Autor: Thomas Schaerer

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

Thomas Schaerer

Drei-Pin-Spannungsregeler

Leicht überarbeitet sind die bisherigen Kapitel zum Thema der dreibeinigen fixen (78xx, 79xx) und einstellbaren (LM317, LM337) Spannungsreglern. Dabei werden, zur Erinnerung, folgende Inhalte thematisiert: Wozu benötigt es sperrende Rücklaufdioden parallel zu den Spannungsreglern und innerhalb des spannunsgbestimmenden Netzwerkes beim LM317 und LM337, wenn die schon geringe Rippelspannung am Ausgang noch zusätzlich unterdrückt wird? Transientenunterdrückung. Symmetrische Ausgangsspannung mit LM317 und LM337. Welche schaltungstechnischen Voraussetzungen erlauben den Einsatz von Tantal-Elkos? Maximaler Ausgangsstrom in Abhängigkeit der Chip- bzw. Gehäusetemperatur und der Dropout-Spannung regelt den sicheren Arbeitsbereich des integrierten Leistungstransistor. Die Auswirkung des Temperaturdriftes des Stromes (Adjustment-Current) des Anschlusses zur Spannungseinstellung und der Referenzspannung auf die Ausgangsspannung beim LM317. Diese Werte sind beim komplementären LM337 ähnlich. Warum lohnt sich die Spannungs-Überdimensionierung von Brückengleichrichtern in Netzteilen? Kaltleiter anstelle von Sicherung. LM317 als Konstantstromquelle mit Schutzdioden und wozu das sinnvoll sein kann.

NEU: Es fällt bereits beim Titel auf, dass dieser erweitert ist. LM317L, der kleine Bruder des LM317. Beide Spannungsregler im Vergleich bezüglich Strom, Verlustleistung und minimalem Laststrom, besonders wichtig für Stromquellenschaltungen. Angeregt wurde diese Erweiterung durch häufige ELKO-Forum-Anfragen betreffs einfachen Schaltungen von Konstantstromquellen. Der LM317L bietet eine einfache und elegante Möglichkeit für kleine Ströme im mA-Bereich. Ein Akku-Ladegerät aus Stromquelle und Spannungsbegrenzung mit zwei LM317LZ, realisierbar in einem geeigneten nicht mehr gebrauchten Steckernetzteil, rundet diese Erweiterung ab. Praktische Anwendung fand diese Lade-Schaltung in einem beinahe antiquierten, aber noch immer sehr gut funktionierenden Solar-Radio des Modells AMSONIC vom Typ AS-338, zum Aufladen des eingebauten Akku, wenn zu wenig ausreichendes Sonnenlicht zur Verfügung steht. Dieses Beispiel dient der Anregung für ähnliche Kleinprojekte.

Dieser Link zeigt das Solar-Radio AMSONIC Typ: AS-339 (Nachfolge-Modell):

NEUES BUCH von Thomas Schaerer

Thomas Schaerer

Die Zeiten als der Elektronik-Praktiker eine gute Zeitschrift, wie z. B. die ELRAD, zur Hand nehmen konnte, um daraus Ideen für eigene Projekte zu schöpfen, sind längst vorbei. Überhaupt sind sehr viele gute Bücher und Zeitschriften dieser Art verschwunden. Dazu gehören z. B. das AKTIV-FILTER-KOCHBUCH oder das CMOS-KOCHBUCH von Don Lancaster.

Nun ist es so, dass eine große Zahl von Webseiten zu allen möglichen Elektronik-Themen entstanden sind. Doch die Lücken konnten auf diese Weise nicht geschlossen werden. Mein Eindruck wurde mir in den Diskussionen im ELKO-Elektronik-Forum und de.sci.electronics im UseNet bestätigt. Es sind besonders die Leute betroffen, welche sich in der Welt der praktischen Elektronik auskennen, für die jedoch die komplexe Mathematik nicht zum beruflichen Alltag gehört.

Aus dieser Situation heraus ist die Idee entstanden, etwas nach meinem Vorbild ELRAD umzusetzen, die mir viele Jahre von großem Nutzen war und aus der ich viel gelernt habe. Meine Elektronik-Minikurse, die sich mit Operationsverstärker und Instrumentationsverstärker beschäftigen, sind nun als Ringbuch mit dem Titel Elektronik-Workshop: Operationsverstärker und Instrumentationsverstärker erschienen.

Der Sinn dieses Buches besteht darin, dass der interessierte Leser Nutzen aus meinen langjährigen Erfahrungen in Bereichen der analogen Schaltungstechnik, hier hauptsächlich Operations- und Instrumentationsverstärker, zieht und diese Inhalte in eigene Schaltungsentwicklungen und Projekte umsetzen kann.

Thomas Schaerer

78xx-Spannungsregler mit 90% Wirkungsgrad!

Thomas Schaerer

78xx-Spannungsregler mit 90%Wirkungsgrad!Es sind jetzt mehr als zwei Jahre her, als ich an der INELTEC-2005 diesen interessanten 78xx-Spannungsregler mit 90% Wirkungsgrad kennenlernte! Er ist fast gleich gross wie der alte und traditionsreiche lineare Spannungsregler der jeder kennt. Ich erhielt damals ein Gratismuster, habe ihn zu gut versorgt 🙂 und heute eher per Zufall wieder gefunden.

Ich habe ihn dabei etwas getestet und kann sagen das Datenblatt haelt was es verspricht. Wenn man also eine fixe Spannung von 1.8 VDC, 2.5 VDC, 3.3 VDC, 5.0 VDC, 6.5 VDC, 9.0 VDC oder 12 VDC benoetigt, ist dieser Mini-DC/DC-Wandler dann eine sehr gute Alternative, wenn man die Verluste beim linearen Oldy nicht wegstecken kann, wie z.B. bei einem sparsamen Batteriebetrieb. Ich testete den mit 6.5 VDC R-786.5-05, 6.5-0.5 bedeutet 6.5 VDC und 0.5 A, wobei durchaus auch 1 A zulaessig sind. Die Erwaemung ohne Kuehlkoerper ist noch immer gut auszuhalten (der Finger als Waermesensor). 🙂

Mehr Info erhalt man mit diesen Links:

Gruss Thomas

Zum Thema passende Elektronik-Minikurse:

WAS IST EIN OTA? und EIN DYNAMIKLIMITER MIT DEM OTA LM13700

Thomas Schaerer

OTA Dynamik-Limitter mit LM13700

Das Unterkapitel „Warum nicht die Applicationnote Figure 7“ musste am Schluss um einen Abschnitt erweitert werden. Diese Schaltung von Figure 7, wiedergegeben in Bild 1, ist ein Anwendungsbeispiel von National-Semiconductor. Es sind in diesem Kapitel einige Nachteile über diese Applicationnote beschrieben. Ergänzend ist im zusätzlich letzten Abschnitt ein weiterer Nachteil beschrieben. Ein Nachteil, den es vor allem dann zu beachten gilt, wenn man glaubt, dass eine sehr einfache Schaltung für eine präzise Dynamikbegrenzung genügt, was realistisch kaum möglich ist. Aus diesem weiteren zusätzlichen Grund empfiehlt sich besonders das nachfolgende Unterkapitel „Der andere Weg…„.

Ich möchte an dieser Stelle diesen Elektronik-Minikurs erneut empfehlen, weil das IC und die Dynamiklimiterschaltung mit diesem IC noch immer aktuell und ein gutes Lehrstück ist den LM13700 kennenzulernen. Der LM13700 ist mit seinen 30 teils sehr unterschiedlichen Applicationnotes von National-Semiconductor, als Anregung zu eigenen Entwicklungen, nach wie vor, sehr empfehlenswert! Der LM13700 ist ein Dual-OTA, den es im DIL- und im SOIC-Gehäuse auch noch heute gibt. Mehr dazu im folgendenden Elektronik-Minikurs:

Vom Logikpegelwandler zum Impulsgenerator (Endstufe)

Thomas Schaerer

Ein Logikpegelwandler wandelt die Spannung eines Logikpegels in einen Logikpegel mit einer anderen Spannung. Ein Beispiel wäre die Wandlung eines TTL-Signals, mit der typischen Betriebsspannung des TTL-IC von +5 VDC, zu einem CMOS-Logiksignal der IC-Familien MC14xxx bzw. CD4xxx, mit einer möglichen Betriebsspannung des IC von +12 VDC. Möglich, weil man diese CMOS-Familien zwischen +3 VDC und +15 VDC speisen kann. Oder auch das Umgekehrte ist möglich, naemlich, wie man aus einem bipolaren oder unipolaren Signal mit höherer Spannung ein unipolares Signal mit niederiger Spannung, z.B. TTL-Pegel oder 5 V für ein HCMOS/ACMOS-IC, erzeugt.

Logikpegelwandler

Was vermittelt links die symbolhafte Skizze? Sie deutet an worum es in diesem Elektronik-Minikurs geht. Nach einer kurzen allgemeinen Einführung, wird in drei Bildern mit Text gezeigt, wie man mit wenig schaltungstechnischem Aufwand diskrete Logikpegelwandler mit Transistoren realisieren kann. Es mag sich der eine oder andere fragen, ob das denn Sinn macht? Ja, hier im ELKO tut es das. Es geht ja auch immer wieder darum, dass u.a. dem Azubi vermittelt wird, wie man mit einzelnen Transistoren und ein paar passiven Teilen so etwas realisiert. Sich mit so etwas auseinander zu setzen lohnt sich auch dafür, wenn es bei einem Projekt angebracht ist, ein Teil des Innenlebens eines IC (Komparator, Opamp) zu studieren, weil man etwas ganz Bestimmtes verstehen will.

Danach nehmen wir, zur Realisierung von Logikpegelwandlerschaltungen, den altbekannten, preiswerten und relativ schnellen Komparator LM319 (Dual-Comparator) unter die Lupe. Es gibt noch einen andern Komparator, der ebenso altbekannt und preiswert, jedoch eher langsam ist, dafür aber sehr wenig elektrische Leistung verbraucht. Es ist der LM339 (Quad-Comparator). Dieser Komparator hat eine wichtige Besonderheit. Die Transistorstufe am Eingang des Komparator besteht aus PNP- und nicht aus NPN-Transistoren, wie beim LM319. Wozu das gut sein kann und bekannt sein sollte, erfährt man mit einer praktischen Schaltung.

Dieser Elektronik-Minikurs geht auch etwas abseits von den gewohnten Pfaden. Jeder der die sogenannten Analog-Switches, fachgerechte Bezeichnung MOSFET-Transmissions-Gates, kennt, weiss wozu es sie gibt. Eben, wie die Bezeichnung schon sagt, um analoge Signale zu schalten. Da es mit diesen ICs aber möglich ist, analoge AC-Signale und DC-Signale bis in den unteren MHz-Bereich zu schalten, ist es ebenso möglich eine Impulsendstufe mit variabel einstellbaren Amplituden, bis in diesen Frequenzbereich, zu realisieren. Wie das auf einfache Weise realisiert werden kann, wird hier gezeigt.

Ursprünglich baute ich so etwas für viele Kanäle zur Untersuchung von SC-Filterschaltungen, in einer Zeit als diese Bauteile auf dem Markt erst vereinzelt „auftauchten“. Die Schaltung hier ist ein Derivat davon, allerdings mit einem z.Z. modernen IC.

INELTEC und GO in Basel vom 4. bis 7. September 2007

Thomas Schaerer

Alle zwei Jahre, in den ungeraden Jahreszahlen, findet in Basel (Schweiz) die Internationale Elektronik- und Technikfachmesse, die INELTEC, statt.

Bisher gab es stets nur eine Ausstellung mit der Bezeichnung INELTEC, wobei lange nach der Gründungszeit der Name INEL benutzt worden ist. Neu ist, dass es zwei Messen gleichzeitig gibt, die INELTEC (Infrastruktur-Technologie) und GO (Automation Technologie).

Mehr dazu liest man in:

Für beide Ausstellungen gilt die selbe Tageskarte!

Ein Bild von der Messehalle an der Basler Mustermesse

Quelle: https://www.topreisebilder.com/picturesSchweiz/pages/00000017.html

Mustermesse Basel

UPDATE: Steuerbares und steiles Tiefpassfilter in SC- und Analog-Technik mit grossem Frequenzbereich

Thomas Schaerer

Dieses Update enthält keine speziellen Erweiterungen. Die Änderungen bestehen darin, dass gewisse Textteile verständlicher gestaltet sind.

SC-Filter-3Es geht um eine Tiefpassfilterschaltung, welche in einem grossen Bereich der Grenzfrequenz mittels Taktsignal kontinuierlich steuerbar ist. Die vorliegende Schaltung in SC- und analoger Technik wurde urpsrünglich in einem aufwändigen AD-/DA-Wandlersystem computergesteuert eingesetzt. Dieses Projekt enthält Detailschaltungen die auch einzeln und in ganz anderen Zusammenhängen eingesetzt werden können: Dies sind ein einfacher Frequenz/Spannungs-Wandler ohne spezielles IC, ein Dual-Spannungs/Strom-Wandler und ein Logik-Pegelwandler.

Lernen kann man etwas darüber wie man SC-Tiefpassfilter mit aktiven analogen Tiefpassfiltern sinnvoll kombiniert, wie man den Signal/Rausch-Abstand optimiert, wie eine elegante und einfache Filtersteuerung mit JFETs als Analog-Schalter funktioniert, wie ein Transkonduktanzverstärker (OTA) als aktives steuerbares Tiefpassfilter arbeitet, wie man in einer Konstantstromquelle den Strom misst und dabei den Strom in die Hauptrichtung zwecks genauer Messung automatisch mittels einer simplen Diode unterbricht.

Beim JFET als Analog-Schalter wird gezeigt, wie ein exotischer Trick – kleiner Stromfluss in’s Gate – den Drain-Source-Widerstand drastisch reduziert. All dies erfährt man in:

UPDATE: Das SC-Filter, eine kurze Einführung

Thomas Schaerer

SC-Filter 1.Teil

Zeitkontinuierliche Filterschaltungen mit Operationsverstärkern (oder mit Transistoren), Widerständen und Kondensatoren werden rasch sehr aufwändig, wenn Ordnungszahl und/oder Filtergüte hoch sein müssen. Das ist dann nötig, wenn die Steilheit vom Durchlass- in den Sperrbereich – also in der Zone der Grenzfrequenz – sehr gross sein muss. Dazu kommt, dass bei hoher Ordnungszahl die Sensivität der Schaltung ebenfalls hoch ist. Dies bedeutet, dass die frequenzbestimmenden Widerstände und Kondensatoren sehr enge Toleranzen aufweisen müssen. Das kann schnell sehr teuer werden, besonders bei den Kondensatoren.

Die Alternative ist heutzutage die digitale Filterung z.B. mittels digitalem Signal-Prozessor (DSP), aber je nach Anwendungszweck und Anforderungen kommen auch SC-Filter zum Einsatz. Dieser Elektronik-Minikurs ist eine praxisorientierte kurze Einführung in die SC-Filter-Technik.

Neu mit diesem Update: Der Vor- und Nachteil zwischen zeitkontinuierlicher (analog) und zeitdiskreter (SC) Filterung kommt mit Bild 1 deutlicher zum Ausdruck. Das Kapitel „Nyquist, Shannon und der Wilde Westen“ wurde vollständig neu überarbeitet, weil der Text zu Misverständnissen führen konnte, wie dies kürzlich ein E-Mail-Wechsel mit einem Leser zum Ausdruck brachte.

NEU: Sinusgeneratoren und der SC-Sinusgenerator

Thomas Schaerer

Sinusgeneratoren und SC-SinusgeneratorEs gibt unterschiedliche Methoden eine Sinusspannung zu erzeugen. Für hohe Frequenzen verwendet man gerne LC-Oszillatoren, während man bei niedrigeren Frequenzen RC-Oszillatoren, wie z.B. einen Phasenschieber-Oszillator, einsetzt. Besonders erwähnenswert ist der Wien-Robinson-Oszillator. Bei guter Dimensionierung erreicht man sehr niedrige Klirrfaktorwerte und eine gute Frequenzstabilität. Dies erreicht man dadurch, dass im Resonanzfall die Verstärkung die Dämpfung des frequenzselektiven Netzwerkes im Rückkopplungspfad mittels Regelung gerade so kompensiert, dass eine bestimmte Sinusspannung konstant gehalten wird. Eine derart erzeugte Sinusspannung hat wie ein LC-Oszillator etwas Natürliches an sich, weil die Sinusform durch ein Resonanzphänomen erzeugt wird.

Im ersten Kapitel widmen wir uns ein wenig diesem Generatortyp mit einer erprobten Schaltung, die man leicht den eigenen Bedürfnissen anpassen kann. Man lernt dabei auch eine Art der Verstärkerregelung mittels JFET kennen, wie man sie auch gerne bei Dynamikkompressoren einsetzt. In den weiteren Kapiteln wird in groben Zügen mittels Blockschemata gezeigt, wie der Funktionsgenerator und der Frequenzsynthesizer arbeiten. Mit Schieberegistern und einem Widerstandsnetzwerk an den parallelen Datenausgängen lässt sich jede Spannungsfunktion, und damit auch eine Sinusspannung, erzeugen. Die Frequenz der Sinusspannung ist ebenso mit einer Taktfrequenz steuerbar. Diese Methode eignete sich bereits in den frühen 1970er-Jahren hervorragend für die FSK-Modulation (FSK = Frequency-Shift-Keying). Da diese Art der Sinuserzeugung aufwändig ist, wird sie heute nicht mehr realisiert. Trotzdem lohnt es sich zu lernen, wie so etwas funktioniert. Es kann eine Anregung für andere Projekte mit Schieberegistern sein. Es gibt längst Alternativen, wie ein relativ einfacher digitaler Sinusgenerator mittels (E)EPROM und die sogenannte DDS-Methode. Diese beiden Methoden werden kurz vorgestellt.

Damit stecken wir bereits in der Thematik der digital erzeugten Sinusspannung. Wir setzen das Thema mit dem Titel Aus Rechteck wird Sinus, mit einer spektralen Betrachtung der Rechteckspannung praxisnah fort. Es wird gezeigt, dass mit geeigneter Tiefpassfilterung aus einer solchen Rechteckspannung eine brauchbare Sinusspannung erzeugt werden kann. Dass aus all dem dieser Elektronik-Minikurs auf einen Sinusgenerator mittels SC-Tiefpassfilter hinausläuft, dessen Sinusfrequenz ganz leicht mit einer frequenzvariablen Rechteckspannung steuerbar ist, ist dann nur noch die logische Konsequenz. Es gibt dazu eine praxiserprobte Schaltung.

Dieser Elektronik-Minikurs ergänzt die folgenden längst bestehenden Elektronik-Minikurse über Switched-Capacitor-Filter (SC-Filter):