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Schaltungen zur MesstechnikProf. Jürgen Plate |
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Schaltungen zur MesstechnikProf. Jürgen Plate |
An den herausgeführten Anschlüssen wird der zu testende Transistor angeschlossen. Mit dem Schalter S wählt man, ob es sich um einen NPN- oder PNP-Transistor handelt. Die Schaltung bildet mit dem zu testenden Transistor einen Oszillator mit komplementären Transistoren (externe NPN mit intern PNP und umgekehrt, der einen Ton im Kleinlautsprecher erzeugt, falls der zu testende Transistor funktionsfähig ist.
Der zweite Transistortester erlaubt die grobe Ermittlung der Kenndaten eines Transistors. Mit dem Schalter S1 wählt man auch hier, ob es sich um einen NPN- oder PNP-Transistor handelt. Schalter S2 erfüllt zwei Aufgaben: Auf Position 1 ist die Basis offen und das Messgerät zeigt den Leckstrom an (eigentlich sollte da das Instrument in der Ruhelage bleiben). In Stellung 2 und 3 kann man den Stromverstärkungsfaktor bestimmen. Stellung 2 ist für einen hohen Faktor zwischen 100 und 1000, Stellung 3 ist für einen niuedrigen Faktor zwischen 1 und 100 (Leistungstransistoren). Der Faktor ergibt sich zu Messwert * 100 in Schalterstellung 2 und zu Messwert * 10 in Schalterstellung 3.
Damit man sich ganz auf die Schaltung konzentrieren kann, arbeitet der Durchgangsprüfer akustisch. Im Grunde ist es eine Standardschaltung, ein Oszillator mit komplementären Transistoren (ähnich wie diverse Blinker und der erste Transistortester oben). In dieser Schaltung ist die Frequenz abhängig vom Widerstand zwischen den beiden Testeingängen. D1 und R1 sorgen für eine sanfte Ladungumkehr von C1. D2 garantiert eine stabile Verstärkung, auch wenn die Batterie anfängt zu schwächeln. Der Piezosummer darf keinen eingebauten Tongenerator besitzen, sondern nur so arbeiten wie ein Kopfhörer oder Lautsprecher. Mit dem Trimmpoti stellt man bei kurzgeschlossenem Eingang einen brauchbaren Ton ein. Je höher der Eingangswiderstand ist, desto tiefer wird der Ton. Wegen der komplementären Transistoren nimmt die Schaltung bei offenem Eingang nur einen minimalen Stom auf, so dass ein Ein-Aus-Schalter nicht nötig ist. Für den Betrieb reicht eine 9-V-Blockbatterie.
Die Überprüfung von Quarzen im Frequenzbereich von 1 MHz bis 55 MHz ermöglicht die folgende Schaltung auf einfache Weise. Der Quarztester funktioniert mit einem einfachen Colpitts-Oszillator, der vom Test-Quarz und von T1, R1, R2, C1 und C2 gebildet wird.Beim Drücken des Tasters entsteht ein Impuls, denn der Quarz zieht die Basis des Transistors T1 kurzzeitig auf Masse. Der Impuls hat wegen der Rückkopplung über Kondensator C1 zur Folge, dass die Schaltung auf der Quarzfrequenz zu schwingen beginnt. Widerstand R2 begrenzt den Strom, der durch T1 fließt, C2 dient zur Entkopplung. Sofern der Quarz intakt ist, liefert der Ausgang eine hochfrequente Wechselspannung. Man kann davon ausgehen, daß jeder intakte Quarz in dieser Schaltung zum Schwingen kommt; er muß lediglich die Bürdekapazität ertragen, die aus der Reihenschaltung von C1 + C2 gebildet wird. Die am Emitterwiderstand R2 anliegende HF-Spannung erreicht einige 100 mV. Sie wird über C3 ausgekoppelt und mit den beiden Dioden D3 und D4 gleichgerichtet. Dabei können nur die positiven Anteile D4 passieren, während die negativen von D3 gekappt werden. Bei schwingendem Quarz kann sich somit der Kondensator C4 aufladen, so dass T2 durchschaltet und die grüne LED aktiviert. Im anderen Fall bleibt T2 gesperrt und rote LED leuchtet.
Nicht ganz ernstzunehmen ist die Schaltung von Florent Simonnot zum "Messen" des USB-Datenaufkommens. USB arbeit ja immer im Master-Slave-Modus und überträgt die Daten im Basisband, wobei Bitstuffing verwendet wird. Damit sind die Daten niemals dauernd "1" oder "0", sondern das Signal wechselt spätestens alle 5 Bit. Das USB-Odometer wird zwischen Rechner und Peripheriegerät (Z. B. Festplatte) geschaltet. Um das Ganze stilvoll zu gestalten, wird ein Zeigerinstrument verwendet. Das Instrument erfüll noch einen zweiten Zweck: es integriert das Signal aufgrund seiner Trägheit (bei fast allen Zeigerinstrumenten ist eine mechanische Dämpfung eingebaut). Das GAte des MOSFET wird von den positiven Impulsen der Leitung D- des USB angesteuert. Die vorhandene Skala des Messinstruments wird durch eine Prozent-Skala ersetzt. Das Potenziometer P1 wird soweit aufgedreht, dass das Messinstrument bei maximalem Datenverkehr auf 100% ausschlägt - wobei die Anzeige auch davon abhängt, ob mehr Nullen oder Einsen über die Leitung rauschen.
Will man nur wissen, ob eine LED noch geht oder wie hell sie ist, genügt eine Lithium-Knopfzelle - und zwar keine neue, sondern eine, die schon ihren Dienst verrichtet hat und für den eigentlichen Einsatz nicht mehr genügend "Saft" hat. Durch den nun relativ hohen Innenwiderstand der Zelle spart man sich alle zusätzlichen Bauteile. Einfach die LED mit beiden Beinchen oben und unten auf die Zelle drücken (dran denken "kurz" = "Kathode"). Schon sieht man, ob sie noch brauchbar ist. Deshalb: Knopfzellen nicht gleich wegwerfen!
Hiermit lässt sich schnell feststellen, ob eine LED zu den Low-Current- oder den High-Efficiency-Typen gehört, bzw. ob es sich um eine Wald-Feld-Wiesen-LED handelt. Low-Current-LEDs leuchten bereits bei 1 bis 2 mA Strom relativ hell, während High-Efficiency-LEDs erst bei Strömen von 10 mA oder mehr ordentlich leuchten. Wenn an einer Anzeigeeinheit benachbarte gleichartige LEDs aufleuchten, sind Helligkeitsunterschiede meist störend. Mit dem Tester können Exemplare sortiert werden, die bei gleichen Strömen nahezu gleich hell leuchten.
Der LED-Tester ist eine einstellbare Stromquelle, die durch eine oder mehrere hintereinander geschaltete LEDs Ströme im Bereich 0...20 mA fließen lässt. Wie so eine Stromquelle funktioniert, ist in dem Skript "Elektronikbasteln" beschrieben. An der Betriebsspannung von 9 V können prinzipiell bis zu vier in Reihe geschaltete rote LEDs getestet werden. Die Schaltung hat trotzdem nur drei Testbuchsen, weil grüne, blaue und weisse LEDs eine höhere Durchlassspannung haben. So kann es bei manchen weissen LEDs durchaus sein, dass nur zwei LED getestet werden können.
Die Schaltung ist wie gesagt eine Stromquelle. Der OPV vergleicht die Spannung an Emitterwiderstand R5 von T1 mit der Spannung, die mit Potentiometer P1 eingestellt ist. Die Basis von T1 liegt über Spannungsteiler R3/R4 am OPV-Ausgang, wobei der Spannungsteiler so dimensioniert ist, dass der Strom durch T1 im sicheren Bereich bleibt. Der maximale Strom liegt bei etwas mehr als 20 mA. Durch Zener-Diode D1 ist die am Potenziometer P1 liegende Spannung von der Betriebsspannung unabhängig. Wegen des gringen Stroms durch D1 beträgt die Zener-Spannung statt der aufgedruckten 4,7 V nur 4,2 V. Widerstand R2 ist so dimensioniert, dass an P1 ungefähr 1 V liegt. Zu jeder Test-LED ist eine 3,9-V-Zener-Diode (D2, D3 und D4) parallel geschaltet. Diese Zener-Dioden haben zwei Aufgaben: Wird eine LED aus der Schaltung genommen, kann trotzdem Strom durch die zweite LED fließen. Außerdem verhindert die Zener-Diode das Überschreiten der maximalen LED-Sperrspannung, falls eine zu testende LED falsch gepolt eingesteckt wird.
Warnung: Die folgende Schaltung wird mit der Netzspannung von 230 V betrieben. Ist das aufgebaute Gerät mit der Netzspannung verbunden, müssen alle spannungsführenden Teile berührungssicher isoliert sein. Auch ist beim Aufbau der Schaltung auf die vorgeschriebenen Isolationsabstände zu achten. Auch ist bei allen Arbeiten an der Schaltung auf Sicherheit zu achten.
Wenn der Steckdosentester an die Netzsteckdose angeschlossen wird, leuchten beide LEDs auf, sofern tatsächlich ein Strom von der Phase zum Nullleiter fließt. Die Farben der LEDs haben keine Bedeutung, Sie können diese nach Geschmack auswählen. Der Vorwiderstand der LEDs besteht wegen der Spannungsfestigkeit aus drei hintereinander geschalteten Widerständen. So fällt an jedem Widerstand nur eine Spannung von ca. 77 Volt ab. Wird der Taster betätigt, darf nur noch eine der beiden LEDs leuchten, sofern der Schutzleiter richtig angeschlossen ist. Die leuchtende LED markiert den Phasenanschluss.
Die Schaltung kann man einfach in einen Netzstecker mit Schutzkontakt einbauen. Achten Sie darauf, dass alles berührsicher eingebaut wird und der Taster für 230 V geeignet ist. Die Widerstände müssen 2-Watt-Typen sein.
In der Schaltung funtioniert der Transistor Q1 als Stromquelle. Wie so eine Stromquelle funktioniert, ist in dem Skript "Elektronikbasteln" beschrieben. Die Z-Diode D1 sorgt für eine Basisspnnung von etwa 5,6 V. Bei einem Emitterwiderstand R2 von 5,6 kΩ fliesst dann 1 mA durch den Transistor. Über den Drehschalter lassen sich dann andere Werte für den Strom durch die Test-Z-Diode wählen.
Für Test einer Z-Diode schließen Sie diese an den Anschlüssen A und K an, Anode an A, Kathode an K. Beginnen Sie mit einem Strom von 1 mA. Dies ist ein sicherer Wert für die meisten Z-Dioden. Je nach Art der Zenerdiode kann dann ein größeren Strom gewählt werden. Die Zenerspannung wird dadurch gegebebenfalls leicht variieren. Sie kann am Voltmeter abgelesen werden. Polen Sie nun die Zener-Diode um, Anode an K, Kathode an A. Nun zeigt des Voltmeter die Durlassspannung von ca. 0,7 V an - es zeigt sich das gleiche Bild wie bei einer gewöhnlichen Siliziumdiode. Nebenbei: Schließen Sie eine LED an A und K an, zeigt das Voltmeter die Durchlassspannung der LED an.
Zum Test von Triacs und Thyristoren eignet sich nur eine Test-Konfiguration, die eine praxisnahe Funktion simuliert, wie die Schaltung unten. Sie überprüft nichts anderes als das Verhalten von Triacs und Thyristoren. Als Versorgungsspannung benötigt der Tester eine Wechselspannung von ca. 12 V. An den Test-Klemmen wird der Prüfling angeschlossen, wie die Zeichung im Schaltplan zeigt. In dessen Lastzweig befinden sich die beiden Leuchtdioden D1 und D2 mit den zugehörigen Vorwiderständen (R2 und R3). Diese LEDs signalisieren, welche der beiden Halbwellen der Wechselspannung der Prüfling gerade durchschaltet. Mit D3 und C1 wird aus der Wechselspannung eine Gleichspannung gewonnen, die man zur Ansteuerung des Gates benötigt. Über zwei Taster sind unterschiedliche Gateströme wählbar, denn Thyristoren benötigen nur ca. 1 mA als Steuerstrom (über den Taster TA1 und R4 auf den Gate-Anschluss). Für Triacs werden dagegen höhere Ströme bis etwa 50 mA je nach Typ benötigt. Der höhere Strom (ca. 36 mA) gelangt durch Betätigung des Tasters TA2 über den Widerstand R5 auf den Gate-Anschluss des Triacs.
Der Prüfling wird entsprechend seiner Anschlussbelegung mit den Test-Klemmen verbunden.
Mit der folgenden Schaltungen kann man auch das Infrarot-Licht einer Fernbedienung detektieren. Einfach die Fernbedienungvor den Fototransistor halten und eine Taste der Fernbedienung betätigen. Sofern die Fernbedienung funktioniert, wird die LED D1 flackern bzw. leuchten. Sie zeigt damit die Signale der Fernbedienung an.
Auf den Fototransistor folgt eine Darlington-Schaltung, die Reichweiten von 1 m bis 3 m ermöglicht. Eine Eigenschaft dieser Schaltung kann jedoch irreführen. Die LED kann auch aufleuchten, obwohl kein Signal vom Sender kommt. Die Ursache hierfür sind andere Lichtquellen oder das Sonnenlicht, denn auch diese strahlen Infrarotlicht ab. Bedingt durch die hohe Verstärkung des Empfängers, reicht dies manchmal aus, die LED aufleuchten zu lassen. Man kann die Sekektivität des Testers durch ein Farbfilter vor dem Fototransistor erhöhen. Früher hätte man als Filter einfach ein Stück unbelichteten, aber entwickelten Farbdia-Film genommen (Anfang bzw. Ende des Films). Heute muss man dafür Geld ausgeben.
