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Autorennbahn – Bau einer elektronischen Ampelanlagen-Steuerung

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Verkabelung der Ampelanlage

Heute möchten wir Euch ein Bauprojekt eines unserer Besucher vorstellen.
Dort war die Aufgabenstellung, dass eine Ampelanlage die Fahrzeuge auf einer Autorennbahn entsprechend bei Rotlicht anhalten und bei Grün die Autos wieder anfahren lassen soll.

Vorhanden war bereits ein Sound- und Lichtmodul (grüne Platine), welches unter Anderem die einzelnen Ampelfarben ansteuern kann.

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ME2108

ME2108 – ein winziges, effizientes Step-Up-Modul

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ME2108 Stepup-Modul 1V-5V - 5V Out

Wir haben ein kleines Step-Up-Modul getestet, weil eine Anforderung war, dass wir eine einzelne AA-Zelle mit 1,5V für den Betrieb eines Sensors einsetzen wollten, der aber stabile 5V benötigt.

Natürlich sollte die Verlustleistung gering sein, da andernfalls die Batterie ja ruckzuck leer ist.

Dabei sind wir über das ME2108-Modul gestolpert, welches sehr gut für den Batteriebetrieb geeignet sein soll.

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SX1308

SX1308 Step-Up-Modul – Anleitung

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SX1308

Der SX1308 ist ein sehr leistungsfähiger Step-Up-Wandler, der eine Ausgangsspannung von 2-28 V Gleichstrom mit einem Ausgangsstrom von 2A zur Verfügung stellen kann.
Und das Ganze auf der Größe einer Briefmarke.

 

Ist der SX1308 defekt?

Ich kann drehen und drehen, aber es tut sich nichts?

Der SX1308 hat ein 10-Gang-Trimmpotentiometer verbaut, mit dem man sehr fein

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OpenUp: Rasierer zerlegen

OpenUp Rasierer zerlegen und analysieren

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OpenUp: Rasierer zerlegen

Unter dem Label “OpenUp” wollen wir künftig elektronische Geräte zerlegen und analysieren.
Dies soll helfen, Geräte besser verstehen zu lernen und auf den ersten Blick zu sehen, welche Bauteile(-Gruppen) auf der Platine welche Aufgaben übernehmen.

Beginnen wollen wir mit einem elektrischen Akku-Rasierer, der mit Nickel-Cadmium-Zellen (Ni-Cd) läuft.

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Relais

Relais ansteuern

Kategorien: Elektronik


Heute wollen wir ein Relais ansteuern, doch beginnen wir am Anfang. Was ist ein Relais?

Ein Relais ist ein elektromagnetischer Schalter, der mittels Strom aktiviert wird. Mit seiner Hilfe kann man weitere Stromkreise schalten.

Ein Relais ist, wie auch ein Optokoppler, ein Bauteil, welches unterschiedliche Stromkreise galvanisch voneinander trennen kann.

Eine galvanische Trennung ist sehr wichtig, wenn man Geräte in einem Stromkreis ansteuern möchte, dessen Stromspannung sehr hoch ist.

In erster Linie für das eigene Leben, denn ab 50V Wechselspannung (AC) oder 120 V Gleichspannung (DC) kann es für einen erwachsenen Menschen lebensgefährlich werden. (Bei Kindern gilt jeweils der halbe Wert.)

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28BYJ-48

Schrittmotor 28BYJ-48

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Vorab: Ich habe diesen interessanten Artikel auf https://grahamwideman.wikispaces.com/Motors-+28BYJ-48+Stepper+motor+notes gefunden.

Leider gibt wikispaces.com bekannt, dass Sie den Wikidienst 2018/2019 beenden werden. Damit diese Seite möglicherweise nicht vollständig verschwindet, habe ich Sie hier übernommen und so gut ich es konnte übersetzt.
Die Originalseite als PDF in Englisch kann auch am Ende des Artikels heruntergeladen werden.
Vielen Dank an Graham Wideman für seine umfangreichen Informationen zu diesem Schrittmotor.

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HT7333

Low-Drop Spannungsregler HT7333 (HT73xx)

Kategorien: Arduino, Elektronik

HT7333Ausdrucken Ausdrucken

Es wird mal wieder Zeit für einen neuen Beitrag.HT7333

Ich möchte Euch heute einen tollen Spannungsregler, den HT7333 vorstellen, der mit einem Ruhestrom von gerade einmal sagenhaften 4 – 8 μA auskommt.

Daher ideal geeignet für Schaltungen, die mit Akku, oder Batterien laufen sollen.

Die Eingangsspannung  muss lediglich 0,09 V höher sein, als die Ausgangsspannung, die der Regler ausgeben kann (siehe weiter unten die möglichen Ausgangsspannungen der HT73xx-Serie.)

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Optokoppler

Ein Optokoppler ist leichter nutzbar, als man anfänglich vielleicht denkt. Doch klären wir erstmal, was man mit einem Optokoppler macht:

Mit einem Optokoppler überträgt man Signale und zwar nicht elektrisch, sondern mittels Licht, denn ein Optokoppler ist eigentlich nichts anderes als eine Leuchtdiode und ein Fototransistor in einem einzigen Gehäuse.

Sichtbar wird das im Schaltplan-Symbol des Optokopplers:

Der Vorteil der Übertragungsmethode mittels Licht ist, dass dabei keine elektrische Verbindung zwischen der Leuchtdiode und dem Fototransistor besteht.
Leuchtet die Fotodiode auf, schaltet auf der anderen Seite der Fototransistor durch.

Wir sprechen daher auch von einer galvanischen Trennung zweier Stromkreise (auch mit möglichen unterschiedlichen Spannungsniveaus) und wir können damit Signale innerhalb der Schaltungen hin- und herschicken.
Das ist vor allem dann notwendig bei einer gefährlich hohen Spannung, störverseuchten Umgebungen und zur Verhinderung von Masseschleifen.
Auch ist es möglich, das Signal mittels Optokoppler zu invertieren.

Spezielle Einsatzgebiete wären beispielsweise in Maschinensteuerungen, Relaisansteuerungen, Computern, medizinischen Apparaten, usw.

Die große Anzahl an Optokoppler sind nur für digitale Signale nutzbar (0 oder 1).
Zur Trennung analoger Signalen gibt es spezielle analoge Optokoppler.

Ich verwende hier einen CNY17/4-Optokoppler. Falls Ihr einen anderen habt, dann müsst Ihr unbedingt einen Blick ins Datenblatt werfen.

Berechnen des LED-Vorwiderstands

Der LED-Teil des Optokopplers benötigt UNBEDINGT einen Vorwiderstand, der an die Spannung der Schaltung angepasst ist. Berechnet wird das ganz genau so wie man den Vorwiderstand einer ganz normalen LED berechnet.
Hierzu brauchen wir nur das ohmsche Gesetz zum berechnen:

In unserem Test hat die Schaltung eine Spannung von U = 5V.
Die Spannung der Foto-LED von 1.5V ist ein Mittelwert, denn laut Datenblatt liegt UF zwischen 1,39V – 1.65V.
IF liegt bei 10mA.

    \[ R = \frac{U - U_F}{I_F} = \frac{5V - 1.5V}{0,010 A (10mA)} = 350\Omega \]

Somit brauchen wir einen 350Ω-Widerstand.

Berechnen des Arbeitswiderstands

Auf der anderen Seite (Fototransistor) brauchen wir noch einen Arbeitswiderstand für die Schaltung.

    \[ R_A = \frac{V_c_c * SF}{I_F * CTR} = \frac{12V * 3}{0,010 A (10mA) * (160/100) } = 2250\Omega \]

RA:      Arbeitswiderstand
Vcc:     Betriebsspannung am Ausgang
CTR:   Stromübertragungsfaktor (engl. Current Transfer Ratio)
IF:        Vorwärtsstrom LED
SF:       Sicherheitsfaktor

Wir brauchen wieder unser Datenblatt … In diesem suchen wir uns den minimalen ausgewiesenen CTR für unseren Optokoppler. Dieser ist abhängig vom Typ, Temperatur und möglicherweise vom LED-Strom.

Normale Transistoren haben ja eine Stromverstärkung, Optokoppler eine CTR (Current Transfer Ratio).  Damit kann man abschätzen wieviel Strom man am Eingang braucht um einen bestimmten Strom am Ausgang zu schalten.

Der Sicherheitsfaktor ist mindestens 2, da die Lebensdauer eines Optokopplers in der Regel auf die halbe optische Leistung ausgelegt ist.
Je höher unser Sicherheitsfaktor, desto höher die Lebensdauer des Bauteils.
Man sollte daher zwischen einem Wert von 2-5 auswählen.

Kompromisse muss man eingehen, denn um die maximale Schaltgeschwindigkeit eines Optokopplers zu erreichen, muss man mit Nennstrom und minimalem Arbeitswiderstand arbeiten.
Zum einfachen Schalten von Relais, Motoren und dergleichen spielt die Schaltgeschwindigkeit keine große Rolle, da auch mit ausreichendem Sicherheitsfaktor der Koppler schnell genug schaltet.

Und für andere Fälle ist man mit einem High-Speed-Optokoppler besser bedient. Kostet aber halt ein wenig mehr.

Hat der Optokoppler am Transistorausgang einen herausgeführten Basisanschluss – so wie es bei dem CNY17 der Fall ist, kann man durch einen passenden Widerstand zwischen Basis und Emitter die Abschaltgeschwindigkeit deutlich steigern.
Allerdings erkauft man sich das dann auf Kosten der Empfindlichkeit.

Der Arbeitswiderstand ist in den weiter unten abgebildeten Grundschaltungen R4, bzw. R6.

Verbraucher Berechnen

Möchte man mit dem Ausgang gleich einen Verbraucher, beispielsweise ein Relais schalten, dann muss man vorher sicherstellen, den Optokopplerausgang nicht zu überlasten.
Beispiel: Wir haben ein 12V Relais mit einem Spulenwiderstand von 400 Ω (Fin 36.11.9.012-Relais).

Kleine Anmerkung: In der Regel steht der Spulenwiderstand auch im Datenblatt. Falls nicht, könt Ihr diesen wie folgt messen:
Voltmeter auf “Ω” stellen und an den Pins des Spulensymbols messen:

 

Auch bei der Lastberechnung gilt das ohmsche Gesetz:

    \[ I = \frac{U}{R} = \frac{12V}{400\Omega } = 0,03 A = 30mA \]

Der CNY17 ist nach dem Datenblatt mit bis zu 60 mA am Ausgang belastbar.
Das funktioniert wunderbar ohne weitere Mittel (aber die Freilaufdiode am Relais nicht vergessen!).

Ist die Belastung höher, beispielsweise bei mehr als einem Relais, brauchen wir weitere Bauteile, wenn wir unseren Optokoppler nicht grillen möchten.

Mit der maximalen 60 mA-Belastung können wir beispielsweise einen Transistor, einen MOSFET oder eine Darlington-Schaltung/-IC schalten um die große Last dahinter ansteuern zu können.
Optokoppler-Grundschaltungen:

Nichtinvertierende Grundschaltung

 

Invertierende Grundschaltung am Eingang

 

Invertierende Grundschaltung am Ausgang (häufigste Schaltung)

 

 

 


Spannungsregler variabel mit LM317

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Heute bauen wir uns einen regelbaren Spannungsregler und verwenden hierzu einen LM317-Baustein.

Im Gegensatz zu den meisten Reglern gibt es beim LM317 praktisch keine maximale Eingangsspannung, so lange die Differenz von Ein- zu Ausgangsspannung nicht höher als 40V ist.
Das Ganze funktioniert, da der LM317 keinen direkten Massebezug hat, nur den über den Widerstand zur Einstellung der Ausgangsspannung.

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mAh – Milliamperestunden – Was bedeutet das?

Kategorien: Elektronik

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Wenn wir Batterien oder Akkus verwenden, verwenden wir die darin gespeicherte Ladungsmenge um ein elektronisches Gerät betreiben zu können.

Dies wird in mAh (Milliamperestunden) angegeben und stellt die Ladungsmenge dar, die in einer Stunde durch das entsprechende Gerät und Leiter fließt.
Dabei wird vorausgesetzt, dass der Stromfluss konstant bei 1 mA liegt.

Auf Batterien steht nur selten die Kapazität drauf. Eine Liste bei Wikipedia über die Baugrößen von Batterien hilft da weiter.

Eine Batterie, oder ein Akku mit einer Kapazität von beispielsweise 1200 mAh kann bei Raumtemperatur (man hat die Raumtemperatur als ideale Temperatur festgelegt) eine Stunde lang 1200 mAh oder auch 100 Stunden 12 mAh abgeben.

Hierbei gilt zu beachten, dass die Stromstärke des Verbrauchers auch schwanken kann, beispielsweise bei Stand-By-Betrieb, oder Zuschaltung von induktiven Lasten wie Relais, Magnetventilen, usw. und so die Ladungsmenge der Batterie unterschiedlich schnell abnehmen kann.

Man kann daher nur ungefähre Angaben machen, wie lange eine Batterie, oder ein Akku halten wird/hält.