Labortagebuch August 2022
Elektronik-Labor Notizen Projekte Labortagebuch
Die Nachricht kam von Roland Plüss: Eine ganze Tüte mit keramischen Kondensatoren von 47 nF war defekt! Zum Beweis schickte er Fotos von seinem Messaufbau. Da flossen 10 mA durch den Kondensator. Und das Ohmmeter zeigte bei den einzelnen Exemplaren Widerstände zwischen 200 Ohm und 10 kOhm. Wie kann so etwas möglich sein? Meine erste Vermutung war, dass es eine Verwechslung mit NTC-Widerständen sein könnte. Der Aufbau ist nämlich sehr ähnlich: Eine keramische Scheibe mit Metallisierungen auf beiden Seiten, angelöteten Drähten und Schutzhülle mit Bedruckung.
Jetzt kamen die Kondensatoren bei mir an. Auf den ersten Blick sahen sie aus wie ganz normale keramische Kondensatoren. Aber das Ohmmeter sagte etwas anderes. Weil die Vermutung NTC schon im Raum stand, habe ich genauer hingeschaut. Eine Berührung mit dem Finger änderte den Widerstand. Und bei leichter Berührung mit dem Lötkolben konnte ich den Widerstand um den Faktor 10 verringern. Nach dem Abkühlen stellte sich der alte Wert wieder ein. Also sind es tatsächlich NTC-Widerstände! Auch ist mir aufgefallen, dass es ähnliche Widerstände gab, so als wären es verschiedene Gruppen mit unterschiedlichen Nennwiderständen. Jetzt müsste man sie nur noch neu beschriften und hätte eine schöne Sammlung unterschiedlicher NTC-Widerstände.
Aber wie kann so etwas passieren? Vermutlich gibt es irgendwo eine Fabrik, die sowohl keramische Kondensatoren als auch NTC-Widerstände herstellt. Eine Mitarbeiterin aus der NTC-Abteilung war gerade mit einer ganzen Ladung noch unbeschrifteter NTC-Widerstände unterwegs zur Beschriftungsmaschine. Da wurde sie ganz dringend zum Chef gerufen. Sofort! Eine nette Kollegin aus der Kondensatorabteilung musste helfen. Sie ging aber aus alter Gewohnheit zu ihrer 47-nF-Beschriftungsmaschine. Danach muss noch irgendwas falsch gelaufen sein, sonst wären die Bauteile nicht durch die Endkontrolle gekommen. Und jetzt sind sie gerade über die halbe Welt verteilt und beschäftigen zahllose Ingenieure mit der Fehlersuche. Warum tut dieser Kondensator nicht das, was ein Kondensator normalerweise tut!?!
10.8..22: Die PPTC-Sicherung26.8.22: Einstellbarer Spannungsregler
Vor über 20 Jahren habe ich in meinem Handbuch der Analogen Elektronik diese einfache Schaltung eines einfachen einstellbaren Spannungsreglers gezeigt. Viel später habe ich sie in der Elektor-Serie "Zurück zu den Wurzeln" wieder verwendet. Und gerade kürzlich hat Elektor den damaligen Artikel wieder neu veröffentlicht. Und dabei kam zum Vorschein, dass die Schaltung all die Jahre über einen Schönheitsfehler hatte, der immer übersehen wurde.
Nils Körber DHØHAN schrieb dazu: In der gezeigten Form läuft die Ausgangsspannung NICHT synchron mit dem Drehwinkel des (linearen) Potentiometers, sondern variiert zwischen ca. 0,35 V und 2,7 V für jeweils 10% des Drehbereichs. Wenn man dagegen den Schleifer gegen den unteren Anschluss (=Verbindung zum 4k7 Widerstand) kurzschließt, ändern sich die Verhältnisse. Dann bekommt man ca. 1 V Ausgangsspannungsänderung pro Drehung von 10% des Drehbereichs, linear über den gesamten Ausgangsspannungsbereich. Damit kann man nicht nur die gewünschte Spannung leichter einstellen, sondern auch die Herstellung einer Skala ist dann viel einfacher.
Hier also die berichtigte Schaltung:
Und zum Vergleich eine Version mit einem integrierten Spannungsregler. Hier wurde das schon berücksichtigt, der Schleifer ist mit an eine Seite angeschlossen, das Poti arbeitet deshalb linear:
Vor über 20 Jahren habe ich in meinem Handbuch der Analogen Elektronik diese einfache Schaltung eines einfachen einstellbaren Spannungsreglers gezeigt. Viel später habe ich sie in der Elektor-Serie "Zurück zu den Wurzeln" wieder verwendet. Und gerade kürzlich hat Elektor den damaligen Artikel wieder neu veröffentlicht. Und dabei kam zum Vorschein, dass die Schaltung all die Jahre über einen Schönheitsfehler hatte, der immer übersehen wurde.
Nils Körber DHØHAN schrieb dazu: In der gezeigten Form läuft die Ausgangsspannung NICHT synchron mit dem Drehwinkel des (linearen) Potentiometers, sondern variiert zwischen ca. 0,35 V und 2,7 V für jeweils 10% des Drehbereichs. Wenn man dagegen den Schleifer gegen den unteren Anschluss (=Verbindung zum 4k7 Widerstand) kurzschließt, ändern sich die Verhältnisse. Dann bekommt man ca. 1 V Ausgangsspannungsänderung pro Drehung von 10% des Drehbereichs, linear über den gesamten Ausgangsspannungsbereich. Damit kann man nicht nur die gewünschte Spannung leichter einstellen, sondern auch die Herstellung einer Skala ist dann viel einfacher.
Dazu eine Beispielrechnung.
Und zum Vergleich eine Version mit einem integrierten Spannungsregler. Hier wurde das schon berücksichtigt, der Schleifer ist mit an eine Seite angeschlossen, das Poti arbeitet deshalb linear:
24.8.22: Messkabelhalter von Peter Krüger
Aktion: Kostengünstiger Messkabelhalter in Eigenkonstruktion & um den Überblick über meiner vorhandenen LaborMesskabel zu behalten: Geeignete Kabelhalter können natürlich käuflich & auch sehr teuer erworben werden, nehmen in der Regel allerdings auch viel Platz in Anspruch! Die Platzverhältnisse in meinem Labor sind über viele Jahre hinweg sehr beengt worden, auch deshalb bekam ich die Idee leere Konservendosen als Messkabelhalter umzufunktionieren. Herstellungs: eine geeignete, leere Konservendose mit orangefarbenen GewebeKlebeband umwickeln vom Zentrum des Dosenbodens aus die erforderliche Breite mit einem Lackstift markieren, mit einer Reißnadel/4mm-Dia den Dosenboden durchstechen, mit einem 4mm breiten Kabelbinder die Dose an dem vorgesehen Regalpfosten fixieren, fertig.
Aktion: Kostengünstiger Messkabelhalter in Eigenkonstruktion & um den Überblick über meiner vorhandenen LaborMesskabel zu behalten: Geeignete Kabelhalter können natürlich käuflich & auch sehr teuer erworben werden, nehmen in der Regel allerdings auch viel Platz in Anspruch! Die Platzverhältnisse in meinem Labor sind über viele Jahre hinweg sehr beengt worden, auch deshalb bekam ich die Idee leere Konservendosen als Messkabelhalter umzufunktionieren. Herstellungs: eine geeignete, leere Konservendose mit orangefarbenen GewebeKlebeband umwickeln vom Zentrum des Dosenbodens aus die erforderliche Breite mit einem Lackstift markieren, mit einer Reißnadel/4mm-Dia den Dosenboden durchstechen, mit einem 4mm breiten Kabelbinder die Dose an dem vorgesehen Regalpfosten fixieren, fertig.
Die Nachricht kam von Roland Plüss: Eine ganze Tüte mit keramischen Kondensatoren von 47 nF war defekt! Zum Beweis schickte er Fotos von seinem Messaufbau. Da flossen 10 mA durch den Kondensator. Und das Ohmmeter zeigte bei den einzelnen Exemplaren Widerstände zwischen 200 Ohm und 10 kOhm. Wie kann so etwas möglich sein? Meine erste Vermutung war, dass es eine Verwechslung mit NTC-Widerständen sein könnte. Der Aufbau ist nämlich sehr ähnlich: Eine keramische Scheibe mit Metallisierungen auf beiden Seiten, angelöteten Drähten und Schutzhülle mit Bedruckung.
Jetzt kamen die Kondensatoren bei mir an. Auf den ersten Blick sahen sie aus wie ganz normale keramische Kondensatoren. Aber das Ohmmeter sagte etwas anderes. Weil die Vermutung NTC schon im Raum stand, habe ich genauer hingeschaut. Eine Berührung mit dem Finger änderte den Widerstand. Und bei leichter Berührung mit dem Lötkolben konnte ich den Widerstand um den Faktor 10 verringern. Nach dem Abkühlen stellte sich der alte Wert wieder ein. Also sind es tatsächlich NTC-Widerstände! Auch ist mir aufgefallen, dass es ähnliche Widerstände gab, so als wären es verschiedene Gruppen mit unterschiedlichen Nennwiderständen. Jetzt müsste man sie nur noch neu beschriften und hätte eine schöne Sammlung unterschiedlicher NTC-Widerstände.
Aber wie kann so etwas passieren? Vermutlich gibt es irgendwo eine Fabrik, die sowohl keramische Kondensatoren als auch NTC-Widerstände herstellt. Eine Mitarbeiterin aus der NTC-Abteilung war gerade mit einer ganzen Ladung noch unbeschrifteter NTC-Widerstände unterwegs zur Beschriftungsmaschine. Da wurde sie ganz dringend zum Chef gerufen. Sofort! Eine nette Kollegin aus der Kondensatorabteilung musste helfen. Sie ging aber aus alter Gewohnheit zu ihrer 47-nF-Beschriftungsmaschine. Danach muss noch irgendwas falsch gelaufen sein, sonst wären die Bauteile nicht durch die Endkontrolle gekommen. Und jetzt sind sie gerade über die halbe Welt verteilt und beschäftigen zahllose Ingenieure mit der Fehlersuche. Warum tut dieser Kondensator nicht das, was ein Kondensator normalerweise tut!?!
12.8.22: LED-Strom und Helligkeit
Die ersten LEDs brauchten ca. 20 mA, um hell genug zu leuchten. Inzwischen ist die Effektivität deutlich besser geworden. In der Bastelkiste habe ich nach der ältesten LED gesucht, die ich finden konnte. Mit einem Vorwiderstand von 220 Ohm ergab sich ein Strom von 14 mA bei 5 V. Eine aktuelle LED brachte mit 22 kOhm etwa die gleiche Helligkeit bei ca. 140 µA, wobei der Vergleich bei jedem Blickwinkel etwas anders aussieht. Dann habe ich noch eine besonders effektive grüne LED in Reihe geschaltet. Am Widerstand mit 22 kOhm blieb nur noch ein Spannungsabfall von 1,1 V. Der LED-Strom war also nur noch 50 µA. Aus anderen Versuchen weiß ich, dass auch ein Strom von 1 µA schon sichtbar wird.
Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Die internen Pullup-Widerstände in Mikrocontrollern liegen meist in der Größenordnung von 50 kOhm. Der Pullup-Strom reicht also aus, um eine moderne LED leuchten zu lassen. Das gleiche gilt für die quasi-bidirektionalen Ports bei 8051-compaktiblen Nuvoton Controllern. Weil die Schaltschwelle der Eingänge sehr tief bei ca. 1,3 V liegt, kann eine direkt angeschlossene LED sowohl den Eingangs- als auch den Ausgangszustand anzeigen. Die Platine mit dem MS51FB9AE stammt übrigens aus dem Franzis Music Machine von Martin Müller. Sie wird auch im Fußball-Kalender eingesetzt und eignet sich hervorragend für eigene Entwicklungen.
Die ersten LEDs brauchten ca. 20 mA, um hell genug zu leuchten. Inzwischen ist die Effektivität deutlich besser geworden. In der Bastelkiste habe ich nach der ältesten LED gesucht, die ich finden konnte. Mit einem Vorwiderstand von 220 Ohm ergab sich ein Strom von 14 mA bei 5 V. Eine aktuelle LED brachte mit 22 kOhm etwa die gleiche Helligkeit bei ca. 140 µA, wobei der Vergleich bei jedem Blickwinkel etwas anders aussieht. Dann habe ich noch eine besonders effektive grüne LED in Reihe geschaltet. Am Widerstand mit 22 kOhm blieb nur noch ein Spannungsabfall von 1,1 V. Der LED-Strom war also nur noch 50 µA. Aus anderen Versuchen weiß ich, dass auch ein Strom von 1 µA schon sichtbar wird.
Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Die internen Pullup-Widerstände in Mikrocontrollern liegen meist in der Größenordnung von 50 kOhm. Der Pullup-Strom reicht also aus, um eine moderne LED leuchten zu lassen. Das gleiche gilt für die quasi-bidirektionalen Ports bei 8051-compaktiblen Nuvoton Controllern. Weil die Schaltschwelle der Eingänge sehr tief bei ca. 1,3 V liegt, kann eine direkt angeschlossene LED sowohl den Eingangs- als auch den Ausgangszustand anzeigen. Die Platine mit dem MS51FB9AE stammt übrigens aus dem Franzis Music Machine von Martin Müller. Sie wird auch im Fußball-Kalender eingesetzt und eignet sich hervorragend für eigene Entwicklungen.
Wie so eine Polyswitch-Sicherung funktioniert, wird in Wikipedia sehr gut erklärt (https://de.wikipedia.org/wiki/Selbstr%C3%BCckstellende_Sicherung). Das schwarze Material zwischen den beiden Kupferflächen ist ein Polymer mit darin enthaltenen Kohlenstoffpartikeln. Daher kommt die Bezeichnung Polymer-PTC (PPTC). Bei der Schmelztemperatur vergrößert sich das Volumen des Kunststoffs, sodass die Kohlenstoffpartikel ihren Kontakt verlieren.
Die Sicherung habe ich an einem Netzteil bei der Einstellung 5 V , 1 A getestet. Der Strom von 1 A fließt einige Sekunden lang. Danach stellt sich sehr schnell ein Strom von 60 mA ein. Die Sicherung wird spürbar heiß. Bei einer Spannung von 10 V ergibt sich ein Kurzschlussstrom von 30 mA. Die Leistung ist also in beiden Fällen 300 mW. Bei einer Berührung mit dem Finger steigt der Strom jedoch, weil mehr Leistung gebraucht wird, um die Schmelztemperatur aufrechtzuhalten. Entsprechend dürfte auch der Einbau in eine Platine den Strom erhöhen.
Ein Test mit einem Ohmmeter und einer externen Erwärmung durch einen geregelten Lötkolben zeigte ca. ein Ohm im kalten Zustand und ca. 4 Ohm beim beginnenden Schmelzen bei ca. 150 Grad. Bei weiterer Erwärmung konnte gerade noch ca. 300 Ohm gemessen werden, bevor sich einer der Drähte ablötete.
Eine geringe Menge Wasser in einer Plastiktüte konnte bei 10 V und 200 mA, also mit einer Heizleistung von 2 W zum Kochen gebracht werden. Ohne Wasser brachte die Sicherung das Plastik zum Schmelzen, sodass sich ein Loch in der Tüte bildete. Das Plastik der Tüte hat offenbar einen ähnlichen Schmelzpunkt wie das Material in der Sicherung.