Labortagebuch Dezember 2018

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21.12.18: Licherterketten-Timer



Noch eine Lichterkette, aber diesmal mit Timer. Nach dem Einschalten leuchten die LEDs sechs Stunden lang. Dann sind sie 18 Stunden aus und schalten sich nach insgesamt 24 Stunden wieder ein. Jeden Tag zur gleichen Stunde, bis die Batterien leer sind.



Auf der Platine gibt es ein schmales 8-beiniges IC. So ein Gehäuse sehe ich zum ersten Mal. Den Typ HR1789 konnte ich im Netz nicht finden. Dazu ein 32-kHz-Uhrenquarz und ein Widerstand. Der Quarz ist ohne weitere Elemente an zwei Beinchen des ICs angeschlossen. Am Oszi sieht man die 32 kHz. Dann gibt es noch Vcc und Gnd, sowie einen Schaltausgang, der aktiv nach GND schaltet. Der Widerstand mit 5,1 R liegt in Reihe zu den LEDs. Ich messe einen Spannungsabfall von 35 mV. Also fließt ein Strom von ca. 7 mA. Alkalibatterien  mit 2000 mAh müssten damit knapp 50 Tage halten, dank Timer mit 25% Einschaltdauer.


20.12.18: Radio-Stromversorgung



Dieses alte Radio ist mir zugeflogen. Es hat noch einen Drehko und ein Rändelrad an der Seite, dazu aber eine digitale Frequenzanzeige. also einen internen Frequenzzähler.  Angenehm finde ich, dass man sehr schnell ganze Bänder durchsuchen kann, ob irgendwo was los ist. Das ist ja bei PLL-Radios manchmal sehr zeitraubend.

Das Radio hat ein eingebautes Netzteil. Aber am Netz hört man ein lautes Brummen. Alternativ kann man drei Babyzellen einsetzen, aber die sind garade nicht da. Also habe ich eine Reparatur versucht.




Oft ist der Siebelko im Netzteil das Problem. Auf Verdacht habe ich deshalb einen zweiten Elko mit 1000 µF parallel geschaltet. Und zwar so, dass ich die Platine nicht rausnehmen musste. Es passt gerade so. Aber beim Test kam raus, dass der kleine Trafo selbst das Problem ist. Er brummt laut vor sich hin. Nachbiegen der Blechlaschen hat etwas geholfen, aber am Ende blieb ein Brummen. Auf der Rückseite steht noch 220 V. Könnte sein, dass er sehr knapp gewickelt ist und bei 230 V schon in die Sättigung geht.



Die Stromversorgung ist jetzt anders gelöst: Hinten habe ich eine alte Lithiumzelle aus einem defekten Labtop-Akku eingebaut.  2,7 V reicht offenbar auch. Das Radio funktioniert sehr gut damit. Einmal im Jahr nachladen dürfte reichen. Und hinten baumelt hetzt ein Massekabel raus, damit ich auch externe Antennen mit Erdung anschließen kann.

18.12.18: Der Spannungsregler HT7530



Dieser Spannungsregler von Holtek wurde im UKW-Radiokalender 2018 und UKW-Radiobausatz verwendet, um die Batteriespannung von 9 V auf 3 V für das Radio-IC zu stabilisieren (vgl. auch 10.5.12: Spannungsregler HT7530-1). In letzter Zeit habe ich zweimal einen besonderen Blick auf diesen Regler geworfen. Einmal war die  Fragestellung, was denn wohl passiert, wenn man den Regler falsch herum einbaut.  Zur Sicherheit habe ich das Radio-Platine herausgenommen, dann den Regler umgedreht eingebaut und dann die (frische) Batterie eingeschaltet. Ergebnis: Finger verbrannt, Regler kaputt. Bei dieser Pinfolge heißt das: Vin bleibt in der Mitte, aber Vout wird an GND gelegt. Wenn der Regler wie versprochen 100 mA liefert, muss er 900 mW in Wärme umwandeln. Zu viel für den Finger und das IC.



Die zweite Fragestellung betraf den Leerlaufstrom ohne Belastung. Wenn man eine Schaltung mit geringer Einschaltdauer permanent an einer Batterie betreiben will, kann der Leerlaufstrom des Reglers entscheidend für die Lebensdauer der Batterie sein. Der HT7530 zieht laut Datenblatt nur 2,5 µA. Eine Alkalibatterie mit 9 V/500 mAh würde sich theoretisch in 22 Jahren entladen, aber die natürliche Lebensdauer liegt bei 10 Jahren. Nachgemessen, mein DVM mit einer Auflösung von 1 µA zeigt tatsächlich 2 µA.

Fazit: Der Regler ist extrem sparsam, reagiert aber sauer auf Überlastung.

17.12.18 Rote LED-Kette


Alle Jahre wieder kommen neue LED-Lichter in die Läden. Eine rote Lichterkette hatte dieses Batteriekästchen mit zwei Li-Zellen, die offenbar in Reihe liegen. 6 V ohne Vorwiderstand an roten LEDs?  Das würde eine totale Überlastung bedeuten, blendend helles Licht für kurze Zeit und schnelle Erschöpfung der Batterien. Extrem umweltfeindlich, das kann ich nicht zulassen! Also habe ich die Lichterkette abgelötet und erstmal am Netzteil durchgemessen. 2 V wären in Ordnung, dann fließen insgesamt 50 mA durch die parallel geschalteten roten LEDs. Bei 6 V fließen mehr als 500 mA, so hoch hatte ich die Strombegrenzung eingestellt. Der Hersteller hatte sich also auf den Innenwiderstand der Batterien verlassen.



Jetzt hat die LED-Kette eine andere Batterie bekommen. Es ist ein NiMh-Akku mit 2,4 V, der wegen Altersschwäche aus einem Telefon genommen worden war. Für die LEDs ist er gerade richtig und kann jederzeit wieder nachgeladen werden.



Und das ursprüngliche Batteriefach mit Schalter wurde für edlere Aufgaben vorbereitet. Neues Anschlusskabel rot/schwarz mit Steckern, passend zu Steckplatinen, damit kann man schön experimentieren. Ein sinnvoller Einsatz liegt bei Anwendungen, die weniger als 10 mA brauchen. Davon gibt es viele im Elektronik-Labor.

11.12.18: Gate-Durchbruch bei JFETs



Ein schneller Test für JFETs geht so: Man misst der Strom durch oder den Widerstand zwischen Source und Drain und fasst nur das Gate an. Damit legt man eine zufällig eingestreute Wechselspannung an das Gate. Nach dem Loslassen ist je nach Moment und Phase der FET gerade gesperrt und bleibt es auch relativ lange. Das habe ich schon oft so gemacht, und es hat niemals geschadet. Aber trotzdem bleibt die Frage: Darf man das überhaupt, oder riskiert man damit die Zerstörung durch Überspannung? Zum Test habe ich das Gate eines J310 über 47 MOhm direkt an die Steckdose gelegt.



Ergebnis: Die Wechselspannung von ursprünglich 230 V wird sauber begrenzt wie an einer Z-Diode. Genauer gesagt: Weil ich die 10-MOhm-Messpitze des Oszilloskops mit dran hatte, wäre die Wechselspannung ohne den Transistor  ca. 40 V, die Spitzenspannung ca. 48 V. Aber  der JFET begrenzt auf ca. 40 V.  Dann habe ich den Versuch mit einer Gleichspannung von 60 V und mit einem Vorwiderstand von nur 1 MOhm wiederholt und mit einem Digitalvoltmeter eine Durchbruchspannung von 44,2 V gemessen. Zum Vergleich: Zwischen B und E habe ich für einen NPN-Transistor BC547 8,5 V gemessen und für einen PNP-Transistor BC557 11,6 V.

Fazit: Die Gate-Diodenstrecke eines JFET verhält sich ähnlich wie die B-E-Diode eines bipolaren Transistors. Der erste Durchbruch bei ca. 40 V schützt den JFET vor Überspannung. Anfassen erlaubt!

10.12.18: Speicherkondensatoren mit 5,5 V



Moderne Doppelschicht-Speicherkondensatoren werden immer kleiner. Bei den Typen für 5,5 V ist mir eine Einschnürung aufgefallen. Außerdem sollte so ein Kondensator ja maximal 2,7 V vertragen. Da kam mir der Verdacht, dass da tatsächlich zwei Kondensatoren in Reihe liegen. In der Bastelkiste lag noch einer mit 1 F/5,5V. Der musste seine Hülle fallen lassen.



Tatsächlich, es sind zwei Zellen in Reihe. Ein Blech verbindet beide. Das konnte leicht entfernt werden. Aus einem Kondensator mit 1 F werden zwei mit je 2 F, allerdings nur für eine maximale Spannung von 2,7 V.

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6.12.18: LED-Spot 12 V, 3,5 W



Diese Lampen von Philips sind eigentlich sehr zuverlässig. Aber einige sind doch ausgefallen. Sie werden dann sehr heiß und beginnen manchmal zu blinken. Einige defekte Lampen habe ich in die Hände bekommen und bin natürlich neugierig geworden.

Einige funktionierten noch recht gut und konnten am Netzteil getestet werden. Bei 12 V Gleichspannung floss ein Strom von 300 mA. Macht 3,6 W und passt gut zur Leistungsangabe. Wenn ich die Spannung reduziere, steigt der Strom. Es ist also ein geregelter Schaltregler eingebaut. Soweit alles prima und mit schönem Licht. Aber nach einiger Zeit stieg der Strom bei gleicher Helligkeit deutlich an. Den Strom hatte ich auf 1500 mA begrenzt. Die Lampe wurde dabei extrem heiß. 18 W reicht ja auch schon für einen Lötkolben.



Die geöffnete Lampe zeigt eine Alu-Platine, die wärmeleitend auf eine Keramikplatte geschraubt wurde. Alles wird dann über ein Metall-Spritzguss-Gehäuse gekühlt. Die Wärmeableitung ist optimal.  Aber irgendwie kann es doch thermisch weglaufen. Es könnte am Spannungswandler liegen oder an den LEDs.

Zum Test habe ich unterschiedliche Widerstände statt der beiden LEDs angeschlossen. Bei 6,8 Ohm wird weniger Leistung aufgenommen als bei 10 Ohm. Offensichtlich wird auf Konstantstrom geregelt. An den LEDs liegt jeweils ca. 3,5 V, der Strom ist ca. 0,5 A. Meine Vermutung ist nun: Wenn eine der beiden LEDs unzuverlässig und hochohmiger wird, versucht der Wandler den Konstantstrom beizubehalten. Damit wird mehr Leistung verbraten, und alles wird heiß.




Kann man da noch irgendwas retten? Freundlicherweise gibt es auf der LED-Platine einen Testpunkt in der Mitte der beiden LEDs. Da habe ich ein Drähtchen angelötet, das eine der beiden LEDs kurzschließt. Wie erwartet reduziere ich damit die Leistungsaufnahme um 50%. Mal sehen, ob die Sache langzeitig stabil bleibt. Wenn nicht, kann ich immer noch versuchen, die andere LED kurzzuschließen. Was aber auch noch bei den Tests herauskam: Der Spannungswandler nimmt auch gerne eine kleinere Spannung von 6 V oder sogar ab 4 V. Wenn das mal nicht irgendwann als Fahrrad-Scheinwerfer endet…


4.12.18: Micky Maus Gruselstimme



Daniel Düsentrieb hat wieder was erfunden: Die Gruselstimme. Da konnte ich nicht widerstehen. Was er da wohl wieder gebaut hat? Man muss zwei AAA-Zellen einlegen und dann geht es los. Da gibt es eine Aufnahmetaste. Man spricht ins Mikrofon und lässt dann wieder los. Dann drückt man auf die Wiedergabetaste und spielt damit die Aufnahme ab. Ich finde es zwar nicht sehr gruselig, aber die Stimme ist deutlich tiefer, und das mit einer erstaunlichen Qualität. Wohlgemerkt, tiefer, aber nicht langsamer. Das erinnert mich an meine Versuche zur Stimmhöhenänderung. Am Ende lief es darauf hinaus, dass einzelne Samplewerte mehrfach ausgegeben werden.



Zum Test habe ich einen Tongenerator und ein Oszilloskop angeschlossen. Dabei wurde deutlich, dass die Aufnahme mit 10 kHz gesampled wird. In der Nähe von 10 kHz treten Aliasing-Effekte auf. Aber ein Ton von 1000 Hz wird effektiv mit ca. 700 Hz wieder ausgegeben. Das würde bedeuten, dass 30% der Samplewerte zweifach ausgegeben werden oder irgendwie gemittelt aus Nachbarwerten.



Auf der Platine befindet sich ein SMD-IC namens TR16F064B. Im Netz war problemlos das Datenblatt zu finden. Das Teil ist ein "64K Embedded Flash Hi‐Performance 16‐bit Multimedia Processor", ein vollständiger Prozessor mit beeindruckenden Möglichkeiten. Wenn ich die Abtastrate mit 10 kHz korrekt bestimmt habe, müssten ca. 6,5 s reinpassen. Tatsächlich dauert eine Aufnahme bis zu fünf Sekunden. Am Ausgang findet man eine Art Klasse-D-Verstärker, also zwei PWM-ähnliche Signale. Ich musste sie erst etwas glätten, um die Ausgabe am Oszi zu erkennen.


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