. Die Hysterese darf durchaus klein sein (also z.B. 0.1V und nicht 1V, aber zumindest so gross wie der Spannungsabfall bei maximalem Ladestrom am Akkuinnenwiderstand), so dass der MOSFET auch bei vollem Akku immer wieder kurz eingeschaltet wird, das führt zur Erhaltungsladung. That´s it. Wahlweise kann man den MOSFET mit konstanter Frequenz ansteuern und bei Annäherung von 13.7V an 13.8V die relative Einschaltdauer von 100% auf 0% zurücknehmen (PWM). Weiteres unter F.21.2. Bleiakkus.
Diode
+------+--|>|------+----------+--------+---+---+-----+
| | | | | | | |
| | R12 | R23 10k | |
| | | +---------+ | | | |S
| | +-R13-|Out2 Out1|---)---+---(----|I P-MOSFET
| | N-MOSFET | | | | | |
+ | I|----+-----(-----|Hys2 Hys1|---+ | |
Solarmodul S| | | | | | | + |
- | | | | | ICL7665 | R22 Akku |
| | | | | | | | - |
| | 10k +-----|Set2 Set1|---+ | |
| | | | +---------+ | | | +
| | | R11 | R21 | Verbraucher
| | | | | | | | -
+------+-----+-----+----------+--------+-------+-----+
Der ICL7665 enthält einen zweiten Komparator und kann damit gleichzeitig
einen Tiefentladeschutz für den Akku durch Lastabwurf mit einem P-MOSFET
liefern, oder als Oszillator eine LED blitzen lassen. Wer an LEDs zur
Kontrolle interessiert ist, kann die 10k durch 2mA LED mit passendem
Vorwiderstand in Reihe ersetzen, die dann bei vollem Akku oder normalem
Betrieb leuchten (bei Unterspannung ist alles aus). Die MOSFET
Gate-Schaltspannungen müssen zur Akkuspannung passen, also IRF7413
etc. bei 1 LiIon Zelle (Spannungsgrenzen müssen bei LiIon an den bis 2%
ungenauen ICL7665A mit Trimmpotis angepasst werden), und nicht über 16V
Akkuspannung wegen dem ICL7665. Die MAX16010-MAX16014 ähneln dem ICL7665,
gehen aber von 5.5 bis 72V bei 25uA, der MCP65R41/6 (Reichelt) geht von 1.8V
bis 5.5V bei 3uA, der TPS3701 geht bis 36V, braucht 7uA, der TPS3847085
schaltet bei 8.5V und der TPS3847108 bei 10.8V, beide halten bis 18V aus und
brauchen nur 380nA und besitzen einen push pull Ausgang. Der TPS3700
vergleicht auf 0.4V auf undervoltage und overvoltage und hat 18V open drain
Ausgänge.
Ähnllich ist 'Shunt Battery Charger with Low-Battery Load Disconnect' im Datenblatt des LTC1541, dort steht was man macht wenn der IC weniger Spannung aushält.
Bei einem (Wasser-/Wind-)Generator möchte man nicht kurzschliessen, sondern die überschüssige Energie verheizen. Also schliesst du deinen Heizwiderstand einfach in die Drainleitung des N-MOSFETs.
Möchte man bei vollem Akku den Generator abklemmen, kann man das über eine gesteuerte Thyristorbrücke machen.
BT169
+--|>|----+--------------------+-----+
| \ | | |
+--1k-+---(--|>|--+ | |
| | 1N4148| | |
| 1N4004 | | | |
+--|<|--+ | | | |
| | | | | + |
Dynamo | | +-------+ | Akku
| BT169 | | | ´ | 113k |
+--|>|--)-+ | | | |
| \ | | TL431--+ |
+--1k-+-(----|>|--+ | | |
| | 1N4148 | 25k |
| | | | |
+--|<|--+-----------------+----+-----+
1N4004
Die besseren Solarladeregler verwenden einen Schaltregler und arbeiten im maximum power point (MPP tracking, man entnimmt also der Solarzelle so viel Strom, das ihre Spannung nur so weit zusammenbricht, das die entnommene Leistung gerade maximal ist, SM3320, LT3652 (zieht bis 2.5mA aus dem Akku bevor SHDN verlassen wird), LTM8062, BQ25504, SPV1040) so lange der Akku noch nicht seine Ladeschlusspannung erreicht hat, und wandelt die Spannung (meist per StepUp) in die gerade aktuelle Akkuspannung um. Normale Schaltregler eignen sich nicht an Solarzellen, weil sie, so lange noch wenig Leistung aus der Zelle kommt, besonders viel Strom ziehen, und damit kommt die Solarzelle nie auf ihr Leistungshoch (deadlock). Man braucht zumindest eine Anlaufschaltung. Wenn der Verbraucher nicht alle Energie aufnehmen kann die die MPP Schaltung liefert (ein Akku könnte, ein Radio nicht), macht eine MPP Schaltung auch nur wenig Sinn. Will man bloss die Solarzellenspannung heruntertransformieren, tut es eine per PWM mit festem Tastverhältnis geschaltete Spule, also ein tstep down Regler ohne Regelung. Bei 50% Tastverhältnis reduziert er beispielsweise die Spannung auf die Hälfte.
Braucht man nur die Unterspannungsabschaltung als Tiefentladeschutz tut es:
Akku --+---+-----+
| | |
60k 10k |
| | |S
| +----|I PMOSFET wie IRF9530
| | |
+---(-4M7-+
| | |
+-TL431 +-- Lampe
| |
20k |
| |
Masse -+---+-------- Masse
Bei niedrigeren Spannungen von 1.6 bis 5V geht MCP6541 oder TLC3011 mit unter
1uA Stromaufnahme:
+----+----------+---------+ | | | | | | +-10M-(-----+ Verbraucher | 3M3 | |VCC | | | | | +-----+ | | Bat +----+--|+ Out|--+--|I DMN1019 | | | | |S | 4M7 +--|- Ref|--+ | | | | +-----+ | | | | | |GND | | | | +-----(-----+ | | | | | +----+----------+---------+Oder so, da klemmt sich sogar die Uuterspannungsabschaltung komplett ab und die Schaltung kommt nur wieder auf die Füsse, in dem über die interne Diode des MOSFETs geladen wird. Keine Hysterese nötig weil sich die Schaltung selbst vom Akku abklemmt.
+---|<|--+ (Diode im MOSFET)
| |
+--+-MOSFET-+---+-- Verbraucher und Ladeschaltung
| | |
| +--10k--+
| | |
+ | 22k 285k (für 31V berechnet)
Akku | |
- | TL431------+
| | |
| | 25k
| | |
+-------+-------+---
Tiefentladeschutz mit BTS55. Wird an den Verbraucher eine Spannung angelegt
die höher als die Tiefentladespannung ist, wird der Akku über die interne
Diode des BTS555 geladen, kommt er dadurch über die Hysterese schaltet er
wieder ein, damit kann der Akku niederohmig ohne Diodenspannungsverlust bis
zu Ende geladen werden. Der Chip bietet allerdings keinen Überladeschutz.
+----------+--------+---------+
| | | |
| | R23 |
| +---------+ | |
| --|Out2 Out1|---)-------BTS555
| | | | |
+ | --|Hys2 Hys1|---+ |
Akku | | | |
- | | ICL7665 | R22 |
| | | | +-- Ladegerät
+-----|Set2 Set1|---+ |
| +---------+ | | +
| | R21 Verbraucher
| | | | -
+----------+--------+---------+
Diese Schaltung signalisiert das 30 Sekunden vor dem Abschalten:
+------+------------------------------+----+-- +Bat | | | | | | +--100k------+ ICL7665 | | R23 +------+ | | +------+ 10k | +--|HYST2 | | +-22uF-+-|HYST1 | | |S R22 | OUT2|--+-1M--+ | OUT1|--+---|I P-Kanal MOSFET +--|SET2 | | +-10k----|SET1 | | R21 +------+ | +------+ +-- Last | | +-------------------------------- Signal power off in 30 sec +------+-------------------------------------- GND
Energy Harvesting ist heute in Mode, ebenso wie Elektromobilität. Wer sich um Energy Harvesting kümmert, sollte erst mal (sinnvolle) Beispiele kennenlernen:
Um für irgendwas (Messschaltung, Netzteil) eine genaue Spannung zu bekommen, gibt es reihenweise Chips. Ein paar ausgesuchte:
Von: MaWin 17.7.2000
Ein Bauteil allgemeinen Interesses sind die Schrittmotoren aus alten Druckern und Floppylaufwerken. Es gibt unipolare Motoren, bei denen jeweils 2 gegenläufige Wicklungen (S) pro Magnetfeld (:) vorhanden sind, von denen nur eine von Strom durchflossen wird, die benötigen 5 Anschlüsse
+--- 2
S:
+---+:
| S:
| +--- 3
1 --+
| +--- 4
| S:
+---+:
S:
+--- 5
oder haben 6 Anschlüsse damit sie sich auch bipolar verwenden lassen
+--- 3
S:
1 ---+:
S:
+--- 4
+--- 5
S:
2 ---+:
S:
+--- 6
obwohl für bipolare Motoren, bei denen der Strom in den Wicklungen umgepolt
werden muss, was eine aufwändigere Steuertechnik erfordert aber bessere
Ausnutzung ermöglicht, eigentlich 4 Anschlüsse ausreichen
+--- 1
:S
:S
:S
+--- 2
+--- 3
:S
:S
:S
+--- 4
und die es auch mit 3 Anschlüssen gibt wenn die Ansteuerung das erlaubt
+--- 1 (z.B. +12V / -12V) oder +5V +5V 0V 0V
:S
:S gibt 0 + 0 -
:S
+--- 2 (z.B. 0V) oder +5V 0V 0V +5V
:S
:S gibt + 0 - 0
:S
+--- 3 (z.B. +12V / -12V) oder 0V 0V +5V +5V
und universell verwendbare Motoren mit 8 Anschlüssen, die durch Parallel-
oder Reihenschaltung der Spulen das Tempo bremsende Induktivität vs. nötigen
Strombedarf angepasst werden können, oder auch unipolar einsetzbar sind
+--- 1
:S:
:+--- 2
:
:+--- 3
:S:
+--- 4
+--- 5
:S:
:+--- 6
:
:+--- 7
:S:
+--- 8
Man kann jeweils nur ein Magnetfeld einer Spule mit dem 1.4-fachem Strom der
rms Datenblattangabe versorgen und bekommt bei gleicher Erwärmung den
schwächeren Wave Betrieb (0.7 faches Drehmoment), oder man versorgt im
Vollschrittbetrieb 2 Phasen für 1-fache Kraft mit jeweils 1-fachem Strom, die
Kombination von beiden ergibt den Halbschrittbetrieb. Hier gut erklärt:
Weicher laufen die Motoren im Mikroschrittbetrieb, der Spitzenstrom, den der Treiber liefern darf, ist dabei durch die angenäherte Sinusform das 1.4-fache des rms Nennstroms aus dem Datenblatt, der in Halbschrittposititon (andere Spule 0) durch den Motor geschickt wird, in Vollschrittposition fliesst dann 0.7 x 1.4 = normaler Nennstrom durch beide Spulen. Allerdings kann Mikroschritt nicht feiner auflösen als das Verhältnis von Haltemoment zu Rastmoment, oft so 1:10. Und wer mit Mikroschritt die exakte Positionierung vervielfachen will, muss beachten, daß die immer kleineren Winkel natürlich immer schwerer einzuhalten sind, die Kraft eines Schrittmotors zum Halten der Mikroschrittposion lässt je nach Modell nach, hier ein Beispiel:
1/1 100 % 1/2 70.71 % 1/4 38.27 % 1/8 19.51 % 1/16 9.80 % 1/32 4.91 % 1/64 2.45 % 1/128 1.23 % 1/256 0.61 %
Motoren gibt es als Variable Reluctance (Weicheisenkern) oder Permanentmagnet (meist im Blechfingerkäfig) oder Hybrid (beides zusammen, die üblichste Bauform).
Regelmässig bauen Leute erst die Teile aus, und fragen dann, wie man sie ansteuert. Leute, messt VOR dem Ausbauen, und nehmt die Ansteuerschaltung gleich mit, die braucht ihr nämlich. Schrittmotoren sollte man nicht auseinanderbauen, es kann sonst sein, daß sie nach dem Zusammenbau teilweise magnetisiert bzw. entmagnetisiert sind.
Schiebe vorher ein (passend dünnwandiges) Eisenrohr über den Rotor. Schrittmotoren haben, vor allem bei simpler Ansteuerung (UCN5804, SAA1027) einen schlechten Wirkungsgrad und kommen ohne Bremsresonatorplatte schnell an ihre Eigenresonanzgrenze. Ein Floppymotor muss halt nur den Kopf verschieben können. Wie viel sind die xx Nm (Newton-Meter) Drehmoment bzw. Haltemoment des Motors eigentlich? 1 N ist die Erdanziehung von 102 Gramm. Baut man an den Motor eine Seilrolle von 1 Meter Radius, kann ein Motor mit 1 Nm also ein Gewicht von 102 Gramm anheben, oder 10kg bei einer Rolle von 2cm Durchmesser. Kein Wunder, das Floppyschrittmotoren bloss milliNewtonMeter (ab 0.001 Nm) haben. Bei Nenndaten (z.B. 6V/1A pro Spule, also 12W) wird der Motor innendrin je nach Modell 65 oder 80 GradC wärmer als die Umgebung, kühlt man ihn aktiv verträgt er mehr Leistung als aufgedruckt. Will man einen Motor voll ausnutzen, benötigt man eine mehrfach überhöhte Betriebsspannung und Ansteuerung per Stromchopper oder gleich Mikroschritt. Die Drehzahlkurven im Datenblatt wurden zur Erreichung werbewirksam hoher Werte meist mit Schwingungsdämpfern gemessen (z.B. die gelben Vexta Smart Damper), in besseren Datenblättern ist das wenigstens erwähnt. Also etwas Grundlagen zum Schrittmotor:
Grundschaltung für unipolare Schrittmotoren ( _ aus, - an) ohne Stromregelung.
Phase 1 ----____----
Phase 2 ____----____
Phase 3 __----____--
Phase 4 --____----__
+------|<|---------+ (mehr als Betriebsspannung, geht weil im ULN noch eine Diode in Reihe liegt)
COM| ` ZD6V2 |
+----+ |
| |--Phase1--+ |
| | | |
| ULN|--Phase2--+--+ |
|2003| | |
|o.ä.|--Phase3--+--+--+-- +5V (weniger als halb so viel Spannung wie der Treiber verträgt)
| | |
| |--Phase4--+
+----+
Die Freilaufdioden über COM dürfen nicht direkt an +5V weil ein unipolarer
Schrittmotor eine Trafofunktion hat und die unbenutze Spule eine Spannung
in entgegengesetzer Polarität erzeugt, die auf +5V draufgesetzt wird, also
doppelt so hoch ist. Es geht statt der ZD6V2 gegen +5V auch eine ZD12 gegen
Masse, die dann aber die doppelte Leistung haben muss. Der ULN2803 kann also
Motoren bis 25V versorgen, der ULN2823 bis 46V.
Eine einfache Methode, um Motoren etwas leistungssteigernd zu betreiben, ist eine niedrigere Spannung bei Stillstand, und eine für Dauerstillstand zu hohe, wegen der Spuleninduktivität im Betrieb aber tolerable Spannung beim Bewegen, wie in folgender Schaltung für 6V Spulen, früher in Floppys eingesetzt:
+--R--+------- +12V
| |E
Stillst --R--+----|< PNP
+----+ | ZD27
| |--Phase1--+ +--|<|-- GND
| | | | `
| ULN|--Phase2--+--+
|2003| |
|o.ä.|--Phase3--+--+--|<|-- +5V
| | |
| |--Phase4--+
+----+
Und wenn ihr einen bipolern Schrittmotor findet, nehmt gleich einen
ordentlichen IC mit Takt- und Richtungssignal (A3977, MC3479, SAA1042, L297
(Achtung: Geht gerne von Rückwirkungen des Motortreibers in Latch-Up und
wenn man mal aus Versehen Vref an 5V anlegte ist er kaputt) +L298,
L6506+L6501/2/3, L6208/6209/6219, TA8435) oder 2 Vollbrücken vom uC
aus (L293=SN754410, LB1930 (2.2-10.8V 1*0.5A PNP+NPN), LB1836M (2.5-9V 2*0.4A
PNP+NPN), BA6845FS (2.7-9V 2*0.4A NPN+PNP), LB1909 (2.5-16V 2*0.4A PNP+NPN)
L298, L6201/2/3 (Ladungspumpe für 100% Einschaltzeit schon eingebaut),
DRV8800 (1ch, 8-36V 2.8A, Ladungspumpe eingebaut, current sense möglich)
DRV8870 (1ch, 6.5-45V 3.6A, Vollbrücke mit Stromregelung)
LMD18200 (Ladungspumpe eingebaut), LMD18245 (current sense und Chopper
eingebaut), BD622x, TLE4205/5204/5205/6209) und steuert sie direkt, mit
Stromreglung (L297, L6506, TLE4728/TLE5250, TEA3718, LMD18245) oder im
Mikroschritt (PBL3717, TMC236, A3955/57/72/73/77, L6258, M54640/670/679,
MB86521, LB1847/11847, NJM3772+NJU39610, LV8772 (32V 2.5A) TA8435 (24V 1.5A
5kHz Toshiba) = IMT901, TB6560AHQ (34V 3.5A 15kHz, Achtung Eagle Library
verkehrt, ausgeschaltet Motor drehen erzeugt durch Rückspeisung VBA/VBB und
wenn daraus VDD erzeugt wird ist er wegen falscher Reihenfolge kaputt),
TB6564=THB6064 (42V 4A 200kHz) TB6600 (42V 4.5A 200kHz), oder TMC249
(Trinamic, externe MOSFETs, StallGuard) und TMC5072 (Rampensteuerung,
zeigt ESD/EMI Beschaltung des Schrittmotorausgangs) und A4989/A3986 (50V externe
MOSFETs, Mikroschritt), TC4469 (300mA oder externe MOSFETs, Beispiele im
Datenblatt, Conrad), TMC262/AMIS30522/DRV8711 (elektronische
Blockiererkennung).
Wave Betrieb (1.4-facher Strom erlaubt, damit trotzdem aber nur
0.7-fache Abgabeleistung gegenüber Vollschritt bei gleicher Verlustleistung)
Phase 1 +o-o
Phase 2 o+o-
Vollschritt (in diesen Schritten wird der Schrittmotor gezählt,
pro Umdrehung 200 Schritte heisst diese 4 Schritte 50 mal wiederholt)
Phase 1 ++--
Phase 2 -++-
mit Halbschritten
+ - (in den Halbschrittpositionen darf)
Phase 1 +++o---o
Phase 2 -o+++o--
+ - (der Strom 1.4 mal so gross sein)
(das ergibt dieselbe Wärme)
(und reduziert Drehmomentverlust)
Mikroschritt
Phase 1 sinus
Phase 2 cosinus
Grundschaltung für bipolare Schrittmotoren (skizzierter Halbschrittbetrieb,
jede Leitung muss eine Diode nach Masse und eine Diode nach VCC besitzen
um die Gegen-EMK abbauen zu können, im L293D sind die schon enthalten,
Chips ohne eingebaute Dioden benötigen 8 schnelle externe Dioden)
+-----+
| |----+ +++o---o+++o (+ = verbunden mit positiver Spannung)
| | Phase1 (o = Ausgang offen oder Ausgang hat
| |----+ ---o+++o---o (o = dieselbe Spannung wie der andere)
|L293D| (- = verbunden mit negativer Spannung)
|o.ä. |----+ -o+++o---o++
| | Phase2
| |----+ +o---o+++o--
+-----+
Es gibt auch Motoren mit 3 Phasen
Berger Lahr baute Schrittmotore mit 5 Spulen, für 500 Vollschritte bzw. 1000 Halbschritte pro Umdrehung, heute von anderen Herstellern lieferbar, die dann so angesteuert werden:
Mikroschritte sind eine feine Sache, auch um Resonanzen zu vermeiden, bei denen der Schrittmotor schon bei geringen Umdrehungszahlen ausser Takt kommt. Wenn man allerdings mit Stromregelung hohe Geschwindigkeiten an der oberen Grenze des Datenblatts fährt, dann wird der Nennstrom in einem Schritt gar nicht mehr erreicht, also kann die Mikroschritt-Stromregelung gar keine Sinusform mehr erzeugen. Wenn das Drehmoment bei langsamer Fahrt locker reicht, kann es daher sinnvoll sein, den Nennstrom etwas geringer einzustellen, dann bleibt auch noch bei höheren Drehzahlen der Kurvenverlauf des Stromes sinusförmiger.
Moderne Schrittmotortreiber bieten 2 Bremsmethoden: Slow decay und fast decay. Im slow decay wird die Wicklung über die Brücke kurzgeschlossen, dann wird die Energie im Motor "verheizt". Beim Fast-Decay wird dagegen in die Versorgungsspannung zurück gespeist. Das kann kritisch werden wenn die mechanische Last groß ist, weil dann u.U. die Versorgungsspannung soweit ansteigen kann, dass die Treiberstufe zerstört wird. Slow decay baut aber bei schneller Bewegung den Strom eventuell nicht schnell genug ab.
http://www.trinamic.com/ baut ganze Servo-ICs (regelt Schrittmotor per Encoder auf Sollposition, inklusive Mikroschritt, jedoch eher nicht geeignet wenn man mit 2 Motoren Kreise fahren will).
Schrittmotoransteuerung
A2919S A3957S A3962S A3964S A3966S A3972SB A3955 Allegro AN6664S AN6668NS AN8208S Matsushita Panasonic BA6343 BA6845FS BA6846FS BA6846FV Rohm Co Ltd CS279 CS293DN16BW CS3710M15 CS3717 CS3770 CS4161 CS8441N8 CS8442N8 Cherry Semiconductor HA13421A HA13475P Hitachi IP293 Semelab KA2820 KA3100D Fairchild L293 L297 L6219 L6223 L6506 L9925 L9935 ST Microelectronics LB11946, LB11945H, LB11847, LB1946, LB1945H, LB1945D, LB1847, LB1845, LB1924, LB1923M, LB1823, LB1823M, LB1838M Sanyo Semiconductor Corp M54640P M54646AP M54670P M54671SP M54672SP M54676P M54677FP M54678FP Mitsubishi MC33192DW Motorola MC3479 ST Microelectronics Motorola ON Semiconductor MTD1110 MTD1120 MTD2001 MTD2003 MTD2005 MTD2007F MTD2009J Shindengen Electric PBL3717A ST Microelectronics SAA1027, SAA1042 Philips SDK03M SI7230M SI7500A SLA7020M SLA7021M SLA7022MU SLA7024M SLA7026M SLA7027MU SLA7029M SLA7042M SLA7044M SMA7022MU SMA7029M Allegro http://www.allegromicro.com/ic/motor.asp SN754410NE Texas Instruments STK6713 STK672 Sanyo TA7289 TA7774 TA8068L TA8415P TA8430AF TA8435H TA8529F TB62200 TB6504F TB6512AF TB6528P TB6560 Toshiba TCA3727 Infineon TD6330BP Toshiba TEA3717DP TEF3718 ST Microelectronics TLE4726G TLE4727 TLE4728G TLE4729G TLE5250 Infineon UC1517 UC1717J UC3517 UC3717 UC3770 Unitrode UCN5804B UCN5804LB UDN2916 UDN2917EB UDQ2916 Allegro uPD16803GS uPD16808GS uPD16813GS uPD16814GS uPD16818 uPD16833 uPD16835 NEC
Das nötige Netzteil zur Versorgung eines stromgeregelten Schrittmotors im Mikroschrittbetrieb berechnet sich durch folgende Rechenschritte:
Maximaler effektiver Motorstrom I, Innenwiderstand der Motorwicklung R, Widerstand des oberen und unteren Schalttransistors der Endstufe (angenommen synchrone Gleichrichtung, also derselbe Spannungsabfall in der Freilaufzeit), Faktor F (im Vollschrittbetrieb 2, im Mikroschrittbetrieb 1.4), erzeugtes Drehmoment M in Nm laut Motordiagramm bei Drehzahl n in upm.
Beispielsweise Nanotec Nema23 ST5709X2508 mit 3.5A 0.42Ohm und 0.5Nm bei 300upm im Mikroschrittbetrieb an einem TB6560 mit 0.4 Ohm und 0.5 Ohm:
Und wenn ihr zwar Schritt und Richtungssignal bekommt, aber Gleichstrommmotoren mit Encoder per PID Regler damit steuern müsst, passt vielleicht der Rutex, Gecko oder UHU, man sollte aber eine Motorübertemperatursicherung auf alle Fälle einbauen.
Die benötigte Motorleistung berechnet sich so:
Auswahlbeispiele für Kugelgewindetriebe, von Motorleistung bis Lebensdauer:
Vom Aufbau her ähnelt ein BLDC einem Drehstrom-Synchronmotor, jedoch mit einem Permanentmagnet statt der elektrisch erregten Läuferwicklung. Damit fehlt ihm die Möglichkeit der Drehmomentanpassung an die Last, die beim Drehstrommotor über die unterschiedliche Stromaufnahme der Läuferwicklung erfolgt. Es gibt allerdings BLDC auch mit 1 (in Ventilatoren und einfachen Pumpen)
2 und mehr als 3 Polen. Der BLDC dreht sich synchron mit dem umlaufenden Magnetfeld, allerdings folgt nicht der Rotor dem Magnetfeld, sondern das Magnetfeld muss mit dem Rotor passend umgeschaltet (kommutiert) werden. Das macht ein konventioneller Permanentmagnet-Gleichstrommotor mechanisch mit den Bürsten am Kollektor, und der BLCD muss es elektronisch lösen. Dazu muss die Elektronik die aktuelle Position des Rotors erfahren, oftmals über Hallsensoren, oder ohne Sensoren über die Rückmeldung der BackEMF ermitteln.
Die Phasenverschiebung beträgt für optimale Leistung meist 30 Grad. DIE ZEITPUNKTE AN DENEN MAN DIE PHASEN TAKTET BESTIMMEN ALSO NICHT DIE DREHZAHL, SONDERN HÄNGEN VON IHR AB. Die Drehzahl ergibt sich aus der effektiv angelegten Spannung, die man per PWM aus einer festen Betriebsspannung erzeugen kann, die über den von ihr erzeugten Strom zum Drehmoment führt, welcher an der aktuellen Last die Drehzahl ergibt.
Im Gegensatz zum asynchronen Drehstrommotor, der sein Magnetfeld und damit seine Kraft erst aus dem Schlupf erzeugt, wird ein BLDC ähnlich einem Drehstrom-Synchronmotor nicht einfach anlaufen wenn man an ihn ein Drehfeld einer festen Frequenz legt. Drehstrom-Synchronmotore müssen mit anderen Mitteln beschleunigt werden, bis ihre Drehzahl dem Drehfeld entspricht, und werden dann durch Einschalten der Erregerleistung eingekuppelt. Folgende kleine Abweichungen der Drehzahl von der Frequenz führen beim Drehstrom-Synchronmotor zu einer veränderten Stromaufnahme je nach Kraft die er mechanisch erbringen muss um die Drehzahl des Drehfeldes zu halten, und damit passt sich ein Drehstrom-Synchronmotor von selbst an die Belastung an. Das ist dem Permanentmagnet BLDC nicht möglich, daher ist er inhärent instabil und muss von der Elektronik geführt werden, so wie ein PMSM Permanent Magnet Synchon Motor.
Man kann das mit Hallsensoren diskret aufbauen: http://www.mikrocontroller.net/attachment/177797/Bildschirmfoto_vom_2013-05-01_18_24_06.png https://www.mikrocontroller.net/attachment/210394/Schaltplan_Dual_721.jpg
oder fertige Ansteuerchips verwenden wie z.B. L6234 (52V/5A ST, uC Steuerung) und DRV8332 (TI) oder TB6588 (50V/2.5A, Toshiba, sensorless, Drehzahl abhängig von Steuereingangsspannung), TB6551 oder TB6556 mit externem Treiber (LM5107) und Hallsensoren, LB11920 (35V/3.5A, Hallsensoren, Forward/Reverse, Bremseingang und PWM Eingang für relative Spannung als Geschwindigkeit).
Schaltet man die Spannungen der Phasen nur zeitversetzt ein, Rechtecksignale, nennt man das Blockkommutierung, vergleichbar einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor. Regelt man den Strom so dass eine Sinuspannung an den Wicklungen anliegt, bekommt man den besseren Motorlauf eines Drehstrommotors. Bei Dreieckverschaltung der Motorwicklungen verläuft der Strom pro Wicklungsanschluss dann in Form einer Popokurve, mit 2 Buckeln und einem lokalen Minimum https://www.mikrocontroller.net/topic/415707
Von: Bernd Rüter 13.1.2012
Prinzipiell stellt sich zu jeder Speisespannung eine ideale Schrittfrequenz also Drehzahl ein. Ideal heißt in dem Falle, dass die Phasenlage genau zur Rotorlage passt. Der stepping Modus zeichnet sich aber dadurch aus, dass man die Rotorposition nicht kennt. Dadurch wird der Rotor bei einem Schrittwechsel erst auf die neue Position beschleunigt und dann, weil das timing nicht stimmt, wieder abgebremst, bis der nächste Schritt erfolgt. Daher kommen die Vibrationen. Das geht schnell so weit, dass es erst zu unrundem Laufverhalten kommt und dann die Kommutierung ganz versagt, obwohl man nur ein paar Prozent neben der Phase liegt. Das liegt daran, dass der Rotor beim erreichen des nächsten Schrittpunktes nicht einfach stehen bleibt, sondern überschwingt und sich dort erst einpendeln muss. Das heißt, dass der Motor unter Umständen noch pendelt, wenn der nächste Schritt kommt. Das führt zu instabilen Startbedinungen für den nächsten Schritt und wird den Motor in Summe bei unpassendem timing aus dem Tritt bringen.
Wenn es um das Gewinnen der BEMF Spannungen geht, würde ich (ausgehend von einem AVR) die Komparator Methode empfehlen. Die ADCs sind erfahrungsgemäß nicht schnell und genau genug. Die Komparatoren sind bei gutem Design gut genug, um schon nach einem kräftigen Schritt ein verwertbares Signal zu liefern. Bei ADCs mit 12bit und um die 100kS/s ist diese Auswertung natürlich eleganter, besonders weil sie eine zuverlässige Sinuskommutierung ermöglicht.
Ich stimme übrigens zu, dass das filtern des PWMs eine nicht ganz triviale Angelegenheit ist. Das Resümee meiner Tests ist, was die PWM Frequenz angeht: Um so höher um so besser. Scheiß auf die Umschaltverluste, denn du musst entweder einen riesen Aufwand für das timing machen und im richtigen Moment die BEMF Auswertung abschalten, um nicht auf das eigene PWM zu triggern oder man muss einen Tiefpass vorschalten. Das Problem beim Tiefpass ist aber, dass er auch einen Phasenversatz mit sich bringt, den man berücksichtigen muss. Daher: Um so höher die Differenz zwischen Schrittfrequenz und PWM-Frequenz um so höher kann der Tiefpass angesetzt werden und um so kleiner ist auch der verursachte Phasenversatz.
Von: MaWin 17.7.2000
Eine weiteres Bauteil allgemeinen Interesses sind die LC-Displays. Dabei gilt es 4 Varianten zu unterscheiden:
a) einfache Gläser aus Uhren und Taschenrechnern oder von http://orientdisplay.com/
werden mit Rechteckwechselspannung von ca. 5V angesteuert (die Mindestspannung hängt vom verwendeten Flüssigkristall ab, aber 5V reicht eigentlich immer). Das ist einfach bei direkt angesteuerten (siehe AN563 von http://www.microchip.com/ , http://www.atmel.com/Images/doc2569.pdf), geht noch bei 2-fach gemultiplexten (http://www.zilog.com/ Z8 Appnote lcd_apnt.pdf und auch AN563) und sollte bei mehrfach gemultiplexten mit speziellen LCD-Treiberchips wie PCE85133(1:4) PCF211x(1:2)/8577(1:2)/8566(1:4) von http://www.nxp.com/ uPD7225 (mit 7/14 Segment Decoder, aber wohl nicht mehr beschaffbar) von http://www.nec.co.jp/ oder LC7582(1:2)/75821/75823/75850 von http://www.sanyo.co.jp/ erfolgen. Sonst siehe AN786 von http://www.national.com/ mit variabler Betriebsspannung zur Kontrastregelung, nicht jedermanns Sache. Ein uC mit eingebauter direkter Ansteuerung ist der ATmega169A oder PIC16F1947.
b) Punktmatrixanzeigen aus FAX-Geräten und Kartenlesern sind fast alle gleich, basierend auf Hitachi's HD44780 oder kompatiblen wie Samsungs KS0066 oder Sunplus SPLC780 oder Sanyo LC7965
Aber fast alle Leute haben Probleme damit, weil sie keine negative Kontrastspannung bei Typen mit erweitertem Temperaturbereich anlegen oder das Timing bei der Initialisierung nicht einhalten. Es wird manchmal behauptet, dass die Controller unterschiedliche Initialisiserungssequenzen brauchen, weil unterschiedliche im Datenblatt stehen, aber das ist falsch, sie sind nur verschieden angeordnet. Unterlängen bei 11-pixeligen Displays sieht man nur nach function set Umschaltung und bei bestimmten (anderen) Zeichencodes. Zum Umschalten in den 4-bit Modus verwendet man am besten 3 mal 0x20. Das geht auch, wenn das Display schon im 4-bit Modus war. Dann kommt ein 0x01 (in 2 Nibbles). Einzeilige Displays mit 16 Zeichen (1*16) sind als 2-zeilige zu initialisieren und zu behandeln als ob 2 mal 8 Zeichen hintereinander stehen. Das Timing sollte nicht zu knapp sein, schliesslich fährt nicht jeder Hersteller sein Display mit derselben Taktfrequenz wie Hitachi in seinem Datenblatt, und das Originaldatenblatt hat man ja meist nicht.
Von: Thomas Just 18.8.2014
Die DOG Displays von EA brauchen aber zusätzliche Initialisierungsschritte und ziehen im Einschaltmoment viel mehr Strom als die genannten 100uA.
Und wer nach seriell (I2C) ansteuerbaren LCD-Modulen fragt: PCF8574 (LCD im 4 bit Modus) davorlöten statt teuer fertig kaufen?
oder die 110 x 80 Pixel transluzente MFA aus dem VW Kombiinstrument verwenden
oder aus Nokia 3310 ausbauen wie es unter anderem im Olimex LPC-P1227 ARM Board eingebaut ist. Der Controller http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/pcd8544_1.pdf ist per SPI ansteuerbar:
c) Die digitalen TFT-Displays aus Laptops etc. verwenden oft den Flat Panel Display Link (FPD-Link) http://www.national.com/ AN-1032 aber die Stecker sind nicht genormt, man muss Kabel mit Adaptern zusammenfummeln. Neue Grossdisplays haben http://en.wikipedia.org/wiki/OpenLDI . Ältere Displays sind nicht standardisiert, man kommt nicht drumrum das Datenblatt zu besorgen. Nur leider gibt es kaum Datenblätter. Mit Glück findet man die Ansteuerung in der Beschreibung eines LCD-Grafikcontrollers von Samsung, Oki, Epson (SED1335, S1D1370x) oder Toshiba. Bei den meisten gibt es mehr oder weniger nur eine Taktleitung und n Datenleitungen (Pixel). Zudem eine Leitung die das erste Pixel pro Zeile markiert und eine die die erste Zeile des Bilds markiert. Die Alternating Line bei DSTN-Displays muss bei jedem Bild den Zustand wechseln. Die Signale müssen mit stabilem Timing generiert werden, bevor die LCD Spannung aufgebaut wird, und beim Abschalten auch erhalten bleiben bis die LCD Spannung wieder komplett weg ist. Also sollte man tunlichst die 'Grafikkarte' aus dem Laptop mit ausbauen, denn an eine normale Grafikkarte für VGAs passen die nicht. Brauchbarer sind da schon die Typen aus CamCordern mit Videosignal Eingang. Bei der Ansteuerung per EVE von FDTI sollte man beachten, daß er keine Umlaute im Zeichensatz kennt und keine CLUT color lookup table wie STM32F429 und STM32F7xx.
Schaue dir auch mal den TFP401 von TI an. http://www.ti.com/product/TFP401 Der macht DVI zu parallel und den gibt es auch als günstiges Board: Ebay-Artikel Nr. 151763757417* * Supports Pixel Rates up to 165 MHz (Including 1080p and WUXGA at 60 Hz) * Digital Visual Interface (DVI) Specification Compliant(1) * True-Color, 24-Bit/Pixel, 16.7M Colors at 1 or 2 Pixels per Clock
Es gibt auch kleine DSTN Displays mit Treibern aber ohne GPU, z.B. im GameBoy (160 x 160 Pixel 4 Graustufen) oder 320 x 200 in 4 Graustufen die man so ansteuert:
Von: Andreas Schwarz 11.8.2000
d) Die meisten kleinen Grafik-LCDs (128x32) haben den HD61830 als Controller, die grösseren (240x128) oft den T6963C, die ganz grossen (320x240) den SED1330. Das dumme am SED1330 ist, dass er AFAIK keinen Zeichengenerator eingebaut hat, ansonsten gibt's keine grossen Unterschiede, und an einen uC-Bus hängen kannst du sie alle. Aber wenn man sich ein LCD in einer bestimmten Grösse rausgesucht hat, hat man meistens keine Wahl mehr, welchen Controller man bekommt.
> Woher bekommt man eigentlich die für LCD Hintergrundbeleuchtung bei Laptops oder
> in Scannern verwendeten CCFL (Kaltkathodenfluoreszenz) Leuchtstoffröhern her?
CCFL sind Leuchtstofflampen ohne Heizung, in denen wenige Milligramm Quecksilber UV-Licht aussenden, das vom Leuchtstoff in sichtbares Licht konvertiert wird. Bei 40 GradC sind sie am hellsten, bei 0 GradC kommen nur noch 25% der Helligkeit wie bei 25 GradC heraus, bei 1,5-fachem Spannungsbedarf. Erst nach 30 Sekunden erreicht die Helligkeit ca. 90%, von 70% direkt nach dem Zünden.
Von: MaWin 15.5.2001
Das sind die meist blaugrün leuchtenden Anzeigen in HiFi-Geräten. Das sind noch echte Röhren mit Heizung, Anode und Kathoden und einem Leuchtstoff wie in der Fernseherbildröhre, sie sind aber Dank Niederspannung einfach anzusteuern. Datenblätter sind oft nicht zu bekommen, da die Anzeigen meist kundenspezifisch hergestellt werden, also sollte man vor dem Ausbauen mal nachmessen.
Die Heizung benötigt Wechselspannung, aufdrehen bis die Heizdrähte bei meist 4V im Dunklen dunkelrot glühen, die Segmente eine positive Spannung gegenüber der Heizung von ca. 26V (von 6V bis 40V aufdrehen) bei weniger als 1mA pro Segment. Für Multiplexbetrieb liegt zwischen den Heizdrähten und den Segmenten noch ein Gitter. Ist das Gitter mit der Heizung (oder ein bischen negativer) verbunden, sind die dahinterliegenden Segmente aus, ist es mit der Segmentspannung (oder ein bischen weniger) verbunden, sind sie an.
Von: MaWin 17.7.2000
Das häufigste Problem beim Reparieren von Geräten ist das Prüfen von Bauteilen. Es geht um das Prüfen der Grundfunktion, dann aber auch um das vollständige Prüfen. Je nach Schaltung kann es notwendig sein, das Bauteil abzuklemmen, um es ausmessen zu können. Daher lohnt sich ein Verständnis der Schaltung (oder gar ein Schaltplan, in dem meist auch Sollspannungsangaben drin sind) beim Messen. Manchmal hat man Glück, und hat ein vergleichbares heiles Bauteil da, das ersatzweise eingelötet wird (es kann aber die Schaltung so weit kaputt sein, daß dieses heile Bauteil beim Test zerstört wird, aber bei Zeilentrafos ist dieses Vorgehen der einfachste Weg)
Für das Prüfen der Grundfunktion gibt es Messgeräte. Einen Ohmbereich, Diodentest und Transistortest hat schon das 5 EUR Vielfachmessinstrument, ein LRC-Meter (wie 122211 für 40 EUR von http://www.conrad.de/ oder selber bauen siehe unter "Kapazitätsmessgerät / Induktivitätsmessgerät") ist nützlich damit man auch Kondensatoren und Spulen bestimmen kann. Was dann meist fehlt, sind Messgeräte für hochkapazitive Elkos und MOSFETs, IGBTs, Thyristoren, TRIACs. Bei ICs hilft meist nur, sich das Verhalten des Chips in der Schaltung anzusehen und mit den Datenblattangaben zu vergleichen, z.B. die Stromaufnahme.
Dieser simple Durchgangstester aus einem OpAmp mit Offsetabgleich hat einen besonderen Vorteil: Er wird so eingestellt, das er nur unter 0.1 Ohm anschlägt und man kann dadurch tatsächlich durch Leitungen verbundene Stellen von solchen unterscheiden, bei denen Bauteile dazwischenliegen. Die Messspannung von 2 Millivolt reicht nämlich nicht aus, ausreichend Strom durch die Bauteile fliessen zu lassen (bis auf den 0.01 Ohm Shunt, aber den wird man auch so finden).
+---+-----------------+----+
| | | |
10k | Summer |
| | | |
o--+--|+\-------------+ | | +
10R | >------------)--+ Batterie
o--+--|-/--TrimmPoti--+ | -
| | | |
10k | | Schalter |
| | | / |
+---+------+-----o/ o------+
Ein 4-Draht Milliohmmeter lässt sich mit einem 200mV Panelmeter so aufbauen:
+-----+-------------+---------+ +----+ +--------+ | | | \ / | + | | + | R1 | Rx 200mV-Panelmeter 9V Batterie | | 0.1V | / \ | - | | - | +--R2--+-----|+\ | +----+ +--------+ + | | | | >--+---|I NMOSFET 9V | | +--|-/ | |S - | | | | | Cx | | Ref R3 +---(----+-Rx-+ | | | | | | | | | Rs (0.1/1/10 Ohm je nach Messbereich) | | | | | +-----+------+------+---------+je nach Genauigkeit benutzt man dann eine Referenz wie REF5025, einen OpAmp wie OPA192, einen LogicLevel NMOSFET wie IRLZ34 und einen 0.1% Shunt Rs, verwendet man eine 9V Spannungsquelle geht auch ein normaler MOSFET wie BUZ10 und mit Rx/Cx stellt man die Schaltung so ein daß sie nicht schwingt, z.B. 10nF/10k.
Ein genial einfacher Transistortester von Erich Schock ist mit einer Piezoscheibe mit 3 Anschlüssen aufgebaut, wie sie in manchen Rauchmeldern eingesetzt werden (Conrad 712930 hat nach Bild im Katalog auch einen dritten Anschluss, aber nicht nach Masszeichnung, also kann man sich wohl nicht darauf verlassen, daß Conrad was geeignetes liefert), und bildet einen Oszillator der automatisch auf der Frequenz der Piezoscheibe schwingt, mit einem Umschalter ausgestattet um NPN und PNP Transistoren testen zu können.
/o-----+-----+---------+
+ --o/ | 220k 510R
: o--+ | +--+ +--+
: | | | | | |
: | | | Piezo |
3..15V : | | | | |
: +--)--+--(----+ |
: | | | | |
:/o--+ | | +---10k--|< <-- zu prüfender Transistor
- --o/ | | |E
o-----+ +------------+
http://web.archive.org/web/20050212160036/http://de.geocities.com/xantia99at/tr_pruef.pdf
ABER: Selbst wenn ein Bauteil den Grundfunktionstest besteht, kann es dennoch in der Schaltung der Grund des Ausfalls sein. Ein Bauteil kann z.B. erst bei hoher Spannung oder Wärmebelastung sein Fehlverhalten zeigen, daher ist Kältspray ein übliches Mittel in Werkstätten. Und die ganzen Daten eines Bauteils (z.B. Güte von Spulen, ESR von Elkos) kann nur ein Komponententester ermitteln.
Den ESR von Elkos und Spulen kann man messen, wenn einem das Datenblatt fehlt:
Elkos sind bei älteren Geräten ein häufiger Ausfallgrund. Man könnte sie pro forma gleich ersetzen. Aber Vorsicht: 105 Grad Typen sollte man nicht durch 85 Grad Typen ersetzen, sonst hat man das Problem in kurzer Zeit wieder, und low-ESR Elkos nicht durch normale Elkos (und machmal nicht umgekehrt). Und da man die spezielleren Elkos selten da hat, lässt man die alten besser drin, solange sie noch gehen.
Von: MaWin 17.7.2000
NPN/NMOSFET/TRIAC+THYRISTOR
ein/ /o-----+-------+-----------------+
+--o/ o--o/ | | |
| : o--+ | (X) Glühlampe |
| + : | | | |
9V : | | +---D S G--180R--250R Poti
| - : | | | | |
| :/o--+--(--+ Taster | |
+--------o/ | | | | |
o-----+ +----+-----+-----------+
PNP/PMOSFET/TRIAC
Man nimmt eine 9V Batterie, hängt den N-Kanal Anreicherungs/enhancement
MOSFET mit D über eine Glühlampe 12V/50mA an + und S an - der Batterie, und
das Gate über einen 180 Ohm Widerstand an ein 250 Ohm Poti, das mit + und -
verbunden ist. Ein Aufdrehen des Potis sollte den MOSFET zum Leiten bringen.
Bei P-Kanal Anreicherungs/enhancement MOSFET Batterie verpolen (besonders
elegant durch einen 2 poligen EIN-AUS-EIN Umschalter dessen Nullstellung
gleich die Schaltung ausschaltet), ist die Batterie verpolt leuchtet die
Lampe wegen der Body-Diode dauernd.
Ein Thyristor oder TRIAC hat einen Zündstrom und einen Haltestrom (maximal 50mA bei kleinen Modellen, daher der Glühlampenwert). Man schliesst A (A2) über eine ca. 12V/50mA Glühlampe an + und K (A1) an - einer 9V Batterie an. Die Lampe bleibt aus. Verbindet man G über 180 Ohm mit + der Batterie, geht die Lampe an und bleibt an, auch wenn man G wieder abtrennt oder mit - verbindet. Sie geht erst aus, wenn die Lampe kurz abgeklemmt wird oder (trickreicher) der TRIAC mit einem Taster (der eignet sich dann auch zum Lampentest) überbrückt wird.
Beim TRIAC funktioniert das auch, wenn die Batterie verpolt wird, beim Thyristor nicht.
NJFET sind meist selbstleitend, wenn also das Poti mit S verbunden ist fliesst trotzdem Strom, teilweise bis 100mA, und mit der Schaltung kann man keine negative Spannung erzeugen um den NJFET zu sperren, ebenso wie bei N/P-Kanal Depletion MOSFETs. Hat man jedoch in Reihe zur Glühlampe ein Milliamperemeter drin, kann man überprüfen, ob der Strom passt, wenn er deutlich unter 100mA liegt, so bis zu 10 verändert die Glühlampe den Strom nicht zu sehr, darüber wirkt die als Kurzschlusschutz. Dreht man das Poti auf, fliesst mehr Strom, bis zu dem Moment an dem das Gate leitet, mehr als 0.5V sollte man also vermeiden.
> Wie schliesse ich einen TRIAC richtig an?
A1 (auch MT1 genannt) ist der Bezugspunkt, sozusagen der Emitter. Ein verkehrt eingebauter TRIAC (A1 und A2 vertauscht) geht kaputt und nimmt die Schaltung mit. Die meisten TRIACs zünden in allen 4 Quadranten, also sowohl wenn A2 (auch MT2 genannt) in Bezug zu A1 positiv als auch negativ ist und sowohl wenn in G Strom nach A1 hineinfliesst als auch aus G herausfliesst. Nur die moderneren 'snubberless' TRIACs zünden nicht in Quadrant IV. Da manchmal statt dem Quadranten auch die Triggerart genannt wird, hier eine Tabelle:
Quadrant A2 Gate TriggerartI positiv gegenüber A1 positiv gegenüber A1 I+ II positiv gegenüber A1 negativ gegenüber A1 I- III negativ gegenüber A1 negativ gegenüber A1 III- IV negativ gegenüber A1 positiv gegenüber A1 III+
SMD codes für Halbleiter lassen sich hier finden, aber es gibt auch viele Hersteller wie New Japan Radio, Ricoh, ISSI, die die Markings gar nicht in die Datenblätter schreiben oder gleich, wie Maxim, sagen, sie stempeln drauf was der Kunde will...
Farbcodes wurden in der IEC 62 festgelegt, in der auch Bezeichnungen wie 3k3 oder 4n7 (damals noch in Grossbuchstaben) zu finden sind, heute DIN EN 60062, Toleranzen in DIN 41429.
Der erste Ring liegt oft näher am Rand als der letzte Ring, der letzte Ring ist oft abgesetzt von den anderen. Jeder kennt sie, aber kennt ihr auch die?
Kohlemassewiderstände (Gehäusefarbe meist phenolharzbraun, manchmal lackbeige, an den Enden keine Kappen, wenn die Gehäusefarbe hellgrün ist könnten es auch (Keramik-)Kondensatoren (im Glasrohr) sein)
induktionsarm und impulsbelastbar, aber deutlich höheres Stromrauschen und Wackelkontakt bei Alterung weil in ein Isolierstoffröhrchen gefüllt mit Kohlegemisch die Anschlussdrähte nur eingepresst wurden bis der Widerstandswert stimmte. Durch aufgenommene/abgegebene Feuchtigkeit kann sich der Widerstandswert um bis zu +/−15% verändern.
Kohleschichtwiderstände (beige oder rotbraun lackiert, an den Enden erkennbare Kappen)
Die ersten beiden Farbringe sind die Ziffern, der dritte Farbring die Anzahl der Nullen, der vierte die Toleranz und der nur selten vorhandene fünfte die maximale Betriebsspannung.
Ring 1 2 3 4 5 schwarz 0 *1 braun 1 1 *10 100V rot 2 2 *100 200V orange 3 3 *1000 300V gelb 4 4 *10000 5% 400V grün 5 5 *100000 500V blau 6 6 *1000000 600V violett 7 7 *10000000 700V grau 8 8 *100000000 800V weiß 9 9 gold *0,1 5% 1000V silber *0,01 10% 2000V ohne 20% 500V lachsfarben 20%
Ein schwarzer Ring: 0 Ohm Widerstand als Drahtbrücke Drei weisse Ringe: Nicht 99GOhm sondern keine Verbindung, als Codierbrücke
Drahtwiderstände (oft grün glasiert, manchmal zementfarben oder unlackiert)
Hohe Induktivität aber geringes Rauschen, meist für niederohmige hochbelastbare Widerstände verwendet und oft mit Ziffernaufdruck statt Farbringen, auch sehr präzisse Widerstände sind verfügbar.
Metallschichtwiderstände (meist hellblaue Gehäusefarbe, selten beige oder rotbraun)
ab 47k geringeres Stromrauschen als Kohleschichtwiderstände. Je kleiner ein SMD Widerstand ist, um so grösser ist die Current Noise Voltage Ratio.
Die ersten drei Farbringe sind die Ziffern, der vierte Farbring die Anzahl der Nullen, der fünfte die Toleranz und der nur selten vorhandenen sechste die Betriebsspannung.
Ring 1 2 3 4 5 6 schwarz 0 0 *1 braun 1 1 1 *10 1% 100V rot 2 2 2 *100 2% 200V orange 3 3 3 *1000 300V gelb 4 4 4 *10000 5% 400V grün 5 5 5 *100000 0,5% 500V blau 6 6 6 *1000000 0,25% 600V violett 7 7 7 *10000000 0,1% 700V grau 8 8 8 *100000000 0,05% 800V (auch grau für 10% bei Hochspannungswiderständen HVR25/37/68 SVR52) weiß 9 9 9 gold *0,1 5% 1000V silber *0,01 10% 2000V ohne 20% 500V lachsfarben 20%MMB Beyschlag macht noch gepunktete Ringe dazwischen: http://www.vishay.com/docs/49617/mi0008.pdf
fusible resistor Sicherungswiderstand (jede Gehäusefarbe vertreten)
Sicherungswiderstände sind Kohleschicht-, Metallschicht- oder Drahtwiderstände, die bei Überlastung definiert durchbrennen, normalerweise bei 10-facher Überlast innerhalb von 1 Minute, und haben selten einen sonst ungültigen schwarzen Ring als allerersten Ring oder häufiger einen schwarzen, blauen, violetten oder weissen letzten Farbring und ein Ausrufungszeichen auf der Platine.
+-- Allererster Ring schwarz ist auch ein Sicherheitswiderstand, hat dann keinen 5. Ring mehr
|
Ring 1 2 3 4 5
schwarz 0 0 *1 Yaego NKN nichtinduktiv, Token wirewound, SinLoon FR, MQEC FRN/FKN normal size grau, Sanyo Sannohm RNF/RNFM , Vishay PR02-FS rotbraun http://www.vishay.com/docs/28915/pr02fs.pdf
braun 1 1 *10 TOKEN FKN grau
rot 2 2 *100
orange 3 3 *1000
gelb 4 4 *10000 5% http://www.ttelectronicsresistors.com/datasheets/EMC.pdf http://www.ttelectronicsresistors.com/datasheets/ULW.pdf
grün 5 5 *100000 Kamaye KMY safety resistor http://www.kamaya.co.jp/pdf_en/catalog-rc12.pdf
blau 6 6 *1000000 Vitrohm BWF "failsave", TT SPH/SPF flameproof http://www.mouser.com/ds/2/414/SPh-3418.pdf
violett 7 7 *10000000 Yaego PNP V grün, Vishay NFR25 grau http://www.vishay.com/docs/28737/nfr25.pdf
grau 8 8 *100000000
weiß 9 9 Token fusible, Vishay NRF25H grau http://www.vishay.com/docs/28737/nfr25.pdf TOKEN rotbraun, SinLoon FR wire wound http://www.yageo.com/documents/recent/Yageo%20LR_FKN_2013.pdf
gold *0,1 5% SinLoon FR, MQEC FRN/FKN small size rosa, Draloric LCA-NE flameproof beige
silber *0,01 10%
ohne 20%
lachsfarben 20%
Meßwiderstände (oft hellblaue Gehäusefarbe weil Metallschicht)
haben als sechten Ring eine Angabe des Temperaturkoeffizienten nach DIN41429 IEC 115-1-4.5.
schwarz 0 0 *1 250ppm oder 200ppm braun 1 1 1 *10 1% 100ppm rot 2 2 2 *100 2% 50ppm orange 3 3 3 *1000 15ppm gelb 4 4 4 *10000 5% 25ppm grün 5 5 5 *100000 0,5% 20ppm oder 10oom blau 6 6 6 *1000000 0,25% 10ppm oder 5ppm violett 7 7 7 *10000000 0,1% 5ppm oder 1ppm grau 8 8 8 *100000000 0,05% 1ppm weiß 9 9 9 gold *0,1 5% silber *0,01 10%
Militärische Widerstände
Anforderungen der US Militärs an (SMD) Dickfilmwiderstände mit Prüfmethoden:
Normale SMD Widerstände werden mit 3 oder 4 Ziffern bedruckt. Bei denen steht die letzte Ziffer als Multiplikator 1, 2, 3, ... Nullen bedeutet, bei 9 keine Null, 8 bedeutet *0.1, und 7 bedeutet *0.01 . Widerstandswerte unter 10 Ohm werden auch gerne mit einem R statt dem Komma aufgedruckt, oder gar mit einem Punkt https://www.mikrocontroller.net/topic/376711
Drei-Zeichen-EIA96-Kodierung - Widerstands-Wertkennzeichnung (meist auf SMD) mit 2 Ziffern und 1 Buchstaben. Diese Tabelle zeigt die ersten zwei Ziffern:
01=100 13=133 25=178 37=237 49=316 61=422 73 562 85 750 02=102 14=137 26=182 38=243 50=324 62=432 74 576 86 768 03=105 15=140 27=187 39=249 51=332 63=442 75 590 87 787 04=107 16=143 28=191 40=255 52=340 64=453 76 605 88 806 05=110 17=147 29=196 41=261 53=348 65=464 77 619 89 825 06=113 18=150 30=200 42=267 54=357 66=475 78 634 90 845 07=115 19=154 31=205 43=274 55=365 67=487 79 649 91 866 08=118 20=158 32=210 44=280 56=374 68=499 80 665 92 887 09=121 21=162 33=215 45=287 57=383 69=511 81 681 93 909 10=124 22=165 34=221 46=294 58=392 70=523 82 698 94 931 11=127 23=169 35=226 47=301 59=402 71=536 83 715 95 953 12=130 24=174 36=232 48=309 60=412 72=549 84 732 96 976Der folgende Buchstabe ist ein Multiplikator:
Y (alt: S)=0.01 X (alt: R)=0.1 A=1 B=10 C=100 D=1000 E=10000 F=100000
NTC-Widerstände (Widerstandswert bei t=25°C) bei radialen: erster Ring bei den Anschlüssen, letzter Ring an der Kappe.
schwarz 0 0 *1 braun 1 1 *10 rot 2 2 *100 2% orange 3 3 *1000 gelb 4 4 *10000 grün 5 5 *100000 blau 6 6 *1000000 violett 7 7 grau 8 8 weiß 9 9 gold 5% silber 10% ohne 20%
VDR-Widerstände nach Valvo/Philips http://www.rainers-elektronikpage.de/Tech_-Notes/COVDR.pdf
Stabförmige VDR 0,8 Watt, 1 Farbpunkt
Grün 470V 10% 10mA Blau 560V 10% 10mA Violett 680V 10% 10mA Weiß 910V 10% 10mA Grau 1200V 20% 10mA Rot 1300V 10% 10mA Gelb 300V 20% 1mA Orange 425V 0,5mAScheibenförmige VDR, Körper beige, 3 Farbstreifen, Kappe zuerst: 7,5mm Durchmesser 0.5 Watt
Or-gn-rt 270V 20% 1mA Or-ge-sw 82V 20% 1mA12,5mm Durchmesser 0,8 Watt
Br-br-bl 8V 100mA Br-br-gr 10V 10% 100mA Br-rt-sw 12V 100mA Rt-br-bl 8V 10mA Rt-br-gr 10V 10mA Rt-rt-sw 12V 20% 10mA Rt-rt-rt 15V 10mA Rt-rt-ge 18V 20% 10mA Rt-rt-bl 22V 10mA Rt-rt-gr 33V 10mA Rt-or-rt 39V 20% 10mA Rt-or-ge 47V 10mA Rt-or-bl 56V 10mA Rt-or-gr 68V 10mA Or-or-bl 56V 1mA Or-or-gr 68V 20% 1mA Or-ge-rt 100V 10% 1mA Or-ge-ge 120V 1mA Or-ge-gr 180V 1mA Or-gn-sw 220V 1mA Or-gn-ge 330V 20% 1mAScheibenförmige 17,5mm Durchmesser 1 Watt
Or-ge-bl 150V 20% 1mA Sw-br-bl 530V 0,6-1,25mAScheibenförmige 25mm Durchmesser 2 Watt
Sw-bl-grScheibenförmige 40mm Durchmesser 3 Watt
> Farbcodes von Kondensatoren
(Toleranz absolut bei <10pF, relativ bei ≥10pF)
schwarz 0 0 *1pF 20% braun 1 1 *10pF 0,1pF/1% 100V rot 2 2 *100pF 0,25pF/2% 200V orange 3 3 *1nF 300V gelb 4 4 *10nF 400V grün 5 5 *100nF 0,5pF/5% 500V blau 6 6 600V violett 7 7 700V grau 8 8 *0,01pF 800V weiß 9 9 *0,1pF 1pF/10% 900V gold 0,5pF/5% 1000V silber 1pF/10% 2000V ohne 20% 500V
Ist der erste Ring breiter, kann das ein Temperaturkoeffizient in ppm/GradC sein, danach folgen die üblichen Codes von oben.
schwarz 0 braun -30 rot -80 orange -150 gelb -220 grün -330 blau -470 violett -750 grau +30 weiß +120..-750 (EIA) +500..-300 (JAN) silber +100
http://www.tpub.com/neets/book2/3g.htm
> Ich habe hier einen Scheibenkondensator mit folgender Aufschrift: 241K
> Könnte mir jemand mal erklären, wie man diese Angaben entschlüsselt?
241 ist die Kapazität in pF, wobei die letzte Ziffer die Anzahl der Nullen angibt, also 240pF. Also vergleichbar mit SMD-Widerstandsmarkierungen oder den Widerstandsfarbringen. Da 240 entweder als 240pF oder 24pF verstanden werden könnte, lässt man die 0 oft weg.
Kondensatoren im Nanofaradbereich haben ein n an Stelle des Dezimalpunktes, 2n7 sind also 2.7nF wenn sie nicht mit 2700p oder 272 beschriftet sind.
Grössere Folienkondensatoren werden mit Dezimalpunkt in uF gekennzeichnet, .33K63 heisst also 0.33uF +/-10% 63V, .1 heisst 100nF und 1.5 eben 1.5uF.
Der Buchstabe ist nämlich die Toleranz: A=Sondertoleranz, B=0,1pF, C=0,25pF, D=0,5pF/0.5%, E=0.25%, F=1pF/1%, G=2pF/2%, H=2,5%, J=5%, K=10%, L=15%, M=20%, P=+100%/-0%, R=+30%/-20%, S=+50%/-20%, W=+40%/-20% Z=+80%/-20%, X = GMV (was auch immer GMV heisst).
Ein zweiter Buchstabe kann die Spannungsfestigkeit nach DIN41930 angeben: a=50V, (Kapazitätswert unterstrichen)=63V, (Kapazitätswert doppelt unterstrichen)=100V, b=125V, c=160V, d=250V, e=350V, (keine Angabe)=400V, f=500V, g=700V, h=1000V. Heute relevanter: Z=30V, Y=63V, ohne=100V, X=160V, V=400V, U=630V so dass ein 2A104K ein 100nF 100V 10% Kondensator ist, oder eine vorangestellte Kombination:
Thomson hat Folienkondensatoren "D332K" mit vorangestellten Buchstaben zur Spannungsfestigkeit versehen D=250V, I=400V, J=550V, Q=600V, E=630V, A=700V, B=800V, C=900V, K=1000V, L=1100V, P=1200V, U=1250V, M=1600V, N=2000V
Electronic Industries Alliance (EIA) voltage code table mit 2 Zeichen:
0G=4.0VDC, 0L=5.5VDC, 0J=6.3VDC, 1A=10VDC, 1C=16VDC, 1E=25VDC, 1H=50VDC, 1J=63VDC, 1K=80VDC, 2A=100VDC, 2Q=110VDC, 2B=125VDC, 2C=160VDC, 2Z=180VDC, 2D=200VDC, 2P=220VDC, 2E=250VDC, 2F=315VDC, 2V=350VDC, 2G=400VDC, 2W=450VDC, 2H=500VDC, 2J=630VDC, 3A=1000VDC
Bei DDR Polyesterkondensatoren zeigt ein Farbfleck an der Seite die Spannungsfestigkeit: blau 25V, gelb 63V, rot 160V, grün 250V, braun 400V, schwarz 630V, orange 1000V, bei Styroflex ist eine Seite so eingefärbt.
Einige Polyesterkondensatoren sind z.B. mit UNL7W4P7 beschriftet und haben keine 4p7 sondern 4u7 bei 750V: http://www.cde.com/catalogs/UNL.pdf
> Was heisst X7R oder Z5U?
Die Mindest- und Maximaltemperatur und Abweichung dazwischen nach EIA 384:
Mindesttemperatur Z=+10 Y=-30 X=-55 GradC Maximaltemperatur 2=+45 4=+65 5=+85 6=+105 7=+125 8=+150 9=+200 GradC Abweichung A=1% B=1.5% C=2.2% D=3.3% E=4.7% F=7.5% P=10% R=15% S=22% T=+22/-33% U=+22/-56% V=+22/-82%Z5U heisst also bis zu -56% Abweichung zwischen +10 und +85 GradC und X7R sind 15% Abweichung zwischen -55 und +125 GradC, deutlich besser.
ppm/GradC: C=0 B=0.3 L=0.8 A=0.9 M=1 P=1.5 R=2.2 S=3.3 T=4.7 V=5.6 U=7.5 Multiplikator: o=-1 1=-10 w=-100 3=-1000 4=1 6=10 7=100 8=1000 Toleranz (-25..+85 GradC): G=+/-30, H=+/-60, J=+/-120, K=+/-250, L=+/-500, M=+/-1000, N=+/-2500M7G=P100 C0G=NP0, B2G=N030, U1G=N075, P2G=N150, R2G=N220, S2H=N330, T2H=N470, U2J=N750, P3K=N1500, R3L=N2200
axiale DDR Kunststoffwickelkondensatoren erkennt man an der Transparenzfarbe
blau 25V~ gelb 63V rot 160V grün 250V braun 400V schwarz 630V orange 1000VKT Polyesterfolie MKL metallisierter Lackkondensator KS Polystyrol (Styroflex) d dämpfungsarm
> Kleine Keramik-Scheibenkondensatoren tragen nur einen eine farbige Kappe
> und Buchstaben
Die Grundkörperfarbe sagt nach IEC und EIA aus welchem Material sie sind, die farbige Kappe welche Temperaturabhängigkeit sie haben, der Buchstabe die Kapazität, üblicherweise vertragen sie 100V
Klasse 1B (Körper grau):
Klasse 2 (Z5U, Körper beige):
und N12 heisst 120pF und 2P2 heisst 2.2pF und 47µµF sind 47pF
> Auf einem SMD-Keramikkondensator steht S4. Was bedeutet das?
Der Buchstabe steht nach EIA für die Kapazität in pF
A=1.0, B=1.1, C=1.2, D=1.3, E=1.5, F=1.6, G=1.8, H=2.0, J=2.2, K=2.4, a=2.5, L=2.7, M=3.0, N=3.3, b=3.5, P=3.6, Q=3.9, d=4.0, R=4.3, S=4.7, f=5.0, T=5.1, U=5.6, m=6.0, V=6.2, W=6.8, n=7.0, X=7.4, t=8.0, Y=8.2, y=9.0, Z=9.1und die Ziffer gibt den Exponenten an. S4 ist also 47nF, eine 9 bezeichnet den Exponenten -1 (also pF-Angabe mal 0.1). Ein vorangestellter weiterer Buchstabe kennzeichnet den Hersteller. http://www.farnell.com/datasheets/1929483.pdf
> Auf einem SMD Elko steht 470 jFK 4k3 oder 22 VFC 4R2 oder 47 HFK 6V5,
> der hat wohl 470uF/22uF/47uF, aber welche Spannungsfestigkeit?
Das wird ein Panasonic FK bzw. FC Elko sein, der Buchstabe vor FK/FC sagt: g=4V, j=6.3V, A=10V, C=16V, E=25V, V=35V, H=50V, J=63V, K=80V, 2A=100V Trifft auch für andere Elkoserien zu, wie TG, HA, HB, aber Serie S verwendet Ziffern 4=4V, 6=6.3V, 10=10V, ....
SMD Tantalkondensatoren haben den Kapazitätswert in uF und teilweise die Spannung als Kennbuchstabe aufgedruckt: e=2.5V, G=4V, J=6.3V, A=10V, C=16V, D=20V, E=25V, V=35V, H=50V.
> auf einem Elko steht 1MFD und 360WV, was sind das für Volt?
WV steht für englisch Working Voltage, also nichts schlimmes. Und mF, MF, MFD und mfd stehen alle für Mikrofarad, nicht Millifarad.
HMF 25/100/21 bedeutet: Kond darf zwischen -25°C und +100°C Celsius betrieben werden und hat den 21 Tage dauernden Test bestanden.
Von welchem Hersteller stammt ein Kondensator?
> Sicherungen
1 Punkt:
Sieht das Bauteil wie ein SMD Widerstand aus, aber 2.54mm x 1.27mm gross und mit einem der Buchstaben LPQRSTUVWXY oder Ziffer 1 oder 2 beschriftet, kann es eine http://www.ncc-matsuo.co.jp/pdf_e/kah.pdf Sicherung sein.
Manche 7.5 x 4.2mm SMD Sicherungen sind aber auch vernünftig beschriftet: http://www.daitotusin.co.jp/contents/c_j/Daito_J.pdf/CMF.pdf
Die Buchstaben BCDEFXGHJKLNOPST könnten eine Sicherung von 0.125 bis 5A von https://xdevs.com/pdf/SMT_fuse.pdf sein, auch Doppelbuchstaben FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, FU, TF, TH, TK, TN, TP oder 7 , .6 und .8 kommen vor.
Schurter nutzt neben diesen http://www.schurter.de/var/schurter/storage/ilcatalogue/files/document/datasheet/de/pdf/typ_USF_1206.pdf auch Kleinbuchstaben efghikmnprst http://www.schurter.de/var/schurter/storage/ilcatalogue/files/document/datasheet/de/pdf/typ_USI_1206.pdf und mm, nn, oo, pp, qq, rr, ss http://www.schurter.de/var/schurter/storage/ilcatalogue/files/document/datasheet/de/pdf/typ_UST_1206.pdf
> Wie werden Spulen beschriftet
Wie Kohleschichtwiderstände in uH. Oder Induktivität in uH mit goldenem Ring an Stelle des Kommas. Militärisch spezifizierte Spulen beginnen mit einem breiten silbernen Ring, dann die 3 Widerstandsfarbringe, dann der Toleranzring von 1%, 2%, 3% bis 4% (braun, rot, orange, gelb) zusätzlich zu 5%, 10% und 20%.
z.B. blau grau gold silber 68uH +/−10% z.B. rot gold violett braun 2.7uH +/−1% z.B. silber(breit) blau grau braun orange 680uH +/−3% mil
Steht 3R3 auf der Spule, sind das keine 3.3 Ohm, sondern 3.3uH, 10R sind 10uH und 331 sind 330uH
> Dioden
Im bedrahteten Glasgehäuse gibt es Farbringe als Ziffern von 1Nxxxx, beginnend beim dicken Ring, der die Kathode kennzeichnet
z.B. weiss braun gelb = 1N914, gelb braun gelb grau = 1N4148
oder, wenn sie mit rot oder seltener braun beginnt eventuell nach Pro Elektron
schwarz X 0 0 braun AA 1 1 rot BA 2 2 orange S 3 3 gelb T 4 4 grün V 5 5 blau W 6 6 violett 7 7 grau Y 8 8 weiß Z 9 9z.B. rot blau violett grün = BAW75
Ein paar Farben für DO35/LL-34 Dioden von National Semiconductors
Diode 1. breiterer Ring 2. schmalerer Ring FDLL456 BROWN WHITE FDLL456A BROWN WHITE FDLL457 RED BLACK FDLL457A RED BLACK FDLL458 RED BROWN FDLL458A RED BROWN FDLL459 RED RED FDLL459A RED RED
und bei Melf/MiniMelf/LL-34 von anderen Herstellern
Black MiniMelf Vishay General Purpose Black MELF Vishay Zeneer Black BAS32, BAS45, BAV105, LL4148, LL4150, LL4151, LL4153, LL4448, BB241, BB249, BAT42, BAT43 Black Brown LL4148, LL914 Black Orange LL4150, BB219 Brown Green LL300 Brown Black LL4448 Red BA682 Red Orange BA683 Red Green BA423L Red White LL600 Orange Yellow LL3595 Yellow BZV55,BZV80,BZV81 series zeners Yellow Mini Melf Vishay Switching Green BAV105, BB240 Green MiniMelf Vishay Schottky Green MELF Vishay Schottky Green Black BAV100 Green Brown BAV101 Green Red BAV102 Green Orange BAV103 Blue MiniMelf Vishay Zener Grey BAS81, 82, 83, 85, 86 White BB219 White Green BB215
und von anderen Herstellern
RLZ3.6B Black Purple Green RLZ12B Red Black Green RLZ3.9B Black Gray Green RLZ13B Red Brown Green RLZ4.3B Brown White Green RLZ15B Red Red Green RLZ4.7B Brown Black Green RLZ16B Red Orange Green RLZ5.1B Brown Brown Green RLZ18B Red Yellow Green RLZ5.6B Brown Red Green RLZ20B Red Green Green RLZ6.2B Brown Orange Green RLZ22B Red Blue Green RLZ6.8B Brown Yellow Green RLZ24B Red Purple Green RLZ7.5B Brown Green Green RLZ27B Red Gray Green RLZ8.2B Brown Blue Green RLZ30B Red White Green RLZ9.1B Black Purple Green RLZ33B Orange Black Green RLZ10B Black Gray Green RLZ36B Orange Brown Green RLZ11B Black White Green RLZ39B Orange Red Green
bei SMD Gehäusen hat Vishay seine eigene Codierung
und
1. Ring weiss BYM10 series weiss GL41 series rot BYM11 series rot RGL41 series grün BYM12 series grün EGL41 series2. Ring grau 50V rot 100V orange 200V gelb 400V grün 600V blau 800V violett 1000V weiss 1200V braun 1600V
1. Ring orange BYM13 series orange SGL41 series
2. Ring grau 20V rot 30V orange 40V gelb 50V grün 60V
1. Ring blau TGL41 series rot ZGL41 series
1. Ring weiss BYM07 series weiss GL34 series rot RGL43 series grün EGL43 series2. Ring grau 50V rot 100V pink 150V orange 200V braucn 300V gelb 400V grün 600V blau 800V
und Tektronix versucht es so:
1. Ring blau oder violett = Tektronix 2. bis 4. Ring = xxx in 152-0xxx-00 Typennummer
ITT ZTE Stabilisierungsdioden
ZTE1.5 und ZTE2: cathode ring zum negativen Spannungsanschluss (weil es 2 oder 3 normale Siliziumdioden in Reihe sind) ZTE2.4 - ZTE5.1: anode ring zum negativen Spannungsanschluss (weil es Zenerdioden sind)Stabistoren (Dioden in Leitrichtung, meist bei 10mA spezifiziert)
0.7V 1N816 (1mA) MZ2360 1N3896 1N4453 BZ102/0V7 G129 G130 ST22 ST23
ST37 STB-1 BZX62 MD1 MPD100 PLE0,7 BZY83/D1 BZY85/D1 (5mA)
1.4V AP3897 BZ102/1V4 MZ2361 CMZ2361 1N4156 1N4829 BZX75C1V4 ST38
STB-2 AP2361 APD-200 APD4156 ESM369-1,5V PLE1,5 MD2 MPD200
CMPD200 C1N4156 CN4156 CSTB567 ZTE1.5 (5mA)
2.1V AP3898 AP4829 BZ102/2V1 1N4157 1N4830 BZX75C2V1 APD-300
APD4157 ESM369-2V PLE2 MD3 MPD300 CMPD300 CN4157 CSTB568
ZTE2 (5mA)
2.8V AP4830 BZ102/2V8 BZX75C2V8 1N5179 ST39 STB-4 APD-400 APD5179
MD4 MPD400 CMPD400 CN5179 CSTB569
3.5V BZ102/3V4 BZX75C3V6 ST41
Bei Potis verwenden manche statt lin und log einen angehängten Kennbuchstaben A oder B, wobei nicht standardisiert ist, was A oder B bedeutet, also muss man nachmessen, ob das Poti bei halber Stellung halben Widerstandswert hat oder eben nicht. Japanisch eher A = log und B = lin, europäisch eher A = lin und B = log, in älteren Produkten findet man auch gelegentlich A = lin taper, C = log. for audio taper, F = antilog taper. Habe auch M- bzw. S-Type gefunden.
Von: Ing. Franz Glaser 1999
> Wie hart ist die Grenze der Spannungsfestigkeit von Becherelkos?
> Ich habe unlängst eine Schaltung gesehen, in der ein
> 2x45V-Trafo-Netzteil mit zwei 63V-Elkos versehen war. Wenn man es
> genau nimmte wäre das eine Leerlaufspg. (beim Nennwert der Netzspg.)
> von (90*sqrt(2)-2)/2=62.6V an den Elkos und das würde ich hinsichtlich
> der Toleranz der Netzspannung als reichlich knapp dimensioniert
> bezeichnen.
Das ist einfach eine Frage der Lebensdauer der Elkos. Die Grenze ist ja nicht eine harte Kante, sondern ab der Nennspannung gibt es zunehmend Durchschläge, die allerdings selbstheilend sind.
Meine Erfahrung zeigt, dass das nicht so schlimm ist, wenn der Elko nicht auf hoher Temperatur betrieben wird, z.B. mit hohem Ripplestrom. Und es kommt auch auf das Fabrikat an. Ein guter Industrie-Elko verträgt viel mehr Spannung als aufgestempelt ist unter normalen Umgebungsbedingungen. Das lässt sich ungefähr mit dem Verhältnis Volumen (mechanisch) zu Coulomb ausdrücken.
Ich habe vor vielen Jahren einen Siemens Elko der professionellen Baureihe mit einem halb so voluminösen einer anderen Firma in diesem Zusammenhang verglichen. Der 40V-Elko von Siemens gab die ersten hörbaren Knacker bei über 80V von sich, der andere bei 46V. Beide waren 470uF / 40V.
An den Elkos erkennt man übrigens sehr schnell, wes Geistes Kind der Hersteller / Entwickler ist!
Elkos lassen sich behutsam hochformieren. Das heisst, dass man sie zu etwas höheren Spannungen hin "erziehen" kann, wenn man die Spannung eine Zeitlang über einen Widerstand anlegt. Aber ich habe einfach vergessen, wie der dimensioniert sein soll :-)) Sie verlieren dabei aber entsprechend an Kapazität.
Von: U. B. (pasewalker) 9.2.2015
Elkos vertragen zum Teil 2 Volt 'falsch herum', steht gelegentlich im Datenblatt:
Von: MaWin 7.11.2000
Beim Einsatz von Elkos sollte man sich noch Gedanken machen, WELCHE Elkos man verwendet. Siehe "power supply noise reduction and filtering" in "mixed-signal and DSP design techniques" section 10 von http://www.analog.com/ "Training and Events"
Vergleichsliste Aluminium-Elektrolytkondensatoren, nur um mal zu zeigen wie viele verschiedene es gibt, die alle gleich aussehen:
Hersteller Elna Illinois Mallory Marcon Nichicon Panasonic Richey Rubycon Sanyo Tecate TF UCC Chip Electrolytics WX CD50 General Purpose, Axial-Leaded TTA TC/TCG/ TVX SU MDI 701 SME-T, 53D Low Leakage, Axial-Leaded TLS Z MDIL 714 Hi Temp/-40+105 C. TCX HFA 715E KME-T Low ESR/-55+105 C. HF, HFS, NHE PZA Non-Polar, Axial-Leaded SU-NP NA Non-Polar SU-NP MDIN NP Speaker Crossover Y MDIN(L) NP Speaker Crossover Y NA(L) TN General Purpose RE2 CKR SKR CESEM UVX SU LC TWSS, YK 711 SME-VB Low Profile RC RSS UVS LP 730 SRG Hi Temp/-40+105C RJ4 RMR TKR CEUSM UVZ NHE HFR SSP, YXA 725E CD26L KME-VB Super Miniature RC2 PUM SSR CESSM USA, USL KA SM MS7 724S CD11CX SRAC Hi Temp SM RC2S PGM CEASM RZ HSM MH7 724SE KMA Low Leak RB(LL) RLR CE04W-MD KL Z LCL TWL 724E LLA Three-leaded LC RP2 LCT Low ESR/-55+105 C. RSE RZM VPR CESFM UPR HFQ PZ TRZ LXF Low ESR/Hi Rip/Hi Frequency RSH RZS WGR UPL HF/HFU PZ(L) Non-polar RBP2 BPS CEBPM UVP Bi-Polar SU NC NW RNB CD71 SME-BP 7mm Non-Polarized NS CD71C NP Speaker Crossover UKZ NC(L) BIW TV Deflection NC(TV) RNH CDSH KSA-BP Standard LH2 LBA LPW CEAWF LQ TS TR USP LG SMH Hi Temp/-40+105° C. LP3J LMU LP CEAUF GQ TRH MXR LGE CD294 KMH Computer Grade CGS NR CT LSQ CD13NEs lohnt also, sich auch mal Datenblätter von so profanem Zeugs wie Elkos anzusehen, z.B. bei Panasonic oder Rubycon
Elektronenmikroskopaufnahmen einer weggeätzten Elko-Alufolie (nur die Oxidschicht bleibt übrig):
Elkos ohne Spannung gelagert sollten nach spätestens 2-3 Jahren neu formiert werden, auch wenn man also korrodierte Anschlussdrähte umgangen hat durch fertig verlötete Platinen verbietet sich eine Ersatzteillagerhaltung über 10 Jahre.
Und auch in Betrieb sind Elkos lebensdauerbegrenzt: Beispiele zur Haltbarkeit bei Maximaltemperatur (Verdopplung alle 10 GradC weniger):
> Lebensdauer nach Temperatur und Ripplestrom
Die Lebensdauer bei Höchsttemperatur, z.B. 1000 Stunden bei 85 GradC, gilt für den zulässigen Ripplestrom. Ist die Umgebungstemperatur geringer, darf der Ripplestrom höher sein. Ist die Frequenz höher, darf der Ripplestrom ebenfalls höher sein.
Es gibt
1. die Aluminiumfolienelkos
Haben hohe Toleranzen und trocknen mit der Zeit aus. Isolator ist Aluminumoxid mit Dielektrizitätskonstante von ca. 7 und einer Durchschlagspannung von 800000V/mm. Die Kapazitäten werden mit Gleichspannung (G-Kapazität) oder 100Hz Wechselspannung (W-Kapazität, ca. 1.1 bis 1.5 kleiner), gemessen. Elkos die nur für Zeitgeber gedacht sind haben also die G-Kapazität aufgedruckt, andere Elkos die W-Kapazität. Bei tiefen Temperaturen (z.B. -40 Grad) haben Elkos insbesondere bei hoher Frequenz (z.B. 16kHz) eine wesentlich grössere Impedanz (*100) als bei hohen Temperaturen, z.B. 85 Grad. Hochvolttypen, die lange gelagert wurden, sollte man vor der ersten Verwendung vorsichtig formieren, d.h. über einen Widerstand an Formierungsspannung (meist 1.5 * Nennspannung) legen, damit er sich langsam in ein paar Sekunden aufladen kann, und dann noch eine Zeit dranlassen. Vor dem Abklemmen entladen! Sonst gibt's einen gewischt.
Es gibt verschiedene Typen:
1.1. die normalen 'Elko rauh'
Nimmt man, solange nichts besseres notwendig ist. Sind verhältnismässig klein in der Bauform. 'Schaltfest' sind heute eigentlich alle, d.h. sie dürfen durch einen Kurzschluss entladen werden ohne das sie dabei gleich sterben. Aber dennoch sollte man z.B. für Blitzgeräte passende Elkos verwenden, auch in dicken 50Hz Netzteilen lohnt sich ein 'besserer' Elko zur Siebung oder die Parallelschaltung mehrerer Elkos. Denn wenn man den Wechselstrom durch einen Elko mit dessen ESR-Widerstand betrachtet, so führt die entstehende Verlustleistung von I*I*R zu einer Erwärmung des Elkos von innen, und so was verkürzt die Lebensdauer ungemein.
1.2. glatte Elkos
Sind für ganz spezielle Anwendungsfälle im Audiobereich geeignet, da sich die Kapazität mit steigender Frequenz nicht so ändert wie das bei den 'rauhen' Elkos der Fall ist. Allerdings passt es bei vielen Audioanwendungen, wie bei Koppelkondensatoren, eher, wenn die Kapazität mit steigender Frequenz sinkt. Die 'Audio-Caps' z.B. von Elna sind nicht wirklich glatt, sondern nur nicht so rauh. Reichelt hat Visaton Spezial als glatte Elkos. Ich habe hier noch einen alten Glattelko von 15000uF/16V in der Grösse einer Bierdose.
1.3. low ESR Elkos
Haben einen geringen Innenwiderstand und möglichst geringe parasitäre Induktivität. Gut zur Filterung von Schaltreglern geeignet. (Klassischerweise gilt: Je mehr Volumen ein Elko bei ansonsten gleichen Daten hat, je geringer ist sein ESR. Widersteht der Elko mehr Spannung als nötig, hat er auch mehr Volumen. Die Parallelschaltung von 2 Elkos ist kaum besser als einer mit doppelter Kapazität, aber montagetechnisch oft günstig). LowESR wird bei hohem Ripplestrom benötigt, damit dieser am Innenwiderstand möglichst nicht zu mehr als 20 K Temperaturerhöhung im Inneren des Elkos führt. Besonders niederohmig sind organische Elektrolyte wie in OS-CON und Poscap. http://www.saga-sanyo.co.jp/oscon/cgi-bin/e_sizecode.cgi?id=SEPC und http://www.apaq.com.tw/images/Product/4136667498_SE.pdf halten hohe Ströme aus.
Der ESR in Ohm einiger ausgewählter Kondensatoren:
10u 100u 100u 100u 1000u 1000u 1000u
50V 10V 35V 63V 10V 35V 63V
Panasonic FR (ultra low ESR): 0.34 0.3 0.056 0.068 0.028 0.018
Panasonic FC ( low ESR): 1.3 0.8 0.117 0.23 0.065 0.029
Frolyt EKS (Miniatur 105°): 16 3.2 1.9 1.3 0.2 0.14 0.13
1.4. 105 GradC Elkos
Das sind die 'länger haltbaren' Elkos. Sie sind notwendig, wenn sich der Elko durch hohe Rippleströme und deren ohmsche Verluste zwangsweise stärker erwärmt, wie es in Schaltreglern der Fall ist. Die Gradangaben sind ziemlich übertrieben, ein 85 GradC Elko hält nur 1000 bis 5000 Stunden bei dieser Temperatur durch, ein 105 GradC Elko ebensowenig bei seiner Temperatur, aber laut Arrhenius wird pro 10 K geringerer Temperatur die Lebensdauer verdoppelt, also Elkos immer schön kühl halten und nicht direkt neben Kühlkörpern plazieren. Noch länger halten OsCon oder Rubycon RX30 (130 GradC).
1.5. bipolare Elkos
Bestehen aus 2 gegeneinander verpolten Elkos doppelter Kapazität in Reihe. Oft in Tonfrequenzweichen verwendet, obwohl man die Dinger eigentlich meiden sollte. Denn an der inneren Verbindung sollte sich ja /eigentlich/ eine Spannung einstellen, die grösser (oder kleiner, je nach Polung) ist als die Spannung an jedem einzelnen Anschluss, sonst wäre ja ein Elko verpolt. Allerdings arbeitet der endliche Widerstand des Dielektrikums (Spannungsteiler) dagegen an und es funktioniert nur, weil gelegentlich einer der beiden durchschlägt. Hat man eine Spannung, die nie positiver (oder nie negativer) ist, als beide Elkoanschlüsse (des benötigten bipolaren Elkos), baut man lieber 2 normale Elkos in Reihe und legt die Verbindungsstelle mit einem hochohmigen Widerstand an die Spannung.
1.6. Blitzelkos
Sind extra für die gelegentliche starke Entladung ausgelegt und sauklein. Normale Elkos passen als Ersatz nicht rein, Blitzelkos gibt es aber kaum bei den Versendern.
2. Tantalelkos
Gesintertes Tantal mit trockenem Mangandioxid als Elektrolyt und Tantalpentoxid mit Dielektrizitätskonstante 30 als Isolator. Wegen ihrem geringem Reststrom gut für Langzeitgeber geeignet, haben aber hohe Toleranz. Werden gerne bei SMD verarbeitet, als Entkoppelkondensatoren. Vertragen aber keine hohen Ladeströme, z.B. das direkte Anlegen der Nennspannung über einen Schalter. Daher nicht geeignet in Schaltreglern zur Siebung, dabei explodieren sie gerne. Man sollte die Spannungsfestigkeit bei Tantal immer deutlich (*2..*4) höher wählen, damit die Dinger ausreichend zuverlässig werden. Tantalelkos trocken nicht aus, halten aber auch nicht ewig. Eine ganze Platine voller 20 Jahre alten Tantalperlen ist mir beim ersten Anlegen der Betriebsspannung einfach explodiert, also lösen die sich auch innerlich irgendwie auf und halten nur 80 GradC aus.
3. Doppelschichtkondensatoren (Goldcaps, UltraCaps)
Bestehen nicht aus Gold, sondern haben ihre hohe Kapazität im Faradbreich weil sich auf den beiden Kohlenstoffelektroden in schwefeliger Säure jeweils eine superdünne Isolierschicht bildet, die leider nur 2.3V aushält (höhere Spannung nur durch interne Reihenschaltung). Haben aber auch einen relativ hohen Innenwiderstand. Bessere SuperCaps sind Alufolienwickel mit Graphitlagen dazwischen. Sind als Ersatz für Akkus zur Pufferung von CMOS-RAM zu verwenden, weil sie keine besondere Ladeschaltung benötigen. Reparaturbetriebe berichten aber, das sie nicht zuverlässiger als Akkus sind. Siehe auch: http://www.abcde.de/solaruhren_ersatzteile_citizen.html (nicht die einzigen Lieferanten für MT Lithium Titanium Akkus in Deutschland). Mehr Strom können die Ultracaps von http://www.maxwell.com/ultracapacitors/ Nicht mehr erhältlich sind 2700F/2.3V und 470F/13.8V von http://www.epcos.com/ . Bei Panasonic SD zeigt die Spitze der Dreiecke auf den Minuspol.
3.1. Sharp MD1B2/MD2B2A Memoriode
Ist ein hochkapazitiver Kondensator 1984 von Sharp tauglich bis +/-0.12V, extrem geringe Selbstentladung, verwendet in Akkuladern (-DeltaU), Dosimetern, Temperaturreglern als Integratorbauelement, also der noch nicht so spannungsfeste Vorläufer des Doppelschichtkondensators.
3.2. Lithium-Ionen Kondensatoren
ähneln Lithium-Ionen Akkus, dürfen z.B. nicht unter 2.2V entladen werden, und vereinen die Nachteile von Doppelschichtkondensatoren und LiIoN Akkus.
4. Folienkondensatoren
Gelten als stabil und zuverlässig, gerne verwendet in Filterschaltungen und Schwingkreisen, und als belastbare Motorkondensatoren. Es gibt unterschiedliche Dielektrika für verschiedene Anwendungen.
Ölpapier (MP) für Motorkondensatoren.
Polyester haben eine Kapazitätsabhängikeit von der Frequenz, bei 20kHz gegenüber 1kHz kannd der Abfall immerhin 1,5% betragen. Wenn das stört, nimmt man besser Polypropylen oder Styroflex.
Für höhere Ansprüche an die Zuverlässigkeit, weil Ausfälle tödlich sein könnten, gibt es Kondensatorklassen (EN60950):
X2: Verwendung zwischen 230V Phase und Null (Kurzschluss löst Sicherung aus, 2.5kV Test) X1: Zwischen 400V Drehstromphasen (Kurzschluss löst Sicherung aus, 4kV Test) Y2: Zwischen 230V Phase und berührbaren aber geerdeten Geräteteilen (Kurzschluss tödlich wenn Erdung defekt, 5kV Test) Y1: Verwendung zwischen Phase und berührbar nicht geerdeten Geräteteilen (Kurzschluss wäre tödlich, 8kV Test, 2 * X1 in Reihe)
Formal gibt es eine DIN zur Kennzeichnung von Folienkondensatoren:
DIN Code :
F = Metallfolie -----------|
M = metallbedampft ------- M K S
K = Plastik ----------------------| |
Dielektrikum ------------------------|
S = Polystyrol (MKS = MKY)
P = Polypropylen (MKP)
C = Polycarbonat (MKC = MKM)
T = Polyethereftalate (MKT = MKH)
U = Zelluloid (MKU = MKL)
Real:
Epcos Vishay MKT metallisierte Polyester
Epcos Vishay MKP " Polypropylene
Vishay MKC " Polycarbonat
http://www.wima.de hat für Polyester geringfügig andere Bezeichnung:
Polyester : MKS FKS Polypropylen : MKP FKP Polycarbonat : MKC FKCWIMA MKS2 metallisierte Polyester miniaturisiert WIMA MKS4 " " für erhöhte Anforderungen, grösser
5. Keramikkondensatoren
altern auch, insbesondere Y5V erheblich
Besonders die höherkapazitiven neigen zu Ausfällen per Kurzschluss, dagegen kann man 2 in Reihe schalten, und noch auf der Platine orthogonal zueinander anordnen, dann wird bei einem Ausfall nicht gleich die Stromversorgung kurzgeschlossen.
Ferroelektrische Materialien unterliegen einer Zeitabhängigkeit, bekannt als Alterung. Man glaubt, dass diese Eigenschaft auf die Formänderungsenergie im ferroelektrischen Bereich zurückzuführen ist, die nach der Formierung stets nach Orientierung in gegenseitigem Bezug bestrebt ist. D.h. ferroelektrische Materialien unterliegen nach Abkühlung unter den Curiepunkt einer Alterung der dielektrischen Konstante logarithmisch zur Zeit. Die Alterungsrate von Kondensatoren wird in Stundendekaden ausgedrückt. 2R1 (X7R) Dielektrika z.B. altern um 2 % per Stundendekade; d.h. der Kondensator verliert 2% an Kapazität zwischen 1 und 10 Stunden nach Abkühlung und weitere 2% zwischen 10 und 100 Stunden und zusätzliche 2 % zwischen 100 und 1000 Stunden. Der Alterungsprozess von Ferroelektrika ist reversibel. Bei Erwärmen des Materials über den Curiepunkt fällt die Strukturdomäne wieder zurück auf ihren Ausgangspunkt, und der Alterungsprozess beginnt neu.
> Ich suche engtolerierte und temperaturstabile Kondensatoren
Im KFZ Bereich sollte man besser automotive Keramikkondensatoren wie Flexiterm von AVX einsetzen, mit X8R halten die auch höhere Temperaturen aus.
C0G (temperaturstabile Keramik +/-30ppm), Glimmer (Mica): 0..+70 ppm, Polycarbonat, Polystyrol (Styroflex): -50..-250 ppm, Polysulfon
HF-Kondensatoren geringer Toleranz und hoher Güte
gespeicherte Energie in Kondensatoren hängt quadratisch von der Spannung ab:
und führt zum Kondensatorproblem: http://www.hcrs.at/KOND.HTM
Von: Christian Almeder 1999
> Wie testet man, ob son Ding noch in Ordnung ist? Mit ´nem Standard-
> Multimeter mit Kapazitätsmessung bis 20uF, das dann ca. 11uF anzeigt wohl
> eher nicht ;)
Oje, wenns 11uF angezeigt hat, geht er wahrscheinlich nicht mehr...
Trotzdem eine Methode:
Auf eine bekannte Spannung U aufladen (ein paar Volt reichen, aber Nennspannung wäre gut zum Testen der Spannungsfestigkeit), einen Widerstand R anschliessen und tau stoppen (die Zeit, bis nur noch 37% der Spannung anliegen). tau ist die sog. Zeitkonstante: Mit u=U*e^(-t/tau) und tau=R*C ist dann C=(-t/ln(u/U))/R=tau/R Ich würde ca. 10s messen wollen, 30uF also mit R=tau/C=10s/30uF=ca. 330k Ohm
Kapazitätsmessgerät / Induktivitätsmessgerät:
Von: MaWin 1999
> Wo findet man ein paar Daumenregeln für sowas?
Bei TTL/LS/HC: 100nF Keramik Z5U, möglichst SMD Bei S/F/AC: eher 10nF Keramik Z5U SMD
Was bedeutet X7R oder Z5U?
So ein Kondensator muss den Strom liefern können, den der Chip beim Umschalten zieht, BEVOR (aufgrund ihrer Induktivität) die Zuleitung den Strom nachliefern kann, ohne dass der zwischenzeitliche Versorgungsspannungsabfall eine Fehlfunktion provoziert. Ein CMOS-IC ohne Takt zieht fast keinen Strom, nur beim Schalten, was je nach Taktfrequenz zigmillionenmal pro Sekunde passiert. Die grössten Umschaltimpulse gibt es, wenn ein Ausgang mit kapazitiver Last umschaltet. 100nF ist normalerweise viel grösser als alle kapazitiven Lasten zusammen (und das sollte er auch um mehr als den Faktor 25 sein), aber dicke FPGAs brauchen ganze Batterieen von Kondensatoren. Ist der Kondensator zu gross, kann er nicht schnell genug reagieren (Streuinduktivität) und hilft nicht am Impulsanfang. Braucht man grosse Kondensatoren (1uF Tantal oder so), muss ein kleiner (27nF oder so) dazu, um erstmal am Anfang eines jeden Impulses den Strom liefern zu können. Es spielt keine Rolle, wie oft der IC schaltet (1 mal pro Sekunde oder 1 Mrd mal pro Sekunde), sondern wie schnell er schaltet (langsames CD4xxx oder schnelle AHC) Das Keramikmaterial Z5U ist superbillig und speziell dafür gemacht (vermeidet Resonanz durch Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Spannung, für andere Anwendungen taugt es nicht), leider fallen sie öfters mal mit Kurzschluss aus.
Sitzen auf einer Platine viele 100nF Abblockkondensatoren, sollten auch noch einige normale 10uF Elkos dazu, die durch ihren Serienwiderstand die Schwingneigung dämpfen, die sonst das Board irgendwo zwischen 5 und 20MHz hätte.
Bedrahtete 100nF Keramikkondensatoren verlieren oberhalb 7MHz ihre Wirkung SMD 100nF Keramikkondensatoren verlieren oberhalb von 17MHz ihre Wirkung 100nF in Präsisionsfassungen schon oberhalb von 3MHz
Je nach Kapazität haben sie ihr Impedanzminimum bei unterschiedlichen Frequenzen, aber bei 1GHz sind alle wirkungslos:
Lasst euch von den hohen Kapazitäten von Z5u Keramikkondensatoren nicht täuschen, die lässt mit steigender Spannung drastisch nach, ein 22uF/25V Z5U Keramikkondenstaor hat bei 25V nur noch 5% seiner Kapaziät, nur noch 2uF, also 90% seiner Kapazität verloren, Modelle anderer Hersteller sind nicht besser:
Von: Thomas Rehm 2.2002
Bei 1 GHz (nochmal angemerkt, das es hier um die Flankensteilheit und nicht unbedingt die Impulswiederholrate geht) sind Kondensatoren größer 1nF schlicht unwirksam.
Beispiel: 10nF-Kondensator in SMD-Technik, Bauform 0805, also etwa 2mm lang. Als Faustformel sagt man haben 1cm Leitungslänge etwa 10nH Induktivität. Der 10nF-Kondensator hat also etwa 2nH Induktivitätsbelag, dazu kommen noch Leiterbahnlängen. Im bestmöglichsten Falle (2nH) wird der 10nF-Kondensator also eine Serienresonanzfrequenz von 37 MHz(!) besitzen (Thomsonsche Schwingungsformel). Oberhalb von 37 MHz wird der Kondensator zu höheren Frequenzen hin mehr und mehr induktiv, also hochohmiger.
Du siehst also nun, warum du bei 1 GHz keine "Probleme" mit Kondensatoren 20n..100n hast? ;-) Für optimale, breitbandige Abblockung bis 1GHz müßte man eigentlich eine Kondensatorbatterie zusammenschalten: 10pF, 100pF, 1nF, 10nF. Bei zu groß gewähltem Abstand der Werte kann es jedoch zu Parallel-Resonanzen kommen, wodurch es erst Recht Probleme gibt. Wenn man also tatsächlich bis 1GHz abblocken muß, wird man nicht drumherum kommen, Layout und Abblockmassnahmen sinnvoll zu kombinieren (Ground und Power als eigene Planes z.B., und Leiterbahnen zuerst an die Abblockmaßnahmen heranführen, nicht zunächst an die abzublockenden Bauteile etc.).
Von: Robert Hoffmann
Die Dinger nennt man meist "Stützkondensatoren" bei Digitalschaltungen bzw. "Bypass-Kondensatoren" bei Analogschaltungen. Sie sollen für die hochfrequenten Anteile des Stroms, den der Baustein zieht, einen möglichst niederohmigen und bei sehr schnellen Schaltungen auch einen möglichst niederinduktiven (d.h. Kondensator sehr nahe ans IC) Pfad darstellen. Damit erreicht man, dass Bezugspotenziale (insbesondere Masse) möglichst "rein" bleiben.
Z.B. benötigen CMOS-Bausteine statisch praktisch keinen Strom, während sie im Umschaltvorgang Strom ziehen. Die entsprechende Energie kommt aus dem Stützkondensator und kann insbesondere in den Schaltpausen von der externen Versorgung relativ langsam "nachgefüllt" werden.
Prinzipiell hängt die Grösse des Kondensators davon ab, wie gross diese Stromspitzen sind, wie oft sie auftreten und wie gut die externe Quelle den Kondensator aufpäppeln kann. Bei den meisten Digitalschaltungen werden so typ. 47nF bis 100nF KERKOS (am besten Vielschichtvarianten wenn nicht ohnehin SMD) verwendet. Bei Bausteinen mit sehr grossem Stromverbrauch z.B. grosse FPGAs soll man dann noch zusätzlich einen Tantal-Elko hinzufügen, dabei sollte der Kerko aber näher beim IC sitzen, als der Ta-Elko.
Übrigens: wenn die Kondensatoren irgendwo anders sitzen, dann bilden sie mit der Zuleitung zum Verbraucher einen Schwingkreis (1nH/mm als Faustregel pro Hin- bzw. Rückleitung) und erzeugen dann ein sog. "Klingeln" auf der Leitung, das erstens auf andere Leitungen überkoppeln kann => Störung, bzw. die Versorgung, die der IC an seinen Anschlüssen sieht wird verhunzt. Das kann dann heissen, dass er Digitalpegel nicht mehr richtig erkennen kann. Ähnlich dramatische Auswirkungen auf eine Analogschaltung kannst du dir ja dann vorstellen.
Von: Ing. Franz Glaser 1999
In der Wirklichkeit ist es aber so, dass viele Laien und Halbfachleute überhaupt nicht daran denken, dass die Watt-Angabe von elektrischen Geräten was ganz Anderes besagt als die U*I - Formel vermuten liesse.
Ein typisches Beispiel ist ein Kühlschrankmotor. Ich nehme den hier deswegen, weil er ein 230V - Verbraucher ist. Der hat zwar laut Typenschild eine Nennleistung von z.B. 500W, aber das ist die Leistung an der Welle, nicht die vom Netz aufgenommene ! Und die Angabe besagt auch überhaupt nicht, dass er 500W abgibt, sondern das ist nur eine Angabe, die sich auf seine BELASTBARKEIT bezieht. So, dass er nicht durchbrennt. Ein Motor nimmt immer so viel Saft aus dem Netz, wie er an der Welle gerade abgeben muss, im Gegensatz zu einem Heizkörper.
So ein Motor hat einen Wirkungsgrad von angenommen 75% und einen cos_phi von 0,7 womit sich eine Scheinleistung von 952 VA ergibt. Die Stromstärke wäre daher ca. 4,33A. Und das ist nur der Nennwert. Bei einem Kühlschrank wird der nur beim Einschalten überschritten, und zwar um ein Vielfaches, weshalb Gefriertruhen und Kühlschränke erfahrungsgemäss nicht an 10A - Sicherungen hängen können. Andere Antriebe können repetitive Stossbelastungen erzeugen, die weit höher sind als die Motor-Nennleistung. Da kann man sich zwar mit trägen Sicherungen oder Schutzschaltern abhelfen, aber es ist in jedem Fall zuerst die Sicherung zu dimensionieren und darauf aufbauend die Belastbarkeit zu ermitteln.
Oder umgekehrt: Die Stromaufnahme der Verbraucher bestimmt, welche Sicherung eingesetzt werden muss und daraus ergibt sich die nötige Draht-Dimensionierung.
Und deswegen habe ich mich dagegen gesträubt, mich auf die Watt einzulassen und stattdessen die Ampere-Betrachtung eingeführt.
Von: Oliver Bartels 1999
> Frage: Darf ich in Deutschland überhaupt mit etwas selbstgebasteltem
> auf irgendeiner Frequenz senden? Gibt es vielleicht so etwas wie eine
> "Bastlerfrequenz"?
Es gibt die ISM Bänder (27MHz, 40MHz, 434MHz, 2,45GHz, 5,8GHz, 24GHz, also für jeden etwas ...) sowie das SRD Band (868MHz mit sehr genauen Nutzungsvorgaben), auf denen Geräte mit begrenzter Sendeleistung unter einer allgemeinen Frequenzzuteilung (d.h. ohne "Anmeldung") arbeiten können. Desweiteren besteht im Bereich von 9kHz bis 30MHz eine Allgemeinzuteilung für induktive Funkanwendungen mit niedrigen Sendeleistungen (-15 dBµA/m bei MW). Voraussetzung ist die Einhaltung der einschlägigen Normen (ETS 300 220, ETS 300 440, ETS 300 328 für erhöhte Leistung mit Frequency Hopping im 2,4GHz Bereich), diese begrenzen im allgemeinen die Leistung auf 10mW (im GHz- Bereich teilweise mehr). Noch ein paar mehr je nach Anwendung:
Wenn ein Gerät zu mehr als nur Testzwecken genutzt und insbesondere in Stückzahlen produziert werden soll, braucht es für die Nutzung dieser Bänder eine EU Baumusterbescheinigung. Die gibt es entgegen landläufiger Meinung von vielen Stellen, nur nicht von der Post (der Begriff "Postzulassung" ist daher schlicht Quatsch), in Deutschland sind (m.W. nach) derzeit acht Testhäuser als benannte Stelle beliehen, die so etwas ausstellen. Allerdings wird man die EU Baumusterbescheinigung nur dann beauftragen, wenn die Entwicklung abgeschlossen ist. Auf deren Basis schreibt dann der Hersteller selber die EG Konformitätserklärung für das ce-Zeichen. (Der Test vorher ist nach dem EMVG ausdrücklich zugelassen, sofern niemand gestört wird. Auf Messen dürfen mit Hinweisschild auch Geräte noch ohne Zulassung gezeigt werden, auch solange niemand gestört wird.)
Es gibt auch die Möglichkeit, einzeln höhere Leistungen und spezielle Frequenzen zugestanden zu bekommen, im Extremfall für kurze Zeit sogar breite Bänder (was meinst du wohl, wieviel von dem bei F1-Rennen genutzten Equipment, das irgendwo herumfunkt, zertifiziert ist, das geht alles über spezielle Zuteilungen ... Soviele Kanäle für On Board Kameras gibt es nornalerweise gar nicht ;-)
Der Knackpunkt für den "Bastler" ist nur das Einhalten der Vorgaben z.B. nach den ETS-Normen. Ohne Geräte wie Spektrumanalyser oder Messempfänger ist das sehr schwierig, die Wahrscheinlichkeit, das irgendwelche Nebenwellen jemanden stören, ist recht gross.
Im Grunde gilt das auch für viele Amateurfunker, nur nutzen die (wegduck ;-) sowieso bloss wieder fertige Kisten, die dann auch wieder zertifiziert sind. Daneben ist gerade bei Bastlern und hohen Frequenzen die Wahrscheinlichkeit eh' recht gross, dass der Sender infolge Konstruktionsfehler gar nichts sendet, bei 2,4GHz reichen da z.B. 5..10mm (!) Draht anstelle einer impedanzrichtigen Leitung an manchen Stellen völlig aus. Ohne Netzwerkanalysator (noch so eine Kiste, hat mit dem Spektrumanalysator wenig gemein und dient zum Bestimmen der sogenannten s-Parameter, welche u.a. etwas über die Anpassung aussagen) schaut man da recht alt aus. Die Störfestigkeit ist daneben bei der ce auch ein Thema, hier sind u.a. Signalgeneratoren recht nützlich ...
Ein Beispiel: 434MHz Modul mit PLL. Problematik: Störstrahlung, Nebenwellen in ca. 13 MHz Abstand links und rechts vom Träger. Ursache: Einstreuung einer Teilerfrequenz der PLL, Mischung, festgestellt mittels Spektrumanalyser und Probe. Abhilfe: Layoutänderung und eine Massnahme im Signalpfad. Folge: Neue Leiterkarte, neue Bestückung ... Problematik: Grosssignalfestigkeit, SAW Filter notwendig, Kunde baut ihn testweise ein, nach Einbau geht nichts mehr. Ursache: Fehler in der 50 Ohm-Anpassung des Filters. Messung mittels Netzwerkanalysator. Nach Messung, Berechnung und Realisierung eines Anpassungs- netzwerks geht es besser als vorher ;-) So, und nun wünsche ich unserem Bastler mit dem 250 EUR Conrad-Skop (wenn überhaupt) viel Glück, er wird es brauchen.
Um einen Preiseindruck zu geben: - Messtechnik: Spektrumanalyser brauchbar so ab 10000-15000 EUR Networkanalyser dto., wobei gut da eher bei 30000-40000 EUR liegt Signalgenerator ca. 5000-25000 EUR je nach Modulationsart. Probe für HF so um die 2500 EUR achja, es gibt auch DSOs, Programmer, Counter, Multimeter, Netzteile usw. - Entwicklung, Test: Leiterkarten : etwa zwei bis vier Durchgänge (je einige Tausend EUR, insbesondere bei anderem Basismaterial als FR4, oder wenn man nicht auf den Pool warten will, Bestückung der bei hohen Frequenzen nötigen SMDs nicht zu vergessen). Testhauskosten : realistisch 5000-15000 EUR je nach Schwierigkeit. ... und nicht zu vergessen: einige Mannmonate Zeitaufwand für die reine Entwicklung.
All das macht die Sache für ein Bastelprojekt nicht gerade einfach. Darum war das klassische Bastelprojekt früher die 27MHz/40MHz Fernsteuerung (LM1871) für Modelle aller Art, weil da die Anforderungen an den Schaltungsaufbau eher gering sind. Bei 434MHz wird es schon sehr schwierig (ich kenne einige Leute bei Fahrzeugherstellern, denen bestimmte Zähne fehlen, weil sie sich diese daran ausgebissen haben ;-), darüber hinaus sieht es ohne Messmittel eher nach Glücksspiel aus ...
Das ist auch der Grund, warum Anfragen nach Schaltbildern hier regelmässig Freude und Heiterkeit auslösen. Jeder, der sich auch nur ein bisschen mit HF auskennt, weiss, das ein einfaches Verdrahten der Bauteile nach Schaltplan ohne geeignete Leiterplattenkonstruktion und ohne Auswahl der richtigen Bauteile (gilt selbst für simple Kondensatoren) schlicht nicht funktioniert, von der Einhaltung der ETS-Normen einmal ganz zu schweigen. Wer das weiss, fragt nicht nach Schaltbildern, wer das konstruieren kann, macht sich auch das Schaltbild schnell selber.
Und wer's nicht lassen kann: Schaltungen und Platinenlayouts in den Datenblättern und AppNotes von Atmel Chips T5754, U2741, U2745, T5743, T5744, U3741, U3742, U3745, Mono-FM-UKW-Sender MAX2606, und dazu zeigt AN192 von Philips ein UKW Radio mit TDA7000.
Von: Der Schwabe, 8.6.2004
Was heißt Ordnungswidrig? Ein Verstoß ist keine Straftat, man kann also dadurch nicht vorbestraft werden. Die Verwaltungsbehörde, in diesem Falle die RegTP, kann (muß nicht!) ein Bußgeld festsetzen. Erst wenn dagegen Einspruch erhoben wird, geht die Sache vor Gericht. Die RegTP kann dem Funker ihre Kosten für den Verwaltungsakt, dazu gehören auch Peilung und Aushebung, in Rechnung stellen. Der Aufwand für den Verwaltungsakt muss im Verhältnis zur Ordnungswidrigkeit stehen.
Die RegTP kommt immer dann, wenn Störungen von Betroffenen gemeldet werden. Wichtig dabei: "Eine Störung!" sowie "Ein Betroffener!" "Da sendet jemand schwarz auf einer freien Frequenz" ist noch kein Grund für die Herren tätig zu werden! Eine Ausnahme in Deutschland bildet die RegTP Krefeld, die aufgrund der Nähe zu den Niederlanden und der existierenden Amtshilfevereinbarung auch ohne Störmeldung aktiv werden kann. Krefeld ist zuständig für NRW. Störungen treten z. B. dann auf, wenn Oberwellen durch minderwertiges Equipment erzeugt werden oder belegte Frequenzen genutzt werden. Fazit: Keine Störung - kein Besuch
Die RegTP misst und ermittelt den Störer. Dies dauert je nach Senderstandort und Leistung zwischen 15 Minuten und mehreren Tagen. Bei geringfügigen Verstößen klingelt die RegTP beim Störer und weist auf den Verstoß hin bzw. bittet um Aushändigung des Störers. Ohne Durchsuchungsbefehl darf die RegTP nicht in die Wohnung oder in ein Ladengeschäft. Beim typischen Schwarzsenden mit höherer Reichweite (mehrere Kilometer) wird bei der zuständigen Staatsanwaltschaft ein Durchsuchungsbefehl erwirkt. (Dauert ca. 3-7 Tage). Danach wird geklingelt, eingetreten und die Anlage beschlagnahmt. Die Anlage verbleibt jedoch im Eigentum des Besitzers und muß nach der Prüfung zurückgegeben werden. Bei gravierenden Verstößen, es verwendet z. B. jemand die Frequenz eines örtlichen Senders, ist kein Durchsuchungsbefehl notwendig. Es gilt "Gefahr im Verzug". Nach ca. vier Wochen kommt dann das Ticket mit der Strafe.
Die RegTP kann Strafen zwischen 0 und 2 Mio. Euro verhängen zzgl. des Verwaltungsaufwandes. Real richtet sich die Strafe nach Alter, vermutetem Einkommen und Art des Verstoßes. Man kann bei Normalverdienern etwa mit folgendem Rahmen rechnen: Illegaler Hausrundfunk: 0-500 Euro Dorfsender; großflächige AM-Sender: 1000-3000 Euro. SWR3 Ortssender großflächig überlagern: 10000-2 Mio. Euro. Schüler und Studenten bekommen "Rabatt", Amateurfunker u. ä. zahlen mehr, da die RegTP automatisch von Vorsatz ausgeht. Ratenzahlung ist möglich. Mehrfaches Erwischtwerden kostet immer gleich. Gleiche Verstöße kosten bei einer Ordnungswidrigkeit immer gleiches Geld.
Ja! Es ist bei der RegTP eine Genehmigung einer UKW-Frequenz für "nichtöffentlichen Rundfunk" möglich. Dies ist UKW-Rundunk innerhalb eines Grundstückes. Es wird genau, die Sendeleistung genehmigt die notwendig ist um ein Grundstück 100%ig nach Norm (60dB yV) zu versorgen, also auch den Keller! Gibt natürlich leichten Overspill, aber was solls. Die Kosten für die Genehmigung betragen einmalig rund 500
Antennen auf Platine:
Von: MaWin am 20.8.02
Grenzwerte für Feldstärken im Bereich 10-400MHz:
Von: MaWin 2002
Funk, also elektromagnetische Wellen, und elektrische Felder, sind ebenso wie magnetische Felder seit Anbeginn der Welt um uns und um alle Tiere und Pflanzen herum. Sie stammen aus dem Weltall, von Blitzen, und vom Magnetfeld der Erde. Sie sind sogar recht stark im Vergleich mit den technisch erzeugten, beispielsweise ist die Erde gegenüber den Wolken so stark negativ geladen, das dein Kopf in einer Gegend ist, die ca. 200 Volt positiver ist, als deine Füsse (dennoch passiert nichts, weil die Luft so ein schlechter Leiter ist, so dass der 'Kurzschluss' durch den menschlichen Körper sofort zu einer Angleichung der Spannung führt, zum Zusammenbrechen des Feldes, aber das nur als technische Erklärung am Rande). Bei DEUTLICH mehr als 100V/m, je nach Luftfeuchte nämlich so ab 100000V/m, gibt es einen Blitz :-)
Auch Nordlichter sind letztlich 'offene' Neonröhren von immensem Ausmass (über 100GW = 100000000000 Watt), und irgendwo ist zu jeder Zeit eins aktiv, ebenso wie irgendwo auf der Erde zu jeder Zeit gerade ein Gewitter blitzt, ca. 100 pro Sekunde mit jeweils 20000 Ampere für 30 Mikrosekunden, ein Blitz bringt maximal 1TWh und eher 300 kWh, taugt also nicht als Stromquelle. Wir wissen aber alle, dass viele technische Geräte durch Gewitterblitze und Sonnenwindeffekte in ihrer normalen Funktion gestört oder zerstört werden, was zeigt, wie stark die Naturgewalten hier sind. Die Stromversorgung in Kanada brach 1989 in ganzen Bundesländern zusammen, weil elektrisch geladene Teilchen von der Sonne an den Polen bis zur Erdoberfläche durchdringen und in den Hochspannungsleitungen so hohe Ströme induzieren, daß im Stromnetz die Sicherungen rausflogen.
Selbst der menschliche Körper (Nerven, Gehirn, Muskeln) arbeitet elektrisch, und die bewegten elektrischen Teilchen produzieren damit elektromagnetische Wellen (wie auch der Laie am EEG und EKG erahnen kann). Merkwürdigerweise gibt es Personen, die Magnetismus eine positive Wirkung zuschreiben und Elektrizität eine negative Wirkung unterstellen, dabei tritt untrennbar immer beides zusammen auf.
Das zeigt sich auch sehr schön, wenn man die Elektrotechnik physikalisch herleitet. Dazu benötigt man nur Coulomb und Relativität. Die magnetischen Effekte ergeben sich dabei als Scheinkräfte aus der Zeitverzögerung.
Niemand behauptet, das elektrische Felder und elektromagnetische Wellen KEINEN Einfluss auf Menschen und die anderen biologischen Lebewesen haben. Vielleicht gäbe es uns Menschen ohne sie nicht, ebenso wie es uns ohne Radioaktivität wegen fehlender Mutation nie gegeben hätte. Möglicherweise haben sie sogar schädliche Auswirkungen, eventuell würden wir ohne sie 200 Jahre alt oder wären doppelt so klug....
Es nützt also nichts, alle technischen Quellen von 'Elektrosmog' abzustellen, denn es gibt viel zu viele natürliche Quellen die oftmals stärker sind, und oft ausgeprägter sind (das impulsartige Spektrum von Blitzen überdeckt fast alle technisch genutzen Frequenzbereiche, die 230V der Steckdose entspechen gerade mal der natürlichen Feldstärke von 2 Metern, etc.).
Wer den Test machen will, ob es ihm ohne elektrische Felder und ohne elektromagnetische Wellen besser oder schlechter geht, der kann sein Leben in einem faradyschen Käfig (einer Kiste aus Blech) verbringen, denn dort dringen keine Funkwellen hinein und dort herrscht kein elektrisches Feld. Als Mensch habe ich dazu keine Lust. Aber viele Tiere mussten schon ihr ganzes Leben in Käfigen (aus Metall, und damit faradaysche) verbringen. Das war sicher ein doofes Leben, aber biologisch verbessert (oder geschadet) hat es ihnen millionenfach erkennbar nicht.
und Leute die nicht daran glauben:
> Ist Gleichstrom oder Wechselstrom gefährlicher?
Gesetzliche Grenzwerte für potentialfreie offen liegende elektrische Teile: 25V bei Wechselspannung und früher 60V heute 48V bei Gleichspannung (Kinder, Nutztiere) denn bei 50V Wechselspannung und 120V Gleichspannung wurden schon Todesfälle beobachtet, zeitabhängig http://www.schaltungsbuch.de/norm071.html es sind aber auch schon Leute unter extrem ungünstigen Bedingungen an einer 9V Batterie gestorben http://www.darwinawards.com/darwin/darwin1999-50.html Leider macht Gleichstrom bei Schaltern technisch schon ab 40V Probleme wegen Funkenbildung die nicht löschen, was bei Wechselstrom kein Problem ist.
Von: Andreas Ferber
Der Unterschied liegt in der Physiologie der Muskelzellen begründet. Eine Muskelzelle wird durch elektrischen Strom zur Kontraktion angeregt. Dabei löst ein einzelner Impuls nur ein kurze Zuckung der Muskelzelle aus, ebenso dass Einschalten eines lang andauernder konstanter Strom. Danach erschlafft die Zelle sofort wieder. Wenn mehrere Impulse kurz aufeinander folgen, erschlafft die Faser nicht vollständig bevor die nächste Kontraktion beginnt. Je dichter aufeinanderfolgend die Impulse sind, desto stärker wird die durchschnittliche Kontraktion der Muskelfaser, bis ab einer gewissen Schwelle der sogenannte Tetanus eintritt (dann sind die Fasern vollständig kontrahiert).
Der Punkt, an dem ein Loslassen eines umfassten elektrischen Leiters nicht mehr möglich ist, nennt man die Loslassstromstärke. Bei der 50Hz-Wechselspannung unseres Stromnetzes liegt sie bei 10-20mA. Trägt man die Loslassstromstärke gegenüber der Frequenz des Stroms auf, so erhält man ungefähr den folgenden Verlauf:
I [mA] ^
|
55 | /
45 | /
35 | /
25 | /
15 | \___________________/
5 |
+-------------------------------->
10 100 1000 10000 f [Hz]
Bei Frequenzen oberhalb von ca. 7kHz kann man nicht mehr von einer
Loslassstromstärke sprechen, da hier die oben beschriebenen Effekte
i.d.R. nicht mehr auftreten, die Vorgänge in der Muskelzelle sind
einfach zu langsam.
Tödlich kann der Wechselstrom sein, weil die oben beschriebenen Vorgänge natürlich genauso auch beim Herz zu finden sind, daher löst der Strom u.U. einen Herzstillstand oder Kammerflimmern aus.
Bei reinem Gleichstrom sieht das ganze ein wenig anders aus. Wenn der Gleichstrom eingeschaltet wird (ob gewollt oder nicht), verkrampfen die stromdurchflossenen Muskeln einmal kurz und erschlaffen dann wieder. Häufig führt dies bereits dazu, daß der Kontakt zu der Spannungsquelle unterbrochen wird, da man durch die Muskelzuckungen fortgeschleudert wird. Beim Ende des Stromflusses sind auch wieder Bedingungen gegeben, die zu einer Muskelverkrampfung führen, daher gibt es beim Abschalten auch noch einmal einen kurzen Krampf. Während der Strom aber konstant fliesst, ist ein Loslassen unabhängig von der Stromstärke immer möglich. Beim Gleichstrom hat man von daher nur Messungen gemacht, ab welcher Stromstärke freiwillige Versuchspersonen nicht mehr bereit sind, die Krämpfe beim Ein- und Ausschalten hinzunehmen, und der Versuch daher beendet wurde. Diese Stromstärke liegt bei ca. 75mA, also bereits deutlich höher als die Loslassstromstärke beim Wechselstrom.
Reiner Gleichstrom ist aber im Gegensatz zu Wechselstrom i.d.R. nicht in der Lage, ein Kammerflimmern oder gar einen Herzstillstand zu verursachen (dies kann nur dann geschehen, wenn das Ein-/Abschalten des Stroms genau in die sogenannte "vulnerable Phase" des Herzschlags kurz vor Beginn der Diastole fällt, aber selbst dann ist es relativ unwahrscheinlich), daher sind tödliche Unfälle mit reinem Gleichstrom ziemlich unwahrscheinlich (selbst bei höheren Spannungen von mehreren 100V).
Anders sieht es mit technischem Gleichstrom aus, der noch eine gewisse Welligkeit besitzt. Dieser setzt sich im Prinzip aus einem reinen Gleichstrom und einem Wechselstrom zusammen, und diese beiden Ströme kann man im Hinblick auf ihre physiologische Wirkung getrennt betrachten. Ein aus Wechselspannung durch eine einfache Diode ohne Glättung gewonnener pulsierender Gleichstrom ist sicherlich nicht wesentlich weniger gefährlich als der Wechselstrom.
Eine andere Wirkung, die unabhängig von der Art des Stromes immer auftritt, ist die thermische Wirkung des Stroms. Diese ist jedoch relativ selten tödlich, nur bei Hochspannungsunfällen ist sie eine häufige Todesart. Dabei ist zu beachten, daß damit nicht nur äussere Verbrennungen gemeint sind. Ein Stromopfer kann äusserlich relativ unverletzt sein, während das Körperinnere regelrecht verkocht ist. Auch z.B. das bei Hochspannungsunfällen häufig auftretende Nierenversagen hängt mit diesen Effekten zusammen. Äussere Verbrennungen entstehen meistens durch Lichtbögen, die vor allem bei Mittel- und Hochspannungsunfällen häufig entstehen.
Zum Spielen eignen sich mit 1mW (CD-Player) bis 10mW (CD-Brenner) infrarot strahlende (und damit nur sinnvoll mit einer Videokamera erkennbare) Laserdioden oder mit 1mW (Laserpointer) bis 25mW (DVD-Brenner) sichtbar rot strahlende Laserdioden (wobei solche mit 635nm 4 mal heller erscheinen als solche mit 670nm gleicher Leistung). Aber behandelt die Dioden vorsichtig, sie gehen durch elektrostatische Entladung in Nanosekunden kaputt (Vor dem Ausbauen oberhalb der Platine einen blanken Draht ein paar mal um die 3 Pins wickeln, erst nach dem Einbau wieder entfernen). Ab einem bestimmten Strom beginnen die Dioden zu leuchten, ab einem höheren Strom zu lasern und bei noch höherem Strom gehen sie schlagartig kaputt und werden zur teuren LED. Leider weiss man nicht wie weit man den Strom aufdrehen darf weil die Herstellungsschwankungen locker 1:5 betragen (schaut mal in so ein Datenblatt). Die maximal zulässige Leistung ist nicht ganz leicht zu bestimmen. Man erhöht dazu den Strom und misst dabei die Lichtleistung. Ab einem bestimmten Strom treten so genannte "Kinks" auf, d.h. die Lichtleistung ändert sich sprunghaft. Von da an reduziert man den Strom wieder auf z.B. 70%. Wenn man die Diode nicht riskieren will, nimmt man eine Photodiode wie BPW33, lässt einen Laser gleicher Wellenlänge bekannter Leistung komplett darauf scheinen und vergleicht den Photostrom mit dem warmgelaufenen einzustellenden Laser. Echte Laserpowermeter sind kalibriert und vermeiden zusätzlich Streulicht und Spiegelung. Da kalte und alte Laserdioden in der Leistung nachlassen, haben alle Laserdioden eine Photodiode eingebaut, mit der man den Strom so regeln kann, das die Helligkeit gleich bleibt, was auch jeder CD-Player aber nicht jeder Laserpointer tut. Leider ist auch der Photostrom kein absoluter Messwert, sondern schwankt je nach Exemplar um 1:4 so dass ein Einstellen per (Selbstbau-)Laserpowermeter nicht zu vermeiden ist. Daher lohnt sich unbedingt der Kauf von fertigen Lasermodulen mit bereits justierter Regelelektronik, passender Laserdiode und ordentlich montierter und justierter Linse. Denn der Laserstrahl ist ohne Optik absolut nicht gebündelt, sondern divergiert um 30 Grad in der horizontalen und 10 Grad in der vertikalen, ist also schlechter gebündelt als eng abstrahlende LEDs. Mit einer Linse (wie im CD-Player) kann man ihn fokussieren, will man einen auf grosser Länge gleichdicken runden Strahl braucht man schon 2 justierbare Linsen, und die Mechanik bekommt man kaum besser und billiger hin als in fertigen Modulen. Wenn das aus irgendwelchen hoffentlich wirklich guten Gründen nicht geht, gibt es die Regelschaltungen auch einzeln überall wo es Laserdioden gibt, aber wenn man den Strahl schnell ein- und ausschalten (modulieren) will, z.B. um Daten zu übertragen, braucht man spezielle (eben modulierbare) Lasermodule bzw. Regelschaltungen. Einen Strahl hoher Qualität (konstante Wellenlänge, kein Modensprung, hohe Kohärenzlänge, holographietauglich) bieten einige Laserdioden wenn man die Chiptemperatur per Peltier konstant hält und den Strom komplett rauschfrei (da ist eine Batterie besser als ein Spannungsregler) durch die Diode schickt.
Laser(module) gibt es z.B. bei:
Und wer Musik in schlechter Qualität über Lichtleiter senden will nimmt 60-280-49 von http://www.elv.de/ oder aus Funkamateur 4/2008 http://www.sander-electronic.de/bs0006.html, für gute Qualität wandelt man A/D auf Senderseite und D/A auf Empfängerseite mit klassischen DigitalAudiochips (Cirrus Logic) und überträgt digital (z.B. im Standardformat S/P DIF).
Laserentfernungsmesser nutzen 2 Oszillatoren G1 und G2 mit um 0.1% unterschiedlicher Frequenz, dabei werden ein mal beide Signale direkt gemischt, und ein mal ein Signal direkt und das andere verzögert über die Laserstrecke gemischt, was eine um den Faktor 1000 geringere Frequenz ergibt, dann gleichgerichtet und per AM Demodulation die Hüllkurve gebildet, die nun die Phasenverschiebung ebenfalls um den Faktor 1000 wiedergibt, was problemlos ir einem uC an den Signalen a und b abtastbar ist. Der wesentliche Trick liegt eher darin, die Verstärkung der Laserstrecke so hin zu bekommen, daß die Signale dieselbe Amplitude haben, und für grössere Entfernung auch noch mal mit anderen Frequenzen zu messen.
Oszillator Mischer Demodulator +----------------------R--+--R--+--|>|--+--+--a | | ^ R C | +-------------------R--+--R--+-------+--+-----+ | | | +--(---Laserstrecke----R--+--R--+--|>|--+--+--b | | | | ^ R C | | +-------------------R--+--R--+-------+--+-----+ | | | G1 G2 | | | | GNDGND GND
Für das von BlueTooth verwendete CVSD (continuously variable slope delta) Modulations-Verfahren gibt es haufenweise Chips (MC34115, CMX639, HC55564), ansonsten geht ADPCM noch recht einfach. Zur Datenübertragung gibt es viele Vorschläge
allerdings kostet seit 1.2.2014 jede BlueTooth Lösung Gebühren, auch diejenigen die bisher fertig lizensierte Module verwendeten, die Regeln eines Privatkonsortiums haben eben nicht den Bestand von Gesetzesregelungen: http://www.mikrocontroller.net/topic/117960#3503122
Der Benzinstand im Auto wird mit Schwimmer gemessen, der über einen Hebel den Schleifer eines Potis um einige Grad bewegt. Man kann auch einen Draht (bewusst kein temperaturunabhängiges Konstantan, sondern eher Kanthal mit höherem Widerstand) von oben nach unten durch den Tank laufen lassen, ein mal den Widerstand messen, dann erneut mit hohem Stromfluss messen, da der Teil im Wasser gekühlt wird, ist die Widerstandserhoehung proportional zum Wasserstand. Man kann auch einen Drucksensor als hydrostatischen Füllstands- sensor im Tank versenken, wie http://www.tecson.de/partikel.htm oder oben im Tankverschluss einen Ultraschallentfernungsmesser drankalten.
Von: Hans-Joachim Koch
Von: Mario Ruetti 1999
(Zusammenfassung des Threads)
Von: Michael Linnemann 1999
Ein konkreter Vorschlag (den ich hier schon ein paar mal breitgetreten habe...) ist eine kapazitive Sonde. Die besteht aus zwei i.A. zylindrischen Elektroden (z.B. zwei Kupferrohre unterschiedlichen Durchmessers), von denen die dünnere in der dickeren steckt, um einen Zylinderkondensator zu bilden. Beide werden durch Abstandshalter voneinander getrennt und sind zusätzlich durch Lack isoliert, um genau die evtl. vorhandene Leitfähigkeit des Wassers etc. aus der Messung rauszuhalten.
Der Trick ist, dass das Wasser in den Zwischenraum zwischen den Elektroden eindringt und die Kapazität der Anordnung ändert. Man erhält also eine Parallelschaltung aus einem Zylinderkondensator der Länge l-h (mit l als Gesamtlänge und h als Fullhöhe) und der Dielektrizitätszahl 1, und einem der Länge h und der Dielektrizitätszahl 81 (die von Wasser). Und zur Auswertung
Mein Vorschlag wäre: Schau dir Applikationsbeispiele für den 555-Timer an, und such dir eine Schaltung raus, die mit deinem Sensor (Selbstbau, Ehrensache) Ausgangsfrequenzen im hörbaren Bereich verspricht. Häng einen Kopfhörer dran und probier es aus! Ziel auf einen "mittleren" Frequenzbereich (1kHz), denn du wirst das Ziel womöglich gehörig verfehlen, und dann willst du wissen wo du gelandet bist. Wenn du so weit bist, dass eine brauchbare Frequenz rauskommt, kannst du die direkt an deinen Mikrocontroller verfüttern, um die Frequenz zu messen.
Von: MaWin 1999
Mach's doch so wie alle: Druck messen. Ein Schlauch (unten angeschlossen, nach oben führend) voller Luft, oben ein fertiger Druckmesser dran. Wenn's billig sein soll und Schaltstufen reichen, bau eine Druckdose aus einer Waschmaschine aus.
Von: Oliver Betz 2000
Bei langfristiger Anwendung wird der Schlauch mit der Zeit voller Wasser sein, denn "ganz dicht" ist schwierig. Deshalb mit einer kleinen (Membran-) Pumpe wenig (!) Luft in den Schlauch pumpen, so daß unten Bläschen rausblubbern. Das wird z.B. industriell im Ex-Bereich (Benzintank usw.) eingesetzt.
Von: Rafael Deliano 1999
Oder einfach die Schachtel mit dem Sensor auf Grund senken. Es gibt z.B. von Siemens (für 75 EUR allerdings) hübsche Piezosensoren mit korrosionsfester Metallmembran. Könnte man wohl mit einigen ICs als 4-20mA beschalten. Temperaturempfindlichkeit des Sensors problematisch, wenn der Behälter flach ist. Dann müsste man den Temperaturfühler auch noch beschalten. Druck ist nicht so billig wie kapazitiv, macht aber weniger Überraschungen.
Ultraschall gäbs auch noch. Entweder von Grund zur Oberfläche (Flüssigkeit ist für Ultraschall günstiger als Luft) oder durch Luft von oben zur Oberfläche (Weniger Probleme mit Korrosion, Dichtigkeit). Man kann sich jedoch ekelhafte Probleme durch Mehrfachechos von Seitenwänden holen. Zudem nicht billig und schaltungstechnisch aufwendig. Je niedriger die Frequenz, je weiter kommt man. Bei 40kHz nur 20m, bei 1kHz gar durch Staub hindurch. Die Ultraschalllaufzeit ist temperaturabhängig, man muss also kompensieren.
Von: ? 1999
Rad auf Achse lagern und an dieser ein Drehpotentiometer oder einen digitalen Drehgeber befestigen. über das Rad eine Schnur füren, an welcher ein Schwimmer und ein Gegengewicht befestigt ist.
Bodenfeuchte geht auch je nach Eintauchtiefe in leitfähigen Flüssigkeiten:
> Den Prof angesprochen, dass man sich da nichts vorstellen kann, antwortete der:
> "Ich auch nicht. Habe ich Ihnen gesagt, sie sollen sich darunter was vorstellen?"
> Deswegen hier meine Frage: Was kann man sich darunter vorstellen?
Von: Bernd Langmann
Wenn du an eine Leitung eine Spannung anlegst, welcher Strom fliesst dann im ersten Moment? Die Spannungsquelle kann ja wegen der endlichen Ausbreitungsgeschwindgkeit des Lichts nicht wissen, was sich am hinteren Ende der Leitung befindet. Der Strom wird also zunächst nur durch die Parameter der Leitung (Induktivität, Kapazität) bestimmt, der Proportionalitätsfaktor zwischen Spannung und Strom ist der Wellenwiderstand oder die Impedanz des Kabels. Nun läuft eine Welle mit dem Spannungssprung durch die Leitung, nicht ganz mit Lichtgeschwindigkeit, etwas langsamer (Verkürzungsfaktor), bis zum Ende. Je nach Leitungsabschluss wird dann eine positive oder negative Welle reflektiert (oder keine) und erst wenn das sich ausgleicht, fliesst der Strom entsprechend "richtig".
Für Hochfrequenzanwendungen wird man versuchen, die rücklaufende Welle zu vermeiden, indem man den Abschlusswiderstand gleich gross wie die Leitungsimpedanz macht. Da man sich aber nicht sicher sein kann, das es keine rücklaufende Welle gibt, muss man auch den Ausgangswiderstand der Quelle an den Wellenwiderstand es Kabels anpassen, um wenigstens dort die Reflektion zu unterdrücken.
____________________
Ausgang --50R---____________________---+-- Eingang
50R Leitung | |
| 50R
| |
GND GND
Früher gab es 60 Ohm Koaxialkabel und 240 Ohm Antennenleitungen, dann hat man sich aus technischen Gründen im professionallen Bereich, vor allem bei Sendern, für 50 Ohm entschieden (die Impedanz eines Lambda/4 Stabes mit 4 abwärtsgewandten Lambda/4 Radials als Hf-Ground) damit man maximale Leistung über das Kabel transportieren kann, und beim Empfang 'zu Hause' für 75 Ohm (die Impedanz einer Lambda/2 Dipol Antenne, leider mit Balun von symmetrisch zu asymmetrisch zu transformieren), weil dort die Verluste am niedrigsten sind, zumindest wenn man Luft als Dielektrikum nutzen würde. Die normalen 2-adrigen Leitungen (Telefon, Klingeldraht, Flachbandleitung) haben um 120 Ohm.
Auch eine Antenne ist nichts anderes als ein Impedanzwandler von den 50 Ohm des Sendeantennenkabels auf die 377 Ohm des freien Raums. Ein gefalteter Lambda/2 Dipol hat 300 Ohm und für Fernsehempfang geeignete grosse Bandbreite und wird oft mit Yagi-Direktoren/Reflektoren versehen.
Von: Oliver Bartels 1999
1. Vor-/Rücklaufende Welle:
Strom kann in beide Richtungen fliessen, und kann auch an beiden Enden eines Kabels eingespeist werden. Ganz einfaches Beispiel: Wenn ich einen kleinen Akku an das eine Ende vom Kabel hänge, und eine Birne an das andere Ende, wird Energie aus dem Akku in die Birne transferiert, sie leuchtet. Ersetze ich nun die Birne durch ein Ladegerät, so wird der Akku geladen, es fliesst Energie zurück vom Ladegerät in den Akku. Das ist eine Binsenweisheit, gilt aber auch für Wechselspannungen und für Hochfrequenz. Die Energie kann in beide Richtungen fliessen.
2. Wellenwiderstand:
Ein am einen Ende der Leitung angelegtes Signal ist nicht unendlich schnell am anderen Ende, es braucht seine Zeit. Warum? Was ist denn das wesentliche an einem Leiter: Elektronen, die sich in gewissen Grenzen frei bewegen können (sog. Leitungsband nahe am Valenzband). Nun "schubsen" die Elektronen sich aber nicht gegenseitig, sondern stossen sich sogar ab, weil allesamt negativ geladen. Ausserdem sind sie sehr langsam, wer es nachrechnet, wird feststellen, dass die Dinger bei Gleichstrom sich im Kupferkabel in der Geschwindigkeitsregion Meter/Minute (sic!) bewegen. Was da schnell ist (das Einschalten der Lampe dauert keine Minute ...) sind also nicht die Elektronen, sondern das Feld. Die Elektronen führen nur das Feld am Leiter, die Energie selber steckt im Feld! Das Feld ist das gleiche wie das für das Licht, nämlich das elektromagnetische, ergo breitet sich so eine Welle maximal mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Was passiert dabei: Die Ladungsverschiebung baut ein Magnetfeld auf (das will die Physik so), das sich ändernde Magnetfeld baut wieder ein elektrisches Feld auf, dass sich anfänglich dem ursprünglichen Feld entgegenstemmt. Deshalb braucht es etwas länger, bis das Signal sich ausbreitet. Abhängig vom Dielektrikum des Kabels kann es kürzer oder länger dauern, bis sich das elektrische Feld aufgebaut hat, weil da u.U. im Material zwischen den Leitern noch ein paar Elektronen oder gar Moleküle mit Ihrer trägen Masse verschoben oder gedreht werden wollen (Polarisation).
Man kann diesen Vorgang nun durch ein Modell nachbilden, bei dem ein Bauteil, dass gerne steigenden Strömen Spannungen entgegenstellt, nämlich eine Induktivität, mit einem anderen Bauteil, das auch etwas Zeit braucht, bis es geladen ist (d.h. in ihm sich das Feld aufgebaut hat), nämlich einem Kondensator, verknüpft. Der Kondensator hängt dabei parallel zu den Polen der Quelle, die Induktivität davor in Serie. Um das Modell nun genauer zu machen, hängt man mehrere solcher Teil-Modelle hintereinander und lässt am Ende deren Zahl gegen unendlich gehen. Dafür muss man natürlich die Induktivitäts- und Kapazitätswerte durch die Anzahl der Teilmodelle teilen, und wenn es um unendlich kleine Grössen geht, ist die Infinitesimalrechnung das Mittel der Wahl.
Und die zeigt nun (hier ohne Nachweis, füllt mehrere Buchseiten), das eine Quelle dann keine Induktivitäts- oder Kapazitäts- werte mehr sieht (also nur noch einen realen Widerstand), wenn die Leitung mit einem realen Widerstand Z abgeschlossen ist, der die Grösse (ohne reale Widerstandbeläge) Z = sqrt (L'/C') hat. Optimal funktioniert die Energieübertragung dann, wenn die Quelle denselben Innenwiderstand hat, man kann aber auch mit Leitungen solche Innenwiderstände transformieren (sic!).
3. Stehwellen:
(habt Ihr das alle vergessen ;-)
Wenn die Leitung nicht mit einem solchen realen Widerstand abgeschlossen ist, bleibt irgendwo in der Leitung Energie im Feld stecken (quasi bezahlt und nicht abgeholt ;-), und die führt zu einem rücklaufenden Strom (Woher weiss der Strom, in welche Richtung er fliesst: Wie beim Akku, wenn z.B. bei positiver Spannung Strom in den Pluspol reinfliesst, ist die Quelle keine Quelle, sondern eine Senke ;-), da wir es aber hier mit Feldern zu tun haben, gibt es eine rücklaufende Welle. Diese Reflexion findet im Modell an der Stelle statt, an der sich die Diskontinuität befindet, also an der sich entweder der Wellenwiderstand ändert (z.B. Stecker!) oder der Abschlusswiderstand nicht gleich dem Wellenwiderstand ist. Auch dieses Signal braucht wieder seine Zeit zurück bis zur Quelle.
Bei richtiger HF (also nicht zittrigem Gleichstrom ;-) hat aber in der Zeit, in der der Strom einmal über das Kabel läuft, dieser schon einige Mal seine Richtung geändert, d.h. die Wellenlänge ist kurz gegenüber der Kabellänge. Jetzt wird klar, warum das Kabel in Teilstücken gerechnet werden muss: An jeder Stelle ist eine andere Spannung vorhanden und eine andere Stromrichtung!
Das Modell erlaubt es nun, die vor- und rücklaufenden Wellen zu addieren (d.h. Spannungen werden addiert, Ströme subtrahiert, laüft auf sogenannte Bilineartransformationen hinaus), das Ergebnis ist eine Interferenz dieser Wellen, die Stehwellen erzeugt. D.h. es gibt Stellen auf der Leitung, bei denen in Summe keine Spannung zu sehen ist, und solche, bei denen die doppelte Spannung zu sehen ist (Genauer muss man das eigentlich auch mit den Strömen rechnen, deshalb nimmt man normierte Wellen, weil beides bei HF so schlecht zu messen ist, das führt dann zu den s-Parametern und zu einem sündteuren Messgerät namens Networkanalyser. Billiger gehts mit der SWR- Messbrücke, die aber wieder nur die Hälfte anzeigt, die Phaseninfo fehlt ...).
Diese Stehwellen führen im günstigsten Fall zu merkwürdigen Effekten, im ungünstigsten Fall können sich so hohe Spannungen aufbauen, dass sich die Quelle auf französisch verabschiedet und den Reparaturetat belastet. Letzeres passiert gerne bei leistungsstarken Sendern, wenn z.B. ein Windstoss die Antenne "klaut" ...
4. Videosignal/75 Ohm Abschluss:
Wo diese Minima und Maxima liegen, ist frequenzabhängig. Und genau da liegt das Problem für das Videosignal: Eine schlecht angepasste Leitung beeinflusst das Videosignal in einer frequenzabhängigen Art und Weise, insbesondere bei hohen Frequenzanteilen (karierte Kleidung, kleine Schrift usw.)
Bei kurzen Kabeldistanzen würde das noch nicht viel ausmachen, bei langen Distanzen (3MHz entsprechen ca. 100m, 30MHz 10m Wellenlänge in Luft, aber verkürzt, da Kabel langsamer, um gut einen Faktor zwei bis drei (ungefähr sqrt(eps_r) für mu_r~=1), also bei einem Monitorkabel mit 100MHz nur noch z.B. 1m für eine komplette Welle mit beiden Polaritäten!). Man sieht, dass die Problematik bei Fernseh-Video noch nicht so gross ist, hingegen bei Computermonitoren je nach Zusammensetzung des Bildes bei schlechter Anpassung die schönsten Muster entstehen können, je nach Bild und Länge des Kabels!
5. Audio:
Bei Audio bringt das nichts, weil die Wellenlänge im km-Bereich liegt und zudem der reale Widerstand des Kabels im Modell signifikant wird (Z=sqrt((R'+i omega L')/(G'+i omega C') mit realen Belägen, da omega klein, wird R' signifikant, das mögen sich die HiFi-Kabel-Fritzen hinter die Ohren schreiben).
6. Merkregel, Buchempfehlung:
a.) Der Leitungswellenwiderstand ist das Verhältnis einer einzigen, in positiver Leitungsrichtung laufenden Spannungswelle zur damit verbundenen Stromwelle.
b.) Die Merkregel zu a.) stammt aus Hoffmann, Hochfrequenztechnik, Springer Verlag (ISBN 3-540-61667-5, auch wenn die ISBN nicht streng wissenschaftlich ist ;-)
7. Genauigkeit von Modellen:
Dieses Modell bedingt, dass die Leitung sich in etwa durch solche Teilstücke simulieren lässt. Das ist nicht selbstverständlich, weil Spulen Magnetfelder erzeugen, die auf andere Spulen wirken können und das auch tun (siehe Trafo), gleiches gilt für das elektrische Feld von Kondensatoren. Solange wie das modellierte Kabel halbwegs homogen ist, funktioniert das Modell aber ganz gut.
Andernfalls wird es sehr kompliziert, man muss dann eine echte 3D Feldberechnung anhand der (von Oliver Heaviside in die uns heute bekannte Form überführten) Maxwellschen Gleichungen durchführen, das geht mit FEM, FMM oder FDTD Simulatoren, die komplex zu bedienen und zumeist nicht ganz billig sind. Die Maxwellschen Gleichungen sind nette partielle Differentialgleichungen mit ersten Ableitungen von allen Feldkomponenten jeweils nach allen Raumdimensionen und der Zeit, ineinandergeschachtelt gibt das zweite Ableitungen und die MW-Gleichungen sind, ausser für einfache Fälle (Transversalwellen, einfachste Antennen und Kabel etc.) analytisch nicht lösbar. Selbst für eine schnöde Leiterbahn gibt es nur Schätzformeln, die sich rein von ihrer Grösse und Komplexität "gewaschen" haben.
Die Simulation ist aber nötig, weil solche inhomogenen Kabel auch Filter aller Art (eben Leitungsbauteile), aber auch Zirkulatoren oder Antennen sein können, ganz lustig wird es, wenn dann auch noch dielektrische Materialien mit seltsamen Eigenschaften dazukommen (geht hin bis zum magnetisch abstimmbaren YIG-Oszillator).
Von: Oliver Betz 2000
Die Newsgroup zum Thema: news:de.etc.beruf.selbstaendig
> Von der Idee zum Produkt
Ihr habt eine Schaltungsidee, und sogar schon einen Prototypen aufgebaut? Ihr glaubt, das sich das als Produkt verkaufen lässt? Nur zu, aber es gibt eine Menge Hürden, die für die etablierten Firmen alle kein Problem sind, nicht zuletzt die Handwerkskammern, für die so was in den Bereich "Elektrotechnisches Handwerk" fällt und die dazu einen Meistertitel oder Ingenieur sehen wollen, wenn man was von "Inbetriebnahme", "Installation", "Reparatur" auf die Gewerbeanmeldung geschrieben hat statt "entwickeln", "herstellen", "vertreiben" wofür die IHK zuständig wäre, produzieren geht immer im Rahmen eines Hilfsbetriebes.
DARF das Produkt verkauft werden? Verstösst es gegen keine Patente und hält es die Vorschriften ein und ist es im Sinne der Produkthaftung unbedenklich? Das ist schon schwer zu prüfen, aber ein batteriebetriebenes Gadget ohne spitze Kanten kann höchstens nicht-funktionieren. Nach IEC61508 und 61511 müssen für Geräte, die höchstens leichte Verletzung einer Person bzw. kleinere schädliche Umwelteinflüsse verursachen können, keine SIL-klassifizierten Teile verwenden werden. Bei netzbetriebenen Schaltungen sollte man die 230V~ im Steckernetzteil lassen, so lange dieses möglich ist, das erspart eine Menge Probleme. Sobald etwas funkt, an die Telefonleitung oder im Auto eingebaut wird, werden die Vorschriften zur Wissenschaft.
KANN das Produkt sinnvoll hergestellt werden? Manch einer hat eine Idee, die sich dann aber als zu teuer in der Fertigung herausstellt. Massenproduktion senkt die Herstellungskosten immens, aber die Investitionen sind auch nicht ohne. Und die meisten wollen garantierte Abnahmemengen, bevor sie sich auf gute Preise einlassen. Diese Garantie darf man natürlich nie geben, sondern nur für das was man sich gerade leisten kann. Ein kommerzielles Produkt benötigt ein ordentliches Plastikgehäuse, ab einer bestimmten Stückzahl wird man das im Spritzguss anfertigen lassen. Wer nach Preisen fragt, kommt mit Aluformen für einige tausend Spritzgussvorgänge aus, und braucht keine Stahlformen für 500000 Schüsse, ausserdem könnten Formen noch mal aufgearbeitet werden, bei glasfaserverstärktem Kunststoff ist das nach 5000 Vorgängen eh nötig. Bei wenigen Exemplaren gibt es verschiedene Methoden zur Herstellung von Prototypen http://www.cp-gmbh.de/ . Wechselformplatten für ein gemietetes/zurückgegebenes/mehrfachverwendetes Stammwerkzeug (http://www.hasco.com/) sind recht preisgünstig, wenn nicht gehärtet wird und die Oberflächen keine Struktur oder hochglanzpoliert werden sollen kommt man mit 1000 EUR hin. Oberflächen kosten Geld, hochglanz 600 EUR, geätzt Lederoptik 450 EUR, bei Kleingehäusen, natürlich je nach Grösse. Spritzgussform ohne Einleger kostet so um 3000 EUR, mit 2 Einlegern, z.B. Messinggewindebuchsen http://www.kvt-fastening.de/produkte/marken/tappex/ oder 2 Schiebern für Hinterschneidungen schon 5000 EUR. Man besorge sich eine Stammform komplett mit Führungen die zur Spritzgussmaschine der benötigten Grösse passt, die kann man beim nächsten Projekt wiederverwenden wenn man geschickt ist (es gibut halt immer mehr Löcher für die Auswerfer), lasse die obere und untere Formplatte per CNC (fräsen und erodieren) herstellen, aus Aluminium falls man nur wenige tausend braucht sonst aus Stahl, setze die Formplatte mit Angussdüse und den benötigten Auswerfern in die Stammform ein und montiere Kühlflüssigkeitsnippel (falls benötigt, für 100 Schüsse in PP, PA und bedingt ABS geht's notfalls langsamer ohne Kühlung) wie verlangt in internationaler oder anderer Norm http://www.rectus-regional-sued.de/index.php/Schnellkupplungen_formenkuehlung.html dann kann eine Firma die Kunststoffteile auf ihren Maschinen herstellen, dabei rechnet man mit 80-120 Hüben/Stunde bei Maschinenstundenpreisen von 20-50 EUR (Dumpingpreise auch mal 10 EUR/h) bei bekanntem Materialverbrauch für je nach Kunststoffsorte 1 bis 5 EUR/kg und lasse sich nicht Material für Angussnippel bei fehlender Heissdüse in Rechnung stellen, die werden wieder eingemahlen. Mit Rüstzeit können 1000 handliche Gehäuse also schon mal 1000 EUR kosten, (zusätzlich zur Form), eine bestückte gedruckte Leiterplatte, ein gedrucktes Manual und einen ordentlichen Karton, ein CE-Bapperl und eine EAN-Nummer, und bei all den Dingen muss man 1000, besser 5000 Stück auf ein Mal abnehmen, damit die Preise interessant werden. Handarbeit ist bei geringen Stückzahlen gar nicht mal so teuer, ihr glaubt nicht wie schnell man 100 Platinen bestückt, in ein Gehäuse eingebaut, in einen Karton gesteckt, in Folie eingeschweisst und auf eine Palette gestapelt hat, man braucht dazu mit Übung nur 1 Tag und ein Tauchlötbad mit Drahtabschneider. Bei Handbestückung werden bei passender Arbeitsumgebung bloss 3 Sekunden pro Bauteil angesetzt. Ihr könnt also selbst ausrechnen, wie viel Gewinn bei 'nur 3,5 cent/Bauteil' dem Bestücker bleibt. Für SMD Hühnerfutter sind 0,5 cent/Bauteil ausreichend, das wird schliesslich automatisch platziert, allerdings sind die Einrichtungskosten erheblich. In China fällt ein DVD-Player für 7 Euro mit Verpackung vom Band.
KENNST du die nötigen Leute? Wer nicht schon Abnehmer und Lieferanten kennt, bekommt schlechtere Konditionen oder gar keinen Fuss in die Tür. Nicht umsonst lebt dieses Land von Beziehungen und Bestechungen. Und das ist uch kein Wunder, denn wenn du dir selbst überlegst, mit wem du Geschäfte machen möchtest, denkst du auch zunächst an Freunde und Bekannte, obwohl du weisst, das die nicht unbedingt die Allerbilligsten oder Allerbesten sind, aber man weiss bei ihnen wenigstens, was man hat, und hofft, nicht total beschissen zu werden.
WIRD das Produkt den Kunden erreichen? Herstellen alleine genügt nicht, das Produkt muss auch an den Mann gebracht werden, und ihr ahnt nicht, wie schwer es ist, einen Karton in die Regale grosser Handelsketten zu bekommen. Ohne Bestechung (aka Regalfläche mieten) geht da eigentlich gar nichts. Glücklicherweise ist der Vertrieb seit dem Online Shop im Internet wesentlich einfacher geworden, aber manche Produkte müssen halt im Einzelhandel unter die Leute gebracht werden. Und Werbung ist noch ein ganz anderes Kapitel. Einfacher ist es, wenn man Zulieferer ist, und man den Abnehmer schon kennt, dafür verdient man dabei auch weniger weil man vom Abnehmer abhängig ist.
HÄLT das Produkt, was es verspricht? Ausfälle und Reklamationen sind teuer. So lange sie nur am Gewinn zehren, geht das noch, aber es kann anfangen, mehr Geld zu kosten, als die ganze Sache ursprünglich eingebracht hat. Erst Recht, wenn Anwälte und Gerichte ins Spiel kommen. Warum stecken in vielen kommerziellen Geräten mehr Bauteile, als in der Application Note des Herstellers? Warum werden bestimmte Bauteile verbaut, andere (bessere, billigere) aber nicht? Das hat meist etwas mit der Erfahrung der anderen Anbieter zu tun. Sie ergänzen die Schaltung, damit sie zuverlässig funktioniert, sie meiden Bauteile, die für Ausfälle oder Beschaffungsprobleme bekannt sind. All das weisst du nicht. Insofern lohnt es sich immer, ein ähnlich geartetes Gerät der Konkurrenz zu kaufen, und die darin verwendeten Bauteile und Methoden zu übernehmen, solange nichts dagegen spricht.
Prüffirmen bieten für sicherheitskritische SIL/ASIL Anwendungen FMEDA Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis nach IEC61508, IEC61800-5-2, IEC62061, ISO13849-1 und ISO26262 an, für weniger kritisches FMEA mit dem eine Abschätzung der Zuverlässigkeit nach IEC 62380 (RDF 2000 UTE C 80-810) oder SN29500, IEC61705, FIDES-Guide gegeben werden kann.
Patente stören weniger als man denkt, denn die meisten Schaltungstricks sind schon alt und die Patente lange lange ausgelaufen. Bekommt man Ärger, lohnen sich eigene Patente, die man zum Tausch anbieten kann. Das ist letztlich auch der einzige Anwendungszweck für ein eigenes Patent, denn zum Schutz vor Konkurrenten sind die eigentlich untauglich: Die Anmeldung ist ohne 5000 EUR Patentanwalt unmöglich, 18 Jahre Gebühren kosten ebenso viel, doch wenn man sich die Kosten der 3 Gerichtsverfahren zum Streitwert nicht leisten kann, muss man das Patent erst gar nicht anmelden, man könnte es eh nicht einklagen.
Sollte ein Unternehmensberater also lediglich auf die steuerlichen Aspekte eingehen, schmeisst ihn gleich wieder raus. Denkt allerdings als Freiberufler an die Betriebshaftpflicht, denn ohne GmbH seid ihr voll haftbar, nicht nur bei Vorsatz (dann hilft auch keine Haftpflicht). Eine 1 Mio Versicherung kostet ca. 1500 EUR im Jahr. Orientiert euch, was es als einzelbetriebliche Förderung in eurer Region gibt, da kann der Staat schon mal 65% des Investitionsvolumens wegsubventionieren, wenn der Bürgermeister einen mag.
Wenn man keinen eigenen Betriebsstandort hat, sondern die Tätigkeiten beim Kunden ausführt, entfallen schon mal GEZ und Abfall (denn Gewerbeabfälle sind nicht im Haushaltsmüll mit drin) mit der Gewerbeabfallverordnung, die nicht nur Mülltrennung vorsieht, sondern auch Nachweispflicht dafür bedingt.
Als Chef ist man nicht versichert, aber so bald man Mitarbeiter einstellt, ist die BG Berufsgenossenschaft als Versicherer Pflicht und schreibt dir manches zur sicheren Arbeitsumgebung vor. Als Handwerker hat man ein Problem mit Meisterpflicht, aber wer industriell Teile herstellt (CNC) ist da raus. Als Modellbauer unterliegt man keiner Kammerpflicht.
Die Mindestausrüstung einer Werkstatt für Elektrotechnik nach ZVEH mit einem Prüfplatz nach DIN EN 50191 (VDE 0104)
von: Chris D.
Die IHK bietet einen Lotsendienst, pensionierte Manager/Unternehmer die ehrenamtlich einen Blick auf dein Unternehmen (oder die Idee) werfen und Tipps geben. Das ist besser als jeder Unternehmensberater, denn die haben nie ein Unternehmen geführt sondern wollen nur Geld machen.
Entscheidend ist, was man in der Gewerbeanmeldung angibt, das sollte ausreichend handwerksfern (nicht: Fernseher-Reparatur) sein, z.B.: § 2 - Gegenstand des Unternehmens - Der Gegenstand des Unternehmens ist - die Entwicklung elektronischer Baugruppen und Geräte der Rundfunk- und Nachrichtentechnik - Leiterplattenlayout - Aufbau von Mustern und Prototypen - Projektierungs- und Beratungsleistungen auf den Gebieten der Rundfunk- und Nachrichtentechnik. oder - Dienstleistungen im Bereich elektronischer Baugruppen - Handel mit Elektronikkomponenten/Waren aller Art ausgenommen Erlaubnispflichtigen
Meldet sich jemand von der HWK Handwerkskammer, hilft es nachzufragen, in welcher Ausbildungsbeschreibung seiner Stände denn deine Tätigkeiten, wie: "Layout von Leiterplatten" oder: "Entwicklung von Programmen in der Sprache C" vorkommt.
Als Dienstleister aufzutreten ist prinzipiell gut, die fallen weder unter IHK noch HWK.
1) FA will erstmal nur, dass Du Dich registrierst und monatlich Deine
2) Zuersteinmal will die IHK kein Geld sehen (Grundbeitrag üblicherweise erst
3) Gewerbeanmeldung kostet hier einen Zehner - nur aufpassen, dass Du
4) RoHS ist geschenkt, CE-Zert. kannst Du Dir sparen, wenn Du Dir sicher
5) Steuerberater benötigst Du am Anfang nicht, es sei denn Du machst direkt
6) Wenn Du eigene Produkte verscherbelst benötigst Du natürlich eine
Ein englisches eBook:
Von: superK 21.1.12
Ich sehe die UG für Absolventen die Startups gründen um ihre Innovationen an den Mann zu bringen gerade zu als Bestmittel! Wo sonst kann man anders als Technologieträger z.B. seine Software oder Hardware verkaufen? Etwa als Einzelperson??? - Vor allem können so steuerliche Vorteile genutzt werden, auch wenn man zu Anfangs nicht die großen Umsätze einfährt.
Sollte das Geschäft laufen, wird sowieso automatisch eine GmbH daraus nach dem man seine 25T zusammengeschäffelt hat. (25% des Jahresgewinns müssen als Stammkapital eingezahlt werden bis man die 25T erreicht hat).
Trick 17: bei 12500 einfach die Firma liquidieren und eine GmbH mit 12500 Stammkapital gründen, da eine UG nicht wie sonst üblich bei 12500 zur GmbH wird sondern wirklich erst ab 25T.
Haften tut übrigens auch eine UG mit 25.000 falls das Kapital keine 25T schwer ist, haften die Gesellschafter ergänzend mit ihrem Privatvermögen.
Ein Vorteil ist die steuerliche Toleranz seitens der Finanzämter. Eine Überweisung der USt.VA ist nicht sofort nach Rechnungserhalt nötig, sondern kann bei erhalt des Rechnungsbetrages überwiesen werden.
Ich kann die UG als Rechtsform für Startups nur empfehlen!!!
Hier übrigens eine kleine Schritt für Schritt Übersicht der Kosten und Behördengänge:
1. Stammkapital (bspw. und auch sinnvoll mind. 1000) auf ein Konto einzahlen (ggf. eigenes Konto mit Guthaben von mind. 1000 vorweislich bereit halten).
2. Termin mit Notar zwecks Gesellschaftervertrag und Gründung einer UG Vereinbaren
3. Zum Termin mit dem Notar den Kontoauszug mitbringen wo das Stammkapital sich befindet.
3a. Gründungskosten im Gesellschaftervertrag auf max. 1/10 des Stammkapitals festsetzten (mehr ist nicht erlaubt... also im Falle von 1000 = 100)
3b. Gegenstand der Gesellschaft bspw.: Vertrieb von Software und Softwareentwicklung als Dienstleistung
3c. ggf den Gesellschaftervertrag einer GmbH als Vorlage benutzen wenn es mehr als einen Gesellschafter gibt.
4. Nach Erhalt des Gesellschaftervertrags bzw. einer Kopie des Notars zur Bank gehen und ein Geschäftskundenkonto auf Namen der UG "in Gründung" eröffnen.
5. Notar erledigt Handelsregister Anmeldung und IHK Anfrage ob das in Ordnung geht oder ob Einwände bestehen.
6. Stammkapital auf das Konto einzahlen
7. UNBEDINGT EINEN STEUERBERATER/IN SUCHEN UND MIT IHM/IHR: - Die Gewerbliche Steuer/Ust. Anmeldung der UG fürs Finanzamt ausfüllen - Die Eröffnungsbilanz der UG machen und ans Finanzamt senden - Basics für die Buchhaltung erklären lassen z.b. wenn ich ein PC kaufe für 1001 im Namen der UG, da man dann direkt insolvent ist da der Einkauf das aktuelle Stammkapital überschritten hat! Man muss vorher angeben mit was man diesen Invest bezahlen will!! UNBEDINGT VOM Steuerberater erklären lassen!!! - Ordnerstruktur und Konten für Einkäufe/Verkäufe
8. Nach erhalt der Ust/St ID kann die Geschäftstätigkeit beginnen. (diese könnte auch vorher beginnen aber erst nach der Anmeldung der UG beim Handelsregister greift die beschränkte Haftung!!)
Gründungskosten: Notar mit Gesellschaftervertrag (bspw. 2 Personen und erweiterter Vertrag) = 480 Anmeldung beim Handelsregister + Bundesanzeiger = 150 + 1 Eröffnungsbilanz = 100 (ggf. aushandeln)
Laufende Kosten: monatlich: Steuerberater zwecks Belege und Ust voranmeldungen. 50 jährlich: Jahresabschluss + Bilanz + etc.: 600 - 1000
Der Wert vom Materialbestand, Halb- und Fertigware muß aus steuerrechtlichen Gründen jährlich durch Inventur erfaßt werden, wurden Teile unterschiedlicher Beschaffungen gemischt muss der niedrigste Einkaufspreis genommen werden (das ist sogar von Vorteil weil es in der Bilanz nicht gewinnerhöhend wirkt). Man kann nur wertvolle Teile (z.B. Stückpreis > 10 EUR oder Lagerwert > 1000 EUR) zählen und Kleinteile schätzen z.B. durch wiegen. Dabei ist sogar Mittelwertbildung möglich, d.h. es wurden Bauteile gekauft zu einem mittleren Preis von 1 ct und Gewicht von 1g die alle in einem Regal liegen und der Regalinhalt wiegt 25kg, dann kann man steuerlich 250 EUR ansetzen. Ob die Schraube letztlich wertlos ist weil man sie nie braucht, oder 10 EUR wert ist weil man sie sonst so aufwändig einzeln beschaffen müsste, zeigt, daß der wahre Wert des Lagerbestandes sowieso nicht berechenbar ist. Man kann bei Lagern mit vielen kleinen Plätzen auch eine kontinuierliche Inventur machen, d.h. Z.B. Bei jedem Nulldurchgang (Fach leer) wird gezählt, was einfach ist. Am Jahresende bleiben dann nur noch die Fächer ohne Nulldurchgang übrig, die man sich eh genauer anschauen sollte. Davon hat man zu viel im Bestand.
Von: Rafael Deliano 1999
> Gefühl für Elektronik-Preise
Dass man sich alle Fakten nicht aus dem Finger saugen kann ist klar, aber auf Gefühl sollte man sich nicht verlassen.
> Automobilbereich
Immer im Auge behalten, dass "einfache" Schaltungen, dort nicht mehr einfach sind. Die Teile sollen erweiterten Temperaturbereich haben (nicht immer billig, nicht immer handelsüblich), die Aufbauten sollen vibrationsfest, korrosionsfest sein. Es gibt spezielle EMV-Anforderungen für Abstrahlung, seit sie ABS, Funktelefone usw. haben. Das Bordnetz ist bekannt schmutzig, man muss also auch störfest sein. Alles in der Entwicklungsphase raussuchen, Liefersperre vom Kunden während der Fertigungsphase kann für kleine Firmen der Ruin sein. Pfuschen ist für Grossfirmen eben leichter. Kunden habe ferner scharfe Stichprobenprüfungspläne. Einige Nieten können zu Rücksendungen ganzer Lieferungen führen (= Lieferausfall, teuer). D.h. kosteneffektive und gute Testbarkeit berücksichtigen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei hohen Stückzahlen Ausfälle durch Bauteilstreuung oder Lötfehler nicht mehr durch Reparatur so nebenbei zu beheben sind, es sind dann einfach zu viele Boards die man bearbeiten müsste. Niemand kann im Prüffeld eine chinesische Armee aufbauen um solche Fehler zu suchen und wem nicht klar ist, warum man die Baugruppen nicht wegwerfen kann, dem kann ich das gerne separat erläutern. Also Optimierung von Schaltung und Layout dahingehend frühzeitig ernsthaft betreiben.
Von: soul eye 27.12.2013
Die Ausschußquoten liegen im einstelligen Prozentbereich, manuelle Nacharbeit ist nicht zulässig. Kalkulatorischer Vorhalt sind 5%, diese deutlich zu unterbieten steht jedoch in der Zielvereinbarung jedes Werksleiters.
> Stückzahlen 1...3 Mio/a.
Real oder Vertriebsprognose? Meine Erfahrung: Inschinöre schätzen um Faktor 2, echte Vertriebsleute um Faktor 4 - 10 zu hoch, wenn es um zu erwartende Stückzahlen für ein Produkt geht, das die Firma bisher nicht produziert hat.
> Aber wie bekommt man die zu erwartenden Preise in den Griff?
- Im Rechner der Distributoren stehen bekanntlich Preise bis 100 St als Listenpreise. Oberhalb 1k wirds recht schnell Verhandlungssache. Wobei der Kunde die besten Karten hat, der über längere Jahre hohe Stückzahlen bei dem Distributor gekauft hat. D.h. ein neues, unbekanntes Unternehmen kriegt hohe Preise genannt, kalkuliert dementsprechend teuer, fliegt bei Ausschreibung sofort raus.
- Da der Wechselkurs oft in den Preis eingeht (Distributor fragen, wie er abrechnet), kann es interessant sein Wechselkurse über die Jahre bezüglich bestimmter Währungen zu beobachten. Von Katastrofen abgesehen, gibt es immer Trends die ein paar Jahre halten. Man hat schliesslich die freie Wahl, ob man als Controller einen Japaner oder Amerikaner oder Europäer einbaut.
- Lieferfähigkeit ist während der Produktionsphase wichtiger als der Preis (sieht jeder erst ein wenn's zu spät ist). Manche Mengen kann man nicht vom Lager der verschiedenen Distributoren zusammentelefonieren. Auch mündliche Zusagen der Distributoren über Lieferfähigkeit sind wertlos, nach einem halben Jahr erinnert sich da niemand mehr dran. Aber andererseits will niemand langfristige Lieferverträge mit Distributoren abschliessen. Wenn die Fertigung schleppend hochfährt, oder die Stückzahlprognose zu hoch lag oder die ewig fleissigen Entwickler das Teil schon wieder rausdesigned haben kriegt man Teile, die man nicht braucht, und soll sie zahlen. Die Lieferverträge decken manchmal das Währungsrisiko ab, hängt aber oft ab was im Detail vereinbart wurde.
Wenn man sich ohne langfristige Verträge bei Halbleitern durchmogeln muss:
- second source verfügbar? Heute oft kaum noch möglich das zu berücksichtigen. Upgrades funktioniert oft noch: d.h. OP mit Standardpinning immer durch anderen, besseren ersetzbar.
- Reputation des Bauteilherstellers bezüglich Lieferfähigkeit beachten. Einige sind berüchtigt: Motorola, Maxim ...
- Unbekannte Hersteller die über Preis in einen Markt eindringen wollen, aber praktisch noch nichts fertigen oder verkaufen sind auch verdächtig. Sie gehen so schnell wie sie kommen.
- Bei Distributoren anfragen welche Stückzahlen er ab Lager liefern könnte. Hohe verfügbare Menge deutet auf viele design-ins hin und das Teil sollte damit gängig sein.
- Zu alte oder zu neue Teile meiden. Alte, exotische Teile (vor 1990) werden oft abgekündigt, weil der Hersteller die Fertigungslinie abbaut. Bei neuen Teilen sammelt er oft schon Bestellung, kriegt die Fertigung aber nicht so schnell hoch wie er meint. Rückstau zwangsläufig, kleinster Kunde hat geringste Priorität.
Für kleine Firmen sind die hohen Stückzahlen oft eher eine Einladung sich das Genick zu brechen, als eine lukrative Gelegenheit.
Von: Rafael Deliano 1999
>> Lieferfähigkeit ... wichtiger als der Preis
> ... Diesen Punkt hätte ich beinahe aus den Augen verloren.
Man kann auch sagen warum: wenn geliefert wird, kommt Zahlung rein. Ob das Produkt statt ein wenig Gewinn, ein wenig Miese macht, merkt man selbst oft erst beim Nachrechnen. Die Bank jedenfalls merkt nichts. Wenn jedoch wegen Lieferunfähigkeit keine Zahlung kommt, wird die Bank nervös und knipst einem oft vorschnell das Licht aus.
>> (ca. 1 kB ROM, ca. 200 Byte RAM)
Ein derartiger Controller (20 Pins) wie der 68HC707J1A kostet bei 1k als OTP nur noch 1.20 EUR. Die Variante KJ1A (16 Pin) als OTP bei 1k -.80 EUR ist bei grösseren Stückzahlen (500k) unter -.45 EUR. (Das sind Preise die Future mal veröffentlichte) ROMs sind nochmal billiger, aber die Stückzahlen ab denen sie der Hersteller annimmt sind dementsprechend hoch. Offensichtlich sind Typen wo man die Fertigung mit OTPs hochfahren kann und erst wenn alles stabil ist auf ROM wechselt empfehlenswert.
> kundenspezifischen ASIC
Wie oben gesehen ist gegen Standardcontroller vom Preis nicht viel zu holen. CPLDs sind teuer und brauchen viel Strom, Gate Arrays sind nicht so änderungsfreudig wie Software und es dauert oft Monate bis die Samples kommen. Ich hab vor 10 Jahren mal ein kleines gemacht: 50% der Zeit ging drauf das Programm für den Tester zu schreiben ...
5 Punkte gäb's noch um am Preis für hohe Stückzahlen zu bohren:
- Für simple Anwendungen ist 8 Bit oft überdimensioniert. 4 Bit CPUs werden speziell für Preiskriege immer noch gemacht. Hauptsächlich Japaner. Aber z.B. in Deutschland (Eching/Heilbronn Fertigung in Frankreich) MARC4 von Atmel/Temic. Einige Teile auch OTPs. Einsatz z.B. mit Transpondern in KFZ-Schliessanlagen (Temic gehörte mal Daimler-Benz). Wenn man beim Distributor fragt, wird man meist abgewimmelt. Besagt aber nichts, die Teile werden hauptsächlich für einen Kundenkreis, der nicht bei Distributor kauft, gefertigt. Besser direkt beim Hersteller bohren.
- bipolare Analogschaltungen kann man mit Zetex als "analoge" GateArrays fertigen, braucht allerdings Stückzahlen (10k/Jahr?). Auf dem Chip sind NPN, (lausige) PNP, Widerstände, kleine Kondensatoren. Man zahlt nur eine Metallisierungsmaske. Die Standard-ICs die Zetex selbst anbietet basieren alle auf diesen vorgefertigten Arrays. War bei vielen Produkten von Ferranti und Exar genauso. Hat den Vorteil, dass die Parameterstreuung ständig kontrolliert wird und das Ausgangsprodukt billig ist. Zum Entwickeln gibts DIL-IC-Kits die die Transistoren enthalten. So kann man Breadboards aufbauen. Ferner gibts die Transistordaten in PSPICE-Format, man kann also auch MonteCarlo-Analyse machen (konnt man bei Ferranti damals noch nicht).
- Leiterplatten aus Fernost in FR1/FR2 und einlagig sind billiger. Die Sorte wird in Deutschland zwar kaum noch produziert, aber immer noch von vielen Firmen bei preiskritischen Produkten verwendet. Technisch ist es nötig das Layout (Leiterbahnbreite, Lötaugendurchmesser) sorgfaltig abzustimmen, wegen der schlechteren Haftfestigkeit des Kupfers. Man kriegt auch einfache SMD-Schaltungen drauf. Als Material gibt es die "echten schlechten" braunen aus Fernost, aber auch das gelbliche, plastikartige FR3-Material das z.B. auch für Posttelefone eingesetzt werden durfte und in Europa noch produziert wird. Vorher abklären wie es in der Anwendung um Anforderung an Flammschutz, Aufquellen bei Feuchtigkeit, mechanischer Festigkeit aussieht. Bei grossen Boards (Netzteilen) verzieht sich FR1 beim Schwallen oft unschön oder hängt bei Trafos durch.
Wenn man weiches Leiterplattenmaterial hat, muss man die Boards auch nicht mehr bohren sondern kann Stanzwerkzeug (allerdings grösserer Lochdurchmesser) machen, was bei hohen Stückzahlen sinnvoll sein kann.
- Lieber mehr als weniger herumtelefonieren, wenn Teile teuer und der Markt uneinheitlich ist. Trifft besonders für elektromechanische Teile und ähnliche Exoten zu. Ich brauchte unlängst einen 600:600 Ohm Übertrager ohne weitere Anforderungen. Erste Anruf an Haufe/Deutschland: die wollten 5 EUR. Weiter zu Consar, der amerikanische Trafos für Modems führt. Kompakte Teile, guter Qualität aus automatischer Fertigung, aber etwa 2 EUR. Verwendet wurde dann ein Teil aus Fernost das etwas über -.50 EUR kostet. Es ist keine Augenweide, funktioniert aber auch.
- Versuchen Probleme prinzipiell anders anzugehen, insbesondere in Software zu verlagern. Ich habe hier eine Leiterplatte mit einem kleinen Controller und einem bipolaren analogen Freisprech-IC (4 EUR) das zusätzlich einen Schwung kleiner Aluelkos benötigt. Da der Controller abgekündigt wurde, kommt ein etwas grösserer rein der zusätzlich A/D-Wandler und mehr Pins hat. Alles nicht benötigt, aber der Typ ist die preiswerteste Alternative in der Familie. Gleichzeitig werde ich versuchen das Freisprech-IC durch einen Analogschalter 4066 (0,10 EUR) zu ersetzen und den Controller die Schalterei machen zu lassen. Er kann sich durch die A/D-Wandler den Pegel in beiden Kanälen bestimmen und tut während des Sprechens ohnehin sonst nichts.
> "Entwickeln" kann man ja eigentlich nicht sagen, da das ja eh nur
> ein Zusammenstellen einiger hochintergrierter Chips ist.
Manch einer denkt, daß Seriengeräte nur nachgebaute ApplicationNotes sind.
Für industrielle Anwendung ist servicefreie Lebensdauer, also verbesserter Blitzschutz interessant.
die analoge Beschaltung kann oft deutliche Auswirkung auf die Fehlerhäufigkeit BER haben. Eher bei höheren Geschwindigkeiten ein Problem.
die analogen Telefonnetze in Europa sind nicht sonderlich kompatibel und daß es Zulassungstests besteht bedeutet nicht, daß es in der Praxis dann auch überall funktioniert. Z.B. innerhalb Nebenstellenanlagen.
einige (Modem-)Chipsätze hatten Macken. Rockwell z.B. manchmal nur Verbindungsaufbau zwischen Rockwell-Chips aber nicht zu anderen Modems. Auch der automatische Wechsel zwischen Geschwindigkeiten im Betrieb war früher oft problematisch.
D.h. "jeder" kann zwar ein bischen ein Modem bauen, aber nur spezialisierte Firmen mit KnowHow und geeigneten Meßgeräten können Produkte basteln die marktfähig sind. Ist in den meisten Branchen so.
Wer beim Aufkleben des CE-Bapperls Skrupel hat, ist als Unternehmer charakterlich ungeeignet.
Schlechte aber billige Fertigung von Foshan Lötstationen in China:
In Deutschland gibt es die Berufsgenossenschaft mit folgenden Anforderungen an einen Elektronikarbeitsplatz * Lötrauchabsaugung http://komnet.nrw.de/ccnxtg/frame/ccnxtg/danz?lid=DE&did=10145 * Beleuchtungsstärke bis 1500 Lux in Elektronikwerkstätten https://www.vbg.de/apl/tr/asr_a3_4/anh1.htm * Not-Aus-Schalter https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/arb_umw_schutz/nptu_arbeitsschutz/datein_gb_jan2011/elektro.pdf * Berufsgenossenschaft http://www.arbeitssicherheit.de/de/html/library/law/5005064,32,20060201
Von: Hardwareentwickler 03.04.2015
Du kannst meine Position haben. Ich habe nach 15 Jahren keine Lust mehr, weil das, was ich täglich tue, nichts mit dem zu tun hat, was ich eigentlich machen wollte.
Musst halt viel über aktuelle Bauteile wissen, Abkündigungen verfolgen und Dich mit dem Projektleiter rumärgern, der andauernd was Anderes will. Eagle kannst Du vergessen. Wir haben Mentor Expedition. Ansonsten musst Du mit Visio Schaltungen malen, die dann zum Zulieferer gehen, für externe Vergabe.
Ein Drittel der Arbeitszeit ist das Beschreiben der Schaltung mit Doors in Form von Requirement-Spec-Keys. Man beschreibt zudem, was man machen will, erstellt Kostenpläne und lässt es sich abzeichnen.
Ein Weiteres Drittel ist die umständliche spätere Änderung der Keys, weil wieder ein Knödelhops was Neues will. Dann muss man auch oft Doors-Probleme umschiffen.
Das dritte Drittel ist das Herumärgern mit der dämlichen und arroganten QM-Abteilung, die irgendwelche Rechtschreibfehler in den Zulassungsdokumenten bemängelt und Dich schikaniert.
Für das eigentliche Entwickeln bleibt keine Zeit mehr und wenn, dann ist es das permanente versteckte Arbeiten gegen die formellen Prozesse, damit doch was rauskommt.
Hardwareentwickler ist große Scheiße geworden in diesen Tagen!!!!!!!
Die folgenden Absätze betreffen nur gewerblich Handelnde. Wer nur Oma's Altgeräte oder seine ausrangierten Basteleien verkauft, keine nachhaltige Gewinnerzielungsabsicht (Als nicht nachhaltig auf Gewinn gerichtet gilt insbesondere eine Tätigkeit, die gegen geringes Entgelt erbracht wird, siehe https://www.gesetze-im-internet.de/schwarzarbg_2004/__1.html ) sondern nur Liebhaberei (Finanzamtsdeutsch) dahintersteht, braucht sie nicht zu beachten. Wer allerdings Bausätze für andere Modellbaufreunde anbietet, damit er die 100 zu viel gekauften Platinen wieder los wird, muß sich schon überlegen, ob das nicht gewerblich aufgefasst werden könnte. Die durch einige Musterurteile begründete Grenze liegt bei Einnahmen von 410 EUR und 5 Verkäufen auch von extra für den Verkauf angefertigten Gegenständen, unter denen es im Jahr als Hobby durchgeht, danach sollte man ein (Klein-)Gewerbe anmelden (was Rechnungsstellung, Steuernummer, Impressum, Rücknahme und Gewährleistung, AGB, WEEE, VerpackVerord umfasst) das bis 410 EUR/Monat von Krankenkassen/Rentenabgaben verschont bleibt, ab 17500 EUR/Jahr wird man umsatzsteuerpflichtig und erst ab 24500 EUR/Jahr sind Gewerbesteuern fällig (Zahlen ändern sich ggf. jedes Jahr). Verkäufe (z.B. Überbestände per eBay) bleiben steuerfrei, wenn der aus den privaten Veräußerungsgeschäften von Artikeln, die man weniger als 1 Jahr lang besessen hat, erzielte Gesamtgewinn im Kalenderjahr weniger als 600 Euro betragen hat (§ 23 Absatz 1 Satz 1 Nr. 2 § 23 Absatz 3 Satz 5 EStG), man zieht also von den Einnahmen jegliche Ausgaben ab, von Porto bis eBay-Gebühr und Einkaufspreisen, oder wartet 1 Jahr mit dem Wiederverkauf.
> CE
Jedes in Europa auf den Markt gebrachte Produkt muss den in seinem Bereich geltenden Richtlinien und Gesetzen genügen. Falls das Produkt unter eine oder mehrere dieser Richtlinien fällt
signalisiert der Inverkehrbringer (Inverkehrbringen liegt u.a. nicht vor wenn "ein Produkt einem Hersteller für weitere Vorgänge z.B. zur Montage, Verpackung, Verarbeitung oder Etikettierung überlassen wird", oder von einer Firmenniederlassung in eine andere transportiert wird, auch USA nach EU) die Einhaltung durch Aufkleben des CE-Zeichen, wozu er vom Hersteller eine Declaration of Conformity wie Prüfnachweise für LVD, EMC, RED für das Gerät benötigt, in der der Hersteller sagt, welche Normen und Anforderungen das Gerät erfüllt. Fällt das Gerät unter keine dieser Vorschriften, DARF es kein CE Zeichen tragen, also auch die fälschliche Anbringung kann rechtliche Probleme nach sich ziehen. Ein FI-Schalter trägt CE wegen der Niederspannungsrichtlinie die er einhält und muss dabei auch RoHS erfüllen. Ein uC-Development-Board ist ohne Stromversorgung EMV unrelevant und nicht Endbenutzereinbaubar, also kein CE-Zeichen. Ist es aber ein Lego Mindstorm, fällt es unter CE wegen Spielzeugrichtlinie und wird auch EMV erfüllen müssen weil Endbenutzerinstallierbar. Ein Funkmodul fällt unter RED 2014/53/EU und bekommt dewegen ein CE Bapperl auch ohne Gehäuse und Netzteil, Funk-Evaluation-Boards sind aber von ihr explizit ausgenommen. Ein Verstoss gegen §10 FTEG stellt eine Ordnungswidrigkeit dar. Gegen den Betroffenen kann in der Folge ein Bußgeld von bis zu 25.000 Euro verhängt werden."
Gerät (DIN VDE 0701-0702) oder Maschine (DIN VDE 0113 (EN 60204), 209-030, DIN-EN 61496-1, DIN-EN-ISO 13855, DIN-EN-ISO 13857) oder Apparat? Apparate haben keine Energiequelle ausser der Muskelkraft des Benutzers und fallen und keiner dieser Richtlinien ausser vielleicht der Spielzeugrichtlinie oder PSA. Erster Anhaltspunkt: Geräte kann man während des Betriebs herumtragen, sie haben meist einen Schukostecker, Maschinen stehen während des Betriebs fest, sind aber nicht unbedingt elektrisch fest installiert sondern haben manchmal auch Stecker. Eine Handbohrmaschine ist also ein Gerät. Auch im Bohrständer. Eine Tischbohrmaschine, die auf dem Tisch festgeschraubt ist, immer noch. Erst eine Standbohrmaschine, ein Bohrwerk, ist eine Maschine. Ein Sägewerk, bei dem die Säge auf Schienen den Baumstamm entlang fährt, ist fest installiert weil die Schienen liegen. Logisch ist das nicht.
Die für die CE-Kennzeichnung relevanten Richtlinien findest du hier:
Es geht bei den ganzen CE Richtlinien hauptsächlich um Personenschäden, aber auch um den Schutz von Haus- und Nutztieren und Sachwerten. In den Richtlinien werden Normen genannt. Eine Einhaltung der für das Produkt relevanten Normen bedeutet eine Erfüllung der Richtlinie, aber Normerfüllung ist freiwillig. Man verliert jedoch die Vermutungswirkung, und Prüfinstitute prüfen nach der konkreten Norm, nicht nach der Richtlinie. Harmonisierte Normen dienen also den Herstellern als Hilfestellung zur Risikoanalyse (IEC26262, IEC61508) und bei der Umsetzung der grundlegenden Anforderungen. Mitbewerber wenden sich bei Missstandsvermutung an die Bundesnetzagentur, deren Aussendienstmitarbeiter ggf. den Hersteller/Importeur aufsuchen, die Unterlagen sichten, überprüfen und Strafen wegen Ordnungswidrigkeiten verhängen. Man sollte also die für einen geltenden Vorschriften kennen und im Zweifel messen ob die eigenen Geräte sie einhalten, sonst kann man böse Überraschungen erleben. "Ist der Tatbestand des Inverkehrbringens von Geräten ohne CE-Kennzeichnung erfüllt, droht ein Bußgeld von bis zu 50000 Euro." (Bei Händlern als Ersttäter auf Grund von Nichtwissen sind ca. 1250 EUR fällig).
Das Produkthaftungsgesetz sollte man gelesen haben und auch BGB §823(2).
Produktsicherheitsgesetz § 39 Abs. 1 Nr. 6 und Abs. 2: "Bei Verstößen drohen dem Verpflichteten bei Vorsatz oder Fahrlässigkeit Bußgelder in Höhe von bis zu 10.000 Euro". Zum haftenden Hersteller wird man auch, wenn man einem Produkt den eigenen Markennamen aufklebt, oder es in die EU importiert, und wenn man als Lieferant nicht innerhalb 1 Monats den wahren Hersteller nennt.
Optimal ist es, ein Prüflabor zu beauftragen. Damit bekommt man dann eine "Expert Opinion" von einem "Notified Body". Damit ist man bestens gegen rechtliche Probleme gewappnet. Mehr kann man im Prinzip nicht tun.
Wer keine selbständig funktionierenden Endprodukte sondern nur Komponenten die nicht vom Endbenutzer zu installieren sind (Bauelemente) liefert, der muß CE Konformität nicht nachweisen, es ist bei Bauteilen sogar unzulässig ein CE-Zeichen aufzukleben. Mit dem CE-Zeichen darf nicht als Qualitätsmerkmal geworben werden.
Es ist ja auch unmöglich, bei nackten Platinen oder Bauteilen den Berührschutz etc. sicherzustellen, dennoch sind manche Produkte anders: Netzkabel, Trafos, PC-Einsteckkarten, obwohl ohne Gehäuse so ein Teil natürlich Abstrahlungen weit oberhalb der erlaubten Werte hat und ein CE Bapperl eigentlich Unsinn ist, aber es ist eben endbenutzerinstallierbar. Alle Teile müssen aber geeignet sein, die CE Richtlinien zu erfüllen, es gibt also keine Ausrede für zu geringe Sicherheitsabstände auf der Platine, Netzschalter mit einen µ (steht für Kontaktabstand > 3mm wenn ausgeschaltet) oder nicht UL94 genügende Unbrennbarkeit der Materialen, ein Käufer wäre zu Recht unzufrieden, er benötigt ja die Declaration of Conformity z.B. über die Unbrennbarkeit von Gehäusen, um entscheiden zu können, ob er das CE Zeichen aufkleben darf. Sonderanfertigungen erhalten/benötigen kein CE Zeichen, beispielsweise 3.8 MPG http://www.tuev-media.de/leseprob/lp_90227_inhalt.pdf
43 GradC ist DER allseits bekannte Grenzwert bei Geräten / Maschinen. Wird ein dauerhaft anzufassendes Teil (z.B. Handgriff) heißer als diese Temperatur, sind zusätzlich Schutzmassnahmen notwendig. Entweder von Herstellerseite oder die Betriebsanleitung schreibt eine "PSA" (persönliche Schutzausrüstung) vor, z.B. Handschuhe. Ein Lenkrad eines in der Sonne geparkten Autos wird problemlos über 43 GradC warm, leicht über 70. Die Grenztemperatur zum Berührungsschutz ist allgemein 65 GradC. EN ISO 13732-1 nennt 85 GradC bis 1 Sekunde und 60 GradC bis 1 Minute bei Kunststoffoberflächen.
In der DIN EN 60335-2-7; VDE 0700-7:2014-07 werden darüber hinaus Grenzwerte für zufällig berührbare heiße Oberflächen eingeführt, zum Schutz besonders schützenswerter Personen wie Kinder genannt.
Normen für die elektrische Sicherheit:
Beispiel für eine Konformitätserklärung;
Firmenkopf (Firmenbezeichnung und vollständige Anschrift) EG-Konformitätserklärung nach EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG, Anhang II A Hiermit erklären wir, dass die nachstehende Maschine Maschinenbezeichnung, Typ, Seriennummer, Handelsbezeichnung den einschlägigen Bestimmungen folgender Richtlinien entspricht: Maschinenrichtlinie 2006/42/EG EMV-Richtlinie 2004/108/EG . Angewandte harmonisierte Normen: EN ISO 12100 EN 1010-1 EN 1010-2 EN 1010-3 EN 1010-4 EN 1010-5 EN ISO 13849-1 EN 60204-1 . Angewandte nationale Normen und technische Spezifikationen: .. Bevollmächtigter für die Zusammenstellung der technischen Unterlagen: H. Steller, Anschrift Musterstadt, 29.12.2012 H. Mustermann, Geschäftsführer
Eine Leuchte sollte aufführen RoHS-Richtlinie 2011/65/EU EMV-Richtlinie 2014/30/EU Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU Produktsicherheit-Richtlinie 2001/95/EG Leuchtennorm EN 60598
Selbst für die Bedienungsanleitung für Endverbraucher gibt es eine Norm, die DIN EN 82079, mit gewissen Defiziten, aber zumindest grundlegend richtigem: http://www.itl.eu/fileadmin/media/docs/infopool_veroeffentlichungen/2015/itl_Fachmagazin_2015_Sonderausgabe_Dokunorm.pdf
Auch Metallbauer haben nach DIN EN 1090-1 ihre Produkte in EXC1 bis EXC4 einzustufen, ab EXC2, für Tragwerke aus Stahl und Aluminium wie Geländer und Treppen im öffentlichen Bereich, dürfen nur von einer nachgewiesen dazu ausgebildeten Fachkraft geschweisst werden, damit keine Materialermüdung die Statik ruiniert, und dieses per CE-Zeichen kundgetan werden wenn mehr als ein Einzelstück, CE betrifft also nicht nur Elektronik.
> Niederspannungsrichtlinie
Sie gilt erst für "elektrische Betriebsmittel zur Verwendung bei einer Nennspannung zwischen 50 und 1000 V für Wechselstrom und zwischen 75 und 1500 V für Gleichstrom", also nicht für Elektronik an Kleinspannung. Wer seine Bastelei also nicht mit 230V~ verbindet sondern über Batterie oder ein fertiges CE konformes Steckernetzteil versorgt, der hat mit der Niederspannungsrichtlinie nichts zu tun. Dennoch könnten solche Geräte ein CE Zeichen benötigen, beispielsweise weil sie unter die EMV-Richtlinie fallen oder als Spielzeug anzusehen sind. Wer seine Steckernetzteile europaweit ausliefern will, muss eine Beschreibung in jeder europäischen Sprache (auch gälisch, maltesisch und litauisch) beilegen, einen Firmennamen mit Kontaktadresse aufkleben und eine Risiko-Analyse und -Bewertung muss im vorgeschriebenen Stil in der Declaration of Conformity Dokumentation abgeheftet sein.
> EMV
Nicht jedes elektronische Gerät fällt unter EMV Vorschriften, viele sind aufgrund ihrer Beschaffenheit hinsichtlich EMV unkritisch (nur eine Glühbirne drin) oder sind für eine ortsfeste Installation vorgesehen, oder sind Funkgeräte, die früher unter R&TTE-Funkgeräterichtlinie 1999/5/EU fielen, heute unter RED 2014/53/EU .
Man kann sehr viel schon durch passende Auslegung machen: kurze Leitungen, schon fallen viele Dinge der 61000-6-1/-2/-3/-4 raus, kleine Spannungen, schon war's das mit der LVD Niederspannungsrichtlinie, nichts mit Funk, niedriger Takt, schon Messungen nicht mehr bis 6GHz sondern nur bis 1GHz.
Wenn das Gerät unter EMV fällt, sind folgende Vorschriften einzuhalten:
Prüflabore: http://www.ce-lab.de/ (80 EUR/Stunde, sonst sind eher 130 für Labor+Prüfer üblich und 150-200 ist teuer) und http://www.reichl-emv.de/ und http://www.emc-test.de/ und http://www.emtest.de/ sowie http://www.emv-labor-schuhwerk.de/ .
ESD dauert etwa 1h, Freifeld etwa 1-2h, Surge etwa 1-4h, Burst zwischen 1-4h. Prüfungen sind besonders teuer, wenn es um selbstgebautes GSM oder ähnliches geht, weil dann die Basisstation simuliert werden muss, das kann bis 10000 EUR kosten, ein uC mit fertigem GSM Modul liegt bei CETECOM bei 400 EUR. Eine komplette Marktfähigkeitsprüfung erledigt inzwischen:
Ab dem 20.04.2016 muss für das CE-Zeichen ein Nachweis der Risikoanalyse nach der Maschinen- und Niederspannungsrichtlinie (wenn jeweils relevant) erbracht werden. Ebenso muss nach der EMV-Richtlinie (wenn relevant) eine Nachweis über die geforderten Messungen erbracht werden.
Wer selber messen will (ohne Abschirmkammer eh bloss Grenzwerte abschätzbar):
Risikoanalyse sagt es schon, die ISO9001 soll es sicherstellen, daß immer dieselbe Qualität produziert wird. Agile Methoden wie Scrum, Kanban, Kaizen, Lean können das prinzipbedingt nicht liefern, Six Sigma DMAIC (define, measure, analyze, control, improve) liegt näher an ISO9001, im seriösen Umfeld gilt DO-178, V-Modell XT und IEEE 12207 falls es um den ganzen SW Lifecykle geht. Die DIN EN 61508 ("SIL-Norm") verlangt daher für sicherheitsgerichtete Funktionen die Wasserfall oder V-Modell Methode bei der Entwicklung.
Wenn in der Konformitätserklärung die DIN EN 60204-1 genannt ist, muß davon ausgegangen werden, daß die Erstprüfung nach BGV A3 / DGUV A3 / TRBS2131 erfolgt ist, sie ist ja Bestandteil der Norm.
Beispiel: Schneeräumgerät mit elektrischem Motor:
Beispiel CNC Fräse
Für die Elektrische Ausrüstung von Maschinen ist in der EN 60204-1:2006 (VDE 0113-1), in Abschnitt 6.4.1 festgelegt, dass eine Seite des Stromkreises oder ein Punkt der Energiequelle des PELV-Stromkreises an das Schutzleitersystem angeschlossen werden muss.
> Zoll
Wer gewerblich importiert/exportiert hat mit dem Zoll zu tun und beantragt eine EORI-Nummer mit obenstehendem Formular. In einigen Bereichen gilt das Reverse Charge Verfahren für die Umsatzsteuer, bei Integrierten Schaltungen ab 5000 Eur, d.h. der Lieferant stellt dem gewerblichen Kunden keine MWSt. in Rechnung, und der Kunde, der sowieso eine monatliche Umsatzsteuervoranmeldung abgibt und gegenrechnet, hat sie - soweit nicht ausgeglichen - an das Finanzamt abzuführen. Kennt der Absender die Regelung nicht, reicht dem Finanzamt auch ein Trackingnachweis des Transportunternehmens.
> UL
Im Gegensatz zu CE in Europa ist UL in den USA kein gesetzlicher Zwang, wird aber von vielen Kunden als Sicherheitskriterium verlangt. Damit ein Produkt die UL Prüfung in einem der Underwriter Laboratories besteht, sollten alle sicherheitsrelevanten Bauteile UL listed sein. Per Steckernetzteil oder Batterie betriebene Geräte sind vor allem dann nicht UL relevant, wenn die Leistung sowieso nicht ausreicht um einen Brand zu verursachen (unter 200mA Strom im Fehlerfall bei Kleinspannung). Letztlich legt UL fest, welche Bestandteile der Schaltung sicherheitsrelevant sind, aber wo Netzspannung anliegt kann man davon ausgehen. Das betrifft also die Leiterplatte (Category Code ZPMV2 Wiring, Printed - Component), Schalter, Steckverbindungen, Netzzuleitung, Trafo, Optokoppler oder X und Y Kondensatoren. Bei normalen Bauteilen und Gehäusen gilt UL94 (Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Applications) als ausreichend, die wird von IC Herstellern normalerweise in einem Sammeldokument belegt. Letztlich muß der Hersteller der Leiterplatte für genau diesen Typ (also z.B. Epoxy doppelseitig durchkontaktiert) UL zertifiziert sein, sich regelmässig prüfen lassen und darf dann das UL-Zeichen mit seinem Herstellerzeichen und dem Fertigungsdatum aufdrucken (dafür sollte man auf der Platine also Platz lassen), und ebenso der Fertiger der Baugruppe und der Hersteller der das Produkt in Verkehr bringt. Mit bestandener UL kommt das Produkt bei einer FCC (Funktechnik) oder FDA (Medizintechnik) Prüfung auch schneller durch. Da in den USA der Importeur haftet, möchte der oft eine FCC Compliance (EMV) Prüfung sehen, die von einem FCC zertifizierten Labor (auch in Deutschland) gemacht wurde.
Die FCC sagt, Schaltungen von denen privat nicht mehr als 5 Stück gebaut werden sind ausgenommen von den Regelungen, Bausätze aber nicht. Der Markt fuer Spezialitaeten ist demzufolge ausgetrocknet.
> CSA
Von: Sapperlot 27.10.2016
In Kanada muss Elektronik CSA zerifiziert sein. Das bedeutet Tests machen. Keine Selbstdeklaration, man muss fuer die Tests auch happig abdruecken.
> ISO9001
Die ISO9001 will im Kern sicherstellen, daß deine Produkte stets dieselbe Qualität haben (ob hohe oder niedrige ist dabei egal). Dazu gibt es verschiedene Methoden. Selbst wenn man sich nicht zertifizieren lässt (was bei Kleinbetrieben sowieso nicht geht weil die ISO mindestens 4 Mitarbeiter fordert die nicht dieselbe Person sein dürfen, nämlich Geschäftsführer, Qualitätsmanager der an Geschäftsleitung berichtet, ISO9000ff Beauftragter der an den Qualitätsmanager berichtet und derjenige dessen Arbeit nach ISO9000ff zu überwachen ist) ist es sinnvoll, sich über die Qualitätssicherung Gedanken zu machen, damit z.B. bei der Softwareentwicklung nicht dersselbe Bug zum zweiten mal gefixt werden muß, oder einem bei Zulieferung keine Fälschungen untergejubelt werden. Viele schlechte Umsetzungen erfordern allerdings hohen zusätzlichen Arbeitsaufwand, nur wenn es vollautomatisiert (und damit auch automatisch protokolliert) umgesetzt wurde, ist es gut gelungen. Bei Medizinprodukten unterliegt schon der Entwicklungsprozess der ISO 13485. Selbst bei Einhaltung der ISO9000ff von Zulieferern obliegt das Risiko von Produktfehlern dem Inverkehrbringer.
> RoHS ElektroStoffV
Haushaltsgroßgeräte, Haushaltskleingeräte, Geräte der Informations- und Telekommunikationstechnik, Geräte der Unterhaltungselektronik, Beleuchtungskörper, elektrische und elektronische Werkzeuge, Spielzeug sowie Sport- und Freizeitgeräte, medizinische Geräte (In-Vitro ab 2016), nichtindustrielle Überwachungs- und Kontrollinstrumente, Überwachungs- und Kontrollinstrumente in der Industrie (ab 2017), automatische Ausgabegeräte, sonstige Elektro- und Elektronikgeräte die nicht unter die Nummern 1 bis 10 fallen (ab 2019) und mit bis zu 1000V~ oder 1500V= betrieben werden, ausser Geräte, die für den Schutz der wesentlichen Sicherheitsinteressen der Bundesrepublik Deutschland erforderlich sind (einschließlich Waffen, Munition und Wehrmaterial für militärische Zwecke, Ausrüstungsgegenstände für einen Einsatz im Weltraum, Geräte, die speziell als Teil eines anderen, von dieser Verordnung ausgenommenen oder nicht in den Geltungsbereich dieser Verordnung fallenden Gerätetyps konzipiert sind und installiert werden sollen und ihre Funktion nur als Teil dieses Geräts erfüllen können und oder nur durch gleichartige Geräte ersetzt werden können), ortsfeste industrielle Großwerkzeuge, ortsfeste Großanlagen, Verkehrsmittel zur Personen- oder Güterbeförderung (mit Ausnahme von elektrisch angetriebenen Zweirad-Fahrzeugen, die nicht typgenehmigt sind), bewegliche Maschinen, aktive, implantierbare medizinische Geräte, Photovoltaikmodule die zur Verwendung in einem System bestimmt sind das zum ständigen Betrieb an einem festen Ort zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie für öffentliche, kommerzielle, industrielle und private Anwendungen von Fachpersonal entworfen, zusammengesetzt und installiert wurde und Geräte, die ausschließlich zu Zwecken der Forschung und Entwicklung entworfen wurden und nur auf zwischenbetrieblicher Ebene bereitgestellt werden, dürfen nicht mehr als 0.1 Gewichtsprozent Blei, Quecksilber, sechswertiges Chrom, polybromiertes Biphenyl (PBB) oder polybromierte Diphenylether (PBDE) je homogenen Werkstoff oder 0.01 Gewichtsprozent Cadmium je homogenen Werkstoff enthalten. (Das gilt übrigens auch für Anstrichfarben und Lacke, es ist also nicht nur die Elektronikbranche betroffen). Lassen Sie sich von JEDEM Zulieferer bestätigen daß seine Artikel keine Substanzen aus folgender Liste enthalten oder die jeweiligen Maximalmengen in % nennen
Dafür bekommen sie eine EG-Konformitätserklärung in deutscher und englischer Sprache und ein CE-Zeichen entweder auf dem Gerät, der Verpackung oder den beigelegten Unterlagen, die Unterlagen sind 10 Jahre aufzuheben. Der Hersteller muss sicherstellen, dass seine Elektro- und Elektronikgeräte zur Identifikation eine Typen-, Chargen- oder Seriennummer oder ein anderes Kennzeichen und seinen Namen, eingetragene Firma oder eingetragene Markennamen tragen.
Schwarz und gelb chromatierte Metallteile (Schrauben, Bleche) sind also durch ihren Chrom 6 Anteil nicht mehr zulässig in Elektronik und Automobilbau, wenn die Cr(VI)-Konzentration der Oberfläche über 0,1µg/cm² liegt.
Viele Metalle (Legierungen für Automatenzerspanbarkeit von Alu und Stahl) enthielten Blei und sind nicht mehr zulässig. Wenn man "Automatenstahl" liest, sollte man also klären, welche Legierung damit genau gemeint ist, mit Blei (verboten) oder Mangan (erlaubt).
Ausnahme ist Cadmium (oder Cadmiumoxid) in Kontakten von Relais und Schaltern: http://www.therelaycompany.com/materials.php (Relaiskontaktmaterialienarten) die Ausnahme für CdS in LDR scheint am 31.12.2013 ausgelaufen zu sein: http://www.element14.com/community/servlet/JiveServlet/download/65345-5-138797/Exemption%20List%20June%202014%20ERA.docx aber LDR altern eh und sind daher als Messinstrument kaum geeignet (mussten früher alle 2 Jahre nachkalibriert werden).
RoHS gilt nur für Produkte innerhalb der angegebenen Kategorien, die vom 01. Juli 2006 an 'in Verkehr gebracht' werden. Experimentelle Konstruktionen und Prototypen sind davon ausgenommen, da sie nicht als in Verkehr gebracht gelten.
Da RoHS für jede mechanisch separierbare homogene Stoffmenge gilt, sind schon Anschlusspins eines Chips den es nicht als RoHS gibt ein Problem, das aber spezielle Dienstleister durch Austausch der Kontaktoberfläche lösen können. Zur Analyse gibt es Massenspektrometer die per Laserstrahl kleine Stoffmengen verdampfen und analysieren können.
Seit 1.1.2013 müssen an US-Börsen notierte AGs und deren Tochterunternehmen jährlich vollständige, "gewissenhaft" recherchierte und ggf. auditierte Berichte zur Verwendung von Ta, Au und Sn bereitstellen. Der Nachweis ist eher schwierig und muss an die Zulieferer weitergereicht werden. Wer also etwas an Mercedes/VW/Siemens liefern will, sollte sich vorsehen.
> WEEE
Ab März 2006 muss Elektronikschrott von den Herstellern zurückgenommen und entsorgt werden. Europaweit http://www.weee-forum.org/members_list.htm und in Deutschland ist die http://www.stiftung-ear.de/ zuständig. In der Schweiz heisst die vorgezogene Recyclinggebühr seit 1998 VREG und ist supereinfach: 0.15 EUR pro Gerät < 0.25 kg, 0.40 EUR pro Gerät < 5 kG, KEINE Gebühren, KEINE Mitgliedschaften und KEINE Containerlotterie.
Ab Juli 2016 muss der Schrott auch von jedem Händler zurückgenommen werden der mehr als 400m2 Verkaufsfläche hat, für Versandhändler müssen Annahmestellen in zumutbarer Nähe zum Kunden geschaffen werden, also so 10000 in Deutschland, und wer ins europäische Ausland liefert, muss in jedem Land eine Zweigstelle gründen. Das ist ein praktisches Handelsverbot für alle kleiner als Metro und MediaMarkt und ein eklatanter Verstoss gegen europäische Gedanken.
Directive 2012/19/EU on WEEE aims to prevent or reduce the negative environmental effects resulting from the generation and management of WEEE and from resource use. The WEEE Directive does not pose any ban in sales and does not forbid the sales of EEE from one Member State to another Member State. Producers placing EEE on the market of the Member States have some obligations to fulfill. For example:1.According to Article 12 of the Directive, all producers of EEE (as they are defined in Article 3(1)(f)), including those who sell EEE by means of distance communication directly to the users, shall provide at least for the financing of the collection, treatment, recovery and environmentally sound disposal of WEEE from private households that has been deposited at collection facilities. According to Article 16 of the Directive all producers of EEE (including those who sell EEE by means of distance communication directly to the users) shall be registered in the Member State that they sell to. This means that if a producer sells to more than one Member State he shall be registered to each register in the Member State that he sells to. Where producers supplying EEE by means of distance communication are not registered in the Member State that they are selling to, they shall be registered through their authorised representative as referred to in Article 17(2) of the Directive. These obligations apply to all producers irrespective of the amount of sales of the producer (big companies/companies with massive sales or smaller companies)"
Das neue ElektroG bringt für Hersteller ohne Niederlassung in Deutschland weitreichende Veränderungen mit sich. Diese können selbst nicht mehr registriert werden bzw. bleiben. Betroffene, bereits registrierte Hersteller ohne Niederlassung in Deutschland können eine Niederlassung in Deutschland einrichten oder einen Bevollmächtigten mit Niederlassung in Deutschland beauftragen und diesen gegenüber der Stiftung EAR benennen. Dies muss innerhalb von 6 Monaten nach Inkrafttreten des ElektroG geschehen.
Die möglichen Kosten für ein Einzelgerät sind immens und übersteigen den mit dem Verkauf zu erzielenden Gewinn bei Weitem. Damit entspricht die Regelung einem faktischen Exportverbot in andere europäische Länder (aber nicht in den aussereuropäischen Raum), denn man muss sich in jedem EU Land für die dort in Verkehr gebrachten Geräte anmelden und für CE eine Bedienungsanleitung in Landessprache beilegen. Wer vor der Stiftung EAR einen Feststellungsantrag stellt in dem die Stiftung einem verbindlich bescheinigt, daß man von den Regelungen des ElektroG nicht betroffen ist (z.B. als Anbieter eines anderen europäischen Landes der einen Artikel nach Deutschland liefern will), soll alleine für dessen Bearbeitung 400-800 EUR zahlen. Auch wer wenig produziert, bekommt eventuell einen Container an Elektronikschrott zur Entsorgung aufgedrückt. Zur Entsorgung können sich viele Kleinanbieter zusammenschliessen, die Anmeldung muss jedoch jeder selbst durchführen und bezahlen. Bei Kleinmengen unter 30kg bzw. 300kg (je nach Produktart) im Jahr reicht inzwischen die Anmeldegebühr von 200 EUR. Hier sogar bis 1 Tonne:
Man kann die Stiftung verklagen weil sie im Sinne des § 78 Abs. 1 Nr. 1 VwGO. passiv prozessführungsbefugt ist. Ein normaler Einspruch gegen Bescheide der Stuftung EAR ist nicht möglich, da im zuständigen Gerichtsbezirk Ansbach das Einspruchverfahren gegen Behördenbescheide abgeschafft wurde. Es ist im Zweifelsfalle nur der Klageweg möglich. Da Glühlampen keine Elektronik enthielten und nicht unter EAR Rücknahme fielen sind auch LED-Leuchtkörper nicht bei EAR zu registrieren und bekommen kein Mülltonnenverbotssymbol. Man sieht, wie widersinnig mache Gerichtsentscheidung ist. Allerdings wird die Regelung gerade geändert. Betrachtet man die Anmeldungen bei EAR, sieht es so aus, als ob die meisten Importeure sich nicht anmelden. So lange man seinen Produkten keine Namen gibt, sondern sie nur an andere Leute verkauft, die ihren Namen draufstempeln bevor die Geräte an Endanweder gehen, ist man als OEM nicht vom EAR betroffen. Eventuell muss man die VerpackV beachten, die gegenüber dem ElektroG mit 27 Seiten recht harmlos ist und mit 20 EUR erledigt werden kann. (Bähr kleine Lizenz 35 EUR verrechenbar mit Kartons, Landbell AG). Wer Batterien (von der Knopfzelle bis zum Bleiakku) in Deutschland erstmals in Verkehr bringt (also herstellt oder importiert), der muss sich beim Umweltbundesamt registrieren und ein Mülltonnen-Zeichen auf seinen Produkten anbringen.
In Österreich ist das Verfahren viel einfacher und bei Kleinmengen mit 160 EUR (für 16000 Artikel a 100g a 1ct Mindestbeitrag) jährlich erledigt (wenn man den Geräten keine Batterien beilegt), dort hat keine Lobby der Grosskonzerne konkurrenzverhindernde Gesetze geschaffen.
Bausätze werden wie die sich bei korrektem Zusammenbau laut Beschreibung daraus ergebenden Geräte (falls der Bausatz überhaupt ein Gerät nach WEEE ergibt) behandelt, entgegen der Vorstellung mancher Uninformierter. Immerhin ist das Gewicht meist gering und die meisten sind auch nach dem Zusammenbau keine eigenständig funktionierenden Geräte.
Wer Geräte herstellt, die nur angebaut eingesetzt werden, z.B. Maschinensteuerungen "sind ohne an die Maschine angebaut zu werden sinnlos", dann fallen die Produkte nicht unter WEEE. Allerdings eventuell unter die Maschinenrichtlinie (beispielsweise 3d-Drucker), und bei der ist CE strenger: Da geht Nichts ohne Zertifizierung. Die Abnahme durch eine zertifizierende Stelle allein kostet etwa 5kEUR, die dazugehörige EMV nochmal 5kEUR.
Ganz allgemein: Wenn man beim Lesen der Gerätegruppen merkt daß das eigene Produkt eigentlich zu keiner Gruppe richtig passt (Dimmer zum UP-Dosen-Einbau, KFZ-Tiefentladeschutz, Transistortester), dann unterliegt man nicht der EAR. Hersteller von Geräten, die zur Reparatur oder Produktion benötigt werden und daher i.A. gewerblich eingesetzt werden, wie Messgeräte, müssen sich bei der EAR nur für die Geräteart "Überwachungs- und Kontrollinstrumente für ausschließlich gewerbliche Nutzung" registrieren, so machen es Agilent, Tektronix und National Instruments. Das Beagle-Board versucht sich auf rechtlich zweifelhafte Art aus RoHS und WEEE rauszuhalten, unterliegt aber als nicht eigenständiges Gerät sowieso nicht CE:
Seit den 2014er Richtlinien 61000-6-xx dürfen Eval-Boards aber nicht an Laien abgegeben werden.
Batteriegesetz, ElektroGesetz, Akkus und Batterien in Geräten:
ElektroG Paragraph 4 Absatz 2: "Elektro- und Elektronikgeräte, die vollständig oder teilweise mit Batterien oder Akkumulatoren betrieben werden können, sind so zu gestalten, dass eine problemlose Entnehmbarkeit der Batterien und Akkumulatoren sichergestellt ist." Paragraph 13 Absatz 7: "Elektro- und Elektronikgeräten, die eine Batterie oder einen Akkumulator enthalten, sind Angaben beizufügen, welche den Nutzer über den Typ und das chemische System der Batterie oder des Akkumulators und über deren sichere Entnahme informieren.". Eigentlich ist glasklar, daß Apple beim iPhone und Motorola beim Droid RazR mit den eingeklebten Akkus dagegen verstossen, auch Braun mit den Akkus die bei vorgesehener Entnahme den Rasierer zerstören. Aber so einfach ist es nicht, beispielsweise fehlt die Sanktionierung und ist nicht klar, ob die Anforderungen auf die Phase der Nutzung oder (nur) auf die Entsorgungsphase beziehen. Selbst klare Gesetze können durch Rechtsverdreher und Lobbyisten also ins Gegenteil verkehrt werden, weil es Richter gibt, die wohl mangels Fachkenntnis darauf reinfallen.
> enthält mein alter Kondensator PCB und muss deshalb, insbesondere wenn er
> über 1kg wiegt, besonders entsorgt werden?
Andere Länder, andere Sitten, äh, Kennzeichnungen:
> Ersatzteile (Art. 4 Abs. 4 und 5 der RoHS-II-Richtlinie)
Für Ersatzteile oder Zubehörteile gelten dieselben Kriterien wie für das Gerät für welches das Ersatzteil bestimmt ist, zum damaligen Zeitpunkt als es gebaut wurde. Stammt das Gerät von vor 2006, muß es RoHS nicht einhalten, bei Medizingeräten gar bis 2014.
Baut man Teile aus einem Altgerät aus, um sie als Hersteller in einem Neugerät einzusetzen, darf man 10 Jahre alte Richtlinien verwenden, wenn die Wiederverwendung in einem closed-loop B2B business-to-business return system erfolgt und den Verbrauchern mitgeteilt wird, dass Teile wiederverwendet wurden. Eigentlich hätte das für wiederbefüllte Tonercartridges gelten können, aber leider steht im Gesetz B2B.
Das ElektroG sagt nur, dass auf einem Gerät angegeben werden muss, ob das Gerät erstmals nach dem Stichtag 13.08.2005 in Verkehr gebracht wurde. Es muss also keine Jahreszahl angegeben werden, sondern nur nach vor bzw. nach dem Stichtag unterschieden werden. Eine Möglichkeit dafür ist der Balken unter der Mülltonne, der dazu ausdrücklich *keinen* Text enthalten darf.
Elektronikschrott ist auch was wert:
Daher kann es sinnvoll sein, eine grössere Menge so einem Entsorger zu übergeben, sich das quittieren zu lassen und bei der EAR zu melden. Damit ist man raus aus dem Verteilungsverfahren und braucht keine insolvenzsichere Rücklage nachweisen so lange man im Plus ist UND hat etwas Geld verdient statt ausgegeben.
Die RoHS Richtlinie verbietet die Verwendung von Bleilegierungen als Lot in Consumer-Geräten (Medzintechnik und Fernmeldetechnik ist teilweise ausgenommen) und man hört von bis 3mm langen Zinn-Nadeln (Tin-Whiskers) die Probleme bei Verwendung von Reinzinn vor allem an nicht-verlöteten Bauteilanschlüssen verursachen:
Derzeit wird behauptet, daß die immense Ausfallsquote bei Microsofts XBox360 von über 30% mit Schäden von über 1 Milliarde Dollar auf bleifreies Lot an wärmebelastetem BGA zurückzuführen ist. Auch der Ausfall des LHC soll auf bleifreies Lot zurückzuführen sein. Man kann das unterschiedlich bewerten, da aber RoHS in Japan eingeführt wurde auch mit dem Ziel, nicht-RoHS-konforme Importe verhindern zu können, ist das ein voller Sieg von Sony. RoHS hat es geschafft, einem ausländischen Konkurrenten zu schaden.
Bei Jägern, die jährlich 3000-4000 Tonnen Blei allein in Deutschland verpusten, hat man das Bleiverbot wieder gekippt, das landet ja nur auf unserem Teller:
> E-Typgenehmigung
Für Fahrbetriebs- oder Sicherheitsrelevante oder eventuell störende in KFZ eingebaute Geräte braucht man eine e-Typgenehmigung nach 72/245 EG (aktueller Änderungsstand 2006/28 EG) bzw. die E-Typgenehmigung nach ECE R10, sie unterliegen dafür im Gegenzug nicht der WEEE denn sie wandern nicht in die Tonne sondern auf den Schrottplatz. E1 kommt aus Deutschland, E13 aus Luxemburg ist oft preiswerter zu bekommen und hier auch gültig.
Nach Anfangsbewertung deines Unternehmens durch das Kraftfahrbundesamt, bei der eine Zertifizierung nach ISO 9000 ff. hilfreich ist, gehst du mit deinem Equipment zu einem vom KBA zertifizierten Prüflabor, das Dich berät, ein Gutachten erstellt, und den Antrag zur Typgenehmigung beim KBA einreicht. Das KBA erteilt dann nach Prüfung der Unterlagen gegen Gebühr 522,00 EUR die Typgenehmigungsnummer. Gelegentlich wird deine Fertigung vom KBA Dresden gemäß 70/156/EWG, Anhang X, geprüft. Systeme zur aktiven Sicherheit wie ESP oder Airbag werden nach dem höchsten Level der ISO 26262 'ASIL D' bewertet.
Auch mit ABE oder Einzelzulassung ist ein Einbau möglich.
Wer sein Auto umbauen will, sollte beachten, daß die Betriebserlaubnis erlischt durch:
Von: Manuel H. 23.01.2014
Laut 27/245/EWG Anhang I, Punkt 3.2.9: "Bauteile, die als Nachrüstteile verkauft werden und zum Einbau in Kraftfahrzeuge bestimmt sind, benötigen keine Typgenehmigung, wenn sie nicht im Zusammenhang mit Funktionen der Störfestigkeit stehen (Anhang I, 2.1.12). In diesem Fall muss eine Übereinstimmungserklärung gemäß dem Verfahren der Richtlinien 89/336/EWG oder 1995/5/ EG abgegeben werden. Diese Erklärung muss beinhalten, dass die EUB den in den Ziffern 6.5, 6.6, 6.8 und 6.9 in Anhang I dieser Richtlinie festgesetzten Grenzwerten entspricht." Das heißt, wenn keine der Punkte die in 2.1.12 genannt werden beeinflusst werden, dürfen Teile ohne Typgenehmigung eingebaut werden. Weiterhin muss man laut der Richtlinine 2009/19/EG nun keinen technischen Dienst mehr beauftragen, der überprüft ob die geforderten Grenzwerte eingehalten wurden und ob es sich um ein Bauteil handelt welches die Störfestigkeit beeinflusst. Es muss nur sichergestellt werden das diese Grenzwerte eingehalten werden. Zu finden sind diese in der Richtlinine 72/245/EWG in den Punkten 6.5, 6.6, 6.8 und 6.9 in Anhang I.
Funktionen im Zusammenhang mit der Störfestigkeit sind:
Viele im KFZ verwendeten elektronischen Bauteile benötigen AEC-Q101 Freigabe.
Für Flugzeuge gilt DO-178C / ED-12C mit Sicherheitsstufen DAL A-F.
> ATEX
In explosionsgefährdeten Bereichen brauchen Geräte eine ATEX (EEx Zone 0, 1, 2, 22) Zulassung. Anschlüsse nach aussen (z.B. Batterieladekontakte) müssen Vorkehrungen enthalten, die ein Kurzschliessen verhindern, oder verhindern daß zündfähige Energie an die Anschlüse geliefert wird, Bauteile im Gerät müssen in der Leistung so begrenzt sein, daß Temperaturklasse T4 eingehalten wird wenn irgendwo Kurzschlüsse auftreten, Dioden in Sperrichtung gelten erst dann als sicher sperrend wenn 3 in Reihe montiert sind (DIN EN 60079-11), das Aussengehäuse darf nicht elektrostatisch aufladbar sein, u.s.w. Autos sind aber von der Richtlinie 94/9 EG ausgenommen, dort gilt ja schon 72/245 EG.
> BGV A3 (DGUV Vorschrift 3)
Die Firmen selbst müssen ihre elektrischen Einrichtungen auch prüfen oder prüfen lassen nach BGV A3/DGUV A3 (VDE701/702), was unter 5 EUR pro Gerät kosten sollte, und das muss dokumentiert werden damit Versicherungsschutz besteht, sollte von dem Gerät ein Schadensfall ausgehen, und dazu muß jedes Gerät und jedes Kabel eine Identifikation (z.B. Barcode) bekommen, was wiederum bei Neuanschaffungen jede Menge Arbeit macht.
Von: MaWin 4.7.2000
> Wie lädt man Akkus wieder auf?
In Nickel-Cadmium (NiCd) und Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akkus kann man einfach 14 Stunden lang einen Strom hineinschicken, dessen Mittelwert einem Zehntel der Kapazität entspricht, also z.B. einen 700mAh Akku mit 70mA aufladen. Das tun die ganzen Billigladegeräte, bei denen der spezielle Trafo gleich die Strombegrenzung übernimmt (Prinzip Klingeltrafo) und die man nach 14 Stunden manuell abklemmen soll.
Trafo Diode
o---+ +---|>|--o +
| |
230V~ S:S Akku (geht nur mit speziellem Trafo!)
| |
o---+ +--------o -
Der Akku muss bei diesem simplen Ladeverfahren vor dem Aufladen ausreichend
entladen sein, damit man ihn nicht überlädt. Er ist entladen, wenn unter
Belastung die Spannung unter 0.9V/Zelle fällt, da lässt das Gerät dann auch
meist deutlich nach. Entlädt man einen Akku aus mehreren Zellen weiter,
beginnt die Tiefentladung, die dem Akku schadet, so bald eine Zelle unter
0V entladen wird, also von den anderen Zellen über das Gerät hinweg umgepolt
wird. Hat der Akku deswegen einen dauerhaften Zellenschluss (also eine intern
kurzgeschlossene Zelle die auch beim Laden nicht mehr über 0V hinaus kommt)
wird oft das billige Ladegerät überlastet weil nun die Akkuspannung niedriger
ist, der Spannungsanfall über der Wicklung des strombegrenzenden Trafos höher
wird, der Trafo heisser läuft, so daß dessen interne Temperatursicherung
abschaltet. Man muss dann zusätzlich zum Akku im Gerät auch den defekten
Trafo des Laders auswechseln, bekommt aber, weil es ein Spezialteil ist,
keinen passenden Ersatz. Bitte keine nicht-kurzschlussfesten Kleintrafos
ohne Temperatursicherung einbauen, entweder er muss dauerkurzschlussfest sein
oder eine Temperatursicherung enthalten. Findet man keinen passenden Trafo,
kann man die nötige Strombegrenzung an einem steifen Trafo mit etwas höherer
Nennspannung durch einen extra Vorwiderstand R erreichen, den man so auslegen
sollte, daß der mittlere Strom beim Laden C/10 beträgt. Dann ist der Strom
bei leereren Akkus mit 1V/Zelle aber höher, der Trafo muss dafür ausreichend
ausgelegt sein. Und bei kurzgeschlossenen Zellen steigt der Strom noch
weiter, die Verlustleistung am Widerstand wird höher und er wird heisser, so
daß man einen Sicherungswiderstand nehmen sollte oder ein extra Sicherung
ausgelegt auf die Maximalbelastung des Trafos, damit nicht das Ladegerät in
Rauch aufgeht.
Trafo Diode
o---+ +--R--|>|--o + (Sicherungswiderstand R als Strombegrenzung)
| |
230V~ S:S Akku
| |
o---+ +----------o -
Trafo Diode
o---+ +--Sich--R--|>|--o + (Sicherung als Schutz vor Überlastung durch defekten Akku)
| |
230V~ S:S Akku
| |
o---+ +----------------o -
Trafo Diode
o---+ +--+---Sich---+--R--|>|--o + (LED mit Vorwiderstand als Anzeige defekter Sicherung)
| | | |
230V~ S:S +--R--|>|--+ Akku
| | LED
o---+ +------------------------o -
Achtung: Es lohnt sich, bei gekauften Ladegeräten mal den mittleren Ladestrom bei halbvollem Akku (1.2V/Zelle) mit einem einfachen Analoginstrument oder Digitalinstrument nachzumessen, der Mittelwert ist hier passend, TrueRMS misst hier falsch. Der Strom liegt meist so weit vom Sollwert entfernt, das man die aufgedruckte Ladezeit entsprechend korrigieren sollte. Manche Akkus sind mit höherem Strom auch in 4 Stunden schnellladefähig.
Am Fahrrad tun es 5 NiCd-Zellen (6V) hinter einem Brückengleichrichter weil der Dynamo konstant 500mA liefert und damit zum Akkuladen ideal geeignet ist, wenn der Akku ausreichend Kapazität hat (z.B. ein in 4h schnelladefähiger 2Ah-Akku aus SubC-Zellen wie für Modellbau). Der Akku stabilisiert zu dem die Spannung, braucht aber einen Tiefentladeschutz, notfalls einen simplen Schalter.
Gleichrichter Schalter
Dynamo --+-----|>|--+--+--o/o--+-------+
| | | | |
| +--|>|--+ | + | |
| | Akku Lampe Rücklicht (6V)
+--(--|<|--+ | - | |
| | | | |
Masse ------+--|<|--+--+-------+-------+ (NICHT Rahmenmasse)
4*1N4001
Gleichrichter Schalter S
Dynamo --+-----|>|--+--+--o/o---+----IRF7410----+-------+
| | | | | | |
| +--|>|--+ | + | | | |
| | Akku UM810L-----+ Lampe Rücklicht (6V)
+--(--|<|--+ | - | | |
| | | | | |
Masse ------+--|<|--+--+--------+---------------+-------+ (NICHT Rahmenmasse)
4*1N4001
Ein aktiver Gleichrichter wird für LED-Beleuchtung gerne verwendet, leitet
alle 500mA des Dynamos durch die LEDs (siehe auch NMLU1210)
+-----+-----+
S| S| |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
P| | P| | |
+----+ +--+ | | A
| | | | LED
Dynamo +--(--+--+ |
| | | LED
+----+--+--(--+ |
| | | LED
| +--+ | | K
N| | N| | |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
S| S| |
+-----+-----+
aber eignet sich nicht zur Herstellung für gesiebte Gleichspannung, dazu
braucht man eine zusätzliche Diode was die Hälfte der Gewinne zunichte macht:
+-----+--|>|--+
S| S| |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
P| | P| | |
+----+ +--+ | |
| | | | |
Dynamo +--(--+--+ + |
| | | Elko
+----+--+--(--+ - |
| | | |
| +--+ | |
N| | N| | |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
S| S| |
+-----+-------+
das kann man einfacher haben:
+----+ +--------|>|--+
| | | |
Dynamo +--(--+--+--|>|--+
| | | | |
+----+--+--(--+ |
| | | + |
| +--+ | Elko
N| | N| | - |
I|-+ I|-+ |
S| S| |
+-----+----------+
Ein IC wenn man eine Sekundärwicklung mit Mittenanzapfung mit 2 MOSFETs
gleichrichten will ist der TEA1795T.
Glücklicherweise funktioniert der aus MOSFETs aufgebaute Brückengleichrichter auch ohne Ansteuerung, er richtet gleich über die Body-Dioden, nur nicht so effizient, so dass die Elektronik vom Ausgangselko versorgt werden kann und effizienzsteigernd eingreift so bald die Spannung dort hoch genug geworden ist.
+-----+-----+-----------+---------+
S| S| | | |
IRF7319 I|-x I|-y | +---(--R--+---(---x
P| P| | | | | |
+----+ +--+ | a--R--+--|+\ | |
| | | | | >---+--|>o--u
Dynamo +--(--+ | b--|-/
a| | | Elko
Shunt +--+ | | +------R--+-------y
b| | | | | |
+----+ | | b--R--+--|+\ |
N| N| | | >---+--|>o--v
IRF7319 I|-u I|-v | a--|-/ |
S| S| | | |
+-----+-----+-----------+---------+
Es geht auch simpler, wenn es nicht akkugepuffert sein soll:
Wenn der voll geladene Akku im MP3-Player nur als halbvoll angesehen wird, liegt es nicht unbedingt an einem defekten Ladegerät, sondern an einer billigen Akkuanzeige, die nur die aussagelose Spannung anzeigt, und für 1.5V Batterien statt 1.2V Akkus ausgelegt ist. Bei 0% (0.9V) sind wenigstens beide leer. Hier Entladekurven üblicher Akkus und Batteriezellen:
Will man ein einfaches Ladegerät mit einem normalen Trafo selber bauen, benötigt man eine explizite Strombegrenzung, die leider zu zusätzlichen Verlusten führt. Einfach ein Vorwiderstand, besser eine Glühlampe die etwas stromregelnd wirkt und Kontrolle zugleich ist, oder aufwändig mit elektronischer Stromquelle z.B. mit dem LM317, der aber mindestens 4.5V 'verbraucht'. Aber Achtung: Bei der gezeigten einfachen Gleichrichtervariante ohne Siebung ist der Strom im Mittel geringer, als das was man mit Spitzenwerten ausrechnet, also schön aufpassen. Zu dem ändert sich ja die Akkuspannung pro Zelle von 0.9V (je nach Entladezustand auch 0V) auf 1.5V (je nach Strom der beim Laden fliesst, bei Schnelladung auch bis 2V), und in allen Varianten soll die Strombegrenzung zumindest zu ähnlichem Strom führen, also muss die Trafospannung insbesondere beim einfachen Vorwiderstand und Lampe deutlich höher liegen als die Akkuspannung. Die letzte Variante mit einem OpAmp wie LM321 ist für eine konstante Versorgungsspannung vorgesehen, die dafür nur so hoch wie die maximal zum Laden benötigte Spannung von 1.9V/Zelle sein muss. Wenn Spannungsteiler R1 und R2 0.1V bildet (also z.B. 49k und 1k bei 5V), dann muss bei 0.1V durch R3 der gewünschte Ladestrom fliessen (also z.B. 1.42 Ohm für 70mA). Die einfache Begrenzung per PNP Transistor kostet nur ca. 1V wenn man eine rote LED mit 1.6V Flusspannung nimmt, den Vorwiderstand R2=U/0.02 so wählt daß auch bei Maximalspannung nicht zu viel Strom durch die LED fliesst, dann sagt R1=1/I we viel Strom maximal durch den Akku fliessen kann, bei Stömen über 100mA sollte man auf Verlustleistung von R1 und Transistor achten, ein BD136 am Kühlblech ist sinnvoll.
+-----+ + --+------+-----------+
+ ----+----+ + --|LM317|--+ | | |
|A | +-----+ | R1 | Akku
+--|>|--+ --+ LED R1 | R | | |
| | | |K |E | | +-----|+\ |
| Lampe R +---|< PNP +-----+ | | >--100R--|< NPN oder NMOSFET
Trafo | | | | | | +--|-/ |E
| Akku Akku R2 Akku Akku | | | |
| | | | | | | +---)-----------+
+-------+ --+ ----+----+ -----+ | | |
R2 | R1
| | |
--+------+-----------+
Am Ende des Ladevorgangs wird jedoch der Akku überladen. Es beginnt
sich der Elektrolyt im Akku zu zersetzen. Dagegen enthält jeder Akku
einen Katalysator, der den Elektrolyten wieder rekombinieren lässt. Aber
nur in geringer Menge pro Zeit. Deshalb sollte man beim Laden eines
eventuell schon vollen Akkus nicht mehr Strom verwenden, als der Akku
laut Datenblatt erlaubt. Meist nur C/10tel und beim Dauerladen gar nur
C/25tel. Damit schadet man dem Akku aber auch nicht übermässig.
(http://www.gpbatteries.com/ sagt z.B. dass man 2 Jahre C/20tel verwenden
darf, ohne dem Akku signifikant zu schaden, Sanyo Cadnica H Serie gelten
bei C/30 als dauerladefest). Hat ein Akku nur noch 80% seiner
Nennkapazität, ist er nach DIN 43539 als defekt einzustufen. Yuasa meint
in seinem Datenblatt
allerdings 60%, ebenso Sun Battery, die DIN wird also nicht überall ernst genommen.
Wenn man auch teilentladene Akkus mit mehr Strom aufladen will, muss das Ladegerät eine automatische Akku-voll-Erkennung und Abschaltung enthalten. Da ein voller Akku die hineingesteckte Energie nicht mehr chemisch binden kann, wird die Energie statt dessen in Wärme umgesetzt. Wenn man genügend Strom zum Laden verwendet (1C), ist die Temperaturerhöhung deutlich erkennbar, und man kann sie direkt am Akkumetallgehäuse messen und bei ca. 40 GradC abschalten, z.B. mit einem Bimetall-Temperaturschalter und einem Relais oder Thyristor in Selbsthaltung (denn es soll natürlich nicht weitergeladen werden wenn die Temperatur wieder unter 40 GradC sinkt). Man kann einen Widerstand über den Kontakt legen der den Akku abschaltet um mit geringem Strom von C/50tel eine Erhaltungsladung zu realisieren. Der von Pollin angebotene Temperaturschalter PEPI-C ist für eine Notabschaltung bei 57 GradC in Ladegeräten gedacht, die normalerweise per -DeltaU abschalten sollten. Als normale Akku-Voll-Abschalttemperatur ist das zu viel.
+ --+-R-+ Ladestrombegrenzung auf ca. 1C
| |
| o +
| Akku
| o -
| |
| | +-+--+
| | | | |
| o o | o
Relais==\ | / Bimetall-Temperaturschalter
| o | o
+----(--+ |
- -------+-----+
Oder man erkennt die Temperaturerhöhung indirekt weil die chemische Spannung
bei steigender Temperatur sinkt, und wartet darauf, das die Zellspannung beim
Laden nicht mehr steigt, sondern gleich bleibt (NiMH) oder gar fällt (NiCd).
Das Verfahren heisst -DeltaU. Man kann die Spannung messen während Ladestrom
fliesst, bekommt dann aber Probleme mit sinkendem Innenwiderstand lange
gelagerter Zellen während des Ladevorgangs. Schaltet man periodisch zum
Messen den Ladestrom ab, wie es der ICS17xx tut, kann man einerseits effektive
Schaltregler als Stromquelle nutzen, die sonst den A/D-Wandler zu sehr stören
würden, und bekommt andererseits innenwiderstandsunabhängigere Messwerte,
wenn man exakt in derselben Zeit nach Abschaltung misst. Andererseits
bekommt man interessante Erkenntnisse aus dem Vergleich der Zellenspannung
während der Ladestrom floss und kann den Innenwiderstand berechnen.
Lädt man nicht einzelne Akkus, sondern mehrere in Reihe geschaltete Zellen als Säule, so sind nicht alle Akkus zur derselben Zeit voll. Man muss aber den hohen Ladestrom abschalten, wenn die erste Zelle voll geworden ist. Da der -DeltaU Effekt von der steigenden Spannung der anderen Zellen überlagert wird, kann man nicht mehr auf eine fallende Spannung am Akkupack warten. Man schaltet ab, wenn sich die Kurve wieder abflacht, also die Ableitung der Kurve der Ladespannung ihr Maximum überschreitet. Siehe ICS QuickSaver von Galaxypower.
Da -DeltaU bei NiMH früher abschalten muss als bei NiCd, sollte man NiMH nicht in automatischen NiCd-Ladern aufladen, das Ladeende wird nicht rechtzeitig bzw. nicht zuverlässig erkannt, der Akku eventuell überladen. Umgekehrt geht es, bei NiCd wird halt der Schnellladevorgang etwas früher beendet. Da bei so einem Ladevorgang der Akku nicht überladen wird, spielt der auf dem Akku aufgedrucke maximale Ladestrom keine Rolle, schliesslich darf er auch beim Entladen überschritten werden.
Man nimmt normalerweise 1C (also 1 Stunde Ladezeit), damit die Akkus am Ende der Ladezeit so 40 GradC warm werden können, weil das Ladegerät nur an der wegen steigender Wärme fallenden Spannung erkennt, das der Akku voll ist. Trotz dieser Ladezeiten muss man keine explizit schnellladefähigen Akkus verwenden, sondern es tun normale mit C/10tel angegebene Akkus. Lädt man in 15 Minuten mit 4C spielt der Innenwiderstand der Zelle schon eine Rolle, das sollte man also nur niederohmigen (also vom Hersteller als hochstromgeeignet und schnellladefähig gekennzeichneten) Zellen zumuten, läd man in 4 Stunden mit C/4 wird der Akku nicht richtig warm, es sei denn, er ist in ein Gehäuse verpackt.
Wer neue Akkus kauft, bei denen man nicht weis wie lange sie schon rumliegen, vor allem NiMH, und wer ein Ladegerät hat, das per -DeltaU elektronisch abschaltet, der sollte die Akkus erst mal (im Gerät, also auf ca. 0.9V/Zelle) entladen (sind sie vermutlich eh), dann ausrechnen wie lange sie im Ladegerät laden müssten (per Kapazität/Ladestrom Berechnung, ohne Korrekturfaktoren wie 140%), sie laden lassen und zur berechneten Zeit aus dem Ladegerät rausnehmen, im Gerät benutzen bis sie leer sind und noch mal auf die beschriebene Art laden. Erst danach sollte man das Ladegerät seine eigene Ladeschlusserkennung anwenden lassen, in der Hoffnung das es die Akkus dann nicht auf 70 GradC aufkocht, was sonst leicht passiert, weil bei neuen Akkus offenbar das Ladeeende nicht gut erkannt werden kann und in Ladegeräten oft nur die zeitgesteuerte Notabschaltung greift, wenn es denn überhaupt eine hat.
Lange gelagerte Akkus bilden bei der Selbstentladung im Inneren grössere Kristalle die den Innenwiderstand erhöhen, so daß die ersten paar Ladezyklen diese auflösen müssen bevor der Akku wieder seine Leistungsfähigkeit erreicht. Will man das vermeiden, kann man NICd Akkuzellen vor der Lagerung über einen Widerstand komplett bis auf 0V entladen und mit einer Kurzschlussbrücke lagern, denn bei 0V wachsen keine Kristalle. NiMH würde man auf die Art töten.
Das Schnellladegerät beendet den Schnellladevorgang mehrerer Zellen, wenn die erste Zelle voll ist. Um die restlichen Zellen voll zu laden, darf man aber durch die volle Zelle nur noch den Nennladestrom von meist C/10tel schicken. Der Akku muss also noch einige Zeit (1 Stunde oder so) im topping charge mit maximal dem aufgedrucken Ladestrom nachgeladen werden. Danach schaltet man in den trickle charge Modus (mit C/50 oder was das Datenblatt als Erhaltungsladestrom empfiehlt) zurück, um mit Dauerladung den Akku gegen dessen Selbstentladung immer voll zu halten, bis er aus dem Ladegerät entnommen wird. NiCd scheinen mit Dauerladestrom besser zurecht zu kommen als NiMH.
Das Reflexladeprinzip des ICS170x ist besonders interessant und wird im NC2000 verwendet. Auch ohne Entladeimpuls eignet sich der IC besonders für Schaltregler (LM2576T-ADJ, besser XL4005 wegen 0.8V feedback) als Stromquelle, weil er vor dem Messen die Stromquelle abschaltet. GalaxyPower ist pleite und stellt die ICS17xx-Chips nicht mehr her (Ersatz AIC1781), aber das Patent auf das Reflexladeprinzip ist auch ausgelaufen, man hat also kein Problem sich auch kommerziell den Algorithmus in einen uC mit 12 bit A/D zu programmieren.
Einfache Schaltung ähnlich AN17 von Galaxy Power ohne überflüssigen DCHG
+-----+
+-------------|7805A|------------------------+
| +--+--+ |
+--10k--+--------(---------------------------(------------+
| | | |VCC |
| +------+ | +-------+ |
| |on/off| | 1N5404 |VIN | |
o--+---|LM2576|--+--(--L--+--|>|--+--R1--+--|ICS1700|--4k7--|< BC547
| |GND FB| | | | | | |GND CHG| |E
30V | +------+ | | Elko Akku R2 +-------+ |
| | | | | | | | | |
Elko | +----(--+-----(-------+------+----+--------------+
| | | | |
| | +--|<|---+ Shunt (0R4 = 3A Ladestrom)
| | SB360 | |
o--+-----+----------------+-------+
Das Computerized Charging System (CCS9620 von http://www.conrad.de) von BTI http://www.bticcs.com ist bloss ein vorprogrammierter PIC Microcontroller ohne A/D-Wandler. Das VDX-Verfahren (Voltage Descend Expander) vergleicht die Ladespannung mit und ohne Ladestrom und das Reflex-ähnliche ACT-Verfahren kommt von hier: http://www.actcharge.com/ Ein Überblick findet sich in http://www.basytec.de/ladung/ladung.html
Ein NiCd/NiMH-Akku geht kaputt, wenn er umgepolt wird. Das passiert bei einer Säule, wenn eine Zelle leer wird (0V) und die anderen Zellen (über den Innenwiderstand des angeschlossenen Geräts) ihre Spannung entgegen der Polung an die leere Zelle anlegen. Einen abgeklemmten Akku (kein uA darf fliessen) kann man problemlos lagern, möglichst leer aber nicht kurzgeschlossen (Selbstentladung schadet offenbar), und im Kühlschrank. Nach längerer Lagerzeit muss er, ebenso wie neu gekaufte Akkus, ein paar mal aufgeladen / entladen werden, bis er seine volle Leistungsfähigkeit wieder erreicht. Hat sich ein voll aufgeladener und danach abgeklemmt gelagerter NiCd/NiMH Akku schon nach wenigen Tagen selbst fast ganz entladen, hat man Ausschuss mit defektem Separator erwischt.
Von: Robert Obermayer 8.2.2006
Die mittels Widerständen gekillten Akkus waren 2200er GP und 2000er Panasonic (also die besten 4/5 SC NiMH), die durch langes Lagern bei 0V ausgelaufenen waren 1250SCR, CP1700, N-SCRC 1700 (die guten schwarzen) und einige 650er Varta AA(NiCd). Mindenstens gleich lange rumliegende, aber nicht gesondert entladene Packs des gleichen Typs haben die Lagerzeit ohne Kapazitäts (und Flüssigkeits-)verlust überstanden und hatten noch >1V/Zelle wie ich sie wieder geladen habe. Panasonic schreibt in einem manual auch sinngemäß:"for extended storage periods, recharge every year to avoid leakage" und hat da imo. recht
Wie schnell sollte das Ladegerät den Akku aufladen? Das hängt von der Verwendung des Akkus ab. Im Prinzip gilt, "ebenso wie er entladen wird". Bei Hochstromanwendungen (Modellsport) also schnell Laden, bei Niedrigstromanwendungen (Wecker) besser langsam laden. Der Grund liegt in der Kristallbildung im Akku: Hohe Ströme brechen die Kristalle, was zu niedrigerem Innenwiderstand führt (gut bei Hochstrom) aber auch die Selbstentladung beschleunigt (schlecht bei geringem Strombedarf). Ebenso enthalten schnellladefähige Akkus viel Katalysator, was ebenfalls die Selbstentladung beschleunigt. Allerdings *müssen* automatisch abschaltende Ladegeräte schnellladen, da sich nur dann bei vollem Akku eine Temperaturerhöhung ergibt, die in Folge zu einer Spannungsänderung führt, die dann gemessen werden kann. Länger als 4h sollte also kein automatisch abschaltendes Ladegerät brauchen (und unter 15min wird's auch kritisch). Zeitgesteuerte Ladegeräte sollten den Akku vorher entladen (auf 0.9V/Zelle) und dann 14h oder 4h aufladen und dann auf Erhaltungsladung (kleiner C/25tel) umschalten. Bis zu welcher Spannung darf man einen NiCd/NiMH-Akku entladen? Im Prinzip 0V, aber dabei muss in einer Säule JEDE Zelle beachtet werden, da ja keine umpolen darf. Die Akkukapazität wird aber nach IEC durch eine Entladung bis 0.9V/Zelle gemessen, ebenso wie bei normalen Zink-Kohle / Alkali-Mangan Batterien, und da man bei 0.9V*Zellenanzahl bei einer Säule davon ausgeht (was in der Praxis oft, aber nicht immer hinhaut), das jede einzelne Zelle noch mehr als 0V hat und nicht umgepolt wird (was tödlich wäre), nimmt man für Akkus auch 0.9V bei Entladung von C/10tel. Die Spannung bricht ab 1.1V eh so schnell zusammen das unter 0.9V eigentlich nichts mehr zu holen ist. Bei Hochstromentladung spielt der Akkuinnenwiderstand aber eine grössere Rolle, so dass bis 0.5V herunter entladen wird.
> Nickel-Eisen NiFe Akkus
Sind der Vorläufer und die deutlich langlebigere Alternative zu Nickel-Cadmium, nur darf man keine hohe Kapaziät oder Strombelastbarkeit von ihnen erwarten:
Es gibt die offenen wartbaren Blei(-Antimon) Akkus (mit Stöpseln), die geschlossenen nicht-wartbaren Blei-Calcium Akkus und die geschlossenen nicht wartbaren Blei-Gels(/Vliess) Akkus.
Ein Bleiakku (Pb) wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, die pro Zelle (je nach Akkumodell) 2.3-2.4 Volt liefert (bei 20 GradC, temperaturabhängig -4mV/K), also 13.8V für einen Bleigelakku. Die Spannungsquelle muss damit klar kommen, das der Akku mehr Strom haben will, als der Akku aushält und die Spannungsquelle liefern kann, also eine Strombegrenzung enthalten. Wieviel steht i.A. drauf, wenn nicht kann man sich nach Panasonic richten, die sagen 0.4C bei ihren Bleigelakkus, also 4.8A bei 12Ah Akku. Der Lader muss also eine Strombegrenzung als Schutzeinrichtung enthalten, wie das normalerweise bei integrierten Spannungsreglern der Fall ist (z.B. LM317, einstellbar L200 Schaltung im Datenblatt beachten, PB137, UC3906 macht temperaturkompensierte Schnelladung mit nachfolgender Erhaltungsladung, AppNote U131, UC2909 ist moderner. Die Temperaturabhängigkeit kann man gut mit einem Pt100 RTC Platinwiderstandstemperatursensor, NTC oder einer Siliziumdiode im Spannungteiler des Spannungsreglers ausgleichen, siehe Datenblatt des LT1038 von http://www.linear.com/ oder AN66 Figure 148.
1N5401 +-----+
+18V --+--|>|--|LM317|--+---+---+ temperaturkompensierte
| +-----+ | | | und rückstromgeschützte
| | 120R | | (max. 200uA Entladestrom)
| | | | | Bleiakkuladeschaltung
| +-----+ 10k |
| | | |
25k 50R | | +
| E| | 12V Akku
| 2N3906 >|--------+ | -
| | | |
| +-|<|-+ Poti2k |
| | LED Charge | |
+---|< 2N3904 50k |
|E | |
GND --------+---------------+---+
Eine Stromsymmetrierung über den Masseanschluss findet sich hier:
Im Auto werden Regler-IC wie L9444/L9448/L9480 verwendet, die ebenfalls eine Temperaturkompensation machen.
Ein Bleiakku geht kaputt, wenn er entladen rumsteht (er sulfatiert dann), netterweise darf man ihn ewig an einem wie beschrieben spannungsgeregelten Ladegerät lassen. Der Selbstentladestrom liegt so um 1/1000 der Kapazität. Lädt man ihn nur kurz auf und klemmt ihn dann vom Ladegerät ab, darf man auf 14.4V (2.4V/Zelle bei 20 GradC) gehen, so wie es die Lichtmaschine im Auto macht. Die billigen Autoakkuladegeräte enthalten lediglich einen strombegrenzenden Trafo und einen Gleichrichter ohne jede Ladespannungsbegrenzung, der volle Akku wird also gnadenlos überladen, er gast. Beim Autoakku kann man dann das zersetzte destillierte Wasser wieder nachfüllen, 'wartungsfreie' Bleigel-Akkus sind dauerhaft geschädigt. Den relativen Akkurestkapazitätszustand kann man über 4-Leiter Innenwiderstandsbestimmung mit C/5 Entladeimpulsen in Millisekundenlänge ermitteln. Üblich ist bei 11.4V eine Akku-Leer-Warnung und bei 10.8V der Lastabwurf, bei hohem Entladestrom (Automotoranlasser) geht es auch mal unter 8V. In Anlagen entsprechend VdS wird der dauergeladene Akku gelegentlich durch Entladepulse überprüft, ein Innenwiderstand grösser 1 Ohm (bei den üblichen meist 7.2Ah Bleigelakkus) wird als defekter Akku gemeldet. Erst bei 12.6V wird die Last wieder drangeschaltet. Kam der Akku mal unter 11.4V, darf er ein mal bis auf 15V (2.5V/Zelle bei 20 GradC nur bei genauester Beachtung der Temperaturkompensation) aufgeladen werden, kam er mal unter 12.4V kann man ihn ein mal bis 14.4V aufladen. Unter dem Namen Lead Crystal bieten einige Händler Blei-Akkus von http://leadcrystalbatteries.com/ an, die Tiefentladungen bis 0V wegstecken sollen und mit doppelter Haltbarkeit werben, aber belastbare Daten sind nicht bekannt. Es gibt länger haltbare (Bleigel-)Akkus, z.B. Effekta BTL mit 8-10 Jahren, Excide/Sonnenschein A602/200 mit 18 oder Absolyte GP/BAE OPzS mit 20 Jahren.
Einfache Schaltung mit Maximalstrombegrenzung (1.3A) und Spannungsbegrenzung (13.8V) entlädt den Akku wenn der Strom ausfällt mit 100uA.
+16V --+--------------+
| |
| 0.5R
E| |
BC557 >|--1k--+--1k--+
| | |E
+-------(-----|< BD240
| | |
| | +--|>|--+-------+
220R | | |
| | 113k |
| | | + |
| TL431-------------+ Akku
| | | - |
| | 25k |
| | | |
GND ---+-------+--------------+-------+
Lithium-Ionen-Akkus werden im Prinzip ebenso wie Bleiakkus geladen, allerdings muss die Ladeschlussspannung von 4.20 Volt (man achte auf die 0) JEDER ZELLE auf 0.5% genau eingehalten werden, sonst wird sie entweder nicht voll, 0.1V macht 10% aus, oder fängt beim Überladen Feuer:
Und wer meint, er hätte noch nie gehört, daß LiIon-Akkus Feuer fangen, und das würde bei ihm bestimmt nicht passieren:
0.5% einzuhalten ist nicht so einfach. Nimm einen fertigen LiIon Ladechip, falls nicht schon ein Li-Ion protection chip im Akkupack enthalten ist. Mit solchen vor Überladung und Tiefentladung geschützen Akkus ist der Ladevorgang ein Kinderspiel: Er schaltet den Akku ab, bevor er zu tief entladen wird oder wenn das Gerät zu viel Strom zieht (Kurzschluss), und er klemmt den Akku von der Ladestromversorgung ab, wenn er voll ist oder zu viel Ladestrom bekommt. LiIon-Akkus mit eingebauter Schutzschaltung sind also nur für Belastungs- und Ladeströme bis zu bestimmten Werten zu gebrauchen, meist nur bis 1C, darüber trennt die Schutzschaltung den Akku wegen Überstrom ab. Daher verwenden Modellbauer Akkus ohne Schutz und benötigen deshalb kompliziertere Ladegeräte. Zum Laden geschützter Akkus reicht aber einfach eine strombegrenzte Spannungsquelle nicht zu hoher Leerlaufspannung (meist unter 6.5V gefordert). Man sieht die strombegrenzte Spannungsquelle z.B. beim LTC1730 Ladecontroller. Man kann den Ladestrom per Vorwiderstand begrenzen, oder einen schon strombegrenzten Trafo verwenden, oder ein Schaltnetzteil welches bei zu hoher Belastung die Spannung zurücknimmt. Das nennt man CCCV Ladung, Ladung zuerst mit begrenztem Strom Constant Current CC und dann begrenzter Spannung Constant Voltage CV.
+--Vorwiderstand---+ (ausgelegt für maximal 1C bei leerem Akku)
o | +
4.5..6.5V LiIon Akku mit Schutzschaltung
o | -
+------------------+
Wenn die Schutzschaltung den Akku als voll erkennt und abschaltet, springt
die Spannung am Akku von 4.2V auf die Spannung des Netzteils, also 4.5..6.5V.
Damit kann man den Ladeschluss erkennen, z.B. mit TL431 und mit LED anzeigen.
Die Schaltung entlädt allerdings den Akku wenn der Strom ausfällt mit 50uA.
+--Vorwiderstand--+------+----------+
| | | |
| LED | |
| | | |
o 1k 39k | +
4.5..6.5V | | LiIon Akku mit Schutzschaltung
o TL431----+ | -
| | | |
| | 47k |
| | | |
+-----------------+------+----------+
oder mit Serienregler als Strombegrenzung (hier für 2 Zellen):
+-----+ 1N5059
13-20V --+--|LM317|--1R2--+-|>|-+------+
| +-----+ 2W | | |
| | | | |
| +----+-1k--+ 24k | +
| | | | LiIon Akku mit Schutzschaltung
47u | | | |
| | | | |
| 4u7 TL431---------+ LiIon Akku mit Schutzschaltung
| | | | | -
| | | 10k |
| | | | |
Masse --+-----+----+-----------+------+
Hat der Akku keine Schutzschaltung, muß man EXAKT bei 4.2V den Ladestrom
abschalten. Dazu tut es dann kein TL431 und 1% Widerstände mehr, sondern
es müss ein TL431B (oder LT1431C) sein und 0.1% Widerstände. Der
Widerstandswert des Spannungsteilers darf auch nicht zu klein sein, weil
die bis zu 4uA beim TL431 oder 1.2uA des LTC1431C ihn ungenau machen, und
der TLV431 mit 0.5uA ist auch keine Lösung weil +/-2.5% ungenau. Die folgende
Schaltung nutzt den LM317 nur als Strombegrenzung, die hier mit 1.2 Ohm auf
1A eingestellt ist (ein LM350 könnte 3A) und ein Relais um bei
Spannungsausfall den Akku nicht mit 250uA zu entladen:
+-----------------------Relais----+
| auf Kühlkörper : |
| +-----+ :/o |
9-15V --+--|LM317|--1R2--+-----+-o/ |
| +-----+ 2W | | o-+ |
| | | | | |
| +----+-1k--+ 100nF | |
| | | | | | |
47u | | 6k8_0.1% | | |
| | | | | | + |
| 4u7 TL431B--+ | LiIon | Akku ohne Schutzschaltung,
| | | | | | - | (mit geht natürlich auch)
| | | 10k_0.1% | | |
| | | | | | |
Masse --+-----+----+-----+-----+------+---+
Zwei LiIon-Akkus in Reihe gehen damit nicht, man müsste jede einzelne Zelle
überwachen oder einen Balancer einsetzen.
Ein LiIon-Akku geht sofort kaputt, weil sich Lithiumionen in die Metalloxidelektrode einlagern, die dabei an Volumen zunimmt und zerbröselt, wenn er unter eine bestimmte Spannung (2.3V) entladen wird, auch durch Selbstentladung, also muss man rechtzeitig bei meist 3.0V abschalten und gleich wieder aufladen. LiPolymer sind letztlich LiIon Akkus ohne Hülle, also nichts prinzipiell anderes, und werden genau so behandelt. Ob 3.6V oder 3.7V als Nennspannung angegeben wird, ist letztlich egal, nur die Ladeschlussspannung von 4.1, 4.2 oder 4.3V darf nie überschritten werden. Eine niedrigere Ladeschlussspannung verlängert angeblich die Akkulebensdauer signifikant (das halte ich aber für Humbug, auch Sanyo redet bei trickle charge nur von einer Gefahr die im Akku befindliche Sicherung auszulösen). Die JEITA schlägt bestimmte Ladebedingungen je nach Akkutemperatur vor:
GradC max. Ladestrom max. Ladespannung
nicht laden
0
0.5C 4.25V
10
1C 4.25V
45
1C 4.15V
50
1C 4.1V
60
nicht laden
Hat man mehrere LiIon Zellen in Reihe, darf man die Reihe nicht mehr weiterladen, wenn eine davon schon voll ist, also wird die andere nicht ganz voll. Die ist jedoch beim Entladen als erste leer. Dadurch veringert sich die nutzbare Kapazität des Gesamtakkus, obwohl die Zellen selbst noch Kapazität hätten. Um das zu vermeiden, gleicht ein Balancer unterschiedlich geladene Zellen wieder an. Es ist nicht erforderlich (und sinnvoll) das beim Laden mit dem vollen Ladestrom zu tun, sondern es reicht, nach dem Laden (während des rumliegens) mit geringem Strom umzuladen. Entweder in dem die vollere Zelle langsam entladen wird:
+-------+-----+
| | |
Zelle1 | 100k0.5%
| /+|----+
+---+--1k-< | | Microampere CMOS OpAmp
| | \-|-+ |
| | | | |
+---(-------(--+ |
| | |
Zelle2 | 100k0.5%
| | |
+-------+-----+
Mit dem passenden Chip kann man die Ladungsdifferenzen sogar umladen:
+----------+ | | Zelle1 +----8----+ | +--3 ICL7660 2--+ +--+ | LTC660 | C | +--6 MAX660 4--+ Zelle2 +----5----+ | | +----------+und bis zu 10A Balancing-Strom per Schaltregler macht der LTC3300.
> Halten Lithium Akkus länger, wenn man sie kühl/halbaufgeladen lagert?
Von: Peter Dannegger 19.06.2014
Ich hatte mal ein Samsung Notebook mit 2 Akkus. Den einen hatte ich ständig dran, falls mal die Netzstrippe rausrutscht (passierte leicht). Den anderen habe ich nur für Reisen benutzt, er lag die meiste Zeit rum. Beide nutzten sich gleich stark ab, d.h. die Laufzeit pro Ladung war nach 6 Jahren etwa gleich gesunken.
Von: batman 19.06.2014
Genau das Gleiche mußte ich sowohl mit einer Digicam als auch mit einem Handy erfahren. Trotz kühler Lagerung hat es die Ersatzakkus genauso schnell verschlissen wie die im Dauergebrauch befindlichen.
> BQ771807
Dieser LiIon-Überspannungs-Schutzschaltungs-Chip der bei schlecht balancierten Akkupacks zuschlägt wenn eine Zelle über 4.45V geladen wird, zerstört eine Sicherung im Akkupack und macht es dadurch unbenutzbar.
> Wie signalisiert ein USB Ladegerät wie viel Strom es liefern kann?
Von: Hergen Lehmann 9.4.2016
Bei Apple signalisiert das Ladegerät (über eine Widerstandskombination an den Datenleitungen, welche dort Spannungen produziert) seine Belastbarkeit an das Handy, welches den Ladestrom entsprechend anpasst.
Bei Ladegeräten nach USB-Standard findet nur eine grobe Signalisierung (bis 500mA/über 500mA) über einen Widerstand von maximal 200 Ohm zwischen den Datenleitungen statt. Stattdessen ist das Ladegerät explizit so gebaut, das es nicht abschaltet, sondern - wie ein Labornetzteil - den Strom begrenzt. Das Handy erkennt den dadurch einsetzenden Spannungsabfall und schraubt seine Ansprüche entsprechend herunter damit zumindest 4.75V ankommen.
LiFePo4 Akkus (Daten der 2600mAh Rundzelle) sind nicht so kritisch wie LiIon oder LiPoly. Sie verkraften weit höhere Ladeströme (typ 2.5A max 5A) und Entladeströme (typ 10A max 25A) und reagieren nicht so sauer auf eine ungenaue Ladeschlusspannung (typ 3.65V max 4.1V) und Entladespannung (typ 2.5V max 2V) und manche haben trotz kompletter Tiefentladung keinen Schaden genommen oder sind trotz Aufladung auf 10V nicht explodiert. Mit dem L200 (hier auf 1A Ladestrom dimensioniert) oder LT3081 geht mit Relaisabschaltung bei Stromausfall:
+----------------------------------+
| auf Kühlkörper |
| +------+5 |
| 1| |--0R47--+---------+ |
7-25V --+--| L200 | 2W | | |
| | |--------+ | |
| +------+2 | o o |
| 3| |4 | \ :::: Relais
| | | | o |
10u | +---R1-----+ | |
| | | | | + |
| | 8k2 1uF LiFePo4 Akku |
| | | | | - |
Masse --+----+--+----------+-------+-------+
Bei Reihenschaltung von Zellen ist ihr gemeinsames Aufladen an einem Ladegerät
möglich welches einfach die Gesamtspannung (3.65V/Zelle) liefert, denn etwas
mehr Spannung verkraften die Zellen. Auf Dauer driften die Spannungen aber
weiter auseinander so daß ein Balancer in den Ladepausen ungleichmässige
Selbstentladung behandeln sollte.
Wer ein bisher mit NiCd/NiMH-Akkus ausgestattetes Gerät (Akkuschrauber) hat, das über ein strombegrenztes Steckernetzteil geladen wird (meist ca. 400mA für 4 Stunden laden eines 1.2Ah Akkus), der kann es leicht auf LiFePo4 oder sogar LiIon umbauen, in dem er die Akkus im Akkupack wechselt und mit einer Schutzschaltung versieht. Die Schutzschaltung für LiIon muß genau sein und einzelne Zellen überwachen, man nimmt beispielsweise einen Sharp S8205, für LiFePo4 tut es eine einfachere Schaltung mit einem ICL7665, zumindest bis 4 Zellen oder MCP65R41/6 für 1 Zelle.
Der Inhalt des bisherigen Ladeteils wird unverändert übernommen. Beispielhaft hier gezeigt mit grüner LED für Netzspannung vorhanden und roter LED für lädt ausgestattet, aber ohne Zeitschaltung oder gar intelligenten Ladecontroller, R zur Ladestrombegrenzung implizit im Steckernetzteiltrafo:
1N4001 1N4001
+----R----+--|>|--+--|>|--(+)
| | |
| +---+ 10R
| | E| |
~ o | >|--+
Stecker- | | BC557
ladeteil 1k5 1k5
~ o | |
| grüne LED LED rot
| | |
+---------+---+-----------(-)
Inhalt Akkupack nach Umrüstung auf 4 LiFePo4 Zellen, MOSFETs auf Kühlkörper
mit weniger als 10K/W.
(+)--+---+---------------+----------------+
| | | |
| 820k +----------+ |
+ | | | VCC | |
Akkuzelle1 +----------|SET2 HYST2|------+ |
| | | ICL7665A | | |
Akkuzelle2 47k | OUT2|------+ |
| | | | | |S
Akkuzelle3 +---+---+--|SET1 HYST1|--+---)--|I BS250/BSS84
| | | | | GND | | | |
Akkuzelle4 82k 10M 10M +----------+ 120k | |
- | | | | | | | |
| | | +-------(--------+ | |
| | | | | | |
| | | | 12k | |
| | | | | | |
+---+---(-----------+--------+ | |
S| | | |
IRF3205 I|------+------------------------+ |
D| |
IRF3205 I|-------+---------------------------+
S| |
+--100k--+
|
Sicherung 30A
|
(-)--+
Als Selbstentladungs-Balancer kann man ICL7660 oder den Microampere CMOS OpAmp von oben verwenden.
Diese Akkus mit einer Nennspannung von 3V halten angeblich 3000 (bei 80%) bis 5000 (bei 70% Entladetiefe) Ladezyklen aus, sind aber natürlich auf Grund des seltenen Yttriums teuer.
> nicht-wiederaufladbare Lithium Batterien wie CR2025
haben bei Lagerung das Problem der Passivierung, die bei minimalem Strom nicht durchbrochen wird. Daher in Niedrigststromanwendungen hin und wieder mal einen kräftigeren Entladeimpuls ansetzen, sagt Rafael Deliano in d.s.e Message-ID <52af494e$0$9507$9b4e6d93@newsspool1.arcor-online.net>
Haben nur 1.86V Nennspannung, 2.4V Ladeschlusspannung und halb so viel Energieinhalt wie eine LiFoPo4, aber 30000 Ladeezyklen bei 1C und arbeiten von -40 bis 75 GradC.
Als Nachfolger der Nickel-Metallhydrid-Akkus könnten sich die Nickel-Zink Akkus mit 1.6V Spannung etablieren. Bei Mignon um 30mOhm Innenwiderstand, 1.2Ah Kapazität und 3% Selbstentladung pro Monat sind ordentliche Werte, allerdings vertragen sie nicht über 4C Entladestrom und brauchen andere Ladegeräte. Bei Conrad für 4 EUR pro Stück kein Schnäppchen, aber bei Geräten die 1.5V benötigen und mit 1.2V schlechter laufen eventuell sinnvoll. Anwender berichten, daß die Akkus eine WEIT geringere Kapazität haben als aufgedruckt, also statt 1.5Ah nur 250mAh oder so.
Ladevorgang strombegrenzt mit 1.9V Ladeschlusspannung, z.B. per L200:
Es gibt auch Zink-Luft Akkus, billig für stationäre Energiespeicher:
Es gibt auch wiederaufladbare Alkali-Mangan Akkus für Geräte, die 1.5V/Zelle benötigen. Allerdings sind diese Akkus sehr schlecht. Sie können (sogar nach Herstellerangabe) nur wenige Male (ca. 25) wieder aufgeladen werden. Rechnet man die Kapazität einer nicht wiederaufladbaren Alkali-Mangan Zelle (Mignon 2.8Ah) und die Kapazität eines Alkali-Mangan-Akkus (1.5Ah wenn neu, 0.5Ah kommen bei jedem Wiederaufladen dazu), gegen den Preis auf, lohnt sich das nicht. Siehe http://horst-lehner.mausnet.de/efaq/efaq.pdf Kapitel 2.6 und c't 23/2002 S. 193. und AppNotes zu BQ2902/2903 von http://www.ti.com/ , die von Rayovac verwendet wurden.
> Was tritt eigentlich bei Alkali-Mangan Batterien als weisses Kristallpulver aus?
Der Elektrolyt aus 35 bis 50 Gew.% KOH, 6 Gew.% ZnO und Zusätzen von LiOH oder Ca(OH)2.
Datenblatt von Alkali-Mangan Batterien von Energizer:
Mit 'Memoryeffekt' wird das Verhalten von NiCd-Akkus beschrieben, die mehrfach nur teilentladen wurden (z.B. durch eine automatische Abschaltung des Geräts) und dann ein Mal weiter entladen werden soll. Die Spannung bricht an der Stelle der alten Abschaltgrenze messbar zusammen. Die Restkapazität lässt sich nur bei verringerter Spannung herausholen. Warum?
Da die chemische Reaktion 'Ladung' im NiCd nicht gleichmässig über das innere Volumen abläuft, gibt es bei 'halbleeren' Akkus Zonen die chemisch entladen sind, wenn andere noch chemisch geladen sind. In einer lange nicht 'angefassten' Region vergrössern sich Kristalle, ebenso wie in einem Akku, der lange rumliegt. Grössere Kristalle bewirken einen erhöhten Innenwiderstand. Ein belasteter Akku mit höherem Innenwiderstand bricht in der Spannung ein, er erscheint dem angeschlossenen Gerät 'leerer', es schaltet früher ab, wodurch diese 'Zone' des Akkus nie mehr angefasst wird, also auch nicht besser wird. Man behebt den Effekt durch mehrmaliges entladen (bis die schwächste Zelle nur noch 0.5V hat) und wieder aufladen.
Siehe section 5 "battery chargers" des "practical design techniques for power and thermal management" aus "Training and Events" von http://www.analog.com/ . Es gibt im Web auch eine andere Meinung zu lesen, aber man behebt sie auf dieselbe Art, so dass einem die Physik dahinter egal sein kann.
NiMH Akkus sind von diesem Effekt bei weitem nicht so stark betroffen, aber ich habe hier NiMH Akkus erlebt, die zwar fast volle Kapazität hatten, aber mit dem Alter einen immer weiter steigenden Innenwiderstand (2 Ohm) der sich auch durch Hochstrom-Lade-/Entladezyklen nicht besserte und die damit unbrauchbar waren.
Unbelastete Akkuzellen haben ja eigentlich, auch wenn sie leer sind, eine Spannung von um die 1 Volt. Was tun, wenn in einer Akkusäule eine Zelle nur 0 Volt hat? Diese Zelle ist dann intern kurzgeschlossen. Durch Umpolen der Zelle während einer Tiefentladung sind Cd-Nadeln gewachsen, die beide Elektroden miteinander verbinden. Man kann diese Cd-Nadeln durch einen Hochstromimpuls knacken (z.B. vollgeladenen 10000uF/35V Elko an die Zelle halten). Das hilft aber nicht wirklich, da sich nicht die ganze Cd-Nadel zurückbildet. Der Akku hat eine höhere Selbstentladung, wird also in der Säule wieder als erster leer, wird umgepolt und man hat das Problem erneut. Ersetzt man nur diese Zelle, hat man in einer gebrauchten (verbrauchten :-) Säule einen neuen Akku, der seine Stärken nicht ausspielen kann. Ersetze lieber gleich alle Zellen und verwende die restlichen woanders.
> Wie redet mein Notebook mit seinem Akkupack?
> Wie lädt mein Telefon seinen Akku wieder auf?
Von: Ingolf Pohl
Beim Entladen wird der Strom gemessen (eher selten) oder die Software des Telefons kennt die Verbräuche des Gerätes in den einzelnen Zuständen hinreichend genau. Einige Hersteller veranstalten dazu einen ganz schönen Aufwand bei der Produktion, bei jedem Telefon im Endtest wird der Stromverbrauch für die einzelnen Zustände protokolliert und im geräteeigenen EEPROM abgelegt, ohne ständiges Messen im Betrieb kann die Software so einigermaßen bilanzieren.
Die Software des Gerätes verwaltet dazu ein Ladekonto mit aktuellem Ladezustand und maximalem Ladezustand im EEPROM.
Ich versuch jetzt mal so ein Lade-Entladezyklus zu beschreiben, ausgehend davon dass leere Akkus in ein neues Gerät gesetzt werden.
1. Das Gerät verfügt über eine Voreinstellung des maximalen Ladezustandes von 500mAh. Es lädt den eingesetzen Akku mit 120% (bis 150% je nach Mut des Herstellers) des maximalen Ladezustandes. Ein 500mAh Akku wäre mit 120% überladen, ein 1600mAh Akku nur zu 1/3 geladen. Das Ladekonto wird auf 500mAh gesetzt
2. Beim Entladen wird je nach Aktion vom Ladekonto abgebucht. Hat es zum Beispiel 10% erreicht, dann gibt das Telefon bescheid, denn bei einem angenommenem 500mAh Akku wären ja nur noch 50mAh Rest. Bei einem 1600mAh Akku wären noch 1150mAh Rest.
3. Wird jetzt das Telefon nicht gleich hysterisch auf die Ladeschale gesteckt, sondern echt leer telefoniert bis die Hardware eine Tiefenentladung durch Zwangsabschaltung bei kleiner 0.9V/Zelle vollstreckt, dann hat das Ladekonto (im EEPROM) beim 500mAh Akku ungefähr 0, beim 1600mAh Akku einen negativen Wert, denn es wurden ja 320% entnommen.
4. Beim nächsten Ladezyklus wird zuerst der maximale Ladezustand korrigiert, beim 500mAh Akku wird er sich nicht sonderlich ändern, beim 1600mAh Akuu wird er um 220% größer sein, als das letzte Mal. Jetzt wird wieder mit 120% (der korrigierten Kapazität) oder mehr geladen...
Fazit der Methode ist einfach:
Ähnliche Methoden wurden (werden) auch bei GSM-Telefonen eingesetzt, das erklärt auch warum bei einigen die Batterieanzeige nach längerem Benutzen immer ungenauer wird, oder warum plötzlich bei 50% Anzeige das Telefon abschaltet. Man muß auch hier öfter mal das Telefon komplett tot telefonieren und anschließend schön voll laden. Bei meinem ältlichen GSM ist das tatsächlich so, plötzlich ist bei "halbvollem" Akku Schluss. Wenn der Strom wieder da ist, dann hat auch das Bilanzprogramm gemerkt, dass der Akku leer war und die Anzeige wieder auf Null gesetzt...
Laptop-Akkus verfügen oft über eine Fuel-Gauge, also einen Chip im Akku der rein- und rausfliessenden Strom misst und versucht, die Akkukapazität mitzuführen, wie BQ2010 (siehe Datenblatt bei http://www.ti.com/ ). Wohl wegen unzureichender Software im Laptop haben diese Chips die Eigenart, mit der Zeit immer weniger über den Akkuladezustand zu wissen und auch leere Akkus nicht mehr nachladen zu wollen oder volle Akkus als leer anzusehen. Bei vielen hat es geholfen, der Chip mal vom Akku abzulöten (Rücksetzen) oder per direktem Ansprechen (über die Parallelschnittstelle des Laptops) umzuprogrammieren, und plötzlich spielten die Akkus wieder mit. Also: Schaut auch im WWW um, was sich bei eurem Akku machen lässt, bevor ihr verzweifelt dessen Zellen tauscht.
> Wie baue ich ein Lade-Netzteil für mein Handy bzw. Notebook?
Handys und Notebooks haben meist eine ganz einfache Akkuladeschaltung drin: Ein Transistor schaltet den Strom vom Netzteil direkt an den Akku, der jedoch je nach Ladezustand eine unterschiedliche Spannung benötigt. Wenn das Netzteil zu viel Strom liefert (weil es seine Nennspannung halten will) geht, insbesondere bei leerem Akku, dieser Transistor und sonstwas kaputt. Das Netzteil muss also eine Strombegrenzung haben und darf im Leerlauf eine nicht zu hohe Spannung liefern. Wie viel, steht meist auf dem alten Netzteil drauf (z.B. 4.5V/250mA oder 16V/3.8A). Der Grund liegt darin, das im Gerät (Handy bzw. Notebook) keine zusätzliche Wärme entstehen soll, und daher ein analog runterregelnder Transistor, der bei ausreichend Spannung von selbst den Strom begrenzt, wegen der anfallenden Verluste nicht verwendbar ist. Daher darf man ein Notebook nicht direkt an den Autoakku anschliessen, obwohl ja meistens die Spannung des Notebookakkus, zumindest entladen, niedriger liegt als die Autoakkuspannung und die Spannung des Netzteils vom Notebook höher liegt als die Autoakkuspannung, es also eigentlich passen müsste. Bei leerem Akku würde jedoch das Notebook versuchen, den Akku zu laden, und dabei würde zu viel Strom fliessen, weil der Autoakku ja hergibt, was er kann. Wenn man jedoch den Akku aus dem Notebook entfernt, geht es oft, das Zuleitungskabel sollte jedoch eine KFZ-Schutzschaltung enthalten.
Man kann ein Labornetzteil (so ein Ding mit einstellbarer Maximalspannung und Maximalstrom) verwenden, in dem man den Maximalstrom auf den zum Akku passenden Ladestrom einstellt, oder ein vorhandenes (Schalt-)Netzteil entsprechend umbauen.
Die primitivsten Handyladesteckernetzteile haben einen simplen Trafo drin, der wie ein Klingeltrafo kurzschlussicher ist, weil bei steigendem Strom dessen Verluste (Wärmeentwicklung) so hoch ansteigen, das kaum noch Spannung rauskommt, und dahinter Gleichrichter und Siebelko. Das allerprimitivste Autoladekabel besteht aus einem Vorwiderstand (13.8V- Akkuspannung)/Ladestrom und einer Z-Diode (begrenzt Maximalspannung bei Leerlauf und bietet Schutz vor Verpolung und Überspannung) am Ausgang, aber die Bauteile verheizen ziemlich viel Leistung (5W Widerstand, 3W Z-Diode) und sind deswegen nicht billig. Die Besseren verwenden einen Linearregler wie L200 (nicht die defekte Charge L200C 82A333 ST SING, Reichelt) von http://www.st.com/ mit eingebauter Strombegrenzung, der braucht aber auch einen Kühlkörper, oder LT3081. Effektiver ist ein Schaltregler wie MC34063, bei dem man zumindest den Eingangsstrom begrenzen kann, und damit den Ausgangsstrom bei nicht zu stark abweichender Eingangsspannung im Rahmen halten kann. Siehe auch F.24. Schaltregler Nokia Laderegler. Am Besten ist aber eine Konstruktion, bei der ein Schaltregler sowohl Feedback von der Ausgangsspannung als auch vom Ausgangsstrom erhält. Siehe LT1510, LT1512, TL494, TL598. Hat das Netzteil 3 Leitungen (Masse, Versorgungsspannung, Ladespannung) ist meist die Ladespannung strombegrenzt, die Versorgungsspannung nur gegen Kurzschluss geschützt.
Einschalten und Ausschalten der Spannungsversorgung per Taster (manche uC haben an einem Ausgang, oft dem Programmierpin MCLR oder RESET, keine Schutzdiode nach VCC sondern erlauben dort eine höhere Spannung, dann kann der NPN entfallen und der uC direkt die 1k zur Selbsthaltung an GND ziehen):
Akku--+---+
1M |E
+--|< PNP oder PMOSFET
| |
1k +-----------+--- Versorgungsspannung für Schaltung
| 10k oder interner pull up
+--|>|--+--|<|--+--- uC Eingang LOW Impuls zum abschalten
| | _
| +--o o--+ Taster nach Masse für ein/aus
| |
+--|>|--+ |
| |
NMOSFET / NPN >|--1k--)--- uC Ausgang 'Einschalten Selbsthaltung'
E| |
GND GND
> Mein Batteriehalter schmilzt beim Laden weg
Verwende Batteriezellenhalter von Bulgin (bei Conrad, Farnell, RSOnline), die halten bei Lötfahnenanschluss bis 20A aus.
> Ich brauche über mehrere Jahre Batteriestrom
Für Weidezaungeräte gibt es Batterien und Akkus um 100Ah als Zink-Kohle, Alkali-Luft, Zink-Luft, und Bleiakkus, die speziell bei geringer Stromentahme lange Laufzeiten erreichen zu akzeptablen Preisen:
Desweiteren ist die (6V) "Laternenbatterie" recht gross und günstig.
> Ich brauche eine Batterie für hohe Umgebungstemperaturen
Panasonic BR1225A, BR1632A, BR2330A, BR2450A und BR2477A. (man achte auf das A) geht bis 125 GradC, ist aber sehr schwer zu bekommen.
> Der Akku meiner Uhr ist kaputt
Von: Peter Diener
Ein Kondensatorschweißverfahren eignet sich nicht zum Schweißen von Akkulötfahnen. Kondensatorentladeverfahren heizen grundsätzlich per Lichtbogen, diese können an den planen Lötfahnen nicht gezündet werden. Ein Aufschalten auf einen direkten Kurzschluss verheizt fast die gesamte Energie in den Schaltelementen (Thyristor) und den Kondensatoren. Das liegt daran, dass Kondensatorverfahren - um die benötigte Energie bereitzustellen - mit sehr hohen Spannungen arbeiten (bis 250 V) und dabei die Innenwiderstände der Kondensatoren zu groß wären für eine Kurzschlussschweißung.
Akkulötfahnen werden immer mit Transformatorpunktschweißgeräten geschweißt. Die Elektroden sind nicht aus Wolfram, sondern aus Kupfer. Damit sie nicht schmelzen, werden sie von innen wassergekühlt. Die Schweißströme liegen je nach Blechdicke zwischen 1000 A und 5000 A, wobei die Schweißzeit bei so dünnem Material etwa 0,5 Sekunden beträgt.
Damit der Strom nicht durch den Akku fließen muss, werden immer 2 Elektroden verwendet. Der Strom fließt von einer Elektrode durch das Blech hindurch, in die Akkuoberfläche, von dort zur anderen Schweißstelle und wieder durch das Blech zurück in die zweite Elektrode. Ein geschlitztes Blech verhindert, daß der Strom gar nicht erst zum Akku will.
Während dem Schweißvorgang wird zunächst zum Heizen eine relativ geringe Kraft auf die Elektroden aufgebracht und nach etwa 2/3 der Schweißzeit dann die Schweißstellen verpresst, wobei der Trafo dann im vollen Kurzschluss arbeitet und durch Elektromigration bei Schweißtemperatur die Schweißstelle auf Molekularebene verbunden wird und mechanisch spannungsfrei gehalten wird. Der Übergangswiderstand ist jetzt recht gering geworden und die freigesetzte Leistung reicht nicht mehr, um das Material auf Schmelztemperatur zu halten. Bis zur Abkühlung auf etwa 700°C bleibt der Kurzschlussstrom noch anstehen, was dazu beiträgt, dass die Abkühlung nicht zu schnell passiert, andernfalls entstehen Spannungsrisse. Dann wird abgeschaltet.
Die Abschalttemperatur ist ein entscheidender Parameter für die Härte und Sprödigkeit der Schweißstelle, deswegen ist es sehr schwierig, im Hobbykeller die richtigen Parameter nachzubilden und die Bleche halten dann nicht.
Wenn man nicht genug Leistung hat, kocht die Zelle am Ende, weil die Schweißzeit viel zu groß sein muss.
Kleine Punktschweißtrafos haben 100 - 200 W, M-Bleche mit Luftspalt geschichtet oder E-I-Kerne mit Luftspalt (Streufeldtrafo). Sekundär 2 - 4 - 6 V um 30 A. Anschluß über Bananenbuchsen. Schaltung über Fußtaster primär und eignen sich zum schweissen dünner Drähte (Thermoelemente, Hitzedrahtsensoren).
Ich habe das auch mal mit einfachen Mitteln versucht, aber das hält einfach nicht. Deswegen löte ich jetzt alle meine Zellen. Ich habe damit auch noch keine zerstört, man braucht halt auch hier genug Leistung, damit es entsprechend schnell geht.
MOT Mikrowellenofentrafos sind leistungsstarke (früher 1.5kVA, heute 900VA, besser aus gewerblichen Mikrowellenöfen) strombegrenzte 2kV Hochspannungstransformatoren und können zum Punktschweissen verwendet werden, wenn die Sekundärwicklung entfernt wird und durch ein paar Windungen dicken Drahtes ersetzt werden. Dauerkurzschlussfest sind sie aber nicht, auch nicht wenn sie wie in der Mikrowelle mit Lüfter betrieben werden. Die Metallplatten (Joch, Streufeldjoch) sollten im Trafo bleiben, sonst wird die Leerlaufstromaufnahme zu hoch und der Trafo überhitzt an Nennspannung. Mit herausgenommenen Platten als "steifer" Trafo ohne Strombegrenzung ist er also nur bei geringerer Primärspannung zu gebrauchen (so 180V).
> Wie schützt man einen Akku vor Tiefentladung?
Geht am einfachsten mit einem Relais, was bei der Entladeschlusspannung von alleine abfällt, und dessen Kontakt man zum Einschalten mit einem Taster überbrückt, aber das braucht Strom und leider sind Relais nicht so besonders genau. Genauer geht's mit einem Unterspannungssensor (z.B. TL7702, ICL7665, MC34161, TL431, LTC1440, ), oder einer Kombination aus OpAmp als Komparator und Spannungsreferenz (MCP65R41/6, es muss ja nicht der teure LM10 sein), dessen Ausgang so lange mit Masse verbunden ist (active high Reset Pin), wie die Betriebsspannung über der Mindestspannung liegt (je nach Unterspannungssensor fest oder einstellbar), und dessen Ausgang den Spulenstrom des Relais dauerhaft aushält. Diese Schaltung braucht aber eingeschaltet ebenfalls zusätzlich den Relaisstrom.
Einschalttaster (Schliesser)
+Akku --+--o/o--+--- +Ub
| |
+--o/o--+ Relaiskontakt
: |
+--Rel--+
| |
+--|>|--+ Freilaufdiode
| |
| +-----+ Unterspannungssensor
+----| | mit Hysterese
Ausgang +-----+
|
-Akku -----o-o--+--- GND
Ausschalttaster (Oeffner, oder zwischen Relais und Ausgang des Unterspannungssensors)
Unterspannungssensor mit Hysterese bestehend aus Komparator und
Spannungsreferenz
+----------+---+---- Batt | | | 10k 82k | | | | | +--(---(--100k--+ | | | | | +--10k--+--(--|+\ | | | | >------+-- Ausgang | +--|-/ Komparator wie 1/4 LM339 | | | oder OpAmp wie 1/2 LM358 LM385-2.5 22k | | | | +----------+---+---- MasseAuch der TL431 kann als Unterspannungssensor geschaltet werden, hier mit einem Relais das 2.5V unter der niedrigsten Spannung noch sicher einschalten können muss und bis zur höchsten Spannung nicht überlastet werden darf.
Schalter Relaiskontakt
/ /
+-o/ o-+--o/ o----+-- Lampe
| | : |
| +-Relais+ |
| | | |
| +---+--|<|--+ |
| 1n | | |
| | 750k | |
| 100k | | |
| +---+--3M3--(--+
| | |
Akku | +-----+
| +----|TL431|
| | +-----+
| 100k |
| | |
+------+-------+--- GND
oder P-Kanal MOSFET. Bei Spannungen zwischen 12 und 20V tun es normale MOSFETs
mit UGS(max) von 20V, bei Spannungen zwischen 7.5 und 12V LogicLevel MOSFETs
und bei Spannungen unter 5V findet sich kein geeigneter MOSFET mehr da der
TL431 auch 2.5V abzwackt. Hier berechnet für 15V Abschaltspannung, 16V
Wiedereinschaltspannung mit Überwindung der Hysterese beim Einschalten. Auch
diese Schaltung braucht 10mA weil der LT431Z/TL431 nicht weniger mag.
/ S
+-o/ o-+---+---IRF4905--+-- Lampe
| | | | |
| 1n +---1k--+ |
| | | | |
| 6M8 530k | |
| | | | |
| +---+--6M8--(----+
| | |
Akku | +-----+
| +----|TL431|
| | +-----+
| 100k |
| | |
+----------+-------+--- GND
Verwendet man ein bistabiles Relais und einen Unterspannungssensor mit active
low, so braucht die Schaltung praktisch keinen Strom
/
+Akku --+-o o-+-----+-- +Ub
Rel1:Rel2 | bistabiles Relais
| +-|>|-+ Freilaufdiode
o | +---+ Unterspannungs-
AN / +---| | sensor mit
Taster o o +---+ aktiv low Reset
| AUS / |
| o |
-Akku --+-----+-----+-- GND
Man /kann/ auch per RESET-Controller (z.B. dem einstellbaren ICL7665 oder
MCP65R41/6) den Verbraucher per MOSFET abklemmen, jedoch braucht die
Schaltung dann auch ausgeschaltet doch noch einige uA und darf demnach
nicht ewig im Keller rumliegen, sondern muss demnächst ans Ladegerät oder
echt ausgeschaltet werden. Der RESET-Controller muss jedoch eine ausreichend
grosse Hysterese haben, um nicht bei fehlender Belastung durch die
ansteigende Spannung wieder einzuschalten, sondern erst bei neu aufgeladenem
Akku
/
+-o/ o--+------+---+
| | | |
| | 10k |
| +-------+ | |S
Akku |ICL7665|--+--|I PMOSFET (ggf. LogicLevel)
| +-------+Out1 |
| | Schaltung
| | |
+-------+----------+
Manche Spannungsregler haben einen shutdown-Eingang, aber oftmals hat der
keine harte Schaltgrenze oder schaltet genau falschrum. Die KA78Rxx-Serie von
Fairchild hat zwar keine referenzgenau Schaltschwelle, aber immerhin eine
harte Schaltschwelle die bei Unterschreitung den Regler ausschaltet,
dummerweise keine Hysterese, ein sich erholender Akku schaltet also gleich
wieder ein.
> Ladezustand von Akkus anzeigen.
Suche nach 'Fuel Gauge/Gas Gauge' von Benchmarq bei http://www.ti.com/ wie BQ2010 und SAA1501 bei Philips.
Einige Akkuladegeräte:
Wenn der Spannungsabfall an einer normalen (oder Schottky) Diode zu gross ist
(+) --|>|-- + (-) ------- -und eine Verpolschutzdiode mit (ggf. selbstrückstellender PTC Polyfuse) Sicherung aus irgendwelchen Gründen nicht angebracht ist
(+) ---Sich-+-- +
+-|>|-+
(-) --+-------- -
kann man mit einem 'falschrum' angeschlossenen MOSFET batteriebetriebene
Geräte vor dem verpolten Einlegen von Batterien schützen. Zuerst leitet die
(eingebaute Body-) Diode, dann schaltet der MOSFET durch und überbrückt
die Diode, wenn die Threshold-Spannung zur Batteriespannung passt (also
bei 3V braucht man MOSFETs mit sehr niedriger Threshold-Spannung wie
IRF7401 (NMOS) / IRF7404 (PMOS), bei 4.5 bis 9V LogicLevelMOSFETs wie
IRL2505, ab 18V wird's auch für normale MOSFETs wie IRF530 (NMOS) oder
IRF9530 (PMOS) zu viel und man muss das Gate mit Spannungsteiler oder
Z-Dioden schützen). Umgekehrt sperrt alles, zumindest bis 20V Spannung.
(+) --------+-------- +
D |G S
(-) --+--NMOSFET--+-- -
+----|<|----+ (Interne parasitäre Diode)
> Durchlassspannung einer Diode
Eine Halbleiterdiode lässt den Strom nur in einer Richtung hindurch. Aber eine Diode ist kein ideales Ventil, das in einer Richtung ohne Verluste arbeitet, und in der anderen Richtung dicht ist. Auch die oft genannte Vereinfachung, das an einer normalen Silizium-Diode einfach 0.7V Verlust in Leitrichtung auftritt, also die Diode unter 0.7V einfach nicht leitet, ist falsch. Man sollte sich daran gewöhnen, das Dioden bei vollem Strom nach Datenblatt ca. 1V Spannungsverlust bewirken. Fliesst nur ganz wenig Strom durch eine Diode liegt der Spannungsverlust eher bei 0.5V. Die Spannung ist auch noch stark temperaturabhängig (was in einem Thermometer ausgenutzt werden kann). Schottky-Dioden haben so 0.3V weniger, sperren aber auch schlechter. Germanium-Dioden haben bei kleinen Strömen noch weniger Spannungsverlust, der aber normalen Strömen schnell ansteigt und Silizium-Dioden überflügelt.
Den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung in Durchlassrichtung einer Diode drückt die Shockley-Formel aus:
I = Is * ( exp( U / (n*Ut) ) -1 ) Is = Sättigungsstrom ca. 1E-14A n = Korrekturfaktor ca. 1..2 je nach Diode Ut = Temperaturspannung = (k * T ) / e ca. 26mV bei 25 GradC T = Temperatur [K] e = Elementarladung = 1.6E-19 [C] k = Boltzmann-Konstante = 1.38E-23 [K/J]> Sperrstrom verschiedener Dioden
Eine Diode soll verhindern, das Strom 'rückwärts' durch sie hindurchfliesst. Aber es ist dem Hersteller nicht möglich, dieses Sperrverhalten unabhängig von den anderen Anforderungen zu optimieren. Zu dem verdoppelt sich der Sperrstrom bei einer Temperaturerhöhung um 10K. Daher gibt es verschiedene Dioden, und man sollte für den jeweiligen Zweck die passende wählen. Grosse Dioden haben auch eine grosse Kapazität in Sperrrichtung, die auch nervt.
Will man hochohmige Eingänge schützen, kann man einen active Guard nehmen, mit einem OpAmp der nicht unter phase reversal leidet, der Strom fliesst dann über die in CMOS-OpAmps meist eingebauten Ausgangsschutzdioden nach VCC bzw. Masse
+---------------+-- VCC
| 1N4148 |
+---(--|>|--+--|>|--+ (ev. in OpAmp eingebaut)
| | |
+---(--|<|--+
| | |
Eingang --10k--+--|+\ |
| >-----+-- Ausgang
+--|-/ |
| | |
+---(-------+--|<|--+ (ev. in OpAmp eingebaut)
| |
+---------------+-- GND
oder wird von einer Z-Diode abgefangen, was den Vorteil hat, VCC nicht
anzuheben.
+------------------ VCC
| 1N4148
+---(--|>|--+
| | |
+---(--|<|--+
| | |
Eingang --10k--+--|+\ |
| >-----+-- Ausgang
+--|-/ |
| | | ZD5V6
+---(-------+--|<|--+
| ` |
+---------------+-- GND
Und die forward recovery time unterscheidet schon die 1N4004 von der 1N4007,
aber natürlich auch die anderen Dioden voneinander:
Von: MaWin 12.11.2003
Der Bipolartransistor besteht aus einer Diode von Basis nach Emitter (das ist auch das im Schaltzeichen eingezeichnete Diodendreieck) die sich auch wie eine Diode mit einer Sperrspannung von ca. -6V verhält. Ab +0.5V zwischen Basis und Emitter fliesst zunehmend mehr Strom. Das besondere am Transistor ist nun, das der kleine von Basis nach Emitter fliessende Strom es ermöglicht, das ein grosser Strom vom Kollektor zum Emitter fliessen kann, wenn denn am Kollektor ausreichend Spannung anliegt. Ein kleiner Strom durch die Basis-Emitter-Diode ermöglicht dabei einen um den Stromverstärkungsfaktor hfe (zwischen 10 und 1000, meist so 100) grösseren Strom durch den Kollektor. Natürlich wird der Kollektorstrom nur so gross, wie es die umgebende Schaltung erlaubt, im Beispiel bestehend aus Spannungsquelle und Last. Beide Ströme fliessen zusammen durch den Emitter wieder aus dem Transistor heraus. Leider sind die Dinger recht unlinear, was man mit geeigneten Schaltungen zu begradigen sucht.
+--------+
|+ |
Last | +
B | Spannungsquelle
--|< NPN | -
|E |
---+--------+
Der einfache Transistor kann den Strom durch eine Last steuern, wenn er in
Reihe zur Last an eine Spannungsquelle geschaltet wird. Erhöht man die
Spannung am Eingang B langsam von 0V auf 1V, so bemerkt man ab 0.5V einen
raschen Anstieg des Stroms durch die Last. Der Transistor sollte den
maximalen Strom der durch die Last fliessen kann aushalten, also 1.5A bei
12V Spannungsquelle und 8 Ohm Last. Und auch den maximalen Verlust von
0.75*6 = 4.5´Watt der bei halber Aussteuerung auftritt. Auch der Strom in
die Basis darf nicht zu gross werden, meist 1/10tel des Stroms durch den
Kollektor, hier also 150mA. Diese 150mA werden schon in der Gegend von 1V
erreicht. Leider kann man die genaue benötigte Spannung nicht angeben,
weil sie von Transistor zu Transistor (selbst bei derselben Typennummer)
unterschiedlich ist, und stark mit der Temperatur schwankt.
Daher verwendet man einen Vorwiderstand, mit dem man den erlaubten
Spannungsbereich zur Ansteuerung des Transistors vergrössert
0-12V +--------+
| | |
74R 8R |
| | Spannungsquelle
+---|< NPN |
|E |
------+--------+
Egal, ob für 150mA Basisstrom nun 0.9V oder 1.1V an der Basis benötigt
werden, hat man nun 150mA Basisstrom recht genau bei 12V am Eingang. So
macht man aus dem stromgesteuerten Transistor einen spannungsgesteuerten.
Er ist zwar vor Beschädigung geschützt, aber auch nicht besonders linear,
so dass diese Beschaltung meist für Digitalsignale, also blosses
Ein-/Ausschalten der Last durch eine Steuerspannung verwendet wird.
Legt man den Widerstand, der den Basis-Emitter-Strom begrenzen soll, an
den Emitter, wird er zusätzlich vom Kollektorstrom durchflossen, daher
gilt dort ein wesentlich kleinerer Widerstandswert. Er zeigt sich am
Eingang durch den Stromverstärkungsfaktor vergrössert.
Der Eingangswiderstand dieser Verstärkers liegt also bei Re*hfe.
Es stellt sich am Emitterwiderstand eine Spannung ein, die ca. 0.7V
kleiner ist, als die Spannung am Eingang. Dadurch kann man mit der
Eingangsspannung also die Spannung am Emitterwiderstand und damit den
Strom durch den Emitterwiderstand und somit recht genau den Strom
bestimmen, der durch den Transistor und die Last fliesst. Weiss man
den Strom durch die Last, kann man den Spannungsabfall an der Last
ausrechnen. Die Eingangsspannung steuert also den Transistorstrom,
der wiederum die Ausgangsspannung an der Last bestimmt. Ist der
Widerstand der Last grösser als der am Emitter, erfolgt durch die Stufe
eine Spannungsverstärkung.
0-12V +--------+
| | |
| 8R |
| | Spannungsquelle
+---|< NPN |
|E |
7.4R |
| |
------+--------+
Bei 6V am Eingang leitet der Transistor. Es fliesst Strom durch ihn
hindurch. Der Strom erzeugt einen Spannungsabfall am 7.4R Widerstand.
Wenn 850mA durch den 7.4R Widerstand fliessen, führt das zu einem
Spannungsabfall von 6.3V. Es verbleiben nur noch 0.7V zwischen Basis
und Emitter. Wenn mehr Strom fliessen will, wird die Spannung zwischen
Basis und Emitter kleiner, der Transistor geht weiter zu und regelt
den Strom wieder herunter. Der Emitterwiderstand bewirkt also eine
Gegenkopplung, die Schaltung regelt den Strom. Wenn sie, wie die
erste Schaltung, aber 1.5A durch die Last fliessen lassen soll, was
bei einer Eingangsspannung von 12V passiert und damit 11.3V am
Emitterwiderstand abfallen, so braucht sie eine Spannungsquelle von
24V, sonst ist nicht genug Spannung für die 8R Last übrig.
Bei 850mA entstehen am 8 Ohm Lastwiderstand 6.8V.
Wenn man z.B. eine Spannungsverstärkung um das 10fache erreichen will, muss der Lastwiderstand einen 10 mal so hohen Widerstandswert haben wie der Emitterwiderstand, sagen wir Re=10 Ohm und Rl=100 Ohm. Wenn wir 24V als Versorgungsspannung haben, fliessen maximal 210mA durch beide, wobei durch den Emitterwiderstand zusätzlich der Basisstrom fliesst, und der Emitter im Transistor auch schon ein paar Ohm beiträgt. Damit diese 210mA durch den Emitterwiderstand fliessen, muss an ihm ca. 2.2V anliegen, und an der Basis ca. 2.9V. Bei nur 0.6V an der Basis geht der Transistr aus, es liegt keine Spannung am Emitterwiderstand, es fliesst kein Emitterstrom und kein Kollektorstrom und damit auch kein Strom durch die Last und die hat damit keine Spannung.
Wer mit normaln bipolaren Kleinleistungstransistoren schnell schalten will, darf man sie nicht in Sättiging bringen. Entweder per Schottky-Diode:
+12V
|
2k
BAS70 |
+--|<|--+-- Ausgang
+--10k--+ |
0V/5V --+ +------|< BSY17/2N2369
+--22p--+ |E
GND
oder in dem man sie im Linearbetrieb hält
+12V
|
GND 2k
| |
2k +-- Ausgang
1N4148 | |
-5V --|<|--|<|--+--|< BC547
|E
0V/5V --50R-------------+
|
100R
|
-5V
sind ton und toff Schaltzeiten unter 20ns möglich.
Oft findet man in Geräten Transistoren mit der Bezeichnung A1015, C557, C38, D998, F830, H945 oder K1117 die in keinem Katalog zu finden sind. Fügt dann ein 2S, IR, SC2, KT oder B vor die Typennummer und sucht im Katalog erneut, denn asiatische Hersteller lassen gerne das 2S weg, die DDR das S und die 2, Koreaner das KT, Europäer manchmal das B, ST beim Nachbau von Motorola-ICs den MC34 Prefix (063 steht dann für MC34063) und International Rectifier das IR. Aber glücklicherweise gibt es kaum Nummernüberschneidungen. Die obigen Typen sind also 2SA1015, BC557, SC238, IRF830 und 2SK1117. Leider funktioniert das manchmal doch nicht: KSD/KTD998 und 2SD998 oder KSC/KTC778 und 2SC778 sind nicht dasselbe. Ersatztyp für KTD998/KTC778 ist 2SC4387/2SA1672 oder mit Isolierscheiben TIP33C/TIP34C oder BD245/246. Mit H beginnen manche Hitachi Consumer-Transistoren. H945 ist also ein schlechterer 2SC945, HA42 ist MPSA42, H548 ist BC548, H9012 ist C9012. Wobei C9012 ein Consumer-Transistor von Motorola ist, nicht ein 2SC9012 oder gar BC9012, die gibt's nämlich nicht und D44C/D45C sind keine 2SD44C/BD44C sondern heissen wirklich SavantIC D44/D45.
Elektor Crescendo / Mini-Crescendo 2SJ50/2SK135 = 2SJ56/2SK176 = 2SJ1058/2SK162 in TOP3P
Viele Hersteller wie Motorola (MT), Fairchild (FD), ST (ST), Philips (PH), Harris (RF), OnSemi (ND) Samsung (SS), Siliconix (SM) bezeichnen MOSFETs nach einem einfachen Schema: MTP50N10 heisst Motorola TO220 50A NMOSFET 100V, also Herstellerkürzel, Gehäusebuchstabe A=TO220isoliert B=D2PAK D=DPAK E=ISOTOP F=TOP3Pisoliert H=TO218 I=I2PAK J=TO220isoliert K=STO82 M=TO3 N=SOT223 O=SOP8 P=TO220 S=TO220isoliert U=TO251/IPAK V=D3PAK W=DIP X=TO220isoliert Y=TO264, Amperezahl, Kanal-Polarität, Volt in 10er Schritten.
Auch IGBTs folgen oft diesem Muster: STGB20NB32 schafft z.B. 20A, 320V.
Manchmal hilft ein Herstellerkürzel auf dem Transistor, ansonsten orientiert man sich erst mal an den Bezeichnungen der anderen im Gerät verbauten Transistoren. Bei SMD-Bauteilen reicht der Platz für Typennummern nicht aus, und die Kürzel sind HERSTELLERBEZOGEN, also mehrfach vergeben:
Transistorgrundschaltungen finden sich in
Warum kann man Emitter und Collektor nicht vertauschen, dem Ersatzschaltbild eines Transistors nach haben die doch keine Unterschiede? Doch, haben sie, von der Geometrie her, trotzdem funktioniert ein Transistor bei vertauschen Emitter/Collektor im sogenannten inversen Betrieb, und der hat 4 Effekte: Eine viel geringere Stromverstärkung, so 5 statt 100, und eine viel niedrigere Sättigungsspannung VCEsat. Die Transitfrequenz ist in dieser Betriebsart wesentlich höher. Die maximale Spannung viel niedriger, meist nur 5V (UBEreverse).
> Warum schaltet mein MOSFET direkt am uC Ausgang angeschlossen nicht durch?
Weil du vermutlich im Datenblatt den UGSth-Wert fälschlicherweise als die Spannung angenommen hast, ab der der MOSFET durchschaltet. Das ist aber mitnichten so, es ist die Spannung ab der er gerade eben nicht mehr sperrt. Die Spannung, ab der er bestimmt leitet, steht hinter der RDSon Angabe meist in Form eine @UGS xxV. Das liegt daran, weil die Gate-Threshold-Spannung sehr starkt schwankt, von Exemplar zu Exemplar und von Betriebsbedingung zu Betriebsbedingung. Garantiert leiten tut der MOSFET nur bei einer Spannung zwischen Gate und Source, die bei RDSon angegeben wurde (auf diese Spannung hin wird der MOSFET auch in der Fabrik geprüft), als Beispiel mal dieses Datenblatt welches zeigt, daß die UGSth Schwankung von 0.5V bis 3.2V reicht:
> Kann man MOSFETs zur Leistungssteigerung parallelschalten?
Von: Rolf Zimmermann
MOSFETs als Schalter betrieben kann man ohne Symetrier-R parallel schalten. Der Kanalwiderstand Rds(on) steigt mit der Chiptemperatur, und symmetriert den Strom durch den einzelnen FET entsprechend der Temperatur (der kühlste FET bekommt mehr Strom ...)
MOSFETs im Linearbetrieb (also 'nicht ganz durchgeschaltet') verhalten sich ab einer bestimmten Ugs gerade umgekehrt (der wärmste FET bekommt noch mehr Strom...) weil die Gate-Source-Spannungskennline negativ temperaturabhängig ist. Hier braucht's dann mindestens die R's in die Source des FETs. Da die Threshold-Spannung von MOSFETs mit ca. 3.5V viel grösser ist als die nur 0.6V grosse Ube-Spannung von Bipolartransistoren und die Werte auch locker um Faktor 2 streuen, benötigt man im Vergleich zu Bipolartransistoren recht grosse Widerstandwerte bei den Stromverteilungswiderständen und erhält damit recht grosse Verlustleistungen. Man sollte wenigstens die MOSFETs gut selektieren.
+------+-- DD
| |
+---(--+ |
| | | |
GG --+--|I +--|I
| |
R R
| |
+------+-- SS
Um mit kleineren R´s und ohne Selektiererei auszukommen sollte man einen
OpAmp (Achtung: Er muss trotz kapazitiver Last stabil bleiben, z.B.
MC34072/LM6364/AD848/OP279 oder 'per Hand' stabilisiert werden mit extra
Kompensationskondensator C in der Rückkopplung) pro MOSFET spendieren, der
den Spannungsabfall am Stromverteilungswiderstand dieses MOSFETs regelt,
denn solche Schaltungen neigen zum phase lag der durch diese phase lead
Schaltung ausgeglichen wird. Auch diese Schaltung hat allerdings Probleme
bei bestimmten Lasten (wenn der eine MOSFET noch zu wenig Strom zieht,
wird aufgeregelt, dadurch bekommt der andere MOSFET aber weniger Strom und
regelt nach, dann muss der erste MOSFET wieder weniger liefern) und die
Schaltung kommt ins Schwingen. Parallelgeschaltete MOSFETs im Linearbetrieb
sind also immer mit Vorsicht zu geniessen.
+-----------------+-- DD
| |
+--------------(--+ |
GG --+--|+\ | +--|+\ |
| >--+----|I | >--+----|I MOSFET
+--|-/ C |S +--|-/ C |S
+--------+--R--+ +--------+--R--+
| |
R R
| |
+-----------------+-- SS
MOSFETs brauchen wenig Strom wenn sie langsam umgeschaltet werden können, ein Microcontrollerausgang reicht für Frequenzen bis 20kHz wenn LogicLevel MOSFETs verwendet werden. Der N-Kanal MOSFET schaltet die Verbindung nach Masse ein, wenn der Microcontrollerausgang HIGH ist. Ein hochohmiger Widerstand vom Gate nach Masse verhindert, daß der MOSFET halb durchschaltet wenn der uC Pin noch als Eingang geschaltet ist. Ist gar denkbar, daß er versehentlich als Eingang mit internem pull up geschaltet wird, sollte der Widerstand eher 10k haben. Ein MOSFET an einem Pin der nie ein Eingang sein kann braucht den pull down Widerstand nicht.
VCC -----------
Ausgang
+---
|
uC ----+--|I N-Kanal LogicLevel MOSFET (2.7V Typen falls der uC mit 3.3V versorgt wird)
| |S
47k |
| |
GND ---+---+
Wenn aber der MOSFET an einem bipolaren OpAmp Ausgang hängt, oder an einer
Transistorschaltung dessen Versorgungsspannung abgeschaltet sein kann obwohl
die vom MOSFET geschaltete Spannung vorhanden ist, kann es sein, daß der
bipolare Ausgang hochohmig ist und der MOSFET doch nach einger Zeit
halbleitend durchschaltet, also auch in dem Fall kann so ein Widerstand vor
Schaden bewahren. Bei CMOS-Ausgängen leitet die Schutzdiode eventuell
entstehende höhere Gate-Spannungen dann an die ausgeschaltete Versorgung ab.
Normale MOSFETs brauchen aber Ansteuerspannungen um 10V, so daß man eine Ansteuerschaltung benötigt. Ein N-Kanal MOSFET trennt die Verbindung nach Masse und wird ausgeschaltet wenn der Microcontrollerausgang HIGH liefert:
VCC ------+-------
|
1k +--- Ausgang
| |
+--|I N-Kanal MOSFET
| |S
uC --1k--|< | (als Transistor tut's ein BC547 oder ähnlich)
|E |
GND ------+---+
Ein P-Kanal MOSFET trennt die Verbindung nach Plus auf. Er schaltet ein, wenn
der Microcontrollerausgang HIGH ist:
VCC ------+---+ (9 bis 15V, bei 5V bis 9V einen LogicLevel MOSFET verwenden)
| |
1k |
| |S
+--|I P-Kanal MOSFET
| |
uC --1k--|< +--- Ausgang
|E
GND ------+-------
und wenn die Betriebsspannung höher als 15V ist hilft diese Schaltung:
VCC ------+---+ (15V bis so viel wie die Transistoren aushalten)
| |
1k | (470 Ohm für LogicLevel P-Kanal MOSFET)
| |S
+--|I P-Kanal MOSFET
| |
uC ------|< +--- Ausgang
|E
430R (270 Ohm bei 3.3V uC)
|
GND ------+-------
Wenn man jedoch schnell umschalten will (und das will man wenn man oft
schaltet, denn beim Umschaltvorgang entstehen sonst die grössten Verluste,
allerdings erst bei Frequenzen jenseits des Audiobereichs), benötigt man mehr
Strom zum Umladen der Kapazitiät des Gates des MOSFETs. Bis zu mehreren
Ampere wenn man mit Megahertz umschalten will. Die diskrete Schaltung ist
eher aufwändig:
VCC ----------o-----------. (9 bis 15V)
| |
.-. | BC337
1k | | |/
| | .----| |
'-' | |> ||-+
| | | ||<-
o----o o-------||-+ N-MOSFET
BC547 | | | |
___ |/ | |< |
in --|___|--| '----| |
1k |> |\ |
| | BC327 |
GND ----------o-----------o----------'
VCC ----------o-----------o----------. (9 bis 15V)
| | |
.-. | BC337 |
1k | | |/ |
| | .----| |
'-' | |> |
| | | |
o----o o-------||-+ P-MOSFET
BC547 | | | ||>-
___ |/ | |< ||-+
in --|___|--| '----| |
1k |> |\
| | BC327
GND ----------o-----------'
VCC ----------o-----------o----------. (15 bis 40V und mehr wenn ausreichende
| | | Transistoren verwendet werden)
.-. | BC337 |
1k | | |/ |
| | .----| |
'-' | |> |
| | | |
o----o o-------||-+ P-MOSFET
BC547 | | | ||>-
5V |/ | |< ||-+
in ---------| '----| |
0V |> |\
| | BC327
.-. |
| | |
470 Ohm | | |
'-' |
GND ----------o-----------'
Daher gibt es fertige MOSFET Treiber ICs wie den simplen MC34151/34152 von http://www.onsemi.com/ , den schnellen LTC1693 von http://www.linear.com/ bzw. TPS2811-15 von http://www.ti.com/ und IR2010/2011/2104/2111 mit Ladungspumpe von http://www.irf.com/ bis hin zu 30A Treibern IXDD430 von Ixys, und sogar optisch isolierte wie HPCL3120 oder siliziumisolierte wie Si823x bis 5kV. Besonders nützlich ist, wenn sie bei zu geringer Spannung abschalten, damit der MOSFET nicht halb durchgeschaltet werden kann. Doch manche machen Probleme, insbesondere die ganz schnellen:
> HIP4080
Aus sci.electronics.design von Adam Seychell:
Has anyone here used this chip successfully? I'm designing a high frequency PWM H-bridge using the HIP4080IAP MOSFET driver (to provide +-3V output at 20 amps). After reading all the application notes from Intersil they point out a "shoot through" situation can occur when the the driver is first powered up. They provide a circuit to fix this problem (see http://www.intersil.com/data/TB/TB3/TB321/TB321.pdf ) It seems to me that this was a design fault in the driver because the fix they describe is shown at ends of application notes and is not included in the evaluation board. Their explanation of the issue is very brief and I was wondering if anyone who has used this chip before could recommend what to do about a power up circuit.
Winfield Hill:
I have used the 4080A chip in several designs without any problem at all with powerup. Please notice that the TB321 was written for the 4080 and 4081 chips (old non-A versions, don't buy them, are even they still available?). Of course the 4080A with its separate HI and LO inputs gives you the capability to externally cause trouble, but that's your issue! I would pay attention to the stuff in AN9404. How are you planning to implement your H-bridge control? I'm a really big fan of the 4080A and the 4081A, have used them to 2MHz, and have often recommended them here on s.e.d. They're so hip. :-)
Jim Stockton:
I have used it in the past and it worked well after sorting out some ground bounce issues. The then Harris FAE Ivars was very helpful in taming the beast. I had to use a 33pf & 1 Ohm snubber from each output of H bridge to ground and added 1 Ohm resistors in series with BHS & AHS lines to controller. He had also suggested Toshiba Magnetics spike killer beads (AMO Beads?) on Source Leads on top Fets & on Drain leads of bottom Fets. I didn't need to use them though. Great part once circuit is tamed but in the mean time plan on buying a tube for development work. They arent very forgiving at high power levels.
> Warum sollte bei einem MOS Transistor ein Vorwiderstand vor das Gate?
Winfield Hill:
High-voltage power MOSFETs love to RF oscillate at from 10 to 30MHz when used in the linear mode at even modest currents, like 5mA, and with more than say 25V across their drain-source. The easiest way to prevent this is to use two ferrite beads and slip one over both the gate and source leads of a TO-220 part. Sometimes a gate resistor alone can spoil the oscillation (they're always recommended anyway, and especially if you use a gate-source zener, isolate the gate with a resistor), but I have better results and am more comfortable with two ferrite beads.
Wenn man nicht so schnell umschalten will (für Motoren und Glühlampen reicht eine eher langsame PWM ab 100Hz die man nebenbei in Software erzeugen kann) kann man auf die Idee kommen, LogicLevel MOSFETs (also solche, die bereits bei 4.5V soll durchgesteuert sind) direkt an einen PortPin eines uC oder Ausgang eines CMOS-ICs zu hängen. Da aber das durchschalten beispielsweise von +5V auf einen entladenen Kondensator (die Gate-Kapazität) wie ein Kurzschluss wirkt, fliesst dann Strom ausserhalb des absolute maximum ratings des ICs. Daher findet man an dieser Stelle oft einen Gate-Widerstand um den Strom auf das erlaubte Maximum zu begrenzen. Allerdings müsste der Gate-Widerstand um 220 Ohm haben, was selbst bei 100 Hz die Umladezeit einer 1nF Gate-Kapazität schon deutlich beeinflusst, so daß viele Entwickler den Widerstand auf 10 Ohm reduziern. Damit geht der Ausgang doch in die Abschnürbereich und der Widerstand verhindert genau nix.
Auch für Rückwirkungen aus der Drain über die Gate-Drain Kapazität, die aus einem schlagartigen ansteigen der Drain-Spannung zu einem Anheben der Gate Spannung über die Betriebsspannung des ICs führen könnte und zu einem Strom über die Schutzdioden des Ausgangs bis hin zum latch-up Effekt, hilft der Widerstand nichts, dafür ist er zu niederohmig als Strombegrenzung und zu hochohmig um das Gate festzuhalten.
Für nicht rasend schnelles umschalten komplementärer MOSFETs aus ausreichend hohen Ansteuerspannungen kann ein CD4041 hilfreich sein.
Zur genauen Berechnung der Umschaltzeit eines MOSFETs siehe dieses Dokument:
Weil die Zuleitung (Induktivität) und das Gate (Kapazität) einen Schwingkreis bilden, und so eine Schwingneigung bei sehr hohen Frequenzen existiert, die durch Verschlechterung der Güte des Schwingkreises durch den Widerstand gemindert wird.
Zudem befindet sich zwischen Gate und Drain des MOSFET ein Kondensator, und schnell ansteigende Impulse am Drain schlagen auf das Gate durch und können den steuernden IC in den LatchUp treiben, wenn man den Strom nicht per Widerstand begrenzt.
Von: Michael S. 4.8.2014
Ohne Gatewiderstand geht es bei HV-MOSFETs nicht mehr, weil das dU/dt am Drain dann nicht mehr beherrschbar wird. Man kann die Hochvolt-MOSFETs auch mit relativ schwachen Treibern mit 10R Gate-Widerstand locker so schnell treiben, dass man mehr als 100kV/µs erreicht. Diese Transienten machen aber ganz neue Probleme und schlagen kapazitiv überall hin durch.
Im Linearbetrieb wird der MOSFET oft von OpAmps angesteuert, und viele OpAmps sind nicht stabil bei hohen kapazitiven Lasten wie sie das Gate eines MOSFET mit bis zu 1nF darstellt. Dann ist zur Stabilität des OpAmps ein Widerstand notwendig, falls man nicht passende OpAmps wie den MC34071 verwendet.
Im Schaltbetrieb bildet ebenso die Zuleitung (Induktivität) und das Gate (Kapazität) einen Schwingkreis, und mit störender Neigung zum Klingeln, was man durch Verschlechterung der Güte des Schwingkreises durch den Widerstand mindert.
Zudem befindet sich zwischen Gate und Drain des MOSFET ein Kondensator, und schnell ansteigende Impulse am Drain schlagen auf das Gate durch und können den steuernden IC in den LatchUp treiben, wenn man den Strom nicht per Widerstand begrenzt. Man muß aber darauf achten, daß der Widerstand es nicht erlaubt, daß das Gate des MOSFETs über die meist zulässigen 20V gezogen werden kann, notfalls ist eine Z-Diode direkt von Gate zu Source zur Absicherung vor eingekoppelten Impulsen notwendig.
Bei schnellem Schalten entfällt die ganze Verlustleistung des Umladevorgangs (Kondensatorparadoxon) auf den Treiber, der dann zu heiss wird. Ein Gate-Vorwiderstand kann dann einen Teil der Verlustleistung übernehmen und damit den MOSFET-Treiber vor Überhizung schützen, allerdings auf Kosten des langsameren Umschaltens.
Bei mehreren parallel geschalteten MOSFETs an einem Treiber sollte jeder einen Gate-Vorwiderstand bekommen, da die Spannung am Gate auf dem Plateau hängen bleibt und damit die anderen MOSFETs am zügigen Umschalten hindert weil jeder MOSFET eine andere Plateauspannung hat.
Von: MaWin 11.8.2000
Häufig werden Fragen gestellt, wie man mit 'den 12 Volt' im Auto umgehen soll. Sei es, weil man ein Handyladegerät bauen oder einen PC im Auto betreiben möchte. Dabei hat ein Autoakku 8 Volt beim Anlassen, 12.6 Volt beim Rumstehen, 14.4 Volt beim Fahren, 28.8 Volt beim Jumpstart vom LKW, kurzzeitig -100 Volt wenn ein Relais abfällt oder +100 Volt wenn ein Kabel der Lichtmaschine einen Wackelkontakt hat, von Störungen (bis 60V und massiver Masseversatz) wenn am Auto geschweisst wird ganz zu schweigen, die sind ja auch nicht in den Testimpulsen berücksichtigt.
Standard-Lichtmaschine/Laderegelung am Autoakku:
Immerhin ist im Auto an Klemme 30 (meist rot) Dauerplus und an Klemme 15 (meist schwarz) Plus über Zündung und Klemme 31 (meist braun) ist Masse.
Nur mal zur Verdeutlichung die Testimpulse, die ein KFZ-Bauteil nach ISO16750 (ehemals ISO 7637-1:1990 (12 Volt system) und ISO 7637-2:1990 (24 Volt system) und DIN40839) und AEC-Q100 aushalten muss
Von: Thomas Rehm 26.6.2000 siehe Datenblatt des VN750 und VNH3SP30 von http://www.st.com
Inzwischen verwendet man gerne Testimpulse aus der LV-124, erzeugt mit Arbiträrgenerator mit 1kW Verstärker und nachgeschalteten Widerständen/Impedanzen, die im 12V Bordnetz nur bis 27V oder 32V gehen, weil moderne Autos einen Überspannungsschutz schon in der Lichtmaschine haben.
E-01 Langzeit Überspannung E-02 Transiente Überspannung E-03 Transiente Unterspannung E-04 Jumpstart (26V für 1 Minute) E-05 Load Dump (27V oder 32V je nach Hersteller für 50ms) E-06 Überlagerte Wechselspannungen E-07 Langsames Absenken/ Ansteigen der Versorgungsspannung E-08 Langsames Absenken/ schnelles Ansteigen der Versorgungsspannung E-09 Resetverhalten E-10 Kurze Unterbrechung E-11 Startimpuls E-12 Spannungsverlauf mit Generatorregelung E-13 Unterbrechung Pin E-14 Unterbrechung Stecker E-15 Verpolung E-16 Masseversatz E-17 Kurzschluss Signalleitung E-18 Isolationswiderstand E-19 Ruhestrom E-20 Durchschlagsfestigkeit E-21 Rückspeisung E-22 Überströme
Von: Patrick Schäfer, 28.2.15
Das Cranking-Profil nach LV 124-1 E-11 "normal" geht für 20ms auf 4,5V und rödelt dann 10s bei 6,5V herum. E-11 "severe" hat erst 20ms bei 3,2V, dann 330ms bei 5,0V und schließlich 10s Gerödel bei 6,5V.
Für kleine Ströme bei 5V bis Test Level II tut es oft ein MIC2950 (bis +60V und -20V) ohne weitere Schutzbauteile, wenn kurze Einbrüche erlaubt sind.
+-------+ LV 124-1 E-11 "normal"
+B ---+--|MIC2950|--+-- 5V 150mA
| +-------+ |
100nF | 1uF
| | |
GND --+------+------+--
Für höhere Ströme bis 5A geht ein TPS54560 sehr gut, ein automotive
Schaltregler mit internem MOSFET bis 60V, er verursacht eher EMV Probleme.
Oder MAX5098A (2A dual) oder LM5007 (0.7A) oder XL7005A (0.4A 5W), vertragen
alle 80V am Eingang.
Der kurze Einbruch von 20ms muss vom Elko gefangen werden, die 6,5V plus reale oder simulierte Gegen-EMK des Anlassers muss das Steuergerät einfach abkönnen. Im Zeitalter des automotive LDO (TLE4260, TLE7270, TLE4271, TLE4275) auch mit 5V-Controller kein Problem:
1N4004 +---+ LV 124-1 E-11 "normal", automotive LDO
+Ub --+--|>|--+------|LDO|--+-- 5V/1A (bei weniger Strom reicht kleinerer Elko)
| | +---+ |
10nF 4700uF/35V | 10uF
| | | |
GND --+-------+--------+----+--
Die LV-124 hilft aber wenig, wenn die Störung zwischen Batterie und Verbraucher ist und z.B. ein Relais, wie im Auto üblich ohne Freilaufdiode, eine hohe Gegen-EMK verursacht.
Wackelkontakt
+B ------//-------+--------+
| |
Relais Verbraucher (weniger Strom als Relais)
| |
Masse -------------+--------+
Von: Joerg, 28.2.15:
"The SAE J537 CCA test mandates to cool a fully charged battery to -18°C (0°F) for 24 hours, and while at subfreezing temperature apply a high-current discharge that simulates the cranking of an engine. A 500 CCA battery would need to supply 500A for 30 seconds and stay above 7.2V (1.2V/cell) to pass".
Alle im Auto fest eingebauten (Prinzip: Man wirft sie zusammen mit dem Auto weg, würde ihren Ausbau also als ausschlachten und nicht als abstöpseln wie bei einem Handyladegerät oder Navi am Zigarettenanzünder betrachten) Schaltungen brauchen eine E-Typgenehmigung nach ECE R10, siehe "F.20. Firma aufbauen" wie man die erlangt. Der VDA spezifiziert für Elektronik eine Haltbarkeit von 15 Jahren, 250.000 km, 5000 Betriebsstunden und je nach Hersteller 20..2000 Temperaturwechsel zwischen -40°C bis 70°C oder >100°C.
Achtung: Kommerzielle Geräte zum Anschluss an den Zigarettenanzünder die mit dem Hinweis 'nur bei ausgeschaltetem Motor betreiben' versehen sind haben KEINE Schutzmassnahmen und halten obige Testimpulse NICHT aus. So etwas ist natürlich in der Praxis unbrauchbar und grob fahrlässig. In einem Original Siemens KFZ Handyladeadapter befindet sich aber sehr wohl eine Schutzschaltung wie unten gezeigt.
Für einfache Anwendungen reicht es oft, nur die Stromzufuhr gegen zerstörerische Spannungsspitzen abzublocken. Kernbauteil ist dabei ein Spannungsregler, der auch noch bei der geringsten Spannung von 8V (wenn die Schaltung auch beim Anlassen nicht ausgehen soll) oder 10V (wenn die Schaltung nur im Betrieb laufen muß) in der Lage ist, die gewünschte Ausgangsspannung zu regeln. Üblich sind L49xx von http://www.st.com/ oder LM2931 von http://www.national.com/ . Kurze Spannungseinbrüche puffert ein Elko vor dem Spannungsregler. Damit dieser Elko beim Absinken der Bordnetzspannung nicht entladen wird, sollte eine Diode in Reihe vor ihn, die Betriebsstrom und maximale Spannungsimpulse aushält. Um Störungen mit so hohen Frequenzen abzuhalten, die der Spannungsregler gar nicht erst ausregeln kann und die der Elko wegen seines ESL nicht filtert, ist eine Drossel sinnvoll, die diese Frequenzen dämpft. Eine möglichst hohe maximale Eingangsspannung des Spannungsreglers ist wünschenswert damit er auch beim Jump-Start vom LKW (28.8V) noch funktioniert, manche Regler schalten vorher auch ab, überleben aber die Spannung, was in vielen Fällen auch akzeptabel ist und übermässige Verlustleistung verhindert. Nun muß man noch höhere Spannungen vom Regler fernhalten mit einer Überspannungsschutzdiode (VDR, Transil, Transzorb) die also bei 28.8V noch nicht leitet und auch bei vollem Ableitstrom nicht mehr als die maximal erlaubte Spannung an den Regler lässt, oft 40V. Ein S14K14AUTO beispielsweise erlaubt eine rms-Spannung von 14V~, eine DC-Spannung von 16V, leitet bei 22V (minimal, maximal, typisch?) 1mA und hält 25V sicher 5 Minuten lang aus, begrenzt auf 43V wenn die Quelle nicht mehr als 10A liefert, also nachfolgenden Bauteile müssen zumindest 43V vertragen, obwohl er für ein 12V Bordnetz vorgesehen ist. Allerdings hält so ein Schutzelement die höhere Spannung auch nicht längere Zeit überleben, daher muß man sie vor längeren Impuls als oben aufgeführt schützen: Entweder mit einer Sicherung, die vorher durchbrennt. So eine Sicherung muß aber auswechselbar sein, und ist daher nur einsetzbar, wenn die Schaltung zugänglich ist, z.B. im Zigarettenanzünderadapter. Bei niedrigen Betriebsströmen kann auch ein Vorwiderstand helfen, zu hohen Strom vor der Schutzdiode fernzuhalten so daß sie zumindest die Testimpulse überlebt. Oder man benötigt einen Transistor, der die Verbindung zum Bordnetz bei Überspannung kappt und seinerseits die Spannungen übersteht.
Der einfache Emitterfolger hat hier Vorteile bei Überspannungen, ist aber leider nicht kuzschlussgesichert am Ausgang:
1N4004 ggf. Sicherungswiderstand
+Ub --+--|>|--10R--+-----+------+
| | | |
| | 2k2 |
| | | |
| | +-----|< 2SD669 (ggf. auf Kühlblech)
10nF 100uF/100V | |E
| | | +--- 5V 100mA, bei 500mA 470R statt 2k2 und 1.3W Z-Diode
| | ZD5V6 |
| | | 4u7
| | | |
GND --+------------+-----+------+--- GND
ein integrierter Spannungsregler muss aufwändig vor Überspannung geschützt
werden, bietet dafür Schutz vor Überstrom und Übertemperatur und regelt.
Der LM2940 hält 60V aus und damit die 58.1V auf die der SMJ36A begrenzt,
und liefert 1A auch noch bei 7V Eingangsspannung, schaltet allerdings bei
über 26V den Ausgang ab (was je nach Einsatzgebiet sinnvoll sein kann um
die Verlustleistung zu begrenzen oder nicht erlaubt ist). Die Schaltung wird
erst bei Test Level III&IV belastet, der ja nicht immer erforderlich ist.
Der Widerstand ist passend auszulegen damit die SMBJ Impuls 5 übersteht.
Als Spannungsregler wären auch MIC29150, MIC29151, MIC29152, MIC29153,
MIC29300, MIC29301, MIC29500, MIC29750, LM317HV, TLE42754 verwendbar.
GF1G +------+
UBat --Widerstand--47uH--+--|>|--+----|LM2940|--+--
| | +------+ |
SMBJ36A 220uF/63V | 22uF
| | | |
Masse -------------------+-------+-------+------+--
Es gibt noch die Variante, die Diode vor die Transil zu legen, damit diese
bei negativen Impulsen nicht belastee wird, die Spule glättet dann nur Peaks
die auf Grund der Induktivität der Kondensatoren nicht geglättet werden:
Falls eine Sicherung zugänglich montiert werden kann, z.B. im Zigarettenanzünderadapter, oder ein Ausfall des Gerät nach Überspannung laut ISO 26262 ASIL-Bewertung bis zu einer Reparatur akzeptabel ist, tun es auch Spannungsregler die nur 40V aushalten.
LM2936 (50mA)
2A BYV27/400 TLE4284DV50 +5V/1A
1A Drossel GF1G (400V/1A) L4995K +5V/500mA
TLE42744 400mA
flink +------+
UBat --Sicherung--47uH--+--|>|--+------+--|Regler|--+--
| | | +------+ |
Transzorb LDP24A 220uF/40V 100nF | 100nF
| | | | |
Masse ------------------+-------+------+-----+------+--
Diese Schaltung kommt mit Überspannung gut klar (DIGIFANT):
http://www.mikrocontroller.net/attachment/113036/KFZ-Stabi.PNG
+----------------+
| |
+--Drossel---+------+-----+--R--+----+----|<
| | | | | | |E
| | | | | 100nF |
| | | | | | |
12V --|>|--+--|<|--+ Transil 220uF 100nF TL431--+--R--+----+--- +5V
| | | | | | | |
| | | | | R 100nF 220uF
| | | | | | | |
---------------+----+------+-----+-----+----+-----+----+---
Von Jonathan Strobl 03.04.2015
Nicht regeln, sondern nur Überspannung abblocken und kurze Aussetzer stützen kann man mit 65V aushaltendem LM74700 oder dieser Schaltung:
12V --|>|--+-----+---+--------+
UF5408 | | | |
3k 3k | |
| | |E |
+-13k-+--|< BC557 |S
| +--20R--|I IRF9630
| | |
ZD12 3k +-----+---- nicht mehr als 15V
| | | | +
| | 100nF 1000uF
| | | |
GND -------+---------+--------+-----+----
Bereits Leuchtdioden in der simplen Schaltung LED + Vorwiderstand können
durch die oben genannten Störimpulse zerstört werden, erfordern also so was
um vor Überstrom durch Überspannung und negative Spannung geschützt zu sein,
was gleichzeitig die Spannung stabilisiert damit die LED trotz schwankender
Bordspannung gleich hell leuchtet (auch mit 6V8 1.3W Z-Diode):
UBat --680R--+--100R--+
| |
Transil P6KE5V6A LED (3.6V 20mA nominal)
| |
Masse -------+--------+
Bei empfindlicheren Schaltungen sollte man auch die Ein- und Ausgänge
schützen, damit sie beim Fremdstarten oder Schweissen nicht gleich kaputt
geht. Um den geschilderten Testimpulsen zu widerstehen tut es meist
+-|>|- +5V
|
Eingang --10k--+----+--1k--| CMOS-Eingang
| |
10nF +-|<|- GND
|
GND
wobei die Eingangsschutzdioden des CMOS-ICs (oder eine 4V7 Z-Diode) meist als
Dioden ausreichen, ansonsten bietet sich die BAV99 an. Erst wenn nicht bloss
12V Schaltzustände, sondern mehr Strom (oder sich schnell ändernde analoge
Messwerte) über den Eingang hereinkommen sollen, wird es komplizierter. Für
den Übergang in einen explosionsgeschützen Bereich gibt es die Zenerbarriere
und wer gegen die massiven Störungen eines EMP gewappnet sein will, findet dessen Daten hier:
Von: Rafael Deliano 26.8.2000
Siehe im Datenblatt des LTC1435 von http://www.linear.com/ den Abschnitt "Automotive Considerations: Plugging into the Cigarette Lighter"
Einen Kopfhörerausgang blockt man nicht gegen KFZ Bordspannung ab, sondern weil jedes Kabel wie eine UKW Antenne wirkt gegen Rückwirkung hoher Frequenzen. Die kleinen Werte von 10nF und 10uH beeinflussen Audio nicht.
Feedback
---R--+
|
\ |
>--+--Elko--10uH--+-----+
/ | o
10nF Klinke
| o
GND -----------------+-----+
Von: MaWin 11.8.2000
Anstelle von 50Hz Trafos und Linearreglern werden vermehrt Schaltregler in Netzteilen oder Spannungsreglern eingesetzt, die mit kleineren Spulen oder Trafos auskommen und weniger Verluste haben und daher ab irgendeiner Leistungsgrenze billiger (und wenn nicht billiger und kleiner, so zumindest leichter und kühler) sind. Hier ein einfaches Modell für 230V auf 5V:
Leider sind die Dinger auf der einen Seite schwer zu bauen, auf der anderen Seite gehen sie gerne kaputt. Bei der Reparatur hat man das Problem, das Netzteile primär an 230V~ hängen und auf 325V= gleichrichten. Ein Trenntrafo ist nützlich, damit man auf dieser Seite wenigstens messen kann.
Meistens sind Schaltnetzteile einfach zu reparieren. Der Starterwiderstand (so 50k auf Primärseite, durch ihn fliesst Strom zum Aufladen in einen kleinen Elko auf der Primärseite aus dem der IC seine initiale Betriebsspannung bezieht) brennt gerne durch, worauf hin das Netzteil gar nicht anläuft. Der *kleine* Elko auf der Primärseite und die Siebelkos auf Sekundärseite verlieren gerne Kapazität, worauf hin man das Netzteil mehrmals ein-/ausschalten muss, bis es anläuft, oder schlechtes Regelverhalten zeigt. Eine Überspannung aus dem Netz zerstört gerne den Leistungstransistor auf Primärseite, meist hat der entstehende Kurzschluss dann den Strommesswiderstand am Emitter zerstört, die Sicherung ausgelöst und den SCK 'inrush current limiter' NTC beschädigt und den Schaltregler-IC mitgenommen. http://www.ti.com/ "Off-Line SMPS Failure Modes" SLVA085.PDF . Pfeift es, kann man versuchen, die Spulen zu verlacken.
Wer allerdings aus einem normalen PC-Schaltnetzteil den Lüfter ausbaut, weil er meint, der Umbau der Transistoren und Dioden auf externe grössere Kühlkörper wäre ausreichend, vergisst, das auch die restlichen Bauteile wie Elkos und Widerstände in so einem Netzteil kostenoptimiert auf Zwangsbelüftung ausgelegt sind. So ein Netzteil hält dann keine 6 Monate durch.
Die Schaltpläne mit Spannungsangaben und Oszillogrammen befinden sich in den Datenblättern des verwendeten Steuer-ICs, und für den Selbstbau enthalten diese Datenblätter alle notwendigen Infos. Insbesondere AN19, AN25, AN30, AN66 und AN84 und AN118 für hohe Spannungen von http://www.linear.com/, http://www.national.com/appinfo/power/files/f5.pdf und die Simple Switcher von http://www.national.com/ und TOPSwitch von http://www.powerint.com/ AN120 von Philips oder VIPer und L4970/4980 von http://www.st.com/ und Infineons https://www.infineon.com/dgdl/AN_SMPS_ICE2xXXX_V12.pdf ICE2 sowie Fairchild FSL336 https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-4159.pdf haben ausführlichste Application Notes und Tipps zur Bauteilauswahl, aber es ist meist schwer, die vorgeschlagenen Bauteile zu bekommen. Nicht jeder Elko und nicht jede Spule ist für Schaltregler geeignet, 50Hz Netzgleichrichterdioden (1N4004) schon gar nicht. Alleine die Verluste im Abschaltmoment liegen bei P=0,5*Irrm*Vout*trr*f. Wenn die Kiste nicht sofort abraucht, führen ungeeignete Bauteile zu verringerter Leistung oder zu höheren Störungen. Ohne 100MHz Oszilloskop kommt man denen nicht auf die Schliche. Bei hohen Leistungen scheinen sich CoolMOS/MDmesh als Schalter und SiC-Dioden ab 200V/100W/250kHz zu bewähren. Schnell schalten GaN MOSFETs dank niedriger Gate-Ladung wie
Bei Spannungen ab 200V mag zwar eine UF4007 Diode nach Datenblatt ausreichen, sie hat aber eine viel zu hohe reverse recovery charge (Ladung, bei hohen Spannungen viel wichtiger als reverse recovery time, denn P=0,5*C*U*U*f ist die Verlustleistung die wegen dieser Ladung irgendwo im Schaltregler verbraten wird. Eher HFA04TB60, 8ETH06, MUR1620, BYV29FX-600). Siehe AN849 des MAX1856.
Grundlagen
Designhilfe
Spulenberechnung für alle SMPS Topologien:
Hobbytaugliche Grundlagen für DC/DC-Wandler um 100 Watt
Mini-Ringkernrecher (berechnet Induktivität aber keine Stromdichte):
Micrometals Designsoftware (für Reichelt Ringkerne -18 und -26)
Für Schaltregler braucht man Elkos mit hoher Wechselstrombelastbarkeit und niedrigem ESR (Innenwiderstand). Bei http://www.rs-components.com/ und http://www.farnell.de/ sind solche Angaben wenigstens im Katalog aufgeführt, andere Versender haben meist gar nicht begriffen, das Angaben wie "Elko 1000uF/16V" heutzutage nicht mehr ausreichen. Man sollte daher 105Grad Elkos aus geschlachteten Schaltnetzteilen und PC-Mainboards gut aufheben, und sich möglichst ihre Datenblätter wegen Wechselstrombelastbarkeit und ESR-Angaben aus dem Internet holen oder messen:
Eine Spule soll (bei der Schaltfrequenz) die benötigte Induktivität aufweisen ohne durch den Strom in Sättigung zu gehen (wobei sie ihre Induktivität verlieren würde und der Strom rapide ansteigt, siehe C4 in Appendix C von AN25 von http://www.linear.com/ ). Sie darf ausserdem nicht zu heiss werden. Optimalerweise in dem die Hälfte der Verluste im Kern und die andere Hälfte der Verluste im Draht auftritt, aber dieses Optimum ist nur selten zu erreichen. Ein Kern ist je nach Material nur bis zu bestimmten Frequenzen zu gebrauchen und hat bestimmte Grenzwerte, nämlich eine maximale Spannung/Windung und einen maximalen Strom*Windung, bei deren Überschreitung die Verluste zu sehr ansteigen (Sättigung, Eddy current Wirbelströme - hierher kommt die Erklärung warum bei einem Trafo die kleinste Wicklung nicht immer einfach nur eine Windung hat).
Die maximalen Volt(rms)/Windung hängt von der Querschnittsfläche des Kerns, der maximalem Magnetisierung und Frequenz ab, man muss keinen Al-Wert kennen und keine Induktivität ausrechnen, sondern bloss messen und rechnen: Bei einem Eisenblechtrafo mit 1.7T und 3cm x 3cm Kernquerschnitt für 50Hz
bei einem Ferritkern mit 0.4T und 3 mm x 3mm für 25000 Hz
Die 4 kommt, weil die Wechselspannung 2 Halbwellen hat, im ersten Teil wird die Magnetierung der vorherigen Polarität abgebaut und nur im zweiten Teil steigt sie.
In einem Trafo sind die Kernverluste abhängig von der Höhe der Eingangs(wechsel)spannung und deren Frequenz, und die Kupferverluste steigen quadratisch mit dem fliessenden Strom, also der Belastung. Bei zu hoher Temperatur altert ein Kern in dem er mehr und mehr Verluste durch steigende Eddy-Currents bekommt: http://www.micrometals.com/thermalaging_index.html
Oszillogramm am Ausgangskondensator hinter der Spule:
| | hoher Peak-Strom = Schaltzeit der Diode
| |
/| /| vertikaler Versatz = ESR (effektiver bei Schaltfrequenz)
/ | / |
/ \ / \ Schräge = Ripple = effektive Kapazität (bei Schaltfrequenz)
/ \ / \ etwas überlagert mit Spannungsabfall durch Strom am ESR
\ | \
\| \ abklingende Sinusschwingung = Klingeln auf Eigenresonanz
|
| überstehende Nadeln = Streuinduktivität
Trafos in Flusswandlern brauchen einen möglichst verlustarmen, 'steifen' Kern
mit hoher Permeabilität zur besten Kopplung der Wicklungen mit niedriger
Streuinduktivität. Trafos in Sperrwandlern (Flyback) und Spulen in Buck (auch
Ausgangsspule Flusswandler) oder Boost-Reglern speichern die Energie im Kern,
und dazu braucht der Kern einen Luftspalt. Man nimmt also entweder einen
E-Kern oder Schalenkern oder den distributed Gap im Ringkern. In
Ausgangsfiltern werden gerne Stabkerne verwendet, da der durch sie
hindurchfliessende Strom ja möglichst sowieso Gleichstrom sein soll, und sie
die Konstruktion von Spulen mit besonders geringer Wicklungskapazität
erlauben (zwei Drähte parallel aufwickeln, den zweiten danach wieder
entfernen, dadurch Abstand der Windungen), um Hf bestmöglich zu dämpfen.
Den Kopplungsfaktor k von Trafos bei Nennfrequenz kann man bestimmen, in dem man die Induktivität L bei offener (open) und kurzgeschlossener (short) Sekundärspule misst:
Von: Johannes 24.10.10
Das ist ein ziemlich komplexes Thema, zuerst must Du herausfinden, welche Prüfspannungen für dich gelten. Bei 230V~ Netzbetrieb 230V~ gilt normalerweise die Überspannungskategorie II, wenn das Gerät dauerhaft (nicht dauerhaft = man könnte es jederzeit ohne großen Aufwand = ohne Werkzeug, entfernen, man beachte den Konjunktiv) fest am Stromnetz angeschlossen ist, die Kategorie III. Bei Kategorie II und Verschmutzungsgrad 2 gelten folgende Werte: (alle Angaben ohne Gewähr!) Basis-Isolierung: Luftstrecke: 1,5mm Kriechstrecke auf Leiterplatten: 1,5 mm Stoßspannung: 2500V Wechselspannung (1 min): 1350 Veff Gleichspannung (1 min): 1900 V Verstärkte Isolierung: Luftstrecke: 3,3 mm Kriechstrecke auf Leiterplatten: 3,3 mm Stoßspannung: 4250V Wechselspannung (1 min): 2300 Veff Gleichspannung (1 min): 3250 V Dann brauchst du die entsprechenden Messgeräte, mit denen Du diese Prüfungen machen kannst. Mit Hobby-Mitteln kann man eigentlich nur die Luft- und Kriechstrecken optisch überprüfen, wenn man die Prüfgeräte nicht hat. Und im Zweifelsfall die Wicklungen lieber etwas dicker isolieren und dafür größere Verluste durch die Streuinduktivität in Kauf nehmen.
Von: Antimedial 11.01.2014
Ein Optokoppler wird normalerweise nach EN60747 (VDE 0884) geprüft und erfüllt damit die doppelte oder verstärkte Isolierung, dann stehen Arbeitsspannungen für "VDE" im Datenblatt, abhängig von der Überspannungskategorie (die ist hier nämlich entscheidend). Dazu müssen noch die Luft- und Kriechstrecken angegeben sein (diese kann man z.B. nach EN60664 ermitteln). Wenn solche Werte nicht im Datenblatt stehen, such dir einen anderen Optokoppler.
Fertige Spulen gibt es von Epcos, Coiltronics, Coilcraft, Talema, Pulse, Taijo Yuden. Für Simple Switcher ausgewählte Spulen gibt es bei http://www.farnell.de/ und http://www.darisus.de/ . Speicherkerne von der Stange sind für StepUp-Wandler gedacht, die mit einem DeltaB von ungefähr 0.3*Bmax gefahren werden. Bei mehr werden die Kernverluste größer und der Kern heißer. Unbewickelte Ringkerne von http://www.amidoncorp.com/ und die "-18" und "-26" von http://www.micrometals.com/ gibt es bei http://www.reichelt.de/ , passende Datenblätter jeweils bei den Herstellern, Wickelmaschinen kommen von Jovil. Bei grösseren Leistungen nimmt man Ferrit E-Kerne von http://www.conrad.com/, vollständige Daten dafür bei http://www.tridelta.de/, Material MF198=N87 100kHz, MF196=N27 25kHz, direkt aufeinandergeklebt bei Koppeltrafos, mit Spalt bei Speicherspulen, veränderter Al-Wert im Datenblatt ablesbar. Unter 20kHz erlauben Kerne aus MetGlas http://www.metglas.com/ die höchsten Flussdichten, vor allem China steigert damit die Effizienz seines Stromnetzes. Theoretisch müsste man für jeden Kern Grösse, Verluste und Preis ausrechnen, um den 'Besten' (nach Kosten, Effizienz oder Platzbedarf) zu ermitteln, aber mit Material 77 von Amidon für Koppeltrafos bis 100kHz, 26 von Micrometals für Speicherspulen bis 50kHz und 18 für Speicherspulen bis 500kHz liegt man nicht völlig daneben. Die ringkerntypisch hohe Temperaturabhängigkeit der Induktivität stört beim Schaltregler nicht. Ein FT87-77 überträgt schon 20 Watt bei 20kHz, ein FT240-77 schafft maximal 1700 Watt bei 100kHz, gross genug sind sie also auch. Bei Ferritkernen ist die Kopplung gut und man kann auf eine Seite die primäre und auf die andere Seite die sekundäre Wicklung aufbringen. Bei Eisenpulverkernen mit ihrem verteilten Luftspalt ist die Kopplung schlecht, so daß man beide Wicklungen ineinander, also bifilar wickeln sollte, wenn man einen Trafo baut.
Herstellung von Schaltnetzteil-Trafos: https://youtu.be/aw5vaiBSISs?t=310
Ein anderer Rechenweg: Wenn das Kernmaterial eine Magnetisierung bis 0.3T verträgt, der Kern einen Querschnitt von 2cm2 (2e-4m^2) hat, kann man 0.3*2E-4 = 60uVs drauf geben. Will man 24V über 100us anlegen ohne daß der Kern sättigt, also 2400uVs, braucht man 2400/60 = 40 Windungen damit er nicht gesättigt wird.
Ansonsten bleibt einem nichts anderes übrig, als Speicherspule eine Drossel, wie sie zur Entstörung von TRIAC Schaltungen angeboten werden zu nehmen und auszuprobieren. Oft ähneln sie dem Amidon Eisenpulver-Material 16, sind sie gelb mit weisser Seite dem Micrometals 26, und ein distributed air gap haben konstruktionsbedingt alle Eisenpulver Materialien. Die Maximalstromangabe dieser Spulen ist in RMS, das Material geht also erst bei mehr als dem 1.4-fachem Strom in Sättigung. Allerdings sind diese Drosseln für höhere Spannungen ausgelegt (mehr Windungen um V/Wdg und damit Wirbelströme klein genug zu halten) und somit nicht für Niederspannungsregler (minimaler Drahtwiderstand) optimiert. Bis 50kHz sollten sie aber einsetzbar sein. Man kann sie auch neu wickeln. Bisherige Windungsanzahl Nalt zählen und Al aus Induktivität Lalt berechnen Al = (Nalt^2) / Lalt, neue Windungsanzahl Nneu für die Sollinduktivität Lneu berechnen Nneu = sqrt( Lneu / Al ), und bedenken, das die Strombelastbarkeit Aneu = (Nalt^2 * Aalt) / (Nneu^2) ist. Braucht man einen Koppeltrafo, nimmt man stromkompensierte Drosselspulen mit 2 Wicklungen, die haben einen hochpermeablen Ferritkern. Möchte man die transformierte Primärspannung messen, darf man den Kern nicht in Sättigung fahren, ein 230V~ Trafo eignet sich also nicht, um unbelastet die Netzspannung messen zu können, aber 175V~ kommt zunehmend weniger raus, bis bei 230V~ je nach Qualität 10% im Kern verloren gehen. Man braucht also 400V~ Trafos oder 2 230V~ Trafos in Reihe (sekundär auch in Reihe), oder andersrum: Zur Spannungsmessung mehr Windungen/V wickeln als nach Datenblatt vorgeschlagen.
Im Allgemeinen stört es nicht, wenn der Kern eine grössere Induktivität (oder höhere Strombelastbarkeit) hat als berechnet, denn oft liegt die Induktivität bei Nennlast sowieso nur halb so hoch wie angegeben. Es verschiebt sich nur der Übergang vom kontinuierlichen Betrieb zum diskontinuierlichen Betrieb, in der Hoffnung, das der Regler in beiden Betriebsarten eine stabile Regelschleife hat. Aber MC34063 (NCV3063, AIC1563 bis 30V, NJM2374AE bis 48V), 78S40 und TL497 sind so alt das das noch nicht gilt. Beim 78S40 und MC34063 berechnet man Ct (entgegen dem Datenblatt) so dass die Spule massig Zeit hat sich in den Ausgang zu entladen (also off-Zeit festlegen). Die on-Zeit ist dann durch Ct so lang, das sie immer vorzeitig durch Erreichen der Strombegrenzung (Widerstand Rs also passend zum maximalen Spulenstrom dimensionieren) abgebrochen wird. Die Induktivität ist also kleiner als das was sich nach Datenblatt als minimale Induktivität errechnet. Bei extrem überhöhter Induktivität nimmt die Ausregelzeit des Schaltreglers zu. Eine zu kleine Induktivität oder ein Kern der sättigt führt dazu, das der Transistor vorzeitig wegen Überstrom abgeschaltet wird, wenn der Schaltregler eine Strombegrenzung hat. Dann führt das zu zu wenig Leistung. Oder sogar stirbt, wenn der Schaltregler keine Strombegrenzung hat.
Manche Schaltregler (beispielsweise selbstoszillierende Push-Pull) verwenden aber auch absichtlich die Sättigung des Kernes, was zu höherer Strombelastung und potentiell Zerstörung der Transistoren führt, wenn man einen 'besseren' Kern nimmt oder eine nicht-passende Induktivität.
Also berechnet man aus der angelegten maximalen Spannung die minimale Anzahl der Windungen (und nimmt bei Niederspannung eher mehr). Wählt dann einen Kern mit dem passenden Al-Wert aus, um die benötigte Induktivität n*n*Al erreichen zu können. Da die üblichen Kernmaterialien einen viel zu hohen Al-Wert haben und somit schon bei viel zu niedrigen Strömen in Sättigung gehen, führt man einen Luftspalt ein oder nimmt Ringkerne mit 'distributed air gap'. Eigentlich sind im Frequenzbereich der einfachen Schaltregler (<50kHz) alle Eisenpulver- und Ferritkerne geeignet. Richtig Gedanken muss man sich nur machen, wenn man den baulich kleinsten, effektivsten oder billigsten Kern haben will. Aber Bauweisen mit geringem Streufeld (Ringkern, Topfkern, Schalenkern) sind natürlich vorzuziehen. Entsprechend der Windungsanzahl und dem Platz dafür schaut man, welche Drahtstärke man verwenden kann. Dann rechnet man die Verluste im Draht (getrennt nach Gleichstromanteil und Wechselstromanteil in Schaltfrequenz, denn wegen des Skin-Effekts ist der Wechselstromwiderstand ja meist höher) aus und schaut nach, ob man mit dem Kern hinkommt oder den nächstgrösseren braucht.
Von: Axel Schwenke 21.10.2013
> ich habe ein Verständnisproblem bei der Auswahl eines geeigneten
> Ringkerns.
> Die Induktivität bestimme ich ja über den Al-Wert eines Ringkerns
> zusammen mit der Windungszahl. Aber wie sieht das mit de Sättigung aus?
> Ein Ringkern soll ja möglichst nicht in die Sättigung geraten, somit
> muss ich dies doch bei der Auswahl eines geeigneten Ringkerns
> berückstichtigen, oder etwa nicht?! Ich habe nämlich nirgendwo Angaben
> zur Sättigung gefunden...
Im Prinzip muß ich dir recht geben. Während bei Kondensatoren die maximale Spannung angegeben wird, bekommt man keine vergleichbare Angabe für die maximale Durchflutung (Ampere * Windungen) für Spulenkerne.
Warum nicht?
Die Antwort ist, daß zum einen das Sättigungsverhalten eines Kerns nicht so abrupt ist wie der Durchbruch des Dielektrikums im Kondensator. Zum zweiten ist die Sättigung auch stark frequenzabhängig. Es hängt also von der Anwendung ab, wie weit man den Kern ausreizen kann und will.
Aber gut. Nehmen wir einfach mal an, es gäbe eine derartige Kenngröße eines Kerns und sehen wir weiter.
Ein Kern hat zwei wesentliche mechanische Eigenschaften: die effektive Weglänge l und den effektiven Querschnitt A. Für einen Ringkern kann man beide ganz gut aus den Abmessungen bestimmen: l = \pi*(Di+Da)/2 und A=(Da-Di)*h/2. Für andere Kerne gibt es Tabellen.
Ferner hat das Kernmaterial zwei wesentliche magnetische Eigenschaften: die Permeabilität µ und die Sättigungsflußdichte B_max. µ wird dabei oft in Form der relativen Permeabilität gegeben: µr = µ / µ0 mit der Vakuum-Permeabilität µ0 = 4*pi*1E-7 Vs/(Am).
B_max ist wie gesagt frequenzabhängig und auch keine harte Größe, weil die Sättigung nicht schlagartig einsetzt, sondern ein weicher Übergang ist. Oft setzt mal willkürlich für B_max den Wert ein, bei dem µr auf 80% des Nominalwerts zurück gegangen ist. Typische Werte sind 300mT für Ferrit 500mT für Eisenpulver und 1.4T für Trafoblech.
Aus der mechanischen Kerngröße und der Permeabilität des Kernmaterials ergibt sich der A_L Wert: A_L = µ*A/l. Dieser Zusammenhang ist nützlich, denn so läßt sich für einen ausgemessenen Kern (A_L, A, l bekannt) die Permeabilität des Materials berechnen und daraus abschätzen was für ein Material es ist.
Der Artikel zur Spule gibt uns eine nützliche Formel:
I_sat = B_max * l / (N * µ) bzw. umgestellt für die Durchflutung
I_sat * N = B_max * l / µ
Wenn man statt mit µ lieber mit A_L rechnet:
I_sat * N = B_max * A / A_L
(man braucht entweder die Weglänge oder den Querschnitt des Kerns)
Und das wars schon.
Beispiel: Ein Amidon Ringkern T106-26. Material #26 hat µr=75. Querschnitt und Länge sind 66mm² bzw. 65mm. Macht A_L=96nH, die Tabelle sagt 93nH. Paßt also.
Die maximale Durchflutung für 0.5T wären dann 0.5T * 65mm / (75 * µ0) ~= 345A. Also z.B. für 1mH und 100 Windungen I_max=3.45A.
Möchte man auf einem T80-18 eine 100uH/1A Spule selber bauen, guckt man nach dem Al-Wert des Kerns. Vorsicht: Der wird unterschiedlich in nH/Wdg, uH/100Wdg oder in mH/1000Wdg angegeben, in der Formel ist er in H/Wdg einzusetzen. Die notwendige Windungszahl N für eine Induktivität L ergibt sich aus N = sqrt(L/Al), beispielsweise bei Al=31nH/Wgd bekommt man 100uH durch sqrt(0.0001/0.000000031) = 57 Windungen.
Material Sättigungsflussdichte N22 0,2T N27 0,4T 18... 0,6T 26... 0,9T 52... 1T
Ein Buch kann meist nicht schaden:
Kleinere Trafos bekommt man bereits, wenn man die Gleichspannung am Eingang in eine höherfrequente Rechteckwechselspannung zerhackt, am einfachsten mit 2 nicht überlappend angesteuerten gegensinnigen Wicklungen (TL494, TL598, UCC2808, SG3525, L4990/L5991, LTC3705, LM5015), und am Ausgang mit schnellen Dioden (UF4004) gleichrichtet. Das ist effizient, aber die Ausgangsspannung ist ungeregelt. Es reicht z.B. für KFZ-Audio-Verstärker, in denen die nachfolgende Endstufe ja selbst als Spannungsregler der Ausgangsspannung zum Lautsprecher hin wirkt. Die maximale Ausgangsleistung so eines Verstärkers ist dadurch natürlich eingangsspannungsabhängig, was dumme Jungs mit dicken Stabilisierungselkos und Zuleitungskabeln teuer bekämpfen versuchen an statt einfach den nächst grösseren Verstärker zu nehmen.
Möchte man eine geregelte Ausgangsspannung, regelt man nicht am Ausgang mit zusätzlichen Verlusten, sondern natürlich besser eingangsseitig und kommt zum Flusswandler (forward converter): Eine Drossel am Ausgang des obigen Trafos, deren Induktivität im Verhältnis zur Schaltfrequenz hoch ist, dämpft dessen Wechselspannung in einen dezent steigenden und fallenden Strom, mit dem der Ausgangselko geladen wird, um die gewünschte Ausgangsspannung (von ca. 80% Sekundärwechselspannung des Trafos) zu erzeugen. Die tatsächliche Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Last wird dann durch das prozentuale AN/AUS Verhältnis der primären Wechselspannung geregelt. Fehlt der Trafo und ist der Eingang somit nicht galvanisch vom Ausgang getrennt nennt man ihn step down oder Buck Regler. Er kann die Eingangsspannung nur auf eine kleinere Ausgangsspannung reduzieren, macht das aber effektiver als ein Linearregler.
Besonders einfach ist der Buck Regler als Hystereseregler: Er schaltet AN so lange die Ausgangsspannung zu klein ist, und AUS wenn die Ausgangsspannung zu hoch wird. Da dessen AN-Zeit aber sehr lang sein kann, und der Strom durch die Spule in der Zeit besonders hoch ansteigt, muss er eine für den Normalbetrieb überdimensionierte Spule haben. Daher ist die zu gross und teuer. Man nimmt lieber Regler mit begrenzter AN-Zeit oder einen der ausschaltet wenn der Spulenstrom einen beabsichtigten Maximalwert (unterhalb der Sättigung der Spule) erreicht. Dann dauert es halt etwas länger bis der Ausgang auf Spannung kommt, man hat aber im Normalbetrieb keine Nachteile. Dafür ist die Betriebsfrequenz etwas stabiler.
Sperrwandler (flyback converter): Prinzip Zündfunke: Die Spule wird aus der Spannungsquelle 'geladen', und wenn man die Spannungsquelle abschaltet, entsteht schlagartig eine EMK Spannung in entgegengesetzter Polarität, die über eine Diode sekundär in einen Ausgangselko geleitet wird. Bei jedem Puls wird ein klein wenig Energie (Joule) transportiert, man braucht einfach genug Pulse, um die Ausgangslast zu versorgen. Ein Sperrwandler mit einer Spule der nicht galvanisch trennt heisst step-up (Boost-Regler), ein Sperrwandler dessen Spule eine Anzapfung hat und der so die Ausgangsspannung noch ein wenig höher transformiert heisst boosted step-up und ein Sperrwandler mit Trafo, der Primärkreis und Sekundärkreis galvanisch trennt, heisst Flyback, hergeleitet vom Fernseher, bei dem aus 130V auf diese Art 1000V erzeugt werden, die man braucht, um die Ablenkungsspule für den Rücklaufimpuls schnell genug umzusteuern. Da beim Sperrwandler die Spule nicht kontinuierlich genutzt wird, sondern nur die halbe Zeit aufgeladen und die halbe Zeit entladen wird und nur eine Magnetisierungsrichtung verwendet wird, lohnt sich dessen Einsatz nur unter 100 Watt, darüber verwendet man besser andere Topologieen (Flusswandler) weil die zusätzlichen Transistoren dann billiger sind als ein dickerer Trafo.
Sperrwandler werden zum Aufladen von Kondensatoren bei Blitzgeräten verwendet weil sich die Ausgangsspannung anpasst, es wird in jedem Puls eine bestimmte Energie übertragen. Bei höheren Leitungen würde man gerne Flusswandler verwenden, doch deren Ausgangsspannung ist eher steif. Da bietet sich der Resonantwandler an.
Von: old man 02.08.2013
Ich habe zum Akkuladen schon mal einen Resonanzwandler verwendet (mit IR2153). Der Trafo wurde auf einen 2-Kammer Spulenkörper gewickelt damit die Streuinduktivität ausreichend hoch! war. Das ganze hatte eine Resonanzfrequenz von ca. 100Khz, wurde aber nur mit 50Khz getakted. Damit war der Wandler so weich, dass der Kurzschlussstrom nicht mehr als 50% über dem Nennstrom lag. Sowas würde sich sicher auch gut zum Kondensatorladen verwenden lassen. Vorteil ist auch, dass die Schaltvorgänge in den Mosfets immer stromlos erfolgen.
Invertierender Regler. Die einfachste Art, ohne Trafo eine Ausgangsspannung zu erhalten, die grösser und kleiner als die Eingangsspannung ist, da es in vielen Fällen nicht stört, wenn GND der Eingangsspannung nicht GND des Ausgangs ist.
Buck-Boost: In dem beim Buck-Regler die Diode durch einen aktiv gesteuerten Transistor als Schalter ersetzt wird, kann er sowohl herunterregeln (Buck) als auch hochregeln (Boost).
SEPIC und Zeta-Wandler: Uneffektive Abwandlung eines Buck-Reglers durch einen zusätzlichen Kondensator im Strompfad und 2 Spulen, damit er sowohl step-up als auch step-down wandeln kann. Nimm lieber Buck-Boost (inverting), http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN954-D.PDF oder Trafo, die brauchen eh weniger Bauteile. SEPIC lohnt nur manchmal, wenn man durch ihn einfache fertige Spulen statt eines speziell gewickelten Trafos verwenden kann. Der LM3478 spinnt wohl manchmal: c0236a96-544e-49bd-a26b-367bb8a78ad3@i7g2000prf.googlegroups.com .
voltage mode beim Flusswandler: Der Schaltregler regelt in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung das AN/AUS Tastverhältnis beim NÄCHSTEN Impuls. Eine Sättigung der Spule wird durch eine festgelegte maximale Impulsdauer verhindert, aber ein zusätzlicher Überstromschutz ist notwendig wenn das Netzteil kurzschlussfest sein soll.
voltage mode beim Sperrwandler arbeiten meist so, das sie die (durch konstante Einschaltzeit in der Form festgelegten) Impulse komplett unterdrücken, so lange die Ausgangsspannung ausreichend hoch ist.
current mode: Der Schaltregler regelt in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung den Spitzenstrom beim nächsten Impuls, dadurch eingebaute Überstromsicherung und Schutz vor Sättigung der Spule. Das Prinzip ist gut geeignet für Sperrwandler.
bidirektional: Es gibt sogar Schaltregler, die kleinere in grössere Spannungen und umgekehrt wandeln können, je nach dem, welche Seite Strom benötigt: LM5170 macht das von 4 bis 80V mit 50A.
Snubber: Schaltet der Transistor den Strom durch eine Spule (auch ungewollt die Streuinduktivität der Zuleitung eines Trafos) aus, entsteht der bekannte 'Zündfunke', dessen hohe Spannung den Schalttransistor gefährdet, wenn nichts dagegen getan wird. Hier leitet die Diode die Energie in einen Kondensator C. Die in C aufgefangene Energie wird dann in einem Widerstand R verheizt. Diese Schaltung aus Diode und RC-Glied heisst Snubber:
U --+--+-----+
| | |
R C S
| | |
+--+-|<|-+
|
-|<
|
Angenommen die Spannung U beträgt 300V.
Angenommen der Strom I durch die Spule S beträgt max. 1A.
Angenommen die Streuinduktivität L beträgt 5uH (man misst sie, in dem man auf
Sekundärseite Kurzschlussbrücken statt Bauteile einsetzt, und die Impedanz
der Primärwicklung misst).
Die in der Steuinduktivität reflektierte Energie ist dann 0.5*L*I*I = 2.5uJ
Angenommen der Sperrwandler arbeitet mit 100kHz. Dann gibt es 100000 mal
pro Sekunde diese 2.5uJ, also 100000*0.0000025 = 0.25W
Wenn der Schalttransi maximal 400V aushält, darf die Spannung an RC nicht
über 100V steigen. Damit 0.25W bei 100V in R verbraten werden braucht man
(100*100)/0.25=40000 Ohm. Die Zeitkonstante der RC-Kombination sollte das
10 - 30 fache der Schaltfrequenz sein. Jene hat bei 100kHz eine Periode von
10uS, also nehmen wir eine 20fache Zeitkonstante von 200us = R*C. Bei
40k Ohm braucht man dazu 5nF. Überdimensionieren muss man nicht, da die
Schaltung effizienter arbeitet als in dieser Berechnung zu Grunde gelegt.
Es gibt auch noch viele andere Snubber-Methoden. http://www.ti.com/ "Snubber Circuits" SLUP100.PDF wobei Patente für so etwas wie die Baker Clamp längst ausgelaufen sind, also heute nicht mehr stören. http://www.elektroniknet.de/?id=243
Flextronics Patent 7,924,578, 7,830,676, 7,760,519, and 8,000,112: Two Terminals Quasi Resonant Tank Circuit.
Die wohl billigsten Schaltregler-ICs sind die uralten TL497, uA/LM78S40 und MC34063 (http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF) für Niederspannung, die alle auf Grund der niedrigen Schaltfrequenz leicht zu beherrschen sind und für die es Zweithersteller gibt. Leider erreicht man mit ihnen kaum über 75% Effektivität, vor allem bei step-down, da sie einen uneffektiven Darlington NPN Emitterfolger als Schalter haben, und damit eine recht hohe Schalt-Verlustspannung von ca. 2V. Man sollte sie eher in step-up einsetzen, oder von relativ hohen Spannungen runterregeln (ja, es gibt da auch noch die Schaltung mit dem externen PNP Transistor, aber wer will schon zusätzliche Bauteile spendieren, wenn man einfach andere ICs nehmen könnte). Da sie die Eigenschaft haben, die Spannung durch Auslassen von Impulsen zu regeln, kann so ein Regler allerdings je nach Last pfeifen oder rauschen. Noch billiger geht es ohne ICs:
So sieht ein kommerzieller KFZ-Handyladeadapter aus, ohne jegliche Schutzbeschaltung (Betrieb also nicht bei laufendem Motor) und prompt fehldimensioniert (R1=0.5R, R2=5k1) so dass das Handy wegen Überspannung und Überstrom abschaltete, richtig war R1=1.2R, R2=3k3 und an den Eingang sollte wenigstens 100uF/35V.
12V --F1A--+-R1-+-+-+ +---+-330uH-+---+----+-- Nokia 3210
| | | | | | 09P | | |
+-6----1-7-8--2+ | R2 560R |
| | | | | |
| MC34063 5--)-------+ | 220uF/16V
| | | | | |
+--3--------4--+ +-|<|-+ 1k LED |
1nF | 1N5818| | |K |
GND --------+--------+-----------+-+---+----+-- GND
Als Ersatz für uneffiziente 7805/7812 an mehr als 12V/24V nimmt man so was
wie den LM2675 (Platine im Datenblatt) oder MP1583 (3A/23V 90% effektiv).
Braucht man nur 0.5A, nimmt man besser den LM2671, weil ein Schaltregler den
Strom in Impulsen aufnimmt, und bei dem kleineren dann die Impulse nicht so
heftig sind. Reichen 200mA tuts der MAX639. Dadurch kommt man mit einer
schwächeren Spule und einem kleinerern Elkos zum Filtern aus. Die
Strombegrenzung ist bei diesen einfachen Reglern ja fest eingestellt und
nicht durch einen externen Widerstand dimensionierbar. Also bei diesen
AllInOne Reglern ohne Widerstand zum Einstellen der Strombegrenzung immer den
gerade angemessenen Schaltregler-IC nehmen, die Berechnungssoftware sagt i.A.
schon, welcher passt. Beim LT1173/1174 ist die Strombegrenzung einstellbar.
LM5022 ist für höhere Spannungen und höhere Ströme dank externem MOSFET.
Einen Schaltregler mit einfach regelbaren Ausgang von 0-5V zeigt AN66 von http://www.linear.com/
Ein Schaltregler mit eingebauter Spule sind SIMPLE SWITCHER power modules und Point Of Load Converter wie http://www.power-wide.com/HM10107B%20-cyntec.pdf mit so hohen Schalfrequenzen und kleinen Induktivitätswerten bei der Spule, daß ein grössere Aufbau kaum noch angeraten wäre.
Ungeregelt 300V aus 3V erzeugt https://www.mikrocontroller.net/attachment/272663/MightyOhm_HV.PNG
http://www.changpuak.ch/electronics/High_Voltage_Power_Supply_MC34063.php
Per Trafo (oder zumindest Spule mit Anzapfung) kann auch ein nur 40V aushaltender MC34063 die 180V erzeugen, die man für Nixie-Röhren benötigt. Man kann die Transformierung auf 50:50 Ein-/Ausschaltzeit festlegen, dann wird die Einschaltzeit durch Rsc vorzeit abgebrochen.
1:10
+----------------Spule--|>|--+--+-- +180V
| | STTH1R04| |
| +-----------+ | |
| | +-----+ | | |
| +--|8 1|--+ 700k |
| | | | |
+--------|7 5|-------------+ |
| | | | 1uF
R33 | 3|-------+ | |
| | | | 4k7 |
+12V --+--------|6 2 4|--+ 680p | |
| +-----+ | | | |
Elko | | | | |
| | | | | |
GND ---+-----------+-----+----+-----+--+-- GND
Ebenso soll man mit einem NE555 per Spannungs- und Stromregelung auf 400V kommen, durch Anpassung der Spule (Sättigungsstrom, achte auf ausreichende Güte) und des 15R Widerstands und der ZD400 Z-Diode auch an andere Spannungen anpassbar, bei deutlich mehr Strom wird auch ein anderer Schalttransistor benötigt.
(50mA) (90mA)
+9V ----+------+--15R--+--10mH--+
E| | | 09P |
BC557 >|-----)-------+ |
| | | ZD400
+------)-------10k------)--|>|--+
| |VCC | ´ |
| +--------+ | UF4007|
+--|TRG OUT|--1k5--+ +--|>|--+--4M7-- Geiger-Müller-Zählrohr (<1mA)
| | TLC555 | | | |
+--|THR DIS|-------+--|< |
| +--------+ MPSA44 |E 47nF/630V
100k |GND | |
| | | |
GND ----+------+----------------+-------+-------
Will man an einen Schaltregler eine Ausgangsstrombegrenzung nachrüsten, tut
es oft:
Schaltregler Zusatzschaltung für Stromregelung
+Ub --+-----o-------+---+
| | |
| | shunt für 0.7V bei Nennstrom
| E| |
Rfb PNP >|--+--o
| | |
FB --+-----o--4k7--+ |
| C Ausgang für Last mit maximalen Strom an
Rfb | maximaler (aber nicht mehr so genauer) Spannung
| |
GND --+-----o-----------+--o
Für Netzspannung gibt es die current mode controller UC384x/38C4x = LT124x,
guter Nachfolger UCC3802 und NCP1200, noch kompakter ICE2Axxx von Infineon
oder FSEZ1317A und FSQ0365 von Fairchild, ganz modern SG6858 (SOT26
Fairchild) und R7731 (SOT23-6 Richpower), und TDA4605(-3) für Sperrwandler,
MAX1856 ist ein UC3842 ab 3V für negative Ausgangsspannungen, bzw. die voltage
mode controller SG3525 und TL494/TL598 für Flusswandler. Um aus einer oder
zwei Batteriezellen eine konstante Spannung zu machen, gibt es MCP1640
(Microchip, Reichelt -.55) TPS610xx, UCC3941 (TI), LT1073/1173/1300/1613
(Linear), MAX631 (Maxim), die in SOT23 und SOT89 verfügbaren A7530 und S8353
und andere. Der NCP1400 von http://www.onsemi.com/ geht gar bis 0.2V runter,
L6920 ab 0.6V.
Rauschen kann bis in den Mikrovoltbereich reduziert werden: http://www.funk-tonstudiotechnik.de/SMPS-24T-Info-2-spaltig-neu.pdf
MSCAD+SCAD berechnet die Schaltregler von http://www.linear.com/. Die für die bei den Versendern eher erhältlichen älteren Typen LM257x benötigte Simple Switcher V3.3 Software ist schwer zu finden. Für PowerInt TopSwitch/TinySwtch/LinkSwitch geht PI Expert
Gerade die Simple Switcher sind sehr einfach aufzubauen. Es reicht, die Bauelemente fliegend zu verdrahten, in dem die gekürzten Anschlussdrähte direkt zusammengelötet werden, mit dem GND-IC-Bein als Massepunkt und alle Bauteile sternförmig drumrum. Es wird funktionieren, wenn man die Schaltung nicht ohne eine Mindestlast entsprechend dem kleinsten im Berechnungsprogramm angegebenen Ausgangsstrom betreibt. Ohne Oszilloskop bekommt man keine bessere Schaltung hin. Nur mechanisch muss man sich überlegen, was die Bauteile hält, ohne das die Verbindungsdrähte zu lang werden. Lochrasterplatinen und Drähte unten umknicken funktionierte bei mir gut.
Nationals Simple Switcher Berechnungssoftware gibt wenigstens Vorschläge für Rc+Cc bei den Wandlern mit COMP-Anschluss an, die optimalen Bauteilwerte hängen aber von den Nebenwerten der anderen Bauteile und dem Layout ab. Nachmessen und Anpassen ist also für optimalen Wirkungsgrad, Ausregeleigenschaften und Störreduzierung notwendig. Bei http://www.linear.com/ braucht man ein Oszilloskop dafür, kann dann aber die besser ausregelnden LT107x, LT117x, LT1270 verwenden. Man braucht zum Messen aber eine (z.B. mit 100Hz) geschaltete Last:
+12V --+-------+ +---+--- Spannung für Last
| | | |
R +-----+ R | Widerstand je nach Last, induktionsfrei
+----| | | |
R +-|NE555|--|I | NMOSFET BUZ10 oder so
+--+-| | | |
C +-----+ | R Widerstand für Grundlast, induktionsfrei
| | | |
GND --+-------+------+---+--- GND
Leiterplattenlayouttipps:
Siehe http://www.analog.com/ POWER_SECT8.PDF "Power supply noise reduction and filtering" und "Grounding techniques for regulator circuits"
Fertige einseitige Platinenlayouts im Datenblatt des MC34063 von http://www.onsemi.com/ und LM2671 von http://www.national.com/ AN711, AN776, AN1229 zeigen optimale Leiterplattenlayouts, gute Platinenlayouttipps am Beispiel MAX1636, MAX1771 in AN1031 von http://www.fairchildsemi.com/, im L4960 Datenblatt und in AN557 zum L4970 und in AN1074 zum VIPer20 von http://www.st.com/.
Galvanisch getrennte Schaltregler
Chips für simple primärgetaktete Schaltnetzteile kleiner Leistung:
Halogenlampentrafos
Energiesparlampenvorschaltgeräte
Gute und schlechte Beispiele für kleine Schaltnetzteile:
Eine der häufigsten Fragen in d.s.e ist, "wie mache ich aus 12V irgendwas im Bereich von 16V bis 24V bei einigen Ampere", meist zur Versorgung des Laptops im Auto, und ein Schaltregler (hier step-up) ist die Lösung. 240W mit UC3845 erzeugt diese Schaltung, die im lückenden Betrieb stabil regelt, im kontinuierlichen Betrieb jedoch eine Rampenkompensation per extra Transistor benötigt um SHOs (Oszillationen) zu vermeiden:
+12V -------------+----100uH/22A-----+---|>|---+----+-- +24V/10A
| | MBR2545 | |
+---------------+ | | |
| VCC Comp|---+---+ | 21.5k |
| | 22k 1n | | |
+---+---|Vref FB|---+---+--(---------+ |
| | | UC3843 | | | 4700u
| 22k | OUT|---------|I IRF1405 | |
| | | | |S | |
100n +---|RC Sense|---+--1k--+ 2k5 |
| | | GND | | | | |
| 1n +---------------+ 100p 0.047R | |
| | | | | | |
--+---+-----------+-----------+------+---------+----+-- GND
und als Step-Down geht es so:
.--------------o-----------------------o-------o----o----------.
| | | | + | |
| | - ### .-. |
| | (Dieter Wiedmann) ^ --- | | |
| | | ___ | | | R7 |
| | o--UUU--o '_' |
| .----------. | | | |
| | Vcc(7) | ||-+ | | o +
| | | ___ ||<- | | max. Vin-1V
| | Out(6)|------|___|----||-+ | | PNP o -
| .--|Ref(8) | ___ | | >| BC557 |
+ o | | CS(3)|----------o-|___|-o | |--. |
10-20V | | Comp(1)|--o---. | | | /| | |
- o | | | | | | | | | | |
| .-. | | .-. | | | | | | |
| | | | UC3843 | | | --- | .-. '----(----o-----'
| | | | | | | --- --- | | R5 |
| '-' | | '-' | --- | | .----o
| | | | | | | '-' | |
| o--|RC(4)FB(2)|--o---o---(-------(-------' .-.
| | | GND(5) | | | | | Ufb*(Vout-0.7)/R7
| --- '----------' | | | |
| --- | | | '-'
| | | | | |
'-----o--------o---------------o-------o------------'
Der Shunt R5 führt zu 10% Verlust, also vielleicht ein Stromwandlertrafo
oder einen OpAmp oder eine vorgespannte Diode auf dem Weg zu CS einbauen.
Wenn's einfach sein soll (aber wegen nicht festlegbarer Strombegrenzung
kaum als Laptop-Netzteil geeignet), bietet sich bis 60W der teure LT1270
bzw. LT1270A an (bei Elpro für 9.50 / 16 EUR, Datenblatt und
Bauteil-Berechnungssoftware bei http://www.linear.com/).
Bat --+-L-+--+-L1-+-|>|-+--+--+-- ca. 60 Watt
| | | | | | |
| | +---------+ R1 | |
VDR C1 | LT1270x |-+ C2 Grundlast
| | +---------+ | | |
| | | | R2 | |
| | +-Rc-Cc-+ | | |
| | | | | |
GND --+---+--+----------+--+--+-- GND
Das Ding läuft bei mir problemlos auf Lochraster, sprengt aber billige Elkos.
Achtet beim Nachbau auf den benötigten niedrigen ESR-Wert der Elkos.
Elpro hat 10A Speicherdrosseln mit 30uH, 68uH und 100uH für ca. 5 EUR.
Spendiert aber eine KFZ-Schutzschaltung am Eingang, um den Regler vor
dem verseuchten Bordnetz zu schützen (und das Radio vor'm Schaltregler).
Um Rc/Cc an die verwendeten Bauteile und das Layout anpassen zu können,
benötigt man ein Oszilloskop und eine geschaltete Last (Widerstand und
PowerMOSFET an NE555) oder eine elektronische Last (deren Verhalten auch
mit einem Oszilloskop vorher überprüft und Cx angepasst werden sollte).
Appendix B von AN25 von http://www.linear.com/
Betrachtung zu Kompensationsnetzwerken bei Buck-Konvertern wie LTC3705 von Fralla: http://www.mikrocontroller.net/topic/236132
Gängige Praxis ist es, die Transitfrequenz auf 1/5 der Taktfrequenz ein zu stellen.
Verständliche und umfassende Papers zur Stabilität von Schaltreglern von einem Hersteller von Schaltnetzteil-Testgeräten: http://venable.biz/ (register mit fake eMail)
Vin(24V) --o/o-----+--------L-------+--+--+-- Vout
: | | | |
: | +---C1---+ R3 | |
: | | | | R1 |
: |K +-C2--R2-+ C3 | |
: D | | | | C
+-----+ |A | /-|--+--+--+ |
|Contr|---(----+--< | | |
+-----+ | \+|- VRef R4 |
| | |
GND ---------------+-------------------+--+-- GND
Die Resonanzfrequenz von L und C macht einen Doppelpol, sagen wie bei 3,9kHz.
Bei dieser Frequenz beginnt die Phase abzufallen, und genau da muss man mit
dem Regler entgegenwirken.
Deshalb setze ich aus Erfahrung die Nullstellen leicht darüber bei 4,6kHz.
Aufpassen muss man, dass keine "conditional instability" (also kreuzen der
0dB Linie vor dem eigentlichen Crossover) auftritt.
Bei 24V Eingangsspannung hat jeder 1.2V VRef Buckconverter einen DC-Gain von
G0 = 20log(24V/1.2V) = 26dB
Die Reglerbandbreite lege ich auf 40kHz fest. Daher muss die Open-Loop
Übertragungsfunktion bei der Resonanzfrequenz eine Verstärkung von
GD = 20log(3800/40000) = -26dB
haben. Der Regler muss einen DC-Gain (ohne Integralanteil) von -6dB (die
Differenz) haben.
R1 habe ich auf 18k festgelegt. Für -6db muss daher R2=9k sein. Die
restlichen Parameter erhält man aus der Übertragungsfunktion des Regler:
R1+R3 (s+1/(R2*C2)) * (s+1/(C3*(R1+R3)))
GC(s) = -------- * ------------------------------------------
R1*R3*C1 s * (s+(C1+C2)/(R2*C1*C2)) * (s+1/(R3*C3))
z.B.
C3 = 1/(2*Pi*Fz*R1)
R3 = 1/(2*Pi*Fz*C3)
R1=18k
R2=9k
C3=2n
R3=1k2
C1=3n9
C2=250p
R4=3k158
Wenn man so beginnt macht man Anfangs nichts falsch. Wenn es doch instabil
sein sollte, Bandbreite mal auf weniger festlegen. Das ein Regler in einem
Schaltnetzteil durch Messung (z.B. Vanable) der Übertragungsfunktion (bei
allen Extrembedingungen) kontrolliert werden soll, sollte klar sein.
Wer nicht rechnen will sondrn ausprobieren, oder die Rechnung in der Praxis kontrollieren will, braucht eine sich ändernde Last.
Für nicht-einstellbare Belastungen kann man auch 2 niederinduktive Belastungswiderstände nehmen und den einen mit einem MOSFET per Oszillator schalten, dann muss nichts angepasst werden und die Flanken sind besser als jedes Netzteil regelt.
+---R2----+--o Last
| |
NE555--|I MOSFET R1
|S |
GND----+---------+--o
Elektronische Last (Konstantstromsenke):
+12V
|
+------(---------R------------+--o Last
| | |
Poti----|+\ |
| | >--+--R6---+--------|I PowerMOSFET
| +--|-/ | | |S auf KK
| | | Ci |BC547 |
| | | | >|--100R--+
| | | Rp E| |
| | | | | |
| +---(----+--Rx---(---------+
| | | |
| | | Shunt
| | | |
+------+------------+---------+--o
Poti zum Einstellen des Nennstroms, R6 kann das Regelverhalten bei bipolaren
Transistoren verbessern und ist bei MOSFETs zur Verhinderung des Oszillierens
der Gate-Leitung im Analogbetrieb sinnvoll. Der Shunt wird so ausgelegt, daß
bei voller Einstellung des Poti der maximale Strom fliesst, üblich sind
Spannungen unter 0.5V wegen dem BC547. Rx, Ci, Rp kompensieren eventuelle
Instabilitäten obwohl der Transistor eigentlich nur ein Spannungsfolger ist.
Rx kann mit 10k angesetzt werden, Ci muss man ausprobieren bis die Schaltung
schnell regelt ohne zu schwingen. Als OpAmp reicht ein single supply OpAmp
wie LM324 bei geringen Genauigkeits- und Geschwindigkeitsanforderungen. Bei
MOSFETs sind OpAmps von Vorteil, die hohe kapazitive Lasten treiben können,
wie MC34071/34074. Bei OpAmps, die nicht nahe an ihrer negativen
Versorgungsspannung messen können, wie uA741 und TL074, ist eine zusätzliche
negative Versorgungsspannung notwendig. Und bei Bipolartransistoren sollte
zumindest ein single supply OpAmp verwendet werden der unter 0.7V am
Ausgang kommt.
Getaktete elektronische Last (Konstantstrom oder Widerstandsfunktion):
Oszillator elektronische Last
12V -+-------+-----R7-----o o--R5----------------------+--o Last
| | \ |
| | o (0.4V max.) |
R1 +---)--R3--+ | |
| | | | Poti----|+\ |
+---+--|+\ | | | >--+--R6--+--------|I PowerMOSFET
| | >----+--|>|--)--+--|-/ | | |S auf KK
R2 +--|-/ | | | Ci |BC547 |
| | | | | | | >|--100R--+
| +---)--R4--+ | | Rp E| |
| | | | | | | |
| | | | +--------+--Rx--(---------+
| | | | | |
| C | | | Shunt
| | | | | |
GND -+---+---+--------------+------------------+---------+--o
Rx/Ci für den Integralanteil/Rp für den Proportionalanteil muß man auf
optimale Regeleigenschaften auslegen,
https://www.mikrocontroller.net/topic/400477?goto=4625899#4625899
sonst versaut einem die Schaltung die Messergebnisse. R6 ist notwendig
bei OpAmps die keine hohen kapazitiven Lasten vertragen und macht bei
bipolaren Transistoren die Steuerkurve proportional zum OpAmp Signal.
Es lohnt sich ein OpAmp wie MC34071, der nicht bloss kapazitive Lasten
treibt sondern zusätzlich Offsetkorrektur besitzt damit die Schaltung
sicher auf 0 (Reststrom des Transistors) runterregeln kann.
Der NPN Transistor verhindert Überstrom wenn man die Last anklemmt, da der
OpAmp zu Beginn voll aufgesteuert ist. Wenn der Transistor eingreift,
liegen 0.7V am Shunt, den Strom sollte der PowerMOSFET kurzzeitig
aushalten. Der OpAmp regelt vor allem bei schlecht ausgelegtem Rx/Ci/Rp
langsam nach, der Maximalstrom sollte zu unter 0.4V am Shunt führen, damit
der NPN nicht die korrekte Regelung beeinflusst, andererseits nicht weit
unter 0.4V weil sonst der MOSFET für den Kurzschlussfall deutlich
überdimensioniert sein müsste.
Für die positive und negative Versorgungsspannung von bis zu +/-35V/8A, die ein Verstärker im Auto benötigt, die aber ungeregelt sein kann, bietet sich der SG3525 oder TL494 Push-Pull IC an. Er arbeitet wie ein Wechselstromtrafo, kann ihn aber regeln und bietet Überstromschutz, ist also viel besser als ein NE555 und nicht viel teurer. Man lässt ihn mit 40-120kHz arbeiten. Verwendet einen Ferritkerntrafo (Ringkern oder E-Kern).
Den LM3479 im Text gibt es zwar nicht, aber im Schaltplan steht LM3478 http://daycounter.com/Circuits/Flyback/Flyback.phtml und man kann sich die Bauteile auch ausrechnen lassen http://www.daycounter.com/Calculators/Flyback-SMPS/Flyback-SMPS-Calculator.phtml
Wer gleich das PC-Netzteil ersetzen will, kann ein altes PC-Netzteil nehmen. Vorher Schaltfrequenz messen, Topologie ermitteln (Flusswandler, Sperrwandler, resonanter Wandler) und primäre Induktivität berechnen, die Sekundärseite so lassen, den Trafo abwicklen (Sekundärwindungen zählen), und den Primärteil für Ub=10-14.4V z.B. je nach Topologie mit einem UC3843A neu aufbauen (weniger Windungen mit dickerem Draht). So sind wenigstens Bauteilauswahl und Layout der Sekundärseite geeignet, aber man wird wohl nur die Hälfte der alten Leistung herausholen können. Die war sowieso nicht so üppig wie es in der Werbung stand, denn auch bei PC-Schaltnetzteilen setzen sich PMPO-Angaben durch: Schaut vor dem PC-Schaltnetzteilkauf mal in das Original-Datenblatt vom Hersteller (wenn er denn überhaupt ein informatives Datenblatt hat) und erkennt, das die angeblichen 400 Watt gar nicht gleichzeitig entnommen werden dürfen, sondern nur 280 Watt, und selbst diese 280 Watt nicht kontinuierlich geliefert werden können, sondern manchmal nur 80 Watt (erkennbar an Angaben wie 12V mit 14A maximal, 4.6A nominal).
Die ältere Lösung, einen 50Hz Rechteckoszillator (Multivibrator) mit zwei Transistoren zu bauen, und einen 2*12V→24V Trafo mit Brückengleichrichter anzuschliessen, klingt einfach aufzubauen (wenn man so einen blöden Trafo findet), ist aber schwerer und teurer. Für 230V~/50Hz gehen normale Trafos und da (unterbrechungsfreie Stromversorgung) ist diese Schaltung noch immer handelsüblich (Trapezwandler, nur 25% der Zeit ist der obere an, 25% der untere und 50% keiner, damit die Spitzenspannung wie beim Sinus ist, die mittlere Leistung auch wie beim Sinus, aber in den Pausen muss die Blindstromkompensation stattfinden).
Besser natürlich Sinuswandler wie AN35 von http://www.linear.com/ oder Reference Design PICREF-1 von http://www.microchip.com/ oder (rudimentärer) Appendix 7 aus http://www.worldbank.org/astae/quappv/ECN/AOS2131%20ECN%20Appendices.pdf
Dann kommt noch oft die Lösung mit dem ungeregelten Spannungsverdoppler aus Elkos und Dioden. Vergesst den, er hat einen schlechten Wirkungsgrad (elektrophysikalisches 'Paradoxon': verbindet man einen vollen mit einem leeren Elko, hat man im Endergebnis nur noch die halbe Energie - der Rest verpufft im Verbindungskabel) und die arg strapazierten Elkos gehen schnell kaputt.
Von: MaWin 11.11.2000
Oft wird gefragt, wie man einen Elektromotor (gemeint sind Bürstenmotore) in der Geschwindigkeit oder eine Glühlampe in der Helligkeit steuert (Dimmer).
Bei beiden reicht es, die Betriebsspannung schnell (mit 50Hz bis 5kHz) ein- und auszuschalten, damit IM MITTEL die für die gewünschte Drehzahl oder Helligkeit notwendige Spannung geliefert wird. Das geht bei Gleichspannung einfach mit einem Transistor oder MOSFET, der in diesem Schaltbetrieb nur geringe Verluste hat, bei Wechselspannung mit einem TRIAC im Phasenanschnitt. Dafür läuft der Motor bei PWM mit geringerer Drehzahl an, wird aber heisser.
Parallel zum Motor sollte eine Diode 'verpolt' angeordnet sein, um dessen Spannungsspitzen beim Abschalten abzufangen (Freilaufdiode), schnell genug für die PWM Frequenz. Bei Glühlampen kann man sich die sparen, muss aber den 10 x höheren Einschaltstrom einkalkulieren und sollte bei Dimmern daran denken, das eine 230V~ Glühbirne beim Durchbrennen oft einen Kurzschluss produziert, weil der entstehende Metalldampf einen gut leitenden Lichtbogen ermöglicht. Die 16A Haussicherung reicht zum Schutz des TRIACs nicht aus, es sollte eine Feinsicherung dazu mit einem Schmelzintegral kleiner als das Schmelzintegral des TRIACs. Obwohl die Last nicht induktiv ist, besitzt ein Glühlampendimmer eine Funkentstördrossel und im Kurzschlussfall fliesst erst viel Strom durch die Drossel der dann bei Durchbrennen der Sicherung abrupt unterbrochen wird. Damit dabei nicht die maximale Abschaltspannung der Sicherung überschritten wird, ist mit VDR und Snubber die induktive Energie im Abschaltmoment aufzufangen. Bei Motoren ist zur Auslegung der Bauteile der Anlaufstrom = Blockierstrom = Betriebsspannung / Innenwiderstand anzusetzen, sonst geht die Schaltung beim ersten Anlaufen des Motors kaputt, nur die Kühlkörper kann man mit dem Dauerstrom berechnen (und sollte dann gegen länger blockierten Motor einen Thermoschalter dranbauen). Zum Schutz vor Kurzschlüssen in der Zuleitung zum Motor reicht das nicht, dazu benötigt man Strommessung per shunt und Abschaltung des PWM Pulses, allerdings darf der Strom in dem Moment zwischen Erreichen der Überstromschaltschwelle und dem Abschalten nicht zu weit steigen, man begrenzt die Stromanstiegsgeschwindigkeit durch eine Spule in Reihe zum Schalttransistor auf der Platine. Eine flinke Sicherung kann auch reichen. Bei Gleichstrom hat man oft eine Strombegrenzung im Netzteil, allerdings auch Siebelkos die kurz weit mehr Strom liefern würden.
Die Tests für Dimmer lauten also: Überlebt die Schaltung (nicht deren auswechselbare Sicherung), wenn man den Verbraucher kurzschliesst.
Diese Schaltung erzeugt so ein PWM-Signal, so dass der Motor mit der Spannung an v (oder über 10k Poti) einstellbar ist. Bauteiledimensionierung je nach Motor, alle R sind mit 10k nicht so schlecht, Rv passend für genug Basisstrom. Die Betriebsspannung des Reglers kann man noch mit Vorwiderstand, Z-Diode und Elko stabilisieren um von der Betriebsspannung des Motors unabhängiger zu werden. Vor allem wenn beim Anlauf eines Motors bzw. beim Einschalten einer Glühbirne die Versorgungsspannung wegen Überlastung einbricht, besteht sonst die Gefahr, daß der Schalttransistor nicht mehr voll durchgesteuert wird, und an Verlustleistung stirbt. Ordentliche MOSFET Treiber haben daher einen UVLO Unterspannungsschutz.
+------------------------+---+------------ +U (stabil) ----------+ | | | 1N4148 | | +--------+ | | +-----+-- +U (maximalstrombegrenzt) --|>|--R--+ Vorwiderstand ja nach Spannungsdifferenz zur Z-Diode 10k | | | | | | | beachte Strom durch Rv, der muss geliefert werden können | | 10k 10k | | Motor oder Glühlampe | +--+--|+\ | | | | | | | | >--+ | | +-|<|-+ Freilaufdiode | | +--|-/ | | | | | | | LM358 10k v --10k--+--|+\ | | | | | | | >--Rv--|< NPN oder NMOSFET ZD9V1 | | +--------+------------(--|-/ |E oder S +--|>|--+ | | | | | | | 10k 470nF 10k | | | 100u | | | | | | | +-----------+------------+---+---------+-- GND --+-------+oder mit präziserer Einstellbarkeit
+------------------------------------------------+---+------------ +U (stabil, ggf. wie oben erzeugt) | | | | +--4k7--------------------+ | | +-----+-- +U (maximalstrombgerenzt) | | | | | | | 10k +--10k---+ | 10k | | Motor oder Glühlampe | | | | | | | | | +--|+\ | | | | +-|<|-+ Freilaufdiode +----|+\ | >--+--47k--+--100n--+ | | | | | >--+--|-/ | | v --10k--+--|+\ | | +-|-/ | +--|-\ | | | >--Rv--|< NPN (auch Darlington) oder NMOSFET 10k | | | >--+-----------(--|-/ |E oder S | +-------+-------------------|+/ | | | | LMC6484 10k | | | | | | +------------------------------------------------+---+---------+-- GNDoder nur von 1% bis 99% regelbar, dafür lässt sich der NE555 rücksetzen wenn zu viel Strom fliesst.
+--100kPoti--1k---+--+---------+-- +Ub (keine Strombegrenzung) | | | | | 1k | 10k | Motor oder Glühlampe | | +-----+ | | | +-|<|-+--|7 8|--(--+---|<|---+ Freilaufdiode | 1N4148 |NE555| | | | +--------|2 4|--+ 100uF | | | | | | | +--------|6 1 3|--(--(--100R--|< NPN (auch Darlington) oder NMOSFET | +-----+ | | |E oder S | | NPN >|-(--+--1k--+ 47nF (1kHz) | E| | | | | | | | 1nF Shunt (für 0.5V bei Nennstrom, ab 0.7V wird abgeregelt) | | | | | | +-----------+-----+--+--+------+-- MasseAuf diese Art erzeugt ein CMOS-555 eine nicht frequenzstabile PWM von 10% bis 90%, wobei sie bei Potistellungen am Anschlag in der jeweiligen Richtung aussetzt (0% 100%). Statt dem Poti kann auch eine 0..+Ub Steuerspannung verwendet werden.
+---------------+--+---------- +Ub | | | | +----(--(--10k--+ | | | | | | | +------+ | 1kPoti<--18k--+--|2 3|-----+-- out | | |LMC555| | +--|6 4|--+ | | +------+ | | 1uF | 100nF | | | | +----------+-----+------+----- MasseHier PWM mit 10A Vollbrücken-Leistungsstufe für Vor- und Rückwärtslauf, mit VNH2SP30 bis 14A Dauerstrom, 30A Spitzenstrom und 20kHz PWM:
out+----+in
+---------------+------+--+--|7809|----------+-----------+-- +18V
| | | | +----+ | |
1k | | | | | |
| +--------+ | 0.1u | DHVS| |
100kPoti--+--|DIS | | | | +--------+ |
| | | RESET|--+ +-----+ +--|IH1 ST|- 100uF
+--|<|--+ | | | | | | |
| 1N4148 | OUT|-----(--+-------+--|IL2 |--+ |
1k +--|TRIG | | | | BTS7741| | |
| | | | | +--|\ +--|IH2 | (M) |
+-------+--|THRE VC|--+ | | | )o-+ | | | |
| +--------+ | | +--|/ +--|IL1 |--+ |
0.1u | 0.1u | CD4001 +--------+ |
| | | | SL1| |SL2 |
+--------------+-------+--+----------------+--+----------+
Hier eine einfache 1-99% PWM-Erzeugung per Schmitt-Trigger, braucht aber eine
ausreichend hohe Versorgungsspannung damit Ausgangsspannung +
Diodenspannungsabfall auch im schlechtesten Fall noch unter/über der
Schmitt-Trigger Schaltschwelle liegt und linear genug bleibt.
CD40106
+--|>o--------+--|>o-- PWM
| |
+--|>|--+ 1k
| | |
| 100kPoti--+
| |
+--|<|--+
| 1N4148
C (anpassen an Frequenz)
|
GND
Die LM339 Schaltung verwendet eine auf 5.1V geregelte Versorgungsspannung,
die heruntergeteilt auch als Referenz für Unterspannungsabschaltung und
Überstromabschaltung dient.
U1 ist der Oszillator, U2 die Unterspannungserkennung, U3 der MOSFET-Treiber
und U4 die Überstromabschaltung. So eine Schaltung ist in chinesischen
Elektrospielzeugautos drin.
Die Schaltung hat aber die unangenehme Eigenschaft, falls die
Versorgungsspannung vom IC abfällt, Vollgas zu geben.
Bei 24V Versorgungsspannung ist der 270 Ohm Widerstand grösser zu wählen, der
27k Widerstand auf 68k zu erhöhen damit nicht mehr bei 9.88V sondern bei 19.23V
abgeschaltet wird, und der gepunktete 1k einzusetzen.
+-----------+---+-------------------+--------+----270R----+----------+-- +12V | | | | | | | 10k 1k | | | | | | | | | | | | | +---10k--+ | +--------(--------(--------+---+ Motor | | | | | | | | | | +--+--|+\ | | | 4k7 | 1k +---|<|----+ Freilaufdiode | | >--+ | | | | | | | | +--|-/ | | | | | +--|< BC338 | | | 10k | 27k 10kPoti--+--|+\ | |E | | | | | | | | | >------+ +---------|I NMOSFET | +--------+---(----------(--------(----(--|-/ | |E |S | | | | | | LM339 +--|< BC328 | | | | | | | : | | 10k | | +--|+\ | | /+|-----(---(--+--1k5--+ | | | | | >--)----+---< | : | | | | 100nF +----+--1k--+---(--|-/ | \-|--+ : | | | | | | | | | | | | 1k | 100nF Shunt (0.25V/Überstrom) | | | +--1k--(---(--------(----------(---+ : | | | | | ZD5V1 | | | | | | : | | | | | | 47uF 100n 10k 4k7 | 100R : | | | | | | | | | | | | : | | | +--+-------+----+------+---+--------+----------+---+--+---+--+-------+-- GNDEine richtige Drehzahlregelung machen aber all diese Schaltungen nicht, bei Belastung sinkt die Drehzahl, regeln muss da der Mensch. Da ein DC Motor bei grösserer Belastung mehr Strom zieht, steigt der Spannungsabfall am Draht im Motor und sinkt damit die effektive Spannung die ihn antreibt. Eine einfache Stabilisierung erhöht die Spannung wenn der Strom steigt (Mitkopplung), so werden z.B. Cassettenrecordermotoren stabilisiert, wie das z.B. der TDA7275
macht. Die Mitkopplung muss aber immer kleiner als 1 sein sonst schwingt die Regelung. Eine richtige Drehzahlerfassung kann man über die Back EMF, also die als Generator erzeugte Spannung, in Pausen der PWM Ansteuerung machen, wie Uwe es zeigt:
PWM Innenlichtdimmer ohne grosse Verlustleistung am MOSFET (der Rail-To-Rail OpAmp erlaubt es, daß die Spannung am 47uF Elko sich komplett entlädt, also bis auf VCC an den Eingängen stiegt ohne Fehlfunktion. Verwendet man einen LM358 der nur bis 3V an VCC miss, muss ein Widerstand vom Eingang nach GND der mit dem 1M einen Spannungsteiler bildet der über 2/3 VCC aber unter VCC-3 ergibt):
+---------------+-----+---+-----+-47R-+-- +U | | | | | | 10k +--10k---+ | | | | | | | | 47uF 1M | 100uF Lampe +--+--|+\ | | | | | | | | >--+ | | | | | | +--|-/ 10k +-----+--|-\ | | | | TS912 | | | >---(----|I NMOSFET | +--------+---(--------|+/ | |S 10k | | | | | | 1uF Türkontakt | | | | | | | | | +--+------------+---------+-----+-----+-- GND +---------------+-----+---+-----+-47R-+-- +U | | | | | | 10k +--10k---+ | | | | | | | | 100uF 470k | 1000uF Lampe +--+--|+\ | | | | | | | | >--+ | | | | | | +--|-/ 10k +-----+--|-\ | | | | LM358 | | | | >---(----|I NMOSFET | +--------+---(-----(--|+/ | |S 10k | | | | | | | 1uF Türkontakt 1M5 | | | | | | | | | | +--+------------+-----+---+-----+-----+-- GNDVon: ArnoR 01.04.2015
Kleinere Leistungen kann man auch analog dimmen (Fader), hier in 3 Sekunden:
/
+--o/ o--+-- +12V
| |
+--BF256A LED (50mA)
| | |
+----+----+--|< BC337
ZD5V6 | | |E
+--BF256A | |
| | 1000uF |
| 330R | 100R
| | | |
+----+----+---+
Ein Überstromschutz für die Lampe kann durch einen "protected MOSFET" wie
OmniFET, HitFET, IntelliFET erreicht werden, wie BTS7960, oder gegen
Kurschluss (aber nicht die dadurch entstehende Übertemperatur, also nur
kurzzeitig) durch
|
Lampe
|
--1k--+--|I NMOSFET
| |S
BC547 >|--+
E| |
| Shunt (0.5V bei Nennstrom)
| |
--+---+-- GND
In Akkuschraubern ist so eine Schaltung auf einer kleinen Platine im Griff
drin, die gleichzeitig die Widerstandsbahn des Potis trägt und bei Vollgas
den auf einen Kühlkörper ausgelagerten MOSFET überbrückt.
Für den PC-Lüfter tut's diese Lüfterreglung, bei der der Motor aus ist wenn die Temperatur zu niedrig ist, er immer schneller wird, wenn die Temperatur steigt, und Vollgas läuft, wenn die sehr hoch ist (einstellbar über P1 und P2, C1/R5 bestimmt PWM-Frequenz, die eher 30Hz als 30kHz betragen sollte). Die Schaltung ist für 'echte' Motoren und nicht solche mit Elektronik ausgelegt, obwohl viele Lüfter mit Elektronik dennoch damit laufen und regelbar sind.
+----+---+------+-----+-- +12V | | | | | | NTC | | Lüfter | | | | | R1 +---(-R6-+ +-|<|-+ Freilaufdiode | | | | | | +--|+\ | | Irgendein OpAmp der mit 12V läuft | | | >--+--R4--|I NPN oder MOSET Transistor >0.2A, kein Kühlkörper nötig +----(--|-/ | |S | | | R5 | R4 bei NPN ca. 1k, bei MOSFET 100 Ohm | | | | | +-R3-(---(-P2-+ | Anlauftemp Poti P1 Wert ca. NTC-Wert | | | | + | R5 deutlich kleiner als R3 R2 P1 | C1 | R5/C1 PWM Frequenz | | | | | R1=R2, z.B. 10k, R6 ca. 100 * NTC +----+---+----+-------+ R3+P2 ca. 10*R1, ca. 100kDie primitivsten Netzteile enthalten einen NTC in Reihe mit einem Lüfter und werben dann mit 'with noise killer':
+12V | NTC (47 Ohm bei 25 GradC, 3.6mm Scheibe) | (M) Motor (12V/0.27A) | MasseStärkere Motoren und feine Regelung bekommt man durch die Verstärkung des Stroms aus dem NTC durch einen Transistor:
+----+-- +12V | | NTC (M) Motor (auf eine Freilaufdiode wird verzichtet weil nicht geschaltet wird) | | +---|< BD135/2SD882 (ab 0.2A Motor muss der auf ein Kühlblech) | |E R | | | +----+-- MasseJe nach vorhandenen Bauteilen und gewünschter Temperaturcharakteristik (die man am Originallüfter mit einem Poti an Stelle des NTC ausprobieren kann) braucht man einen Transistor der den Strom des Lüfters aushält (meist 0.25A) und die dadurch entstehende Verlustleistung (so 2 Watt) loswerden kann, ohne zu heiss zu werden (also zumindest TO126 Gehäuse, besser TO220 wenn man ohne Kühlblech auskommen will), es bieten sich BD135 oder BD241 an. Der Widerstand R wird an den NTC angepasst. Mit ihm regelt man auch den Grunddurchsatz des Lüfters. Bei einem NTC um 10k hat R um 500 Ohm (einstellbar wird es z.B. mit einem 1kOhm Poti). Hat man einen NTC mit höherem Widerstand, verwendet man als Transistor einen Darlington-Typ wie TIP110 und bei R einen grösseren Wert.
Um gewisse Eigenschaften zu verändern, kann man nun zusätzliche Bauteile spendieren. Ein Z-Diode von z.B. 5V1 ergibt eine Mindestspannung für den Lüfter von 7V und somit eine gewisse Mindestdrehzahl, das schützt auch davor dass man den Lüfter mit dem Poti ganz ausdreht:
+----+-------- +12V | | NTC (M) Motor | | ZD5V1 (1.3W erlaubt 250mA, ich würde ihr nur 150mA zutrauen) | +-|<|-+ | | ` | +---|< | | |E | R | | | | | +----+-----+-- MasseEine Z-Diode in Reihe zum NTC ergibt eine steilere Temperaturcharakteristik. Zum Ausgleich der niedrigeren Spannung am NTC muss man einen mit niedrigerem Widerstand bei 20 GradC nehmen, z.B. 4k7 bei 6V8 Z-Diode, oder stattdessen den Wert von R erhöhen wenn die Stromverstärkung des Transistors dafür ausreicht:
ZD5V1/6V8/7V5/9V1 +-|<|-+-- +12V | | NTC (M) Motor | | +----|< BD135 | |E R | | | +-----+-- MasseFindet man eine Z-Diode von 6V8 optimal, kann man den NTC im PC-Netzteil gleich an +5V anschliessen:
+5V +12V | | NTC (M) Motor | | +----|< BD135 | |E R | | | +-----+-- MasseEin Widerstand am Transistor ergibt eine gewisse Drehzahlbelastungsregelung:
ZD5V1/ZD6V8 +-------+-- +12V | | NTC (M) Motor | | +--2k2--+ | | +------|< BD135 | |E R | | | +-------+-- MasseWahlweise kann man auch einen U2352B oder U6084 von Temic/Vishay verwenden, das ist dann etwas feiner, LTC6992 ist luxuriös. Schaltung siehe Datenblatt. Der BTS629 eignet sich gut für Drehzahlregelung bei Kleinbohrmaschinen, da ein Überstromschutz und Belastungsregelung mit drin ist. Glühlampen gehen bei ihm aber nicht ganz aus, da passt der BTS730 besser. Der DRV103 regelt 8 bis 32V von 10 bis 90% Pulsbreite bis zu 3A.
PC Lüfter mit 4 Pin Anschluss mit Tacho-Ausgang erwartet der PWM-Eingang einen open collector Ausgang der nach Masse zieht. The following requirements are measured at the PWM (control) pin of the fan cable connector see Figure 7 and Table 1: PWM Frequency: Target frequency 25 kHz, acceptable operational range 21 kHz to 28 kHz Maximum voltage for logic low: VIL = 0.8 V Absolute maximum current sourced: Imax = 5 mA (short circuit current) Absolute maximum voltage level: VMax = 5.25 V (open circuit voltage) This signal must be pulled up to a maximum of 5.25V within the fan.
Bei Wechselstrom (Bohrmaschine oder Glühlampe) kann man Dimmer mit TRIACs für PhasenANschnitt verwenden:
o 230V~ o | 470k | +--Poti--+ Lampe (oder: Motor, dann kann Entstördrossel entfallen) | | | | o +-- o Funkentstördrossel | | | +--560k--+--10k--+--0.1u--+ | | | | DIAC | | | | | 33Ohm | | | | | \ | +---------------TRIAC-----+Bei geringerer Wechselspannung sind die 30V des DIACs etwas viel, die alten MBS4991, MBS4992, MBS4993, BS08D-T112 Silicon Bilateral Switches mit ca. 8V sind leider ausgestorben. Eher findet man noch MKP SIDACs ab 70V von Littelfuse.
Dimmen funktioniert auch für Gleichstrommotore an Wechselspannung, Schaltung der Proxxon IBS/E:
o 230V~ o | | +------------C3-----------+ | | | 4 x 1N4007 +-|<|-+-|<|-+ | | | | +----(M)----+ | | | | +-|<|-+-|<|-+ | | +--1k--+-----+------C1----+ | | | | | 560k 500kPoti | | | | | | +-----+------C2----+ | | | | DIAC | | | | | \ | +-----------BT138---------+oder auf diese Art insbesondere für geringere Spannungen:
o ~ o
| |
+--|>|--+-------(--|>|--+
| | |
+--|>|----------+--|>|--+
| |
| |
+--|<|-----Poti1k--10k--+ <- anpassend an Spannung
| | |
(M) ,--|<|--+ |
| / |
+--|<|------------------+
TIC126
oder IGBTs für PhasenABschnitt (bei elektronischen Halogentrafos o.ä. kapazitiven Lasten):
Das Problem ist, daß man aus der 230V Netzspannung die Betriebspannng holen will, sich aber mit dem Einschalten der Last die Netzspannung selber wegnimmt. Bei dieser Schaltung leitet immer einer der IRFI840I MOSFETs rückwärts über seine Body-Diode und stellt damit die Verbindung für GND her (negativer Zweig des Brückengleichrichters), die Betriebspannung wird über eine der beiden 1N4007 gewonnen (positiver Zweig des Brückengleichrichters) wobei die Diode gleich ein Abfliessen der Ladung aus dem Ladeelko verhindert. Man darf die MOSFETs erst einschalten, wenn der Elko geladen ist (der, der über die Body Diode leitete, leitet dann noch besser, damit der hohe Laststrom nicht zu hohen Verlusten führt), und die 1N4148 verodern den über die Shunts gemessenen Strom, man muss abschalten wenn der Strom für die MOSFETs zu hoch wird, denn eine Feinsicherung wäre langsamer als die MOSFETs sterben.
1N4007
o---Last--+---+--|>|--+-----220R---+
| | | |
230V~ VDR | | |
| | | |
o---Sich--+---)--|>|--+--220k--+--|I IRFI840
| | | |S
IRFI840 | I|--+ ZD16 +-- ca. +10V
| S| +-- | |
IRFI840 I|--(---+ | 10uF
S| | | |
| +---|>|--+ | |
| | 1N4148 +-- | |
+---(---|>|--+ | |
| | | |
0R1 0R1 | |
| | | |
GND +---+----------------+---+
Bei kleinen Leistungen versagen TRIACs, weil sie einen Mindeststrom brauchen,
selbst ein STN1A60 braucht 5mA Haltestrom, ein Z0402 3mA, ein PR36MF51NS 25mA,
und ein MOC3062 mit zero cross kann keine Lasten schalten die auch nur
eine geringste Phasenverschiebung ergeben, die bleiben dann immer an. Nehmt
einen MOC3052 (bis 100mA) oder andere TRIAC Koppler wie IL420, IL4208,
IL4116/7/8, VO4157/VO4158 oder APT1211S oder DPA6111 mit geringem Haltestrom.
So ein OptoTRIAC soll schon bei geringen Spannungen am Anfang der Halbwelle
den TRIAC zünden, muss also bis zu 50mA aufbringen. Bei den üblichen 330 Ohm
kann das erst ab 16V passieren. Die 330 Ohm dürfen aber auch nicht verringert
werden, denn "the Current limiting resistor R must have a minimum value
which restricts the current into the driver to maximum 1A" was bei 325V ja
der Fall wäre. Nach meiner Bastelerfahrung ist zu wenig LED-Strom auch ein
guter Weg, den MOC30xx zu zerstören.
Von: Rene A. 17.08.2015
"Bei dem Optokoppler der nicht kaputt geht, geht L an Pin 6 und das Gate an Pin 4. Bei denen die sterben ist L an Pin 4 und Gate an Pin 6".
Ganz ohne Mindeststrom gehen 600V PhotoMOS wie AQY216, für Trafos oder andere induktive Lasten an Wechselspannung sind die aber nicht so gut weil sie auch inmitten der Halbwelle abschalten würden.
Langsames auf- und abdimmen für Dimmer mit 0-10V Steuereingang durch Nutzen der Offseteinstellung eines Integrators und Ausgangsspannungsbegrenzung des CA3140, für Aquarien Sonnenaufgänge und -untergänge:
ca. +12V
|
+-------------|+\------------------+
| +------| >--+--------------(-- 0-10V Dimm
+--1M--(---+--|-/---)--+ |
| ZD5V1 | | | | |
1uF | +---(----+ +--10kPoti--+
| ZD5V1 | | | |
| | | | /o |
+------+-------+-------(--o/ |
| | o |
GND | | |
+--10kPoti--+
http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/light/analogdimmer.htm sagt was zur
Entstörung bei Phasenanschnitt: Zur Entstörung sollte in jeden Kanalabgang
eine Ringkerndrossel mit Eisenpulverkern gehängt werden: Diese Induktivitäten
dämpfen die Transienten beim Phasenanschnitt und verhindern so ein Brummen in
der PA und ein Summen der Glühwendeln. Zur Einschätzung dieser Dämpfung wird
bei kommerziellen Dimmern häufig die 'rise time' angegeben. Hierbei handelt
es sich um die Zeit (in µs) in der der Strom nach dem Zünden des Triacs von
10% auf 90% ansteigt. Nach Umformen einer Differentialfunktion lässt sich die
benötigte Induktivität berechnen durch L = (t*U)/(2.198*I) wobei 't' die
risetime in [s], 'U' die Spannung in [V] und 'I' der Strom in [A] ist. Eine
Risetime von 80µs (ca. 1mH bei 10A) ist schon schön - für hochempfindlichen
Studioumgebungen werden sogar Dimmer mit Risetimes von 500µs verbaut. Die
Netzzuleitung selbst kann mit 500uH parallel zu 100 Ohm simuliert werden.
Von: Philipp Siefke, 25.01.2014
In guten Fernseh-Studios und Opern Häusern werden in der Regel 400 Mikrosekunden Anstiegszeit spezifiziert. In einigen sehr seltenen Fällen (Orchestergraben, extrem leise Opernhäuser) werden teilweise sogar bis zu 800 Mikrosekunden gefordert. Das kann man fast nur mit Festinstallations-Dimmern machen (Gewicht). Gute Profi Tour Dimmer haben in der Regel um die 100 - 200 Mikrosekunden. (Ok es gibt auch noch bessere). Da man diese ja auch noch Transportieren können muss. Und dann gibt es die gesamte low-cost und "Disco" Fraktion. Da es in diesem Marksegment leider fast nur auf den Preis und so gut wie gar nicht auf "Features" ankommt, müssen die Hersteller hier leider Kompromisse machen. Diese Dimmer haben in der Regel weniger als 100 bis hin zu <10 Mikrosekunden Anstiegszeit. Wer hier seine Tonanlage bzw. Audiokabel in der Nähe aufbaut bzw. Dimmer und Audio Kabel nebeneinander legt, hat leider verloren... Als Faustformel kann man gut die Formel von Hendrik Hölscher heranziehen: L = (t*U)/(2.198*I) t ist die risetime in [s], U die Spannung in Volt und I ist der Strom in Ampere Um dann seinen Dimmer nach der Konstruktion auch zu überprüfen, geht man bei den Messungen folgendermaßen vor: (Nur diese Messung ist international anerkannt und kann als Vergleichsmerkmal zu kommerziellen Dimmern herangezogen werden:) - 50% Dimmer Ansteuerung - Unter Nennlast des Dimmer Kanals: (Ein 0.5KW Dimmer muss auch mit 0.5KW belastet werden. Bei niedrigerer Last werden die Zeiten kleiner = schlechter) - Mit einem Oszilloskop muss die Zeit zwischen 10% und 90% der Dimmer Ausgangsspannung im Zeitpunkt der Thyristor Zündung gemessen werden (Vorsicht Netzspannung)
Will man keine so grossen Drosseln, kann ein Sinusdimmer, der per schnell geschalteten MOSFETs oder IGBTs die 50Hz zerhackt und als Schaltregler auf eine geringere Sinusspannung wandelt, eine Lösung sein.
Wenn man beim Dimmer 'slow turn on' als Softstart braucht, um den Anlaufstrom zu verringern nimmt man den U209/U2008/2010 oder diese einfache Schaltung (deren 'Turn-On Verzögerung' aber leider von der aktuellen Dimmeinstellung abhängt):
o 230V~ o | | | +--|>|--+----+--|<|--+ | | | | | Motor | 100u 1M | | | | | | | +--|<|--+----+--|>|--+ | | | +--6k8--+----470k----+--0u1--+ | Poti | | | DIAC | | | | | 35Ohm | | | | | \ | +------------------TRIAC-----+
Fertig für Reihenschlussmotore bis 2kW ist ein soft start Sanftanlauf unter AOL DS12A zu finden, z.B. bei https://www.isc-gmbh.info/isc_de_de/sanftanlaufelektronik-32.html oder mit 3 Anschüssen unter https://www.isc-gmbh.info/isc_de_de/sanftanlaufelektronik-1.html , allerdings würden bessere Sanftanlaufschaltungen den TRIAC bei Vollgas mit einem Relais überbrücken, weil sonst der TRIAC bei Überlastung (blockieren) des Motors schnell kaputt geht.
Oder mit dem U2008:
Zum Umschalten der Richtung muss man einen Gleichstrommotor M umpolen. Das geschieht mit einem doppelpoligen Umschalter oder Relais 2*um als Polwender
/o-----+---+ + --+-----o
+ --o/ | | | /o--+
: o--+ | (M) | +--o/: |
: | | | oder | | : (M)
:/o--+--(---+ - --(--+--o : |
- --o/ | | /o--+
o-----+ +-----o/
und so schaltet man mit Endschaltern vorwärts und rückwärts und ab:
__ __
/o--o o---+---+ + --+--o o---o
+ --o/ | | | /o--+
: o--+ | (M) | +--o/: |
: | | | oder | | : (M)
:/o--+------(---+ - --(------+--o : |
- --o/ __ | | __ /o--+
o--o o---+ +--o o---o/
So schaltet man das Polwenderelais an 2 Taster für vorwärts und rückwärts
__
+--o o--------o\
| __ \o--+
+ --+--o o--+ +--o : |
| | : (M)
- -----------(--+--o\: |
| | \o--+
+--(--o :
| | :
+--(---Rel--+
| |
+--------+
Soll ein uC mit 2 Ausgängen Relais steuern die den Motor links und rechtrum
laufen lassen sollen, schaltet man 2 Relais mit jeweils 1 x um so:
Rel1
+ --+-----o
| /o--+
| +--o/ |
| | (M)
+--(--o |
| /o--+
- -----+--o/
Rel2
oder einer Vollbrücke (H-bridge). Entweder mit fertigen ICs Si9986/87 (Vishay) L293/298 L6201/2/3 (http://www.st.com/) BA6208/BA6209/6219/6260 (Rohm, bei Reichelt) TLE420x (Infineon, schon wieder obsolet) CS3701 (OnSemi) SN754410 TPIC0107B, DRV592 http://www.ti.com/ VNH3ASP30 16V VNH3SP30 36V (30A, ST) LB1641/1649 (Sanyo, 7-18V 1.6A Reichelt 77ct) oder LT1162 mit externen MOSFETs (http://www.linear.com/) (siehe Datenblatt) oder (weniger Verluste) aus einzelnen Transistoren:
+12V ---+---+-------+-------+---+
| | | | |
R6 | | | R9
| |E | E| |
+--|< PNP | PNP >|--+
| | | | |
| | | | |
links R7 +--|>|--+--|<|--+ R10
| | | | |
| | +------(M)--+---+ |
| R1 | | | |
470R | +-----------(---+ |
| | | | |
| | +-----------+ | |
| NPN | | | | NPN R2
+-----|< +--|<|--+--|>|--+ >|--+-470R-+-- rechts
| |E | | | E| | |
| +--|< NPN | NPN >|--+ | |
| | |E | E| | | |
| R8 | | | R11 | |
| | | | | | | |
| +---+-------+-------+---+ | |
| | | |
+--|>|-------------)-------+--|<|--+ |
| 1N4148 | | 1N4148 |
>|--------1k-------)-------(--------------+
E| T8 R3 | |
| BC547 +-100R-|< T7 BC547
| | R4 |E
| R5 |
| | |
+------------------+-------+---------- Masse
Die beiden oberen Transistoren sind PNP-Typen, die anderen NPN. Die 4 Dioden
D verhindern eine Überspannung an der Brücke beim Abschalten, verwendet man
die Schaltung nicht nur zum langsamen umpolen des Motors sondern schnellen
PWM zur Geschwindigkeitsregelung sollten es schnelle Dioden sein (fast
recovery, ultra fast recovery oder Schottky).
Legt man an links eine Spannung von >2V (TTL-Signal), läuft der Motor M in
die eine Richtung, legt man an rechts >2V läuft der Motor andersrum.
Der Transistor T8 verhindert die Zerstörung der Transistoren wenn links und rechts beide aktiv sind, braucht man das nicht, lässt man T8 und R3 weg.
Die unten angeordnete Schaltung aus R5, dem Transistor T7 und den beiden Dioden zu den Eingängen dient dem Kurzschlussschutz. Vor Überstrom bei Überlastung hilft sie nur bedingt. Zwar regelt sie die Transistoren runter wenn ca. der 1.5-fache Strom fliesst, aber dann sind die Transistoren nicht mehr voll durchgeschaltet und die Verlustleistung an ihnen steigt an. Ohne auch für Strombegrenzung ausreichenden Kühlkörper überhitzen die schnell.
Bauteiledimensionierung je nach Betriebsspannung und Motorstrom. Ggf. Darlingtontransistoren für die 4 in der Brücke oder MOSFETs. R6,R8,R9,R11 verbessern das Ausschaltverhalten. Sie bilden bei MOSFETs einen Spannungsteiler mit dem verwendeten R7,R10 um eine maximale Gate-Spannung von kleiner 20V zu erreichen, und können bei Bipolartransistoren entfallen wenn man die Brücke nicht schnell mit PWM schalten will. Ansonsten nimmt man bei bipolaren Transistoren Werte in der Grössenordnung der R. Anstelle der beiden äusseren Transistoren kann man auch Phototransistoren von Optokopplern verwenden, wenn man die Ansteuerung galvanisch trennen möchte, leider ist dabei so einfach kein Überstromschutz möglich, der aber auch nur begrenzt nützlich ist, weil man die Transistoren nicht auf die im Überstromfall entstehende Verlustleistungswärme auslegen kann. Man sollte bei Überstrom besser abschalten.
+Ub ---+---+-------+-------+---+
| | | | |
R3 | | | R6
| |E | |E |
+--|< PNP | PNP >|--+
| | | | |
| +--|>|--+--|<|--+ |
R4 | | R7
links | +------(M)--+---+ | rechts
| | | | | |
| | +-----------(---+ | |
R1 | | | | R2
| | +-----------+ | | |
A| | | | | |A
LED = |< +--|<|--+--|>|--+ >| = LED
| |E | | | E| |
GND +--|< NPN | NPN >|--+ GND
| |E | |E |
R5 | | | R8
| | | | |
GND ---+---+-------+-------+---+
Es kann sinnvoll sein, die 'langsameren' Transistoren (meist die oberen) nur
zur Drehrichtungsumkehr umzuschalten, und mit den anderen PWM zu machen. Das
Drehzahlverhalten wird besser wenn man PWM durch Bremsen als durch Freilauf
macht: http://www.mikrocontroller.net/topic/227593#2292374
Die verschiedenen Methoden der PWM: one phase chopping, two phase chopping, enable chopping:
Mit einer H-Brücke kann man den Motor auch bremsen und die Energie zurückgewinnen. Verringert man den PWM duty cycle wird der Motor schon langsamer, will man definierte Bremskraft, schaltet man einen Transistor und nutzt die Freilaufdiode eines anderen, um den Motor kurzzuschliessen, bis der benötigte Strom fliesst, dann öffnet der Transistor und der Strom aus der Induktivität des Motors wird über die andere Freilaufdiode in die Versorgungsspannung geleitet bis er unter den zur Bremskraft notwendigen Wert absinkt.
Bei maximal 6V (sonst würde UBEreverse überschritten) und einer Ansteuerspannung die ebenso hoch ist wie die Motorspannung lässt sich die Schaltung mit 4 NPN Transistoren, davon zwei als Emitterfolger, vereinfachen, der Motor bekommt +Ub-UBE-VCEsat ab, also ca. 4.5V bei 6V Versorgung. F für vorwärts, R für rückwärts auf high legen, aber niemals beide zusammen:
+Ub -------------+-----+-----+
| | |
+--270R--|< | |
| |E | |
+--(--270R---(-----(----|<
| | | | |E
| | +-|>|-+-|<|-+
| | | |
F --(--+ +---Motor---+
| | | |
| | +-|<|-+-|>|-+
| | | | |
| +--270R---(-----(----|<
| | | |E
R --+-----270R--|< | |
|E | |
GND -------------+-----+-----+
Baut man eine Vollbrücke aus MOSFET, will man oft ebenfalls N-Kanal MOSFETs
für die oberen Transistoren verwenden, weil die einen geringeren RDSon haben.
Dann benötigt man jeweils eine Spannung von ca. 10V über der Betriebsspannung
um die einzuschalten. Das kann man mit Batterien machen :-) oder einem je
DC/DC Wandler der aber nur eine geringe Koppelkapazität zwischen primär und
sekundär haben darf weil die jedesmal umgeladen werden muss, oder man
verwendet spezielle Treiber-IC die diese Spannungserzeugung intern machen wie
LT1541. Die meisten "high side Treiber"-IC erzeugen die Spannung aber aus dem
Umschalten der Endstufe selber, und können daher nicht mit 100% PWM, also
dauernd eingeschalteten oberen MOSFETs arbeiten, sondern maximal 99.5%,
wie HIP4081. Wenn das übertragene Signal gleichspannungsfrei ist (wie bei
einem Flusswandler), kann man auch Koppeltrafos verwenden, die MOSFETs
bekommen dann zum sperren eben -10V.
+Ub--------------+---------+
| |
+----+ | | +----+
| | | | | |
+ o | \ | | / | o +
12V -| )--|I NMOSFET I|--( |- 12V
- o | / |S S| \ | o -
| | | | | |
+----+-----+--Motor--+-----+----+
| |
+----+-----(---------(-----+
| | | | |
+ o | \ | | / |
12V -| )--|I NMOSFET I|--( |-
- o | / |S S| \ |
| | | | |
GND --+----+-----+---------+-----+
Bei Allstrommotoren, wie Märklin Modelleisenbahnmotoren, die statt dem
Permanentmagneten einen Elektromagneten als Stator haben und somit für
Gleich- und für Wechselstrom gleichermassen geeignet sind, aber nicht so
effektiv wie Permanentmagnetmotoren arbeiten weil die Statorspule natürlich
auch Energie braucht, hilft umpolen nicht. Man darf entweder die Statorspule S
nicht mit umpolen (a) oder man schliesst sie hinter einem Gleichrichter an (b).
Bei Märklin reichen wegen der geteilten (doppelten) Statorspule 2 Dioden (c)
aus.
a /o---------+ b /o---------+--|>|--+ c /o------------+
+ --+--o/ | + --o/ | | + --o/ |
| : o-+ | : o-+-------(--|>|--+ : o-+--S--|<|--+
| : | | : | | | : | |
S : +--(M)--+ : +--(M)--+ S : +-(M)------+
| : | | : | | | : | |
| :/o-+ | :/o-+-------(--|<|--+ :/o-+--S--|>|--+
- --+--o/ | - --o/ | | - --o/ |
o---------+ o---------+--|<|--+ o------------+
Wer einfach nur Wechselstrom schalten will:
Eltako ER12DX kann man direkt an serielle Ports anschliessen.
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/doc2508.pdf zeigt, wie man ohne Optokoppler einem Microcontroller die Phasenlage des Wechelstromnetzes mitteilt, auch wenn der Microcontroller potenzialgetrennt (über Trafo) angeschlossen wird. Allerdings kann man dann ebenso die Sekundärwicklung des Trafos verwenden, wenn nicht zufällig der zu steuernde Stromkreis an einer anderen Phase hängt.
Natürlich geht es auch mit einem Relais am Parallelport
+--R---C--+ (Snubber, 1Ohm/V 2W Widerstand + 0.1uF/A X2 Kondensator)
| |
230V~ o-+-Kontakt-+-o 230V~ zum Verbraucher
:
+-Spule-+-- +5V (oder wie viel das Relais benötigt)
| |
+--|>|--+ (Freilaufdiode, 1N4148 oder 1N4001)
|
D0 --1k--|< (Transistor ausreichend für Relaisstrom, BC517 oder BC368)
|E
Masse
Die ganze Elektronik gibt es auch in einem ULN2003 (7 Stück) oder ULN2803
(8 Stück), MIC5801 (parallel mit Latch, 220mA, Reichelt), SN75468 bis 100V
oder als HV513/HV514 von Supertex bis 250V.
Die AN53 von http://www.linear.com/ enthält viel Interessantes: "Wie steuert man einen MOSFET an, wie baut man einen Kurzschlussschutz, wie berechnet man einen Shunt als Leiterbahn, wie steuert ein Notebook seinen Stromverbrauch". Wer mit MOSFETs schaltet, sollte die gelesen haben.
Wer einen Servo bauen will (Poti regelt Gleichstrommotor auf Position die ebenfalls per Poti erfasst wird): TDA3629 geht bis 0.8A, TLE4206 und MC33030 bis 1A, DRV590/591/593/594 regeln Motoren bis 3A durch PWM. LM629 = Servo mit Beschleunigungsrampen, Inkrementaldecoder für Permanentmagnetmotoren, aber externer DAC + LeistungsOpAmp. Eine Nachführung eines Solarpanels geht mit 2 mitgedrehten Photodetektoren, von denen einer mehr beschienen wird wenn die Sonne weiter links steht. Am Morgen sollte es dann umgekehrt sein. LDRs sind in dieser Anwendung angenehm träge, allerdings macht man so eine Nachführung besser per Uhrzeit. Lediglich auf einem bewegten Objekt (Wohnwagen) macht eine Sonnennachführung per Sensor Sinn.
+---+---+---- +12V | | | R R | R mit ähnlichem Widerstandswert wie die LDRs im Licht | | | OpAmp, leistungsstark genug für den Motor, z.B. L272 +---)--|+\ möglichst ohne phase reversal | | | >--(M)-- Masse | +--|-/ | | | LDR LDR | | | | +---+---+---- -12VÄhnlich in Figure 14 des Datenblatts vom LM675, allerdings sollte bei beiden eine PID Regler ähnliche Characteristik nachgerüstet werden, zumindest ein I Anteil.
+------------------+-- +16..60V
| |
10k +-----|+\ LM675
| | | >--+-----+----+
+--+--+ | +--|-/ | | |
|soll | | | | 1R |
5KPoti-(---22k--(--+---1M---+ | (M)
| | | | 22n |
| 5kPoti--22k--+ +--|+\ | |
| ist| | | >--+--+--(----+
+--+--+ +-----|-/ | | |
| | | | 1R |
10k +--1M--(----+ | |
| | 22n |
+------------------+-------+--+-- GND
> Wie Drehstrommotor an Wechselstrom anschliessen?
Man braucht einen Metallpapierkondensator von 47-80uF pro kW Motorleistung, den man an die dünnste (hochohmigste) Wicklung und, je nach Drehrichtung, eine Zuleitung anschliesst. An die anderen Anschlüsse kommt die Wechselspannung. Das ist die Steinmetz-Schaltung. Motorenhersteller schreiben merkwürdigerweise für's griechische mü ein grosses M. Beispielmotoraufschrift:
Solche Kondensatormotoren kann man nicht so einfach in der Drehzahl regeln. Wenn man die Kraft statt der Geschwindigkeit verändern will wie es bei Deckenventilatoren üblich ist kann man die Betriebsspannung mit einem Stelltrafo verändern oder falls vorhanden die unterschiedlichen Wicklungen am Motor verwenden. Auch Drehstrommotore lassen sich nicht so leicht in der Drehzahl regeln, man benötigt FU Frequenzumrichter, die man besser fertig bei eBay erwirbt. Bei Waschmaschinen gibt es mindestens fünf verschiedene Motoren: In alten stecken Asynchron-Drehstrommotoren mit 2 unterschiedlichen Statorspulensätzen für niedrige (Wasch-) Geschwindigkeit und hohe (Schleuder-) Geschwindigkeit. Auch Kondensatormotoren an 230V~ waren üblich. In normalen WaMa stecken tachogeregelte Allstrommotoren (Universalmotoren) mit meist auch 2 Statorwicklungen für niedrige und hohe Geschwindigkeit (3 Anschlüsse) und eine einzeln zur Drehrichtungsumkehr zugängliche Rotorspule (2 Anschlüsse) und einen eingebauten Tachogenerator entweder als Spule (2 Kontakte), oder als Hallsensor (3 Kontakte), teils mit eingebautem Thermoschalter (weitere 2 Anschlüsse) die man am besten mit dem TDA1085 oder U209 ansteuert. Dann gab es Gleichstrom-Permanentmagnet-Motore beliebt bei Winkraftanlagenbauern als Generator. Und in modernsten stecken bürstenlose BLDC die die Haltbarkeit der Drehstrommotore mit der Regelbarkeit der Allstrommotore kombinieren, aber schwierig zu regeln sind (siehe BLDC).
Beispiel: 10-poliger Motoranschluss, Rotorwicklung (8-9) 1.72 Ohm, Statorwicklung (5-10) 1.3 Ohm, halbe Staturwicklung (5-1) 0.47 Ohm (demnach bleiben 0.87 Ohm für die andere Hälfte zwischen 1 und 10), Tachogeneratorwicklung (3-4) 184 Ohm, Temperatursicherung (6-7) 0 Ohm.
Drehrichtung
230V --+-----o\
| \o--(9)--+
| +--o : |
| | : Rotor
| +--o\: |
| | \o--(8)--+
+--(--o
|
| /o--(10)-+
+--o/ Stator (Rest der ganzen Wicklung)
o--(1)--+
Geschwindigkeit Stator (halbes Feld)
+--(5)--+
|
+--(6)--+
Thermosicherung
+-----------(7)--+
| +---+
TRIAC--| |--(3)--+
| | | Tachogenerator
+----| |--(4)--+
| +---+
Shunt | TDA1085/U209
| |
Null --+------+
Wäschetrockner haben hingegen oft Kondensatormotoren mit je einer Wicklung
für Linkslauf und Rechtslauf und der dritten Wicklung am Kondensator, denn
sie müssen in ihrer Drehzahl nicht geregelt werden.
/o--+------Windung--+
230V --o/ | +--Thermosicherung-- Null
o--(---+--Windung--+
links/ | |
rechts | +--Windung--+ (eventuell auch keine)
Schalter | |
+--Kondensator--+
Die Schaltung entspricht Rohrmotoren von Rollläden und Dachlukenöffnern, und
wenn man statt der Relais lieber TRIACs verwenden möchte, müssen die enorm
spannungsfest sein, denn sie bekommen durch die Kondensator-Wicklung fast die
doppelte Netzspannung vorgesetzt. Daher verwendet man zumindest ein
Umpolrelais und eine handvoll spannungsbegrenzender VDRs:
+--VDR250V--+ /o--+-------links--+
+-----Sich--+ +--o/ | Motor |
| L +---TRIAC---+ o--(---+--rechts--+
o | | |
230V~ VDR VDR |
o 250V 250V |
| N | | |
+--------------------------------+---+----------+
--+--Schalter--+--Last-- | | +---R----C---+Echte Relais, Halbleiterrelais und Nullspannungsschalter sollten eine RC-Kombination über dem Kontakt bekommen, damit dieser länger hält. Faustregel 1Ohm/V und 0,1uF/A. Genauer gilt, das R so gross sein muss, das ein voll geladener Kondensator C beim Einschalten des TRIAC nicht dessen kurzzeitigen Maximalstrom überschreiten soll (8A TRIAC am 230V Netz (325V Spitze) also R minimal 325/8= 41 Ohm). Der C soll, leider mit R als Spannungsteiler gegenüber der Quellimpedanz, (z.B. 230 Ohm bei 1A Last) schnelle Störimpulse auffangen und den Spannungsanstieg kleiner als dU/dt max laut Datenblatt des TRIAC halten. Beim Schalter oder Relais geht es um Unterdrückung von Funken. Da die Störquelle meist unbekannt ist, fehlen Zahlen zum ausrechnen. Bei Leuchtstofflampen mit konventionellem Vorschaltgerät (Drossel) ist der Snubber kritischer, da geht wegen der hohen Drosselinduktivität nur 10kOhm und 47-100nF, sonst wird das Stromnetz zum Schwingkreis.
+----+---+--Thermoschalter--Last--o | R | Triac | VDR 230V~ | C | +----+---+---Sicherung--Drossel---oBei geringer Leistung unter 10W kann der R gar in Reihe zum Verbraucher http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/vishay/83627.pdf+----+---Drossel---+---Thermoschalter--Last---o | R | Triac | VDR 230V~ | C | +----+-------------+---Sicherung--------------o
+----+---Drossel---+--Thermoschalter--o | R | Triac | VDR 230V~ | C | +----+----Last-----+--Sicherung-------o
+-----+--R--+-------Last-------o | | | Triac VDR C 230V~ | | | +-----+-----+--Thermoschalter--oMan kann auch einen VDR verwenden, aber achtet auf deren Bezeichnung: Beim für 230V passenden VDR-0.6 250V = JVR14N391K von Reichelt bedeutet die 250, daß er für 250V maximale Wechselspannung gedacht ist, ab 390V 1mA ableitet und dem angeschlossenen Gerät nie mehr als 650V Spitzenspannung zumutet. Daher 650V TRIAC und Optokoppler verwenden oder ein 230V VDR. Ein VDR verhindert so Überspannung, er verringert aber im Gegensatz zum RC-Glied nicht die Flankensteilheit, wirkt also nicht EMV entstörend. Ein VDR muss mit einer (97 GradC) Thermosicherung in einem Schumpfschlauch zusammengehalten geschützt werden, ein TRIAC muss mit einer Feinsicherung geschützt werden die ein kleineres Schmelzintegral hat als der TRIAC.
Relais benötigen unbedingt eine Freilaufdiode, denn da sich bei einer Spule der Stromfluss nicht plötzlich ändern kann, will beim Abschalten der Spulenstrom weiterfliessen, und dazu steigt die Spannung des Spulenanschluss am Schalttransistor schlagartig bis der Strom einen Weg gefunden hat (Prinzip Zündfunke). Für diesen Strom bahnt die Freilaufdiode einen Weg, so dass die Spannung nur bis zur Betriebsspannung steigt und nicht darüber hinaus. Die in der Induktivität der Relaisspule gespeicherte Energie wird dadurch vernichtet. Die Freilaufiode bringt man am Bestem am Schaltelement an, also in der Nähe des Transistors, und nicht am Verbraucher, also am Relais, um die von einer Änderung des Stromflusses beim abschalten betroffenne Leitungen möglichst kurz zu halten. Um Störungen zu vermeiden (der am Schalttransistor befindliche Spulenanschluss ändert schlagartig seine Spannung, was sich durch kapazitive Kopplung auf den anderen Relaisanschluss, der an Betriebsspannung hängt, auf diese auswirkt), werden Relais direkt am Siebelko, noch vor dem Spannungsregler angeschlossen (also 9V Trafo, 12V Relais, 7805 für 5V). Wegen der höheren zu schaltenden Spannung kann man das Relais nicht direkt an einen uC Ausgang anschliessen, sondern benötigt einen Schalttransistor (NPN wie BC338 über 220R wenn der uC bei HI ca. 1/20tel des Relaisspulenstroms liefern kann, ansonsten z.B. bei uC der 8051er Reihe NPN-Darlington wie BC517 über 2k2, NMOSFET wie BSS295, oder IC wie ULN2003 mit eingebauten Dioden).
Freilaufdiode
+---|<|----+
| |
+12V +------------------+--Relais--+
| +----+ |
+--+-----|>|--+----+---+--|7805|--+----+ VCC |
| | | | | +----+ | | |
o | +--|>|--+ + | | | | +----+ |
9V~ | | Elko 100n | 100n | uC |--R--|< NPN Schalttransistor
o +--(--|<|--+ - | | | | +----+ |E
| | | | | | | | |
+-----+--|<|--+----+---+----+-----+----+ GND |
Gleichrichter | |
+-----------------------------+ Masseleitung
Die Masseleitungen (aus dem 5V Teil und von den Relais bzw Masse und Plus des
ULN2x03) lässt man erst am Siebelko zusammenlaufen, dann sollte sich der uC
nicht durch schaltende Relais (ohne angeschlossene Last) aus dem Tritt
bringen lassen. Der im vorigen Kapitel genannte Snubber am Relaiskontakt
hilft dann, wenn die Schaltung bei angeschlossener Last zu spinnen anfängt.
Ein räumlicher Abstand zwischen uC und Relais ergibt sich wegen der 230V
Isolationsabstände meist eh von selbst.
Soll das Relais im Hausnetz installiert werden, muss es nicht nur 16A, sondern den Kurzschlussstrom aushalten bis der Leitungsschutzschalter auslöst, das kann ESB 20-20 (ABB monostabil), RTX3-1AT-C012 (bistabil) oder RTS3TF12 (TE), ansonsten müsste man es mit einer zusätzlichen Feinsicherung schützen wie das in Funksteckdosen gemacht wird.
Da der Spulenstrom nach dem Abschalten des Transistors noch deutlich länger durch die Freilaufdiode fliesst, weil statt der Betriebsspannung nur noch die Diodenflussspannung anliegt, bleibt das Relais noch ein paar Millisekunden angezogen. Wünscht man ein schnelleres Abschalten, nimmt man eine Z-Diode parallel zum Schalttransistor, die erst so bei doppelter Betriebsspannung, zumindest aber unterhalb der Maximalspannung des Transistors, leitet. Dann klingt der Stromfluss schneller ab, das Relais geht schneller aus. Ebenso sollte man eine Autohupe oder Klingel nicht mit einer Freilaufdiode behindern, sondern eine ausreichende Z-Diode oder einen RC Snubber verwenden.
|
Relais
|
+-Z<|-+ Z-Diode nach Masse statt Freilaufdiode nach Plus
| |
--|< |
|E |
---+-----+
Bei den älteren AT90S Atmel AVRs hilft das alles manchmal trotzdem nicht,
dann muss man auf die neueren ATmega/ATtiny zurückgreifen. In verseuchter
Umgebung sollte man auch an einen Watchdog denken. Hängt sich der uC dann mal
auf, dann kommt er wenigstens von alleine wieder auf die Füsse. In einigen
Anwendungen fällt es nicht mal auf, das er einige Millisekunden mit einem
Reset beschäftig war.
> Haltespannungsabsenkung
Schrack sagt:
Für monostabile Gleichspannungsrelais (DC-Spule) ist bei niedrigen Schwing- und Schockanforderungen eine Reduktion der Leistungsaufnahme der Spule möglich. Nach einem Ansteuerpuls mit mindestens der Spulenbemessungsspannung, muss nach 100 ms mindestens noch die minimale Ansprechspannung (75% der Spulenbemessungsspannung), an der Spule anliegen. Nach dem der Kondensator geladen bzw. entladen ist muss die Spannung an der Spule für ein 12 V Relais im Bereich von konstant 4,46 V liegen. Unter diesen Betriebsbedingungen ist ein Betrieb bei einem max. Kontaktstrom von 22 A bis zur Umgebungstemperatur von +85°C, bei einem max. Kontaktstrom von 26 A bis zu +75°C zulässig.
Es gibt sogar spezielle ICs dafür: DRV120, HV9901, iC-JE (IC-Haus), LM1949 (peak & hold injektor drive controller)
Da ein Relais eine bekannte Last ist, kann man das problemlos ungeregelt über einen PWM Ausgang eines uC machen. Zunächst schaltet man die PWM so, daß die Einschaltspannung am Relais anliegt, dann verändert man das Tastverhältnis so, daß nur noch genug Haltestrom fliesst. Das funktioniert sogar mit Relais, die eine höhere Betriebsspannung haben, z.B. 12V aus 5V. Die EMV Störungen nehmen natürlich zu.
+5V --+--100uH--+
| |
Relais |
| 1N4148 |
+---|<|---+
|
PWM -----------|I GF2304
|E
GND ------------+
Gleichstromelektromotoren entstört man mit UKW Drosseln und
Keramikkondensatoren direkt an den Motoranschlüssen so:
+--47uH--+---+---+
| | | |
| | 47nF |
----------------+ | | |
verdrillte Zuleitung 47nF +--(M)
----------------+ | | |
| | 47nF |
| | | |
+--47uH--+---+---+
Nachdem es noch keine de.sci.roboter gibt, posten viele Leute Fragen zum Roboterbau in d.s.e. Zur Mechanik kann man nur eines sagen: Nehmt ein fertiges funkgesteuertes Modellauto ! Damit werden alle Beschaffungsprobleme für Motoren, Getriebe und Mechanik kostengünstig erschlagen und die Ansteuerung (Modellbauservoimpulse) ist auch sehr einfach. Zwischen Fernsteuerempfänger und Servos kommt dann ein Microcontroller, dadurch gibt's die Funkverbindung zum Roboter auch noch umsonst. Der uC sollte, ebenso wie es die Fernsteuerung macht, die Servoimpulse zeitlich nacheinander erzeugen, damit nicht alle Servos zu derrelben Zeit Strom ziehen, und gut entstört muss der uC auch sein (siehe F.23. Das KFZ-Bordnetz). Zudem ist die Lenkung viel interessanter als die 'Panzersteuerung' der üblichen tonnenförmigen Roboter und schneller sind die Teile auch noch. DANACH könnt ihr euch um Sensoren, Algorithmen, Greifarme etc. kümmern, und scheitert nicht wie so viele schon an der Beschaffung eines GETRIEBES. Notfalls für 40 EUR den fertigen Emiglio-Roboter aus dem Spielwarenladen.
Und wenn die Elektronik euer Problem ist: Mit dem Handy-Board wurden schon tausende von Robotern erfolgreich ausgerüstet, es sollte also auch für euch geeignet sein, zumal die Software (C-Interpreter) umsonst beiliegt. Auch fertige 68HC11 Platinen sind davon erhältlich. http://handyboard.com/
Ein nützliches Messgerät in der Elektronik ist ein Oszilloskop (Oszi, Scope), GERADE wenn man erst die Grundlagen der Elektronik erlernt, weil es einem zeitliche Signalverläufe sichtbar machen kann. Bedienung:
Leider sind Oszis teuer. Die klassische Frage eines Hobbyisten lautet: "Welches ist erschwinglich und universell", aber das ist die falsche Fragestellung. Man frage sich besser nach konkreten Messaufgaben (und wenn man noch keine hat braucht man noch kein Messgerät), und suche dann das Messgerät, welches die Messaufgabe zum günstigsten Preis ausreichend erledigt. Wenn man Pech hat, reicht nicht mal das 350000 EUR teure 62GHz Agilent :-) http://www.datatec.de/Agilent-DSOX96204Q.htm
Bei Oszilloskopen gibt es vier Möglichkeiten:
a) ein einfaches Oszilloskop für unter 500 EUR neu kaufen, wie Hameg oder LG, inzwischen auch als erschwingliches Digitaloszilloskop von Rigol, Hantek oder UniT.
Das Einkanal-Gerät 122413 von http://www.conrad.de/ ist zwar besser als gar keins, aber normalerweise greift man für 250 EUR zum Rigol 1052 weil das als digitales Oszilloskop auch einen Speicher enthält, oder 1102. Achtung, das Rigol DS1054Z ist beispielsweise nur Messkategorie CAT I, also nur zur Messung von Geräten geeignet die nicht ans Netz angeschlossen sind. Der Profi verwendet sicherlich nichts mit weniger als 100MHz, oder gleich ein Digitalscope von Tektronix und Gould mit Spektrumanalyzer.
Bei Rigol gibt es manchmal Hacks um zu mehr Bandbreite zu kommen, bei Hantek ist die Software open source, so daß man sie umstricken kann wenn man die Hardware versteht (keine Ahnung, ob bei jedem Modell).
b) ein gebrauchtes Oszilloskop
Bei http://www.ebay.de/ gibt es durchaus Schnäppchen, vor allem 2 Kanal 20MHz analoge Oszilloskope (LG) gehen oft für unter 50 EUR weg, aber man sollte den Preis eines entsprechenden Neugeräts kennen und die Beschreibung aufmerksam lesen, denn viele sind kaputt (war leider keine Steckdose da...). Per Annonce http://www.dhd.de/ kann man sich das Gerät wenigstens vorher ansehen bevor man dafür Geld bietet. Gebrauchtgerätehändlern
geben zumindest ein gewisse Funktionsgarantie, die sind aber nicht billig und eher eine Adresse für Firmen und Institute. Wenn aber ein altes Gerät kaputt geht, was urplötzlich passieren kann, bekommt man kaum noch Ersatzteile, oder vielleicht nur sehr teuer. Hameg und LG lassen sich meist leicht reparieren weil sie überwiegend aus Standardbauteilen bestehen, Tektronix, Philips und Hewlett-Packard sind wegen Spezialbauteilen (Nuvistoren, Hybridschaltungen) und der Verschleierung von Typennummern oft unreparabel. Nur als Beispiel, wie diese Firmen Gold aus Standardbauteilen mach(t)en:
Von: TekMan
> Die Schaltungsunterlagen zu den P6460 Data Probes habe ich mir
> schon mal angesehen und musste feststellen, das man diesen Typ nicht
> nachbauen kann, weil da ein Tektronix-IC darauf ist, das wahrscheinlich
> richtig teuer ist.
Der Preis ist nicht so sehr das Problem. Das IC ist schlichterdings nicht lieferbar, da Tektronix den Support dafür eingestellt hat und es nicht mehr produziert. Die IC Division ist schon vor Jahren an Maxim verkauft worden, und Maxim hat die Produktion der Tek ICs nicht weiter verfolgt, da die Stückzahlen (nach Maxim-Massstäben) nicht gross genug sind. Soviel zum Thema 'Support eines Markenherstellers'.
c) einen Vorsatz für den PC kaufen, um dadurch ein Oszi zu ersetzen
Klingt wie eine preiswerte Variante, schliesslich sparen die Hersteller dabei Gehäuse, Netzteil, Bildschirm und Bedienknöpfe ein, sie sind aber in Wirklichkeit viel teurer als vergleichbare Analoggeräte. Warum? Weil ein sps (Sample/Sekunde) nicht mit einem Hz (Hertz) vergleichbar ist, ein 20Msps Digitalscope ist eben NICHT mit einem 20MHz Analoggerät vergleichbar, da braucht es schon 200Msps für (die 10-fache Abtastrate), OBWOHL manche Werbung da gerne rumlügt (aber z.B. Tektronix nennt ehrlichere Angaben). Das Shannon'sche Abtastheorem hin oder her (für eine Erklärung siehe Elrad 12/97). Digitale Scopes wie Conrads 121887 sind also immer noch recht teuer, auch das Red Pitaya von Elektor ist für die Leistung unverschämt teuer. PC-Einsteckkarten kann man zu dem wegschmeissen, wenn das nächste Betriebssystem kommt oder der nächste PC (der dann keine ISA-Slots mehr hat :-( ). Allerdings können Digitalgeräte auch als Speicheroszilloskop arbeiten und damit langsame Vorgänge aufzeichnen, so dass die Kombination schnelles Analoges + im Vergleich langsames Digitales sehr praxisorientiert ist. Schlechtere Digitalscopes beherrschen zudem den XY Modus nicht. Ein solcher Vorsatz lohnt vor allem in automatierten Testständen, wo man genau weiss, was gemessen werden soll, und immer dasselbe, und die Daten sowieso nur vom PC ausgewertet werden. Da will man auch viele Kanäle.
d) und die Soundkarte?
Es gibt eine Reihe von Programmen, die die Soundkarte verwenden, aber die unterliegen natürlich alle den Rahmenbedingungen der Soundkarte: Sie kann keine Gleichspannungsanteile darstellen (im Prinzip wegen dem Koppelkondensator, aber der wurde natürlich schon lange auf den Chip als SC Filter integriert), sie kann nur 44000 samples/Sekunde, ist also effektiv nur als Oszilloskop von 40Hz bis 4kHz einsetzbar, selbst bei 192ksps ist bei 20kHz Schluss, und der A/D-Wandler ist kein Messwandler: Drift, absolute Genauigkeit und missing codes sind bei Audio ziemlich egal. Aber: Wer sich als Anfänger gar kein Oszi leisten kann, der kann ja dafür sorgen, das seine Experimente nur in diesem Frequenzbereich stattfinden, und wenn man nur den Kurvenverlauf und gar nicht eine absolute Genauigkeit braucht, ist der PC-Oszi eine billige Möglichkeit. Und eine hochqualitative 24 bit, 192ksps Soundkarte kann schon einen Audiomessplatz abgeben. Aber Achtung: Es kann sein, das die beiden Eingangskanäle nicht zur derselben Zeit sampeln, sondern nacheinander. Deswegen sind Korrelationsrechnungen mit Vorsicht zu geniessen.
Die 'USB Oszilloskope' sind mit ihren 200ksps und gleichstromgekoppeltem (aber selten mit Eingangsvorteiler ausgestattetem) Eingang ein winzig kleines bischen besser (und genauer) als Soundkarten, eignen sich aber auch nur für den Audiobereich bis 20kHz, bei 8 oder 10 bit aber nicht für Audiomessungen. Leider ist die Software Proprietär, so dass einem ein Soundkartenoszilloskop letztlich wohl doch mehr Freude macht, zu mal die USB-Oszilloskope für den einen Chip innendrin masslos überteuert sind.
Und nein, von Taschenoszilloskopen (Fluke, Wilke, GBDSO) reden wir hier gar nicht, die sind vielleicht witzig, aber letztlich rausgeschmissenes Geld.
Technik
Damals hat man noch kompakt hochqualitativ über die Technik hinter den eigenen Produkten geschrieben, um die Kundschaft über die Unterschiede zur Konkurrenz zu informieren:
Wenn man sich fragt, wie die heute eine A/D-Wandlung mit 1Gsps hinbekommen: Gar nicht. Bei Tektronix TDS210, 220, 1002, 1012, 2002, 2012, 2014, 2022 und 2024 und Fluke ScopeMeter Serie 190 wird das Signal erst mal in einen CCD analogen Eimerkettenspeicher eingelesen, also sozusagen tausendfaches analoges sample&hold, und dann gemächlich durch einen A/D-Wandler geschickt. Dadurch sieht man ein gewisses Grundrauschen der analogen CCD. Das entfiel erst bei viel teureren Geräten (Gould) mit mehreren zeitversetzten Flash-A/D-Wandlern, inzwischen machen das bei geringen Frequenzen alle Hersteller so, Rigol hat 5 Wandler a 2 D/A Kanälen mit 100msps parallel um 1Gsps erreichen zu können.
Oszi-Tastköpfe:
Normale (1:1) Tastkopfkabel sind NICHT an die Impedanz des Kabels bzw. des Oszilloskops angepasst und haben deswegen einen Widerstandsdraht im Koaxialkabel um die Reflexion ausreichend zu dämpfen.
Für die meisten Messungen reichen die gekauften Tastköpfe (die leider teuer sind, obwohl sowohl TesTec als auch EldiTest nur die allerbilligsten Alligatorclips verwenden, soviel zur deutschen Qualität), aber wenn man wirklich gute Messungen machen möchte, muss man sich seinen Tastkopf selber bauen:
Oszitastkopf selber bauen
nicht ganz perfekter Bauvorschlag. Fragt Mathias Guenther
Einfachvariante:
Fertiggeräte:
Und wenn das Oszilloskop keinen 'Komponententester' enthält, baut man sich halt einen aus einem 6V/50mA Kleintrafo, anstatt dafür Geld auszugeben:
+--+-- X
o--+ | K (zu testende Komponente)
230V~ S:S +--GND
o--+ | 10k
+--+-- Y
> Ich würde gerne einen Fernseher (die guten alten mit der Röhre die man Von: Michael Koch
Klar geht das, aber ob es sich lohnt ist eine andere Frage. Hab das vor 20 Jahren auch mal gemacht. Du brauchst zwei Ablenkspulen-Sätze. Einer verbleibt an der Bildröhre, da wird ein Stereo-NF-Verstärker angeschlossen. (das begrenzt natürlich die Ablenkfrequenzen auf NF) Der andere Spulensatz wird irgendwo weiter weg gelegt und an die Fernseher-Elektronik angeschlossen. Das ist notwendig, weil sonst die Hochspannungs-Erzeugung nicht mehr geht. Problem der Sache: Die dynamische Focussierung geht so natürlich nicht mehr, der Strahl ist unscharf.
http://www.dansworkshop.com/Homebuilt%20oscilloscope.shtml
http://www.holmea.demon.co.uk/SpecAnHtml/SpecAn.htm http://www.circuitcellar.com/library/print/0406/Armitage-189/index.htm http://www.oocities.com/hagtronics/analyzer.html
Noch einer als Bausatz: http://www.science-workshop.com/
Logicanalyzer: http://alternatezone.com/electronics/pcla.htm http://www.freepcb.com/eebit/
Spektrumanalysator mit AVR: https://courses.cit.cornell.edu/ee476/FinalProjects/s1999/lisa/
Sinusgenerator: http://seti.harvard.edu/synth/index.html http://www.amplifier.cd/Technische_Berichte/Amplifier_reiner_Sinus/Amplifier_reiner_Sinus.htm (Aufbau der LinearTech AN67: 10kHz -160dBc mit LT1007 LT1230 LT1228) http://kudelsko.free.fr/ (arbitrary DDS) http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN1999.pdf (switched capacitor MAX292 filter aus Rechteck, auch frequenzvariabel)
Netzwerkanalysator: AD5933 (Analog Devices)
Frequenzmesser: http://www.mino-elektronik.de/fmeter/neue_versionen.htm Vorstufe: http://www.mikrocontroller.net/topic/231005 (0-50MHz, 5V)
Drehrichtungsanzeige
ZD39V500mW
+----|<|----+
| |G LED
L1 --100mAT--15k5W--|>|--+--|>|--+--|>|--|>|--+
4 * 1N4007 | 2*TIC126N +-- N
L2 --100mAT--15k5W--|>|--+--|>|--+--|>|--|>|--+
| |G LED
+----|<|----+
ZD39V500mW
Hagen Jakubaschk hat mal im "Der praktische Funkamateur", Heft 28, 1962,
folgendes veröffentlicht, funktioniert ohne Mikrocontroller ! <g>
L1>L2>L3
+-----Glimmlampe------+
| |
+--50nF--40k--+--75k--+--40k--50nF--+--75k--+
| | |
L1--+ +--L3 +--L2
| | |
+--75k--+--50nF--40k--+--75k--+--40k--50nF--+
| |
+------Glimmlampe-----+
L3>L2>L1
Leuchten beide Glimmlampen, sind nur 2 Phasen angeschlossen. In der
Originalschaltung ist L2 und L3 vertauscht, was aber IMO falsch ist. Hier
habe ich es schon korrigiert.
> Suche Schaltplan für Messung von Leistungsaufnahme / Energieverbrauch
Von: Dietrich Lotze
"EDN January 7, 1993, Page 102: EDN-Design Ideas: Four transistors measure rms power (Joseph L. Souza, Sipex, Billerica, MA)" eine (passive) Schaltung, die über die Kennlinien der Transistoren eines 4-Transistor-Arrays (CA3096) Strom- und Spannung miteinander multipliziert und als (DC-)Spannung ausgibt.
Wirkleistungsmessungs-IC 0.1%: CS5462 (Cirrus Logic), PM9102/9602 (SAMES),. AN32 von http://www.linear.com/ hat auch eine (schwer lesbare) teurere Lösung. AN265 von http://www.national.com/ ist auch verwendbar, AVR465 von Atmel zeigt einen 1-Phasen Wirkleistungsmesser, INA219 digitalisiert Strom und Spannung einer Gleichspannungsleitung bis 26V und liefert die Leistung per I2C. Und mit LM394: http://electronicdesign.com/test-amp-measurement/what-s-all-wattmeter-stuff-anyhow Will man nur die effektive Spannung (oder Strom) messen, tut es:
Will man nur den Strom aus einem Stromwandlertrafo gleichrichten um ihn mit einem uC messen zu können, tut es ohne Filterung:
+--+-----|>|--+--+-- A/D-Wandler | | | | | | +--|>|--+ | S | | 1N4148 100R (Bürdewiderstand je nach Spannungsbereich) | +--(--|<|--+ | | | | | +-----+--|<|--+--+-- AGNDund mit Mittelwert-Filterung (Effektivwert = 1.11 x Mittelwert bei echtem Sinus)
+--+-----|>|--+--+--10k--+--10k--+-- A/D-Wandler | | | | | | | | +--|>|--+ | | | S | | 1N4148 100R 4u7 4u7 | +--(--|<|--+ | | | | | | | | | +-----+--|<|--+--+-------+-------+-- AGNDdenn die Stromwandlertrafos verhalten sich als Stromquellen wie Dynamos, und wenn der Bürdewiderstand hinter den Dioden angeordnet ist, zählt der Spannungsabfall an den Dioden nicht mit - er wird nur zurücktransformiert auf die Primärseite.
> möchte die Ausgangsspannung beibehalten, ohne den Trafo zu modifizieren.
> Und ein neuer Trafo dieser Leistungsklasse ist mir zu teuer.
Von: Harald Wilhelms
500VA sind bei 220V 2.27A, mit 90% Wirkungsgrad 2.5A. 2.5A bei 10V sind 25VA. Nimm einen 230V→10V 25VA Trafo und lege dessen Primärwicklung ans Netz und die 10V Wicklung (richtig gepolt, sonst wird's für 210V~) in Reihe zur 220V~ Wicklung des alten Trafos.
> Mein einfacher 230V (Rechteck)wechselrichter bringt nicht genug Spannung
> zum Betrieb eines Gerätes, das wohl lieber einen Sinuswechselrichter sehen
> will. Was tun?
Wenn nur das eine Gerät anzuschliessen ist, kann ein (Motor)kondensator in Serie in der Zuleitung helfen. An den passenden Wert sollte man sich rantasten (Spannung im Gerät am Ladeelko messen), aber ein paar uF werden notwendig sein.
> Umwandlung von Drehstrom in stärker belastbaren Wechselstrom
Scott-Trafo oder Küblerschaltung oder Z-Wicklung, 2 Phasen werden addiert, dadurch entsteht eine Wechselspannung die phasenrichtig zur dritten parallelgeschaltet werden kann, verwendet z.B. in der Galvanik oder Schweisstechnik.
> Inkrementale Drehgeber wie auswerten?
Von: Michael Biere 29.9.1999
Zunächst muss man sich von der Vorstellung frei machen, dass die beiden Signale A und B des Drehgebers irgendwelche Zähler triggern müssen und man deshalb die Flanken erkennen muss. Sonst bekommt man früher oder später Probleme mit "Flattereffekten" deren Frequenz man nicht mehr folgen kann. Prellende Signale darf man niemals auf Interrupteingänge geben:
Statt dessen macht man sich klar, dass die beiden Signale zusammen VIER Zustände annehmen können:
Die Spuren müssen nun mit einer Mindestfrequenz abgetastet werden. Diese Frequenz ist abhängig von der Strichzahl des Gebers und der maximal möglichen Drehzahl. Es muss sichergestellt sein, dass bei voller Drehzahl jeder der vier Zustände erkannt werden kann. D.h. die Abtastrate muss mindestens viermal so groß sein, wie die Signalfrequenz einer Spur. Angenommen der Anfangszustand ist "ab". Wenn der letzte Zustand "ab" ist und man liest "Ab" ein, dann inkrementiert man den Positionszähler. Liest man "aB" ein, dann dekrementiert man den Positionszähler. Liest man "AB" ein, dann hat man zu langsam abgetastet, denn dann ist ein Zustand übersprungen worden. Soweit zum Grundprinzip. Wenn jetzt ein Signal anfängt zu flattern (es kann immer nur ein Signal flattern, da sich von einem Zustand zum nächsten immer nur ein Signal ändert), dann "übersieht" die abtastende Software zwar einige Flankenwechsel, die resultierende Position ist aber immer korrekt. Es gibt kein Wegdriften durch übersehene Flankenwechsel.
Von: MaWin 25.7.2001
Am einfachsten realisiert man das mit einer state machine als Tabelle. In C sieht das so aus.
int table[4][4]={{0,1,-1,0},{-1,0,0,1},{1,0,0,-1},{0,-1,1,0}};
int position=0; // zaehlen wir mal die absolute Position
volatile int quadrature_input; // bit 0 und bit 1 sind Quadratureingaenge
int new_quadrature_value, last_quadrature_value=quadrature_input;
Folgenden Code ausreichend oft wiederholen (in der Programm Hauptscheife oder
einer Zeitgeber gesteuerten Interrupt Routine):
new_quadrature_value=quadrature_input; position+=table[last_quadrature_value][new_quadrature_value]; last_quadrature_value=new_quadrature_value;oder man zählt hoch, wenn A(aktuell) ungleich B(vorheriger Zustand) ist und runter wenn B(aktuell) ungleich A(vorheriger Zustand) ist. So kann ein AVR viér Drehgebereingänge auf ein mal mit knapp 1 Msps auswerten bzw. einen einzelnen mit 2 Msps.
clr R16 ; Zähler für Encoder A0,B0 clr R17 ; Zähler für Encoder A1,B1 clr R18 ; Zähler für Encoder A2,B2 clr R19 ; Zähler für Encoder A3,B3 clr R20 ; 0 in R21,PORTB ; A3,A2,A1,A0,B3,B2,B1,B0Der H8/3003 und H8S (2 Kanäle) H8SX (4 Kanäle), ATXmega (3 Kanäle bis Osz/4) und STM32F4 (6 Kanäle) machen das in Hardware, externe ICs gibt's dafür auch:loop: ; oder fester Zeitgeber-Interrupt, wenn man die Register nicht für anderes verwendet, müssen sie auch nicht gerettet werden. mov R22,R21 swap R22 in R21,PORTB ; A3,A2,A1,A0,B3,B2,B1,B0 eor R22,R21
lsr R22 adc R16,R20 lsr R22 adc R17,R20 lsr R22 adc R18,R20 lsr R22 adc R19,R20
lsr R22 sbc R16,R20 lsr R22 sbc R17,R20 lsr R22 sbc R18,R20 sub R19,R22
; Weiterverarbeitung der 4 Registerinhalte R16..R19 kostet natürlich zusätzliche Zeit. ; Wer geschickt ist macht loop unrolling und fügt hier nur jeweils einen Befehl ein. rjmp loop ; oder return from interrupt
ansonsten brennt man sich das in ein GAL: Falk Brunner
MODULE q_dec " a quadratur decoder " IO signals T PIN 1; " clock signal A_IN PIN 2; " first quadrature signal B_IN PIN 3; " second quadrature signal FORWARD PIN 14 ISTYPE 'COM'; " forward signal for counter CE PIN 16 ISTYPE 'COM'; " clock enable signal for counter " internal signals A PIN 17 ISTYPE 'REG_D'; " synchronized A B PIN 18 ISTYPE 'REG_D'; " synchronized B ADEL PIN 19 ISTYPE 'REG_D'; " delayed A BDEL PIN 20 ISTYPE 'REG_D'; " delayed B EQUATIONS " synchonize A and B A.CLK = T; A.D = A_IN; B.CLK = T; B.D = B_IN; " delay A and B ADEL.CLK = T; ADEL.D = A; BDEL.CLK = T; BDEL.D = B; " generate forward, reverse and CE FORWARD = (A $ BDEL); CE = (A $ ADEL) $ (B $ BDEL); ENDdenn die Schaltung ist eher aufwändig, benötigt ein 74xx175 und ein 74xx86. Das Taktsignal T muss mehr als doppelt so hoch sein wie die höchste Frequenz des Inkrementalgebers A, B und geringer als die maximale Zählfrequenz des nachfolgenden flankengetriggerten Zählers wie CD4516 oder 74HC191 auch BCD dezimal mit CD4029.
+---+
A -----|D Q|---+
+-|T | |
| +---+ |
| +---|\
| +---+ | |+)---------- Up / Down
B ---(-|D Q|-+ | +-|/
+-|T | | | |
| +---+ | | | XOR
+---(-------+ | |
| +-(-------(-+-(-|\
| | | +---+ | | |+)--+
| +-(-|D Q|-(---(-|/ +--|\
| +-|T | | | |+)-- Clock Enable (Carry In beim CD4516)
| | +---+ | | +--|/
| | +---(-|\ |
| | +---+ | |+)--+
+---(-|D Q|-----+-|/
+-|T |
| +---+
T ---+-------------------------- Clock
Da beim Übergang von einer Position zur nächsten die Signale prellen können (mechanische Tastkontakte prellen, Welle vibriert, elektrische Einstreuung in Photodiodensignal) zählt jede der obenstehenden Lösungen an den Übergängen eventuell hoch und runter, was die Auswertelogik stören kann (hat plötzlich ein Drehrichtungswechsel stattgefunden?). Wenn man das Nutzsignal y aber nur bei geraden Werten der Position x setzt, wird man die flatternden Übergänge los, bekommt aber nur die halbe Auflösung.
Vorwärtsdrehung ------------------------>|<--- Rückwärtsdrehung
_ _________________ ____
A___| || |_||___________________________||_|
________________ _ ____________
B_____________||_| |_||_________| |_|
0001101111111211222222223323333334434444444444334433333233222222 <- Position x
0000000000000222222222222222222224444444444444444444444222222222 <- if(!(x&1)) y=x;
Übrigens: Ein Inkrementaldrehgeber ist simpel die von zwei Lichtschranken durchleuchtete Schlitzscheibe einer Maus. Die hat sogar 2 davon :-) Gibt es auch mit Drehknopp als Poti-Ersatz oder ganz teuer für industrielle Zwecke mit schweinehoher Auflösung. Mit 2 verdrehten Hallsensoren (KMZ51) und einem Magneten kann man sich sogar ein Sinus/Cosinus Analogsignal liefern lassen. Die WACOM Graphiktablettmaus verwendet um einen Zähler zu bedienen einen flankengetriggerten Decoder, bei dem Quadratursignal B durch ein RC-Netzwerk und Schmitt-Trigger entprellt wird, und dann als Takt zum Sampeln des Zustandes des (nicht entprellten) Quadratursignals A verwendet wird. Allerdings braucht man ein Power On Reset Signal an S und R um den Anfangszustand richtig zu setzen, z.B. erzeugt durch eine RC Kombination.
+-----+ POR
| |
| +-----+
A -------------------------+--(--|D S Q|
74HC132 | | | _|
B --R--+--|S>o--+--|>o--+--(--(--|C Q|--| \
| | | | | 74HC74 | )o-- UP
C | | +--(--|D O|--| /
| | | | | | _|
GND +-------(--(--(--|C R Q|
| | | | +-----+
| | | | |
| | | +-----+
| | | | |
| | | | +-----+
| | +--(--|D S Q|
| | | | | _|
+-------(--(--(--|C Q|--| \
| | | 74HC74 | )o-- DOWN
| +--(--|D Q|--| /
| | | _|
+-----(--|C R Q|
| +----+
| |
GND --C--+-----+--R-- VCC
Magnetfeldmessung bis 7500A/m mit KMZ10C, 2000A/m mit KMZ10B und 500A/m mit
KMZ10A bei umgekehrt proportionaler Empfindlichkeit, der C dämpft die
Reaktionsgeschwindigkeit und erhöht die Störunempfindlichkeit.
+5V +--470k--+
| | |
+--KMZ10--10k--+--|+\ |
| | C | >--+-- uC-Eingang
+----(----10k--+--|-/
| | z.B. TS912
GND--470k--+
Aber Achtung, das Signal des KMZ10 ist temperaturabhängig und muss
kompensiert werden, siehe
Ausserdem stört die Remanenz der Nickelschicht unter vergoldeten Platinen wenn man Magnetfeldmessungen vornehmen will, auch Allegro ACS Stromsensoren leiden darunter. Hallsensoren also nur auf Platinen ohne Gold löten.
Magnetfeldmessung bis 285A/m unter Ausnutzung der Kompensationsspule eines KMZ51 (aber ohne die Flip-Spule zu nutzen, Aufmagnetisierung also möglich, und ohne Temperaturkompensation, ggf. vom uC zu messen und einzurechnen).
+5V +5V +5V
| | |
| | 10k
| -----(----+ |
|/ | | +----|+\
+--KMZ51----|+\ | | | >--+--
| /| | >--+--10k--+---(----|-/ |
+--(-(------|-/ TS912 | | |
| | | 10k 10k |
| | | | | |
+-(-------(------------+---(----------+
| | |
GND GND GND
> Wie hoch ist das Magnetfeld einer Luftspule in Tesla und Gauss, innendrin
> und in einem bestimmtem Abstand (in Metern):
Damit ein handelsüblicher Magnetfeldsensor wie TLE4905 oder SS495A voll ausgesteuert werden kann, braucht es etwa 250 Amperewindungen, also 25000 Windungen bei 10mA. Anders gesagt: Sie sind ziemlich unempfindlich, noch schlechter als empfindliche Reedschalter, Permanentmagnete erkennen sie nur aus ca. 1cm Entfernung. Das Erdmagnetfeld hat ca. 1 Amperewindung.
Wenn ein Taster direkt ein Taktsignal für einen IC liefern soll, z.B. um bei jedem Tastendruck ein Flip Flop umzuschalten, damit ein Gerät AN und AUS geht, dann muss man den Tastenkontakt entprellen. Am einfachsten geht das mit einem Taster mit Umschaltkontakt (DigiTast), und entweder einen RS-FlopFlop wie 74xx279 oder 4044 (wahlweise LS TTL oder HC CMOS, lässt sich auch mit 2 NAND-Gattern eines 74xx00 aufbauen)
+-----------------+
| |
VCC --4k7---+ VCC --4k7---+ +--|\ |
| +_--+ | | )o--+ |
/o--+--|S Q|-- /o--+-----|/ | |
GND --o/ |_ | GND --o/ | |
o--+--|R | o--+ +--|\ |
| +---+ | | )o--+--
VCC --4k7---+ VCC --4k7---+--------------|/ 74xx00
oder einen CMOS-Puffer wie 74HC04 (TTL geht auf die Art nicht)
+-----10k----+
VCC --o | |
/o--+--|>o--|>o--+--
GND --o/ 74HC04
Wenn der Taster nur einen einfachen Schliesskontakt hat, benötigt man einen
CMOS Schmitt-Trigger wie den 74HC14 (ein 74LS14 bräuchte unglücklich
niederohmige Widerstände und grosse Kondensatoren und ist hochgradig
unsymmetrisch, auch der 74HC14 lässt wegen Leckstrom nicht mehr als 100k zu)
an einem RC (hier 100k und 100n) Glied nach einem pull up (hier 4k7, beachte
den Mindeststrom des Tasters, oft 1mA oder 100uA):
VCC | 4k7 | 74HC14/CD40106 +-100k-+--|>o-- high wenn Taster gedrückt | | Taster 100n | | GND GNDFalls der IC schon einen internen Schmitt-Trigger am Eingang hat:
VCC | Taster | | +-100k-+--|IC Eingang mit Schmitt-Trigger, high wenn Taster gedrückt | | | 4k7 100n | | GND GND
VCC | 4k7 | | +-100k-+--|IC Eingang mit Schmitt-Trigger, low wenn Taster gedrückt | | | Taster 100n | | GND GNDAuch ein NE555 arbeitet als Schmitt-Trigger und kann 200mA schalten
VCC VCC VCC | | | | NE555 | | | +-----+ | 4k7 | RES|--+ | +--|THRE | +-100k-+ | OUT|----- high wenn Taster gedrückt | +--|TRIG | Taster | | CONT|--+ | 100n +----+ | | | | 100n | | | | GND GND GND GNDMit flankengesteuerten FlipFlops kann man aus einem 50Hz Takt (nur ein 74HC14 Oszillator für alle FF oder aus 50Hz Netzfrequenz abgeleitet) den Tastenzustand jeweils prellfrei synchronisieren:
VCC VCC VCC
| | |
| Taster |
| 74HC14 | |
| \ | +------+
+--|S )o-----+--(--|> |-- high wenn Taster gedrückt
| | / | | |74HC74|
| | | +--|D |
+---(--100k--+ | +------+
| | | |
470nF | 4k7 |
| | | |
GND GND GND GND
Bei Microcontrollerschaltungen kann man per Software entprellen, braucht also
diese aufwändigen Schaltungen nicht, und auch nicht den teuren MC14490.
Man kann an einem Port hängende Tasten gleich in einem Rutsch verarbeiten, bei einem 8-bit-Port also 8 Tasten auf einmal, im Beispiel Port D, das spart Anweisungen.
uint8_t tasten,gedrueckt;
while(1)// die Programm-Hauptschleife
{
tasten=PIND; // 8 Taster auf ein mal, liefern 1 wenn gedrückt (sonst ~PIND)
gedrueckt=tasten&~gedrueckt;
if(gedrueckt&1)
{
// Taster 1 wurde gerade runtergedrückt, mach was
}
if(gedrueckt&2)
{
// Taster 2 wurde gerade runtergedrückt, mach was
}
// mach was sonst in der Programm-Hauptschleife passieren muß
gedrueckt=tasten;
_delay_ms(10); // damit sie bestimmt länger dauert als eventuelles Prellen
}
Macht 3 Anweisungen für 8 Taster, das ist so wenig, dafür lohnt nicht mal eine
eigene Funktion. Kann man natürlich mit Erkennen des Loslassens oder Erkennen
ob gleichzeitig mehrere Taster gedrückt sind oder ab in kurzem Abstand
derselbe Taster erneut gedrückt wurde (Doppelklick) erweitern. Wer neben dem
Entprellen auch Störungen filtern will, kann das durch eine Tiefpassfunktion
wie bei Peter Dannegger erreichen:
uint8_t geaendert,zaehler0,zaehler1,gedrueckt,tasten;
while(1)// die Programm-Hauptschleife
{
geaendert=tasten^PIND; // key changed?
zaehler0=~(zaehler0&geaendert); // reset or increment zaehler0
zaehler1=zaehler0^(zaehler1&geaendert); // reset or increment zaehler1
geaendert&=zaehler0&zaehler1; // count until roll over?
tasten^=geaendert; // then toggle debounced state
gedrueckt=tasten&geaendert; // 0->1: key press detect
if(gedrueckt&1)
{
// Taster 1 wurde gerade runtergedrückt, mach was
}
if(gedrueckt&2)
{
// Taster 2 wurde gerade runtergedrückt, mach was
}
// mach was sonst in der Programm-Hauptschleife passieren muß
_delay_ms(5); // damit 3 davon bestimmt länger dauern als eventuelles Prellen
}
In Systemen mit erhöhten Anforderungen bezüglich der funktionalen Sicherheit ist nicht bloss Entprellung, sondern auch Plausibilitätsbetrachtung nötig.
Von: Martin Siegwarth 5.4.2005
Will man bei jedem Tastendruck umschalten, kann man Entprellung und FlipFlop verbinden. Diese Schaltung lässt sich auch gut zum Ein-Ausschalten einer Schaltung mit einem Taster verwenden:
+-----------+----------------------+ | | | + | +---)----------------+ Schaltung | | | | | - | +--|>o--10k--+--|>o--+----|I MOSFET falls die Schaltung mehr braucht | + | | | |S als der Inverter liefern kann Batterie | | 1M | | - | | _ | | | | +--o o--+ | | | | | | | 100nF | | | | | +-----------+----------------+-----+oder mit einem Spannungsregler mit /SHDN Eingang
+-------+
+-----------+-------------------|MCP1802|--+------+
| | +-------+ | |
| +---)----------------+ | | | |
| | | | | | | |
| +--|>o--10k--+--|>o--+----+ | | |
| + | | | | | |
Batterie | | 1M | 1uF Schaltung
| - | | _ | | | |
| | +--o o--+ | | |
| | | | | |
| | 100nF | | |
| | | | | |
+-----------+----------------+--------+----+------+
Der NE555 kann auch zum Ein-/Auschalter per Tastendruck werden.
VCC VCC VCC
| | |
+---100k---(-----(-----(--+
| | | | |
| 10k +-----+ | |
| | | RES|--+ |
| +--|THRE | |
+--Taster--+ | OUT|-----+--
| +--|TRIG | NE555
| | | CONT|--+
1uF 10k +----+ |
| | | 100n
| | | |
GND GND GND GND
Wenn ein uC dran hängt, verwendet man den Taster um die Stromversorgung einzuschalten, und so bald der uC aktiv ist, sichert er den Stromkreis damit beim Loslassen der Taste nicht wieder der Strom abgeschaltet wird, sondern erst wenn der uC will.
+-------------------------+ | BC327 | >|---1k---+----+ +-----+ E| | | | | +--100k---+ | | uC | + | | >|--1k--| | Batterie Taster E| +-----+ - | | | BC547 | +---------+----+----------+Oder mit MOSFETs (die aber auch keinen geringeren Sperrstrom haben als BJTs)
+-------------------------+ | TP0101K | I|--------+----+ +-----+ S| | | | | +--100k---+ | | uC | + | | I|------| | Batterie Taster S| +-----+ - | | | TN0200K | +---------+----+----------+Schwieriger wird es, wenn der uC einen späteren Tastendruck mitbekommen soll. An Stelle des 100k Pull Ups kann auch der interne pull up des uC eingesetzt werden, falls er einen enthält.
+------------------------------+-------+ | TP0101K | | I|--------+---------------+ 100k +-----+ S| | 1N4148 1N4148 | | | | +--100k---+--|>|--+--|<|--(----+----| uC | + | | I|--------| | Batterie Taster S| +-----+ - | | | TN0200K | +-----------------+-------+------------+Einfacher ist es aber, den uC direkt an die Batterie anzuschliessen und den Taster an einen Eingang zu legen, der den uC aus sleep/power down aufwecken kann. Die meisten aktuellen uC verbrauchen dabei so wenig Strom, daß eine weitere Reduktion überflüssig ist.
Soll ein Schalter durch 2 Taster (an/aus) ersetzt werden, geht es mit einem Relais in Selbsthaltung, oder moderner mit einem Analogschalter genauso:
Aus
_
GND --o o----+------------------+--10k-- GND
_ | |
+5V --o o----(-----+---1k-------+
An | | |
+-----+ | +-----+
+5V ------|4066 |--+ +--|4066 |--o
+-----+ | +-----+ alter Schalter
+-----------o
Recht oft kommt die Frage, wie man aus einem Impuls beim einschalten und beim ausschalten je einen weiteren, kürzeren Impuls machen kann. Da gibt es viele Möglichkeiten. Mit RC Verzögerung und einem EXOR Gatter braucht man einen Schmitt-Trigger hinter dem RC damit das Signal für den EXOR gut genug wird. Leider gibt es keine EXOR mit eingebautem Schmitt-Trigger. Ein zweites Gatter des Schmitt-Triggers lässt sich zur Verbesserung des Eingangssignals verwenden, denn die Schaltung ist Abhängig von der HI/LO Spannung des Eingangssignals.
|\ EXOR wie 74HC86
--|S)--+-------------|\
|/ | |\ |+)--
+--R--+--|S)--|/
| |/
C Schmitt-Trigger wie 74HC14
|
GND
Bei 2 MonoFlops, z.B. aus einem 74HC123 braucht man ein ODER-Gatter um beide
Impulse zu verknüpfen, allerdings kann man unterschiedliche Zeiten bei
steigender und fallender Flanke haben, es spart aber auch keine Bauteile wenn
man bei beiden die gleiche Zeit braucht. Diese Schaltung ist zumindest nicht
abhängig davon, wie lange es her ist, daß der andere Impuls ausgelöst wurde.
VCC --R-+-C-+-- GND
| |
1a +-----------+
+--|1/2 74HC123|--+
| +-----------+ +--|\
--+ |=)--
| +-----------+ +--|/
+--|1/2 74HC123|--+
2b +-----------+
| |
VCC --R-+-C-+-- GND
Mit Komparatoren wie LM393 kommt man mit einem IC aus, und er ist auch noch
unproblematisch was die Versorgungsspannung angeht, so lange sie während
des Impulses konstant bleibt, Für 1 Sekunde nimmt man C=1uF und R1=910k.
+--------+-- +5..30V
| |
10k 1k
| |
+--|+\ |
| | >--+
+--(--|-/ |
| | |
| 10k |
| | |
Eingang --R1--+--(--|+\ |
| | | >--+-- Ausgang
| +--|-/
C | LM393
| 10k
| |
+--+----------- Masse
und es lassen sich unterschiedliche Zeiten bei steigender Flanke wie bei
fallender Flanke erreichen
+--------+-- +12V
| |
10k 1k
| |
+--|+\ |
1N4148 | | >--+
+--|<|--R1--+--(--|-/ |
| | | |
| | 10k |
| | | |
--+--|>|--R2--+--(--|+\ |
1N4148 | | | >--+-- Ausgang
| +--|-/
C | LM393
| 10k
| |
+--+----------- Masse
Ja klar, wer will, kann für den Job auch einen Mikrocontroller programmieren.
> Ich möchte ein 0V/12V Signal mit 5 Sekunden Zeitverzögerung weitergeben
+12V +12V +12V
NE555 | | |
+------+ | |
| RES|--+ |
+--|THRE | |S
| | OUT|------|I IRF4905
Eingang --1MOhm--+--|TRIG | |
| | CONT|--+ +-- 12V durchgeschaltet wenn Eingang high
| +------+ |
Tantal 5uF | 100nF
| | |
GND GND GND
Gerne gebaut werden Audioverstärker, als ob es so was nicht fertig zu kaufen gäbe. Aber die Leistungsangaben kommerzieller Verstärker (zuerst Sinus, dann Musik, dann RMS, dann PMPO, dann Maximalleistung) sind halt oft geschönt, ("200 Watt PMPO aus einem 2x 1.2 Watt RMS Verstärker", "2*120 Watt mit einen 4.8VA Steckernetzteil", "6600 Watt aufgedruckt bei real 6 x 20 Wrms aus 3 TDA7377 im Auna Silverhammer", "120W PMPO aus 2 TDA2822 mit je 0.38W", "2x160 Watt PMPO Maximalleistung; 2x5.25 Watt RMS", "2 x 50Wrms Dynavox CS-PA1 mit TDA2004 und 13.5VA Trafo" ein Brüllwürfel gibt beim Aufprall 120 Watt ab wenn man ihn aus grosser Höhe fallen lässt, die Rechnung kommt ziemlich genau hin, d.s.e Message-ID 2r55f1F163u5iU1@uni-berlin.de) weil mickrige Kühlkörper, kleine Trafos und Ausgangstransistoren billiger sind (TDA7294 Datenblatt sagt, man legt sie für 1/10 der Leistung bei 10%THD aus). Auch die angebliche 'high end' Branche macht trotz exorbitanter Preise keine Ausnahme
so dass man 'was ordentliches' selber bauen muss, wenn einem Bühnenequipment nicht hochwertig genug ist. Selbst IC Hersteller wie Philips machen aus dem 4*25W TDA8569Q von 1997 einfach 2003 einen 4*40W Chip. Immerhin sind die JBL Brüllwürfel, wie Creature II, ehrlicher, 63VA Trafo und TDA8512 ist aber trotz solider Bauweise von HiFi weit entfernt.
Für Kopfhörer (TPA6120, TPA6130A2 mit I2C Lautstärkeregler, TS482/TS922, TDA1308/TDA2822/TDA7050, MC33202/MC34119/TS34119, NJM2113 mit 100nF direkt an VCC http://www.mikrocontroller.net/topic/314727#3403140 , NJM4556, LME49610, TPA0253 (1W 5V stereo mono 34uV noise), MAX98310), für PC Lautsprecher (NCS2211 5V 1W BTL 0.2% THD+N, LM4861/71+TS4871 (5V), TDA7052 mit Gleichspannungsalutstärkeregelung/TDA7053, TEA2025, TDA8551 1W 8 Ohm BTL an 5V mit digitaler Lautstärke hörbarer 100uV output noise selbst TCA0372/L272 ist da besser, LM4952 mit 20dB..-46dB digital einstellbarer Verstärkung, 8uV output noise mit A-bandbegrenzendem Filter), als einfacher Amp (LM1875/1876/3875/3876, TDA7056 bis 300kHz, PAM8403 Stereo Class -D 3W 5V 4Ohm per eBay), oder für viel Power (TDA1514A (1x50W), TDA2052 (1*60W), LM3875 (1*56W) LM3886 (1*68W bipolar), LM4780 (2*60W/1*120W), TDA7293/7294/7295 (DMOS) über 50W nur in der aufwändigen high efficiency Schaltung einsetzbar oder mit 2 Chips als schlechteren BTL)) suchen viele Leute einen Bauvorschlag. Im Auto geht TDA7375 (4*4W, 2*22W - der geht bei Medion schon mal als '4*70 Watt PMPO' durch) AN7190K (2x20W) TDA7381 (4*25W) TDA1554Q/TDA1558Q (4*11W, 2*22W, fixed gain 20dB bzw. 40dB, Reichelt) STA540 (2*38W/18V oder 4*7W/14.4V stabil ohne Boucherot) TA8233 (2*30W, realistisch eher 10W), TA8254 (2*45W realistisch eher 25W an 2 Ohm), TDA7377 (2*30W) TDA7560 (4*30W), AN7161 (20W+Kopfhörer) TDA8563 (2*40W) TDA8571 (4*40W) STPA001 (4x50W 0.007% THD typ @ 4W) TDA7240 (1*20W) TDA7386 (4x22W 1%) oder TDA8567 (4*25W) TDA8591 (2*22W 0.5%) oder TDA1562 (55W 0.5% Class-H aus 14.4V durch Spannungsverdopplung, eher für höhere Frequenzen), TDA7231 soft clipping "Röhrensound" (bis 1.6W). Es müssen ja nicht gerade die für ihren Klirrfaktor und ihre Schwingneigung bekannten uralten TBA810, TDA1020, TDA2002, TBA820=KA2201, LM386 ( http://ludens.cl/Electron/audioamps/AudioAmps.html ) mit grossem und teurem Ausgangselko sein, die damals den IC-Verstärkern den bis heute schlechten Ruf eingebracht haben.
Aus Japan kamen früher viele STK Hybridverstärker, bei denen Transistoren und SMD Widerstände auf einer Platine mit Plastik umhüllt wurden. Leider sind Bauteile und Datenblätter schwer beschaffbar, so daß bei einer Reparatur der Austausch des ganzen Endverstärkers gegen einen (Bausatz) mit diskreten Bauteilen sinnvoll sein kann. Bekommt man jedoch so einen STK als Schnäppchen, kann man mit ihm ruck-zuck einen brauchbaren Audioverstärker aufbauen. Die zusätzlich nötige Schutzschaltung steht im Datenblatt zum STK4044V und STK4182II (der wird schon mal in "400 Watt" Endstufen verbaut), in letzterem auch eine Kühlkörperberechnung wie sie laut EIJA bei kommerziellen Verstärkern gemacht wird.
Solche unterschiedlichen Leistungsangaben kann ein und derselbe Verstärker (Yamaha A-S500) haben, wenn man nach den unterschiedlichen Vorschriften misst:
Minimum RMS Output Power 8 Ohm, 20Hz to 20kHz, 0.019% THD: 85W+85W Maximum Output Power (EIAJ) 1kHz, 10% THD: 8 Ohm/6 Ohm 130W / 150W Dynamic Power (IHF) 8/6/4/2 Ohm: 130/150/185/220W DIN Standard Output Power 4 Ohm, 1kHz, 0.7% THD: 120W IEC Output Power 8 Ohm, 1kHz, 0.019% THD: 100W
Für Zimmerlautstärke nimmt man üblicherweise eine elektrische Leistung von 50 mW Durchschnittswert an, die Spitzen liegen vom Pegel her so 5 mal höher, d.h. als Leistung das 25-fache, also bei 1.25W (andere Quellen sagen +12dB und 16-fach). Um 3 bis 5W Dauerleistung zu erhalten, das ist dann schon Partybeschallung, sollte es also ein Verstärker von 75 bis 125 Watt sein. Daher fallen die winzigen Kühlkörper und kleinen Trafos bei kommerziellen Verstärkern meist nicht auf, die Musik kocht meistens nur auf kleiner Flamme. Erst bei Konzerten will man mehr Dauerleistung, entsprechend dicker fallen die Kühlkörper an PAs (Public Address, Publikumsveranstaltungen) aus. Zum Belastungstest kann man 10 parallelgeschaltete 5 Watt Widerstände in ein Glas mit Wasser stopfen bis es kocht.
Versucht also erst gar nicht, die erfundenen hochgelogenen Leistungszahlen der kommerziellen Billigverstärker als Massstab und zum Ziel zu nehmen, sondern baut was seriöses und z.B. gegen versehentlichen Kurzschluss robustes.
Für die Wahnsinnigen, deren Autos an Wettbewerben wie "dB drag racing" teilnehmen, reicht das natürlich nicht. Da bei 170dB die Trommelfelle platzen, wird dort glücklicherweise nur mit einem tiefen (aussuchbar 20-80Hz) Dauerton gemessen. Man muss also versuchen, bei diesem Ton den optimalen Wirkungsgrad herauszuholen. Und den bekommt man, wenn die Resonanzfrequenz des Ganzen (Lautsprecher und Schallraum) bei genau der Frequenz des Tons liegt, und der Lautsprecher genau so viel Volumen 'vor' der Membran hat wie 'dahinter'. Aber Achtung: Normale Lautsprecher schlagen da heftig mit den Membranen an, es muss ein speziell geeigneter Lautsprecher mit viel Weg sein, oder ein MTX Audio T9922-22" 6000 Watt JackHammer Subwoofer, und ein gepanzertes Auto, denn ab 160dB splittert Glas und verbiegt Blech. Glücklicherweise lassen sich bei den tiefen Tönen effektive Class-D Subwoofer-Verstärker einsetzen, wie der A6000GTi mit 6kW RMS von http://www.jbl.com/ (nach dem BCA Prinzip von http://www.crownaudio.com/ , die bauten 1987 auch den Class AB MacroTech MT10000 mit 10kW http://adn.harmanpro.com/site_elements/resources/1022_1425482522/Macro-Tech-MA-10000-Datasheet-k10684_original.pdf , heute nur noch IT8000, ähnlich http://www.hoellstern.com/ DELTA 7.2.2, eher P.M.P.O. liefert der http://www.labgruppen.com/ FP13000 die 13kW mit 230V/16A Stecker) dummerweise verlangt ihm der Messton jedoch die Sinusdauerleistung ab.
Niemand zwingt einen, den Strom mit unsinnig dicken Kabeln aus einer 12V Autobatterie holen zu müssen, was einen uneffektiven Wandler erfordert, sondern man kann auch je 10 Akkus in Reihe schalten und hat saubere +/-120V für 6kW an 2 Ohm, bei immer noch 60A Peak.
Röhrenverstärker werden hoch geschätzt, obwohl ihre technischen Daten auch bei guter Ausführung schlecht sind, sie verzerren das Signal, allerdings auf eine Weise, die als angenehm empfunden wird. Hier die Begründung was passiert:
Die Spannung am Ausgangstransistor liegt (bei den üblichen mit positiver und negativer Spannung versorgten Verstärkern mit Lautsprecher an Masse) nicht bei einfacher Versorgungsspannung, wie es bei einem Widerstand als Last der Fall wäre, sondern im ungünstigsten Fall bei der vollen Versorgungsspannungsdifferenz, weil ein Lautsprecher eine komplexe Last darstellt. Der Strom liegt aber schon bei (einfacher Versorgungsspannung)/Lautsprecherimpedanz, und das Verlustleistungsdiagramm sollte unter der SOA-Grenze des Ausgangstransistors bleiben, sonst muss man mehrere parallelschalten. Dafür leitet jeder Transistor nur die halbe Zeit, die thermische Verlustleitung ist also geringer als erwartet. Komplexe Lasten erzeugen muntere Kurven im SOA Diagramm, die man beachten sollte, wenn man einen betriebssicheren Verstärker bauen will:
A ^ | | . |\ . | \ . | \ .. | \ +------> VBei jedem brauchbaren Verstärker ist eine Strombegrenzung für die Ausgangstransistoren drin, damit er nicht gleich beim ersten Kurzschluss der Lautsprecherleitungen (unisolierte Kabelenden ohne Stecker) hops geht. Der NAP250 enthält eine klassische Variante die dem optimalen SOA-Schutz recht nahe kommt. Ein Clipping-Indikator erkennt, wenn die Gegenkopplung ausser Tritt kommt weil der Ausgang nicht mehr dem Eingangssignal folgen kann; sei es wegen Übersteuerung, Erreichen der maximalen Slew Rate oder Strombegrenzungseinsatz. Es ist ein Temperatursensor drin, der den Verstärker bei höherer als berechnet erlaubter Kühlkörpertemperatur abschaltet. Damit wird er dauerkurzschlussfest. Er hat eine Temperatursicherung im (immer unterdimensionierten :-) Trafo, damit wird er überlastungssicher. Und er hat eine Schutzschaltung mit Relais für die Lautsprecher, um sie beim Einschalten, Ausschalten und bei versehentlicher Gleichspannung am Lautsprecherausgang diese abzutrennen, damit ein defekter Verstärker nicht die teuren Boxen beschädigt. Nicht jedes Relais schafft es die bis zu 60V Gleichspannung abzuschalten, daher G5LE-1 (125V/0.6A) G6C-1117P (125V/150mA) Phoenix Contact REL-IR/L(DP)-24AC/4X21 AU (250V/5A Conrad 745594 + 745558) Daher trennt Accuphase den Lautsprecher auch mit gegeneinander geschalteten MOSFETs ab https://www.mikrocontroller.net/attachment/260069/p-4200_g.pdf . Auch eine Feinsicherung am Lautsprecherausgang oder in der Box ist eine probate Absicherung, denn eine Überlastung des Lautsprechers folgt denselben Wirkmechanismen die eine Sicherung zum Auslösen bringen, beide passen also gut zusammen, nur ist die Sicherung nicht rückstellend. Feinsicherungen können auch in den positiven und negativen Versorgungsspannungszuleitungen verwendet werden um die Endtransistoren vor Kurzschluss am Lautsprecherausgang zu schützen, wenn es gelingt, eine flinke Sicherung zu finden mit einem Schmelzintegral kleiner als dem des Transistors, die trotzdem im Normalbetrieb nicht auslöst. Leider passt hier die Kennlinie nicht ganz so gut zusammen, immerhin schützt die Sicherung den Lautsprecher wenn ein Transistor schon kaputt ist. Viele Bauvorschläge oder allerbilligste Kaufhausware haben solche Schaltungen nicht, und sind damit von minderer Qualität. Richtig professionelle Verstärker modellieren gar per DSP die Leistungsgrenze bekannter Lautsprecher (z.B. DriveRack von dBX) und dem Sicherungsautomat in der Stromzuführung (z.B. PowerH von Dynacord) um die einzuhalten. Die Nennleistung eines Lautsprechers wird mit der Leistung eines rosa Rauschen von 20-20kHz angegeben von dem jedes Chassis nur den für ihn bestimmten Teil abbekommt. Ein Sinus mit der gleichen Leistung der die ganz Leistung auf einer Frequenz liefert zerstört den Lautsprecher.
Überstrom-Schutzschaltung eines kommerziellen Verstärkers:
--+----------------+----+---+-- V+ | | | | | 10k 100n | | | | |E | +----+--|< PNP | | | -|< 45k | | | | +---56k--+---+--|< NPN | | | | |E | Shunt 10k 10n | | | | | | | +--------(---(---(--------(-- Lautsprecher | | | | | Shunt | | | | | | | | | +--------+---+---+ +--|<|--+ | | | -|< Relais | | | | --+-------------------------+-------+-- V-eines anderen (Sony TA-N80ES):
--+----------------+----+---+-- V+ | | | | | 33k 10u 3k3 | | | |E | +----+--|< PNP | | | -|< 33k 33k | | | +---4k7--+------|< NPN +-- off | 2W | |E Shunt +--|>|--(--33k---+ | | | +----------------(--------(-- Lautsprecher | | | Shunt +--|<|--(--33k---+ | 2W | | | +---4k7--+-------+ GND | -|< | --+--------------------------- V-Ein Audioverstärker ist ein Spannungsregler, dessen Ausgangsspannung variabel ist und durch die Spannung des Eingangssignals vorgegeben wird. Er reagiert auf Änderungen des Eingangssignals genau so sauber und schnell (eben mit 20kHz) wie er Änderungen der Versorgungsspannung ausregelt (es sei denn, der Erbauer hat in der Schaltung gepfuscht). Daher braucht ein Audioverstärker kein geregeltes Netzteil, im Gegenteil, 2 aktive Regler nacheinander schaukeln sich ggf. auf und sind schwer stabil zu bekommen.
Da aber die üblichen Netzspannungsschwankungen +/-10% und der -20% Ripple den die Siebelkos zulassen und die Leerlaufspannungsüberhöhung eines Trafos von +10% zusammen eine Versorgungsspannungstoleranz von Faktor 1.6 ergeben, kann es schwer werden, die maximale Leistung insbesondere aus IC Verstärkern zu holen, ohne unter ungünstigen Rahmenbedingungen die zulässige Maximalspannung zu überschreiten. Dann benötigt man eine Vorstabilisierung der Versorgungsspannung und dafür bieten sich vor allem Emitterfolger an, weil die stabil sind und kein Regelproblem haben. Wer nun allerdings erwartet, daß so ein Netzteil für besseren Klang sorgt, der irrt, denn die Spannungsschwankung unter Belastungsspitzen hinter so einem Emitterfolger sind grösser und vor allem schneller als die Spannungsschwankungen direkt aus dem Siebelko, schliesslich ergibt der Transistor einen erhöhten Stromquellenwiderstand zusätzlich zum Elko aus dem er sich bedient. Immerhin im Takt der Musik und damit nur als Klirrfaktor und nicht mit Netzfrequenz als Brumm. Hier ein solches Netzteil mit Spannungsverdopplung zur Erzeugung einer Vorspannung für die Z-Dioden, damit diese einen halbwegs konstanten Strom bekommen auch wenn die Siebelkospannung kurz vor dem drop out steht.
+---|>|---+--|>|---------+----+
| 1N4004 | 1N4004 | |
| 25uF 100uF 2k2
| | | |
o--+ +------+--(--|>|--+--+---)----)-------+
| | | | | | | | | NPN Leistungs Darlington
S:S | +--|>|--+ | | +---+--|< BDW83 o.ä. auf Kühlkörper
S:S | | KBPC | | | | |E
S:S 24V~ | | 2502 25mF | | | +-- +25V
S:S | | o.ä. | | ZD27 47uF |
S:S | | | | | | 2m2F
S:| | | | | | | |
S:+------)--)----------+---+----+---+---+-- Masse
S:| | | | | | | |
S:S | | | | | | 2m2F
S:S | | | | ZD27 47uF |
S:S 24V~ | | 25mF | | | +-- -25V
S:S | | | | | | |E
S:S +--)--|<|--+ | | +---+--|< BDW84 o.ä. auf Kühlkörper
| | | | | | | | | PNP Leistungs Darlington
o--+ +------(--+--|<|--+--+---(----(-------+
| | | |
| 25uF 100uF 2k2
|1N4004| 1N4004 | |
+--|<|-+-----|<|---------+----+
Ein konventionelles Trafonetzteil passt gut zu Audioverstärkern, denn sie
verkraften bei ausreichend stromstabilen Ausgangstransistoren sehr hohe
Belastungsspitzen, weil sie thermisch limitiert sind und der grosse
Netztrafo nur langsam warm wird. Allerdings sollte während der
Belastungsspitze nicht die Ausgangsspannung einbrechen, es sind also
grosszügig dimensionierte Siebelkos vorzusehen. Während die Siebelkos bei
normalen Netzteilen meist auf 20% Ripple bei Volllast ausgelegt sind, sollte
bei Audionetzteilen diese 20% bei der hohen Belastungsspitze eingehalten
werden, die meist 5 mal so gross ist wie die Dauerleistung aber sich auf zwei
Polaritäten der Spannungsversorgung verteilt, also sollten die Elkos 2.5 mal
so gross sein wie bei konventionellen Netzteilen vorgesehen. Exakter kann man
das natürlich durch Simulation bestimmen oder in dem man im Betrieb misst. So
machen es die Verstärkerhersteller mit den Normmessimpulsen Sinus bzw. RMS,
allerdings bekommt man dadurch einen Verstärker der mehr verspricht als er
bei realer Musik einhält. Beispiel für ein Audioverstärkernetzteil:
> Soll ein Verstärker mehr oder weniger Leistung bringen als die Lautsprecher
> vertragen?
Bringt der Verstärker mehr Leistung, wird der Tieftöner im Lautsprecher zerstört, wenn man den Verstärker zu weit aufdreht. Hat der Verstärker zu wenig Leistung, und dreht man ihn so weit auf bis er ins clipping gerät, zerstört es den Hochtöner wegen massive steigendem Obertonanteil. Es ist also egal. Clipping kann man mit einem clipping-Indikator vermeiden wie er in professionellen Verstärkern zu finden ist.
Typischer bis theoretisch maximaler (bei Vollaussteuerung) Wirkungsgrad verschiedener Verstärkertopologien:
Klasse A: Eintaktverstärker: Ein Transistor leitet je nach Eingangssignal mal mehr und mal weniger, aber geht nie ganz aus. Zur anderen Spannungsseite führt der Lautsprecher oder ein Widerstand: 6.25% bis 50% Gegentaktverstärker: Ein Transistor leitet nach + und einer nach −, beide leiten immer, Wirkungsgrad 50% Klasse B Ein Transistor leitet nach + und einer nach −, davon leitet nur einer zu einer Zeit, der andere ist aus: Übernahmeverzerrungen, 50% bis 78% Klasse AB1: Wie Klasse B, aber über den ganzen Bereich sind beide Transistoren etwas an, also fliesst Ruhestrom: < 78%. Klasse AB2: Wie Klasse B, aber in einem mittleren Bereich sind beide Transistoren etwas an, also fliesst Ruhestrom: < 78%. Klasse AB Brücke BTL (also 2 Verstärker gegeneinander): < 78%, THD+N um 3dB schlechter
+Ub
|
+---47k-----+
| |
+----------|+\
| | >-----+
In --100nF--(--20k--+--|-/ |
| | |
| +------47k--+
| |
| +------47k--+
| | |
| | Lautsprecher
| | |
| +------47k--+
| | |
+----+-------(--|+\ |
| | | | >-----+
100nF 47k +--|-/
| | |
GND GND GND
Edwin Prinzip von Elektor 1970: Stark vorgespannte Klasse AB Stufe 1 mit hohem Ruhestrom und hohem Ausgangswiderstand. Bei hoher Last übernimmt ruhestromlose Klasse B Stufe 2. Den hohen Verzerrungen wird mit viel Gegenkopplung begegnet.
1 2
+--+---+-- +
R | |
+-|< | NPN
A| |E |
D +--|< NPN
| R |E
D +---+-- out
| R |E
D +--|< PNP
K| |E |
+-|< | PNP
-|< | |
+--+---+-- -
Klasse AA, ebenso Class A+ (1977 SE-A1) New Class A (1979, SU-V10, SU-V10X, SU-V2A STK8040, SU-V4K STK8050), Class AA (1985 SVI4003/SVI4004/SVI3204/SVI3205), MOS Class AA (1995, SU-A900 0.01%, SU-VX820 0.007% ), Class H+ (1994, Hybrid): Technics Markenname für Klasse B Endstufen mit kleinen Erweiterungen wie ein paar Widerstände zwischen Treiber und Endtransistor, nachgeschalteter bipolarer Stufe nach MOSFET Stufe, oder dynamischer Ruhestromanpassung, ergibt bis runter auf 0.0007% THD mit 170W an 8 Ohm (SE-A100), 0.0009% (SU-V560, SU-V450, SU-V460, SU-V45A), 0.00067% (LME49830), 0.0004% (halcro dm58 http://www.stereophile.com/content/halcro-dm58-monoblock-power-amplifier-measurements-part-2#lLgh6Rxx8KFhSIrx.97 ) oder 0.0001% (Halcro dm68 Distortion At Full Output: <-120dB THD up to 20kHz, 400 Watts, 4 Ohms. SMPTE IM intermodulation products each <-120dB. http://www.sengpielaudio.com/calculator-thd.htm ) Klasse C Ein Transistor leitet nach +, negative Schwingung durch Schwingkreis: Nur Sinus, 75-100%, HF-Sender-Endstufen Klasse D (1 bit D/A Wandler mit Power): 80% bis knapp unter 100% Klasse E Patent 1976 Nathan Sokal abgelaufen (nur Sinuserzeugung durch ein/aus Schalter und Schwingkreis im Nulldurchgang, Ausgangsspannung abgeleitet über Tiefpass von diesem Schwingkreis): bis knapp unter 100%. http://people.physics.anu.edu.au/~dxt103/160m/class_E_amp_design.pdf Bei Transistoren ist diese und die folgende Betriebsart auch unter dem Namen ZVS bekannt, Zero Voltage Switching. Für höhere Frequenzen einfacher mit Röhren realisierbar, weil die Gitterkapazität kleiner ist und man daher schneller schalten kann. Klasse F: 2 Schalter am Schwingkreis http://www.813am.qsl.br/artigos/py2ko/burrico/quaggi.pdf (beschreibt Class AB/F) Klasse G: Modulation durch Betriebsspannungsregelung: http://www.classeradio.com/ Klasse H: Modulation durch Betriebsspannungsregelung: http://www.classeradio.com/ Klasse H (Hybrid) (Klasse AB mit Kondensator-Spannnungsverdoppler, TDA1562): bis 78% Klasse H (Klasse AB mit niedriger und hoher Versorgungsspannung) Yamaha: bis 86%, Dynacord L3600FD L2800FD Klasse I (http://www.crownaudio.com/ ) = Klasse D Klasse T: Siehe Elektor 402 = Klasse D Variante Klasse Z = Klasse D von http://www.zetex.com
Die heutzutage von kommerziellen Verstärkern angegebenen technischen Daten (>100dB Rauschabstand N, <1 Promille THD) lassen sich kaum erreichen (Schliesslich feilen die ernsthaften Hersteller seit 25 Jahren an derselben Grundschaltung rum, um durch Detailverbessungen, zueinander passende Bauteileauswahl, optimale Bauteileanordnung und Leiterbahnverlauf einen kostengünstigen Verstärker hinzubekommen, der in den jeweiligen Messungen super abschneidet) und schon gar nicht mit Hobbymitteln messen. Man sollte daher keine Schaltungen nachbauen, bei denen KEINE Messdiagramme für einen Musteraufbau angegeben werden, denn das heisst dann nur, das die technischen Daten nie ermittelt wurden. Da nimmt man besser den Schaltplan eines bekannt guten kommerziellen Verstärkers oder eine AppNote eines Chipherstellers und baut die nach, solange er keine speziellen Bauteile verwendet, aber möglichst nichts von vor 1985 (Ausgangselko).
Neu sind Class D Verstärker, die per Pulse Width Modulation (1 bit D/A Wandlung, wie bei CD Playern) arbeiten, aber nur für tiefe Frequenzen (Subwoofer) geeignet sind, da 44.1ksps bei 16bit satte 2.89GHz ergeben, zu schnell für aktuelle MOSFETs, auch wenn Tripath das gerne hätte. Selbst moderne Chips (TPA3000) werden teils vom Hersteller (TI) nicht mehr empfohlen, wohl weil sie ihre Versprechen nicht halten konnten. Übrigens erkennt man an den 2.89GHz auch, dass moderne 1 bit D/A-Wandler in CD-Playern nicht so gut sein *können*, wie echte 16 bit Wandler guter Qualität, es liegen nur die Verzerrungen im Klang dank noise shaping dort, wo man sie nicht erwartet, die Hersteller sagen 'nicht hören kann', jeder kann sich selbst seinen Reim drauf machen. Die TPA3125 (2.5W Stereo 5W Mono an 8 Ohm, 10/20W Datenblatt sind unrealistisch bei 10% Klirr) und TPA3122 (10W an 4 Ohm, 15W an 8 Ohm, unter 1% Klirr) gehört im DIP-Gehäuse zu den wenigen, die auch von Hobbyisten verbaut werden können, notfalls auf Lochraster, einseitiges Platinenlayout ist im Eval-Kit dargestellt.
Die meisten Audioverstärker enthalten am Ausgang ein Boucherot-Glied, eine RC-Kombination parallel zum Lautsprecher (findet man auch bei der Ansteuerung von Elektromotoren). Das Teil soll die Reaktanz des Lautsprechers kompensieren und die Sprungantwort verbessern. Da man den konkreten Lautsprecher aber nicht kennt, und grosse Kondensatoren teurer sind, sind die verwendeten Werte immer weniger als perfekt. Korrekterweise ist R gleich dem Gleichstromwiderstand und C exakt so, das er die Induktivität der Spule aufhebt C = L / (R*R), aber das ist bei Mehrwegeboxen natürlich nicht mit einem Bauteil zu erreichen (z.B. ausprobieren bis keine relevanten Überschwinger auf dem Oszilloskop). Man kann hier gegenüber kommerziellen Verstärkern durch Anpassung an den real verwendeten Lautsprecher einiges (THD, Klirr) herausholen, insbesondere bei Aktivboxen wo Lautsprecher und Verstärker prinzipbedingt aneinander gebunden sind. So schlecht sind Lautsprecher aber auch nicht, hier ein paar Messwerte von 0.2% THD: http://web.telecom.cz/macura/speaker_dist.htm Frequenzweichen: http://www.sup-audio.com/assets/applets/coils.pdf und Bändchenhochtöner mit 0.5% Neo3PDR http://www.zaphaudio.com/nondomes/extended.html und Kopfhörer wie Sennheiser HD800S laut Hersteller 0.02% oder Orpheus HE1060 mit 0.01%. Es gab aber auch mal Planarlautsprecher mit frequenzabhängigen Impedanzminima von 0.2 Ohm die an jedem Verstärker wegen Strombegrenzung schlecht klangen.
> Warum sind die 4mm Löcher in Lautsprecheranschlüssen oft mit einem Plastikstopfen zugestopft?
In Europa dürfen (angeblich, keine belastbare Quelle, lediglich die Berufsgenossenschaft fordert im ihrem Bereich, also gewerblich, ab 25V~/60V= bei Bananensteckern solche mit Isolierhülse) keine Bananenstecker für die Verbindung von Lautsprechern mit einem Verstärker verwendet werden.
> Soll man 4 oder 8 Ohm Lautsprecher verwenden?
Verstärker bringen an 8 Ohm deutlich (also nicht mal halb so viel) geringeren Klirrfaktor, dafür weniger Leistung, vor allem Leistung bei gegebener Spannung, weswegen auch 2 Ohm bei geringen Betriebsspannungen nicht unüblich sind. Wer also auf Qualität Wert legt, nimmt einen 8 Ohm Lautsprecher mit möglichst guten Daten, und kauft einen für dessen Leistung ausreichenden Verstärker. Wer es bloss laut haben will, nimm 2 4 Ohm Lautsprecher parallel an einem mit 2 Ohm stabilen Verstärker. Paul Klipsch erwähnte schon, dass es einen Zusammenhang mit Effizienz und Klirrfaktor beim (passiven) Lautsprecher gibt. Also sollte man auch nicht die effektivsten Lautsprecher (dB/W) suchen.
> Warum werden Lautsprecher eigentlich immer mit einem Spannungssignal
> angesteuert und nicht mit einem Strom, d.h. mit einer Stromregelschleife,
> deren Sollwert von der Spannung des Audiosignals abhängt?
Bei der Spannungsansteuerung hat die Quelle einen niedrigen Innenwiderstand, bei der Stromansteuerung einen hohen. Durch den niedrigen Innenwiderstand werden Eigenschwingungen des Lautsprechers nochmals elektrisch gedämpft.
> Manch simpler Verstärker koppelt das Ausgangssignal per Kondensator auf die
> Treiberstufe zurück, warum?
An statt einer Konstantstromquelle kann man einfach einen Widerstand nehmen, hier R13, wenn über ihm eine konstante Spannung anliegt. Und ohne Signal liegt an ihm ca. 1/3 der Betriebsspannnung, er wirkt also wie eine Stromquelle. Damit das auch bei Aussteuerung so bleibt, koppelt C11 die Ausgangsspannung zurück, damit bleibt die Spannung über dem Widerstand erhalten.
und auch in noch simpleren Verstärkern recht trickreich anwendbar:
Was wir hören und was man messen kann: http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/-House-of-Fire-Firebottles-And-Groove-Tubes-Versus-Devices-That-Find-Their-Origins-in-Sand-Part-1- und http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/Tubes-Versus-Solid-State-Audio-Amps-The-Last-Word-Or-House-Of-Fire-Part-2-
Grundlagen der Studiotechnik "Hörbedingungen und Wiedergabeanordnungen für Mehrkanal-Stereofonie" http://www.tonmeister.de/foren/surround/texte/SSF_01_1_2002_v2.PDF
Die Bibel http://douglas-self.com/ampins/books/book.htm und eine Analyse davon http://www.sg-acoustics.ch/analogue_audio/power_amplifiers/pdf/audio_power_amp_design_comments.pdf
http://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/104/drarbeit.pdf (Diplomarbeit Lautsprecherparameter inkl. Membranbewegungsmessung mit vielen Referenzen)
http://users.ece.gatech.edu/~mleach/papers/vcinduc.pdf ("einfache" Lautsprechertheorie) http://sound.whsites.net/tsp.htm (Beispielrechnung Lautsprecher) http://www.linkwitzlab.com/thor-design.htm (Bass Box Modell berechnen) "Die Konstruktion von Basslautsprechergehäusen", Jörg Panzer, Franzis 1987, ISBN 9783772319624 "Frequenzweichen für Lautsprecher", Jörg Panzer, Franzin 1988, ISBN 9783772388116 http://www.transistoramp.de/ (einfache Transistorverstärker berechnen)
Von: dfhhdrjh 20.09.2012
Um Audioverstärker durchzumessen reicht eine bessere Soundkarte und Software:
Right Mark Audio Analyzer ist meiner Meinung Schrott da unflexibel was die Pegel angeht, aber sehr beliebt weil es die Messergebnisse praktischerweise gleich als hübsch formatiertes html abspeichert.
Von: big 18.05.2012
Um die Thiele-Small Parameter des Lautsprecher Chassis zu bestimmen reicht eine Soundkarte und ein paar Widerstände sowie ARTA als Messprogramm unter
Wer sich mit der Lautsprecher-Messtechnik genauer befassen will, dem empfehle ich auch das Buch von J. D'Appolito zum Thema. Dort gibt es die theoretischen Grundlagen zu der praktischen Umsetzung der Messungen, die mit ARTA vorgenommen werden können.
Ein Lautsprecher mit (10%) Verzerrung kann durch Vorverzerrung des Signals auf 0.056% gebracht werden:
Kopfhörerverstärker:
Ein normaler Lautsprecherausgang mit nachgeschaltetem 2k Widerstand ergibt ähnlich laute Kopfhörer, egal ob 2000 Ohm des HD414, 600 Ohm der AKG K141 und K240DF, den 250 Ohm des DT990pro, 32 Ohm des Walkmankopfhörers oder 8 Ohm des Kinderspielzeugkopfhörers, ähnlicher Grund mit 22 Ohm bei kleinerer Spannung für 32 und 8 Ohm Kopfhörer. Für Kopfhörer gibt es jedoch irgendeinen IEC/ISO Standard mit 120 Ohm Ausgangswiderstand. Die Kopfhörerhersteller sagen aber, dass sie den Kram hauptsächlich für nah-bei-0 Ohm entwickeln. Dennoch kann ein Widerstand sinnvoll sein, wenn der Verstärker sonst rauscht (z.B. mit 100uV bei kurzgeschlossenem Eingang) dann reduziert der 120R Widerstand (z.B. bei einem 8 Ohm Kopfhörer) das Rauschen auf unhörbare 6uV. Die maximale Ausgangsspannung von z.B. 5V reicht dann immer noch für ausreichende Lautstärke.
Da ein gegengekoppelter Verstärker und ein Oszillator im Prinzip dasselbe ist, muss der Verstärker in der Bandbreite begrenzt werden, damit er nicht schwingt. Das passiert durch einen kleinen Kondensator an passender Stelle, der über 20kHz die Verstärkung mit 6db/Oktave verringert. Damit ein Verstärker eine Bandbreite von 100kHz haben kann, muss er so schnell sein, das seine Oszillationsfrequenz über 500kHz liegt, damit man ihn mit dem Kondensator bei dieser Frequenz ausreichend bedämpfen kann. Deswegen sind Verstärker mit deutlich mehr als 20kHz Bandbreite selten (Sony TA-F707 ES, Sony TA-F700 ES, 200kHz). Manchmal schwingt auch eine Stufe alleine. Bei Röhren und MOSFETs helfen 1k Ohm bzw. 100 Ohm Widerstände in der Gates/Gitter Zuleitung die intrinsische Schwingneigung zu unterdrücken. Auch 100nF Kondensatoren an der Versorgungsspannung und Ferritperlen an den Signalwegen können helfen. Wenn er schwingt, tut er das meist auf unhörbar hoher Frequenz, so dass sich das ohne Oszilloskop nur in erhöhtem Rauschen, Stromaufnahme und Wärmeentwicklung bis zur Zerstörung äussert. Wenn man den offenen Eingang auf Masse legt, und sich dann im Rauschen eine Änderung ergibt, ist dies ein Hinweis auf Schwingen.
Gegenkopplung verbessert die Linearität, aber wenn der nicht-gegengekoppelte Verstärker einen Klirrfaktor von 1% hat, den man per Gegenkopplung auf 0.01% drücken will, dann muss der Verstärker eine Verstärkung haben, die 100 mal höher ist als ohne Gegenkopplung nötig wäre, und das über den ganzen Frequenzbereich 100 * 20000 (Hz) = überschüssige GBW von 2MHz. Also muss schon der nicht-gegengekoppelte Verstärker möglichst linear und klirrarm und schnell sein.
Von: Abdul K. 05.04.2017
Die Verzerrungen sind bei Gleichtaktaussteuerung (nichtinvertierender Betrieb) bestimmt durch die Spannungen im Eingangs-Differenzverstärker. In erster Näherung tanh folgend. Will man weniger Verzerrung, muß dort die Differenzspannung verringert werden. Man braucht dann folglich insgesamt mehr Verstärkung und das Eigenrauschen dieser Stufe begrenzt letztlich das technisch Mögliche. Im invertierenden Betrieb liegt der Eingangs-Differenzverstärker mit in der Gegenkopplung, seine eigenen Verzerrungen werden mit ausgeregelt, dafür ist der Eingangswiderstand gering. Meiner Meinung nach muß man dann auch von spannungs- auf stromgesteuertes Geschehen wechseln. Der niedrige Eingangswiderstand folgt dann sowieso als Konsequenz, ist aber gut für geringes Rauschen.
Sammlung üblicher Audioschaltungen:
einfacher 2-Transistor Audio(vor)verstärker mit Berechnungsgrundlagen
einfachster Audiomischer (Summenlautstärke bleibt gleich):
A>--2k2--+--4k7--+
| |
10k | | Gnd |
<-|-+--| +--> out
| | |
| |
B>--2k2--+--4k7--+
Mit Einschränkungen http://tangentsoft.net/audio/atten.html lässt sich ein
logarithmisches Poti aus einem linearem (z.B. elektronischem) Poti annähern:
25dB Dynamik:
in>--+
|
10k | |
<-|-+--+--> out = in / (1 + 10*in - 10*in^2), in = 0..1
| | |
| 1k (1/10 der Potiwiderstandes)
| |
gnd -+---+--gnd
45dB Dynamik:
in >--R--Poti------+--> out = in / (1 + R/P - in), in = 0..1
| |
+--|-\ |
| >--+ R = 0,06 * P
+--|+/
|
GND
Von: Dieter Wiedmann
Verzerrer-Abschwächer um Line Signale in RIAA Phono-Eingänge (MM) schicken zu können:
47k 470k
___ ___
In-o-|___|-o-|___|-o--Out
| | |
| || | || |
'--||---o--||---o
|| || |
1n5 6n8 .-.
| | 560
| |
'-'
|
GND----------------o--GND
auch professionell zur Vorzerzerren von Schallplatten auch mit 78upm
Phasenumkehrschaltung ohne Durchlaufverzögerungsdifferenz zwischen normalen und invertiertem Ausgang für BTL Eingang aus links/rechts Signal zum Subwoofer
+12V --100R--+---+---+
| | 1.01k
left ---+ 10u 15k +-- invertiert
1k | | |
+-1u-(---(--|< BC547
1k | | |E
right --+ | 4k7 +-- normal
| | 1k
GND ---------+---+---+
XLR überträgt Audio nur durch die Spannungsdifferenz auf 2 Leitungen damit
Störungen, die beide Leitungen betreffen, keinen Einfluss haben.
Differenzverstärker können leicht in guter Qualität mit dem INA137 aufgebaut werden, aber wie erzeugt man nach der Verstärkung wieder ein diffentielles Ausgangssignal? Siehe Innenschaltung des SSM2142 mit 50 Ohm Ausgang oder siehe AD8228 Datenblatt mit dem ref-Eingang eines INA137:
+15V
|
In+ --|+\ INA137
| >----+--------------- Out+
In- --|-/\ |
| +---(------------+-- Out-
| | | |
| 10k 10k +--|+\ |
XLR | | | | | >--+ XLR
| +---+---(--|-/
| | NE5532
GND ---(----------+----------- GND
|
-15V
Für echtes Audio sind noch Koppelkondensatoren, Eingangswiderstände und ggf.
Phantomspannung nötig.
professionelle XLR to Chinch to XLR Umsetzung mit Pegelanpassung:
Während bipolare OpAmps recht robust sind, besteht bei CMOS-OpAmps die Gefahr, daß beim Einstecken des Kabels eine höhere Spannung (aufgeladene Koppelkondensatoren, anderes Gerät durch Y1 Kondenstaor auf 230V~) einen Strom durch die Eingangsschutzdioden treibt, der im OpAmp zum Latch Up führt, also einem Thyristor der einen Kurzschluss zwischen V+ und V- verursacht bis die Versorgungsspannung wieder weggenommen wird. Die Spannung leitet man mit Dioden ab, die 1k verhindern zu viel Strom durch den OpAmp Eingang. Die 470pF blocken Hochfrequenzeinstreuungen ab.
V+
BAV199|
+-|>|-+
| |
Eingang --2.2uF--1k--+----+--+-1k-|+\
| | | | >--
| | | |-/
470pF 22k | |
| | +-|<|-+
| | |
Masse ---------------+----+-- GND |
|
V-
Betreibt man den OpAmp invertierend, liegen ja nominell nur 0V am Eingang, man
kann also Dioden nach Masse verwenden.
V+
BAV199 |
+--|>|--+-----|+\
| | | >------+--
Eingang --2.2uF--22k--+-------(--+--|-/ |
| | | | |
+--|<|--+ +---(--220k--+
| | |
+-470pF-+ V-
|
Masse ------------------------+-- GND
Ein NE5532 hat die Dioden schon eingebaut wenn In+ an GND angeschlossen ist.
> Welche Spannung müssen die Eingangskoppelkondensatoren aushalten?
Schlechtestenfalls verbindet man zwei Schutzklasse II Geräte miteinander, deren Stecker unterschiedlich in der Steckdosenleiste stecken, dann ergibt sich über die Y1 Funkentstörkoondensatoren folgende Schaltung
+-------+ C C +-------+
L o-----| out|--+--1uF--> <--100nF--+--|in |--+--o L
230V~ | Gerät | 100k 22k | Gerät | | 230V~
N o--+--| Masse|--+ +--|Masse |--(--o N
| +-------+ | | +-------+ |
+-----2n7-----+ +-----2n7-----+
Y1 Ý1
Hier liegt Masse beider Geräte um 230V~ auseinander und überträgt sich über
die 22k/100k Ableitwiderstände auf die Koppelkondensatoren C, so daß beim
zusammenstecken im schlechtesten Fall 325V Differenzspannung anliegt. Die
Koppelkondensatoren sollten also 400V Spannungsfestigkeit aufweisen, wie es
bei Röhrenschaltungen üblich war, auch 630V sind nicht übertrieben. ABER:
Im Moment des Zusammensteckens wirken die Koppelkondensatoren auch als
Spannungsteiler, und sie sind wesentlich grösser als die Y1 Kondensatoren.
Die 325V teilen sich also auf 160.1V Y1 0.4V 1uF 4.3V 100nF 160.1V Y1 auf
und damit gehen auch spannungsmässig weit kleinere Kondensatoren nicht
kanputt, akustisch knacken tut es trotzdem gewaltig. Die Bauteilwerte in
diesem Beispiel sind schon konservativ ausgewählt.
Will man was Verstärken (Spannung, Strom, allgemein Leistung) tut es oft ein Transistor, vor allem im digitalen Schaltbetrieb, aber auch bei Analoganwendung. Die Berechnung von Transistorschaltungen füllt ganze Bücher (MausNet FAQ).
In vielen Fällen ist jedoch ein Operationsverstärker die angemessenere Lösung.
Grundschaltungen in AppNotes AN-20 und AN-31 von http://www.national.com/ 400 Seiten Op Amps for Everyone (wirklich nicht schwer) Design Guide (TI slod006b.pdf) http://web.mit.edu/6.101/www/reference/op_amps_everyone.pdf
Filterberechnungen
(aber Achtung: Simuliere aktive Filter mit dem gewählten OpAmp auch per Spice, denn hohe Frequenzen werden von handelsüblichen OpAmps erschreckend schlecht bearbeitet, da kann sich ein aktiver Filter schon mal ins Gegenteil verkehren).
In Sallen Key Filtern werden die OPV als Spannungsfolger betrieben, was wesentliche Vorteile für die Stabilität und Präzision bei hohen Frequenzen mit sich bringt. Sallen Key ist jedoch für Q > 10 keine gute Wahl, da geringe Toleranzen von R und C die Filtereigenschaft stark beeinflusst. Multiple Feed Back Filter http://www.ti.com/lit/an/sboa114/sboa114.pdf haben eine starke Unterdrückung.
Normale Operationsverstärker verstärken eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Eingängen und produzieren davon abhängig eine radikal verstärkte Ausgangsspannung. Wegen der sehr hohen Leerlaufverstärkung kann man sagen, das der Ausgang nach +V geht wenn der + Eingang positiver als der − Eingang ist, und nach −V geht wenn der − Eingang positiver als der + Eingang ist (oder der + Eingang negativer als der − Eingang ist, wie auch immer man es sieht). Damit der OpAmp nicht zum Komparator wird, muss also die Schaltung drumrum so aufgebaut sein, das die real produzierte Ausgangsspannung so auf einen Eingang rückwirkt, das dadurch beide Eingänge wieder gleichziehen können, die sogenannte Gegenkopplung, meist realisiert durch einen Widerstand vom Ausgang zurück zum Eingang. Die beiden Eingänge sind also möglichst hochohmig, sollen sie doch wie ein Voltmeter funktionieren. Es gibt aber auch andere Bauarten. Man kann auch den durch den Eingang (nach Masse oder zum anderen Eingang) hineinfliessenden Strom zur Grundlage der Messung machen, dazu wäre ein Eingang dann möglichst niederohmig. Und der Ausgang könnte als Stromquelle/senke ausgelegt werden. Eine Tabelle:
| Eingang-Ausgang | Bezeichnung | Eigenschaften |
|---|---|---|
| Voltage-Voltage | VV-Typ | normaler Typ, Spannungs-Verstärker hochohmiger Eingang, niederohmiger Ausgang |
| Current-Current | CC-Typ | Strom-Verstärker niederohmiger Eingang, hochohmiger Ausgang |
| Voltage-Current | VC-Typ | Transkonduktanz-Verstärker (Operational Transconductance Amplifier, OTA) hochohmiger Eingang, hochohmiger Ausgang, bevorzugt zum Treiben von Koaxialleitungen |
| Current-Voltage | CV-Typ | Transimpedanz-Verstärker niederohmiger Eingang, niederohmiger Ausgang, bevorzugt als Videoverstärker (hohe Bandbreite) |
und weiter differenziert
| +Eingang | -Eingang | Ausgang | |
|---|---|---|---|
| Spannung | Spannung | Spannung | normaler Operationsverstärker |
| Strom | egal | Strom | Stromverstärker |
| Spannung | egal | Strom | Transkonduktanzverstärker (OTA, Diamond-Transistor OPA660/860) |
| Strom | egal | Spannung | Transimpedanzverstärker (AN1244 von http://www.nsc.com , "Photodiode Front Ends - The REAL Story" Philip Hobbs http://www.electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf) http://www.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01494A.pdf |
| egal | Strom | egal | current feedback Verstärker (CFA) weil -Eingang niederohmig ist, reagiert er auf Strom statt Spannung, dieser Strom darf den Kompensationskondensator laden, dadurch wird der Verstärker schnell http://www.elenota.pl/pdf/National_Semiconductor/an-597.pdf |
Typischer Operationsverstärker (ausser Norton LM3900)
| |
R R
| |
| +--out
| 2 |
+in --|< NPN >|--+
|E E| |
+--+--+ |
| |
-in ------(------+
|
ISink (Konstantstromsenke)
|
Typischer current feedback Operationsverstärker
| |
R R
| |
| +--out
| |
+-----|< NPN
|E |E
+in --|< PNP |
| |
-in ---(------+
| |
| ISink (Konstantstromsenke)
| |
Die OpAmps mit den grössten Stückzahlen
LM358 LM324 LM2904 TSV324 LMV321 TSV321 MCP6001 MCP6L0x TL074 LMC7101 TL084 LMV358 LM2902 LM224 FAN4174 TL064 LM258 LMH6645 Nanu? LMV324 LMC6482 BU7411 TLV271 LMV982 AD8606 TL072Brauchbare OpAmps für Audio-Linepegel (1Vpp an 600 Ohm), in steigendem Preis
Der NE5532 ist bei Quellimpedanzen unter 18.5k rauschärmer als der TL072, bei 20 Ohm beispielsweise 3 mal rauschärmer, hat eine Eingangsimpedanz von typisch 200k und minimal 30k und unter 30Hz ein popcorn noise. Bei typischen Audioschaltungen ist also der NE5532 besser, bei hochohmigen (Kristallmikro, wegen Batterieanwendungen 100k im Rückkopplungszweig) ist der TL074 besser, er darf aber NIEMALS weniger als 2V über -Ub am Eingang bekommen sonst geht der Ausgang auf entgegengesetze Polarität, verzerrt also gigantisch, auch ist sein Ausgang nicht so kräftig, ein NE5532 ist also besser geeignet um Anlagenausgänge zu treiben als der TL074.
Der TDA2822 hat ein Eingangsrauschen von 2,5 µV. Bei einer Verstärkung von 10 (20 dB) rauscht der Ausgang mit 30 µV. Da die "Closed Loop Voltage Gain" (nur) mindestens 36 dB hat, wirst Du mit der Verstärkung gar nicht viel höher als 20 dB gehen können, weil der TDA2822 dann schwingt. Die "Supply Voltage Rejection" liegt (nur) mindestens bei 24 dB. Also wirkt sich das Brummen der Versorgungsspannung mit Faktor 1/16 aus.
Parallelschaltung von OpAmps zur Verstärkung des Ausgangsstroms:
Aber was reden wir über Details, erst mal sollte man immer wieder gefundene ungeschickte aber übliche OpAmp Beschaltung beheben, mit PSRR von miesen 6dB und Risiko der Instabilität:
+--------------- -Ub
|
R
|
Eingang --C--+------|+\
| | >--+--C-- Ausgang
R +--|-/ |
| | R
| | |
| +--------+
| |
| R
| |
| C
| |
+---+----------- GND
Wie man es besser macht, steht hier:
Bei Klangreglern und Equalizern gibt es ebensolche einfach vermeidbaren Fehler
Extrem rauscharme Opamps für niederohmige Quelle (dyn. Mikrophon, Audio-Moving-Coil-Phonovorstufe, vor allem die professionellen mit nur 200 Ohm. Die 600 Ohm für Amateur-Videorecorder oder das 500 Ohm Shure SM57 erfordern nicht so teure ICs). Hier ein paar Grundlagen zum Mikrophon
Bei Photodioden recht man so:
Von: Kai Klaas 24.9.2010
Transimpedanzverstärker mit Fotodiode an "−" Eingang, "+" Eingang auf Masse und 1M Widerstand in der Gegenkopplung. Macht beim TL07X 18nV/SQRT(Hz) am Ausgang aufgrund des Spannungsrauschens, welches mit dem Faktor 1 verstärkt wird (die Kapazität der Fotodiode soll jetzt mal vernachlässigt werden, kann bei Bedarf aber auch berücksichtigt werden). 0,01pA/SQRT(Hz) ergibt am 1M Widerstand einen Spannungsabfall von 10nV/SQRT(Hz), der genauso, also unverstärkt, am Ausgang des OpAmp erscheint. Kommt noch das Widerstandsrauschen des 1M Widerstands dazu, also 129nV/SQRT(Hz), das ebenfalls genauso also unverstärkt am Ausgang erscheint. Jetzt entscheide selbst, ob der Rauschstrom des TL07X ins Gewicht fällt oder nicht. Bei Fotodioden mit hoher Kapazität, tritt das Spannungsrauschen des OpAmp stärker in den Vordergrund. Da gibt es dann andere Möglichkeiten der Abhilfe... Das Ersatzschaltbild einer Fotodiode besteht im wesentlichen aus einem hochohmigen Widerstand und parallel dazu der Detektor-Kapazität. In vielen Fällen ist dieser Widerstand erheblich größer als Rf, sodaß, bei Vernachlässigung der Detektorkapazität, die Noise Gain gleich 1 ist. Die Rauschspannung des OpAmp wird also mit dem Faktor 1 verstärkt. Wenn die Detektorkapazität nicht vernachlässigbar ist, erhöht sich die Noise Gain spürbar mit zunehmender Frequenz. Bei 50pF hast du bei 1kHz eine Impedanz von rund 3M. Wenn Rf in der gleichen Größenordnung liegt, dann ist die Noise Gain dort nicht viel größer als 1. Bei 100kHz ist die Impedanz der 50pF Detektorkapazität aber nur rund 32k. Mit Rf=3M3 beträgt die Noise Gain dort also schon rund 100!
Von: Rafael Deliano 16.4.2016
Wenn man mehrere BPW34 parallelschaltet um die Empfindlichkeit zu steigern wird die Kapazität erheblich. Damit der OP dann stabil bleibt muß man den Kerko in der Rückkopplung erhöhen, damit geht die Bandbreite runter.
Von: Michael Köhler 10.11.2015
Das Widerstandsrauschen ist proportional zur Wurzel des Widerstandes, das Signal ist proportional zum Widerstand. Das SNR bzgl. des Widerstandrauschens wird mit steigendem Widerstand also besser bei TIA. Problem ist dabei wohl eher, dass ein steigender Feedbackwiderstand auch das Stromrauschen von Photodiode und OPV mit verstärkt. Wollte ich nur mal so erwähnen nicht dass jemand auf die Idee kommt, das Rauschen des Widerstandes wäre das Problem. Der Widerstand macht die Probleme bzgl. Rauschen nur sichtbar.
> Rauschen messen
Den Verstaerker mit seinen Designwiderstand am Eingang betreiben. Dieser Widerstand hat eine Rauschleistung von 4kTBR und eine Rauschspannung von Sqrt(4kTBR). Das waeren dann etwas in der Richtung von 0.5nV/rtHz bei 50 Ohm und Raumtemperatur. Dieses Rauschen wird dann um die Verstaerkung des Verstaerkers verstaerkt, plus das Rauschen des Verstaerkers quadratisch addiert. Also Rauschen nach Verstaerker = Sqrt( Sqr(Eingangsrauschen) + Sqr(Verstaerkerrauschen) ) Falls man das Rauschen nach dem Verstaerker noch nicht sieht, muss man eben mit einem bekannten Verstaerker nachverstaerken. Die effektive Messung macht man mit einem Lock-in Manchmal findet man als Angabe den Rauschabstand = Verhältnis Rauschspannung/Nutzsignalspannung Wird dann meist logarithmisch ausgedrückt, in Dezibel (dB). Beispiel: 60 dB bedeutet, dass die Rauschspannung 1/1000 so gross ist, wie das Nutzsignal, bei Vollaussteuerung, jeweils effektive Spannungen.
Bob Pease:
Meanwhile, try to avoid Tee networks in the feedback network. They often cause poor signal-to-noise ratios. Next time, I'll explain that completely. Yes, a Tee network might help you avoid buying 1000-MO resistors, but that's only okay when you have proven that the noise is okay.
Phil 30.06.2015
Das T-Netzwerk bringt einem immer mehr Rauschen, weil das Widerstandsrauschen nur mit SQRT(R) steigt, das Rauschen durch die zusätzliche Verstärkung des T aber linear.
Schaltung zum Messen des Widerstandsrauschen
Allerdings haben Opamps meistens Probleme beim Rauschen im Bereich tiefer Frequenzen, das "1/f - Knie" liegt meist im Bereich einiger 100 Hz, diskret bekommt man das besser hin. Beispielsweise 2N4403 mit Rb 4 Ohm, BCW60 mit Rb 10 Ohm gegenüber BC560 mit Rb 30 Ohm, BCX70K. Ansonsten ist für tiefe Frequenzen der OP470 nicht ungeeignet, auch LT1028 und OP27 (Quellimpedanz 3-4 kOhm) manchmal ok, LMP2021 wirbt mit "no 1/f noise component".
> Mikrofonverstärker mit Kompressor:
> Präzise Operationsverstärker
dazu passen dann Widerstände. Mit gewöhnlichen Metallfilmwiderständen in der Beschaltung muss man es erst gar nicht probieren, die sind schlechter als die OpAmps, da wäre der OpAmp rausgeschmissenes Geld. 0.005% Widerstände haben dann jedoch einen geringeren Temperaturkoeffizienten als die Kupferzuleitungen, sind meist also auch rausgeschmissenes Geld. Mehr Infos zu Widerständen:
Anja 05.07.2012:
Naja. Echte Präzision und SMD schließen sich eigentlich aus. Anschlußdrähte halten einiges an mechanischer Spannung vom Widerstandselement ab. Entscheidend ist vor allem das Herstellverfahren. Billige 0.1% Widerstände in SMD sind Dickschicht-Widerstände. Nach Reflow und Alterung bleiben bis zu 2% Abweichung. Bessere Widerstände in Bezug auf Alterung sind Dünnfilm. In SMD sind dies häufig runde Bauformen (Melf, MiniMelf). Die haben nach TÜV / UL auch den Vorteil, im Fehlerfall keinen Kurzschluss zu verursachen. Es gibt aber auch flache Bauformen (RN73, RN73H). Für high-end Anwendungen gibt es dann noch Vishay Metallfolien-Widerstände, z.B. VSMP-Serie (0.2ppm/K typ + 50ppm Alterung) VHP100 0.001% Zero TCR, +/-2ppm Alterung.
und 1% Widerstände mit TK 5ppm von Vishay/Dale 71-PTF56XXKXXXBZEK für unter 1 EUR bei http://www.mouser.com/
Die ppm Angabe ist der mittlere Temperaturgradient des Widerstandes der gemittelt über den ganzen Temperaturbereich des Widerstandes zwischen -100ppm/Kelvin und +100ppm/Kelvin liegen kann (also in Summe 200ppm/Kelvin).
Spezifiziert wird das meist mit der "Box-Methode". Man mißt mindestens bei der Minimalen Temperatur (z.B. -25 Grad = 99KOhm) bei Raumtemperatur (25 Grad = 101KOhm) und bei der maximalen Temperatur (z.B. 125 Grad = 98 KOhm). Die 3 KOhm Differenz zum nominalwert 100K ergeben dann 3% / 150 Kelvin = 0,02% oder 200 ppm/K Temperaturband. Da man bei der Box-Methode Fehler immer ausmittelt entstehen hieraus +/-100ppm als Temperaturangabe.
Über den Verlauf des Temperaturganges wird hierbei nichts ausgesagt. Bei guten (Draht/Metallfolien) Widerständen ist der Verlauf oft parabelförmig mit einem Extremwert in der Nähe von 25 Grad oder in der Mitte des spezifizierten Temperaturbereiches. Insbesonders an den Bereichsrändern ist dann der tatsächliche (differentielle) Temperaturgradient viel größer.
Mit dem mittleren Temperaturgradienten +/-100 ppm kannst du also lediglich aussagen daß über einen Temperaturbereich von 150 Grad zusätzlich bis zu 3% Temperaturfehler entstehen können.
Es gibt übrigens auch noch Alterungsdrift. Bei billigen Widerständen sind dies auch noch 1-2% nach 1000 Stunden bei Nennlast.
Bei den bedrahteten sieht es ähnlich aus. Weit verbreitet sind die RC55Y-Widerstände. (15ppm/K Dünnfilm) Dann gibt es eine Reihe von Drahtwiderständen (NEOHM UPW25, UPW50, Riedon USR2, 5E10, 8E16, Rhopoint Econistor) mit 3-5ppm/K und 25-50ppm Alterung. Und natürlich auch Vishay Metallfolien-Widerstände S102 (2ppm/K) oder Z201 (0.2ppm/K). Wenn es besonders alterungsstabil sein soll dann auch noch im hermetisch dichten ölgefüllten Metallgehäuse.(VHP-100).
Wer es mit Trimmpotis korrigieren versucht, baut auch nichts besseres:
Ralf Richard Ohmberger:
Beide Cermettrimmer zeigen einen Effekt, den ich schon oft bei älteren Geräten mit diesem Trimmertyp festgestellt habe. Versucht man sie abzugleichen stellt man fest, dass man sich wieder exakt dem Punkt nähert, wo sie zuvor schon standen, obwohl der Abgleich nicht gepasst hat. In dieser Position, die dann eigentlich die Idealposition sein sollte, macht die Einstellung dann aber plötzlich einen Sprung, um dann beim Weiterdrehen wieder zurück zu springen und nahe dem Optimum zu sein, diesmal aber mit einem Fehler mit umgekehrtem Vorzeichen. Genau die Stelle, wo die Einstellung optimal wäre und der Schleifer des Trimmers schon jahrelang stand, hat offensichtlich Kontaktprobleme. So etwas habe ich, wie schon gesagt, bei einigen Cermettrimmern unterschiedlichster Bauform und von verschiedenen Herstellern erlebt.
Wer Widerstände besser als 0.01% benötigt http://www.vishaypg.com/foil-resistors/voltage-dividers-networks/ http://www.vishay.com/resistors-discrete/res-tol-less-pt01/ http://www.vishay.com/docs/63081/smn.pdf kann von Vishay welche Lasertrimmen lassen (15-25US$/Stück für 0.01%) http://www.digikey.com/product-search/en?FV=fff40001,fff804f6,fffc0324 will man nur 2 Widerstände in genauem Verhältnis haben altern die vielleicht sogar gleichartig genug. Auch TDK hat 0.01% Widerstände: TDK RHMC
Oder als 10 MOhm 6 Dekaden Spannungsteiler für Vielfachmessgeräte VISHAY SFERNICE - CNS471A6 mit 0.03% matching und ein paar von Caddock http://de.farnell.com/vishay-sfernice/cns471a6/praezsionsspannungsteiler-duenn/dp/1165210 http://www.caddock.com/Online_catalog/Mrktg_Lit/Type1776.pdf LT5400A (4x 0.01%) MAX5426A (8x 0.025%) http://www.vishay.com/docs/60001/mpm.pdf (SOT23 Thin Film Pair 0.01% 0.2ppm) http://www.vishay.com/docs/60005/orn.pdf (Vishay Dale ORN SO8 4x 0.01% 25ppm) http://www.vishay.com/docs/49683/49683-pt9045.pdf (Vishay MPD/MPDA TO253 Thin Film Triple or isolated Pair 0.05% 2ppm) http://www.vishay.com/docs/49273/49273_9109.pdf (Vishay MP SC70 Thin Film 0.05% 2ppm)
> Instrumentenverstärker
> Analogcomputer
> wie kann man Analog das Maximum mehrerer Spannungen finden?
Analoge Maximalwertschaltung:
In1 --+-----------+
| |
| LM393 +-----+ CD4053
+--|+\ | B |
| >--|S X|-- max(In1,In2)
+--|-/ | A |
| +-----+
| |
In2 --+-----------+
Von: Axel Schwenke 09.12.2015
|\
U1 --|>|--+-------|+\
| | >--+-- U_max
U2 --|>|--+ +-|-/ |
| | |/ |
U3 --|>|--+ | |
| +--|<|--+ Dioden idealerweise thermisch gekoppelt
| |
R R
| |
+-----+--- -Vcc
Diskret aufgebaute Operationsverstärker erlauben 80V/60mA oder 0.5nV/sqrt(Hz):
oder hunderte von Watt
> Galvanische Trennung
Trenntrafo: Übertrager können nur dann optimal angepasst werden, wenn die Eingangs- und Ausgangsimpedanz bekannt ist. Ein '600 Ohm' Telefon-Übertrager hat keine 600 Ohm (Wicklungswiderstand oder eigene Impedanz), sondern hat bei 600 Ohm Eingangs- und Ausgangs-Impedanz einen optimalen Frequenzgang erreicht durch Kernlamellenaufbau, Drahtdurchmesser und Wickeltechnik, damit sich Induktivität und Kapazität zu einem glatten Frequenzgang im interessierenden Bereich (300Hz-3500Hz bei Telefontrafos, 20Hz-20kHz bei Audiotrafos, 50Hz-5MHz bei Videotrafos, kein Wunder das Telefontrafos billiger sind) ergänzen. Bei Conrads GLI-18 (311405) steht die Impedanz leider nicht dabei, daher sollte man zu etwas Besserem greifen: Pikatron (Typ ÜP 3091 M), Haufe, Lundahl (http://www.lundahl.se/) Jensen (http://www.jensen-transformers.com/), Sowter (http://www.sowter.co.uk/), Monacor, Behringer, oder eine DI-Box mit Ground-Lift wie http://www.netzmarkt.de/thomann/artikel-159520.html
|\ |\
| >-600R-+ +---+--| >--
|/ | | | |/
S : S 600R
| | |
GND GND GND
Ein Trafo transformiert die Impedanz übrigens quadratisch zum
Windungsverhältnis, will man also ein 75 Ohm Antennenkabel auf ein 100 Ohm
CAT5 Kabel umsetzen, braucht man ein Windungsverhältnis von 1:sqrt(100/75)
also 7 zu 8 Windungen (schon die Kabel haben teilweise mehr als 10%
Abweichung in der Impedanz)
Audiooptokoppler: IL300 (Vishay), HCNR200/201 (HP), KP9010 (Cosmo bei Endrich), LOC110/111/112/117/210/211 (Clare) oder ACPL-C870 (100kHz 0-2V 0.05%)
LDR-Optokoppler: NSL-28/NSL-32 (Luna, ehemals Silonex, bei Farnell)
> Rail-To-Rail Operationsverstärker
Seit dem die Versorgungsspannungen bedingt durch die immer kleineren Chipstrukturen, die immer weniger aushalten, immer niedriger werden, kann man es sich nicht mehr leisten, mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers nur so 3V an die positive und negative Versorgungsspannung heranzukommen (für bessere Linearität nutzen bessere Schaltungen gar nur das mittlere Drittel).
Seit dem bieten die Hersteller sogenannte Rail-To-Rail (R-R, R2R) OpAmps an. Diese OpAmps schaffen es, mit dem Ausgang bis auf weniger als 0.1V an die Versorgungsspannungen heranzukommen, wenn die Belastung nicht zu hoch ist (so 10k). Manche vertragen auch Eingangsspannungen bis an die Grenzen der Versorgungsspannung heran, oder sogar darüber hinaus (INA117 200V, LT1490 44V. Viele Rail-To-Rail OpAmps wie TS912/TS914, OP191/OP291/OP491, OP279 haben eine schwankende Offsetspannung/strom je nach Eingangsspannung. Also Vorsicht: Viele Rail-To-Rail OpAmps sind nicht so gut wie bisherige normale OpAmps.
Oliver Betz hat mal eine Liste zusammengestellt http://oliverbetz.de/rropv.htm und schlägt den TLV272 statt dem LMV358 oder TS912 vor, und den TLV2372 oder LMC6482 anstelle des teuren AD822, der entgegen dem Datenblatt doch unter phase reversal leidet, wie der OPA176. Meistgekauft wird der TSV324, MCP6001, LMV324, FAN4272, alle nur 5V und bis 8mV Offsetspannung, und BU7411 mit 4kHz GBW aber unter 1uA Versorgungsstrom.
Der LM324 als Spannungsfolger leidet durch seinen geringen phase margin von 60 Grad immer unter Overshoot http://www.ele.uri.edu/~daly/535/margin.html der erst über 75 Grad verschwindet. Dafür akzeptiert er Eingangspannung auch wenn die Versorgungspannung fehlt ohne Ableitströme zu verursachen. Und er leidet wie der LM358 auch unter phase reversal wenn die Eingangsspannung an einem Pin 0.5V unter GND fällt (siehe Datenblatt des LT1013).
Wer nicht ganz R2R braucht, sondern nur einen single supply OpAmp sucht, der zwar nicht bis plus messen kann aber keine Übernahmeverzerrungen hat, und am Eingang und Ausgang bis Masse geht, der nimmt den TLC271/TLC274 (16V). Er ersetzt in CMOS den bipolaren Klassiker LM324, ist aber inkompatibel zum TS271/TS274 von http://www.st.com/, was Reichelt offenbar nicht weiss :-( Die TLC27x haben eine zusätzliche Einschränkung: Wenn die Eingänge nahe 0 sind, geht der Ausgang nur bis etwa 0.6 V runter (low level output voltage vs. common mode input voltage). Braucht man's genauer als die 900uV VOS des TLC279, geht der LT1013 (150uV) oder der LT1077 (micropower 40uV) als single supply OpAmp. Und wenn der Ausgang nicht bloss bis 2.2V sondern bis fast (0.3V) an die Versorgungsspannung kommen muss den TLV271/TLV274 (16V) solange es nicht besonders schnell sein muss. Bis auf 0.1V (pos) dafür aber nur 0.18V (neg) kommt der Ausgang des LMV324/LMV358/LMV321 (5V max) an die Versorgungsspannung, MCP609 oder LT1885, der OPA188 ist sogar auf 25uV genau.
LTC2054MP geht bis 150 GradC, Texas Instruments OPA211HT bis 210 GradC, ebenso Analogs Instrumentenverstärker-OpAmp AD8229, Cissoid CMT-OPA bis 225 und Honeywell HTOP01 und HT1104 funktionieren bis 300 GradC, allerdings ist die Lebensdauer bei so hohen Temperaturen nicht mehr so berauschend und der Eingangsstrom nimmt deutlich zu. Kondensatoren halten auch nicht so hohe Temperaturen aus, Vishay TH5 sind Tantal bis 200 GradC, VJ X8R Keramik bis 150 GradC, 123 SAL-A Elkos kurzlebig bis 200 GradC
Siehe "amplifiers for signal conditioning" in "Sensor Signal Conditioning" section 10 von http://www.analog.com/ "Training and Events"
Operationsverstärker werden normalerweise mit Gegenkopplung betrieben. Der tatsächliche Verstärkungsfaktor wird durch einen externen Spannungsteiler eingestellt, beispielsweise auf (R1+R2)/R1 beim nicht-invertierenden Betrieb:
Eingang -----|+\
| >-+-- Ausgang
+-|-/ |
| |
Masse --R1--+--R2--+
Aber in welchem Rahmen darf man die Verstärkung auf diese Art einstellen?
Die Untergrenze steht im Datenblatt und liegt meist bei 1 (interessant hier:
LT1028 1, LT1128 -1 (= +2)), bei grösserer Verstärkung ist der OpAmp auf Grund
der begrenzten Slew Rate ja langsamer so dass die Stabilität eh besser wird.
Im Datenblatt steht die 'open-loop-gain' als maximale Verstärkung' und die
'unity gain bandwidth', die maximale Frequenz bei der er gerade noch die
Verstärkung 1 schafft.
Liegt die 'open loop gain' bei 100000 und 'unity gain bandwidth' bei "1 Mio",
so schafft er bei 1Hz also eine Verstärkung von 1:100000 (open loop gain),
bei 10Hz 1:100000 (open loop gain und unity gain bandwidth), bei 1kHz 1:1000
(unity gain bandwidth), und bei 20kHz nur noch 1:50 (unity gain bandwidth).
Soll der Ausgang also auf 10V liegen, braucht es dazu eine Spannungsdifferenz
zwischen den OpAmp-Eingängen von 0.2V. Hat man den Verstärkungsfaktor
durch R1 und R2 also auf 10 gestellt, und glaubt, das eine Eingangsspannung
von 1V damit auf 10V verstärkt wird, so irrt man. Da (+) um 0.2V grösser als
(-) sein muss, reichen 1V am (-) Eingang nur für 8V am Ausgang. Ein durchaus
wesentlicher Verstärkungsfehler von 20%, bei der schlappen Frequenz von
20kHz und einem Verstärkungsfaktor von 10. Also: So schön die Zahl "1 Mio"
klingt, so genau sollte man sie im Auge behalten, wenn man einen präzisen
Verstärkungsfaktor haben will und es nicht gerade um Gleichspannung geht.
Deswegen braucht man bei schnellen Signalen oft mehrere Stufen mit eher
geringer Verstärkung hintereinander und ist damit wesentlich schneller und
genauer als mit einer Stufe, und vermindet noch das Risiko von unerwünschten
Oszillationen.
Bei Verstärkern mit sehr hoher Leerlaufverstärkung kriegt man ja tiefe THD (total harmonic distortion, Verzerrungen) in invertierter Schaltung hin, siehe AD745 usw. In nicht-invertierter Schaltung braucht man hohe CMRR, und zwar bei Audiofrequenz und nicht bei DC. Da gäbe es etwa den AD797, mit dem man 120dB THD erreichen könnte. THD+N (noise, Rauschen) ist ein anderes Kapitel, bei audiotypischem Level wird man da kaum über 100dB kommen. Für niedrigst-Rausch-Anwendungen hätte man gern nicht-invertiert mit Verstärkung >=100, dort sind dann auch sehr schnelle Opamps irgendwann mal am Ende und viel mehr als -90dB THD+N sind dann auch nicht mehr drin. Für schnelle Signale tut es der LM7171 oder LM6171 ganz gut.
Von Kai Klaas 18.6.10:
Da beim invertierenden Verstärker die Noise Gain immer größer ist als die eingestellte Signalverstärkung, machen sich hier Offsetspannungen beispielsweise stärker bemerkbar. Bei V=-1 hat man beispielsweise am Ausgang die doppelte Offsetspannung als bei V=1. Auch tragen die Beschaltungswiderstände viel stärker zum Rauschen bei als beim nicht-invertierenden Verstärker. Soll beispielsweise eine Verstärkerstufe eine Eingangsimpedanz von 47kOhm haben und von einer 100R-Quellimpedanz getrieben werden, hat man beim invertierenden Verstärker rund 47kOhm Widerstandsrauschen, beim nicht-invertierenden Verstärker dagegen nur 100R Widerstandsrauschen. Durch die Verstärkungseinstellung kommt zwar noch etwas hinzu, das kann aber erheblich kleiner gehalten werden, als beim invertierenden Verstärker.
Im Datenblatt des MAT02 und MAT03 von http://www.analog.com/ finden sich Schaltungen für rauscharme und driftstabile Verstärker für Signale aus niederohmigen Quellen (Dehnungsmesstreifen, Hallsensor), die besser als die besten derzeit verfügbaren monolithischen OpAmps sind (LT1028, LT1128, OP27), aber so driftstabil muss es für Audio (dyn. Mikrophon, Moving Coil) gar nicht sein. Eine Sammlung Mikophonvorverstärker findet sich (nicht mehr) in http://www.mdw.ac.at/I101/iea/tm/scripts/jecklin/material/micpreamp.pdf
Wenn man Operationsverstärker ohne Gegenkopplung (sondern vielleicht sogar mit Mitkopplung für Schmitt-Trigger) als Komparatoren einsetzen will, dann sollte man 2 Dinge beachten: So ein in Sättigung übersteuerter OpAmp braucht länger bis er aus der Sättigung kommt, ist also langsamer, und MOSFET-OpAmps wie CA3130 haben das Problem, daß der Offset durch Ionenwanderung davonläuft.
> Lautsprecherkabel
> Audio-ICs bzw. Bausätze Mangelware?
Filter LMF100 parametrisierbarer SC Filter:
Von Marc
Nun, das liegt wohl daran, das Audio Effekte kaum noch analog mit Spezial-ICs gemacht werden. Für Billigstanwendungen mit niederer Qualität werden oft einfache Mikrocontroller eingesetzt. Für "richtige" Effekte dagegen DSPs. Du solltest den Einstieg in DSP wagen und dir ein sog. "Starterkit" besorgen. Das gibt es so ab 75-150 EUR neu, oder bei eBay auch schon mal für 20 EUR.
Früher, als die PCs noch nicht leistungsfähig genug waren, haben viele Hobby-Leute DSPs für Audio eingesetzt. Motorolas 56k war da eigentlich am beliebtesten. Du solltest aus der damaligen Zeit eine Menge Beispielcode finden können. Die aktuellen Symphony DSP von Freescale sind noch codekompatibel.
Ein FFT ist in fixed point numerisch stabil, in floating point nicht mehr, ein IIR funktioniert in fixed point nicht wirklich und braucht floating point.
Interessant für kleine Anwendungen sind auch die ADAU1761/1786 von Analog Devices, die Stereo A/D und D/A Wandler bereits beinhalten, Stm32F7 Discovery, mit 16 bit Stereo AD/DA, 8 MB RAM, 16MB Flash und 4.3" Touch wenn 16 bit reichen, auch CS47024 und andere von Cirrus Logic mit bis zu 4 rein 3 raus, und ADAU1701/1702 mit 2 Stereoausgängen, ähnlich den alten Fujitsu Whisper (die aber nicht HiFi-tauglich waren). Ganz reichhaltig sind die DSP von Asahi-Kasei, a la AK7722, leider im Web nicht gut dokumentiert:
In der Gruppe comp.dsp bekommst du kompetente Antworten, wenn du z.B. einen bestimmten Audio-Effekt implementieren möchtest, aber nicht weisst wie man das am besten anpackt.
Hier ein paar Links:
Mit einem DSP kannst du selbst mit einfachsten Standard-Filtern viele interessante Effekte erzielen. Zum Beispiel kannst Du zwei Räume "einmessen" in dem du ein Knallgeräusch aufzeichnest. Der erste Raum könnte das gekachelte Badezimmer sein, der zweite ein Theater. Aus der Messung erstellst du einen inversen Filter. Nun machst du eine Sprachaufnahme im Badezimmer, und filterst die Einflüsse des Raumes weg. Übrig bleibt die pure Sprache. Dann legst du den Theater-Filter an und schon entsteht der Eindruck eines grossen Auftritts vor gespanntem Publikum. Das macht ein DSP im Leerlauf, aber mit "fertigen Spezial-ICs" kriegst du das nie hin.
Nützlich wäre das für Vorverzerrung von Audiosignalen, um Abweichungen der Übertragungskette (Verstärker, Lautsprecherweiche, Chassis) vorzukompensieren, was natürlich im konkreten Fall nur mit Messmikrophon zu ermitteln ist. Die zeitrichtige Tonaufnahme- und Wiedergabetechnik stammt von Peter M. Pfleiderer
Von: Bastelfuzzi 21.11.2013
Den Beweis, dass DSP nicht kompliziert sein muss, liefert ADI mit dem ADAU1701. Das Evalboard bekommt man bei ADI inkl der Software SIGMA STUDIO direkt für 199 USD. Der Käfer liefert 4 analoge Kanäle, kann stand alone auch ohne µC arbeiten, bietet viele GPIOS für die externe Steuerung usw.. Ich finde das Teil spitze. Die Programmierung erfolgt graphisch. Es gibt massenhaft vordefinierte Filter, das Ergebnis kannst du direkt abhören.
> SDR software defined radio
Ein DSP ist schnell und kann mehr, so auch ein Antennensignal demodulieren als SDR, software defined radio, wie es UKW FM Chips SI4730-35 von SiLabs machen oder RTL2832 von realtek für DVB-T, oder hier
> VU-Meter, Peak-Meter, PA Power Meter
Ein VU-Meter (Volume-Unit = Lautstärkeeindruck) misst rms (There's the standard, 0 VU is equal to +4 dBm or 1.228 volts RMS across a 600 Ohm load im professionellen Audiobereich) und hat per Definition eine Zeitkonstante, so daß es 300ms dauert bis die Anzeige auf 99% steht, das hängt mit der Trägheit der ursprünglichen Zeigerinstrumente zusammen. Eine LED-Zeile ist kein VU-Meter, wenn sie schneller reagiert, sondern wahrscheinlich ein PPM (Peak Programme Meter, Spitzenwertanzeige). Die Zeitkonstante ist da nach DIN45406 bzw. IEC60268-10 etwa 400us (bis 15dB an Sollwert), 3ms (bis 4dB), 5ms (bis 2dB), 10ms (bis 1dB), Abfallzeit 1.5s pro 20dB. Ein PA Power Meter verwendet log10 statt log20.
Weil VU-Meter langsamer reagieren als Spitzen in der Musik werden sie in Deutschland mit einem Vorlauf von ca. 6.3dB eingemessen: Die 514 nWb/m des Messbandes sollen eine Anzeige von +6.3dB ergeben (falls diese +6.3dB nicht anzeigbar sind hat das Messinstrument einen Knopf mit dem es um einen entsprechenden Wert gedämpft werden kann, dann ist bei gedrücktem Knopf auf 0dB einzumessen). In den USA haben Messbänder nur 250 nWb/m und sind damit automatisch leiser und immer auf 0dB einzumessen obwohl der Signalpegel nur dem Wert von -6.3dB entspricht. Bei PPM-Anzeigen ist dieser Vorlauf jedoch nicht enthalten, sie sind in D auf 0dB und in USA auf -6.3dB einzupegeln.
VU-Meter 20Hz-20kHz, 300ms Zeitkonstante bis 99%, 0dB bleiben 0dB ob im professionellen Umfeld (0dB=1.228V) oder Heimumfeld (0dB=0.7V), dazu muß Mittelwert um 2.2 statt 1.1 verstärkt werden weil negative Halbwellen fehlen, allerdings funktioniert das korrekterweise nur bei sinusähnlichen Signalen. Die Schaltung nutzt aus, daß der single supply OpAmp nicht unter 0V kommt (allerdings muss man die Eingangsspannung clippen), und daß der LM358 nicht so rasend schnell ist, allerdings bildet sie nur den Mittelwert und nicht den rms Wert, für den man einen teuren AD636 oder ähnlich bemühen müsste.
+5V oder mehr
|
Audio --330nF--+---150k--+------|+\ LM358
| | | >-----+--150k--+-- LM3915
22k +--(------|-/ | |
| | | | | |
+--1k--+--(-------(--1k2--+ |
| | | 330nF
| +--|<|--+ |
| BAT45 | |
GND ---+-----------------+----------------+
> single supply 20kHz Spitzenwertgleichrichterhttp://cds.linear.com/docs/LT%20Journal/Rail-To-Rail_Mar02_Mag.pdf
Möchte man PPM und VU kombinieren, sollte man das Signal auf beide Arten parallel gleichrichten und nicht das eine aus dem anderen berechnen (Spitzenwert = 1.4 * Effektivwert bei angenommenem Sinussignal), denn Lautheitskompression besteht gerade daraus, den PPM Wert kaum grösser als den VU Wert zu machen (die realen Signale sind also kein Sinus mehr).
Der OPA698/AD8037 voltage limiting OpAmp (LT1970 wäre ein strombegrenzter) ist auch sehr interessant als 100MHz Präzisionsgleichrichter und zur Begrenzung des Eingangssignals für A/D-Wandler, allerdings recht niederohmig und nur bis +/-5V.
LT1715
in --+-----|+\ 1N5711 dieser Widerstand verhindert overshoot
| | >--|>|--2k--+--+--+-- out
50R +--|-/ | | |
| | | 1nF 1M Widerstand bestimmt decay Zeit
| +-----------------+ | |
GND -+-----------------------+--+--
Echter Spitzenwert, muß zurückgesetzt werden, geht aber bis 100kHz
besser als 0.1%:
in --------|+\ OPA624
| >--+--|>|-----+----------|+\
+--|-/ | BAS70 | | >--+-- Peak
| +--|<|--+ 220nF +--|-/ |
| | | | |
+----------------+--(--10k--+--------+
|
GND ------------------------+
Single supply Vollwellenpräzisionsgleichrichter ohne Dioden, in darf unter 0V
gehen, out auf GND bezogen.
+---10k--+
| | +5V
+--10k--+--|-\ | | MCP601 (R2R OpAmp)
| | >--+--|+\
in --+--10k--+--|+/ | >--+-- out
| | MCP601 +--|-/ |
10k | | |
| | +--------+
+-|+\ |
| >--+
GND --|-/ LMC7221 (open drain Komparator)
|
GND
1MHz Spitzenwertdetektor
Schneller beidseitiger Spitzenwert (20ns) wenn es nicht so genau sein muss:
+---+-- +12V
| |
1k |
| | 1N4148
+---(---+--|>|--+---+-- +Peak
BC547| | | | |
+--(--|< | 470p 100k
| | |E | | |
in -+ | | 100nF +---+-- GND
| |E | | | |
+-|< | | 470p 100k
BC557| | | | |
| +---+--|<|--+---+-- -Peak
| | 1N4148
| 1k
| |
+---+-- -12V
Schalldruckpegel werden nach dem psychoaktustischen Lautspärkeeindruck
bewertet, ein Filter ist nötig: http://sound.whsites.net/project17.htm
Logarithmiert man, kann der Anzeigebereich sehr gross werden: http://www.dc4ku.darc.de/S_Meter.pdf.
Will man ein Spektrum darstellen, kann das ein uC berechnen, man verwendet keine FFT, sondern Oktavfilter: Angenommen 40ksps, dann rechnet man ein Terzfilter von fs/4 bis fs/2, also von 10-20kHz. Dann schmeisst man jedes zweite Sample weg und wartet doppelt so lange damit wieder dieselbe Anzahl von Samples vorliegt, und rechnet dieselbe Funktion erneut, bekommt nun eine Oktave tiefer.
Der handelsübliche Schaltplan einfacher 3 Kanal Lichtorgeln befindet sich in http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/100000-124999/116246-as-01-de-3_Kanal_Lichtorgel.pdf der NF-Trafo am Eingang dient der galvanischen Trennung.
Eine automatische Lautstärkeregelung wünscht man sich spätestens, seit dem die Werbung im Fernsehen einem wegen Lärmmaximierung die Ohren abfallen lässt. Die simpelste Methode verwendet einen Spannungsteiler aus einem Widerstand und einem LDR der von einer Glühlampe bestrahlt wird, die am Lautsprecher hängt, weil die Glühlampe eine perfekte RMS-Umsetzung macht und der LDR die passende Trägheit für die Regelung mitbringt. Tontechniker haben 'ihre' Glühlampe gehütet wie ihren Augapfel. Lässt sich auch mit einem OTA wie LM13700 aufbauen.
+------- Ausgang
|
--R--+-------|+\
| | >--+
LDR +-|-/ |
| | |
GND --+-(X)-+-------+
Glühlampe
Um viel besser zu werden, muß man das Signal vorher kennen und entweder eine Sekunde Vorlaufzeit haben oder gleich die ganze Aufnahme durchrechnen können, dann kann man den Pegel vor Spitzen langsam absenken.
Moderne Mikrophonverstärker wandeln das Mikrophonsignal von der Hörschwelle mit -94dBu bis ca. 22dBu direkt mit 24 bit und bestimmen die Verstärkung und damit Lautstärke erst danach digital, so daß gar keine Bauteile mehr im Signalweg liegen, die das Signal verzerren könnten.
Auch ausserhalb der Akustik werden oft Angaben in dB (Dezibel, 10tel Bel) gemacht, obwohl es keine SI Einheiten sind. Mit Dezibel gibt man immer das Verhältnis von 2 LEISTUNGEN P1 und P2 an dB = 10 log (P1/P2), damit man bei Hintereinanderschaltung von Verstärkern oder Abschwächern einfach die Angaben addieren kann und nicht multiplizieren muss. Also alles eine Erfindung der Vor-Taschenrechner-Ära.
3 dB mehr sind also eine Verdopplung der Leistung, 10dB schon Verzehnfachung der Leistung und 20dB ist eine Verhundertfachung der Leistung. Da man an derselben Last mit doppelter Spannung die vierfache Leistung bekommt, sind die Spannungsverhältnisse leicht ableitbar db = 20 log (U1/U2). 3 dB mehr Leistung entsprechen also der 1.4-fache Spannung, 10dB der ungefähr 3-fachen und 20dB der 10-fachen Spannung.
Bleibt die Frage: Im Verhältnis zu was? Fachidioten sagen "ist doch klar", Klügere schreiben es wenigstens dazu, z.B. dBuV, also Dezibel in Bezug auf 1uV, und merken nicht, das das immer noch nicht ausreicht, weil man zum Vergleich mit einem dBm (Bezug 1mW) wissen muss, an welchem Lastwiderstand Z gemessen wird. In diesem Fall an 60 Ohm, weil es bei uV wohl um Antennensignale geht. (Dieser Satz stammt aus der Zeit als Koaxkabel noch 60 Ohm hatten, heute haben sie 75 Ohm, man sieht also, wie blind die Annahme ist, daß 'man schon weiß' welche Impedanz gemeint ist).
Von: Hartwig Retzlaff 9.9.2008
Ähnlich ist es mit dem Rauschabstand, denn es kommt darauf an, worauf der Rauschabstand bezogen ist. Normalerweise würde man das Nenn-Ausgangsignal ins Verhältnis setzen mit dem Rauschen, das am gleichen Ausgang ohne Eingangssignal bei entsprechend abgeschlossenem Eingang gemessen wird. Also angenommen, die Bezugs-Ausgangsspannung deines Verstärkers sei 1V an 600Ohm, bei einem Eingangssignal mit einem Quellwiderstand von 47kOhm, dann ist ein Signal mit diesem Quellwiderstand einzuspeisen und die Verstärkung (wenn einstellbar) so einzustellen, daß am Ausgang an 600Ohm 1V anliegen. Dann das Eingangssignal abklemmen und den Eingang mit 47kOhm abschließen. Verstärkung nicht verstellen und jetzt das Ausgangssignal messen. Das wird dann ins Verhältnis gesetzt. Bei einem MP3-Player wird es recht schwierig, das Rauschen der Elektronik von dem durch die Aufnahme/Kompression verursachten Rauschen zu unterscheiden. Grundsätzlich müßte man die Nenn-Ausgangsamplitude des Players kennen und dann den Ausgang ohne Signal messen. Oder halt eine leere MP3-Aufnahme erzeugen und dann das Signal messen - das wäre dann aber streng genommen das Bandrauschen wie aus der Zeit der Bandgeräte, nicht unbedingt das des Players. So gesehen stellt sich dann die Frage nach der Sinnhaftigkeit der Angabe, wenn nicht genau beschrieben wird, wie das gemessen wurde.
Bei Audio gibt es noch ein anderen Problem. Man will optimale Qualität. Da Stromrauschen und Spannungsrauschen nicht zu trennen sind, und bei auf 0 reduziertem Stromrauschen eben der andere Term maximal wird und umgekehrt, erreicht man minimalstes Rauschen bei Leistungsanpassung. Eine starke Belastung des Ausgangs erhöht aber normalerweise ihren Klirrfaktor. Die der Berechnung zu Grunde gelegten 600 Ohm des Ausgangs will man durch den Eingang nicht belasten, also hat der über 10k.
Bei Cinch-Buchsen ist 1dBu = 1mW an 600 Ohm und somit 0.775Vrms oder 1.1Vp oder 2.2Vpp der line pegel, im amerikanischen Studiobereich (XLR) wird in dBVU gemessen und 1dBVU = +4dBu, also 1.228Vrms, in Deutschland (ARD) bis +6dBu entsprechend 1.55Vrms, und bei 3.5mm Klinke mit -10dBV entsprechend 0.3162Vrms. 3,5mm Klinke zu Chinch müsste als eigentlich immer verstärkt werden. Wandlet man Digitalsignale von/auf XLR, muss die maximal verarbeitbare Differenzspannung +/-4.9V sein (9.8Vpp) entsprechend +9dB über dem Referenzpegel, der seinerseits bei +4dBu über dem 0dBu Wert liegt. Bei Chinch reichen 4dB weniger, also +/-2.18V, bei 3.5mm Klinke +/- 0.69V. Höhere Spannungen müssen nicht gewandelt werden bzw. dürfen nicht erzeugt werden. Verarbeitet man analog, sollte der Headroom über dem Referenzpegal bis Verzerrungen durch Übersteuerung auftreten bei XLR +9dB betragen +/-4.9V, und da OpAmps nur im mittleren Drittel der Versorgungsspannung halbwegs linear sind, braucht man schon +12V/-12V Versorgungsspannung. Bei Chinch reichen +6dB über dem Referenzpegel also +/-2.18V, aber selbst mit +9dBU reichen +/-5V als OpAmp-Versorgung. Die 3 oder 5 polige DIN Buchse stammt noch aus dem Röhrenzeitalter und von Kristalltonabnehmern und ist sehr hochohmig. Der Eingang hatte 1Vrms/1MOhm als Referenzwert. Seine Verwendung im niederohmigen Halbleiterumfeld ist eigentlich falsch.
> von Cinch zu XLR
Die für viele Bastler erste Schaltung ist der 2-Transistor-Rechteckgenerator. Ab 6V Versorgungsspannung Ub benötigt er Dioden in der Basiszuleitung, sonst wird Ubemaxreverse der Transistoren überschritten, denn die Spannung der beiden sich in X kreuzenden Leitungen liegt zumeist unter 0 Volt im Negativen. In der Simulation geht der nur, wenn man absichtlich Unsymmetrieen einbaut und ihm viel Zeit zum Anschwingen lässt:
+---+---+---+-- +Ub +------+---+------+-- +Ub | | | | | | | | R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 | | | | | | | | +-C-+ +-C-+-- out +---C--+ +--C---+-- out |+ \ / +| | + \ / + | | X | | X | | / \ | | / \ | >|--+ +--|< >|-|<|-+ +-|>|-|< (NPN) E| |E E| |E +-----------+-- GND +-----------------+-- GNDMan glaubt es nicht, wie viele Oszillatorschaltungen es mit 2 Transistoren gibt: http://www.4qdtec.com/mvibs.html
Wenn für R1 (und R4) Glühlampen (oder LEDs mit Vorwiderstand) genommen werden, und die Cs gross genug sind (Elkos) bekommt man einen (Wechsel-)blinker. Mit kleinen Kondensatoren und Lautsprecher anstelle R4 (oder Verstärker an out) wird´s ein Tongenerator. Ein Blitzlicht entsteht durch:
+---------------------+--- 6V
| |
| Lampe (6V/0.5W)
E| PNP |
>|--|>|--+--2k2--10u--+
| | |
+--------(-----22R---|< NPN
| |E
+--120k------+--- Masse
Blinker für Moped (für Auto fehlt eine Defektlampenerkennung)
http://www.mikrocontroller.net/attachment/297963/blinker.png
der in Reihe zum Blinker eingeschleift werden kann.
Sinus fester Frequenz aus NE555 mit aktivem Filter aus nur 1 Transistor:
Es oszilliert sogar mit 1 Transistor, zumindest wird die LED heller und dunkler. (siehe http://www.dieelektronikerseite.de/ Weichblinker, je höher Betriebsspannung, je weicher blinkt er)
LED
+----+-|>|-+ LED
| | | +--------------------+--|>|--+
| 470k 470R | | |
| | | + - | 470k 470R
| | +--22uF--+ | | |
+ | | | | + | +--22u----------(-------+
9-12V +----|< BC547 | = 9-12V | | |
- | | + |E | - | +--22u--+--10u--+------|< BC547
| 10uF | | | | | |E
| | - | + - | | 2k2 2k2 |
| +-----(--22uF--+ | | | |
| | | | +----+-------+---------------+
| 2k2 | 2k2
| | | |
+----+-----+--------+
Vielleicht auch einen LC-Oszillator für Sinusschwingungen von kHz bis GHz mit
f=sqrt(1/(L*C)). Der Emitterwiderstand R sollte ca. Rres*(Vcc-0.7)/1.4 sein.
Rres ist der Resonanzwiderstand des Kreises. Oder statt R eine
Konstantstromsenke geregelt aus dem Mittelwert des Ausgangssignals, das ergibt
ein klirrarmes Signal regelbar (per Kapazitätsdiode) über einen grossen
Frequenzbereich.
+--+--+--+-- +Ube
| | | |
| L C |
| | | |
| +--+-|< NPN
| | |E
+-|< NPN |
|E |
+-----+--
|
R (einstellbar zum Ausprobieren)
|
Masse
Quarzstabilisiert gibt es Pierce, Colpitts und Clapp sowie Butler, die sich
eigentlich nur durch unterschiedliche Masseanordnung unterscheiden:
Pierce: digital Pierce:
+--------------+ +--------------------+
| out | | out |
+-B|\ | | | |\ | |
| >C--+--Q--+ +--| )o--+--R--+--Q--+
+-E|/ | | | |/ | | |
| C C | | C C
| | | +---R----+ | |
GND GND GND keep analog GND GND
Colpitts:
+--------------+
| out |
+-B|\ | |
| >C--+--C--+
+-E|/ | |
| C Q
| | |
GND GND GND
Clapp:
+--------------+
| out |
+-E|\ | |
| >C--+--C--+
+-B|/ | |
| Q C
| | |
GND GND GND
Butler:
+-----------------+
| |
+-C|\ |
| >E--Q--+--C--+-- out
+-B|/ | |
| C L
| | |
GND GND GND
modified Butler:
+--------------+
| out |
+-B|\ | |
| >C--+--L--+
+-E|/ | |
Q C C
| | |
GND GND GND
Viele (digitale) Schaltungen benötigen ein Taktsignal. Klassischerweise kann
man den NE555 oder dessen CMOS-Version LMC555/TLC555 nehmen, aber der braucht
recht viele zusätzliche Bauteile. (Beim NE555 braucht man ausserdem einen
extrem niedrigen Pegel um RESET auszulösen, 0.5V können schon zu viel sein).
Ein Schmitt-Oszillator mit dem 74HC14 bzw. TC4S584 Schmitt-Trigger ist
einfacher wenn die Frequenz nicht so genau sein muss, denn die Schaltschwellen
der integrierten Schmitt-Trigger haben meist grosse Fertigungstoleranzen und
die Oszillatoren sind temperaturempfindlich, was der Giess-O-Mat Feuchtesensor
nicht weiss.
TC4S584 CD40106 +-|>o-+-- +-|>o-+----------+-- out | | | | | +--R--+ R2 R | | | | | C +-----+--C--o<|--+ | GNDDie zweite Schaltung kommt mit einem kleinerem Kondensator aus, weil er um 1 1/3 VCC umgeladen wird, und nicht nur um die Hysterese (Abstand zwischen Einschaltspannungsschwelle und Ausschaltspannungsschwelle des Schmitt-Triggers), aber dafür muss R2 verhindern, das der Strom über die Schutzdioden abfliesst, R2 darf bis in den Megaohmbereich gehen.
Für langsame Takte müsste man grosse Kondensatoren verwenden (Elkos sind wegen Leckstrom und Ungenauigkeit hier schlecht). Dann greift man zum CD4060 oder CD4045 und betreibt ihn mit RC oder (32.768kHz) Quartz (siehe Datenblatt) oder CD4521 an 4.194304 MHz Quartz der auch 0.0625 0.125, 0.25, 0.5 und 2 Sekunden liefert oder 1/256tel davon, CD4541 an 3.2768MHz liefert 50Hz. Sekundentakt und Minutentakt produzieren auch PCF8573 und ICM7213, Sekundentakt viele der alten Uhren-ICs von Eurosil wie 1150a, 1114a, 1115a (ICM1115), 1156 (U117X), TC8066PB (U114D) U118D, SAJ220S U124D T3648A ICM7038. DS2417 ist eine winzige RTC mit bloss 200nA Stromaufnahme von http://www.maxim-ic.com/ .
von: Harald Wilhelms 21.12.10
In Uhren aller Art wird häufig ein genauer Taktgeber gebraucht. Den entnimmt man am besten einer Analog-Quarzuhr, die man teilweise für < 1EUR kaufen kann. Als erstes sollte man die Uhr einige Tage laufen lassen, um die Genauigkeit zu testen. Dann entfernt man alle Mechanik-Teile. Die Stromversorgung erfolgt über einen Vorwiderstand und einer parallel geschalteten roten LED. Dann werden die beiden Anschlüsse der Antriebsspule über je einen Vorwiderstand von ca. 1kOhm an den Basen von zwei Kleinleistungstransistoren z.B. BC548 angeschlossen. Die Emitter werden beide an Masse angeschlossen. Die Kollektoren werden parallel geschaltet und über einen passenden Arbeitswiderstand mit der Plus-Versorgung der zu taktenden Schaltung verbunden. Man bekommt so den gewünschten 1s-Takt. Für einen 2s-Takt nimmt man nur einen Transistor.
Ohne zusätzliche Bauteile, dazu noch programmierbar und ohne Quartz auf 1% genau sind DS1075 & Co von http://www.maxim-ic.com/, DS1065 gar nur 3-polig, aber wer verkauft die schon?
Mehrere Kanäle von 2.5kHz bis 200MHz bietet der Si5351 http://www.ov-selbstbau.de/doku.php?id=de:projects:pro_bgm_7:pro_bgm_7 und DS1085 8.1kHz bis 133Mhz hat 2 Ausgänge.
Für Betriebsspannungen unter 1V Ladungspumpe ab 0.3V S882Z http://www.sii-ic.com/en/product1.jsp?subcatID=3&productID=1788 ALD110900 0.16V bistabiler Multivibrator http://discovercircuits.com/H-Corner/verylowosc.htm ALD110802 0.16V 33nW RC Oszillator http://www.aldinc.com/pdf/fet_11118.0.pdf 5.5mV LC-Oszillator http://www.dicks-website.eu/fetosc/enindex.htm
Für Sinussignale siehe http://www.ti.com/lit/an/snoa665c/snoa665c.pdf und LB-16 von http://www.national.com/ , oder das Datenblatt des CA3140 von Intersil (mit CA3080A und CA3086). Siehe auch XR2206, XR8038 und MAX038 als Funktionsgeneratoren http://www.alternatezone.com/electronics/hsfg.htm oder http://www.cappels.org/dproj/functsweep/functionswp.html oder HSP5412/5416, ISL5314 und AD9850/9852 u.a. als DDS Generatoren oder AD9833 erzeugt bis 10MHz DDS Sinus, Dreieck, Sägezahn, Rechteck, ADF4350 Sinus/Cosinus von 134MHz bis 4.4GHz per PLL.
Und die blinkende Glimmlampe ist so leicht nicht zu schlagen, in der BlinkLED sind viel mehr Bauteile hineinintegriert.
+Ub (ca. 130V) | R (hochohmig genug, so 1M) | +---+ | | C Glimmlampe | | GND GND
> Quartzoszillatoren
...sind Schwingquartze zusammen mit der Oszillatorelektronik in einem Gehäuse (ca. 1 x 2cm wie DIP14 mit Pin1:n.c. Pin7:GND Pin8:Ausgang Pin14:VCC).
Wie misst man Temperaturen?
Bei ratiometrischer Messung kommt man ohne Referenzspannungsquelle aus und spart sich somit Probleme mit deren eventueller Temperaturabhängigkeit oder sinkender Batteriespannung. Grundschaltung ist die Wheatstone-Brücke bei der die Differenz auf 0 abgeglichen wird, oder ein batteriespannungsbezogenes Sigma-Delta A/D Umsetzungsverfahren wie im ICL7107. Für die ratiometrische Messung eignen sich eigentlich nur temperaturabhängige NTC und PTC (auch Silizium KTY) Widerstände, netterweise sind die auch noch sehr billig.
VCC--AVCC--+-- ARef
|
5k6(1%)
|
+-- Ain
|
KTY81-210 Rkty = 5600/(Aref-Ain) * Ain
| T = 13.34*sqrt(0.15*Rkty-51.84)-185
GND--AGND--+
Da der Eingangswiderstand des Analogeingangs Ain das Messergebnis verfälscht,
will beispielsweise ein ATmega8 keinen hochohmigeren Spannungsteiler als 10k
sehen, sonst wird das Messergebnis um mehr als 1 bit verfälscht.
Platin Pt100 (100 Ohm bei 0GradC, Messstrom um 1mA, Spannung um 0.1V, sonst Eigenerwärmung zu gross) und Pt1000 (100uA für 0.1V) RTD Sensoren sind genauer und temperaturfester, aber auch teurer und leider nicht ganz linear. Um das Signal eines solchen Temperatursensors auf den Bereich zu verstärken, den ein A/D-Wandlereingang eines Microcontrollers sehen will, kann man folgende Schaltung verwenden.
+------- VCC
|
+-----+---(------- AREF
R1 R2 |
+-----)--|+\
| | | >--+-- zum A/D-Wandlereingang
| +--|-/ |
Therm. | | |
| +---(-R4-+
| R3 |
+-----+---+------- Masse
Da die Messung ratiometrisch ist, ist die Ausgangsspannung abhängig von der
Betriebsspannung. Verwendet man dieselbe Spannungsquelle, die auch der
A/D-Wandler als Referenzspannung verwendet (AREF), ist das Messergebnis
unabhängig von der genauen Spannung. Als Versorgungsspannung für den OpAmp
kann man eine andere Spannungsquelle verwenden. Das ist sinnvoll, wenn der
OpAmp mit dem Ausgang nicht bis zur vollen Betriebsspannung kommt (nicht
rail-to-rail wie es ein TS912/LMC6484 wäre), sondern ein paar Volt drunter
bleibt (wie z.B. der preiswerte LM324 oder der präzise LT1014) aber immerhin
bis knapp an 0V kommt (also single supply fähig ist). Noch näher an 0V kommt
man mit einer externen Stromsenke wie in
oder einfacher einem externen Widerstand nach Masse. Muss man exakt 0V erreichen, bleibt nur die Versorgung des OpAmps (oder externen Widerstands oder Stromsenke) mit einer negativen Betriebsspannung.
Da sich bei NTCs der Widerstandswert um 5% pro K ändert, ist es besonders einfach, genaue Messungen damit aufzubauen, man denke an Fieberthermometer, und gibt auch sehr genaue NTC, bis hin auf 1 Millikelvin:
Fertig gibt es das als AD22100 (0.25V = -50 GradC bis 4.75V = 150 GradC) und LM35 sogar bei Reichelt, leider mit fest eingestelltem Temperaturbereich. Um mit dem LM35 Temperaturen von -50 GradC bis +150 GradC an einem ADC mit 2.56V Referenzspannung messen zu können, tut es folgende Schaltung:
+----+-------- +5V (keine Referenz, darf etwas schwanken, 3.3V reichen aber nicht)
| |
4k7 LM35---+-- A/D 0 (messen gegen interne 2.56V Referenz)
| | | Differenz bilden, Auflösung 0.25 GradC
+----+-----(-- A/D 1
| |
| 10k
| |
+-|>|-+-- GND
1N4148
Verwendet man als Thermistor einen Silizium Temperatursensor wie KTY der eine
mit der Temperatur steigende Krümmung in der Kennline hat, linearisiert man
ihn im dem R1 nach dem Widerstand des KTY bei kleinster (Ra) und grösster
(Rc) Temperatur eingestellt wird: R1 = ((Rb*(Ra+Rc)-2Ra*Rc)/(Ra+Rc-2Rb) mit
Rb = dem Widerstand des Thermistors bei mittlerer Temperatur (Ta+Tc)/2.
Statt des Thermistor kann man auch einen LM335 oder MCP9700 nehmen, er
liefert ein lineares Signal. Dann ist die Schaltung aber nicht mehr
ratiometrisch, sondern erfordert eine stabile Referenzspannung.
LM35 an 24V, verstärkt auf 0V (für -35 GradC) bis 10V (für 65 GradC): +---+---------------+---- +24V | | | 10k LM35--+ +---(--390k--+ | | | | | | +---+---(--43k--+--|-\ | | | | | >------+-- | 10k +----------|+/ LM358 | | | 3.5V | TL431-+ 68k | | | | | | 25k | | | | | | +---+---+-----------+---- GNDWill man den Sensor weit absetzen und austauschbar machen, kann man einen LM334 der mit einem direkt angelöteten Widerstand kalibriert wird, an einen verdrillten Kabel verwenden, der Spannungsabfall in der Leitung ist egal und der Strom wird nur am Empfänger mit einem Widerstand in eine Spannung gewandelt. Achte auf Leckströme des Kabels. Es bietet sich ggf. an, R1 und den Therm. zu vertauschen, um bei steigender Temperatur ein positives Signal zu bekommen.
Oder man nimmt einfach die Vorwärts-Flussspannung einer Diode, die ist temperaturabhängig genug, siehe AppNote AN781.pdf "Solving Sensor Offset Problems with the TC7106" von http://www.microchip.com/ .
Wenn man ein Messgerät hat, welches einen Absolutwert anzeigt, so wie ein Digitalmultimeter, gibt es Halbleitersensoren wie LM34, LM35, LM45, LM50, LM334, LM335, AD590 (100nF von Gehäuse zu beiden Anschlüssen legen, sonst Probleme mit Hf), AD592 an einer extra Batterie (9V Block).
+9V +9V | | LM334--+ 10k | 230R | +----+ +-----+-----+ | +--o | | +--o 10k Messgerät 10mV/K LM335--10kAdj Messgerät 10mV/K (2.18-4.23V) | +--o | | +--o GND GND GND GND GNDAllerdings ist der LM334 nicht geeignet, wenn sich bei niedrigem Strom die Spannung über ihm schnell ändert, er muss also aus eine stabilen und rauschfreien Quelle versorgt werden. Die Slew-Rate bei 10uA liegt unter 0.01V/us, es kann also bei steigender Spannung sein, das der LM334 millisekundenlang gar keinen Strom fliessen lässt. Der LT3092 ist da besser.
Thermoelemente ERZEUGEN gar eine Spannung, allerdings benötigen sie einen ZWEITEN Temperatursensor zur Kompensation, weil man mit einem Thermoelement eigentlich nur die Temperaturdifferenz zwischen Sensor und Messgerät misst. Billige Multimeter mit Thermoelementanschluss gehen daher davon aus, das das Messgerät immer 20 GradC hat :-)
Siehe "temperature sensors" in section 7 und "resistor and thermocouple errors in high accuracy systems" in section 10 der "practical design techniques for sensor signal conditioning" von http://www.analog.com/ "Training and Events"
Obwohl die meisten Microcontroller inzwischen eingebaute A/D-Wandler sogar mit 10 bit haben, suchen viele Leute noch immer nach direkt digitalen Sensoren wie DS1620/DS1820 (Maxim, bleiben nach hundert Auslesungen schon mal einfach stehen, nur VCC aus/an hilft) LM75/76 (NS, braucht Serienwiderstände zur Verhinderung von LatchUp, LM75A von Philips liefert 0.125 GradC Auflösung), MCP9808 von Microchip mit 0.5 GradC Genaugkeit zwischen -20 und +100 GradC, AD7816 (Analog) obwohl die teuer und ungenau sind und relativ schnell wieder durch inkompatible 'Nachfolgemodelle' ersetzt werden. Der TSIC301/303/306 von IST/ZMD misst von -50.. +150 teilweise +/-0.3K genau und 0.125 GradC auflösend ist aber bei Reichelt und Conrad 5 EUR teuer, TSIC716 in 0.07K genau in einem Bereich von 30 GradC, TSIC501/503/506 ist 0.1K genau in einem Bereich von 40 GradC und TSIC201/203/206 ist 0.5K genau über 80 GradC. Der ADT7320/ADT7420 auf 0.25 GradC genau und auf 0.0017K auflösend.
Der LM56 von http://www.national.com/ ergibt einen selbständigen Thermostaten, der ADT05 sowie teure TMP01 von http://www.analog.com/ auch, aber man kann so was auch einfach mit einem als Schmitt-Trigger verwendeten OpAmp basteln.
+-----+---+----------+-- + | | | | | R2 | | R1 | | | | +--|+\ Last (bei Motor oder Spule mit Freilaufdiode) | | | >--+ | +-----(--|-/ | | | | | | | | +---)-R4-+-R5-|< NPN oder NMOSFET Therm | | |E | R3 | | | | | | +-----+---+----------+-- MasseWiderstandswert R1, R2, R3 ungefähr gleich dem von Therm. (Thermistor, NTC seltener PTC dann lieber R1 und NTC vertauschen) bei Nenntemperatur. R4 bestimmt die Hysterese (gross im Verhältnis zu R2|R3), z.B. 100 * R2|R3. Gewisse Widerstände (R1, eventuell R4) können mit einstellbaren Potis ersetzt werden. R1 und Therm. vertauschen wenn Ausgang genau im umgekehrten Moment schalten soll (Heizung/Kühlung), ein LDR an Stelle des Therm. verwandelt die Schaltung in einen Helligkeitsschalter/Dunkelsensor. Geht auch direkt an 230V per TRIAC für ohm'sche Lasten durch Wellenpaket-Impulssteuerung zu Beginn der Halbwelle sehr energieeffizient und daher mit kleinem Kondensatornetzteil auskommend, wenn der Themistor nicht zu niederohmig wird (immer über 10k):
+----+----+---+-----------+---+---+-----------+-----------+-----+----+
| | | | | | | |+ | | |
| | 120k | 1k 120k 120k ZD12 | 100nX2 |
| Poti | | | | | | | | |
| | +--|+\ LED | +---(-----1M-+--(--470nF-- | 100R1W |
|+ | | | >---+-|<|-+ | | | | \ | | o
22u +----(--|-/ | | +--|+\ | | TRIAC | 230V~
| | | | | | | | >--+ | | | o
| | +---)-10M-+-|<|-+---+---(--|-/ | +-----+ |
| Therm | | 1N4148 | | | TS912 | | |
| | 120k | | 120k 122k7 +---10M---+ Last |
| | | | | | | | | | |
+----+----+---+-----------(---+---+------|>|--+--27nX2--+--10k--+----+
| 1N4148 |
+----------------------4M7------------+
Mit so einer Wellenpaketsteuerung wie sie bei trägen Heizelementen (z.B.
Herdplatte) eingesetzt wird, kann man bei 1kW Last max. alle 4sec einmal
schalten, um die Flicker Norm DIN EN 61000-3-2 zu erfüllen. Bei schnellerem
Schalten werden die Flicker-Grenzen überschritten.
Möchte man bei einer bestimmten Temperatur einschalten und bei einer anderen ausschalten, eignet sich ein NE555 mit resistiven Temperatursensoren (NTC, PTC, KTY), denn der NE555 enthält nicht nur Komparatoren und ein FlipFlop, sondern schaltet auch Lasten bis 200mA an 16V, so daß man oft mit weniger Bauteilen auskommt als bei einem als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärker, dessen Ausgangsstrom meistens mit einem Transistor verstärkt werden muß. Neben dem NE555 und dem Sensor braucht man einen Widerstand, um die eine Temperaturgrenze zu bestimmen und einen zweiten Widerstand, um die andere Temperaturgrenze festzulegen und einen Versorgungsspannungsentkopplungskondensator. Pin 5 wird NICHT beschaltet.
+------+-+-----+---+-- +4.5 .. 16V
| | | | |
R1 | | Last |
| +--4-8--+ | |
Poti1--6 | | |
| | 3--+ |
R2 | NE555 | 100nF
| | | |
Poti2--2 | |
| +---1---+ |
R3 | |
| | |
+-------+----------+-- Masse
Die Last wird eingeschaltet, wenn an Pin 6 eine Spannung von ca. 2/3 der
Versorgungsspannung erreicht wird, und ausgeschaltet, wenn an Pin 2 die
Spannung 1/3 der Versorgungsspannung unterschreitet. Bei einem NTC (dessen
Widerstandswert mit steigender Temperatur sinkt) und Einschalten bei hoher
Temperatur (z.B. eines Lüftermotors), wird R1 der NTC und der Widerstand von
R2+R3 muss 2*dem Widerstandwert des NTC bei dieser Temperatur betragen, der
Widerstandswert des NTC bei niedriger Temperatur + R2 muss 2*R3 betragen. Mit
PTC oder KTY Temperatursensoren, die ihren Widerstandswert erhöhen, oder wenn
bei niedriger Temperatur eingeschaltet werden soll, wird R3 der Sensor.
Leider liegt die Genauigkeit des NE555 nur bei 10%, das ergibt bei den bekannten KTY Temperatursensoren einen Fehler von über 10 GradC, der SE555 wäre mit 4% deutlich präziser. Wenn man es genauer haben will, muss man (Trimm-)potis Poti1 und Poti2 zum Einstellen vorsehen. Strom liefernde Temperatursensoren wie LM334 oder AD590 sind auch verwendbar, Spannung liefernde wie LM335 sind hingegen nur verwendbar wenn die Versorgungsspannung Referenzspannungsqualität hat.
Siehe auch PWM Lüfterreglung F.25. Motoren & Dimmer
Berührungslos kann man Temperaturen mit PIR Infrarotsensoren wie RE200 von http://www.glolab.com/ messen, beschrieben in irsystem.pdf. Da die Dinger nur auf TemperaturÄNDERUNG reagieren, klappt beim 'ImOhrFieberThermometer' mechanisch eine Oberfläche bekannter Temperatur aus der Sensorsichtlinie. Bessere enthalten eine Thermopile, mit der man direkt absolute Temperaturen messen kann. Das sind übereinandergestapelte Thermoelemente (z.B. TPS334 von Perkin-Elmer, bei Reichelt) oder winzigst TMP006 von TI.
Die meisten Hobbybastler haben Angst vor Spulen, obwohl das die einzigen Bauteile sind, die man mit gutem Ergebnis (oft sogar besserem als kommerziell hergestellte) selbst bauen kann. Dann sollte man das auch tun :-) schliesslich ist das kommerzielle Angebot so dünn, weil auch viele Elektronikproduzenten sie sich aus Draht selber herstellen. Drosseln (choke) nennt man solche Spulen, bei denen der Gleichstromanteil grösser als der Wechselstromanteil ist. Drosseln sind deswegen auf geringen Drahtwiderstand hin optimiert, während Spulen (coils) lieber weniger Ummagnetisierungsverluste bringen.
Die bei Detektorempfängern verwandten komplizierten Waben-Luft-Spulen (honeycomb) mit extrem niedriger Wicklungskapazität und hoher Güte (bis 100) aus seidenumsponnener Hf-Litze sind heute dank aktiver Bauelemente (Verstärkung) nicht mehr nötig, es tut meist ein um einen Kern gewickelter Kupferlackdraht was eine Güte von 10 ergibt. Induktivität und Güte ändern sich letztlich mit der Frequenz und dem Strom. Ein LRC-Messgerät ist nützlich, damit man sein Ergebnis bewerten kann, denn Datenblätter und Formeln geben nur Abschätzungen an. Aber bei Störfiltern und Schaltreglern kommt es eh nicht so genau drauf an, und bei Schwingkreisen wird man sowieso an einer Stelle eine Trimmbarkeit haben.
Kondensatoren kennt jeder: Wenn man in einen 1 Farad Kondensator 1 Sekunde lang einen Strom von 1 Ampere hineinschickt, wurde er um 1 Volt aufgeladen. Die Ladung wird im elektrischen Feld im Dielektrikum gespeichert. Die Spule funktioniert vollkommen identisch, lediglich Strom und Spannung sind vertauscht. Wenn man an eine 1 Henry Spule 1 Sekunde lang 1 Volt anlegt, steigt der Strom durch die Spule um 1 Ampere. Die Energie wird im magnetischen Feld gespeichert. Ein geladener Kondensator, den man kurzschliesst, erzeugt einen heftigen Strom. Eine geladene Spule, die man von der Stromquelle abklemmt (ja, wenn schon das Gegenteil, dann richtig gegenteilig), erzeugt eine hohe Spannung (Zündfunke durch Gegeninduktion).
Während man an einem Kondensator ruck-zuck den fliessenden Strom ändern kann (z.B. von wenig hinein auf viel heraus), sich aber die Spannung an den Anschlüssen nur widerwillig ändert, weswegen man Kondensatoren zur Glättung der Spannung verwendet, kann man an einer Spule die Spannung an den Anschlüssen beliebig ändern, der Strom jedoch wehrt sich und ändert sich nur langsam, so daß eine Spule zur Glättung des Stromflusses verwendet werden kann.
Man mag fragen, welchen Unterschied das macht, fliesst doch bei einer bestimmten Spannung auch meist ein bestimmer Strom (U=R*I), so dass es egal ist, was man nun von beiden glättet, das andere wird dann gleichziehen. Aber das gilt nur bei einer rein ohmschen (also primitiven) Schaltungsbetrachtung. Sobald es interessanter wird, macht es sehr wohl einen Unterschied. Bei der rein ohm'schen Betrachtung eines Stromkreises gilt die Kirchhoff'sche Maschenregel, die Spannung entlang eines Leitungskreises ist 0. Die Wirkung des magnetischen Feldes kommt aber gerade dadurch in den Stromkreis, dass die Summe aller Spannungen einmal im Kreis herum eben nicht gleich 0 ist, sondern -dPhi/dt.
Wer sich dann nur auf ein Bauteil (den Kondensator) verlässt, konstruiert murksige Schaltungen. Ein Beispiel wäre die Verringerung einer Gleichspannung von sagen wir 12V auf 5V bei einem Strombedarf von 1A. Man kann das (ungeregelt) mit einem Widerstand von 7 Ohm machen, oder durch den geregelten Widerstand eines Transistors aus einem linearen Spannungsregler, verbrät damit aber 7 Watt. Man kann auch mit einem (Transistor als) Schalter die 12V nur 17.36% der Zeit einschalten, was an den Verbraucher dieselben 5 Watt bringt, aber die meisten Verbraucher halten diese gepulste Überspannung (PWM) nicht aus (Widerstände, Motoren und Glühlampen i.A. schon). Ein Kondensator parallel zum Verbraucher, der die Spannung glätten soll, erzeugt Probleme: Schaltet der Transistor ein, bewirkt das einen Kurzschluss zwischen der 12V Spannungsquelle und dem ungeladenen oder auf 5V geladenen Kondensator. Es fliesst viel Strom, der Transistor geht kaputt, und es wird mehr als 50% der in den Kondensator fliessenden Energie im Zuleitungskabel in Wärme verballert. Da hätte man gleich einen Widerstand oder Linearregler verwenden können. Man muss also den Stromfluss in der Zuleitung zum Kondensator glätten, obwohl die Spannung springt. Dafür eignet sich eine Spule. Es interessiert die Spule nicht, das die Spannung an ihren Anschlüssen springt, sie hält einen nahezu gleichen Stromfluss aufrecht, wenn ihre Induktivität gross im Verhältnis zur Schaltzeit ist. Wenn man nun noch das Ein-/Ausschaltverhältnis des Schalttransistors in Abhängigkeit zur Ausgangsspannung regelt, ist der Step Down Buck Schaltregler mit seinem hohem Wirkungsgrad erfunden.
Eine gute (aus dem englischen übersetzte) Erklärung findet sich hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen
Wer mit Spulen zu tun hat, sieht oft das Hysteresediagramm:
B^ ... | .... | . . |. . (erster Quadrant, schlecht gezeichnet) . . .|. -+---------> Hund dabei stehen physikalische Begriffe, die die Elektroniker nicht kennt. H ist proportional dem durch die Spule fliessenden Strom (Windungsanzahl und die Länge der Magnetfeldlinien fliesst hier ein, können dem Elektroniker aber egal sein, der seine Spule fertig kauft). B kann man von aussen beeinflussen. B wird in Weber = Vs (Volt mal Sekunden) angegeben (Windungsanzahl und Querschnitt des Kerns fliessen hier ein, können einem aber auch egal sein, wenn man die Spulen nicht selber baut). H kann man nicht beeinflussen, H ergibt sich als Folge aus dem angelegten B.
Von: Bill Sloman 22.02.2007
The maximum magnetic field you can build up in the magnetic path is independent of the gap - it is limited by the saturation flux for the core material. The number of ampere-turns of current through the winding required to generate that flux depends on the magnetic path length. The magnetic path length through the core itself is divided by the relative permeability of the core (about 1000 times air for ferrites, and 10,000 times air for iron) so even a small air-gap can dramatically increase the magnetic path length.
A ten-fold increase in magnetic path length allows a ten fold increase in current through the winding before you hit stuaration, and reduces the inductance of the assembly by a factor of ten, thus allowing a factor of ten increase in the energy stored in the inductance (LI^2) before saturation sets in.
A gap in a transformer core increases the leakage inductance, which is usually undesirable. Moreoever, a transformer isn't usually used as an energy storage device, so increasing the energy storage capacity is rarely a design priority.
At 100kHz you probably need to worry more about inter-winding capacitance. The detailed structure of the windings can get to be very important at this sort of frequency. The pot core may well have a two or four section former with the windings built up as two or four successive sections, while the toriod is more likely to have its windings built up as successive layers, one on top of another, which gives a higher winding capacitance and a lower self-resonant frequency.
Legt man von aussen an die Spule eine Spannung (von 1 Volt) eine Zeit (1 Sekunde) lang an, bewegt man sich auf der B-Achse nach oben. Legt man die Spannung doppelt so lange an, bewegt man sich doppelt so weit nach oben. Legt man die halbe Spannung an, kommt man nur halb so weit. Je weiter man im Diagramm nach oben kommt, um so mehr steigt auch der Strom in der Spule an. Je steiler die Kurve ist, je grösser ist die Induktivität der Spule, je höher die Permeabilität, aber irgendwann ist die Spule gesättigt (bei Metallkern recht schnell, bei Luft eher nie). Dann steigt der Strom sehr schnell an, die Spule hat kaum noch eine Induktivität. Legt man dann 0 Volt an die Spule an (Anschlüsse kurzschliessen), fliesst weiterhin der bis da hin erreichte Strom (Verluste durch Drahtwiderstand), kehrt man aber die angelegte Spannung um, um den Stromfluss zu verringern, folgt man der anderen Linie der Hysteresekurve. Der Unterschied zwischen den beiden Linien ist der Verlust im Kern.
Das war's, das Diagramm für Kondensatoren sieht übrigens genau so aus, bloss Strom und Spannung vertauscht und (viel geringere) dielektrische Verluste statt Verluste im Kern, und statt Sättigung gibt es Durchschläge.
Eine Spule geht kaputt weil sie zu heiss wird und die Isolation schmilzt oder der Kern seine Curie-Temperatur überschreitet. Sie muss also die Verluste im Draht und vom Kern (optimalerweise 50% zu 50%) über ihre Oberfläche an die Umgebung abstrahlen können. Eine Spule muss also eine bestimmte bauliche Grösse haben, um eine bestimmte Leistung verbraten zu können. Das kann man bei üblichen Umgebungsbedingungen aus den Datenblättern der Kernmaterialhersteller abschätzen, wer's genau wissen will muss die Temperatur in seinem Aufbau messen, und wer sich nicht sicher ist, nimmt eine baulich grössere Spule. Wer eine kleinere Spule haben will, nimmt ein (bei der Frequenz) tauglicheres (=teureres) Kernmaterial.
Wer Kondensatoren kauft, versucht, den nötigen Kapazitätswert zu bekommen (oder etwas mehr) und kauft ein Teil, das mindestens die angegebene Spannung aushält. Eine viel zu hohe Spannung ist baulich zu gross und zu teuer, wird man also vermeiden. Bei Spulen sollte halt auch der Induktivitätswert erreicht werden, und die Spule muss mindestens für den fliessenden Maximalstrom geeignet sein. Das war's im wesentlichen, statt 1000uF/16V also 45uH/2A.
Und ebenso, wie es unterschiedliche Kondensatoren gibt (Elkos, Vielschicht, Folie, Glimmer) die aber normalerweise 'schon passen', gibt es verschiedene Spulen (Eisenkerntrafo, Ferritringkern, Luftspule) deren Eigenschaften auch zum Anwendungszweck passen sollten. Zur EMV Unterdrückung nimmt man Material #43.
Leider unterscheiden sich deutsche SI und amerikanische CGS Einheiten:
Ein Transformator ist eine Spule mit einer zweiten Wicklung (oder mehr, oder Spartrafo). Die primäre Wicklung ist so ausgelegt, das bei offener (=nicht vorhandener) zweiter Wicklung der Kern nicht in Sättigung geht (oder zumindest der Trafo nur so weit in Sättigung geht das er nicht zu warm wird). Die zweite Wicklung wird im notwendigen Windungsverhältnis angelegt, wobei es den Unterschied zwischen Leerlaufspannung und Nennspannung bei Nennbelastung gibt, hervorgerufen durch den ohmschen Widerstand der Sekündärwicklung und dem transformierten Wicklungswiderstand der Primärwicklung (Kupferverluste) und magnetische Verluste.
Die gesamte Verlustleistung eines Transformators setzt sich zusammen aus den Eisenverlusten, die bei fester Spannung & Frequenz konstant sind, und den Kupferverlusten, die quadratisch mit dem entnommenen Strom steigen. Die maximal übertragbare Leistung dadurch begrenzt, das der Trafo über seine Oberfläche seine Verlustleistung loswerden muss.
Kupferverluste: Eine Stromdichte von 4,5 Ampere/mm2 ergibt bei einer Übertragergröße bis etwa 100 Watt erfahrungsgemäß eine Temperaturerhöhung von etwa 30 Grad. Berechne bei DC-überlagterter HF den Gleichstromquerschnitt und den Wechselstromquerschnitt (Skin-Effekt) getrennt.
Windungsanzahl bei Netztrafos: 230V/(4.44*1.4T*50Hz*Fläche in mm x mm)
Windungen Fläche Stromdichte Type S n/pri n/sek Afe AFen n/230V Durchm. innen aussen Eisengewicht Kern VA Wdg/V Wdg/V cm2 cm2 Wdg. mm pri A/mm2 A/mm2 Gramm M20/5 0,4 156,00 162,00 0,25 0,52 10,7 M30/7 1,4 80,00 82,50 0,49 1,30 33 M30/10 2 53,00 54,70 0,74 1,30 50 M42/10 5 22,00 22,50 1,80 2,70 5060 0,08 4,5 5,2 132 M55/20 15 11,50 12,00 3,40 4,00 2645 0,15 3,8 4,3 321 M65/27 30 7,30 7,50 5,40 5,60 1672 0,25 3,3 3,6 600 M74/32 50 5,35 5,50 7,36 7,10 1233 0,3 3,0 3,3 945 M85/32 70 4,18 4,30 9,43 7,60 963 0,4 2,9 3,3 1360 M102/33 120 3,26 3,35 12,10 11,60 749 0,55 2,4 2,8 2120 M102/52 180 2,20 2,25 17,90 11,60 506 0,7 2,3 2,7 3140 EI130/35 250 3,22 3,31 12,25 21,00 740 0,9 1,7 2,2 2440 EI130/45 290 2,50 2,58 15,75 21,00 575 1 1,7 2,1 3110 EI150/40 340 2,47 2,54 16,00 28,00 567 1,15 1,5 1,9 3670 EI150/50 430 1,97 2,03 20,00 28,00 452 1,3 1,5 1,9 4610 EI150/60 580 1,64 1,69 24,00 28,00 376 1,55 1,4 1,8 5620 EI170/65 750 1,35 1,39 29,25 38,00 310 1,8 1,3 1,7 7800 EI170/75 900 1,17 1,20 33,75 38,00 268 2 1,2 1,6 9010
Das gute Trafoblech M165-35S/BU soll es nicht mehr geben, hier im Vergleich auf Kern M65/27: a=65mm; b=65mm; h=26,7mm; mfe=0,58kg; Rthfe=4,45K/W; Rthcu=10,2K/W
Pn[W] Bn[T] Sn[A/mm²] Pfe[W] dtfe[K] Pcu[W] dtfe[K] Pum[W/kg] Pum*mfe[W]
M 530-50 A 34,1 1,39 4,1 3,25 15 7,6 78 5,3 (@1,5T) 3,1
M 400-50 A 35,7 1,42 4,21 2,5 11 8 82 4,0 (@1,5T) 2,3
M 165-35 S 43,6 1,64 4,33 1,63 7 8,5 87 1,65 (@1,7T) 1,0
Legierung Zusammenstzung µr (0,4 A/m, 50 Hz) Hc,stat [A/m] Bs [T] Tc [°C] Dichte [g/cm³]
MUMETALL® 80 % NiFe ca. 30000 3 0.8 400 8.7
VACOPERM® 100 80 % NiFe ca. 60000 2 0.78 400 8.7
PERMENORM® 5000 H2 50 % NiFe ca. 10000 10 1.55 440 8.25
Von: Joerg Schulze-Clewing 22.9.2004
Übertrager: Im Datenblatt des Hersteller nachsehen, ob er für die Frequenz geeignet ist. Dann Al Wert nachsehen. Alte Bauernregel: Wicklung muss etwa vierfache Blindimpedanz haben verglichen mit der Nennimpedanz der Schaltung, die den Übertrager treibt. Oder etwas mehr. Die dazu nötige Zahl Windungen mit dem Al Wert berechnen. Sekundär so viele Windungen, dass das gewünschte Verhältnis herauskommt. Es sollte einfach, zweifach, vierfach, halb, viertel etc. sein, damit man bifilar wickeln kann. Dann bekommt man einen schönen Breitbandübertrager.
Kleine Reed-Schalter brauchen eine Durchflutung von 5-10 AT, grosse 55-110AT, wenn der grosse also bei 16A sicher schalten soll 7 Windungen Draht drumrum.
Das Magnetfeld der Erde hat bis zu 1 AT
Normaler Kupferlackdraht (magnet wire) besteht aus einer Lackschicht, triple insulated wire ist 3-fach ummantelt und damit in einigen Ländern (USA...) als ausreichend eingestuft um Primärspannung uns Sekundärspannung schutzisolierter Geräte zu trennen. Back-Lackdraht (bondable wire) enthält eine Lackschicht deutlich niedrigeren Schmelzpunkts über dem Lackdraht, die beim backen schmilzt und mit den Nachbarwindungen verklebt.
> Güte eines Schwingkreises
Stösst man einen Schwingkreis der Güte 6 mit einem impulsförmigen Strom von 3A an, stellt sich ein Kreisstrom von 3*6=18A ein.
Leergehäuse sind teuer. Billige Gehäuse sind Ramsch. Teure Gehäuse können ebenfalls Ramsch sein, berühmt sind die Bopla Element Gehäuse die nach einigen Jahren gilbbraun wegen austretendem Brom-Flammschutzmittel wurden. Wenn man sich keine fertigen Gehäuse leisten will, sollte man sich nach Plastikschachteln und alten HiFi-Geräten umsehen. Man kann Frontplatte und Rückseite meist leicht mit einer dünnen selbstklebenden Aluplatte abdecken, auch UV-belichtbar
Damit bei den eben genannten Bopla Element Gehäusen keine Befestigungsschrauben im Frontdeckel notwendig sind und man den Deckel einfach abnehmen kann, baut man alles auf die im Boden eingelassenen Gewindebuchsen auf, durch ausreichend grosse, eventuell mehrstöckige Platinen auf Gewindeabstandsbolzen.
http://www.italtronic.com/ hat interessante Gehäuse für Hutschienen und Schalttafeleinbau und das iTouch. https://de.aliexpress.com/item/Breeze-Audio-aluminum-chassis-2607-preamp-DAC-headphone-power-amplifier-aluminum-chassis/2001817349.html
Schon das simple Anbringen eines Bauteils ohne direkte Befestigungsmöglichkeit an einer Frontplatte kann zu einem Abenteuer werden, weil man es meist nicht solide genug macht. Kleben ist schon mal ganz schlecht, man muss das Teil sicher noch mal austauschen. Irgendein Halter irgendwo ist auch wackelig. Lötet man das Teil auf eine eigene Platine, und befestigt diese mit 2 Gewindeabstandsbolzen und 2 Schrauben hinter der Frontplatte, taugt es was. Betrachte die sichtbaren Schrauben in der Frontplatte als Markenzeichen für Qualität.
> Selbermachen?
Ohne Biegebank kann man das Abknicken von Blech schlicht vergessen (und fertige Biegebänke sind selbst bei eBay teuer, weil sich die meisten metallverarbeitenden Betriebe Ihre selber bauen). Es bleiben nur einfache Methoden, die ohne Blechbiegerei auskommen. Denkt durchaus auch an Gehäuse aus Holz, ein in der Massenproduktion viel zu edles Material, das man durch eintauchen in Natronwasserglas oder Natriumtetraborat (Borax) flammhemmend hinbekommt.
Wer eine (hydraulische) Werkstattpresse besitzt kann eine Biegebank wie Optimum Biegemaschine FP 30 durch 2 Prismen aus Stahl selber bauen. Der Winkel muss etwas spitzer als 90 Grad sein weil Blech wieder zurückfedert, und auf dem Blech gibt es Abdrücke wenn das Metall nicht poliert ist und das Blech foliert.
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> FrontplatteBekleben mit bedrucker Folie (Zweckform 2507 oder Laserdrucker Polyesterfolie Avery/Zweckform 4776) mit Ausschnitten für Anzeigen und LEDs, laminieren bzw. abdecken mit Klarsichtfolie (REGULUS Signolit UV 2G), das ist dann auch geeignet, um Taster hinter Löchern abzudecken. Laserschneiden (1mm Edelstahl) kostet weniger als 1 EUR pro Meter.
Solche Profile http://www.segor.de/ "Gehäuseprofil 1" erlauben die Eckverbindung, wenn man in der Lage ist, das Profil mit Schrauben in die eingesetzten Muttern nach innen zu ziehen, dazu sind entsprechende Widerlager für die Schrauben an Front- und Rückplatte bzw. in den Ecken erforderlich. Nimmt man 2mm dicke Frontplatten die an 5mm Rändern auf 1mm abgefräst werden sind die Profile nicht erhaben.
> Kunststoffgehäuse?
Fast alle kommerziellen Kleingeräte besitzen ein kundenspezifisch geformtes Kunststoffgehäuse, das nicht nur isoliert, sondern auch gleich die mechanische Grundlage bildet. Die Spritzgussbranche besteht in Deutschland fast nur aus Abzockern "Aufgrund der miesen Ansprechpartner welche wir in Deutschland gehabt haben" (Martin) fragt man besser bei http://protolabs.de/ mit einem CAD Modell an, bekommt gleich die gröbsten Fehler und einen nicht zu niedrigen Preis genannt, und hat damit eine Grundlage, die in Verhandlungen nicht überschritten werden dürfte, auch direkt mit chinesischen Firmen die für das erhöhte Risiko noch billiger sein sollten. Besonders günstige Formen aus Alu für wenige tausend Stück mit fräsrauher Oberfläche (UP-Dosen-Einsätze) fangen bei 1000 EUR an, wenn man die Stammform nur mietet, einfache Kleingehäuse liegen bei 3000 EUR und wenn besondere Oberflächen bei grossen Gehäusen mit Unterschneidungen und eingelegten Metallgewinden gefordert sind, kann es auch 6-stellig werden. Ein Spritzgussvorgang dauert ca. 30 Sekunden, 1 Maschinenstunde auf einer kleinen Boy oder Arburg kostet ca. 20 EUR, plus Rüstkosten von um die hundert EUR.
Alte vergilbte Gehäuse bekommt man wieder sauber mit Wasserstoffperoxid, auch als Gel:
Für Nikotingilb reicht auch Kaffeemaschinenreiniger.
Von: Ralf Stephan 23.11.1999
ELKO Elektronik Kompendium Elektronik Grundlagen-Wissen
Grundlagen in Englisch
Texas Instrument SLYW038A Analog Engineers Pocket Reference: Sammelsurium von
Vorlesung Künzli Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften Fachhochschule in Winterthur, Schweiz
Elektroniktutorium Transistorschaltungen
Bauelemente der Elektrotechnik (vom Widerstand bis Hallsensor)
Online Elektronik Grundlagen Bücher mit Experimenten
The Unusual Diode FAQ
DSP Digitale Signal Prozessoren
Electronics info page
Analog Chip Design Handbuch
The Art and Science of Analog Circuit Design
Standardwerk zu Wechselrichtern von Felix Jenni und Dieter Wüest
Mikophone
GNU
Von: Oliver Betz 1999
> Wo kann ich die teueren Normen und Bücher einsehen?
Im Lesesaal der Hochschule Deines Mißtrauens. Kostenlos, und jeder mit Wohnsitz in D kann sogar ausleihen, auch wenn er nicht studiert. Mache ich heute noch, obwohl schon an der Schwelle zum Verwesi.
Von: MaWin 7.8.2000
Gehört nicht in die d.s.e FAQ, aber mein Epson Stylus Color 600 hatte neulich Probleme mit verstopften Düsen, und nach d.c.h.d kommt das öfters vor. Allerdings fand sich in d.c.h.d und den dort genannten WebSeiten keine Problemlösung und keine FAQ. Also musste ich selbst ran:
Fehlerbeschreibung: Der Drucker funktionierte problemlos mit 2 Sätzen Original Epson Tinte. Seit dem ich auf die deutlich billigere KMP Ersatztinte umgestiegen bin, erforderte jede längere Stillstandszeit 1 - 2 Reinigungen. Seit dem mein Händler UPrint Tinte lieferte (zuerst bei farbig verwendet), nützte auch mehrfaches Reinigen nichts mehr, einige Düsen blieben inaktiv. Im Gegenteil: Die nächste Reinigung zeigte oft ein schlechteres Druckbild als die vorhergehende. Also konnte es keine Verstopfung sein. Da beim Reinigen auch schwarz leer wurde, tauschte ich auch schwarz gegen eine neue Patrone von UPrint. Danach fiel schwarz komplett aus. Nur nach tagelangem Warten kamen beim Düsentest mal kurzzeitig einzelne Linien. Ursachenanalyse: Nach Auseinanderbau des Druckers (4 Schrauben des Deckel ab, blauen Patronenhalterdeckel hinten aushaken und wegklappen) entsprechend den Hinweisen in der FAQ auf
und Entnahme der Patronen fiel auf, das am Auslass der farbigen Tinte Luftblasen in der Patrone waren, die vermutlich auch in den Druckkopf gelangten. Bei der schwarzen Patrone war die Luftausgleichsöffnung (die von der oben der Aufkleber entfernt wird) durch Kleberreste noch immer verschlossen. Nachdem der Kleber entfernt wurde und Luft in die Luftöffnungen der Patronen geblasen wurde, bis aus dem Druckköpfen unten Tinte rauslief, (dazu schlauerweise vorher ein gefaltetes Küchentuch unter dem Kopf durchziehen, Aber Achtung: Es ist dann deutlich weniger Tinte in der Patrone, die Restmengenanzeige funktioniert nicht mehr richtig, ihr solltet die Patronen rechtzeitig austauschen) funktionierte der Drucker wieder unregelmässig. Bei grossen Flächen gab es Aussetzer, weil die Tinte nicht schnell genug nachläuft, manchmal fallen einzelne Düsen aus. Es lag also an den miesen Patronen, das sich Luftblasen gebildet haben. Seit dem wieder Epson Tinte drin ist, geht er problemlos. Die c't warnt davor, Ersatztinte verschiedener Hersteller zu mischen. Also sollte zwischen 2 Patronen von verschiedenen Fremdherstellern mindestens eine Original Epson Patrone verwendet werden. Das Service Manual von Epson erwähnt die Probleme mit Luftblasen, daher nur neue Tintentanks einsetzen.
Resümee: Ich kaufe keine Tinte von UPrint mehr. BASF-Tinte scheint auch ruck- zuck Drucker zu ruinieren. Es gibt nach Angaben von d.c.h.d viele Leute, die wegen angeblich verstopftem Druckkopf ihre Drucker weggeschmissen haben. Es würde mich nicht wundern, wenn die alle miese Ersatztinte verwendeten. Eine extreme Reinigung kann man bei Epson Druckern vornehmen, in dem man einen Schlauch über die Stutzen steckt, die im Patronenhalter sichtbar werden, wenn man die Patrone entfernt. Dann kann man mit einer Spritze Luft oder Tinte durch den Schlauch und die Druckköpfe in ein druntergelegtes Küchentuch blasen und vor allem saugen, bis sie platzen. Nach dem Einsetzen der Patrone sollte man oben in die Patrone pusten bis aus dem Druckkopf wieder Tinte rauskommt. Selbst völlig verklebte Druckköpfe, bei denen bei einzelnen Farben aus gar keiner Düse mehr etwas rauskam, habe ich durch mehrtägige Behandlung einlegen in Wasser oder Isopropanol und durchblasen wieder 100% in Ordnung bekommen.
Zumindest bei Epson Druckern scheint die Verwendung von Isopropanol zum Gerinnen der Tinte zu führen, ist also kontraproduktiv. Wasser mit Salzgehalt ebenfalls. Also am Besten die Köpfe erst mit destilliertem Wasser reinigen und dann mit Luft ausblasen. Das ist auch die Methode, wenn man einen Tintenstrahldrucker länger lagern will. Ammoniaklösung 20% löst Tinte auch sehr gut.
Ich war früher überzeugt von Ersatztinte (und habe mir nach Begutachtung der Ersatztintenpreise den Epson gekauft), aber die Erlebnisse, bei denen ich fast meinen Drucker verloren hätte, haben mir gezeigt, das Drittanbietertinte recht risikoreich ist. Auch gibt es viele Leute, die irgendwelche Ersatztinte nachfüllen, und gleich berichten, wie perfekt der Drucker wieder druckt. Allerdings mit der alten Tinte, die noch im Schwamm steckt. Denn es braucht mehrere Nachfüllungen, bevor wirklich alle Originaltinte ausgewaschen ist und die neue Tinte die Farbe bestimmt, und manche erleben dann beim Photofarbdruck ihr scheckiges Wunder.
Das WISO-Magazin berichtete, das der Canon BJC600 Drucker ein eingebautes Verfallsdatum hat, weil er die Tintentröpfchen mitzählt, die beim Reinigen im Auffangsbehälter landen, und bei Erreichen einer bestimmten Tröpfchenzahl den Dienst verweigert. Nur eine teure 'Reparatur' reaktiviert den Drucker, wenn man den Trick nicht kennt (Schwamm der Tintenauffangwanne reinigen, Power+Form Feed+Print Mode während des Einstecken des Netzkabels gedrückt halten). Natürlich ist das nicht im Handbuch beschrieben. Nachzulesen in c't 18/2000. Der Epson Stylus Color 400 macht es (nach angeblich 75000 Seiten) genau so (alle 4 LEDs blinken), siehe Service-Manual. Viele Canon Drucker lassen sich nach gereinigtem Tintenauffangbehälter rücksetzen durch: Drucker ausschalten, Netzkabel ziehen, Einschalttaster drücken und gedrückt halten, Netzkabel einstecken und warten, 2 x auf Resume-Knopf drücken, LED geht von grün auf gelb. Im Canon Pixma IP4000 wird nach Service Manual durch: Power off, Resume drücken und halten, Power On, noch 2 mal Power drücken, Resume loslassen, 4 mal Resume drücken, Power off, der Waste Ink Counter zurückgesetzt. Drückt man statt 4 mal Resume nur 1 mal Resume, gibt's einen Testseitenausdruck.
Canon Drucker fallen oft aus zunächst mit halbdefekten Druckköpfen wo ganze Spuren nicht mehr drucken, dann mit der Meldung "falsche Patrone". Da bricht der dünne Folienleiter der die Chips im Druckkopf kontakiert, meist weil ein dickeres gewelltes Papier sich verhakt und diesen Folienleiter abreisst oder zumindest anbricht, manchmal aber scheinbar auch aus Alterungsgründen. Dann muss ein neuer Druckkopf her, eine Reparatur ist nicht möglich. Besonders bedauerlich ist das bei den noch unverdongelten 850/iP4000/MP780, denn deren Druckköpfe gibt es nicht mehr und NOS wird mit Gold aufgewogen.
Der HP L7680 nutzt ein elektronisches Ablaufdatum der Tintendruckköpfe, um den Kunden regelmässig zu schröpfen.
Ältere Tintendrucker scheinen schneller einzutrocken als damals, als man sie neu gekauft hat. Und das ist auch kein Wunder, wenn man sich den Aufbau der Teile so ansieht. Beim Ausschalten wird der Druckkopf zurückgezogen und mit einem Deckel mit Gummiring abgedichtet. Allerdings sammelt sich gerade dort Staub, so dass der Deckel nicht mehr abdichten kann. Auch die Reinigungs-Funktion des Druckers selbst, bei der bei Epson tatsächlich mit einer kleinen Pumpe (mäek, mäek, mäek) Unterdruck an den Düsen erzeugt wird, funktioniert nicht mehr, wenn der Deckel nicht mehr dicht ist. Leider kommt man zum Reinigen dort nur ran, in dem man den Drucker auseinanderbaut. Dabei kann man auch gleich den Kopf-Scheibenwischer :-) (eine Gummilippe mit Fließ) reinigen, die auch stark Staub fängt. Danke Epson. "No user serviceable parts inside". Ja, zumindest wenn man dem Kunden jedes Jahr einen neuen Drucker verkaufen will. Inzwischen hat es den 600er vollkommen zerrissen. Die Schlauchpumpe hat sich den Schlauch reingewickelt.
Die meisten Tintendrucker sind für nur 5 Jahre Lebenszeit gebaut, und enthalten eine Uhr mit Lithium-Batterie. Wenn der Drucker sich merkwürdig verhält (und z.B. die Tintenköpfe zu oft putzt), kann eine Kontrolle und Ersatz der Batterie sinnvoll sein.
Auch andere Druckerhersteller hassen niemanden mehr, als ihre Kunden: Hewlett-Packard sagt zum LaserJet 4: "Da die offizielle HP Garantie Ihres Produktes abgelaufen ist, besteht keine Möglichkeit mehr für Software Unterstützung per eMail oder Hardware Reparatur Service. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis, daß die garantiebedingte Periode für technische Unterstützung bei Ihrem Gerät verstrichen ist, was auch telefonische Unterstützung mit einschließt." Die Reparatur eines HP4L kostet pauschal 285 EUR, also Totalschaden. Beim HP4M reisst oft das auf die Schrittmotorachse aufgepresste Plastikzahnrad. Reparatursätze für 1100, 1200, 5l etc. die den ganzen Papiervorrat auf ein mal einziehen, gibt es aber immer noch zu kaufen.
Wenn ein HP3820 beim Öffnen der Klappe den Druckkopf nicht mehr hervorholt und mit viel TamTam nur noch leere Blätter auswirft, ist ein unterdimensioniertes Zahnradpaar gebrochen. Drucker bis zum Tintenauffangbehälter auseinanderbauen. Ich habe bei dem einen Zahnrad den überstehenden Zapfen abgefeilt, und beim anderen Zahnrad den abgebrochenen Zapfen ganz entfernt, dann einen Metallring auf den Körper aufgeklebt, der seinerseits einen Zapfen hat, der in den Rest des Zapfens des anderen Zahnrad einhakt. Besonders gut wird es, wenn der Ring in eine extra hineingemachte Kerbe des Zahnrads einrastet, so dass er sich sogar ohne Kleber nicht verdrehen kann, denn es liegt übermässig viel Kraft auf der Verbindung.
Wenn der HP PSC2410 eine Seite einzieht, aber Papier leer meldet, und auf OK dann die Seite auswirft (also irgendwie doch gemerkt hat, das eine drin war), ist der Papier- und Alignment- Photosensor QEDC 7192 am Kopfschlitten defekt, es war tatsächlich die LED im Photosensor zerbrochen, man kann ihn öffnen.
Andere immer wiederkehrende Probleme: HP IIP/IIIP bis '93 kämpfen mit dem Fehler 52 (Laserdrehspiegel läuft zu schnell: 4*10u/16V Subminiaturelkos austauschen, der in der Ecke gegen 63V, Laserdrehspiegel läuft nicht an: SMD HA13456AMP (5 1/4" Floppymotortreiber tauschen, neu mit Kühlkörper http://www.strixner-holzinger.de/ , über dem IC liegt ein 1 Ohm Widerstand, oft auch geschädigt, siehe auch d.s.e Message ID 409BE490.DCE40ECD@epost.de) und Papierstausensor Fehler 50. Auch die Meldung bei defektem Fuser ist bekannt uninformativ. Der HP5L/6L/1100 bekommt ein sprödes Papiereinzugtrenngummi und zieht dann den ganzen Papiervorrat auf einmal ein, was er sonst nur bei ungeeignetem (rauhem Tintendrucker-)Papier tut. Dafür gab es mal ein kostenloses Reparaturkit, heute bei http://www.fixyourownprinter.com/
Gegen Speichererweiterung wehrt sich HP auch. Der 5L benötigt eine 1-8MB JEIDA 70ns 5V EDO 88 pin DRAM Speicherkarte. HP 4P / 4MP, 4 Plus / 4M Plus, 4V / 4MV, 5Si / 5Si MX, 5P / 5MP und 6P / 6MP brauchen 72 pin 32 bit SIMMs ohne Parity von exakt 70ns mit "presence detect". HP LaserJet IIISi, 4 / 4M und 4Si / 4Si MX brauchen 72 polige 36 bit SIMMs mit Parity von exakt 80ns mit "presence detect". Normalerweise FPM (FastPageMode), EDO geht nur in einigen Druckern. "presence detect" sind die Pins 11 und 67-70 von denen einige mit Masse verbunden sind, andere offen sind, wie es auch Apple-Computer erforderten.
Und hat man 60ns wenn der Drucker aber 80ns sehen will, lötet man einfach um.
Toshiba ist nicht besser. Wenn man endlich die richtige WebSite der Dutzenden von Toshibas gefunden hat, und ohne Suchfunktion durch alles-durchklicken feststellt, das nicht mehr produzierte Drucker dort gar nicht mehr aufgeführt werden, man eben so lange nach einer eMail-Adresse sucht, die sich dann als nicht druckbar und nicht kopierbar herausstellt (argh, Applet), also abschreiben und eintippen wie zur Steinzeit, stellt man fest, das die auf Mail erst gar nicht reagieren. Na, wie konnte auch jemand die Frechheit besitzen, sich durch den Dschungel von Kundenzurückweisungen durchzukämpfen...
Bei Lexmark Opta S1650 und 1250 und R lötet sich oft der LB1870 selbst aus.
Wird beim Laserdrucker/Kopierer das weisse Papier nicht nur ausnahmsweise (danebengerieselter Toner) sondern zunehmend grauer, insbesondere bei jeder ersten Trommelumdrehung, ist es Zeit, Trommel und Reinigungsfilz auszutauschen. Immerhin gibt es gute Refill- und Trommel-Reset Anleitungen:
und ein Forum:
Achtung beim Tonernachfüllen: Es gibt heutzutage meistens magnetischen Toner (enthält schon den Developer) und Toner mit getrenntem Developer (da bleibt der Developer im Drucker und muss nur alle paar Jahre ausgetauscht werden, wenn der Druck trotz ausreichend Toner immer fader wird, zumeist in alten Kopieren). Ausserdem ist Toner für hochauflösende Drucker feiner. Zudem gibt es Hellschreiber (der Laser belichtet die Stellen, die weiss werden sollen) und Dunkelschreiber. Die Fehlerbeschreibungen, -ursachen und Behebungen beider passen natürlich nicht zusammen.
Im Prinzip dreht sich bei neueren Laserdruckern eine magnetische Walze im Toner, und ein Gummi streift zu vielen Toner ab. An der Walze liegt Wechselspannung mit Gleichspannungsanteil je nach gewünschter Druckintensität. Die Belichtertrommel wird elektrostatisch aufgeladen (heute meist durch einen Bürstenkontakt anstelle des alten Koronadrahtes), der Laser belichtet und entlädt die Stellen die schwarz werden sollen. Die Trommel läuft an der Tonertrommel vorbei und schnappt sich den Toner, kommt zum Papier unter dem ein elektrostatisch geladener Draht liegt so dass das Papier den Toner von der Walze abzieht. Die Trommel wird danach ganz beleuchtet, Resttoner abgestriffen (alte Drucker enthalten einen extra Resttonerbehälter, manchmal ist der in der Kartusche, neuere Drucker haben so was nicht mehr) und wieder aufgeladen. Das Papier wird elektrostatisch entladen und im Fuser (durch Halogenlampenstab aufgeheizte teflonbeschichtete Walze) wird der Toner auf das Papier geschmolzen.
Andere Serienfehler wie Eizo F56 Zeilentrafo für 60 Euro bei Teleplan Repair 2000 GmbH Werkstraße 5 22844 Norderstedt 040 52250310
Sony KV29FX20D schaltet mit blinkender LED automatisch die Programme um, als ob jemand dauernd auf die Taste Prog+ am Bedienpanel drückt: Zuleitung KEY zum Bedienpanel kappen.
Humax FTV5600 Netzteil ZD3 ZDP30 unterdimensioniert, R21 100R raucht ab. HP6012B R34 2.7R unterdimensioniert.
Zeigt das Philips/FLuke PM2534/PM2535 nichts sinnvolles mehr an, kann die 3V CR17335 Lithiumbatterie leer sein, die den RAM puffert, in dem alle Kalibrierdaten stehen. Will man frühzeitig auswechseln, muss das Gerät an Netzspannung sein, damit die Daten nicht verschwinden.
Rollt ein Staubsauger sein Kabel nicht mehr ein, ist nicht eine "nachlassende Spannkraft" der Feder die Ursache, sondern ölt die aufgewickelte Spirale des Federbandes mal damit sie trotz Staub wieder besser rutscht.
Bei AEG Lavatherm Trocknern geht nach 3,5 Jahren, also kurz nach der Gewährleistung, gerne der LNK304GN und 47 Ohm/3W Widerstand kaputt.
Macht ein Telefon kratzende Geräusche beim Telefonieren, ein anderes geht an derselben Leitung problemlos und auch DSL ist ungestört, der Funk ist nicht das Problem, dann kann es am Gasableiter liegen mit dem das Telefon vor Überspannung geschützt wird: Nach dem er ein mal einen Impuls abhalten musste, kann er so geschädigt sein, daß er die folgenden Telefonate stört. Wechseln. Oder zumindest ausbauen.
Von: MaWin 11.10.2003
CD-Player und CD-Brenner fallen gerne aus und lesen dann keine CDs mehr. Das geschieht entweder plötzlich oder es wird langsam immer schlimmer.
In praktisch allen Fällen ist bloss die Optik verdreckt. Reinigungs-CDs zerstören entweder den CD-Player oder sind wirkungslos. Macht die Kiste also auf. Man sollte beim Zufahren der Lade ohne CD im Dunklen bei entfernter Sichtschutzabdeckung aus fast jedem Blickwinkel für einige Sekunden den Laserstrahl als dunkelroten Punkt in der Linse erkennen können. Keine Angst, der Strahl ist schon knapp über der CD-Fläche absolut nicht mehr gebündelt, es besteht keine Gefahr von 'Netzhautverbrennung'. Eine Videokamera sieht ihn besonders deutlich.
Wenn sich nach dem Einlegen einer CD lediglich die Linse 3 mal auf und ab bewegt, oder die CD nur kurz anläuft, manchmal sogar rückwärts, und dann stehen bleibt, oder die CD zu schnell gedreht wird, oder das Inhaltsverzeichnis der eingelegten CD nicht angezeigt wird, oder schlechtere CDs zu häufigen Aussetzern neigen, hilft oft Putzen der Optik, und da klebt der Dreck normalerweise nicht so sehr auf der Oberfläche der Linse, sondern natürlich unten drunter und an der senkrechten Frontscheibe des Lasers. Man braucht Alkohol pro analysis aus der Apotheke (Spiritus enthält viel zu viel Dreck der als weisser Schleier eintrocknet) oder Isopropanol (als IPA Spray von Kontakt Chemie, Servisol IPA170 von Pollin für 6,60) oder 1-Butanol pro analysis, 250ml 10 EUR und ölfreie Druckluft (nur die teure unbrennbare aus Dosen wie Kontakt Chemie mit Nummer 67, Servisol B von Pollin für 5.60, nicht die billigen brennbaren die nichts anderes als Feuerzeuggas enthalten). Ggf. mehrmals die Optik fluten (oder ausgebauten Pickup eintauchen), etwas einwirken lassen, und keinesfalls eintrocknen lassen sondern mit Druckluft ausblasen. Wichtig: Ausprobieren, ob das alles es schon gebracht hat, kann man es erst am nächsten Tag. Glaubt es einfach, es lohnt gar nicht, es am selben Tag zu probieren. Irgendwo hängen offenbar immer noch Reste die trocknen müssen. Vielleicht hilft es, das Teil so hinzustellen, das keine Linse waagerecht liegt. Der Erfolg ist gut. Gut 90% der 'defekten' CD-Player lassen sich mit dieser simplen Reinigung wieder in Gang setzen, bei DVD deutlich weniger.
Ein Sony CDP-261 hier, der nach längerer Nichtbenutzung plötzlich nicht mehr wollte, sondern nur noch die CD ein paar mal anstubste, bevor er "no disc" sagte, ließ sich weder durch Reinigung noch Austausch des Laser-Pickups zu verändertem Verhalten überreden. Es war der 10uF/25V Elko auf der Hauptplatine defekt, und der 100uF/63V im Netzteil auch nicht mehr gut, weil die Deppen von Sony trotz Schalter dem Ding nicht den Strom abdrehen, sondern ständig unter Strom stehen lassen - und er dann natürlich auch bei Nichtbenutzung altert und die Stromrechnung unverhältnismässig belastet.
Wenn sich jedoch die eingelegte CD normal dreht und nur während des Abspielens öfters Aussetzer auftreten, kann auch bloss das Fett der Führungsstange verharzt sein. Stangen putzen und neu einfetten (mit kunststofftauglichem Fett).
Wenn der Pickup wie bei einer alten Schallplatte bei jeder leichten Erschütterung springt, findet sich manchmal ein Tracking-Regker zum justieren.
Wenn der PickUp (also das Teil aus Laser und Optik) jedoch mechanisch beschädigt ist (Linse ab, Folienleiter gebrochen, kein Laserstrahl), kann man ihn tauschen. Es ist beim Neueinbau meist keine Justierung notwendig, bei Pioneer öfters doch.
Die Theorie, das bei verdreckter Optik bloss die Laserleistung erhöht werden muss, ist Unfug. Ebenso, das die Laserleistung mit den Jahren nachlässt. Zwar altert die Laserdiode und macht aus gleichem Strom weniger Licht, aber die Lichtleistung wird in jedem CD-Player per Photodiode geregelt und die Elektronik erhöht einfach den Strom bis zum bitteren Ende (maximal möglicher Strom der Elektronik). Die Laserlichtleistung bleibt also gleich. Man sollte von den Potis die Finger lassen. Etwas zu weit aufgedreht und der Laser brennt sich die Spiegel weg. Und zum Einstellen des 'Augendiagramms' fehlen einem eh die Serviceunterlagen und das dazu unbedingt notwendige Oszilloskop.
Von: MaWin 17.7.2000
Die Zeit der Elektronik-Zeitschriften ist halt einfach vorbei. Seit dem man sich alle Datenblätter per Mausklick holen kann, es tonnenweise Schaltungsvorschläge gratis in Form von Application Notes gibt, hunderte komplette Bauanleitungen auf http://www.conrad.de/ liegen (oder für wenig Geld Anleitung und Platine von hunderten anderer Projekte bei http://www.elv.de/ zu haben sind), "Art of Electronics" alle benötigen Grundlagen liefert (und auch noch nett zu lesen ist), viele Hersteller (AD, TI, OnSemi, bedingt National, Maxim, Semtech, Fairchild) einem kostenlose Samples Muster schicken und Neuigkeiten und Beschaffungsquellen durch kostenlose Kennzifferzeitschriften (z.B. Markt & Technik) geliefert werden, die meisten Grundgeräte billiger fertig als als Bausatz erhältlich sind, fast jeder Elektronikversender online erreichbar ist, gibt es keinen Grund mehr, wegen EINEM Datenblatt (-auszug !), den aktuellen Preislisten oder EINEM nachbaubaren Projekt 5^H 5,50^H 6,70^H 7,90^H 14,90 EUR für eine Zeitschrift auszugeben. Kauft euch lieber ein ordentliches Buch.
Die Elektor beispielsweise ist gar nicht mal wirklich schlechter geworden, sie war früher genau so (schau einfach mal in eine alte Ausgabe. Als Kind war das alles gut, heute sieht man die Fehler), lediglich die allerersten Ausgaben von 1970 waren gehaltvoller, aber auch deutlich schwerer lesbar (ehemals von hier http://www.elektor.de/jahrgang/2005/mai/jahrgang/2005/mai/elektor-vor-35-jahren.63434.lynkx ) aber sie ist nicht BESSER geworden - und damit obsolet. Kein Wunder, wenn die Redaktion glaubt, von Lesern ("Von Laien für Laien") fertige Artikel für lau zu bekommen. Inzwischen muss ich feststellen, daß sie doppelt so teuer und erheblich schlechter geworden ist, sie erinnert jetzt an Elrad bei ihrem Untergang im Bruchmann Verlag, die meisten Artikel sind nur noch Geschwurbel das man ohne Recherche direkt aus der Feder hinschreiben kann.
Von: Ralf Stephan 23.11.1999
Weil sich Usenet und Proportionalfonts nicht vertragen. Du solltest daher dein Newsprogramm auf einen dicktengleichen (Courier oder ähnlich) Zeichensatz einstellen. Schau dir die folgende Schaltung mit Proportionalschrift und mit einem dicktengleichen Font an:
+-----+
15V --|LM317|--+-----+-----+-----+
+-----+ |+ |+ |+ |
| 10u 10u 10u Glühlampe(12V)
| | | | |
+-----+-12k-+-12k-+-12k-+-- Masse
Und wer zum Zeichnen von ASCII-Schaltplänen einen Editor haben will:
http://www.jave.de/ und Andy´s ASCII-Circuit http://www.tech-chat.de/
oder direkt Online zeichnen http://asciiflow.com/ .
Jetzt weisst du auch, wie man solche Schaltpläne erstellt :-) Aber noch nicht, was diese Schaltung tut :-))
Von: Ralf Stephan 23.11.99 und MaWin 11.04.15
Für 56 EUR via amazon.it lieferbar
DAS Standardwerk für Elektronik. Obwohl ich viel lese, ist mir bisher selten ein so dichtes Buch untergekommen. Die Herangehensweise ist erschöpfend und es sollte daher in keiner Buchsammlung fehlen. Als Anfänger, der schon beim Transistor-Kapitel ins Grübeln kommt, freue ich mich auf viele Wintertage mit diesem Monumentalwerk.
Ein paar Fehler in der dritten Auflage, Seite 37 Abbildung 1.78 eine Diode falsch rum, Seite 600 Bild 9.3 +15V sollten 5V sein. Der Ansatz, gleich in Kapitel 1 in dem Widerstände erklärt werden, einen Operationsverstärker als Komparator aufzuführen, ist didaktisch natürlich Unsinn, das Buch ist nicht für Anfänger.
Nützlich ist das Übungsbuch "Learning the Art of Electronics" weil darin wie im Unterricht mehrere Schaltungen komplett abgehandelt werden.
Die alte Editon 2 auch teurer in 2 Bänden in bei manchen Kapiteln grausamer deutscher Übersetzung erhältlich (der uralte peinliche 'Silikon statt Silizium' bei Halbleitern und ganz neu 'Silizium statt Silikon' bei Isolierpads, 'Long tailed pair' wurde (lustig) übersetzt, 'Multiplex display' wurde zu 'Mehrfachanzeige', Tabellen falsch abgetippt (z.B. LM324 Daten) und zumindest der Absatz Brückengleichrichter sinnentleert übersetzt). Wer kein Englisch kann, muss es halt (hin)nehmen, es ist immer noch das Beste Elektronik-Buch.
Peases "Troubleshooting Analog Circuits" wurde nicht besser übersetzt.
Immerhin sind sich die Autoren dessen bewusst (Repost aus sci.electronics.design 09-11-2001) > John Woodgate wrote: > > Wolfgang Kabelka wrote > > > Reading Hagen´s german translation is awful. Elektor publishing has > > > a tradition in bad translations (bought once the german translation of > > > "Art of Electronics" and immedeatly switched back to english original - > > > waste of time and money), terrible mistakes (never trust any schematic) > > > and silly translation errors - the translators seem to have no > > > "technical sense" > > I am going to post a chunk of your article to the translators' > > newsgroup, sci.lang.translation. There is a continuing problem of > > people taking on translation jobs for which they have insufficient > > qualifications. The true professionals on s.l.t. are continually > > asking for assistance and verification when they run into difficult > > texts and obscure technical terms. > It is indeed a serious problem. We have heard from many that the > German translation of our book was very poor, which makes us sad. > But we had no power over the process, the Elektor translators didn't > consult with us a single time, nor were we given an opportunity to > review the transcript. We were given copies of the completed work. > Presumably Elektor's reputation suffers (as does ours?) and people > will stop buying their translations. > Thanks, > - WinDie Bücher von Nührmann muss man sich nicht kaufen, sie stellen nur eine Sammlung von eigentlich kostenlos von Herstellern veröffentlichten, meist nicht mehr zeitgemässen Applikationsschaltungen dar, die teuer verkauft werden und gekauft wurden als ein noch kein Internet gab. Die CD ist mit Programmfehlern behaftet, die die Gebrauchsfähigkeit extrem einschränken.
Ebenso sind die "30x-Schaltungen" Bücher oder die "1001-Schaltungen" CD der Elektor keine gute Quelle, da sind nur die einfachen Schaltungen aus den Halbleiterheften drin, keine grösseren Projekte, keine sinnvollen Erklärungen.
Von: Rüdiger Klenner (17.7.2007)
Art of Electronics http://frank.harvard.edu/aoe/: Viel zuwenig Formeln, Zusammenhänge bleiben unklar, werden "nur" genannt. Was sich an Übungsaufgaben in AoE findet, ist ein Witz. Ausserdem sehr weitschweifig (ok, nett zu lesen isses ja schon :). Viele nette Ideen und Detailschaltungen, praktische Kniffe (zum Schluss hin vor allem AFAIR). Kann sich der Praktiker immer wieder Anregungen draus holen, diesbezüglich sicher sehr gut.
Tietze/Schenk: Im Gegensatz zu AoE und Sedra/Smith kein Lehrbuch, das sich fürs Sonnenbad auf dem Balkon eignet. Nix zum "durchschnabbeln". Allerdings, wenn ich mir mal was aufbaue schaue ich immer hier rein (In den Seifart auch noch, u.U. :). Dann eine der tausend Formeln rauspicken, bischen einsetzen und fertich ist die Tütensuppe :) Ganz subjektiv halte ich vom Tietze/Schenk übrigens mehr als von AoE.
Sedra/Smith "Microelectronic circuits": Siehe oben. Bin begeistert! Ein Lehrbuch, sehr systematisch, top-down strukturiert (Wenn man anfängt, muss man nur rechnen können, sonst nix!) und das Richtige für den, der analytische Ansätze mag und für den "ich kann es ausrechnen" nicht synonym ist mit "ich hab es verstanden". Das Buch leistet deutlich Hiflestellung für den, der Verständnis für die Sache zu erlangen trachtet IMHO, geht _diesbezüglich_ also wesentlich weiter als AoE oder T/S. Nicht durch den Fliesstext allerdings, nur durch die ("genialen") Übungsaufgaben.
http://wiki.analog.com/university/courses/electronics/labs
Mathe oder nicht?
Von: Thomas Steffen 1999
Also ich betrachte den Bronstein / Semendjajew "Taschenbuch der Mathematik" als absolute Bibel, gibt es bei wechselnden Verlagen (zum Beispiel Teubner). Es ist ziiiiemlich knapp formuliert, aber enthält in einem Band alles was man für E-Technik Studium an Mathe braucht, und ist imho gut lesbar.
Von: sassi (?) 1999
Beschreibt das, wonach es klingt. Geht von Null an bis zu komplexer Rechnung. Keine elektronischen Teile! Die gibt's dann in:
Und wenn dann die Grundlagen sitzen, kann ich nur immer wieder empfehlen:
Und wenn es dann noch Fragen gibt ... ... ... Studium?? :-))
Take it easy.
Patente sind für Hobbybastler irrelevant. Patente behindern nur die kommerzielle Verwertung eines Verfahrens, nicht die private oder experimentelle Nutzung.
Wenn die Öffentlichkeit begriffen hat, daß auf einem Verfahren ein Patentschutz liegt, ist das Patent normalerweise ausgelaufen, denn der Schutz wirkt nur ca. 18 Jahre und wird oft weniger lange gehalten.
Beispielsweise ist der Patentschutz für die ZivLempelWelch Kompression (GIF) und das Reflex Akkuladeverfahren (ICS1700) bereits ausgelaufen, ebenso das XOR zum Zeichnen von löschbaren Graphiken (Cursor, Sprites) oder 1984 das HILTI-Patent auf pneumatische Bohrhämmer.
Die meisten Patente gelten nur in einigen wenigen Ländern, also ist die Chance hoch, das es in deinem Land nicht gilt. Notfalls verlegt man die Firma rechtzeitig in so ein Land.
Wenn eine Firma auf ein Verfahren ein Patent erhalten hat, heisst das noch lange nicht, dass man es beachten muss. Zunächst einmal kann man sein Produkt ungehindert anbieten. Erst wenn die andere Firma das überhaupt bemerkt, was bei eingebauten Elementen eher unwahrscheinlich ist wenn man in der Werbung nicht auf das besondere Verfahren hinweist, beginnt die Beschäftigung mit dem Patent vor Gericht. Da können schon so viele Jahre vergangen sein, daß das Patent ausgelaufen ist. Da die meisten Patente entweder triviale Wege oder schon früher realisierte Verfahren beschreiben, wird das Gericht feststellen, das das Patent null und nichtig ist, und der Patentinhaber seine Kosten umsonst gezahlt hat. Selbst wenn es innovativ war, kann man oft eine unabhängige Parallelentwicklung aufzeigen (Beispiel: Sony Walkman). Nur wenn man frech in dem anderen Patent gelesen hat und geklaut hat, bekommt man vielleicht Probleme.
Eine Patentanmeldung kostet ca. 800 Euro. Patentanwälte sind, außer bei Trivialpatenten, unnötig. Du reichst Deine Anmeldung - in der richtigen Form - ein, und bekommst dann beim ersten Mal eine Ablehung in der genau drin steht, was Du ändern musst, damit Dein Antrag zum Erfolg führt. Du machst die Änderungen und der Antrag geht durch.
Will man Patentschutz bevor man einen Geldgeber von der Idee erzählt, kann man eine kostenlose provisorische QLC Patenteinreichung beim DPMA machen.
Für ca. 310 EUR wird zusätzlich deren Neuheit recherchiert und der Schutz gilt ab Einreichung, wenn man innerhalb von 12 Monaten ein nicht zu stark abweichendes richtiges Patent beantragt. Dann meist mit den Finanzen des Geldgebers. Leider gilt das provisorische Patent nicht als Verhinderung derselben Idee durch Andere nach Ablauf der 12 Monate, sonst wäre es eine kostengünstige Methode der Ideensicherung ohne Patent.
Im Umkehrschluss heisst das, daß Patentschutz für das eigene Produkt eher sinnlos ist. Wer neben den Gebühren (wenige hundert EUR) und den Patentanwaltskosten (eher 5000 EUR) nämlich nicht auch die Kosten eines eventuellen Rechtsstreits durch alle Instanzen (je nach Streitwert rechne so 100000 EUR, ein zu geringer Streitwert macht das Patent sinnlos, da kauft dir der Gegner es einfach ab) investieren kann, hat keine Chance, sein Patent zu verteidigen, und er wird es in jedem einzelnen Land gegen jeden einzelnen Konkurrenten verteidigen müssen. Zudem ist man vor Gericht und auf hoher See bekanntlich in Gottes Hand, ein erfolgreicher Ausgang also keineswegs gewiss sondern eher Zufall. Patente dienen bei grossen Firmen lediglich dazu, im Falle einer Patentverletzung dem anderen ein eigenes Patent an Stelle der Lizenzzahlung (die selbst für grosse Firmen unerschwinglich wären, wenn das Patent der Konkurrenzverhinderung dient) anbieten zu können. Patente sind was für die Grossen.
Patentanmeldung USA (je nach Komplexität) umgerechnet zw. 7000 und 11000 EUR, hinzu kommen in den folgenden Jahren meistens ein paar Amendments a 1000..2000 EUR und die Maintainance-Gebühren je nach Laufzeit zwischen 2000 und 5000 EUR.
Ein EU-Patent mit Gültigkeit in 8 Staaten kostet im Schnitt knapp 30000 EUR bei 10 Jahren Laufzeit.
Handelsblatt: Der bürokratische Aufwand zur Anmeldung eines einzigen Patents für alle 27 Vertragsstaaten des Europäischen Patentamts beläuft sich auf durchschnittlich 60000 Euro. Zitat DPMA-Jahresbericht: Mehr als die Hälfte aller Patentanmeldungen stammen von einem kleinen Anmelderkreis mit vielen Patentanmeldungen meist Großunternehmen. Die Verteidigung vor der amerikanischen ITC kostet fünf Mio. Dollar (3,57 Mio. Euro) oder mehr Verfahrenskosten.
Warum kommt es überhaupt zu Trivialpatenten? Nun, die Mitarbeiter der Patentämter leben von den gewährten Patenten, haben also ein Interesse daran, möglichst viele zuzulassen (ausser in Polen, dort werden sie unabhängig bezahlt, entprechend sind dort die Patente höherwertig). Dann gibt es einige Länder mit besonders niedrigen Ansprüchen, und kein anderes Land will hinter dem zurückstehen und den eigenen Firmen weniger Patente zusprechen, schliesslich ist die Anzahl der gehaltenen und erteilten Patente ein Stück Nationalstolz. Und dann wäre es wohl viel zu mühsam, im Patentamt überhaupt jedes Patent bei der Einreichung zu lesen, geschweige denn verstehen zu wollen, so dass viele Patente wohl ungelesen durchgewunken werden, was man daran merkt, daß meist nur die Form kritisiert wird und nicht der Inhalt. Besonders lobbyfreundlich ist auch das Landgericht München gewesen, das die gesammelte Zurschaustellung von Trivialpatenten verbietet, weil die Wahrheit für Firmen mit vielen Trivialpatenten ein negatives Image ergäbe. Trivialpatente sind also systemimmanent und nicht nur Zufall.
Länder, die Patente ignorieren, sind wirtschaftlich prosperierend, Länder, die Patente strikt einhalten, wirtschaftlich stagnierend, das ist nachgewiesen. Wie Patente den Fortschritt in der westlichen Welt behindern und China nützen:
Das Urheberrecht ist nicht besser, mit kriminellerweise als angeblich eigenem Werk ausgegebenen Plagiaten werden Millionen verdient, wie hier für den Song "Happy Birthday to you" besonders krass:
> Darf man an der Elektroinstallation im eigenen Haus rumfummeln?
Nach der in Deutschland gültigen Niederspannungsanschlussverordnung NAV (gilt nicht für Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien und aus Grubengas, da gilt ggf. anderes, und auch nicht für Inselanlagen ohne Verbindung zum Stromnetz)
dürfen nur im Installateurverzeichnis des Netzbetreibers aufgeführte Firmen Arbeiten an der Anlage vornehmen (in A und CH sieht man das lockerer, in DK und L härter, in den USA und Kanada darf nur ein Elektriker Arbeiten an der Installation machen und selbst dessen Arbeit wird noch von einem Inspektor überprüft), aber in §13 steht (im Gegensatz zum entsprechenden Text der NDAV für das Gasnetz, dort fehlt der Absatz): "Mit Ausnahme des Abschnitts zwischen Hausanschlusssicherung und Messeinrichtung einschließlich der Messeinrichtung (vulgo Stromzähler, also dem verplombten Bereich), gilt Satz 4 nicht für Instandhaltungsarbeiten", und das sind:
Man darf also an einer bestehenden Anlage Warten, Inspizieren, Instandhalten und Verbesserungen vornehmen, auch ohne jegliche elektrotechnische Ausbildung, ist aber voll verantwortlich für die Arbeit. Und weil es bloss Instandhaltung und kein Neubau ist, muss man modernere Vorschriften auch nicht beachten sondern kann alles so lassen wie es war (z.B. klassische Nullung), mit Ausnahme der Dinge für die kein Bestandsschutz gilt, wie Kragenstecker, die musste man sogar 1998 als Instandhaltungsarbeit austauschen. Erweitern darf man die Anlage nicht. Aber einen defekten Sicherungsautomaten austauschen und weil der Neue dank Normänderung nicht in den alten Kasten passt einen neuen Kasten daneben montieren und Zuleitungen rüberführen ist erlaubt.
EN 50110-1:2008-09-01 Abschnitt 3.2.3 Elektrofachkraft und DIN VDE 1000-10
Der Bundes-Musterwortlaut der TAB2007 sagt:
"Die Anlage hinter dem Netzanschluss bis zu der in Abschnitt 7.4 Abs. 2 definierten Trennvorrichtung (meist der SLS) für die Inbetriebsetzung der Kundenanlage bzw. bis zu den Haupt- oder Verteilungssicherungen (falls kein SLS vorhanden ist) darf nur durch den Netzbetreiber oder mit seiner Zustimmung durch ein in ein Installateurverzeichnis eingetragenes Installationsunternehmen in Betrieb genommen werden. Die Anlage hinter dieser Trennvorrichtung darf nur durch ein in ein Installateurverzeichnis eingetragenes Installationsunternehmen in Betrieb genommen werden."
Da geht es also nur um die erstmalige Inbetriebnahme, weder um den Bau noch um Instandhaltungsarbeiten (siehe oben). Daher wird der zur Inbetriebnahme kommende Installateur eine selbsterrichtete Elektroinstallation erst einmal überprüfen wollen (umgangssprachlich "abnehmen") weil er bei elektrotechnischen Laien nicht davon ausgehen kann, daß sie ordnungsgemäss ist, und alles, was er, weil verdeckt, nicht kontrollieren kann, bemäkeln, eine von einer Elektrofirma installierte Anlage aber einfach aktivieren weil er dort davon ausgehen darf daß die ihr Handwerk verstehen.
Natürlich darf man an seiner eigenversorgten Inselanlage ohne Verbindung zum Netz komplett alles selbst machen. Bei Öltanks sähe das anders aus, dort gilt seit August 2017 dass nur Fachbetriebe Arbeiten daran ausführen dürfen und eine neue Anlage abgenommen werden muss.
Nach Bränden ist eine http://de.wikipedia.org/wiki/Brandursachenermittlung üblich, bei Todesfällen wird natürlich ebenfalls ermittelt. Vom Zähler bis zur Steckdose gilt die DIN 18015-1 und VDE 0100-520. Das hilft dem Bastler natürlich nicht, denn er hat die Normen nicht und kann sie sich nicht kaufen, denn die sind so teuer, daß er dann gleich einen Elektriker beauftragen kann. So verhindert die krude deutsche Gesetzgebung nicht bloss gesetzeskonformes Verhalten der Bürger, sondern nimmt ihnen auch jede Möglichkeit, eventuellen Pfusch der beauftragten Elektriker zu erkennen. Die Kaste schützt sich selbst vor Konkurrenz und Kritik.
VDE 1000-10:2009-01 Anforderungen an die im Bereich der Elektrotechnik tätigen Personen und BG-Vorschrift DGUV Vorschrift 3 gilt im Privatbereich nicht.
Seit 2002 (dank EU) sind studierte Elektrotechniker, egal ob Bachelor oder Dipl.-Ing., egal ob FH oder Uni, genau so wie staatlich geprüfte Techniker bereits durch ihren Abschluss Elektrofachkraft nach DIN VDE 1000-10 Abschnitt 5.2 und zum Eintrag in die Handwerksrolle als Meister berechtigt und somit auch zum Führen einer Firma mit Meisterzwang.
Um Arbeiten an einer mit dem Netz verbundenen Elektroinstallation durchführen zu dürfen, musst du nicht wegen dieses Gesetzes sondern wegen der TAB im Installateursverzeichnis des Netzbetreibers eingetragen sein. Dazu sind drei Jahre Berufserfahrung nachzuweisen. Ohne die kann man den Sachkundenachweis für den Anschluss elektrischer Anlagen an das Niederspannungsnetz per TREI Prüfung nachweisen
man sollte zuvor an dem 80-stündigen TREI Lehrgang teilgenommen haben und bitte nie auch an unlogischen Stellen meckern sonst fällt man durch.
> Darf man als Mieter Lampen selbst anbringen und Herde anschliessen?
Nein. Man darf offiziell gar nichts machen, für das man ein Werkzeug (Schraubendreher) benötigt (selbst dann, wenn es inzwischen werkzeuglos zu verwendende Wago-Klemmen gibt), nur Glühlampen reindrehen und Stecker von Stehlampen reinstecken. Auch ein Küchenmonteur darf nicht einfach den Herd anschliessen und der Malermeister darf nicht die Lampen abnehmen und anbringen, sondern benötigt dazu eine besondere Ausbildung und Erlaubnis die ihn zu einer 'elektrotechnisch unterwiesenen Person' für diese Arbeiten macht.
Und wenn man hört, wie viele Leute bereits Probleme mit so einfachen Arbeiten haben "aus der Decke kommen nur 2 Leitungen, wo kommt Erde des Lampenschirms dran", "meine Herdplatten glühen seit dem ich in der neuen Wohnung bin und den Herd selbst angeschlossen habe", "meine eine Deckenlampe geht nicht, die andere im Zimmer funktioniert, aber dort waren 4 Kabel von denen ich nur 2 verwenden musste", ist das auch gut so.
Die DIN 18015-2 definiert die Mindestausstattung für elektrische Anlagen in Wohngebäuden. Darüber hinaus beschreibt die Richtlinie RAL-RG 678 die Standardausstattung und die Komfortausstattung. Altgebäude (Bestandsschutz) müssen die aktuellen Bestimmungen nicht einhalten, bei vermieteter Wohnung muss die Installation allerdings einen E-Check bestehen, d.h. nach damaligem Stand in Ordnung sein. Allerdings kann der Mieter auch bei einer uralten Wohnung "einen Mindeststandard erwarten, der ein zeitgemäßes Wohnen ermöglicht, hierzu gehört die Bereitstellung einer Stromversorgung, so dass zumindest ein größeres Haushaltsgerät wie Waschmaschine oder Geschirrspülmaschine und gleichzeitig weitere haushaltsübliche Elektrogeräte wie etwa ein Staubsauger in der Wohnung benutzt werden können. Eine derartige Ausstattung einer Wohnung wird unabhängig vom Baualter des Gebäudes oder einer Modernisierung der Wohnung allgemein erwartet" sagt das BGH.
> Ist das verzinnen von Litzenkabelenden nicht inzwischen verboten?
EN60598-1. 5.2.13 sagt zur inneren Verdrahtung von Leuchten: Die einzelnen Litzendrähte dürfen aus hauchdünn verzinnten Kupferdrähten bestehen aber diese Litzen dürfen nicht durch Zinn weiter zusammengelötet werden (verzinnen des Litzenendes), ES SEI DENN man hat Kaltfluss-Lockerung verhindert (wie es in Federklemmen der Fall ist. Dort ist es also erlaubt). Bei Schraubklemmen ist verzinnen explizit verboten. Eine erlaubte Form findet sich in Bild 28 der EN60589-1: Nur ganz am Ende des Abisolierten verzinnt damit die Litze nicht aufspleisst, aber festgeschraubt dort wo die Litzen noch einzeln frei liegen, also festgeschraubt dort wo kein Zinn ist.
> Warum sind in Hausinstallationen Herdzuleitungen mit 2.5mm2 zu verlegen,
> obwohl die Tabelle für 3 x 16A Dauerstrom 1.5mm2, zumindest für eine
> Umgebungstemperatur bis 30 GradC, für ausreichend hält?
Weil nach DIN 18015 Teil 1 die Herdzuleitung auf eine Belastbarkeit von 20 A auszulegen ist, und dafür reichen halt keine 1.5mm2. In dementsprechend gebauten Häusern kann man also den Sicherungsautomaten von 3 x 16A auf 3 x 20A aufrüsten wenn ein Herd kommt, der das benötigt. 2.5mm2 ergibt bei der meist einzigen Drehstromleitung im Haus bei 16A auch eine erlaubte Umgebungstemperatur von 40 GradC, wie es die 1-phasigen Unterputzleitungen bei 1.5mm2 ebenfalls erlauben. In Luxemburg beispielsweise legt man 10A für Lichtstromkreise mit 1.5mm2, 16A für Steckdosen mit 2.5mm2. In England eine Ringleitung in 2.5mm2 für 32A. Häufung kann man in Wohngebäuden nach der DIN außer acht lassen, daran liegt es also nicht.
Schuko-Steckdosen müssen laut DIN VDE 0620 mit maximal 16A abgesichert sein. Man kann aber auch welche kaufen (z.B. billiger Ramsch aus Frankreich), die nur 10A aushalten, also Vorsicht ! In Dänemark darf man Stromkreise mit mehr als 1 Schuko-Steckdose nur mit 10A absichern, ist nur eine Steckdose am Stromkreis darf die mit 16A abgesichert sein. Steckdosen bis 20A müssen bei Neuinstallationen mit einem 30mA FI gegen Fehlerströme abgesichert sein. Das gilt nicht für Festanschlüsse wie Herd oder Durchlauferhitzer oder 32A CEE. Und beim Schwimmbad oder Whirlpool gilt:
> Mein Waffeleisenzuleitungskabel hat nur 0.5mm2, ist das nicht verboten?
Nach DIN EN 60335-1 "Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke - Teil 1: Allgemeine Anforderungen" und Produktnorm (Typ C) DIN EN 60335-29 "Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke - Teil 2-9: Besondere Anforderungen für Grillgeräte, Brotröster und ähnliche ortsveränderliche Kochgeräte" gelten für die flexiblen fest mit dem Gerät verbundenen Anschlussleitungen folgende Vorgaben:
Bemessungsstrom: maximale Länge Querschnitt bis 0.2A: 2m 0.1mm2 bis 3A: 2m 0.5mm2 bis 6A: 0.75mm2 bis 10A: 1mm2 (bis 2m 0.75mm2) bis 16A: 1.5mm2 (bis 2m 1mm2) bis 25A: 2.5mm2 bis 32A: 4mm2 bis 40A: 6mm2 bis 63A: 10mm2Daher sind viele Gerätezuleitungen nicht über 2m lang. Im KFZ galten folgende Querschnitte und Leitungslängen:
Schutzleiterquerschnitt:
Weiter werden in der VDE für Potentialausgleichsleiter noch Minimal und Maximalwerte angegeben:
> Warum gibt es keine Eurostecker und Konturenstecker zum selber-anschliessen
> zu kaufen (ausser manchem Eurostecker "nur für Export" ohne CE)?
Weil es genügend Deppen gab, die den Stecker an ein Schutzklasse I Gerät angeschraubt haben und den Schutzleiter einfach nicht angeklammt haben. Daher gibt es nur fertig konfektionierte Kabel (was übrigens das Problem nicht löst, da nur 2 Leitungen im Gerät ankommen lässt der Depp eben die Schraube zur Erdung des Gehäuses unbelegt), tausch also das ganze Kabel.
> Mein Bad hat keine Steckdose, darf ich dort eine Feuchtraumsteckdose anbringen?
Im Haushalt sind Bad und Küche im Gegensatz zum unbelüfteten unbeheizten Keller keine Feuchträume, es gibt aber Installationszonen in denen bestimmte Anforderungen gelten (z.B. keine Steckdose anbringen). In ein Bad gehört eine mit einem FI abgesicherte Schukosteckdose. Stegleitungen sind dort auch unter Putz inzwischen verboten.
> Warum darf man an einen Auslass einer Deckenleuchte keine Schukosteckdose
> anschliessen?
Vorausgesetzt, der Deckenauslass hat überhaupt einen Schutzleiter: Weil Lichtstromkreise i.A. nur für 10A ausgelegt sind (siehe oftmals Aufdruck im Lichtschalter) und eine 16A Absicherung nur erlaubt ist, weil beim Anschluss einer Lampe diese als fest installiertes Gerät aufgefasst wird bei dem der Elektriker die Einhaltung der maximal 10A im Gesamtstromkreis zu überprüfen hat. Daher reichen in der Lampe auch Lüsterklemmen für 2.5A oder 4A trotz höherer Absicherung, weil alle in die Fassung passenden Glühbirnen einfach nicht mehr Strom erlauben.
Knebellichtschalter schaltet man nach oben ein, das entspricht IEC 60447 bzw. VDE 0196:2004 "Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnittstelle, Kennzeichnung - Bedienungsgrundsätze" Abschnitt 5.1.1. Abhängigkeit entsprechend der Betätigungsrichtung eines Bedienteils. Eine Zunahme des Sollbetriebszustands sollte erfolgen, wenn das Bedienteil betätigt oder bewegt wird in Richtungen
Aber Wippenschalter werden normalerweise so eingebaut, daß sie bei Druck auf die untere Wippenhälfte eingeschaltet werden, so dass sich auf der oberen Wippenseite in der normaleren Aus-Stellung kein Staub sammelt. Schutz vor herunterfallenden Teilen ist bei ihnen (angeblich) nicht nötig.
Das Anschliessen oder Verbinden von elektrischen Leitern geschieht nur mit GENORMTEN Klemmverbindungen, das wird von VDE 0100-520, Abschnitt 526.5 gefordert. So müssen folgende Verbindungsmaterialien ausgewählt werden:
Auch Wago Klemmen können gammeln: http://www.oldskoolman.de/bilder/technik-und-bau/elektrik/verschmorte-steckklemmen/ https://www.youtube.com/watch?v=2uYD8e7idnY Immerhin dürfen Wago-Klemmen nach dem lösen wieder verwendet werden: http://www.wago.de/media/3_branchsolution/building_2/Dosenklemmen_4-2011.pdf
Löt- und Schweissverbindungen müssen "fachgerecht" ausgeführt werden, das heisst die mechanische Befestigung der beiden Drähte aneinander darf nicht nur durch das Lot erfolgen, sie sind also nicht per se verboten. VDE 0100-520, 526.2 sagt: "Lötverbindungen in Leistungsstromkreisen sollten vermieden werden." Hat man aber keine GENORMTE Klemmverbindung, muss man sogar löten oder schweissen. Starrdrähte wie NYM darf man mit Stossverbindern verpressen (beispielsweise für ein Flicken unter Putz), aber nur mit der passenden Crimpzange (6-eckig) und nur die unisolierten Stossverbinder, die man dann einzeln mit Schrumpfschlauch isolieren muss, mit einem weiteren Isolierschlauch aussenrum, und mit dem Isolationsmessgerät prüfen muss.
Für den e-Check nach DIN VDE 0100-600/0413 benötigt man solche Messgeräte, die Schleifenimpedanz, FI und Isolationsspannung messen können:
earth leakage nach amerikanischen Vorgaben misst man mit
+---1k5/10W---+
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PE --+--0.15uF/X2--+--> Probe (auf alle berührbaren Metallteile)
| |
+-----(V~)----+ (muss kleiner 0.35V~ anzeigen sonst fail)
> Warum kann man bei klassischer Nullung keinen FI Fehlerstromschutzschalter Das Problem ist nicht, daß der FI Fehlerstromschutzschalter an so einer Installation nicht schützt, sondern das Problem ist, daß er ständig ungewollt rausfliegt, nämlich immer wenn ein Schutzklasse I Gerät (also eines mit Schukostecker) ungewollt etwas berührt, sei es die Heizung, ein Schuko-Gerät an einem anderen Nullleiter über die Abschirmung der Verbindungskabel gerade bei Audiokabeln, das feuchte Erdreich, und damit ist die Installation unbrauchbar.
Hat man jedoch fest installierte Stromkreise an denen nur Schutzklasse II Geräte hängen, also ohne Schuko, würde der FI auch ohne Schutzleiter helfen ohne zu stören, aber dort gäbe es keine Schuko-Steckdosen.
> Mein Haus hat 50A Sicherungen und dahinter einen 40A FI-Schutzschalter
"Wenn in der Verteilung nun schon eine 40-A-Vorsicherung je Außenleiter vorhanden ist, dann kann die Aufteilung und Absicherung der abgängigen Stromkreise ohne Bedenken mit den bei der Planung der elektrischen Anlage ermittelten Gleichzeitigkeitsfaktoren erfolgen." Der Gleichzeitigkeitsfaktor hängt von der Anzahl der abgehenden Stromkreise ab, 3 x 16A im EFH ist 0.8
> Darf man Litzenleitung unter Putz verlegen?
Im Prinzip ja, wenn der Mantel dafür zugelassen ist (beispielsweise verfügt H07RN-F über eine Ader und Mantelisolierung und ist nach der Vorgängernorm DIN VDE 0298 Teil 3 geeignet für Schutzklasse II. Bei mehr- und vieladriger Ausführung kann sie gemäß Tabelle 52 F ohne Einschränkungen verlegt werden. Damit ist sie auch für die Installation unter Putz verwendbar) und Aderendhülsen bei den üblichen Schaubklemmen verwendet werden. Allerdings sind Litzenleitungen historisch teurer und gammeln schneller weg. In Spanien müssen auch unter Putz Litzenleitungen (RV/U-1000 R2V) verwendet werden. Litzenleitungen dürfen jedoch nie als Blitzableiter (Potentialausgleich) verlegt werden, das Magnetfeld der 100000 Ampere drückt die Einzeladern explosionsmässig auseinander.
> Darf man 2 Stromkreise in einem gemeinsamen Leerrohr oder Kabel führen?
DIN VDE 0100-520 Abschnitt 521.6: Mehrere Stromkreise sind in einem Elektroinstallationsrohr zulässig, wenn alle Leiter für die höchste vorkommende Nennspannung isoliert sind und die Elektroinstallationsrohre ausreichende Querschnitte haben. DIN VDE 0100-520 Abschnitt 528.1.2: Bei Aderleitungen dürfen in einem Rohr nur die Leiter eines Hauptstromkreises und die Leiter eines zugehörigen Steuerstromkreises verlegt werden. DIN VDE 0100-520 Abschnitt 521.7.2.4: "In Elektroinstallationsrohren dürfen Aderleitungen mit anderen Kabeln oder Leitungen (beispielsweise NYM Mantelleitung) nicht gemeinsam verlegt werden" wurde GESTRICHEN !
Man darf also mehrere Mantelleitungen einziehen, und Einzeladern, aber nicht Einzeladern über die mehrere Stromkreise (leitungsschutzschalter) laufen.
In Leitungen und Kabeln ist die gemeinsame Führung mehrerer Hauptstromkreise zulässig, wenn eine Identifizierung der Stromkreise möglich ist z.B. durch Nummern auf den Leitern oder unterschiedliche Adernfarben.
Nach DIN VDE 0298-4, Tabelle 21 muss die Strombelastung bezogen auf die Verlegeart B1 bei zwei Stromkreisen auf 80 % reduziert werden, wenn der Gleichzeitigfaktor 1 beträgt.
Im Außenbereich darf eine Installation nur mit Leitungen und Kabeln, z. B. NYM oder NYY, erfolgen, nicht mit Einzeladern im Leerrohr. Verbindungsdosen müssen mindestens in der Schutzart IP X1 (geschützte Anlagen im Freien) oder IP X3 (ungeschützte Anlagen im Freien) ausgeführt sein.
> Darf man 2 Stromkreise durch Durchgangskästen oder Dosen legen?
Das Führen von ungeschnittenen Leitern durch gemeinsame Durchgangskästen oder Dosen ist zulässig, jedoch nicht, wenn davon ein Stromkreis an die eingebauten Steckdosen geführt ist.
> Darf man Elektroinstallationen werkzeuglos zugänglich haben?
Nein, jede Elektroinstallation muss in einem im stromführenden Teil nur durch Werkzeug zu öffnenden Gehäuse sitzen. Damit sind die billigsten Verteilerdosen aus Polyethylen mit aufschnappbarem Deckel UNZULÄSSIG, es sei denn sie sind an einer Stelle montiert die ihrerseits zugangsgeschützt ist. Kauft also ordentliche Verteilerdosen.
> Warum ist das Blechgehäuse meines neuen Sicherungskastens nicht geerdet?
Installationskleinverteiler oder Zählerplätze (im Sinne der TAB 2000 Abschn. 8 (1)) müssen gemäß VDE 0603-1 Abschnitt 4.1.1 schutzisoliert (Schutzklasse 2) ausgeführt sein. (Früher war das mal anders).
> Warum reichen die 10mm2 in alten Verteilern?
Sie reichen nicht immer. Zwar sind die üblichen Haushaltszuführungen i.A. für 63A Dauerstrom ausgelegt, aber die Verdrahtung nach dem Zähler unterliegt Einschränkungen: Der Zählerplatz mit einer internen Verdrahtung nach DIN 43870-3 (H07V-K 10qmm) ist für Folgende maximal mögliche Betriebsströme einsetzbar: a) ≤ 63 A bei haushaltsüblichen Bezugsanlagen und ähnlichen Anwendungen unter Berücksichtigung des Belastungsgrades und des Gleichzeitigkeitsfaktors nach DIN 18015-1. b) ≤ 32 A bei Erzeugungsanlagen und/oder Bezugsanlagen mit anderem Lastverhalten (z.B. Direktheizung, Speicher, Ladestationen für Elektrofahrzeuge), unabhängig von deren Einschaltdauer.
Der Zählerplatz mit einer internen Verdrahtung H07V-K 16qmm ist für folgende maximal mögliche Betriebsströme einsetzbar: b) ≤ 44 A bei Erzeugungsanlagen und/oder Bezugsanlagen mit anderem Lastverhalten (z.B. Direktheizung, Speicher, Ladestationen für Elektrofahrzeuge), unabhängig von deren Einschaltdauer. Bei Zählerplätzen mit Doppelbelegung beträgt der maximal zulässige Dauerstrom = 32 A. (Anlage einfeldrig 22A).
Zählerplatz nach neuer VDE-AR-N 4101 Ausgabe 2015: Dauerstrom 32A und 44A.
Und nicht mehr in Fluchtwegen installieren, also im Treppenhaus eines Mehrfamilienhauses.
> Nur der Schutzleiter muss grün/gelb seibn, die anderen Adern dürfen jede
> Farbe haben?
Neutralleiter müssen nach Abschnitt 514.3.1.Z1 von DIN VDE 0100-510 (VDE 0100-510):2007-06 durchgehend blau gekennzeichnet sein. In deren Anwendungsbereich also vorgegeben.
> Kann ich Ethernet in ein Leerrohr einziehen in dem schon 230V~ liegen?
Von: Max G. 15.01.2014
Der VDE sagt: wenn mehrere Leitungen zusammen verlegt sind, muss jede von ihnen alleine die Prüfbedingungen der höchsten auftretenden Spannung aushalten. Deswegen dürfen CAT7 und/oder Telefonleitung nicht im gleichen Rohr wie 230V verlegt werden, sie sind nur auf Schutzkleinspannung (< 50V) ausgelegt. Die KNX-Leitung mit 4 kV Prüfspannung dagegen darf mit 230V (in der Regel im NYM) in ein gemeinsames Rohr/Kabelkanal.
> Welche Symbole dienen der Dokumentation von Elektroinstallationen?
Strom als Wasserkraft:
Das Wasser-Analogon taugt gar als Erklärung der Maxwellschen Ausbreitung als Welle.
Von Humpfdidumpf 01.03.2014
Wasser ist ein bischen kompressibel. Davon hängt ja z.B. maßgeblich die Schallgeschwindigkeit ab, die wäre sonst unendlich. Die Druckwelle im Wasser kann sich auch nur mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. Dreht man den Hahn an einem 100m langen schon mit Wasser gefülltem Schlauch auf, kann frühestens nach 67ms am anderen Ende was herauskommen. Das aus dem Hahn kommende Wasser selbst braucht länger durch den Schlauch, so wie sich das Elektron im Leiter langsam bewegt, aber am Schlauchende kommt mit der Druckausbreitung schneller ein Wasserausfluss zu Stande. In der Praxis dauert es länger, weil der Schlauch bestimmte Eigenschaften hat. Eben ähnlich wie Verkürzungsfaktoren beim Kabel. Und auch die fliessende Menge stellt sich erst ein, wenn die Druckwelle durch hin und herlaufen sich an den Strömungswiderstand des Schlauchs angepasst hat, so wie der Stromfluss im Leiter zunächst nur nach dem Wellenwiderstand der Leitung und erst nach Auslaufen aller Reflektionen zum ohm'schen Widerstand passt.
Von: Daniel Fett und Uwe Hercksen
> Die Farbe des Stroms:
Von: Uwe Bredemeier
Nochmal zum Thema Ausbildung und Hausaufgaben:
Der Elektroniker als solcher ist ein sehr einsamer Mensch. Niemand versteht ihn. Er kann weder mit seiner Frau noch in seinem Freundeskreis, Stammtischrunde etc. über die Dinge reden mit denen er sich die meiste Zeit seines Lebens beschäftigt.
Er wird daher jeden der auch nur ein Fünkchen echten Interesses für sein Metier zeigt mit allen ihm zur Verfügung stehenden Mitteln unterstützen. Unterstützung bedeutet für ihn aber Vermitteln von soliden Kenntnissen und Fertigkeiten. Er ist ja nicht uneigennützig. Er möchte Kollegen und Freunde heranziehen die seine Interessen teilen.
Trifft der Elektroniker aber auf einen Menschen der, offensichtlich von Arbeitsamt und schnödem Mammon inspiriert, mit groben Stiefeln in seiner wundersamen Welt herumstapft wird er sich beleidigt in sein Schneckenhaus (= Werkstatt, Labor) zurückziehen.
Verstanden? ;-)
Von: Dave Barry "What is Electricity?"
But the greatest Electrical Pioneer of them all was Thomas Edison, who was a brilliant inventor despite the fact that he had little formal education and lived in New Jersey. Edison's first major invention in 1877, was the phonograph, which could soon be found in thousands of American homes, where it basically sat until 1923, when the record was invented. But Edison's greatest achievement came in 1879, when he invented the electric company. Edison's design was a brilliant adaptation of the simple electrical circuit: the electric company sends electricity through a wire to a customer, then immediately gets the electricity back through another wire, then (this is the brilliant part) sends it right back to the customer again.
This means that an electric company can sell a customer the same batch of electricity thousands of times a day and never get caught, since very few customers take the time to examine their electricity closely. In fact the last year any new electricity was generated in the United States was 1937; the electric companies have been merely re-selling it ever since, which is why they have so much free time to apply for rate increases.
Kindersicherung:
Früher konnte ein Kind eine Stricknadel in ein Loch der Steckdose stecken und wenn es dabei zufällig (50%) Phase erwischt hat und auch noch auf einem leitfähigen Untergrund saß, an einem Stromschlag sterben. Daher hat man einen FI-Schalter (RCD) eingebaut, der bei so einem Fehlerstrom abschaltet. Man bekommt dann zwar noch einen Schlag, stirbt aber hoffentlich nicht. Heute gibt es praktisch überall einen FI. Nun produzieren Steckdosenhersteller eine Kindersicherung, die aus einem Schieber besteht, so dass man an die Kontakte der Steckdose nicht herankommt, wenn man nicht in beide Löcher gleichzeitig etwas hineinsteckt. Kinder sind nicht doof und nehmen zwei Stricknadeln. Nun ist es nicht mehr Zufall, hilft kein isolierender Boden aus PVC, sondern heute bekommt das Kind die volle Breitseite von der linken Hand über das Herz in die rechte Hand und der FI kann auch keinen Fehlerstrom mehr feststellen, er schaltet nicht ab und bietet keine Sicherheit, sondern nur eine vorgetäuschte. Autsch!
Logikfamilie in Bavarium-Technologie:
Von: Ulrich Trettner
... und paßt mir ja auf die Elektronen auf ...
Von: Lars Mueller
Bau die Schaltung halt so, daß sie funktioniert.
Von: Bert Braun
Früher gab es den Begriff der "eleganten Lösung": Die war dann gegeben, wenn mit minimalem Zeit- und Kostenaufwand die bestmögliche Lösung erzielt wurde. Bei den heutigen Schlipsträgern und Anzugständern ist genau das aber nicht erwünscht, kostet es doch Monate satten Gehalts, wenn ein Problem vorzeitig und womöglich zur Zufriedenheit des Auftraggebers gelöst wird. Unser Land lebt mittlerweile davon, Probleme zu züchten und zu verwalten, anstatt sie erfolgreich zu lösen.
Gefälschte Bauteile:
Alte 2N3055 hielten mehr aus als Neuere ab 1970. Gab es damals auch schon Fälschungen? Quasi, es gab 2N3055 in einem anderen, billigeren Verfahren, epitaxial statt Mesa (hometaxial), sogar vom Originalhersteller (RCA). Als das auffiel, stempelte man die guten als 2N3055H. Motorola(OnSemi) stempelte aber einfach auch die epitaxialen 2N3055H, die guten hiessen 2N3055A bei denen. Besser kauft man also KD503, robustere Ostblockware ohne Fälschungen.
Wer für Fälschungen Gehäuse öffnen möchte, muß nicht zu heisser Salpetersäure greifen, es gibt http://www.gesswein.com/p-5097-attack-epoxy-solvent.aspx eine Mischung aus Dichlormethan und Dimethylformamid. Sicherheitdatenblatt findet man unter 'Attack.pdf'. Allerdings muss man das Gehäuse abfräsen bis nah ans Die, Attack löst keine dicken Schichten in endlicher Zeit auf. Oder man schickt den Chip in ein failure analysis lab wie http://www.eag.com/locations/north-america/irvine-ca/ und bekommt in ein paar Tagen für 50 US$ den ausgeätzten Chip zurück.