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Bastel-Wastels Wühlkiste

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Der Zustand des Bastelzimmers stellt erhöhte Anforderungen an die Nachsicht des Lebenspartners.

Hier finden Sie Ideen und Hinweise auf Schaltungen und Layouts aus dem Labor (siehe Bild) des Verfassers, die es nicht zum Artikel geschafft haben -- ohne Gewähr und ohne Fertig-Platinen, aber für den einen oder anderen vielleicht doch ganz brauchbar. Bitte beachten: Zu den hier veröffentlichten Ideen gibt es keine Bausätze und keinen Support von Segor.

DA16-8 mit PCM56 oder DAC714

In den Layout- und Schaltbilder-Verzeichnissen finden Sie Dateien mit den Namen *_DA16-8_PCM56.pdf und *_DA16-8_DAC714.pdf. Dies sind Versionen der DA-Wandler-Karte für ADA-IO ähnlich zu denen in c't 13/2007, aber mit anderen DA-Wandler-Typen. Vielleicht liegt bei Ihnen noch ein PCM56 herum, der früher gern in CD-Playern eingebaut wurde. Die sehr schöne und gegenüber dem Audio-PCM56 viel genauere Version mit dem DAC714 von Burr-Brown musste ich leider zugunsten der veröffentlichten LTC1655-Variante streichen, weil die Liefersituation bei TI, was die ehemaligen Burr-Brown-Chips betrifft, sehr angespannt ist. Offenbar hat man sich mit der BB-Aquise gründlich verhoben und produziert nur Ausschuss, weil man die BB-Specs nicht einhalten kann. Wer noch einen DAC714 bekommt, kann ihn auf dieser Platine einsetzen; die Firmware erkennt PCM56 und DAC714 anhand der "Plug&Play"-Diode automatisch, beide Chips werden weiterhin unterstützt. Für die Grundskalierung ist bei beiden Versionen "SCL 29=3250" einzutragen (bei LTC1655 beträgt sie nominal 3200).

CVC Stromkonverter/Vorverstärker? für AD16-8

Diese Schaltung bildet einen kompletten, optoisolierten DC-Eingangskanal für Strom- und Spannungsmessungen mit umschaltbarer Verstärkung für die AD16-8- oder IO32-8-Karte. Per Jumper lässt sich der Eingangskanal auf einen beliebigen A/D-Kanal legen. Besonderheit: Innenwiderstand bei Strommessungen 0 Ohm (außer 1A-Bereich) durch aktive Gegenkopplung. Strom-Messbereiche 1mA, 10mA, 100mA, 1A. Spannungs-Messbereiche 100V (passiver Vorteiler Ri 10 MOhm), 10V, 1V, 100mV mit Ri nahe unendlich (einige GOhm), umschaltbar durch anzuschließende Dreh-Stufenschalter. Leider ist der schöne ISO122-Trennverstärker kaum mehr erhältlich, aber vielleicht haben Sie ja noch Glück. Mit leichten Abstrichen bezüglich Linearität und Genauigkeit sollte auch der ISO124 verwendbar sein.

Wenn Sie die Opto-Isolation des Eingangskanals nicht brauchen, können Sie den ISO122 auch weglassen (dann Pin 3 und 7 sowie die Eingangs- und Ausgangsmasse miteinander verbinden). Layout und Schaltbild heißen *_CVC-ISO122.pdf (neue Version 1.2).

CC2 Stromkonverter für AD16-8

Kleine Steckkarte für ADA-IO, die vier Strombereiche für einen A/D-Kanal zur Verfügung stellt. Setzt Eingangsstrom -10mA ... +10mA bis -10A ... +10A in Gleichspannung -10V ... +10V um; Spannungsabfall ca. 200 mV (kein 0-Ohm-Innenwiderstand wie bei CVC). Für 10-A-Bereich ist separater Eingang auf der Platine zu benutzen (2 Lötstifte). Kann auf ADA-IO auch mehrfach eingesetzt werden. Manuelle Umschaltung des Messbereichs mit Umschalter 2x6 Pole an PL1, PL2. Arbeitet mit dem preiswerten HCPL7800 statt des ISO-122. Wird über PL5 mit dem gewünschten A/D-Port verbunden, Jumper legen Kanal fest. TR1 ist ein 1W-DC/DC- Wandler 5V in/5V out, Inline-Ausführung. Stromeingang ist dadurch potentialgetrennt bis 200V. Jeder Messbereich kann durch Trimmpoti abgeglichen werden. Layout und Schaltbild heißen *_CC2.pdf

SQG TTL-Rechteckgenerator 0 bis 10 MHz mit DDS-Platine

Lässt man die richtigen zwei Drittel der Bauteile auf der DDS-Platine weg, entsteht ein schneller Rechteckgenerator für Logikpegel (5V TTL, mit Ausgangs-Poti auch 3,3V) und 1-Vss-Ausgang zur Messung von Anstiegszeiten. Das zugehörige Schaltbild heißt schem_DDS-SQG.pdf (unter Browse Source/Schematics?). Bestücken Sie einfach nur die im Schaltbild aufgeführten Bauteile (einige geänderte Werte gegenüber DDS!) und verwenden Sie die Firmware DDS-SQG.hex und DDS-SQG.eep. Die ist für einen Quarzoszillator mit 20 MHz angepasst und liefert Frequenzen von 0 bis 10 MHz, auf 0,1 Hz genau einstellbar. Wenn Sie am Ausgang ein Poti 1k anschließen (A an Ausgang, E and Masse), ist der Pegel auch regelbar (hat aber keine 50 Ohm Impedanz mehr). Vergessen Sie nicht, die eingezeichnete Drahtbrücke zu legen (von Lötpad für U8/Pin3 nach Lötpad für U10/Pin 6).

Die Schaltung funktioniert mit einem 4,194-MHz-Oszillator natürlich auch mit der DDS-Firmware, dann allerdings nur mit Frequenzen bis 2 MHz.

EDL-Leistungsendstufe 250W

Bis 10A bei 25V Klemmenspannung verarbeitet der Schaltungsentwurf EDL-Power, der dafür einen massiven Kühlkörper mit großem (80 bis 120 mm) Lüfter verlangt. Der einseitige Platinenentwurf kann leicht selbst angefertigt werden. Die Platine (siehe schem_EDL-Power.pdf, bottom_EDL-Power.pdf und silk_EDL-Power.pdf im Source-Browser) wird direkt auf den Kühlkörper montiert. Der LM75 muss thermischen Kontakt zum Kühlkörper haben; ggf. unter diesem Baustein eine M3-Schraube eindrehen und mit Wärmeleitpaste bestreichen, damit der Abstand von 3-4mm von Kühlkörper zur Platine gewahrt bleibt. Die Lüfter-Schaltstufe wurde verstärkt, so dass auch große Lüfter betrieben werden können. Selbstverständlich kann die Endstufe auch "fliegend" verdrahtet werden, dann kann man die kleine externe Temperaturfühler-Platine verwenden.

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Auf dem EDL-Modul (Hauptplatine) entfallen bei Anschluss eines externen Leistungsteils die Transistoren Q3 und Q4 (IRF3305) sowie die Zenerdiode Z2 (8,2V, auslöten), R28 erhält den Wert 47 Ohm. Sollte beim Voltage Buffer U12 eine Schwingneigung auftreten, hilft ein Kondensator 4p7 (ker.) von Pin 6 nach Pin 2 von U12 (LF411).

Ich empfehle, einen der freigewordenen IRF3305 statt des IRF540 auf Position Q5 einzusetzen, da dieser Transistor bei 999 mA und 25V eine Leistung von knapp 25W bewältigen muss. Lüfter und LM75-Steuerung auf der EDL-Platine müssen deshalb weiterhin vorhanden sein! Der nun übrige IRF540 kommt als Lüfter-Schalttransistor Q1 auf die EDL-Power-Platine. Die OPT-Werte des EDL müssen natürlich den neuen Gegebenheiten angepasst werden (max. Leistung mit OPT 6=250!, externe Lüftersteuerung mit OPT 17=12!).

Die Leistungsstufe lässt sich alternativ mit 4 IGBTs (min. 25A/150W, z.B. IRG4P254S) oder 4 MOSFETs (min. 50V/30A/150W, z.B. IRFP150 oder noch besser IRFP2907) bestücken. Werden IGBTs eingesetzt, ist zur Überbrückung der relativ hohen Sättigungsspannung ein zusätzlicher IRF3305, BUZ102 oder IRFZ44 nötig (Q2), der über eine Zenerdiode eine verringerte Gate-Spannung erhält. Die Regelung wird, sobald die Klemmenspannung unter die Sättigungsspannung der IGBTs fällt, die Gate-Spannung weiter erhöhen, bis schließlich Q2 leitet und die Regelung unterhalb 3V Klemmenspannung übernimmt. Wegen der geringen Verlustleistung reicht hier ein einziger MOSFET. Genial, oder?

Sehr gute Ergebnisse werden aber auch mit einer reinen MOSFET-Bestückung für Q3 bis Q6 erreicht, etwa mit den preiswerten IRFP150 im TO247-Gehäuse. Mit viermal IRF3305 oder BUZ102 beträgt die max. Verlustleistung etwa 200W. Die Bauteile Q2, R4, R5 und Z1 auf der EDL-Power-Platine können dann entfallen.

Hochvolt-Ausgangsstufen HVG500 und HVO100

Gedacht für ein programmierbares Röhrenprüfgerät (Gitter-, Schirmgitter- und Anodenspannung), aber sicher auch für andere Zwecke einsetzbar. HVG500 ist ein programmierbares (d.h. über DA16-8 spannungsgesteuertes) Hochvolt-Netzteil und liefert 0..500V/150mA oder 0..250V/300mA, je nach Bestückung. 25-/50-fache Verstärkung, Eingang 0..10V, z.B. von einem Kanal des DA16-8. Benötigt 24V=, min. 3A. Endtransistoren und Schaltregler müssen gekühlt werden. Trimmer R12 wird auf Synchronisation der 50-kHz-Laststufe mit Schaltregler-Frequenz 100 kHz abgeglichen. Es sind auch Leistungsübertrager aus alten PC-Schaltnetzteilen verwendbar (mit Gegentakt-Leistungsstufe, also keine Active-PFC-Versionen), die hier "umgekehrt" als Aufwärtstrafo betrieben werden. Einregelzeit für Sprung von 0 auf 500V etwa 20 ms.

Achtung: Die gelieferten Spannungen und Ströme sind absolut lebensgefährlich - nur für sehr fortgeschrittene Bastler!

Die bipolare 100V/20mA-Ausgangsstufe HVO100, ebenfalls für einen DA16-8-Kanal, liefert plusminus 100V (zehnfache Verstärkung) bei max. 20 mA (Gitter-Vorspannung), verarbeitet also auch negative Eingangsspannungen. Man beachte die trickreiche lineare Ausgangsstufe mit "fliegender" Spannungsversorgung über Stepup-Spannungswandler auf 2x 120V. Einregelzeit etwa 500 µs.

Hochstrom-Netzteil HCP45

Schaltungsvorschlag für einen geschalteten, verlustarmen DCG-/DCP-Vorregler bzw. gleichspannungsgesteuertes Hochleistungs-Netzteil. Ermöglicht bis 5A Ausgangsstrom des DCG ohne zusätzliche Leistungsstufe/Kühlkörper? (Shunts anpassen, 0R22, 2R2 usw. statt 0R47, 4R7 usw). Auch als steuerbare Spannungsquelle 0 bis 30V/max. 5A verwendbar zum Anschluss an DA12-8, dann natürlich ohne Strombregrenzung (d.h. immer 5A) und ohne Strom-Istwert-Überwachung.

Beim Einsatz als DCG-Vorregler (Hinweise zur Bestückung im Schaltplan beachten!) wird die Ausgangsspannung mit Hilfe von R7 und ZD1 so eingestellt, dass sie immer ca. 3V höher als die am DCG eingestellte Sollspannung ist. Statt des teuren LTC1050 kann hier auch ein TLC271 verwendet werden, dessen weit höhere Offsetspannung hier nicht relevant ist. Sollte die erhöhte Vorspannung zur einwandfreien DCG-Regelung nicht ausreichen, kann R7 bis auf 270k verkleinert werden; die Verlustleistung im DCG steigt dann allerdings etwas an. Bei 3V am DCG-Regeltransistor beträgt die auftretende Verlustleistung bei 5A und beliebiger Ausgangsspannung immer nur 15W - ein deutlicher Vorteil gegenüber DCP, wo ungünstigstenfalls 40W bei nur 2A maximalem Ausgangsstrom verbraten werden. Ein Nachteil des Vorreglers soll hier nicht verschwiegen werden: Er ist viel langsamer als der DCG-Regler, ein steigender Ausgangsspannungssprung (etwa von 0 auf 20V) benötigt deshalb einige zehn Millisekunden bis zum Erreichen seiner vollen Höhe (das DCG regelt dagegen innerhalb einiger Mikrosekunden aus).

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Bild: Musteraufbau des HCP45. Der kleine Kühlkörper V PR116/94-M3 von Reichelt ist für Ströme bis 5A völlig ausreichend. Er wird mit Metall-Abstandsröllchen 3mm und Blechschrauben auf der Platine befestigt. Die Leistungsdiode D2 ist mit einer Glimmerscheibe isoliert zu montieren. Gleichrichter, Diode D2 und Schaltregler U3 (keine Glimmerscheibe, da Gehäuse an Masse) werden mit Clips am Kühlkörper befestigt. Wärmeleitpaste verwenden! U2 benötigt keine Kühlung, wird also auch nicht befestigt.

Die Speicherdrossel L1 ist relativ unkritisch, lediglich den 1,5fachen Nennstrom sollte sie ohne Sättigungseffekte verdauen können. Geeignet sind zum Beispiel die dicken Mehrfach-Ringkerndrosseln aus ATX-PC-Netzteilen, so lange sie eine Induktivität von 50 bis 150 µH aufweisen (evt. neu wickeln oder vorhandene Wicklungen in Reihe schalten). Anhaltspunkt: Die 12V-Wicklung einer Mehrfachdrossel aus einem 300W-Netzteil mit 24 Windungen auf einem 33-mm-Ringkern gelb/weiß hat 40 bis 50 µH. Achtung: Die Reihenschaltung von zwei gleichen Wicklungen des selben Kerns vervierfacht die Induktivität! Mit 30 bis 35 Windungen Cul 1,2mm auf einem 33-mm-Ringkern gelb/weiß liegen Sie auf der sicheren Seite. Wer es genauer wissen will: Sehr lesenswert sind die ebenso kurzweiligen wie lehrreichen Applikation Notes von Jim Williams, Design Engineer bei Linear Technology.

Im Stand-alone-Betrieb (d.h. ohne DCG/DCP, siehe *Hinweise im Schaltplan) beträgt die Verstärkung 3, d.h. +5V am Eingang erzeugen +15V am Ausgang. Negative Ein- und Ausgangsspannungen sind natürlich nicht möglich. Die Genauigkeit der Verstärkung hängt vom Verhältnis R1 zu R3 ab, ggf. sind diese Widerstände zu selektieren. Hier sollte der Chopper-OpAmp LTC1050 verwendet werden, der praktisch keine Offset-Spannung aufweist. Wichtig: R7 entfällt hier, R5 wird 10k, statt ZD1 ist eine Drahtbrücke einzusetzen, statt R6 eine Diode 1N4148 mit Kathode in Richtung U1 (verhindert negative Eingangsspannungen). Bei Vollast beträgt die Störspannung am Ausgang etwa 10mVss.

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