Autor: Thomas Schaerer

UPDATE: Die Power-Zenerdiode aus Zenerdiode und Transistor

Thomas Schaerer

Power-Z-Diode aus Z-Diode und Transistoren

Zenerdioden (Z-Dioden) setzt man dort ein, wo Spannungen begrenzt werden müssen, wobei besonders hohe Präzision und sehr 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 bei Farnell teure Leistungs-Z-Dioden bis 75 Watt. Es gibt allerdings eine preiswertere Methode aus einer Kombination mit einer kleinen Z-Diode und zwei Transistoren, wobei der eine dieser beiden ein Leistungstransistor sein muss. Mit dieser Methode ist man auch nicht von schwierig erhältlichen Leistungs-Z-Dioden abhängig und man ist sehr flexibel in der Gestaltung von Begrenzungsspannung und zulässiger Verlustleistung. Davon handelt dieser Elektronik-Minikurs.

GROSSES UPDATE: Die Transistor-LED-Konstant-Stromquelle mit ein oder zwei Transistoren

Thomas Schaerer

Konstantstromquelle mit Transistor und LEDDieser Elektronik-Minikurs habe ich derart erweitert, dass man ihn gerade so gut als neu bezeichnen kann. Was ist geblieben und was ist neu dazugekommen? Geblieben ist das Hauptthema. Es damit zu tun, dass sich Transistoren und LEDs hervorragend als einfache und recht präzise Konstant-Stromquellen eignen.

Neu ist, das Thema beginnt damit wie man konstante Stromquellen im prähistorischen Zeitalter der Elektrotechnik mit Hochspannung erstellen musste, falls man so etwas benötigte. Beim Übergang zur elektronischen Methode mittels Transistor wird darauf hingewiesen, dass die Ausgangskennlinie dieses Bauteils die Voraussetzung ist: Während das Verhältnis der Kollektor-Emitter-Spannung zum Kollektorstrom bei wenigen k-Ohm liegt, befindet sich das Verhältnis der Änderung der Kollektor-Emitter-Spannung zur Änderung des Kollektorstromes bei einigen 100 k-Ohm. Dieser Wert dieses differenziellen Widerstandes lässt sich durch Gegenkopplungsmassnahmen bis weit in den M-Ohm-Bereich erhöhen.

Es folgt eine einfache dimensionierte Konstant-Stromquelle mit einem Transistor und vier Widerständen. Es empfiehlt sich für den Anfänger dies auf einem Testboard nachzubauen um selbst zu erfahren wie’s funktioniert. Nach der Erläuterung weshalb der Einsatz einer LED im Vergleich zu zwei Dioden wesentliche Vorteile hat, folgt neu eine Darstellung des vielseitigen Einsatzes dieser einfachen Stromquellenschaltung in sechs kleinen Schaltungen. In einem weiteren Bild wird an einem Beispiel gezeigt, dass sehr präzise Anwendungen realisierbar sind.

Es wird gezeigt, wie mittels Stromquelle in Stromquelle die Stromstabilität gegen Änderung der Betriebsspannung besonders unabhängig ist. Eine Schaltung, die sich besonders für Batterieanwendungen eignet. Ganz zum Schluss folgt noch eine Konstantstromquelle mit einem Dual-Operationsverstärker und einer hochstabilen Bandgap-Referenz. Dies dient nur als Hinweis darauf, dass es auch noch ganz andere Methoden gibt hochstabile konstante Ströme zu erzeugen.

UPDATE: Positive und negative Zusatzspannung aus Gleichspannung

Thomas Schaerer

2-Phasen-Spannungsmultiplier

Dieser Elektronik-Minikurs zeigt wie man mittels preiswerten CMOS-ICs Spannungsverdoppler und Spannungsspiegel realisieren kann und wie mit einfacher Methode stabilisierte Zusatzpannungen erzeugt werden können.

Schritt für Schritt wird der Leser eingeführt, wie mit geringem Aufwand eine höhere stabilisierte Spannung (Hilfsspannung) als die Betriebsspannung ist, realisiert werden kann, sofern eine geringe Leistung genügt. Es kommt ein LM317L zum Einsatz. Die selbe Grundschaltung ermöglicht es, mit geringfügiger Änderung, einen Spannungsspiegel oder einen negativen Spannungsverdoppler zu realisieren. Zur Stabiliserung kommt ein LM337L zum Einsatz. Weil es hier besonders wichtig ist, wird speziell auf die Bedeutung von Abblockkondensatoren, die in der Nähe der ICs platziert werden müssen, eingegangen.

Zum Schluss wird noch ein kaum bekannter Zweiphasen-Spannungsvervielfacher vorgestellt, von dem ich bloss Kenntnis habe, weil ich an einem Vortrag davon mitbekommen habe. Diese Idee faszinierte mich, weil sie nur halb so viele Dioden benötigt als die bekannte Villardschaltung. Ich habe diese Schaltung auf einem Testboard aufgebaut, ein wenig Versuche angestellt und grob ausgemessen. Vielleicht regt diese Idee den einen oder andern Leser an, weitere Ideen zu dieser Idee zu entwickeln…

UPDATE: Konstantstromquelle mit Opamp und Bandgap-Spannungsreferenz, und eine LED-Testschaltung.

Thomas Schaerer

Stromquelle mit Opamp und TransistorDieser Elektronik-Minikurs ist im Text neu überarbeitet und verständlicher und geht, dort wo es wichtig ist, besser in’s Detail.Man erlernt das Prinzip dieser Konstantstromquelle und am Schlusskann jeder seine eigene LED-Testschaltung bauen und versteht wiesie funktioniert. Das kleine Bild deutet an, wie die Konstantstromquelle, bzw, der LED-Tester arbeitet. Mit einer Zusatzspannungsquelle können leicht auch lange LED-Ketten getestet werden.

Man lernt schrittweise die Wirkungsweise dieser Konstantstromquelle kennen. Es beginnt mit der einfachsten Opamp-Schaltung, mit dem Impedanzwandler. Im folgenden Schritt wird erst eine Diode im Gegekopplungspfad eingebaut und wir analysieren die Spannungen. Im nächsten Schritt wird an Stelle der Diode die Basis-Emitterstrecke eines Transistors eingebaut und ein Widerstand zwischen Emitter und GND definiert in Abhängigkeit der Eingangsspannung den konstanten Kollektorstrom. Konstant im Sinne davon, dass der Strom unabhängig desWiderstandes im Kollektorkreis auf einem stabilen Wert bleibt. Damit ist die Konstantstromquelle realisiert. So ideal wie es jetzt aussieht, ist es aber trotzdem nicht, wenn man es ganz genau nimmt: Stichwort Early-Effekt, dessen Auswirkung kurz erklärt wird.

Im nächsten Schritt erlernt man die Unterschiede der bipolaren Opamps, nämlich solche mit NPN- und PNP-Eingangs-Transistoren. Und man lernt, warum sich in diesem Projekt nur Opamps mit NPN-Eingangs-Transistoren, von denen es sehr viele gibt, eignen. Es wird aber auch gezeigt, dass durchaus auch gewisse BiFET-Opamps in Frage kommen. Dieser Elektronik-Minikurs geht, was den Eingangsteil betrifft, etwas auf die Opamptopologie ein.

Im nächsten Schritt folgt die vollständige Dimensionierung einer solchen Konstantstromquelle und im letzten Teil folgt die Schaltung eines nachbaubaren des LED-Testers mit umschaltbaren Konstantströmen mit Werten 1, 2, 5, 10, 20 und 50 mA. Durch Kombination der Schalter sind auch Zwischenwerte und höhere Werte möglich. Sind alle Schalter eingeschaltet, beträgt der konstante LED-Strom 88 mA.

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

Thomas Schaerer

Prinzipschaltungen des LM317 und Lowdropout-Spannungsregler (LM2941)Diesen Elektronik-Minikurs gibt es seit Mai 2002. Jetzt kam es zu einem grösseren Update, wobei mit Bild 6 eine weitere Skizze dazu kam. Der Text ist ebenfalls überarbeitet.

Worum geht es in diesem Elektronik-Minikurs?

Oft sind gewisse Inhalte von Diskussionen in diversen Elektronik-Newsgruppen Auslöser Elektronik-Minikurse zu schreiben. Im vorliegenden Fall regte mich die Tatsache an, dass viele Mitwirkende praktisch keine Ahnung davon haben, wie die allseits bekannten und tradionsreichen dreibeinigen Spannungsregler der 78xx-Familie und des LM317 arbeiten. Das selbe gilt natürlich ebenso für die 79xx-Familie und für den LM337, welche, komplementär zu den andern, negative Ausgangsspannungen liefern. Da hier jedoch nur die Funktionsprinzipien interessieren, genügt es, wenn wir uns auf die 78xx-Familie und auf den LM317 beschränken.

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 geringen 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.

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

GROSSES UPDATE: Spannungsregelschaltung mit elektronischer Brummsiebung (Brummunterdrückung)

Thomas Schaerer

elektronische Brummsiebung

Dieser Elektronik-Minikurs besteht schon sehr lange. Er ist jetzt massiv überarbeitet. Neu ist, dass der Aufbau der elektronischen Brummsiebung in kleinen Einzelschritten genau erklärt wird. Man lernt dabei den Umgang mit Diagrammen in Datenblättern die mit Stromverstärkung und Kollektor-Emitter-Spannung zu tun haben und wie die Basis-Emitter-Schwellenspannung vom Kollektorstrom abhängt. Auch die Safe-Operating-Area (SOA) ist ein wichtiges Thema. Kurz zusammengefasst, man kann diesen Elektronik-Minikurs als auch Praxiskurs für den Umgang mit bipolaren Transistoren auffassen. Nicht alles, aber vieles wird praxisbezogen am Projekt thematisiert. Da hier die Darlingtonschaltung, d.h. die spezielle komplementär aufgebaute, zur Anwendung kommt, ist das auch gleich ein gutes Thema.

Da die elektronische Brummsiebung die Eigenschaft eines Tiefpassfilters besitzt, lernt man, wie leicht das Rechnen mit der Dämpfung als Kopfrechnen sein kann, wenn man zwei einfache Regeln kennt, nämlich die Dämpfungssteilheiten von 20 dB/Frequenzdekade und 6 dB/Frequenzoktave bei einem Filter erster Ordnung. Dies wird an einem Beispiel deutlich gemacht.

Die Berechnung des Trafo, Gleichrichters und der Glättung erfolgt praxisbezogen, jedoch stark reduziert, weil auf ein Fachbuch verwiesen wird, das den (angehenden) Elektroniker auf seinem Weg begleiten soll. Warum Ringkerntrafos besser sind und wozu eine Schirmwicklung gut sein kann, wird ebenfalls thematisiert.

Dieser überarbeitete Elektronik-Minikurs bietet wesentlich mehr als die Version vom 03.03.2004 und zuvor. Dazu muss der Leser, wenn er sich dafür interessiert, mehr Zeit zum Lesen und Nachdenken investieren.

Update: Tristate-Logik, Grundlage und Praxis

Thomas Schaerer

Update: Tristate-Logik, Grundlage und PraxisHochkomplexe integrierte digitale Schaltungen ohne die Anwendung der Tristate-Logik ist undenkbar…

Die Rubrik DIGITALTECHNIK (2. Link) enthält unter LOGISCHE GRUNDVERKNÜPFUNGEN die Grundlagen zu den AND-, NAND-, OR-, NOR, EXOR- und EXNOR-Schaltungen, jedoch fehlt die Grundlage der Tristate-Logik. Genaugenommen ist es nicht eine Logikschaltung im üblichen Sinn. Trotzdem ist die Tristate-Logik fester und sehr wichtiger Bestandteil der TTL- und CMOS-Logikschaltkreisfamilien. Was die Tristate-Logik ist und wozu sie dient, beschreibt dieser Elektronik-Minikurs, der in diesem speziellen Fall die logischen Verknüpfungen in der Rubrik Digitaltechnik erweitert. Es ist ebenfalls ein Grundlagenkurs, der jedoch im fliessenden Übergang Experiment und Praxis miteinbezieht. Dieser Elektronik-Minikurs wurde inhaltlich erweitert.

Grosses Update: Das MonoFlipflop und eine praktische Anwendung

Thomas Schaerer

Grosses Update: Das MonoFlipflop und eine praktische AnwendungDas Wort MonoFlipflop ist eine Wortschöpfung von mir, die zum Ausdruck bringt, dass hier eine Schaltung sowohl Flipflop als auch Monoflop ist.

Was der praktische Nutzen einer solchen Schaltung ist, zeigt dieser Elektronik-Minikurs. Daran ist nichts neu, denn dieser Inhalt gibt es seit dem Jahre 2001. Neu kam durch dieses Update hinzu, dass der Elektronikanfänger lernt, dass man Datenblättern nicht immer blind glauben sollte. So gibt es einen signifikanten Unterschied zwischen den Datenblättern von zwei Herstellern des selben IC, ein CMOS-Doppel-D-Flipflop. Das zusätzlich wichtige Diagramm des einen Herstellers zeigte mir, dass die sogenannte Wahrheitstabelle, welche die logischen Zustände beschreibt, unvollständig ist. Diese Tabelle ist hier mit erläuternden Worten ergänzt. Diese Erkenntnis ist entscheidend, wenn man dieses D-Flipflop in seinen Möglichkeiten voll ausschöpfen will. Es sind die beiden CMOS-ICs MC14013B und CD4013B.

Update: Der 555-CMOS-Timer, auch für lange Zeiten

Thomas Schaerer

Update: Der 555-CMOS-Timer, auch für lange ZeitenDer 555-Timer ist ein Oldy. Wer kennt ihn nicht. Es gibt viel Literatur und nicht wenige Webseiten mit Grundlagen und praktischen Anwendungen zu diesem noch heute sehr beliebten, originellen und vielseitigen Timerbaustein. Auch das ELKO ist dem 555 stark involviert, das man leicht feststellen kann, wenn man im Suchfenster 555 eingibt.

Mit der CMOS-Version wurde diesem alten Knaben eine Verjüngungskur verpasst. Dadurch wurde er wesentlich anwendungsfreundlicher und er kann für weit mehr Anwendungen eingesetzt werden als sein bipolarer Vorgänger. Der vorliegende Elektronik-Minikurs wurde neu überarbeitet. Der Inhalt ist jetzt differenzierter und vermittelt auch etwas mehr Lehrstoff.

Update: AMPLIFIER-ATTENUATOR mit symmetrischem Ausgang

Thomas Schaerer

Update: AMPLIFIER-ATTENUATOR mit symmetrischem AusgangIm letzten Newsletter vor drei Monaten wurde darauf hingewiesen, dass der Unterschied zwischen Signal-Inversion und Phasenverschiebung von 180 Grad besser beschrieben wurde. Neu kommt hier hinzu, dass das Beispiel Allpassfilter deutlicher erklärt wird.

Das Kapitel PHASENVERSCHIEBUNG ODER INVERSION, DAS IST HIER DIE FRAGE wurde mit dem Abschnitt ZWISCHENEINLAGE: WAS IST EIN ALLPASSFILTER? erweitert. Dies zeigt sich als sinnvoll, wenn der Leser kaum eine Ahnung von elektronischen aktiven Filtern hat. Als Erklärung zur Unterscheidung zwischen Inversion und einer Phasenverschiebung von 180 Grad dienen die invertierende Verstärkerschaltung und das Allpassfilter, wie die beiden Schaltbilder im Bild links mit den zugehörigen Signaldiagrammen knapp illustrieren.

Das Upgrade besteht darin, dass dem Leser in groben Zügen erklärt wird, was ein aktives Tief- und Hochpassfilter ist und damit erfolgt ein Übergang dazu was ein Allpassfilter ist und warum man dieses Filter zum Verständnis der Unterscheidung zwischen Inversion und Phasenverschiebung von 180 Grad gut gebrauchen kann.