Der Widerstand: Wer braucht „dicke Dinger“?

Artikelfoto Widerstand - www.michael-floessel.deIch schreibe diesen Artikel vornehmlich wieder für all jene Elektronikbegeisterte, die gerne mit diesem Hobby ihre Freizeit verbringen. Die gerne löten und sich an kleinen Schaltungen erfreuen, welche man eben im eigenen Hobbykeller realisieren kann. Soweit möglich, umgehe ich die tiefe Theorie der Physik. Es geht mir, wie oft, eher darum, etwas Transparenz zu schaffen. Na, zumindest einen kleinen Teil dazu beizutragen ;-)

Ehrlich ist es doch auch so: Um eine LED leuchten zu lassen, muss nicht unbedingt ein Elektronenmodell bemüht werden. Kann man machen, muss man aber nicht. Umgekehrt ist es aber leider auch so, dass ständiges „Try & Error“ eher frustrierend und unter Umständen auch gefährlich ist. Meist kommt man über einen gewissen Grad an Zufallserfolgen nicht hinaus.

Ist auch ziemlich egal, ich schreib‘ das jetzt hier mal auf. Auslöser für den Gedanken diesen Blogpost nun zu tippen, sind mal wieder die Frage- und Kritikmails. Um genau zu sein, eine bestimmte.

Über die Weihnachtstage habe ich erneut die elektrische Post etwas sortiert und bemerkt, dass neben den Leuchtdioden, auch die Widerstände mit einigen Fehleinschätzungen verwendet werden. Im Gegensatz zur LED, quittiert ein Widerstand nicht gleich den Dienst bei fehlerhaftem Einsatz, weshalb falsche Anwendungen oder Dimensionierungen oft unbemerkt bleiben. Die Ausnahme bildet natürlich eine extreme Überlastung, dann haben auch diese Bauelemente keine Chance :-) Die lange Vorgeschichte schreibe ich jetzt übrigens nur, weil ich natürlich wieder die, sicherlich manchmal angebrachten aber zum Artikelumfang unpassenden, Bemerkungen in der Art von „…wer das nicht weiß, sollte die Finger von der Elektronik lassen“ vor mir sehe. Ihr versteht vielleicht, was ich meine…

Leider sind viele Fehlinformationen sehr tief verankert, wie ich mit dem folgendem Beispiel mal anführen möchte.

KFZ Buchse mit USB-AdapterDas Ding mit der Dimensionierung

 

Der Beginn eines längeren Nachrichtenaustausches, war in etwa der folgende Satz: „… da ja die Batterie im Auto so viele Ampere hat, muss ein Widerstand rein, der eben auch sehr groß sein dürfte.“

Planerisch war vom Schreiber der permanente Anschluss eines USB-Ladeadapters beabsichtigt der, parallel zum Zigarettenanzünder, fest angeschlossen werden sollte. Als sozusagen „Spannungsreglung“, hatte der Schreiber einen Hochlastwiderstand in Reihe zum Ladeadapter vorgesehen. Weil die zu ladenden Geräte keine 46 Ampere benötigen und seine Batterie ja immer soviel Power bringt, muss man wohl was gegen den Strom unternehmen. Kern der Frage war eine Bezugsquelle für entsprechende, in den Abmessungen kleine, Hochlastwiderstände. Besser mit noch mehr Power, eben wegen der vielen Ampere. Das der wohl bereits vorhandene Ladeadapter schon alles notwendige mitbringt, ging zunächst völlig unter.

Der Schreiber hatte schon in diversen (Facebook?) Gruppen gefragt, war aber mit den Antworten nicht einverstanden. Ich kann mir natürlich gut vorstellen, was da los war.

Die Fehleinschätzung, dass eine Autobatterie zu viel Strom für orgnungsgemäß betriebene und dafür vorgesehene Geräte liefert, ließ sich noch gut mit Erklärungen korrigieren. Das aber grundsätzlich nicht die Belastungsfähigkeit einzelner Bauteile, der Leitsungsfähigkeit der Stromquelle überlegen sein muss, wollte er mir nicht glauben.

Lediglich die Erkenntnis, dass ja der Ladeadapter schon die Wandlung von 12V zu 5V vornimmt, leuchtete ein. Ebenso der Umstand, dass es doch ein wenig anderer Technik bedarf, wenn die bekannten Adapter größenmäßig durchaus in die geschlossene Faust passen. Pure Widerstände können das nicht sein.

Der Gedankenfehler lag eher bei der Tatsache, dass das Teil eben nicht an der Steckbuchse des Autos, sonder fest verdrahtet montiert werden sollte. Irgendwie war da wohl etwas Verwirrung über die Regelelekronik entstanden. Prinzipiell kam der Fehler eben daher, dass er eigentlich nicht über einen Laderegler, sondern über einen Vorwiderstand nachgegrübelt hat, die von ihm gefundenen Bauteile aber bestenfalls zum Maschinenraum der Titanic gepasst hätten. Da lief dann alles irgendwann durcheinander. Im Grunde sollte eigentlich nur das besagte Ladegerät aus dem Gehäuse entfernt und irgendwo im Fahrzeug montiert werden. Die Diskussion zog sich allerdings über einige Tage hin, immer wieder endete alles mit Fragen zum Vorwiderstand.

Klar, wenn die Grundvoraussetzungen falsch interpretiert werden, kann man sogar mit unpassenden Zahlen zu überprüfbaren Rechenergebnissen kommen.

In der Rechnung des Schreibers, liefert eben die Batterie besagte 46 Ampere bei 12 Volt. USB-Schnittstellen in solchen Ladeadaptern stellen 5V zur Verfügung, sein Adapter maximal 2 Ampere pro Port, 2 Ports besitzt das Teil. Er ging nun von folgendem aus:

12V – 5V = 7V, die zuviel sind. Die Batterie bringt 46 Ampere, bleiben abzüglich der 2 x 2 Ampere für die beiden Ladebuchsen 42 Ampere übrig. U * I = P soll also konkret bedeuten: 7V  * 42 A = 294 Watt. Tja, und er suchte eben Widerstände, die das „verpacken“. Uff! Am Ende ist das Projekt übrigens gescheitert, die eckigen Löcher für die USB-Buchsen waren wohl doch die ärgste Hürde, nun gut.

Um die Sache abzurunden noch eine kleine Erläuterung, wo welcher Wert bei solchen Berechnungen hingehört. Der Stom muss dem entsprechen, was im Maximalfall fließen kann. Daneben ist entscheidend, welche Spannung dann real am Widerstand abfällt.

Einfache LED Schaltung mit VorwiderstandBeispiel:

Eine klassische grüne LED, max. 20mA

Spannung an der LED = 2V

Speisespannung 12V

Spannungsabfall am Vorwiderstand dann folgerichtig 10V

Bei U * I = P, sind dies dann 10V x 0,02A = 0,2W = 200mW. Der klassische 1/4 Watt Widerstand, würde bestens passen. Man muss eben das in die Berechnung einbeziehen, was auch real ist.

Würde der Vorwiderstand so gewählt, dass nur 10mA fließen, wäre auch die Leistung halbiert, welche in dem Widerstand in Wärme umgesetzt wird. Dann sind es eben nur noch 100mW, die das Bauteil an Belastung ertragen muss. Völlig unabhängig davon, ob die Batterie oder das Netzteil nun 1 oder 10 Ampere liefern könnten.

Es käme ja auch niemand auf die Idee, Widerstände in die Zuleitungen zum Fernseher zu installieren, nur weil der Power auf der Leitung, auch für die Waschmaschine ausreicht, oder?

Ich habe schon des öfteren ausführlichere Hinweise zur Berechnung von Bauteilen hier veröffentlicht, zum Abschluss eine kleine Liste, bzw. die Links dazu:

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 1

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 2

Lampen, LEDs, Helligkeit, Poti, Trimmer…

Berechnung des Stromverbrauchs mal zerlegt

Eselsbrücke: Farbcodes auf Widerständen

 

 

 

Powerbank – Solar – Ampere 2 go

Wie einige Stammleser hier wissen, habe ich in der Vergangenheit des öfteren kleine Projekte realisiert, welche mir zumindest im Garten ein netzstromunabhängiges Arbeiten ermöglichen. Sollte ich irgendwann mal wieder in den Genuss kommen Camping zu machen, dürfte dies zusätzlich hilfreich sein ;-)

Hier ein wenig 12V aus der Sonne  neuerdings (eher 5V), ohne feste Verbindung an das Stromnetz auskommen zu können, ist verlockend. Durch das enorme Ansteigen der USB-5V-Mobilgeräte, sind ja auch in einer Menge Varianten möglich, die vor ein paar Jahren schlicht nicht zu finden waren.

Mir geht es allerdings gar nicht so sehr darum, den kompletten Haushalt mit Energie zu versorgen, da müss(t)en andere Größenordnungen her. Mir geht es eben um die Möglichkeit, an beliebigen Standorten elektrisch versorgt zu sein, wenn es nicht gerade um das Kochen, Heizen oder Kühlen geht.

Oft gibt es aber falsche Vorstellungen der Leistungsfähigkeit von mobilen Stromversorgungen für Kleinstgeräte, genau der Grund für mich, diesen Blogbeitrag hier zu schreiben ;-) Ausgelöst durch einige Kundenbewertungen und Forenbeiträge im weltweiten Netz und auch durch Emails, welche als Reaktion auf meine Artikel hier so eingetroffen sind, muss ich einfach ein paar Zeilen online bringen.

Ein kleiner Vergleich zur Veranschaulichung

Um zu Beginn doch einmal bei einem Haushaltsgerät zu bleiben, nehme ich als Anschauungsobjekt eine Kaffeemaschine mit 1000 Watt Leistungsaufnahme, so ein Teil kennt ja wahrscheinlich jeder. Im deutschen Versorgungsnetz leben wir mit 230V Wechselspannung, das ist auch kein Geheimnis. P (Leistung) = U (Spannung) x I (Strom), folglich benötigt die Maschine 1000 (W) : 230 (V) = 4,3 Ampere.

An die 230V Steckdose in der Küche angeschlossen, möchte die Maschine in der aktiven Kochphase also 4,3A bekommen, um das Wasser zu erhitzen und eben Kaffee aufzubrühen. Die Werte einfach mal im Kopf behalten.

Strom einer Powerbank

Eine durchschnittliche Powerbank im Jahre 2018 bietet meist eine Kapazität von 6000 – 16000 mA/h, je nach Größe, Bauform und Gewicht. Gehen wir hier mal von 10000 mA/h aus, bedeutet dies nichts anderes, als das die Akkus im inneren des Gerätes eben diese Kapazität bieten, natürlich davon ausgehend, dass der Hersteller nicht schöngerechnet hat. Diese Akkus können also entweder einen Verbraucher 1 Stunde lang mit 10 Ampere (=10000 mA) oder 10000 Stunden lang mit 1 mA versorgen.

Weiter ist wohl unbestritten, dass ein USB-Port mit einer Spannung von 5V arbeitet, bei einer gängigen Powerbank meistens mit einem maximal entnehmbaren Strom von 2A, oft auch nur 1A. Nehmen wir mal beispielhaft 2A als möglich, sind das 2A x 5V = 10W. Nicht vergessen, bei der Leistung ist es egal, ob ich nun bei 1000W mit 1 A bei 1000V oder mit 1V an 10000A arbeite, es bleibt eine Leistung von 1000W. Hier wird vielleicht schon klar, warum man aus einer Powerbank niemals eine Kaffeemaschine oder einen Toaster betreiben können wird, welcher für den normalen Haushalt gedacht ist.

Um trotzdem aus einer Powerbank eine Kaffeemaschine betreiben zu können, müsste also ein Gerät her, welches technisch derart realisiert ist, dass es mit einer Leistung von rund 10W Wasser in nennenswerter Menge und Zeit ausreichend erhitzen kann Beim Verfassen dieses Artikels habe ich in der Form noch nichts gefunden, unmöglich wird es aber wahrscheinlich nicht sein ;-) Bis vor einigen Jahren habe ich auch keine Lötkolben gekannt, die mit normalen AA-Batterien funktionieren, mittlerweile findet man die Teile in jedem einigermaßen sortierten Baumarkt.

Ohne Sonne kein Strom. Immerhin, für die Beleuchtung von oben reichten die LED’s der Powerbank, aufgeladen mit Sonnenlicht. Für das Notebook musste aber dann doch der Netzstrom her :-)

Laden externer Geräte mit einer Powerbank

Nun kann man ja auf die (an sich) korrekte Idee kommen, dass mit einer Powerbankkapazität von 10000 mA/h ein Smartphone mit einer Akkukapazität von 3000 mA/h mindestens drei mal vollständig aufgeladen werden kann, bei einem Ladestrom von rund 2 Ampere obendrein in knapp 1,5 Stunden. Könnte man, ja…

Leider ist allerdings die Erde sozusagen ein Strafplanet, alles muss mit Verlusten bezahlt werden! Nichts, was man hier an Energie erhält, lässt sich verlustfrei von A nach B transportieren. Um die Geschichte noch ein wenig ineffizienter zu gestalten, kommt zusätzlich ein Anpassungsproblem der Spannungen hinzu:

Der USB-Port soll 5V an Spannung bereitstellen, die gängigen Akkutypen liefern aber vollgeladen nur ca. 4,2V. Also muss eine Technik her, welche immer dafür sorgt, dass die Akkuspannung möglichst stabil auf 5V herauftransformiert wird. Zusätzlich möchte der verwöhnte Benutzer (ich bin auch so einer ;-) ) auch noch per netter LED-Kette oder ähnlichem auf dem Laufenden gehalten werden, was sich in der Powerbank so abspielt. Beim Aufladen des Akkus will auch die Ladeelektronik versorgt werden, wieder Verluste. Tja, und das Ergebnis? Mehr als 60% der Akkukapazität einer Powerbank, sind kaum nutzbar. Bei qualitativ brauchbaren Exemplaren versteht sich, hat man beim Kauf daneben gegriffen, geht weniger sozusagen immer. In der Praxis bin ich bei der Annahme, dass mit mehr als 50% nutzbarer Kapazität einer Powerbank eher nicht gerechnet werden sollte, ganz gut ausgekommen, Schlussendlich darf man auch nicht vergessen, dass 5V nicht gerade Hochspannung sind, mit meterlangen (und querschnittsmäßig dünnen) USB-Strippchen, kommen weitere Verluste hinzu. Die Ladezeit an sich KANN kurz sein, muss sie aber nicht. Hängt nun ein Handy mit 3 Meter langem und zeitgleich dünnem USB-Kabel an der Powerbank, kann alleine schon der Leitungswiderstand den Ladestrom negativ beeinflussen. Wo Widerstand herrscht, gibt es auch einen Spannungsabfall und am zu ladenden Gerät kommt weniger an. Tja, was noch? Die Ladeelektronik im Telefon und, vor allem, der Strombedarf des Smartphones während des Ladens verlangt Beachtung. Ist das Gerät aktiv und benötigt dementsprechend Leistung, sagen wir mal 1 Ampere, sind schon 50% des erhofften Stromes für die Ladung anderweitig dahin. Bei den oben angenommenen Werten ist die Ladezeit dann auf rund 3 Stunden angestiegen. Die evtl. strombegrenzende Wirkung der Kabel, Verluste in der Ladeelektronik des Telefons und vielleicht fragwürdige Leistungsangaben der Hersteller, noch außen vor ;-)

Zu den USB-Ladekabeln an sich hatte ich übrigens in der Vergangenheit schon ein paar Worte verloren, ich verlinke mal. In der Praxis ist alles allerdings nicht ganz so drastisch und schrecklich, meist wird ja ein nicht völlig entladenes Smartphone oder Tablet mit einer Powerbank eher zwischengeladen, das Mobilgerät ist nicht unbedingt Daueronline und die Strippen sind nicht so arg schlecht – man kommt klar :-)

Laden der Powerbank

Kurzversion: Steckernetzteil in die passende Steckdose stecken, USB-Strippe rein und ab an die Bank. Einigermaßen verlustarme Kabel und eine brauchbare Laderegelung vorausgesetzt, kommt die Rechnung Akkukapazität geteilt durch Ladestrom gleich Ladezeit recht gut aus, gut 30% sollte man aber dennoch auf die erwartete Zeit addieren.

Schwieriger wird das natürlich unterwegs. Ist kein Netzstrom verfügbar, bleiben aktuell nennenswert nur die Sonnenstrahlen als Energiespender. Eigentlich funktioniert dies gut, man sollte allerdings realistische Vorstellungen haben und, das wichtigste überhaupt, es muss Sonne da sein. Nicht nur erahnt hinter Wolken oder irgendwo im Rücken der Solarzellen, nein, volle Pulle senkrecht drauf auf’S Paneel. Auch wenn die Effizienz der Solarzellen in den vergangenen Jahren wirklich merklich gestiegen ist, kommt man über 18% selten hinaus. Für den Nutzer ist dies allerdings eher zweitrangig, es zählt ja der nutzbare Strom am Ausgang der Ladetechnik und nicht das, was die Sonne wirklich an Energie zu bieten hätte. Es gibt nur eben eines was leider unumgänglich ist: Viel Solarstrom braucht auch viel Fläche. Ist so, kann man nicht ignorieren.

Damit sind wir dann auch an dem Punkt, warum ich diesen Artikel überhaupt schreibe. Die beiden „low cost“ Powerbanks im ersten Bild dieses Artikels, sind mit Solarzellen ausgestattet. Liegen sie in der Sonne, fließt tatsächlich ein Ladestrom. Die Tatsache, dass beim Laden in praller Sonne auch die Akkus im inneren praktisch mitgekocht werden, ignoriere ich an dieser Stelle. Sie behaupten eine Kapazität von 15000 mA/h zu besitzen, sind mit durchaus effektiven LED’s zur Beleuchtung ausgestattet und können zum Standard-USB auch eben per Sonnenlicht geladen werden. Die Teile sind jetzt nicht der High-Tech-Kanaller, haben sich in den letzten 2 Jahren aber bestens bewährt, werden nur gelegentlich zu Unrecht mangelhaft bewertet. Ich versuche mal, das aufzuschlüsseln.

Das Solarpaneel hier links im Bild, ist eine aktuelle Anschaffung für meine Strom-im-Sommer-im-Garten-Idee. Mit der gesamten Fläche sind nach Herstellerangabe maximal 3,5A Strom bei 5V unter optimalen Bedingungen zu realisieren. In der Praxis komme ich auf rund 2,8A. Diese aber eher rechnerisch, ich habe einfach kein Gerät mit dieser hohen Dauerstromaufnahme, welches über einen relevanten Zeitraum hinweg Messungen ermöglichen würde. Diese Werte sind mir aber in der Praxis eher zweitrangig, ich betreibe meine Mini-Insellösung in der Anordnung Solarpaneel -> Powerbank -> Verbraucher. Mal mit nur dem Tablet als Endgerät, gelegentlich zusätzlich der Minilötkolben und das Smartphone, wichtig ist mir die verfügbare Energie aus der Powerbank. Unter dem Strich soll das Solarpaneel einfach nur genug Nachschub liefern.

Das Paneel hat zwei USB-Ausgänge, für längere Aktionen kommt an jeden eine Powerbank, bisher hat dies immer ausgereicht. Nur, die Sonne muss da sein! Jetzt bin ich allerdings nicht so irre, mich bei grauem Wetter oder gar Regen in den Garten zu setzen um dabei festzustellen, dass ohne Sonne keine nennenswerte Ladung stattfindet Beim Camping und überhaupt unterwegs allerdings, könnte dies natürlich schon eine Rolle spielen, da hilft nur das Hoffen auf genug Akkupower bis zum nächsten Sonnenschein. Generell würde ich aber immer empfehlen, mit aufgeladenen Geräten auf Tour zu gehen ;-)

Bei solchem Wetter, hält sich die Solarenergie eher in Grenzen. Die meiste Zeit beim Erstellen dieses Artikels, haben sich Sonne und Wolken im Minutenrythmus abgewechselt.

 

 

Mehr als 160 mA sind gerade nicht drin, die Sonne ist allerdings in diesem Moment vollständig von den Wolken verdeckt. Dringen die ersten Sonnenstrahlen durch, geht es recht schnell auf etwa 900 mA, mehr scheint meine Powerbank einfach beim jetzigen Ladestand nicht zu verlangen.

 

Zurück zum Anlass, diesen Artikel zu schreiben. Viele Bewertungen im WWW zerreißen die Solarpowerbanken regelrecht. „Die Zelle kann den Akku gar nicht laden“, „alles dauert ewig“ und „Gerät nutzlos“, heißt es oft.

Nun, doch, kann sie alles! Aber nur elend langsam. Was aber anhand der Fläche auch kein Wunder ist. Die Solarzelle dieser Powerbank hat knapp 1/6 der Fläche, die das gezeigte eigenständige 3,5A-Solarpaneel mit nur einer seiner 3 Teilflächen bietet. Konkret bedeutet dies,1 Ampere pro Teilfläche, bei 1/6 davon hat die kleine Zelle auf der Powerbank eine Stromausbeute von roundabout 160 mA, Verluste und Co nicht im Ansatz bedacht. Sie bietet eine (Herstellerangabe) Kapazität von 15000 mA/h, Man muss nun nicht Albert Einstein sein, um auf gut 100 Stunden Ladezeit zu kommen. Volle Pulle ununterbrochen Sonne und immer korrekt ausgerichtet versteht sich ;-) Das wird sehr, sehr lange dauern!

Aber: Im hintersten Ödland immerhin die Chance, vielleicht noch den letzten rettenden Anruf tätigen zu können! :-D

Bemerkungen am Rande

Jemand schrieb, mit 12V Zellen hat man dann ja mehr Leistung. Schön wäre es, ist aber Unsinn. Leistung bleibt Leistung. Habe ich eine Leistung von z. B. 60W zur Verfügung, sind dies bei 12V eben 5A Strom. Bei 5V immerhin 12 A – es bleiben 60W. 12V Geräte kann ich an 5V nicht betrteiben, beim Betrieb von 5V Geräten an 12V muss ich 7V loswerden, oft buchstäblich verheizen – Effizient geht anders ;-)

Gerne kommt auch die Frage, ob man nicht den Getränkekühler im Sommer auch im Garten unter dem Sonnenschirm oder am Strand betreiben kann. Nun, bestimmt nicht aus einer USB-Powerbank, der Rest sollte sich aus dem Artikel ergeben.

Wichtig ist natürlich auch die Tatsache, dass Sonnenenergie flüchtig ist. Man muss sie also speichern, gängig sind hier Akkus. Eine Powerbank oder ein Smartphone bringen ihre Akkus mit, zunächst kein Problem. Ist der Akku allerdings voll, ist nichts mehr mit speichern. Dann kann man nur verbrauchen was über ist, ohne Sonne wird sofort auf die gespeicherte Energie zurückgegriffen. Wer also auch bei einem längeren Tripp in der Wildnis auf der sicheren Seite stehen möchte, sollte sich vorhe gut seinen Strombedarf berechnen und ausreichen Speicherkapazitötämit sich führen und diese bei jeder Gelegenheit aufladen.

Fazit:

Mobile Kommunikation, Licht mit LED-Lampen, Radio oder mobile Kleinleistungswerkzeuge kein Problem, darüber wird es schon Aufwändiger.

Nimmt man nur mal ein Notebook als Beispiel, werden oft 19V bei rund 4A gewünscht, da muss zusätzliche Technik her. Veranschlagt man den Leistungsbedarf mit rund 100W und wählt als Solarquelle Module mit 12V Ausgangsspannung, muss mindestens ein Step-Up-Wandler von 12 auf 19V angeschafft werden (die sogenannten KFZ-Notebookadapter-/Netzteile sind nichts anderes), um Sonnenschwankungen zu kompensieren, braucht es aber auch noch einen Akku. Um diesen aus der Sonne zu laden, ist ein Solarladeregler ebenso Pflicht. Will man sinnvoll an die Sache gehen, liegt der Pufferakku im Bereich der Größe einer kleinen Autobatterie. Für 100W Leistung dürften rund 2-3 Quadrtameter Solarpaneel nötig sein, um frustfrei über die Runden zu kommen, solange die Sonne scheint. Da das Notebook alleine schon knapp unter 100W für sich beanspruchen kann, bleibt für eine Akkuladung natürlich nur dann eine Reserve, wenn das Notebook gar nicht läuft :mrgreen:

Immerhin, mein klassischer Geräteaufbau für ein bisschen produktives EDV- und Elektronikwerkeln im Garten funktioniert. Das recht betagte Galaxy Tab 2, die Bluetoothtastatur und mein Handy halten eigentlich immer ausreichend lange durch. Scheint die Sonne intensiv genug, wird die Powerbank nicht mal vollständig entladen, allerdings starte ich im Allgemeinen auch den Tag mit vollen Akkus an allen Geräten. Wenn ich zwischendurch den USB-Lötkolben oder auch mein DSO-138 mal anklemme, fällt das allgemein kaum ins Gewicht, ich bin zufrieden und wünsche Euch einen schönen Sommer :-)

 

 

 

 

 

 

5V aus 1,2V für ein paar Cent…

12-50v_mit_ohne_usbDas Problem:

Versorgt werden kann oder muss die Elektronik aus einem 1,2V Akku oder einer 1,5V Batterie, 3V müssen aber mindestens für die Schaltung vorhanden sein. OK, muss es sehr individuell sein, lohnt vielleicht ein Selbstbau, es geht aber auch anders.

Für unter 6€ gibt es unter anderem bei Amazon „Step-Up“ Wandler im 10er-Pack, die aus einer gewöhnlichen Batterie-/Akkuspannung von 1,5 bzw. 1,2V  die gewünschten 5V erzeugen, eine passende USB-Buchse ist gleich mit dran, mit etwas Geschick und einem brauchbaren Lötkolben ist diese allerdings recht gut zu entfernen. Wer nicht unbedingt mit Modellen 1:87 und kleiner beschäftigt ist, findet die Anschlussmöglichkeit ja vielleicht sogar gut :mrgreen:

12-50v_dmm_messKleiner improvisierter Messaufbau, so anspruchsvoll ist’s ja nicht :-)

 

 

 

 

12-50v_dmm_uin

1,2V rein…

 

 

 

 

 

12-50v_dmm_uout…5,1V raus. Die Stromaufnahme im Leerlauf liegt übrigens bei 17mA.

 

 

 

12-50v_lang24,5mm lang

 

 

 

 

 

12-50v_breit

18mm breit

 

 

 

 

12-50v_dick3,5mm dick bzw. stark.

 

 

 

 

 

Ausgangsseitiges Verhalten bei 1,2V am Eingang:

Eingangsstrom:     Laststrom:     Ausgangsspannung:

130mA                        20mA                   5,14V

300mA                        60mA                   4,97V

510mA                      100mA                   4,75V

730mA                      158mA                   3,34V

Eine wirklich umfangreiche Messtabelle habe ich nicht erstellt, die Werte hängen extrem von der Spannung am Eingang und deren Stabilität ab. Die oberen Angaben sind bei Verwendung eines neuen/vollen 1,2V NiMH-Akku entstanden, bei einer Versorgung über Batterie bzw. Netzteil oder auch höheren Eingangsspannung ist der belastbare Bereich größer, ehe die für mich relevanten 3,3V am Ausgang unterschritten werden. Ich muss dabei allerdings die Kirche im Dorf lassen, in der Regel versorge ich im Modellbau mit so einer Schaltung weiße LEDs und Mikrocontroller, kaum über 10-20mA Gesamtstromaufnahme, eher weniger. Die aktuellen Leuchtdioden sind schon bei ca. 1mA ausreichend hell, der Controller selber ist noch genügsamer. Für meine Zwecke vollkommen OK, unten die Links zur Bezugsquelle.

Fazit:

Für kleine Lasten absolut ausreichend, wenn ich mehrere hundert mA am Ausgang brauche, würde ich zu anderen Lösungen greifen! Im aktuellen Beispiel muss aber auch immer der Preis von ca. 0,6€/Platine im Auge behalten werden!

 

 

Ein bisschen Strom aus der Sonne

solar_powered_tablet

Wenn man so im Freien seine Mobilgeräte nutzt, ist irgendwann natürlich auch der stärkste Akku leer. Dann heißt es Steckdose suchen oder vielleicht auch erstmal Strom nach draußen legen, wer hat schon überall einen 230V Anschluß. Finde ich persönlich eher lästig, nebenbei braucht man ja in der Regel nur 5V und eine USB Buchse, bestenfalls 12V für Geräte, welche im Auto bzw. am Zigarettenanzünder betrieben werden können.

solar_tablelightIrgendwo gab es in den letzten Monaten mal für einen Euro Solar Gartenleuchten, die während des Tages geladen werden und dementsprechend in der Dunkelheit leuchten. Normalerweise stecken die Teile mittels Erdspieß im Boden, mit ein bisschen Trickserei und einer transparenten Dose geht’s aber auch auf dem Tisch. Leuchtwunder sind das natürlich nicht, drei Stück nebeneinander reichen gerade so, daß man seine Sachen auf dem Tisch findet ;-) Im Boden steckend als optischer Gag ist das alles OK, zum Geräte laden reicht dies natürlich nicht.

solar_paneelInspiriert durch die Solarlichter habe ich mich an ein paar Solarpaneele erinnert, die ich vor etlichen Jahren schon als kleines Balkonprojekt auf eine alte Schranktür Holzplatte geschraubt hatte. Leider habe ich keine Datenblätter mehr dazu, wenn ich mich recht erinnere lag der maximale Gesamtstrom aus allen zusammen aber so bei rund 1,2 Ampere, sollte für einen Versuch also ausreichend sein. Da sie zuätzlich schon ein wenig unter Alterung leiden dürften, wird die Leistungsabgabe wohl jetzt um einiges niedriger ausfallen.





 

solar_boxIrgendwo muss die Sonnenenergie nun zunächst zwischengespeichert werden. Da ich am Sonntag gerade keine 12V Akkus größerer Kapazität aus dem Hut zaubern kann, wird die Starterbox für Auto und Roller Zweckentfremdet. Alternativ hätte ich vielleicht auch die Batterie aus dem Auto nehmen können, dazu kann ich mich aber nicht durchringen ;-) Also mal das Sammelsurium mit einigen Strippen und Krokoklemmen zusammenstecken – Funktioniert! Mehr als 800 mA bei voll beschienenen Solarzellen ist aber nicht mehr herauszuholen, um den Akku immer wieder mal aufzuladen sollte es ausreichen. Ehe wieder jemand meckert: Mir ist schon klar, dass der Akku nun die einizige Spannungsbegrenzung ist, die Leerlaufspannung des Paneels liegt so um die 19 V, das ist eigentlich zu viel für einen Bleiakku. Aber da lebe ich jetzt einfach mit :mrgreen:

solar_rueckdiodeIch habe keine Ahnung mehr, ob in den Solarpaneelen eine Diode vorhanden ist, um Rückspeisung aus dem Akku zu verhindern. Mal sehen, was sich da so im Keller findet, Schottky wäre schon schön :-D Mehr als eine Hand voll BAT42 ist irgendwie nicht da, pro Stück können diese 200mA verkraften, einfach 5 Stück parallel nehmen…?!? Ist ohnehin nur ein Experiment, wenn improvisieren dann richtig ;-)

Ein wenig Messerei, ein bisschen Paneel verschieben hier und da – es wird mit rund 650 mA geladen. In der Starterbox ist irgendwas um 4 Ah als Akkukapazität verbaut, sollte für ein gelegentliches Aufladen der Mobilgeräte ausreichen, Handy und Co müssen ja nicht dauernd am Kabel hängen.

solar_12-5

12V sind für unsere allseits beliebten (Micro) USB-Ladeports natürlich ein wenig viel, da muss ebenfalls noch etwas Elektronik her. Zum Glück habe ich noch einen „Zigarettenanzünder auf USB“-Adapter (was für eine Bezeichnung…) im Handschuhfach liegen, das sollte doch funktionieren!

Tut es auch! OK, das Z1-Tablet lädt nur, wenn es nicht aktiv ist. Da das Teil aber immer schon etwas zickig ist wenn es um das Aufladen geht, habe ich nichts anderes erwartet. Das Z1 Compact Smartphone hat an der Stelle keine Probleme, es lädt auch während es ein wenig Webradio vor sich hindudelt. Leider gibt der Zigarette/USB Adapter auch nur 900 mA heraus, wahrscheinlich ist dies eher das Problem, als die maximale Leistung der Starterbox. Bis ins Unendliche kann man die Kapazitäten ohnehin nicht ausreizen, schließlich wird mehr Strom entnommen als hinein fließt.

Jetzt müsste könnte man natürlich fragen, ob der Aufwand nicht doch ungleich größer ist als jener, eben die (ohnehin für das Rasenmähen vorhandene) Kabeltrommel nach draußen zu stellen, vom Strippensalat noch nicht einmal gesprochen. Nun ja – so gesehen schon :-D Aber da gibt es eben auch noch den Experimentiervirus, der wohl befriedigt werden will ;-)

Ich bin allerding ernsthaft mit der Überlegung beschäftigt, das Ganze etwas durchdachter und gezielter in Angriff zu nehmen. Mit etwas Planung und geeigneteren Teilen sollte sich eine kleine Insellösung aufbauen lassen, welche den Freizeitstrombedarf im Garten abdecken kann, mehr als Licht und Versorgung der Moilgeräte werde ich sowieso eher nicht benötigen, nebenbei bietet sich so genug Spielraum für kleinere Elektronikexperimente… Aber was ich schon so will…. ^^

Ach ja, habe ich schon darauf hingewiesen, dass dieser Blogbeitrag auf einem Androidgerät geschrieben wurde, welches mit 100% umweldfreundlichem Solarstrom betrieben wurde? Zumindest an diesem Tag :-D Vorsicht, der Akku könnte Energiereste von Netzstrom enthalten :!:


 



 

 

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 1

IRUStrom, Spannung und Namen

Bei relativ vielen Anfragen die ich bekomme, werden die Begriffe Strom und Spannung bunt durcheinander gemischt. Nebenbei, in Radio + TV kommt das auch gern‘ vor :-D

Jedenfalls ist es sinnvoll, diese Begriffe richtig einzuordnen. Wenn man selber etwas elektronisches aufbauen möchte und dazu vielleicht auch eine kleinere Berechnung nötig ist, kommt man um ein sauberes trennen der Begriffe nicht herum. Es ist nicht möglich einen Vorwiderstand zu berechnen, wenn der Unterschied zwischen Strom, Spannung und Widerstand nicht klar ist.

In einer der letzten Emails stand z.B. in etwa das folgende:

‚In meiner Platine fließen 12 Volt bei 2 Ampere‘.

Laut mitgesendetem Stromlaufplan war es ein mit dem NE555 aufgebautes Lauflicht. 3x NE 555 mit jeweils 2 LEDs parallel, einfach Schaltung für Schaltung hintereinander geschaltet, kaskadierbar. Kann man so machen, sollte auch funktionieren, braucht aber niemals 2 Ampere, jedenfalls nicht, wenn alles richtig aufgebaut ist. Gemeint war, wie so oft, es stehen 2 A zur Versorgung zur Verfügung. Deswegen benötigt die Schaltung diese aber nicht. Man KANN dann die Stromversorgung bis zu 2 Ampere belasten, das heißt nicht, dass die Elektronik diese auch braucht. Gilt übrigens auch für PC-Netzteile! Ein 400W Netzteil KANN diese Leistung bringen, muss aber nicht. Braucht der PC weniger Strom, wird auch das Netzteil nur das liefern, was benötigt wird.

Jedenfalls ist es dann auch per Ferndiagnose via Email schwierig, den richtigen Faden zu finden. Wenn 2 LEDs 2 Ampere ziehen (mehr als 2 sind nie gleichzeitig in der Schaltung aktiv), denke ich zuerst an Kurzschluss oder ähnliches. War da aber nicht der Fall, es waren einfach falsch verbaute LEDs.

Ich versuche, URI mal aufzudröseln:

  • Die Spannung ist das, was in einer Schaltung zwischen 2 Punkten zur Verfügung steht. Die Betriebsspannung z.B. liegt nach dem Einschalten an. Dort, wo sie in die Schaltung eingespeist wird. Egal, ob schon ein Strom fließt oder nicht. Sie wird in Volt angegeben, in den Formeln kurz ‚U‘.
  • Der Strom fließt innerhalb einer Schaltung. Er kann niemals fließen, wenn kein geschlossener Stromkreis zur Verfügung steht. Würde man z. B. die Leiterbahn unterbrechen, die von den Klemmen der Stromversorgung zur eigentlichen Elektronik führt, wird auch kein Strom durch die Schaltung fließen. Die Spannung würde an den Einspeisepunkten aber trotzdem zur Verfügung stehen. Der Strom wird in Ampere gemessen, in Formeln ‚I‘.
  • Der Widerstand reduziert den Stromfluss! Je höher ein Widerstand ist, desto weniger Strom wird fließen. Das können auch lange oder dünne Leitungen sein, es muss nicht unbedingt der Widerstand als Bauteil sein. Sobald ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird vom Eingang zum Ausgang des Widerstandes auch ein Spannungsabfall messbar sein. Das ist physikalisch einfach so, wenn man sich nicht näher mit dem Elektronenfluss beschäftigen möchte, einfach so hinnehmen :-D Der Widerstand hat die Einheit Ohm, Formelzeichen ‚R‘. Zum Thema Rechnen & Elektronik steht auch immer wieder was hier im Blog, einfach die Suche nutzen oder in der Kategorie ‚Elektronik‘ schauen.

O.K., soviel wollte ich gar nicht schreiben. Aber zur Verdeutlichung schicke ich nachher wohl noch einen Artikel hinterher :mrgreen:

 

 

Tipp: LM317T, einfacher Spannungsregler

LM 317 T

Da ich oft auf einstellbare Spannungsquellen zu Bastelzwecken angesprochen werde, hier ein Vorschlag für eine preiswerte Lösung. Für die meisten Modellbauexperimente und Elektronikbasteleien, sollte das Teil eigentlich ausreichen.

LM317T, einfacher Spannungsregler, Fehler, InformationenEr ist schon ein paar Jährchen alt und hat seine Schwächen, reicht aber in vielen Fällen aus:

Das Bauteil

Eigentlich ist er ein integrierter Schaltkreis. Also ein IC, welches eine komplette Spannungsregelung enthält. Braucht man eine einstellbare Ausgangsspannung und kommt mit max. 1,5 Ampere an Strom aus (typabhängig), ist er eine günstige Lösung, welche mit 4-5 externen Bauteilen zufrieden ist, um ein geregeltes Netzteil aufzubauen. Jedenfalls dann, wenn man keine Besonderheiten in die Schaltung einfügt, bzw. davon verlangt.

Link zum Datenblatt!

Eckdaten:

  • 1,2V – 37V Ausgangsspannung (max. ca. 3V unter Eingangsspannung)
  • max. 40V Eingangsspannung
  • max. 1,5 Ampere, je nach Typ
  • interne Strombegrenzung
lm317t_beispiel

Hier eine einfache Beispielschaltung für eine einstellbare Ausgangsspannung von 1,2V – ca. 20V. Geht man von 1 Ampere maximalem Ausgangsstrom aus, liegt man eigentlich immer richtig. Allerdings sollte ein Auge auf die Temperatur des 317 geworfen werden, ein mittlerer Kühlkörper schadet sicher nicht. Vor allem dann, wenn bei gering eingestellter Ausgangsspannung ein höherer Strom fließt. P = U * I!

Wenn man also bei z.B. 24V Eingangsspannung nur 2V am Ausgang benötigt, dabei aber 1A an Strom fließt, sind das immerhin rund 22 W, die das IC da verbraten muss.

LM317T Belegung

 

Ach ja, auf die Anschlüsse achten! Von links nach rechts sind dies:

Adjust, Out, In!

 

 

 

Es gibt natürlich mittlerweile viele Lösungen, die effizienter und auch eleganter arbeiten als der alte 317T., für eine preiswerte und vor allem mit geringem Aufwand zu realisierende Lösung, betrachte ich ihn aber immer noch als gute Wahl.

 

Emails und Erklärungen zu elektronischen Bauteilen

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deSo, nach ein paar Tagen Nachlässigkeit zu dem Thema, habe ich mir mal wieder die Nachrichten im Maileingang vorgenommen.Einiges ist wie immer der Rubrik ‚Vermischtes‘ zuzuordnen, oben in der Liste stehen aber seit ein paar Wochen die Probleme rund um elektronische Bauteile, deren Einsatz und vor allem deren Funktion. Eien extremen Anstieg verzeichne ich nach dem ‚LED Lauflicht‘ Artikel. Sehr viele Blogleser wollen doch mehr als eine LED pro Pin am µController betreiben, der PIC schafft das aber eben nicht bzw. kann/soll nicht so viel Strom liefern.

Ich kann sehr gut verstehen, dass der Frust riesig sein muss, wenn man mit viel Zeit und Mühe eine Schaltung aufgebaut hat und diese am Ende nicht funktioniert. Noch schlimmer, man hat richtig Geld investiert und das Ganze geht in Rauch auf. Ich mache einfach mal eine kleine Aufzählung der Topthemen, also der Probleme, die wenigstens zwei mal aufgeschlagen sind:

  • Transistor schaltet/arbeitet nicht
  • Richtigen Anschlusspin finden
  • Widerstand wird sehr warm
  • Diode blitzt nurkurz auf (1N4148,LED)
  • Elko bekommt dicke Backen/stinkt/wird warm
  • PIC/IC/xxx wird sehr warm
  • Spannung zu hoch, zu niedrig
  • Größeren Verbraucher mit Controller schalten
  • +/- umschalten ohne Schalter, Relais

Das Problem ist natürlich, dass man, um mit Elektronik arbeiten zu können, gewisse Kenntnisse haben muss, um erfolgreich selber nach Bedarf seine Schaltungen bauen zu können. Nun kann aber nicht jeder Modellbahner, Modellbauer, Hobbylöter etc. auch Elektroniker sein oder ‚mal eben‘ eine Ausbildung nachschieben :-) Für die meisten elektronischen Eigenlösungen ist dies aber auch gar nicht nötig. Ein wenig technisches Interesse reicht oft aus.

Aus diesen Gründen werde ich versuchen, hier eine Art Mini-Bauteil-Kurs aufzubauen. Die grundlegenden Funktionen mit, wenn möglich, Tipps zur Fehlervermeidung und auch ein wenig Theorie. Ohne Anspruch auf Perfektion und wahrscheinlich auch mit Beispielen, die einem professionellen Ausbilder die Tränen in die Augen treiben könnten ;-) Es geht ja auch nicht darum, eine Prüfung mit diesem Wissen zu bestehen oder seinen Lebensunterhalt damit zu verdienen, es geht einfach darum, die Bauteile mit denen man werkeln möchte, ein wenig besser kennen zu lernen. Nebenbei findet man vielleicht auch einen Tipp, wie man ein Vorhaben realisieren könnte, das bisher nur an der der passenden Elektronik gescheitert ist. Alles nur im Bereich bis 24V, also nichts wirklich gefährliches. Trotzdem schon einmal der Hinweis: KLICK!

In vielen Büchern und auch während meiner Ausbildung startet das Thema Elektronik oft mit den physikalischen Grundlagen. Elektronen und Protonen, negatives und positives, geladenes und ungeladenes. Diese Dinge lasse ich aus! Wenn man nicht gerade sehr spezielle Vorhaben angehen möchte, spielt z.B. das Wissen über einen P/N Übergang keine große Rolle. Da soll ein Transistor schalten oder verstärken, eine Diode leiten oder sperren. In einigen Fällen geht es nicht ganz ohne Hintergrundtheorie, ich versuche dieses aber so kurz wie möglich zu halten. Wer verstärktes Interesse an der Elektronik verspürt, kann sich ja immer noch tiefer in die Materie einarbeiten, interessante Themen gibt es reichlich.

Die lose und ohne Reihenfolge auftretenden Beiträge kommen übrigens in die Rubrik ‚Tipps und Tricks‘. Wie oft und umfangreich die Beiträge erscheinen werden weis ich noch nicht. Das erstellen der Artikel ist recht aufwändig, auch werden zu vielen Bauteilen mehrere Teilartikel erscheinen, manchmal ist es eben viel Stoff. Ich werde mit dem NPN Transistor beginnen und habe bei der Vorbereitung schon bemerkt, dass diese Themen nicht in 10 Minuten zu behandeln sind.

Bitte nehmt diesen Artikel auch als Ausgleich für die Antworten in den Mails, in denen nur ‚ich versuche mich darum zu kümmern‚ stand :mrgreen:

 

Spannungsabfall an Dioden, Kennlinien und Fallen

SiliziumdiodenSperrt und „hat“ 0,7 Volt?

Es gibt so ein paar Sachen im Web, die mich einfach stören. Besonders dann, wenn man sich an gefundenen Informationen orientiert und dann falsche oder schlechte Ergebnisse erzielt.

Nicht jeder muss Experte auf jedem Gebiet sein, geht auch gar nicht. Das Schöne am WWW ist doch unter anderem, dass man schnell an Informationen kommen kann, ohne sich vorher tagelang mit Ballast auseinandersetzen zu müssen, den man am Ende gar nicht benötigt.

Um herauszufinden, wie viel Öl mein Auto bekommt, muss ich kein Kfz-Mechaniker sein. Um den Zylinderkopf zu wechseln in der Regel aber schon, zumindest muss ich fundiertes Wissen besitzen.

Oft werden aber durch ‚Trial-and-Error‘ gewonnene Erkenntnisse als unumstößliche Tatsachen verkauft, ohne, dass wirklich die Funktion oder der eigentliche Vorgang verstanden wurde.

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