Bauteiltipp: Polyswitch, selbst rückstellende Sicherung

Polyswitch_800Jeder Mensch, der sich mit Elektronik in irgendeiner Form auseinandersetzt, kennt die Notwendigkeit von Sicherungen. Sie sind sozusagen gewollte Sollbruchstellen, welche beim Überschreiten einer bestimmten Vorgabe einen Vorgang oder eine Funktion unterbrechen. In der Regel wird in elektrischen Anlagen ein bestimmter Maximalstrom vorgegeben, der in der Einrichtung fließen darf. Wird dieser überschritten, muss abgeschaltet werden.

Gerade bei den im Modellbau und der Kleinleistungselektronik vorkommenden Anwendungen, sind große Ströme über  2-3 Ampere eher selten, dieser Beitrag hier gilt in diesem Szenario, Hausanschlüsse und Kernkraftwerke werden nicht berücksichtigt ;-)

Besonders ärgerlich ist es meist, wenn ein nachvollziehbarer Kurzschluss auftritt, der keinen Systemfehler darstellt, sondern durch Fehlbedienung im weitesten Sinne geschieht. Metallgegenstände, die versehentlich über Akkuanschlüsse gelegt wurden, Modelllokomotiven die so ungünstig entgleisen, dass ein Kurzschluss entsteht, es gibt reichlich Situationen, in denen ein zu hoher Strom fließen kann. In komplexeren Systemen kann hier eine intelligente Elektronik helfen, welche einen Überstrom feststellt und Gegenmaßnahmen ergreift, bei einfachen Anwendungen, begrenztem Platzangebot oder schlicht zu hohen Kosten scheidet diese Möglichkeit oft aus. Schmelzsicherungen sind auch kein Allheilmittel, der Aufwand für einen Austausch steht häufig in keinem Zusammenhang zur Fehlerursache.

Hier nun kann der Polyswitch gute Dienste leisten. Im Prinzip ist er ein PTC, ein Widerstand, der mit steigender Temperatur seinen Widerstandswert erhöht. Ich will hier nicht auf die Details zu dieser Bauteileart eingehen, dass findet sich u. a. auch bei Wikipedia.

Es gibt die Polyswitches mit Auslösewerten von einigen Milliampere bis hin zu einigen Ampere, neuerdings auch mit Spannungsverträglichkeit bis 230V, gängig sind allerdings derzeit die Varianten bis ca. 60V. Bei (zu) hohem Stromfluss erwärmen die Switches sich und werden bei erreichen eines bestimmten Wertes hochohmig (nicht lienar), praktisch wird der Verbraucher somit nicht mehr oder nur mit einem sehr geringen Strom versorgt. Sinkt nun die Temperatur, wird der Polyswitch wieder niederohmig, die Schaltung kann erneut arbeiten, die Sicherung hat sich quasi zurückgestellt. Ist der Fehler noch vorhanden, kommt es recht schnell zur Wiederholung des Vorganges. Im Alltag kann man dieses Verhalten auch zum Schutz vor Überhitzung einsetzten, die Wirkung ist gleich.



Nachteilig ist natürlich, dass dies keine schnelle Abschaltung ermöglicht. Zum Schutz vor Überlastung an (Modell) Motoren, Lokdecodern, Akkus oder sonstigen Bauteilen, welche eher durch längeren ‘Missbrauch’ aufgeben, aber eine praktische Sache! In Schaltungen, welche sehr sensibel auf geringe Stromänderungen reagieren muss unter Umständen berücksichtigt werden, dass sie in kaltem Zustand einen geringen Widerstand von ca. 0,2 Ohm besitzen, abhängig auch von der Umgebungstemperatur. Im Alltag setze ich sie z. B. vor den Lokmotoren am Decoderausgang ein, da es trotz angeblichem Überlastschutz immer wieder mal Fälle von durchgebrannten Decodern bei blockierten Motoren gibt. Selbst bei Lokomotiven, welche sehr präzise eingestellt bzw. eingemessen wurden, habe ich bisher keine feststellbaren Unterschiede im Fahrverhalten bemerkt. Zur Anwendung kommen in dem Falle meist 1000 mA Polyswitches. Sie sind tolerant genug, beim Anfahren auch schwerer Züge nicht gleich abzuschalten, trennen aber sehr gut bei anhaltender Überlast.

FusecheckRecht elegant ist daneben auch die Möglichkeit, eine LED samt Vorwiderstand ‘über’ der Sicherung anzubringen.

Löst der Polyswitch aus, fällt die komplette Spannung an seinen Anschlüssen ab und die LED signalisiert die Überlast. Klappt im Prinzip bei jeder Sicherung, man muss natürlich auf die anzutreffenden Spannungen achten und auch darauf, dass der Leuchtdiodenstrom allein nicht schon ausreicht, um die Schaltung vielleicht doch zu aktivieren. Vorsicht eben! Natürlich ginge auch ein Optokoppler, der wieder einen Transistor oder Controller oder… lassen wir das :mrgreen:

 

Passend dazu noch etwas Werbung, die Polyswitches gibt’s natürlich auch bei Reichelt ;-) In der jeweiligen Produktbeschreibung finden sich auch die Datenblätter, für einen präzisen Einsatz das A und O!

Polyswitch – Haltestrom 1100 mA


Polyswitch – Haltestrom 500 mA


Polyswitch – Haltestrom 250 mA


 

Hantek 6022BE USB Digital Oszilloskop II.

Hantek 6022BE USB Digital OszilloskopHeute bin ich mal in den Genuss gekommen, das “Hantek 6022BE USB Digital Oszilloskop” für einige problematische Messungen zu benötigen.  Bisher waren die meisten Anwendungen, welche ich auf dem Tisch hatte, eher im niedrigen KHz-Bereich angesiedelt, heute spielen Signalimpulse im 1-5µs- Bereich eine Rolle.

Hantek_Screen_1

Obendrein werden die Impulse nur unregelmäßig und eher selten generiert, meine analoger Pedant ohne Speicher ist an dieser Stelle nutzlos. In den Momenten, in denen auf dem klassischen Oszilloskop das Signal erkennbar dargestellt wurde, entsprach es aber dem Bild, welches auch vom 6022BE generiert wird.

Natürlich ist es schwierig etwas über die Qualität der Messungen bzw. Darstellung zu schreiben, wenn man keine Kontrolle dieser vornehmen kann, da die Schaltung aber erfolgreich abgeglichen werden kann, dürften die angezeigten Signale O.K. sein, zudem sie dem entsprachen, was ich erwartet hatte.

Da zu meinem ersten Artikel zum Gerät viele Fragen aufkamen, ob sich der Kauf denn gelohnt hat, nun mal eben dieser Zwischenbericht.

Ich hatte weder Probleme mit der PC-Anbindung noch mit der Software an sich, dass Triggern einzelner Impulse hat gut funktioniert, ebenso kontinuierliche Messungen. Der genutzte PC arbeitet unter Windows 7/64 Bit mit 4GB Ram und einem AMD X2 2,5 Ghz Prozessor, dass Hantek ist mit einem USB-2 Hub verbunden, hauptsächlich um sicherzustellen, dass genügend Strom zur Verfügung steht. Ebenso kommt es an meinem alten Amilo A CY26 zum Einsatz, auch mit dem dort genutzten XP hat alles auf Anhieb funktionert. Hier muss aber gesagt werden, dass der Betrieb nur an einer USB-2 PC-Card mit zusätzlicher Stromversorgung sinnvoll ist, die internen USB-Ports des Amilo sind nur noch für die Maus zu gebrauchen. Naja, und die Geschwindigkeit dieses Methusalems ist eben nicht mehr so dolle ;-)

Nochmal mein Fazit: Für den Preis für’s Scope alles im grünen Bereich!

 



 

Berechnung LED Vorwiderstand

OK, offensichtlich gibt es Bedarf… ;-)

Grüne LED

Vorweg, eine LED sollte IMMER einen Vorwiderstand haben! Ich weiß, das es auch z.B. Fernbedienungen gibt, in denen die Sende IR-LED direkt über einen FET an der Betriebsspannung hängt. In diesen Fällen ist einfach der Innenwiderstand der Batterie ausgenutzt worden oder der RDSon des FET’s. Trotzdem keine ‘saubere’ Lösung…

Also gehen wir mal von folgendem Schaltbild aus:
Einfache LED Schaltung mit VorwiderstandEinfacher LED Anschluss mit Vorwiderstand

 

 

 

Hat man keine eindeutigen Daten zur LED zur Hand, kann man von folgenden Kerndaten ausgehen:

  • Blau Weiß:         3V, max. 20mA
  • Rot, Grün,Gelb:  2V, max.20mA

Mir ist klar, das es nicht immer genau 2V oder 3V sind, aber da man ohnehin meist auf einen Standardwiderstand einer E-Reihe zurückgreifen muss und diesen immer eine Stufe über dem berechneten Wert nehmen sollte wird, kommt das auf ‘nen Schnapps’ nicht an! Ich empfehle ohnehin, nur mit 10-15 mA zu rechnen, das schont die Stromquelle (spart Energie! ;-) ) und man ist eben auf der sicheren Seite!

Ebenso sind moderne LEDs hell genug, man muss sie nicht immer am Limit betreiben. Wenn man wirklich alles herausholen möchte, ist das Datenblatt zur LED Pflicht! Hier im Beispiel gehe ich aber von normalen 3 bzw. 5mm LEDs aus!

Wobei ich für den schnellen Einsatz mit folgenden Werten immer klar gekommen bin:

  • -5V    220R
  • -12V  560R
  • -24V 1500R

OK, zum Rechnen :-)

Man nimmt die Betriebsspannung, zieht den zu erwartenden Spanungsabfall der LED ab und Teilt das Ergebnis durch den max. Strom -> U=R*I

Darauf achten, das man richtig mit den Kommastellen umgeht! 1Ampere = 1000mA.

Beispiel mit 12V, 2V LED Spannung und 15mA LED Strom:

12V-2V = 10V (Die sollen am Vorwiderstand abfallen!)

10V:15mA = 666,6 Ohm

Im Taschenrechner ist aber 10:0,015 einzugeben, die 0,015 sind 15mA (in Ampere!)

nächstliegender Wert in z.B. der E12 Reihe wären 680 Ohm.

 


Elektronische Lasten am Mikrocontroller / Offener Kollektor / Transistor als Schalter

Foto-AmpelImmer wenn ich einen Beitrag zum Mikrocontroller (wenn der eine größere Last schalten muss) schreibe, kommen Anfragen zum ‘womit und wie?’. Im Prinzip bediene ich mich aber immer der gleichen Schaltung, nur mit angepassten Bauteilen.

 

Die meisten Controller arbeiten irgendwo zwischen 2,5 und 5V. Pro Pin sind meist weniger als 20mA maximaler Strom möglich, induktive Lasten sind auch so eine Sache. Wird ein ganzer Port benutzt, kann es noch enger sein. Meist kann dieser, i. d. R. 8 Ausgänge, nur mit max. 40mA belastet werden, diese müssen auf die einzelnen Pins verteilt werden. Einige LEDs kann man so vielleicht noch direkt über einen Vorwiderstand ansteuern, spätestens bei Motoren oder zahlreicheren Leuchtdioden ist aber Schluss. Hilft also alles nichts, es muss ein Verstärker eingesetzt werden, im einfachsten Fall ein Transistor. Um es nicht unnötig kompliziert zu gestalten halte ich mich in diesem Beitrag an die einfachsten Formen, sicherlich sind noch etliche Verfeinerungen möglich.

Hier und hier habe ich ja schon ein paar Worte zum Transistor auf das virtuelle Papier gebracht, die dort beschriebenen Vorgänge sind Grundvoraussetzung zum Einsetzen der folgenden Schaltungsform.


Ich nehme mal folgendes als gegeben an:

  • Betriebsspannung 12V DC.
  • zu versorgender 12V / 0,5A Motor, nur in eine Richtung laufend.
  • Ein beliebiger Mikrocontroller, der mit 5V versorgt wird, welche angenommen bereits vorhanden sind.
  • Maximaler Ausgangsstrom des Controller 20mA.
  • Ein NPN-Transistor mit B=100 und max. 1,5A Belastbarkeit (BD139 o. ä.).

Realisiert werden soll eine Schaltung, die bei einem ‘H’-Pegel am Kontrollerausgang den Motor startet, bei ‘L’ soll er eben einfach wieder stehen bleiben.
µC-Treiber--Im Bild die Prinzipschaltung.

+12V zum Motor, diese werden bei ‘H’ am Controllerausgang (und somit der Basis des Tranistors) über den Motor nach GND durchgeschaltet – der Motor dreht sich. Die Freilaufdiode (rot) dient dazu, induzierte Spannungen vom Motor kurzzuschließen. Bei rein ohmschen Lasten wie LEDs oder ähnlichem braucht man sie nicht. Es genügt in diesem Falle übrigens eine Standard 1N400X oder ähnliches, bei höheren Strömen/Spannungen/Frequenzen kann etwas spezielleres erforderlich werden.

Besonderes Augenmerk liegt auf R1 bzw. R2.

R1

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass es Umstände gibt, unter denen es besser ist, die Basis eines Transistors sicher auf Masse bzw. GND zu legen. Der Wert ist nicht kritisch, es soll ja auch nicht unnötig viel Strom vom Controller geliefert werden müssen. Es geht eben darum, das im ‘L’-Zustand des Controllerausganges die Basis vom Transistor auf GND liegt damit er nicht durchschalten kann. Im Alltagsgebrauch bin ich mit 10-100k gut ausgekommen.

R2

Sein Wert ist  abhängig vom B (Verstärkungsfaktor) des Transistors. Ist ‘B’ im Datenblatt nicht zu finden, auch mal nach ‘hFE’ sehen. Sinnvollerweise sollte der Transistor so weit aufgesteuert werden wie möglich. Man möchte ja die Energie optimal im Motor umsetzen, nicht in der Schaltung. Ausgehend von +5V am Controllerausgang bei “H” und einer UBE von 0,7V stehen 4,3V an der Basis des Transitors zur Verfügung. Der Motor will 500mA an Strom, dies ist also das Minimum, was fließen soll. Es wäre allerdings Unsinn, jetzt den Stromfluss auf den Motorstrom zu begrenzen, die Spannung UCE würde ja auch wieder unnötig ansteigen und der Motor als Verbraucher bestimmt in diesem Fall sowieso den maximalen Strom. Um nun den minimalen Basisstrom zu errechnen, muss der Strom den der Controller liefern soll mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert werden.

Soll also heißen:

Ich will min. 500mA für den Motor, besser ohne Begrenzung.

Der Transistor verstärkt x100, also müssen min. 5mA vom Controller kommen.

U=R*I -> die oben errechneten 4,3V / 5mA = 860 Ohm

Die ist also der maximale Wert, den der Widerstand R1 haben darf. Da aber der Transistor voll offen sein soll, muss der Basistrom noch höher sein. In diesem Falle spricht man im Allgemeinen vom Übersteuern, es wird mehr Basisstrom zugeführt, als für ein komplettes öffnen nötig wäre, z. B. +200%, also das Doppelte. Hier ist ein Blick ins Datenblatt des Transistors unerlässlich! Einmal für den Verstärkungsfaktor, zum anderen für den maximal zulässigen Basisstrom, ruinieren will man das Bauteil ja auch nicht. In der Praxis nehme ich immer einen Wert zwischen 220 und 470 Ohm, hat bisher funktioniert. Wichtig ist auch, dass der Transistor bei Übersteuerung langsamer wird. Das kann man aber getrost vernachlässigen, wenn man sich nicht im MHz Bereich bewegt. Bei allem, was das Auge erfassen kann allemal.

Ist (bei kleineren Strömen) der maximale Stromfluss erreicht, kann es sogar möglich sein, den Transistor ohne zusätzliche Kühlung zu betreiben. Bei den Universaltypen liegt die UCE übersteuert so um die 300mV. Fließen nun wirklich nur 500mA Motorstrom, sind das nach P=U*I 500mA*300mV= 150mW.

Dieser Schaltungstyp (Open Collector) eignet sich für sehr viele Anwendungen, in denen mit kleinem Steuersignal eine größere Last geschaltet werden soll. Man kann das ganze noch verbessern, indem statt des Transistors ein FET eingesetzt wird oder mit einer Brückenschaltung auch eine Umpolung ermöglicht oder ein Special-IC einsetzt oder, oder, oder… Die Frage ist einfach, wie viel Aufwand man für ein bestimmtes Ziel treiben möchte. Um ein paar LEDs blinken zu lassen, würde ich so simpel wie möglich planen, wenn Geschwindigkeit oder Präzision gefragt ist, entsprechend aufwändiger.

Fazit:

So ganz einfach kann ich das alles auch nicht beschreiben. Aber wenn man sich in den üblichen Hobbyanwendungen bewegt, führen ein BD139 oder BC548 (bei kleinen Strömen), R1=10k, R2=220 Ohm und bei Motoren eine 1N4007 als Freilaufdiode eigentlich immer zum Ziel. Bezogen auf 5V am Controller und 12V Versorgungsspannung für die Last. Evtl. möchte ein Motor auch noch einen Kondensator an seinen Anschlüssen sehen. Sollen LEDs angesteuert werden, die entsprechenden Vorwiderstände nicht vergessen, wie überhaupt natürlich darauf achten, dass Bauteile immer innerhalb ihrer Spezifikationen eingesetzt werden. Und wie immer VORSICHT bei elektrischen Basteleien bzw. wenn man experimentiert! ;.-)


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik

SCHUKO – Steckdose und USB-Ladestation in einem – Gadget | TecChannel.de

Das ist mal eine sinnvolle Idee:

SCHUKO – Steckdose und USB-Ladestation in einem – Gadget | TecChannel.de.

Leider ist ja die aktuelle Entwicklung der Technik oft wesentlich schneller, als das die klassische Elektroinstallation in Wohnungen und Häusern wirklich folgen könnte, einen Neubau würde ich nicht bei jeder Steckdose damit versehen wollen.

Für rund 35€ ist aber der Ordnung halber vielleicht die Anschaffung von 2-3 Dosen eine Überlegung wert. Im Bad oder hinter dem Kühlschrank wird man ja wahrscheinlich eher keinen USB Anschluss benötigen ;-) Allerdings wären 700 mA max. Strom für mein Tablett zu wenig, um gleichzeitig laden und arbeiten zu können. Für viele MP3 Player oder Telefone sollte das aber ausreichen.

Die Idee finde ich jedenfalls gut.

 

 


Repairmyphone.de


 

LTC4120: Drahtloser 400-mA-Energieempfänger – ELEKTOR.de | Elektronik

Interessantes Bauteil:

LTC4120: Drahtloser 400-mA-Energieempfänger – ELEKTOR.de | Elektronik

Habe mich mit dieser Thematik auch noch nicht umfassend beschäftigt, aber gerade im Hinblick auf die Akkuladung z.B. beim Car-System der Modellbahn vielleicht eine guter Ansatz.

Hier noch der Link direkt zum Bauteil bei “linear.com”.

 


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik


 

Was Sie schon immer über Lithium-Ionen-Akkus wissen wollten – Elektronikpraxis

akku_lithium_nimh_artikelbildDie Themen Akkutyp und Ladung können Bücher füllen. Neben dem Anwendungsbereich entscheiden auch die Lademöglichkeiten und der zur Verfügung stehende Platz maßgeblich über den zu verwendenden Akkutyp. Ich selber nutze bislang immer noch NiMH Akkus für meine Car System Autos. Dies hat aber eher den Grund in der Tatsache, dass ich für die klassischen Antriebstechniken nur 1,2V brauche und bei brauchbarer Zellengröße mehr Kapazität zur Verfügung steht, bisher jedenfalls. Ein Spannungswandler ist eben meist besser in ein Modell einzubauen als ein größerer Akkupack. Nebenbei sind NiMH Zellen aktuell doch teilweise wesentlich preiswerter.

Jedenfalls gibt es bei ‘Elektronikpraxis’ einen lesenswerten Artikel, der sich mit dem Thema Lithium-Ionen Technologie auseinandersetzt:

Was Sie schon immer über Lithium-Ionen-Akkus wissen wollten – Elektronikpraxis

Zugegeben, schon beim Einbau weißer LEDs in ein Modell, kann der Einsatz von Lithium-Ionen Akkus sinnvoll sein, immerhin wollen diese Leuchtdioden rund 3V Betriebsspannung sehen. Kommen dann noch blaue LEDs (die ja im selben Spannungsbereich werkeln) dazu, weil irgendwelche Lichteffekte realisiert werden sollen, ist der Lithium Akku schon fast Pflicht.


Westfalia - das Spezialversandhaus

Maximal mögliche Spannungserhöhung mit Boost-Schaltreglern – Elektronikpraxis

Step Up Wandler KK34063A

Gerade in Zeiten, in denen viele Geräte mit kleinen Spannungen arbeiten kommt man schnell in die Verlegenheit, zum Ansteuern einer weiteren Technologie sehr viel Aufwand betreiben zu müssen, wenn diese mit einer höheren Spannung versorgt oder angesprochen werden will. Natürlich kann man diese mit einem eigenen Netzteil versorgen und ist somit unabhängiger von der Peripherie. Oft ist es aber einfacher in ein Projekt gleich die Möglichkeit einzufügen, die benötigte höhere Spannung gleich mit zu erzeugen.  ‘Elektronikpraxis’ hat sich in einem Artikel mal mit einigen Aspekten der “aus wenig Spannung mach viel” Thematik von Boost Schaltreglern auseinander gesetzt:

Maximal mögliche Spannungserhöhung mit Boost-Schaltreglern.

Ich selber habe lange Zeit einen Bogen um alle schaltenden Stromversorgungen gemacht. Meine ersten Berührungen mit den Techniken waren eher Fehlschläge :-) Wenn man sich mit dem Themenbereich aber einmal beschäftigt hat, sind viele der Schaltungen wesentlich weniger problembehaftet als die Linearen Gegenstücke, von z.B. deutlich kleineren Induktivitäten mal ganz zu schweigen.

 


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik


 

 

Elektronik: Labornetzteil – Stromversorgung bei elektronischen Arbeiten

Labornetzteile - www.michael-floessel.deBauen, löten, messen und experimentieren. Im Modellbau und in der Elektronik ist man eigentlich ständig irgendetwas am Fertigen, dass es vorher noch nicht gab. Oder man repariert Dinge, die einfach ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen. In sehr vielen Fällen ist dazu eine Stromversorgung notwendig. Kann man sich bei kleinen Basteleien noch mit einer Batterie oder einem alten Eisenbahntrafo behelfen, wird der Anspruch bei größeren und auch teureren Projekten aber ansteigen.

 

Wenn man Monate Zeit und vielleicht eine nennenswerte Menge Geld in ein kleines Bauprojekt investiert hat, sollte man nicht riskieren dieses gleich zu ruinieren, weil vielleicht ein alter Trafo ohne Spannungsanzeige falsch eingestellt war. Oft werden auch gerne mal gar nicht vorhandene Fehler repariert, letztendlich hat eine Schaltung aber nur deshalb nicht funktioniert, weil die Batterien leer waren oder ein altes Steckernetzteil nicht annähernd die Werte eingehalten hat, die im besten Falle auf dem Typenschild standen. Fazit: Hat man oft mit elektronischen Schaltungen zu tun, sollte früher oder später ein Labornetzteil her.

Natürlich ist es auch hier problemlos möglich, eine Menge Geld zu versenken in dem man auf das falsche Gerät setzt. Vor allem eine falsche Dimensionierung ist schnell ein Geldfresser. Reicht die Leistung nicht aus, kauft man doppelt. Ist das Netzteil überdimensioniert, hat man Geld ausgegeben, dass an anderer Stelle sinnvoller investiert gewesen wäre. Sind die Kenntnisse dafür bereits vorhanden, kann durchaus auch ein Selbstbau in Frage kommen. Berücksichtigt man allerdings die Preise für Anzeigen, Gehäuse und die Elektronik wird man schnell feststellen, dass ein Eigenbau nur selten lohnt. Meistens nur dann, wenn ein Großteil der Bauteile bereits vorhanden ist. Auch spielt hier die Sicherheit ein große Rolle, schließlich kommt man nicht drum herum, mit Netzspannung zu arbeiten.

Welchen Bedarf habe ich?

Wer nicht gerade mit KFZ-Lampen oder High-Power Audioverstärkern experimentiert, kommt mit 2-3 Ampere bei max. 20 Volt eigentlich absolut aus. In der Regel kommt man auch mit max. 15V klar, aktuelle Elektronik arbeitet ja meist mit 3,3V, 5V oder 12 Volt. Die Spannung sollte aber auf jeden Fall einstellbar und stabilisiert sein. Gleiches gilt für eine Strombegrenzung, welche vorhanden sein sollte. Mit einer Strombegrenzung ist es möglich das Netzteil so einzustellen, das ein bestimmter Strom nicht überschritten werden kann. Das Gerät fährt bei erreichen dieses Punktes die Spannung herunter bzw. schaltet ab. Gerade bei ersten Inbetriebnahmen und der Fehlersuche kann man so mit geringem Strom starten, ein evtl. noch vorhandener Fehler fackelt einem dann nicht die halbe Schaltung ab. Bei Netzteilen die in der Lage sind, hohe Ströme zu liefern, kann ein Kurzschluss in einer Schaltung schnell Bauteile und komplette Leiterbahnen in Luft auflösen ;-)

Auswahl:

Bei Experimenten mit kleinen DC Motoren, LEDs, Microkontrollern oder Modellbahntechnik sind Netzteile mit einer einstellbaren Spannung bis 15V und max. 2 Ampere völlig ausreichend.

Lediglich die gerne in der Modellbahn genutzte 16V Wechselspannung würde bei den genannten Werten etwas aus der Art schlagen. Labornetzteile die eine einstellbare Wechselspannung bieten sind in diesem Artikel hier nicht gemeint, sie sind im Vergleich eher unbezahlbar und werden doch verhältnismäßig selten benötigt. Ausnahmsweise würde ich hier einen alten Märklin-Trafo von Ebay empfehlen :mrgreen: Nebenbei gibt es nur wenige Schaltungen in der Modellbahnszene, die nicht auch mit 15V DC klarkommen, hier vor allem einige Motortypen.

Kommt man allerdings in den Genuss z.B. Audioverstärker aus dem KFZ-Bereich, Peltier-Elemente oder größere Modellbaumotoren versorgen zu müssen, können auch 10A Netzteile noch zu klein sein. In diesen Größenordnungen wird es allerdings recht teuer. Hier kann es hilfreich sein, sich eine Autobatterie oder andere Akkus unter den Arbeitstisch zu stellen, die man bei Nichtgebrauch nachlädt und die kleineren Arbeiten wieder mit einem normalen Netzteil zu versorgen. Meist werden derart hohe Ströme ja bei Geräten benötigt , die ohnehin mit 12V betrieben werden wollen. Eine zusätzliche Möglichkeit bieten Festspannungs-Schaltnetzteile. Im Verhältnis sind sie recht günstig,  aufgrund der etwas ‘verspikten’ Ausgangsspannung (ein Rest des Arbeitstaktes der Elektronik in der Ausgangsspannung) aber bei einigen Geräten vielleicht nicht nutzbar.

Hier übrigens einige Produkte, welche über meinen Werbepartner Reichelt-Elektronik bezogen werden können ;-)


PEAKTECH 6085: Labornetzgerät 0-15V / 0-2A DC
Einfaches Netzteil welches mit den
meisten Aufgaben gut zurecht kommt. Analoge Anzeige, Strombegrenzung –
aktuell für unter 50€

EP 613: Labornetzgerät mit Digital-Anzeige, 0-30V / 0-2,5A
Etwas luxuriöseres Gerät mit
digitalen Anzeigen. Zusätzlich folgende Festspannungsausgänge:5VDC-0,5A; 12VDC-0,5 A bei Bedarf in Reihe schaltbar. Ebenfalls unter
100€

SNT HRP 150 15: Schaltnetzt., geschlossen 150W, PFC 15V / 10A
Wer doch mal etwas mehr Power
braucht und die Spannung nicht einstellen will! Derzeitiger Preis:
60,50€
Übersicht Labornetzteile
Und hier mal eine Übersicht, was
Reichelt so bei Labornetzteilen anbietet!

Die Preise sind Stand Dezember 2012.

Ich habe seit langer Zeit zwei Selbstbau Netzteile in Benutztung. Beide liefern 1,2 – 24V DC bei max. 3 A. Zu der Zeit, als ich diese gebaut habe, waren käufliche Geräte irrsinnig teuer, da hat der Selbstbau auf jeden Fall gelohnt. Es war auch gar nicht so einfach, überhaupt verschiedene Bezugsquellen zu finden. Allerdings war dies zu Zeiten, in denen ich noch nicht im Internet vertreten war :-D Muss irgendwo vor 1994/95 gewesen sein. Mittlerweile sind aber dutzende Umbauten an beiden vorgenommen worden, vom LCD Display bis zur µController Überwachung der Kühlung. Wenn eines von denen mal das zeitliche segnet, wird es wohl auch durch ein käufliches Gerät ersetzt.

Eigenbau Netzteil

Gewinnt keinen Designpreis, funktioniert aber :-D

 

 

 

Für Anwendungen, die mehr Power benötigen habe ich das im Werbelink genannte Schaltnetzteil unter dem Tisch montiert. Das brauche ich allerdings so selten, dass ich es gelegentlich einfach ‘mal so’ einschalte um die Funktion zu prüfen :-)

 

Elektronik Tipp: Messen mit dem digitalen Multimeter

Digital Multimeter Tipps auf www.michael-floessel.deIch hatte ja in einem vorherigen Artikel zum Thema Multimeter schon angedroht, dass dazu noch ein weiterer Beitrag folgen soll. Vielleicht auch noch mehrere, zu den analogen Messgeräten gibt es ja auch einiges zu erzählen.

In diesem Artikel geht es um gebräuchliche Multimeter mit digitaler Anzeige, im allgemeinen eben Digitalmultimeter (DMM). Es gibt immer wieder Missverständnisse, wenn es um das Erfassen von Widerstandswerten geht, ebenso habe ich schon einige gekillte Geräte gesehen, welche einfach falsch benutzt wurden und eben darum (oft schon bei der ersten Benutzung) in den Elektronikhimmel befördert wurden. Leider muss ich zugeben, dass ich selber da keine Ausnahme bilde :mrgreen: Einmal unachtsam und es ist passiert.

 

Multimeter TippsAllgemeines

Die gängigen Messgeräte besitzen normalerweise mindestens ein Display, einen Auswahlschalter für die Messart und (min.) 3 verschiedene Eingangsbuchsen. Im weiteren Verlauf konzentriere ich mich auf das Messen von Widerstand, Spannung und Strom. Derjenige, der die vielleicht vorhanden weiteren Funktionen nutzt, ist im Normalfall ohnehin auf ‘Du & Du’ mit seinem Gerät (denke ich).

Für die Messungen von Widerständen, Spannungen und auch kleinen Strömen muss man meist die Messleitungen nicht umstecken. Hier ist für (-) die Buchse ‘GND’ oder ‘COM’ vorgesehen, die (+) Buchse ist meist mit V/mA/Ohm oder vergleichbaren Kennzeichnungen beschriftet. Bei Messungen an Wechselspannungen ist die Polung natürlich unerheblich. An dieser Stelle muss ich auch auf einen anderen Artikel im Blog hinweisen, es geht um die Informationen wie man bestimmte Messungen vornimmt und was man mit den resultierenden Werten anfangen kann. 

<<Link zum Teil 1>>  

<<Link zum Teil 2>> 

Das beste Messgerät nützt ja nichts, wenn man gar nicht weiß, was man tut.

Vorweg der Hinweis, dass bei der Buchsenbelegung für diese  Standardmessungen der Strommessbereich besonders gefährdet ist! Dieser Bereich ist meist für Ströme von einigen Hundert Milliampere gedacht. Darüber hinaus, kann die Gerätesicherung ansprechen, unter ungünstigen Umständen kann aber auch das komplette Multimeter zerstört werden! Das Messen von Strömen stellt für die Stromquelle einen Kurzschluss dar, es wird der maximale Strom fließen! Den mA Bereich IMMER mit ganz besonderer Vorsicht benutzen!



reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik


Messen von Widerständen

In der oberen Skizze ist ein Wahlschalter für die Messbereiche angedeutet. Dieser bietet für die Widerstandsmessungen verschiedene Stellungen, welche den maximalen Wert angeben, der in dieser Einstellung gemessen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine höhere Genauigkeit der dargestellten Werte zu erhalten. Bei Widerständen von wenigen Ohm ist der genaue Widerstandswert eben aussagekräftiger als bei Werten von mehreren Kiloohm. Wird der Höchstwert überschritten, zeigt das Display Werte wie ‘OL’, ‘RANGE’ oder ‘Overload’ an. In diesem Falle ist einfach die nächsthöhere Einstellung notwendig. Werte von 20k kann man eben im ‘2k Bereich’ nicht erfassen. Für das zu messende Bauteil und das Multimeter besteht dabei keine Gefahr. Stellt man fest, dass ein sehr kleiner Widerstandswert in einem sehr hohen Messbereich angezeigt wird, einfach in den passenden Bereich herunterschalten. Dabei geht es eben um die Genauigkeit. Möchte man nur Vorwiderstände für LEDs grob selektieren, spielt es meist keine Rolle, ob das nun 180 oder 182 Ohm sind, bei Bauteilen für A/D Wandler z.B. sollte man aber schauen, dass man möglichst genaue Werte erhält!

Die Besonderheit im Widerstandsmessbereich ist die, dass hierbei Strom aus dem Multimeter in das Bauteil fließt. Nur so kann der Widerstand ermittelt werden. Deshalb ist es nicht möglich, Widerstände in Schaltungen zu messen, die noch unter Spannung stehen! Sind die Bauteile schon in einer Schaltung montiert (Fehlersuche etc.), sollte der zu messende Widerstand mit mindestens einem Anschluss ausgelötet werden. Es besteht immer die Gefahr, dass andere Bauteile die Messung beeinflussen. Nebenbei ist eine von außen zugeführte Spannung beim Messen von Widerständen dem Multimeter nicht zuträglich ;-) In sehr seltenen Fällen ist es auch möglich, dass der Strom aus dem Messgerät so hoch ist, dass das Messobjekt beschädigt werden kann. Ich habe mir angewöhnt, die Ströme in allen Widerstandsmessbereichen bei unbekannten Messgeräten einfach auszumessen und zu notieren.

Tipps zum DMMBei dem hier gezeigten Beispiel ist eine Umschaltung der Empfindlichkeit des Multimeters übrigens nicht notwendig, es wählt den optimalen Messbereich selber. Dieses Gerät kann in der gleichen Auswahl auch Durchgangs- und Diodenmessungen vornehmen. Im Kurzschlussfalle auch nicht wundern, wenn statt 0,00 Ohm Werte um 3-4 Ohm angezeigt werden, von den Messleitungen bis hin zum Auswahlschalter wird hier eben der gesamte Widerstand im Stromkreis mit gemessen. In der Regel haben hier qualitativ hochwertige Geräte und Messleitungen die Nase vorn.



Messen von Spannungen

Auch bei der Spannungsmessung kann es vorkommen, dass man sich zwischen verschiedenen Messbereichen entscheiden kann. Ist die Größe der Spannung absolut unbekannt, empfiehlt es sich, immer mit dem größten Bereich zu beginnen. Gängige Geräte messen Wechselspannungen bis 1000V. Ist die Auflösung zu grob und der nächst kleinere Messbereich ausreichend, einfach eine Stufe herunter schalten. Ist ebenfalls unbekannt, ob man eine Gleich- oder eine Wechselspannung messen wird, zunächst im AC/~/Wechselspannungsmodus beginnen. Ist in den Fall doch eine reine Gleichspannung vorhanden, zeigt das Multimeter wahrscheinlich 0,00V oder Blödsinn an, man kann nun einen geeigneten Bereich auswählen. Eine genaue Aussage ist hier schwierig, es kommt darauf an, wie der Eingangsbereich des Gerätes technisch realisiert ist. Auch digitale Signale oder Mischspannungen sind mit Vorsicht zu genießen. Viele Geräte sind auf eine Sinusschwingung bei 50Hz ausgelegt, andere Signalformen oder Frequenzen können deutlich falsche Ergebnisse produzieren. Viele Multimeter werten nur den Effektivwert einer Spannung aus! Ich verweise hier auf ein paar Wikipediaartikel, die diese Vorgänge näher erläutern.

Effektivwert/True RMS (Wikipedia)

Messverfahren bei Multimetern (Wikipedia)

Bei Standardmultimetern würde ich sicherheitshalber nur Messungen an Gleichspannungen und 50Hz Wechselspannungen mit annähender Sinusform als ausreichend genau betrachten. Wer den Luxus eines Oszilloskopes sein Eigen nennt, sollte ggf. prüfen, welche Signalform wirklich vorliegt. I.d.R. ist es immer von Vorteil zu wissen, welche Signalformen vorhanden sind und auch das Handbuch zum Messgerät zur Hand zu nehmen. Hat man den DC/=/Gleichspannungs Bereich gewählt und bekommt es mit einer Wechselspannung zu tun, wird das DMM wahrscheinlich einen wesentlich geringeren Spannungswert anzeigen oder eben auch Blödsinn bzw. sich nicht zwischen +/- im Display entscheiden. Besser ausgestattete Geräte können bei solchen Unklarheiten übrigens mit ‘Error’ oder ähnlichem darauf hinweisen.

Messen von Strömen

Ziemlich sicher der heikelste Punkt. Sehr oft funktioniert der mA Bereich nicht mehr, weil (zumindest) die Sicherung defekt ist, manchmal ist auch der ganze Eingangsbereich des Multimeters durch zu hohe Ströme ruiniert worden. Ich hatte es am Anfang des Artikels ja schon erwähnt: Technisch gesehen stellt die Strommessung einen Kurzschluss oder eine Überbrückung dar. Der Innenwiderstand des Messgeräts beträgt meist nur einige Milliohm, man will den Strom ja messen und nicht reduzieren. Akkus z.B. haben oft nur eine Nennspannung von ca. 1,2V. Möchte man nun eigentlich eben diese Spannung messen und hat irrtümlich noch einen Strommessbereich ausgewählt, wird unfreiwillig der komplette Kurzschlussstrom des Akkumulators fließen! Das können -zig Ampere sein! Aus diesem Grunde immer sicherstellen, dass nach Benutzung des digitalen Multimeters NIEMALS noch eine Strommessung eingestellt ist!  Buchsen am DMM

Fast alle Messgeräte verfügen über eine zusätzliche Buchse, die beim Messen von größeren Strömen benutzt wird. Das hier im Bild gezeigte Modell kann darüber max. 10A erfassen.

Ist unsicher, wie groß der zu messende Strom sein wird, immer mit diesem Bereich beginnen. Allerdings muss mann sich darüber im Klaren sein, dass in allen Fällen der ungefähr zu erwartende Strom bekannt sein sollte! Es hat schon Helden gegeben, die im 10A Bereich messen wollten, wie hoch der Kurzschlussstrom der normalen 230V Haushaltsversorgung ist… Bei einem solchen Versuch ist es gut möglich, dass auch keine Sicherung mehr hilft, die Leiterbahnen im DMM verdampfen einfach. Ganz davon zu schweigen, was dem Bediener alles passieren kann. Also VORSICHT! Sehr oft hat man auch Multimeter in der Hand, die Wechselströme nicht erfassen können, auch hier auf die Fähigkeiten des Modells achten. Möchte man aber nun einen bekannt kleinen Strom (z.B. einer LED) messen, kann der Benutzer den mA Bereich wählen. LEDs liegen irgendwo zwischen 2-20mA, das sollte jedes normale DMM schaffen. Vorausgesetzt natürlich, es hat überhaupt einen Ampere Messbereich. Es ist allerdings immer darauf zu achten, das Ströme eben innerhalb des Stromkreises gemessen werden, ein auftrennen der Leiterbahnen oder lösen der Verbindungen ist fast immer nötig. Es gibt auch Zangenmultimeter, diese werden um den Leiter gelegt um zu messen. Bei kleineren Strömen und vor allem innerhalb von gedruckten Schaltungen ist das aber schwierig bis unmöglich.

Zangenmultimeter bei Reichelt Elektronik (Partnerlink)

Der sicherste Weg ist in vielen Fällen die indirekte Strommessung. Also die Spannung (!) über einem bekannten Widerstand messen (z.B. Vorwiderstand einer LED) und dann das Ergebnis durch den Widerstandswert teilen (I=U/R).

Es gibt natürlich verschiedene Möglichkeiten, die Gefahr von zu großen Strömen zu reduzieren. Ist die Schaltung unkritisch, ist es eine gute Idee, eine Glühlampe oder einen ausreichend dimensionierten Widerstand für die ersten Annäherungen an den Messwert mit dem Multimeter in Reiche zu schalten. Hier spielt natürlich die Erfahrung mit der Materie eine große Rolle, sichere Allgemeintipps sind wieder mal schwierig.

Hier einfach eine (sicher unvollständige) Liste, der bekannten Strommesbereichskiller:

  • Netzspannung in jeder Art.
  • Anlasser und überhaupt Motoren im Auto.
  • KFZ Scheinwerfer.
  • Lade-/Entladeströme an (stärkeren) Akkus.
  • Übersehene/falsche Einstellung des Multimeters.

 

Dazu noch einige Punkte, die man beherzigen kann

  • Multimeter bei Nichtgebrauch immer auf den größten AC-Spannungsbereich stellen.
  • Messleitungen NIE in den Buchsen für die Strommessung belassen.
  • NIEMALS Widerstände in Spannungsführenden Schaltungen messen.
  • Sicherungen IMMER mit den passenden Werten erstezen.
  • Ausreichend volle Batterien im Multimeter um Fehlmessungen zu vermeiden.
  • Sichere, geeignete Messleitungen verwenden.
  • Anleitung lesen!
  • Bei unbekannten Messwerten in den höchsten Bereichen beginnen.

Eine Vielzahl der verfügbaren Multimeter hat recht unterschiedliche Fähigkeiten. Einige müssen auch für mA Messungen umgesteckt werden, andere regeln die Umschaltung der Messbereiche selber. Simple Varianten haben fest installierte Leitungen, Luxusvarianten mehr Schalter und Knöpfe als überschaubar. Es macht auf jeden Fall Sinn, sich mit seinem Modell umfassend auseinander zu setzen! Je besser man das Gerät kennt, desto sicherer sind die Ergebnisse und größer die Möglichkeiten, um an diese zu gelangen.