27.2.18: Fototransistor invertiert
Einige Fototransistoren haben ein klares LED-Gehäuse und sind auf den ersten Blick kaum von einer weißen LED zu unterscheiden. Aber wenn man von vorn auf die Linse schaut, sieht man die dunkle, lichtempfindliche Fläche. Der kurze Anschluss ist der Kollektor, der lange der Emitter.
Eine Vertauschung der Anschlüsse liegt nahe, denn man könnte in Analogie zur LED denken, dass der kurze Anschluss an Minus gehört. Und weil nach Murphy jeder mögliche Fehler auch passiert, habe ich das auch schon gemacht. Und dabei entdeckt, dass der Fototransistor auch falsch herum funktioniert, wenn auch mit weniger Empfindlichkeit.
Jetzt wollte ich es mal genauer wissen. Warum funktioniert das überhaupt? Einen Fototransistor (1) kann man aus einem Transistor aus einer Fotodiode (2) nachbauen. Die Fotodiode arbeitet in Sperrrichtung und liefert den Basisstrom. Beim realen Fototransistor ist die Basis-Kollektor-Diode zugleich die Fotodiode. Wenn ich ihn umdrehe (3), liegt der Kollektor an GND. Bei gleichem Licht hat man dann nach meinen Messungen einen etwa 200-fach kleineren Sensorstrom.
Der invertierte Fototransistor funktioniert nicht mehr richtig, wenn die Betriebsspannung zu hoch ist. Bei einem Versuch im Lernpaket Elektronik ist mir aufgefallen, dass er bei einer Betriebsspannung von 9 V nicht mehr richtig sperrt. Der Fototransistor leitet dann, invers angeschlossen, auch ohne Licht. Schuld ist der erste Durchbruch der BE-Diode schon bei etwa -6 V. An einem Arbeitswiderstand von 10 k messe ich bei Dunkelheit noch 3 V. Richtig gepolt komme ich runter bis auf 0 V.
Einige Fototransistoren haben ein klares LED-Gehäuse und sind auf den ersten Blick kaum von einer weißen LED zu unterscheiden. Aber wenn man von vorn auf die Linse schaut, sieht man die dunkle, lichtempfindliche Fläche. Der kurze Anschluss ist der Kollektor, der lange der Emitter.
Eine Vertauschung der Anschlüsse liegt nahe, denn man könnte in Analogie zur LED denken, dass der kurze Anschluss an Minus gehört. Und weil nach Murphy jeder mögliche Fehler auch passiert, habe ich das auch schon gemacht. Und dabei entdeckt, dass der Fototransistor auch falsch herum funktioniert, wenn auch mit weniger Empfindlichkeit.
Jetzt wollte ich es mal genauer wissen. Warum funktioniert das überhaupt? Einen Fototransistor (1) kann man aus einem Transistor aus einer Fotodiode (2) nachbauen. Die Fotodiode arbeitet in Sperrrichtung und liefert den Basisstrom. Beim realen Fototransistor ist die Basis-Kollektor-Diode zugleich die Fotodiode. Wenn ich ihn umdrehe (3), liegt der Kollektor an GND. Bei gleichem Licht hat man dann nach meinen Messungen einen etwa 200-fach kleineren Sensorstrom.
Am invertierten Ersatzschaltbild (4) erkennt man, dass beide Bauteile umgedreht sind. Ein Transistor arbeitet ja bekanntlich auch invers, aber dann mit einer sehr kleinen Stromverstärkung. Und die umgekehrte Fotodiode wird nun zu einem kleinen Fotoelement, das die erforderliche Basisspannung liefert. Der Basisstrom ist dabei geringer als bei einer in Sperrrichtung betriebenen Fotodiode mit einer ausreichend großen Sperrspannung. Aber es funktioniert. Genauso könnte man einen richtig herum eingebauten NPN-Transistor (5) mit einer als Fotoelement betriebenen Fotodiode kombinieren. Der Kollektorstrom bei gleichem Licht wäre dann kleiner als in den Fällen 1 und 2, aber größer als in 3 und 4.
Nachtrag 24.9.21: BE-Durchbruch im FototransistorDer invertierte Fototransistor funktioniert nicht mehr richtig, wenn die Betriebsspannung zu hoch ist. Bei einem Versuch im Lernpaket Elektronik ist mir aufgefallen, dass er bei einer Betriebsspannung von 9 V nicht mehr richtig sperrt. Der Fototransistor leitet dann, invers angeschlossen, auch ohne Licht. Schuld ist der erste Durchbruch der BE-Diode schon bei etwa -6 V. An einem Arbeitswiderstand von 10 k messe ich bei Dunkelheit noch 3 V. Richtig gepolt komme ich runter bis auf 0 V.
23.2.18: Temperatursteuerung für Lüfter von Bernd Schulte-Eversum, DG2DCY
Als Ergänzung zum Artikel "NE555 als Komparator". Mit diesem Timerbaustein habe ich vor einiger Zeit eine universelle Leiterplatte konstruiert. Hier ein Auszug der Schaltungsvariation als Lüftersteuerung. Im Schaltplan sind für mögliche Schaltungsvarianten alle Bauteile eingezeichnet. Daraus habe ich eine Lüftersteuerung entwickelt, die in ein Mobilfunkgerät integriert wurde dessen Lüfter im Dauerbetrieb lief. Die nicht benötigten Bauteile sind im Schaltplan grau gefärbt. Mit Hilfe eines Widerstandes am Entladetransistor im IC (DIS) wird eine Schalthysterese erzeugt. Damit wird einerseits ein Schaltschwingen an der Schaltschwelle verhindert, andererseits ein definierter größerer Schaltabstand zwischen Ein- und Ausschalten erzeugt. Ich hoffe mit dieser Schaltungsausführung für weitere Inspirationen beizutragen.
Berechnung der Schaltpunkte:
1. Bestimmung der Widerstandswerte für die Temperaturpunkte, Einschaltpunkt hohe Temperatur = RNTC(TH) und Ausschaltpunkt niedrige
Temperatur = RNTC(TL). Die Widerstandswerte für den NTC der jeweiligen Temperatur kann aus den Tabellen des entsprechenden Datenblattes entnommen werden. Es kann auch mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden:
RNTC = NTC-Widerstandswert bei Temperatur T(RNTC)
T = Meßtemperatur
T0 = 273,15K
R25 = Widerstandswert bei 25°C (Nennwert), zB.: 10kOhm
B = Widerstandskonstante für NTC aus Datenblatt, zB.: B=3400
2. R2 = RNTC(TL) / 2
3. R7 = 1 / ((4 / RNTC(TL)) - (1 / RNTC(TH)))
Ergänzende Info:
UB = 12V
D1 = BZX84C6V8 (6.8V Z-Diode)
BTS6233 = Highside-Treiber an dessen Ausgang „out“ der Lüfter o.ä. angeschlossen werden kann.
Als Ergänzung zum Artikel "NE555 als Komparator". Mit diesem Timerbaustein habe ich vor einiger Zeit eine universelle Leiterplatte konstruiert. Hier ein Auszug der Schaltungsvariation als Lüftersteuerung. Im Schaltplan sind für mögliche Schaltungsvarianten alle Bauteile eingezeichnet. Daraus habe ich eine Lüftersteuerung entwickelt, die in ein Mobilfunkgerät integriert wurde dessen Lüfter im Dauerbetrieb lief. Die nicht benötigten Bauteile sind im Schaltplan grau gefärbt. Mit Hilfe eines Widerstandes am Entladetransistor im IC (DIS) wird eine Schalthysterese erzeugt. Damit wird einerseits ein Schaltschwingen an der Schaltschwelle verhindert, andererseits ein definierter größerer Schaltabstand zwischen Ein- und Ausschalten erzeugt. Ich hoffe mit dieser Schaltungsausführung für weitere Inspirationen beizutragen.
Berechnung der Schaltpunkte:
1. Bestimmung der Widerstandswerte für die Temperaturpunkte, Einschaltpunkt hohe Temperatur = RNTC(TH) und Ausschaltpunkt niedrige
Temperatur = RNTC(TL). Die Widerstandswerte für den NTC der jeweiligen Temperatur kann aus den Tabellen des entsprechenden Datenblattes entnommen werden. Es kann auch mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden:
RNTC = NTC-Widerstandswert bei Temperatur T(RNTC)
T = Meßtemperatur
T0 = 273,15K
R25 = Widerstandswert bei 25°C (Nennwert), zB.: 10kOhm
B = Widerstandskonstante für NTC aus Datenblatt, zB.: B=3400
2. R2 = RNTC(TL) / 2
3. R7 = 1 / ((4 / RNTC(TL)) - (1 / RNTC(TH)))
Ergänzende Info:
UB = 12V
D1 = BZX84C6V8 (6.8V Z-Diode)
BTS6233 = Highside-Treiber an dessen Ausgang „out“ der Lüfter o.ä. angeschlossen werden kann.
22.2.18: NE555 als Komparator
Gerade arbeite ich an neuen Versuchen für den Elektronik-Kalender 2018. Diese Schaltung schien erst in Ordnung, musste aber dann doch verworfen werden. Es geht um einen Komparator ohne Hysterese. Der NE555 enthält ja zwei Komparatoren, die ein RS-Flipflop ansteuern. Mit Tri < 1/3 Vcc wird eingeschaltet, mit Thr > 2/3 Vcc ausgeschaltet. Und wenn beide Bedingungen wahr sind? Dann geht das Einschalten vor. Deshalb war der Gedanke, ich lege Thr fest an Vcc, dann bestimmt der Komparator an Tri das Geschehen allein.
Eigentlich funktioniert das auch, obwohl ich diese Variante in keinem Datenblatt gefunden habe. Beim genauen Test ist mir auch aufgefallen warum. Der Komparator ist nämlich dann nicht stabil, sondern die ganze Schaltung gerät am Schaltpunkt ins Schwingen. Das bedeutet, dass bei langsam steigender Tri-Spannung zwischen rot und grün ein kleiner Bereich liegt, in dem beide LEDs leuchten, weil die Schaltung mit einigen 100 kHz schwingt. Was von der Idee übrig geblieben ist, ist ein Komparator für relativ schnelle Signale. Wenn man z.B. ein NF-Signal in ein Rechtecksignal umwandeln will, funktioniert die Schaltung recht brauchbar.
Gerade arbeite ich an neuen Versuchen für den Elektronik-Kalender 2018. Diese Schaltung schien erst in Ordnung, musste aber dann doch verworfen werden. Es geht um einen Komparator ohne Hysterese. Der NE555 enthält ja zwei Komparatoren, die ein RS-Flipflop ansteuern. Mit Tri < 1/3 Vcc wird eingeschaltet, mit Thr > 2/3 Vcc ausgeschaltet. Und wenn beide Bedingungen wahr sind? Dann geht das Einschalten vor. Deshalb war der Gedanke, ich lege Thr fest an Vcc, dann bestimmt der Komparator an Tri das Geschehen allein.
Eigentlich funktioniert das auch, obwohl ich diese Variante in keinem Datenblatt gefunden habe. Beim genauen Test ist mir auch aufgefallen warum. Der Komparator ist nämlich dann nicht stabil, sondern die ganze Schaltung gerät am Schaltpunkt ins Schwingen. Das bedeutet, dass bei langsam steigender Tri-Spannung zwischen rot und grün ein kleiner Bereich liegt, in dem beide LEDs leuchten, weil die Schaltung mit einigen 100 kHz schwingt. Was von der Idee übrig geblieben ist, ist ein Komparator für relativ schnelle Signale. Wenn man z.B. ein NF-Signal in ein Rechtecksignal umwandeln will, funktioniert die Schaltung recht brauchbar.
19.2.18: Einfache 50-Ohm-Dummyload
Für die Entwicklung meines kleinen Kurzwellensenders habe ich mir einen provisorischen Lastwiderstand mit 50 Ohm gebaut. Er besteht aus drei parallelen 2-Watt-Widerständen mit je 150 Ohm. Ich messe dann mit dem Oszilloskop die HF-Spannung. Wenn ich 20 Vss finde, beträgt die Scheitelspannung Us = 10 V und die Effektivspannung Ueff = 7 V. Die Sinusleistung ist dann 10 V * 10 V / 50 Ohm / 2 = 1 W.
Jetzt habe ich mal ganz unvorsichtig meinen neuen alten SSB-Transceiver Kenwood TS520S drangehängt. Schneller als ich abschalten konnte gab es eine Rauchwolke. Der Lack ist ab! Aber das Ohmmeter zeigt immer noch 50 Ohm, die Widerstände funktionieren also noch. Für eine ganz kurze Leistungsmessung habe ich die ganze Dummyload einfach in eine Tasse mit klarem Wasser gelegt. Bei voller Leistung höre ich ein zischelndes Geräusch. Es kommt vermutlich nicht von kochendem Wasser, sondern von einer HF-Elektolyse. Aber es hört sich so gefährlich an, dass ich den Test möglichst schnell wieder beende. Nach etwa zehn Sekunden ist das Wasser nur gerade merklich wärmer geworden. Aber in der kurzen Zeit konnte ich die maximale Ausgangsleistung einstellen und die Spannung am Oszi ablesen. Bei 3,5 MHz waren es 200 Vss, also 70 Veff. Die Ausgangsleistung beträgt damit immer noch genau 100 W.
Für die Entwicklung meines kleinen Kurzwellensenders habe ich mir einen provisorischen Lastwiderstand mit 50 Ohm gebaut. Er besteht aus drei parallelen 2-Watt-Widerständen mit je 150 Ohm. Ich messe dann mit dem Oszilloskop die HF-Spannung. Wenn ich 20 Vss finde, beträgt die Scheitelspannung Us = 10 V und die Effektivspannung Ueff = 7 V. Die Sinusleistung ist dann 10 V * 10 V / 50 Ohm / 2 = 1 W.
Jetzt habe ich mal ganz unvorsichtig meinen neuen alten SSB-Transceiver Kenwood TS520S drangehängt. Schneller als ich abschalten konnte gab es eine Rauchwolke. Der Lack ist ab! Aber das Ohmmeter zeigt immer noch 50 Ohm, die Widerstände funktionieren also noch. Für eine ganz kurze Leistungsmessung habe ich die ganze Dummyload einfach in eine Tasse mit klarem Wasser gelegt. Bei voller Leistung höre ich ein zischelndes Geräusch. Es kommt vermutlich nicht von kochendem Wasser, sondern von einer HF-Elektolyse. Aber es hört sich so gefährlich an, dass ich den Test möglichst schnell wieder beende. Nach etwa zehn Sekunden ist das Wasser nur gerade merklich wärmer geworden. Aber in der kurzen Zeit konnte ich die maximale Ausgangsleistung einstellen und die Spannung am Oszi ablesen. Bei 3,5 MHz waren es 200 Vss, also 70 Veff. Die Ausgangsleistung beträgt damit immer noch genau 100 W.
15.2.18: AM-Modulator überarbeitet
Der AM-Modulator von Modul-Bus hat so viele Interessenten gefunden, dass nun eine neue Serie aufgelegt wird. Bei der Gelegenheit wurden zwei kleine Änderungen durchgeführt, um die Montage der Buchsen und der Schraubklemmen zu vereinfachen. Besonders die Audiobuchse hat nun einen neuen Footprint. Ich musste dazu etwas tiefer in mein Platinenprogramm Target 3001 einsteigen. Von Klaus Hagemann habe ich seinen Entwurf für die Audiobuchse bekommen, der in Eagle gezeichnet war. Er konnte in Target übernommen werden, wobei ich allerdings die Langlöcher überarbeiten musste. Wieder was gelernt...
Der AM-Modulator von Modul-Bus hat so viele Interessenten gefunden, dass nun eine neue Serie aufgelegt wird. Bei der Gelegenheit wurden zwei kleine Änderungen durchgeführt, um die Montage der Buchsen und der Schraubklemmen zu vereinfachen. Besonders die Audiobuchse hat nun einen neuen Footprint. Ich musste dazu etwas tiefer in mein Platinenprogramm Target 3001 einsteigen. Von Klaus Hagemann habe ich seinen Entwurf für die Audiobuchse bekommen, der in Eagle gezeichnet war. Er konnte in Target übernommen werden, wobei ich allerdings die Langlöcher überarbeiten musste. Wieder was gelernt...
Manchmal
fällt mir das Oszi-Kabel vom Tisch. Die Messspitze schlägt hart auf dem
Boden auf und verbiegt sich. Einmal zurückbiegen geht noch, aber beim
zweiten Mal bricht sie ab. So sind schon viele Messkabel durch mein
Labor gewandert. Aber jetzt habe ich eine Möglichkeit zur Reparatur
gefunden. Ich löte einfach die Spitze einer ganz normalen Stecknadel
an. Das hat sogar noch einen großen Vorteil. Ich kann die Spitze dann
in eine Steckplatine stecken und muss sie nicht am Messpunkt
festhalten. Auch die größere Länge ist oft von Vorteil, wenn es um enge
Stellen geht. Und wenn sie dann doch wieder abbricht, kostet mich das
nur ein müdes Lächeln und eine neue Stecknadel.
Nachtrag: geschraubte Spitze von Paul Salomon
Ein ordentlicher Tastkopf hat eine geschraubte Spitze, die man einfach wechseln kann. https://de.rs-online.com/web/p/oszilloskop-tastkopfe-zubehor/3754520/
Sind auch nicht sooo teuer, die Dinger. Ich hab im Notfall aber auch schon einfach ne neue Spitze rangelötet. Wenn man das öfter macht, löst sich nach und nach das Kunststoffteil auf und legt eine kleine Messingschraube frei.
Nachtrag: geschraubte Spitze von Paul Salomon
Ein ordentlicher Tastkopf hat eine geschraubte Spitze, die man einfach wechseln kann. https://de.rs-online.com/web/p/oszilloskop-tastkopfe-zubehor/3754520/
Sind auch nicht sooo teuer, die Dinger. Ich hab im Notfall aber auch schon einfach ne neue Spitze rangelötet. Wenn man das öfter macht, löst sich nach und nach das Kunststoffteil auf und legt eine kleine Messingschraube frei.
2.2.18: Digitalmultimeter intern
Kein Digitalmultimeter hält ewig. Nach ein paar Jahren gehen sie mit schöner Regelmäßigkeit kaputt. Vielleicht steckt dahinter eine geplante Obsoleszenz? Der Controller hat vielleicht einen Zeitmesser mit einem Selbstzerstörungsmodus, natürlich ganz im Interesse des Kunden, der dann wieder ein neues, sehr genaues Gerät kaufen muss.
Eines dieser defekten Multimeter habe ich aufgehoben, weil ich anders nicht an diese einlötbaren 4mm-Buchsen kommen kann. Ganze Generationen sahen ähnlich aus. Diese Platine stammt von 2002. Viele Metallschichtwiderstände mit 1% sorgen für geringe Toleranzen. Für den 10A-Bereich gibt es einen dicken Widerstandsdraht.
Auf der Rückseite findet sich ein riesiger Stufenschalter aus vergoldeten Bahnen. Der Schwachpunkt waren oft die Schleifer des Schalters. En anderer die Gummikontakte zum LC-Display.
Kürzlich habe ich ein neues Multimeter bekommen und wollte nun vergleichen, wie es innen aussieht. Und siehe da, alle Widerstände sind jetzt SMD. Der Schalter ist kleiner geworden, genau wie die ganze Platine. So spart man Kosten, aber das Ergebnis muss nicht schlechter sein. Manches scheint sogar verbessert zu sein. Der 10A-Shunt ist hitzefest isoliert. Und zwei Polyswitch-Sicherungen schützen das Gerät vor Fehlern.
Kein Digitalmultimeter hält ewig. Nach ein paar Jahren gehen sie mit schöner Regelmäßigkeit kaputt. Vielleicht steckt dahinter eine geplante Obsoleszenz? Der Controller hat vielleicht einen Zeitmesser mit einem Selbstzerstörungsmodus, natürlich ganz im Interesse des Kunden, der dann wieder ein neues, sehr genaues Gerät kaufen muss.
Eines dieser defekten Multimeter habe ich aufgehoben, weil ich anders nicht an diese einlötbaren 4mm-Buchsen kommen kann. Ganze Generationen sahen ähnlich aus. Diese Platine stammt von 2002. Viele Metallschichtwiderstände mit 1% sorgen für geringe Toleranzen. Für den 10A-Bereich gibt es einen dicken Widerstandsdraht.
Auf der Rückseite findet sich ein riesiger Stufenschalter aus vergoldeten Bahnen. Der Schwachpunkt waren oft die Schleifer des Schalters. En anderer die Gummikontakte zum LC-Display.
Kürzlich habe ich ein neues Multimeter bekommen und wollte nun vergleichen, wie es innen aussieht. Und siehe da, alle Widerstände sind jetzt SMD. Der Schalter ist kleiner geworden, genau wie die ganze Platine. So spart man Kosten, aber das Ergebnis muss nicht schlechter sein. Manches scheint sogar verbessert zu sein. Der 10A-Shunt ist hitzefest isoliert. Und zwei Polyswitch-Sicherungen schützen das Gerät vor Fehlern.