Autor: Thomas Schaerer

UPDATE: Relaisbetrieb an 230 VAC

Thomas Schaerer

TextIm letzten Update vom 09.03.2010 habe ich von den Tücken einer Transistorkaskade geschrieben, so wie sie Teil in diesem Elektronik-Minikurs ist. Es ging darum, dass bei zu schnellem Ausschaltvorgang der eine der beiden Transistoren, während etwa 0.1 ms, eine gefährliche Überspannung erhalten kann. Die einfache Abhilfe besteht darin, die Steilheit der Schaltflanken mittels passivem RC-Tiefpassfilter leicht zu reduzieren.

Es gibt noch eine weitere Tücke, die allerdings unschädlich, jedoch unschön ist. Ein einziger zusätzlicher Widerstand genügt um diese Unschönheit zu beseitigen. Dazu gibt es ein neues kleines Kapitel mit einer neuen Skizze (Bild 10). Der Inhalt ist hier im Bild links angedeutet.

Mehr dazu im folgenden Link im Kapitel ÜBERSPANNUNG OHNE FOLGEN:

LM317 runter bis Null Volt und frei definierbare Strombegrenzung

Thomas Schaerer

Text Der Titel erklärt bereits worum es geht. Es geht darum den allseits sehr beliebten und traditionsreichen Spannungsregler LM317 universeller einzusetzen. Über eine solche Absicht wurde schon oft im Forum des Elektronik-Kompendium diskutiert. Der LM317 hat natürlich Konkurrenz, wenn man mehr aus ihm machen will.

Vergleichen wir den LM317 von National-Semiconductor (NSC) ein wenig mit dem L200 von SGS-Thomason (ST). Beide integrierten Spannungsregler bieten die Möglichkeiten der einstellbaren Ausgangsspannung mittels eines Potmeters. Beide Spannunsgregler haben den gemeinsamen Nachteil, dass es nicht möglich ist die Ausgangsspannung auf 0 VDC hinunterzufahren. Die niedrigste Spannung ist durch die interne Referenzspannung gegeben. Die minimale einstellbare Spannung beträgt beim LM317 1.25 VDC und beim L200 sind es 2.85 VDC. Dieses Problem kann bei beiden ICs mit einer negativen Vorspannung beseitigt werden. Wie dies realisiert wird, wird hier am LM317 erklärt. Der L200 liefert ein Maximalstrom von 2 A und der LM317 1.5 A. Kommt man nahe an diese 1.5 A, empfiehlt es sich sogleich besser den L200 einzusetzen. Von NSC gibt es als stärkere Alternativen zum LM317 den LM150 für maximal 3 A und den LM338 für 5 A. Zwei weiterer Vorteile des L200 sind eine wesentlich höhere maximale Eingangsspannung und die einfache Möglichkeit einer frei wählbaren Strombegrenzung ohne zusätzliche Elektronik.

Im Vergleich der genannten Spannungsregler-ICs ist der LM317 der populärste. Ob privat oder in der Firma, meist hat man den LM317 vorrätig in der Schublade. Oft werden kleine Netzgeräte/teile mit fixen oder einstellbaren Spannungen und kleinen maximalen Strömen von weniger als 1 A benötigt. Mit wenig zusätzlichem Aufwand ist es möglich die Strombegrenzung selbst zu realisieren und zu definieren. Und wenn man sich auch noch eine zusätzliche negative Spannung mit wenig Aufwand leistet, hat man sogleich auch noch eine einstellbare Ausgangsspannung bis hinunter auf 0 VDC. Auch davon berichtet dieser Elektronik-Minikurs:

UPDATE: Der Master-Slaves-Netzschalter mit Elektronik und Relais

Thomas Schaerer

Text

Man schaltet das Hauptgerät, den Master, ein oder aus und alle andern Geräte (Slaves) schalten sich ebenso ein oder aus. Eine kleine Schaltung macht’s möglich und dies ohne Eingriff in das Master-Gerät.

Das Update besteht darin, dass die selbe Schaltung mit einem 230V-AC-Relais erweitert ist. Dadurch hat man die Wahl zwischen zwei sparsamen Leistungsrelais. Das bisherige mit einer Spulenspannung von 48 VDC (Marke Finder) und das neue mit 230 VAC (Marke Schrack).

UPDATE: Relaisbetrieb an 230 VAC

Thomas Schaerer

Text Wenn keine geeigneten bipolaren Transistoren für kleine Kollektorströme und für hohe Spannungen zur Verfügung stehen, kann man vielleicht MOSFETs einsetzen. Vielleicht, weil das ist, je nach Schaltung, nicht immer möglich. Dies z.B. dann, wenn die Steuerquelle nur eine sehr kleine Spannung zur Verfügung stellt, die nicht ausreicht für eine ausreichende Gate-Source-Spannung. Wenn diese Spannung jedoch wenigstens etwas grösser ist, als die Basis-Emitter-Schwellenspannung eines bipolaren Transistors und die Quelle genügend Basistrom für einen solchen Transistor liefern kann, dann besteht die Möglichkeit zwei bipolare Transistoren zu kaskadieren, um die zu hohe Kollektor-Emitter-Spannung auf zwei Transistoren zu verteilen. Es sind grundsätzlich auch mehr als zwei Transistoren kaskadierbar. Allerdings hat diese Kaskadierung auch ihre Tücken und genau dies ist das erweiterte Thema im vorliegenden Elektronik-Minikurs in einem neuen Kapitel.

Wenn die Schaltflanken, welche die Transistor-Kaskade steuern, zu steil sind, schalten nicht beide Transistoren gleich schnell. Dies hat zur Folge, dass kurzzeitig (etwa 0.1 ms) ein Transistor eine zu hohe Kollektor-Emitter-Spannung erreicht und dies kann im schlimmsten Fall diesen Transistor zerstören. Diesem Problem kann man einfach begegnen, in dem man die Flankenssteilheit des Schaltsignales etwas reduziert. Dies wird im Kapitel ÜBERSPANNUNG TROTZ TRANSISTORKASKADE mit Bild 9 thematisiert und genau beschrieben.

Integrierte fixe und einstellbare 3-pin-Spannungsregler und eine einfache Akku-Ladeschaltung mit LM317LZ

Thomas Schaerer

TextDieser Elektronik-Minikurs ist massiv überarbeitet und erweitert. Neu ist das Kapitel „WARUM IST DER RÜCKSTROM SCHÄDLICH?“. Es zeigt am Beispiel einer sehr einfachen diskreten Schaltung zur Stabilisierung von einer Gleichspannung und am Beispiel eines Teils des Innenlebens des traditionsreichen 5V-Fixspannungsreglers LM7805, warum und wie die Ströme vom Ausgang Ua in Richtung des Einganges Ue zurückfliessen, wenn keine Rückfluss-Diode als Schutz zum Einsatz kommt. In Text und Bild wird erklärt, warum dieser Rückstrom für den Spannungsregler gefährlich werden kann und ihn, mit dramatischen Folgen für die gespeiste Schaltung, zerstört.

Ebenfalls neu ist das Kapitel „ZUSÄTZLICHER SPANNUNGSREGLER MIT VORWIDERSTAND?“. Gemeint ist, man hat z.B. ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung von ±15 VDC und einem maximalen Strom von 1 A. Realisierbar ist so etwas ganz leicht mit einem LM317 und LM337 mit dem notwendigen passiven „Zugemüse“, wie Netztrafo, Brückengleichrichter, Widerstände und Kondensatoren. Dazu kommt, dass man für irgend eine kleine digitale Schaltung noch eine Spannung von +5 VDC und einen Strom von 50 mA benötigt. Dieser Teil des Minikurs ist eine Art Diskussion darüber, ob es Sinn macht den kleinen Bruder des 7805, den 78L05 ohne oder mit einem Vorwiderstand einzusetzen. Oder läuft es, wenn man über alle möglichen Zustände nachdenkt, die diese Zusatzschaltung einnehmen kann, vielleicht darauf hinaus, dass es keine gute Lösung ist und man besser dran ist, gleich einen 7805, also nicht den kleinen Bruder, für diesen Zweck einzusetzen. Es wird auch noch ganz kurz eine Lösung vorgestellt, wann es Sinn macht, den modernen 7805-Schaltregler von RECOM einzusetzen. Ein Schaltregler, der wie der Original-7805, ebenfalls als ein Dreibeiner in einem Gehäuse steckt, das fast die selben Abmessungen hat wie der TO220 und keine zusätzlichen Bauteile benötigt, wie es sonst für Schaltregler üblich ist. Dieses Kapitel habe ich geschrieben, weil zu diesem Thema im ELKO-Forum schon oft diskutiert wurde.

Zum Schluss noch kurz eine Zusammenfassung woraus dieser Elektronik-Minikurs sonst noch besteht. Wie schon der Titel sagt, thematisiert werden dreibeinige Spannungsregler mit fixen und variablen Augangsspannungen. Es geht um das richtige Abblocken der Ein- und Ausgänge mit Kondensatoren. Warum sollte man dafür keine Tantalelkos einsetzen! Diese Spannungsregler haben einen minimalen niedrigen Laststrom, ohne den sie nicht richtig arbeiten. Der maximale Ausgangsstrom und der interne Schutz vor Überlast unter der Berücksichtigung des sichereren Betriebszustandes (Safe Operating Area). LM317 und LM337: Die Berechnung des Widerstandsnetzwerkes ist praxisorientiert einfacher, als es im Datenblatt angegeben ist und warum dies auch wirklich zutrifft. Wie beim LM317 und LM337 ein zusätzlicher Kondensator dafür sorgt, dass die Restrippelspannung am Ausgang um 20 dB niedriger ist als ohne. Der LM317 als Konstantstromquelle und worauf es dabei im Detail ankommt. All dies und noch mehr, erfährt man in diesem Elektronik-Minikurs:

UPDATE! Thyristor-Crowbar: Mit der Brechstange gegen zuviel Spannung!

Thomas Schaerer

Text Die Aufgabe eines Thyristor-Crowbar besteht darin, eine dauerhafte Überspannung, welche z.B. durch den Defekt eines Netzteiles zustande kommt, mittels brachialer Gewalt, sofort zu eliminieren. Dazu verwendet man eine passende Sensorschaltung, welche die Überspannung misst und einen Thyristor auslöst, der zwischen Anode und Kathode die Betriebsspannung kurzschliesst. Damit wird entweder eine Schmelzsicherung ausgelöst oder eine sogenannte Foldback-Strombegrenzung reduziert den Strom durch den Thyristor derart, dass keine nennenswerte Verlustleistung und Erwärmung erzeugt wird.

Das Update betrifft den ganzen Elektronik-Minikurs. Die Hauptsache besteht jedoch in einer Erweiterung mit dem Einsatz des Komparatortyps. Bisher war die Anwendung beschränkt auf den LinCMOS-Komparator TLC3702. Ein ELKO-Leser wollte den pin- und funktionskompatiblen bipolaren Komparator LM393 einsetzen, der allgemein sehr bekannt ist. Damit hatte er jedoch das Problem, dass die Schaltung gleich nach dem Einschalten stets den Thyristor mit seiner Crowbar-Funktion zündete. Und so erreichte das Netzteil logischerweise nie die Betriebsspannung. Das Problem war, dass dieser LM393 unterhalb seiner minimalen Betriebsspannung am Ausgang ein LOW- statt ein HIGH-Pegel (Open Collector) produziert.

Die Update-Erweiterung beschreibt ganz genau worauf es ankommt, damit in so einem Fall der Thyristor sicher nicht zünden kann, wenn er nicht darf. Es geht im Prinzip nur darum, dass man bei der Dimensionierung von R7 und R8 diesen Störfall einkalkuliert und damit erreicht, dass die Basis-Emitter-Schwellenspannung des PNP-Transistors noch sicher nicht erreicht wird. Diese Methode funktioniert dann, wenn der Unterschied zwischen der auslösenden Überspannung und der minimal zulässigen Betriebsspannung relativ gross ist. Dies muss man bei der Verwendung anderer Komparatoren erneut berechnen und vor einem definitiven Design experimentell testen.

UPDATE: Die Power-Zenerdiode aus Zenerdiode und Transistor und die einstellbare geregelte Power-Zenerdiode

Thomas Schaerer

Text

Zenerdioden (Z-Dioden) setzt man dort ein, wo Spannungen begrenzt werden müssen, wobei hohe Präzision und kleine Spannungstoleranzen eher nicht gefragt sind.

Wenn man eine Spannung begrenzen will bei der Leistung eine Rolle spielt, benötigt man eine Z-Diode, die in der Lage ist genügend hohe Leistung zu verarbeiten. Es gibt teure Leistungs-Z-Dioden. Es gibt allerdings eine preiswertere Methode aus einer Kombination von einer kleinen Z-Diode und und einer Transistorstufe, die die Leistung übernimmt.

Eine Leistungs-Zenerdiode als Shuntregler dient als Überspannungsschutz zum Testen von Schaltungen. Die einfachste Lösung besteht aus einer kleinen Zenerdiode und aus einer diskret realisierten komplementären Darlingtonstufe, die man auch als Sziklai-Connections bezeichnet. Die bessere Lösung ist regelbar und man kann mittels Potmeter die Spannungsbegrenzung einstellen. Diese Schaltung besteht zur Hauptsache aus einer hochstabilen Referenzspannungsquelle, einem Operationsverstärker und einer Leistungs-Transistorstufe, die auch ein Power-MOSFET sein darf. Diese Schaltung und eine sehr detaillierte Beschreibung dazu ist das Update dieses Elektronik-Minikurses.

Der Weihnachts LED-Stern mit 36 Leuchtdioden

Thomas Schaerer

led_stern Im letzten ELKO-Newsletter war zu lesen: Alle Jahre wieder sind wir auf der Suche nach Weihnachtsgeschenken. Doch bevor kurz vor Weihnachten die allgemeine Hektik ausbricht, lohnt es sich jetzt schon ein paar Gedanken zu machen. Leider haben alle Leute schon alles. Deshalb ist es schwer ein passendes Geschenk zu finden. Doch Schenken macht gerade dann am meisten Spass, wenn der Beschenkte etwas bekommt, was er nicht dringend braucht.

Muss es aber immer etwas sein, das man kauft. Nicht unbedingt, ausser man kauft Bauteile und sonstiges Material um ein Geschenk zu basteln. Fuer einen Elektronik-Freak bieten sich da verschiedene Möglichkeiten, wenn man nur wüsste, was Freude bereiten würde. Eine individuelle Angelegenheit…

Eine Möglichkeit zu Weihnachten wäre ein Stern mit Leuchtdioden. Als Vorlage für eine eigene Kreation mit persönlicher Note bietet sich der spezielle Weihnachts-Elektronik-Minikurs, den es schon sehr lange gibt. Mehr dazu in diesem Link:

Der Weihnachts LED-Stern mit 36 Leuchtdioden

Update: 555-CMOS 50%-Duty-Cycle-Generator (mit kapazitiver Sensor-Schaltung)

Thomas Schaerer

Kapazitiver Sensor LMC555

Das Bild sagt bereits mehr als viele Worte. Es geht um die bekannte Oszillator- bzw. Taktgeberschaltung mit der CMOS-Version des weltberühmten Timer-IC 555. Zum Einsatz kommen wie üblich der LMC555 von National-Semiconductor oder der TLC555 von Texas-Instruments. Der Timing-Kondensator ist hier ein kapazitiver Sensor. Es kann z.B. ein kapazitiver Feuchtesensor sein. Die Luftfeuchtigkeit beinflusst die Kapazität des Sensors und diese die Frequenz am Ausgang des LMC555 oder TLC555. Sonderbar ist, dass dieser kapazitive Sensor mit einem zusaetzlichen Kondensator in Serie und parallel mit einem Widerstand beschaltet ist. Warum das so sein muss, wird im neuen Kapitel ANWENDUNG: KAPAZITIVE SENSORSCHALTUNG MIT LMC555 genau erklärt.

Wie kam es zu dieser Update-Erweiterung?Auslöser zu diesem Kapitel war eine Diskusion im Forum des Elektronik-Kompendium zum Thema BESCHALTUNG EINES KAPAZITIVEN FÜHLERS (TLC555). Es geht dabei um die Messung der Feuchtigkeit mit einem kapazitiven Feuchtesensor mit der typischen Schaltung zur Erzeugung eines zeitsymmetrischen Rechtecksignales (t/T = 0.5) mit dem CMOS-Timer-IC LMC555 oder äquivalent TLC555. Ich habe in dieser Diskussion auch mitgewirkt und beschlossen, weil es um den beliebten LMC555 geht, diesen Elektronik-Minikurs mit diesem Thema zu erweitern.

UPDATE: Spannungsregler Spezial: Das 78xx-, LM317- und Lowdropout-Prinzip

Thomas Schaerer

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Dieser Elektronik-Minikurs (seit Februar 2002) befasst sich mit den Grundlagen der integrierten Spannungsregler der bekannten 78xx (fixe positive Ausgangsspannungen) und LM317 (variable positive Ausgangsspannungen). Auf die Pendants mit den negativen Ausgangsspannungen (79xx und LM337) wird verzichtet, weil es hier nur darum geht, die Funktionsprinzipien zu vermitteln. Dabei interessiert speziell der Unterschied zwischen 78xx und LM317.

Ein (angehender) Elektroniker sollte wissen wie ein 78xx und ein LM317 grundsätzlich arbeiten. Es sind zwei etwas unterschiedliche fundamentale Prinzipien der Spannungsregelung, die ebenso in andern ICs für Spannungsregelungen zur Anwendung kommen und man kann solche Schaltungen, falls einmal nötig, mit solchem Wissen, auch leicht selbst quasidiskret realisieren. Quasidiskret bedeutet, dass sowohl einzelne Transistoren und Dioden etc., jedoch auch ICs, z.B. Operationsverstärker vorkommen können.

Zusätzlich wird das Funktionsprinzip der Lowdropout-Spannungsregler thematisiert. Das sind Spannungsregler die auch noch mit einem sehr niedrigen Spannungsabfall zwischen Ein- und Ausgang einwandfrei arbeiten können. Als Vorlage für die Ausführung mit bipolaren Leistungstransistoren dient der LM2941 und für die Ausführung mit Power-MOSFETs die Serie LP3961 bis LP3964. Alle hier aufgeführten Produkte stammen aus dem Hause National-Semiconductor.

Das eigentliche Update besteht in einer Erweiterung des Kapitels DIE FUNKTIONSWEISE DES LOWDROPOUT-SPANNUNGSREGLERS. Es geht dabei um einen vertieften Einblick wie die Schaltung arbeitet. Dazu folgendes: Es gibt heute eine Vielzahl von integrierten Spannungsreglern, die kaum noch Wünsche offen lassen. Aber gerade dann, wenn Lowdrop-Anwendungen erwünscht sind, ist die Auswahl geringer und es kann vorkommen, dass man zu quasidiskreten Lösungen gezwungen ist. Gerade in diesem Fall ist es wichtig zu verstehen, worauf es bei diesen Schaltungen ankommt. Dabei möchte ich meinen Dank an OLIT richten, der mit einer E-Mail an mich ein paar gute Tipps beisteuerte. OLIT ist den meisten „Aktivisten“ im ELKO-Forum als fleissiger Mitschreiber mit stets guten Ratschlägen und Tipps wohlbekannt.

Ich wünsche mit dem Studium dieses Elektronik-Minikurses viel Spass.