Update: Sicherer ICs testen, ein Hochsicherheits-Netzteil

Netzteil zum Testen von ICs Je länger desto mehr werden an technischen Hochschulen und in Elektronikfirmen integrierte CMOS-Schaltungen entwickelt. Man nennt diese „Disziplin“ IC-Design. Die Arbeit erfolgt mit komplizierter Software an Computern. Die ultimativen Daten sendet man einer Halbleiterherstellerfirma via Internet. Diese Firma stellt eine Nullserie der intergrierten Schaltung her, die dem Entwickler per Paketpost – das Beamen ist noch nicht erfunden! 😉 – zum Testen zurückgesendet wird. Es naht die Stunde der Wahrheit. Die Nerven werden strapaziert. Und dann, welch ein wohltuendes Aufatmen, wenn festgestellt wird, dass alle Parameter stimmen. Die Korkenzapfen fliegen!

Bevor es aber soweit ist, sollten Maßnahmen getroffen werden, dass beim Testen nicht unabsichtlich ein zu testendes IC zerstört wird. Da gilt es dafür zu sorgen, dass keine statischen Entladungen auftreten können. Oft ist es so, dass selbsthergestellte CMOS-ICs nicht die hohen Ein- und Ausgangssicherheiten aufweisen, wie z.B. die 74HC(T)xxxx-, CD4xxx und MC14xxx-CMOS-Familien. Ein grosses Problem ist das Risiko des Latchup-Effekts. Um dieses zerstörerische Risiko so gering wie möglich zu halten, lohnt es sich ein dafür spezielles Netzteil zu realisieren! Dies ist das Thema dieses Elektronik-Minikurses.

Da dieser Elektronik-Minikurs leicht überarbeitet wurde und heute brandaktueller ist als vor vier Jahren, als ich ihn geschrieben habe, wird im ELKO-Newsletter erneut darauf aufmerksam gemacht.

Elektronik-Inhalte: Spannungsregelschaltung mit Opamp und Transistor. Das Dual-Tracking-Prinzip bei symmtrischer Spannungsregelung. Strombegrenzung mit Transistor. Überstromabschaltung mit Verzögerungsschaltung (Trägheit), RS-Flipflop, Transistor und Relais. Überspannungsbegrenzung die sich der Einstellung der Ausgangsspannung automatisch anpasst. Gleichbleibend helle Spannungsanzeige mit LEDs bis zu einer niedrigen Betriebsspannung von 0.7 VDC.


UPDATE: Einfaches Labornetzteil mit NPN-Komplementärdarlingtonstufe

Netzteil mit Komplementär-Darlington

Dieser Elektronik-Minikurs wurde in Zusammenhang mit einem andern neu überarbeitet, wobei das Unterkapitel DIE ZUSÄTZLICHE FREQUENZGANGKOMPENSATION MIT C3 UND R5 besonders im Vordergrund stand. Am Beispiel der beiden sehr bekannten Opamps LF356 und LF357 werden die zusammenhängenden Eigenschaften der Frequenzbandbreite, Frequenzgangkompensation und das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (Unity-Gain-Bandbreite) praxisnah beschrieben. Dazu gehört ebenso eine Testschaltung, vorgestellt und beschrieben im Kapitel FREQUENZGANGKOMPENSATION UND EINE ZUSÄTZLICHE TESTSCHALTUNG, die ebenfalls neu ausführlicher beschrieben ist.

Weitere Themen sind: Der komplementäre Darlington; die Spannungsregelung (updated); die Strombegrenzung (updated); eine praxisnahe Kühlkörperberechnung am vorliegenden Beispiel; der Second-Breakdown-Limit bei bipolaren Leistungstransistoren; eine Überlastanzeige; ein alternatives Schaltungsprinzip für hohe Spannungen.


UPDATE: Lowpower-MOSFET-Minikurs und Batterie-Betriebsspannung-Abschaltverzögerung

MOSFET-Minkurs, BatterieabschaltverzögerungDieser Elektronik-Minikurs über Lowpower-MOSFETs ist auf eine spezielle Anwendung, auf die Verzögerungsschaltung, oft auch Timer genannt, fixiert. Trotzdem eignet sich dieser Inhalt um die erworbenen Grundlagen über diese Art von Feldeffekttransistoren zusätzlich zu vertiefen. Für den Leser der noch nicht weiss was ein Feldeffekttransistor (FET) ist, empfehlen sich die entsprechenden Grundlagenkurse von Patrick Schnabel. Diese findet man schnell mit der ELKO-Suchfunktion durch die Eingaben von Feldeffekt-Transistor, MOS-Schaltkreisfamilie und MOS-FET. Dieser Elektronik-Minikurs befasst sich speziell mit dem BS170, der sehr bekannt und beliebt ist. Er wird scherzhaft oft auch den BC109 der MOSFET-Familien genannt, obwohl er dem BC109 um einiges überlegen ist.

Es beginnt in diesem Elektronik-Minikurs alles mit einem Vergleich zwischen einer Darlingtonschaltung mit zwei NPN-Transistoren und dem Lowpower-MOSFET in N-Kanal-Technologie, eben dem BS170. Dieses Update enthält eine Erweiterung betreffs Darlingtonschaltung. In der Beschreibung, neu um Bild 2, wird einiges über die Funktionsweise deutlicher erklärt. Oft wird geglaubt, dass eine Darlingtonstufe, wenn sie durchgesteuert ist, stets die doppelte Basis-Emitter-Schwellenspannung haben muss. Dieses „Dogma“ stimmt aber nicht, wenn der eingangsseitige Transistor (T2) durch dessen Basisstrom in die Sättigung gesteuert wird. Mehr dazu im Kapitel KONDENSATORENTLADUNGSMETHODE MIT BIPOLARER TRANSISTORSCHALTUNG mit Bild 2 in:


GROSS-UPDATE: Die komplementäre Darlington-Schaltung

kompl.-Darlington1

Dieser Elektronik-Minikurs wurde mit den Bildern 2 und 3 und der zusätzlichen Beschreibung wesentlich erweitert. Es geht dabei um die unterschiedlichen inneren Vorgänge einer „normalen“ und einer komplementären Darlingtonstufe, die den Namen Sziklai-Pair trägt.

Während in Bild 1 die Emitterschaltung als Grundschaltung dient, ist es in Bild 2 und 3 die Kollektorschaltung, die auch als Emitterfolger bezeichnet wird und sehr häufig in linearen Netzteilen vertreten ist.


UPDATE: Netzteil-Testgerät I

Netzteil testenWie realisert man ein Testgerät für Netzteile und Netzgeräte um ihre statischen und dynamischen Regeleigenschaften zu testen? Ein überarbeiteter Elektronik-Minikurs, u.a. mit einer nachbaubaren Schaltung!

Lerninhalte:

Das statische und dynamische Testen von Netzgeräten/teilen. Wie realisiert man eine solche Schaltung? Wann ist eine Konstantstromregelung eine Stromquelle und wann eine Stromsenke? Die Stromquelle/senke mit hochstabiler Bandgap-Spannungsreferenz, Opamp und Transistor. Was ist der Unterschied zwischen statischem und dynamischem Testen? Die kritische Stabiliät und wie kann man diese am Oszilloskopen erkennen. Genaue Erläuterungen worauf es im Einzelnen bei der Konstantstromregelung ankommt. Dabei sind die Zusammenhänge von Leistungen, Strömen, Spannungen und Stromverstärkungen thematisiert. Es soll mit diesem Elektronik-Minikurs ereicht werden, dass der Leser versteht worauf es ankommt und er soll mit ausreichenden Elektronikkenntnissen in der Lage sein, sein eigenes individuelles Netzgerät/teil-Testgerät zu realisieren.


Projekte – Praktika – Seminare (PPS)

Ich habe heute morgen (03.07.2006) in der UseNet-Elektronik-Newsgruppe ‚de.sci.electronics‘ mit einem Posting geantwortet, das auch die Leser der ELKO-News interessieren könnte.

Als Einleitung ein paar passende und anregende Aussagen zweier Studenten:

>> nicht so öde ist. Am Radio war nur der Mittlere Pol mit + und einer Spannungsangabe bezeichnet. Am äußeren Kontakt stand nichts. Jetzt ist dieser Mensch hingegangen, hat den mittleren Pol an die positive Versorgungsspannung angeschlossen. Er hat sich dann gewundert, warum das Radio nicht spielt …

> Ich kenne einen E-Technikstudenten von der FH-Gummersbach, der wusste nach Studium mit sehr gutem Abschluss nicht was ein Triac und ein Diac ist.

> Ich kenne auch viele Physikstudenten hoeheren Semesters, die sich sehr schwer tun, zu sagen, wieherum die Durchlassrichtung einer Diode ist.

Meine Antwort:

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Dieses Problem wurde an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule (ETH) erkannt und als Konsequenz daraus entstanden die sogenannten Projekte-Praktika-Seminare, die PPSe. Diese sind allgemein von den Studenten sehr beliebt und sie lernen die Praxisausrichtung sehr schnell schaetzen.

In der Anfangszeit, um das Jahr 2001, fand ich per GOOGLE auch an deutschen Technischen Hochschulen einige PPSe welche mit Elektrotechnik/Elektronik zu tun haben. Ich habe das letzte Mal vor etwa einem halben Jahr geschaut und nichts mehr derartiges gefunden. Sollte dies der Realitaet entsprechen, ist das ausserordentlich zu bedauern.

Ich nenne hier den Hauptlink, um zu verstehen, was es mit dem PPS auf sich hat:

https://www.ee.ethz.ch/studium/studenten/bachelorstudium/pps_short.pdf

Hier sieht man die Zusammenstellung aller PPS-Angebote:

https://www.ee.ethz.ch/studium/studenten/bachelorstudium/pps

Ich habe im Jahre 2001 selbst ein PPS geschaffen, das ich noch heute in jedem Semester leite und die Studenten freut’s wenn sie sehr praxisnah elektronische Schaltungstechnik erfahren duerfen. Sie erfahren solche PSSe als wichtige notwendige Ergaenzungen zu ihrem Studium.

Mein PPS zur elektronischen Schaltungstechnik mit dem elektromedizinischen Them Elektro-Myographie (EMG), bzw. EMG-Biofeedback:

https://www.isi.ee.ethz.ch/education/pps/emg_biofeed/index.de.html

/public/schaerer/emg_pps.htm

Mein Aufruf an alle Studenten, die dieses Posting lesen und der Auffassung sind, dass ihr Studium zu theorie- und allzu einseitig simulationslastig ist, die PPS-Idee (siehe PDF-File oben) an ihren Technische Hochschulen vorzuschlagen.

Fuer alle Studenten die an der elektronischen Schaltungtechnik interessiert sind und nur wenig Grundlagenkenntnisse haben, empfehle ich das ELektronik-KOmpendium (das ELKO) von Patrick Schnabel mit seinen vielseitigen Themen:

„das ELKO“

/

Fuer Studenten mit fortgeschrittenen Kenntnissen eignen sich u.a. meine Elektronik-Minikurse, welche im Stile von Workshops realisiert sind:

„Schaerers Elektronik-Minikurse praxisnah erleben!“

/public/schaerer/

Gruss

Thomas


Update: Echter Differenzverstärker I

Update: Echter Differenzverstärker IVollständig neu überarbeitet ist das Kapitel Differenzverstärker mit Bild 3. Dieses Kapitel erklärt neu, warum der Eingangswiderstand bei einem Gleichtaktsignal an beiden Eingängen gleiche Werte hat, bei Gegentakt jedoch ungleich ist.

Diese Eigenschaft macht diese Schaltung, die mit nur einem Operationsverstärker auskommt, nicht zu einem echten Differenzverstärker bzw. Instrumentationsverstärker. Es zeigt aber, wenn im Falle einer niederohmigen Signalquelle ein einfacher Differenzverstärker mit unterschiedlichen Eingangswiderständen für Gegentaktsignale genügt, dann hat man immerhin den Vorteil, dass auf allfällig vorhandene Gleichtaktsignale die Eingangswiderstände gleich gross sind, und deshalb diese Gleichtaktsignale wirksam unterdrückt werden.

Störsignale, die von aussen gleichermassen auf die beiden Leiter zum invertierenden und nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers einwirken, sind ebenfalls Gleichtaktsignale. Auch solche werden wirksam unterdrückt. Wenn man jedoch auf hochohmige Eingangswiderstände angewiesen ist, muss ein echter Differenzverstärker, also ein Instrumentationsverstärker, der stets aus drei Operationsverstärkern besteht, zum Einsatz kommen.

Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass neben diesem speziellen neuen Kapitel der gesamte Elektronik-Minikurs überarbeitet und inhaltlich erweitert worden ist. Neu in diesem Zusammenhang ist Bild 6, das die Methode illustriert, wie man einen hochpräzisen Differenzverstärker ohne Trimmpotmeter abstimmen kann, falls man aus Gründen des Platzes oder des Preises auf Trimmpotmeter verzichten muss oder eine sehr hohe Langzeitstabilität des Widerstandsnetzwerkes von besonderer Bedeutung ist.


Einschaltstrombegrenzung für Ringkerntrafos, ohne Trafo-Sekundärspannung

Einschaltstrombegrenzung für Ringkerntrafos, ohne Trafo-SekundärspannungDieser Elektronik-Minikurs ergänzt den ersten (2. Link) mit dem Unterschied, dass bei diesem die Speisung der Schaltung direkt aus dem 230-VAC-Netz erfolgt. Ein Vorteil mit nur einer galvanischen Trennung, wie nebenstehend das Titelbild illustriert.

Um den Inhalt dieses zweiten Elektronik-Minikurses über die Einschaltstrombegrenzung, inklusive Heissleiter und Trafo, richtig zu verstehen, sind die Kenntnisse des ersten (2. Link) nowendig. Der grosse Vorteil der Speisung der Elektronik zur Einschaltstrombegrenzung aus dem 230-VAC-Netz ist, dass das Relais, dessen Arbeitskontakt nach der Einschaltung verzögert den Heissleiter (NTC) überbrückt, keine speziellen Isolationseigenschaften aufweisen muss. Das Relais ist für keine galvanische Trennung verantwortlich. Es ist daher möglich ein beliebiges 230-VAC-taugliches Relais zu verwenden, das von verschiedenen Herstellern erhältlich ist. Die Funktionsweise der Einschaltstrombegrenzung mit Schaltung und Diagramm wird anschaulich erklärt.

Besonders bei medizinischen Anwendungen sind solche Vorteile besonders wichtig, weil neben der höheren Anforderung an Isolationsspannung, auch ein besonders geringer Erd-, bzw. Patientenableitstrom wichtig ist. Da kann der Entwickler eines Netzteiles für medizinische Spezifikationen froh sein, wenn man nicht auch noch um das Relais besorgt sein muss.

Es gehört zwar nicht zum Thema, trotzdem wird auch noch die Daten-Schnittstelle zwischen Computer/Internet und medizin-sensitiver elektronischer Schaltung unter die Lupe genommen und es wird grob gezeigt welche Massnahmen sich bieten.