Regelelektronik für Netzteil
Nützliche kleine Schaltungen
Stromversorgung
Unersetzlich
ist bei allen beschriebenen Versuchen ein leistungsfähiges
Netzteil. Meistens werden 12 Volt Spannung mit bis zu 6 oder 7
Ampere benötigt. So etwas gibt es natürlich in hervorragender
Qualität zu kaufen, hat aber dann auch seinen Preis. Beim
Betrieb mit Hochspannungsgeräten wird man dann aber das mulmige
Gefühl, dass das schöne Netzteil in seiner Steuerelektronik vom
Blitz getroffen werden könnte, niemals los.
Die einfachste und auch wohl kostengünstigste Lösung besteht in der Anschaffung und Umbau eines 12 Volt Autobatterieladegerätes. Diese gibt es für Ladestrome um 6 Ampere in jedem Bau- oder Großmarkt. Man hat dann schon ein solides Gehäuse, einen Überlastungsschutz sowie eine ausreichend genaue Stromanzeige, allerdings ist noch etwas Arbeit erforderlich.
Das Netzteil liefert durch den am Transformator angeschlossenen Brückengleichrichter eine pulsierende 100 Hertz Gleichspannung, die ohne Belastung in der Spitz etwa 20 Volt erreicht. Nach Öffnen des Deckels fällt die Orientierung leicht, am Pluspol des Gleichrichters liegen Dreheisenamperemeter (sind nämlich am billigsten) und der Bimetall-Überlastungsschutz. An diesem Pluspol wird jetzt einfach ein großer Elektrolytkondensator mit ausreichender Spannungsfestigkeit (25 Volt sollten es mindestens sein) zum Minuspol eingefügt. Die Kapazität sollte bei 4700 besser 10000 µF liegen; noch mehr schadet natürlich nicht. Mit dieser Gesiebten aber noch ungeregelten Gleichspannung lassen sich die Hochspannungsgeräte gut betreiben. Bei der hohen Belastung sinkt die Spannung dann auf 12 – 15 Volt ab,, davon gehen weder Zündspulen, Relais noch das Netzteil selbst kaputt. Wenn die Spule warm wird oder gar der Bimetall-Überlastungsschutz auslöst, sollte man aber mal eine Pause einlegen. Sehr sinnvoll ist es, die ursprünglichen Leitungen zu den Polklammern für die Autobatterie zu entfernen und statt dessen isolierte Buchsen für 4 mm Bananenstecker in das Gehäuse des ehemaligen Ladegerätes einzubauen.
Für die Röhrenheizung oder Transistorversuche darf diese Stromquelle aber nicht verwendet werden, insbesondere die Röhrenheizung brennt bei zu hoher Spannung leicht durch und eine ungeregelte Spannung beschert unangenehme 100 Hertz Brummeffekte.
Für Ströme bis maximal 3 Ampere sind Regel ICs der 78xx Reihe verwendbar. Diese gibt es in jedem Elektronikshop. Sie benötigen außer einem 100 nF Kondensator zwischen Ausgang und Masse und eventuell einer antiparallelen Diode (um eine eventuell höhere Spannung am Ausgang gegenüber dem Eingang auszugleichen) keine weitere Außenbeschaltung und sind gegen Kurzschluss und Überlastung elektronisch geschützt. Der 7812 bringt 12 Volt bei 1 Ampere, der 78S12 schafft 2 Ampere und der seit kurzem erhältliche MC78T12CT liefert sogar 3 Ampere. Ein ordentliche Kühlung ist aber erforderlich, da die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung mal dem fließenden Strom als Wärmeleistung entsteht.
Diese Spannungsstabilisierung lässt sich noch sehr gut in das Ladegerätgehäuse einbauen, mit einem doppelpoligen Umschalter kann dann zwischen geregelter und ungeregelter Spannung umgeschaltet werden.
Für höhere Ströme, etwa zwischen 1 und 5 Ampere kann man sehr gut einen 78xx Regler mit pnp Längstransistor nach dem gezeigten Schaltbild verwenden. Die Hauptarbeit wird dabei vom pnp Transistor übernommen, er braucht also eine vernünftige Kühlung. Der Regler sollte mit auf das Kühlblech montiert werden, muss aber unbedingt isoliert werden, sonst gibt es einen üblen Kurzschluss. Diese Schaltung ist übrigens nicht gegen Überlast oder Kurzschluss geschützt, der pnp Transistor (vorzugsweise der 2955) muss alles aushalten.
Für noch höhere Ströme sollte man eine Regelelektronik mit dem IC LM 723 und dem gewünschten Strom entsprechenden npn Längstransistoren (2N 3055 oder sogar 2N 3772, bei anderem Kühlkörper auch TIP 3055 mit BD 249C). Für meinen Kurzwellentransceiver habe ich zwei Netteile, die bis ca. 30 Ampere liefern können. Sie enthalten die gezeigte Regelschaltung mit TIP 3055 Treiber für fünf parallelgeschaltete BD 249C. Wenn am Strombegrenzerwiderstand eine Spannung von 0,65 Volt abfällt, regelt das IC die Ausgangsspannung entsprechend herunter. Als Orientierung kann man sagen: Pro 0,1 Ohm-Widerstand (2 Watt Belastbarkeit) gibt das ca. 7 Ampere Stromstärke. Mehr als 4 Stück parallelgeschaltet macht aber kaum Sinn. Hierbei liegt der Maximalstrom bei über 25 Ampere, das reicht allemal für die gängigen 100 Watt Funkgeräte und erfordert schon mächtige Transformatoren und Kühlfläche. Eigentlich müsste die Schaltung ja durch die Strombegrenzung kurzzeitig kurzschlussfest sein, ich habe deshalb, um das Funkgerät vor zu hoher Spannung im Falle einer Fehlregelung, etwa durch eingestrahlte Hochfrequenz, eine 15 Volt Suppressordiode zwischen Ausgang und Masse geschaltet. Die sollte dann, wenn die Ausgangsspannung höher als 15 Volt steigt, das ganze kurz schliesen, um das Funkgerät zu verschonen. Hat auch gut geklappt, aber regelmäßig war einer der BD 249C mit kaputtgegangen. Alles in allem ist die Schaltung aber sehr zuverlässig und lässt viele Variationen zu. Je nach verwendeten Widerständen bei der Regelelektronik sind alle möglichen Spannungen zwischen etwa 8 Volt bis knapp unter die Eingangsspannung einstellbar.
Regelelektronik
für Netzteil
5 Volt Netzteil mit 7805 und TIP 2955
NF
Verstärker
Für alle Radioversuche aber auch Tongeneratoren ist ein NF Verstärker hilfreich, um nicht mehr auf das angestrengte Lauschen in den Kopfhörer angewiesen zu sein. In der Bastelliteratur werden zahlreiche verschiedene Schaltungen beschrieben, meist wächst dabei die Komplexität der Schaltung mit der Qualität der Lautsprecherwiedergabe. Ein guter Kompromiss zwischen Einfachheit und Zuverlässigkeit lässt sich mit dem häufig verwendeten IC TBA 810 AS erzielen. Er arbeitet mit Spannungen zwischen 5 bis 24 Volt und bringt mehr als 5 Watt NF Leistung an 4 – 8 Ohm Lautsprecherimpedanz. An äußerer Beschaltung wird nur wenig gebraucht, das ganze findet auf einer halben Universal IC Platine Platz.
Der 100 µF Elko an Pin 7 kann auch weggelassen werden, er dient nur der weiteren Brummunterdrückung, die ohne auch völlig ausreichend ist. Mit der 47 Ohm – 100 µF Kombination an Pin 6 wird die Empfindlichkeit des Verstärker eingestellt, der Widerstand sollte nicht kleiner werden, hingegen geht es auch mit 100 Ohm ganz gut. Die Serienschaltung der beiden Kondensatoren zwischen dem Ausgang Pin 12 und Masse (470 pF und 4,7 nF)mit Anzapfung für Pin 5 kann ebenfalls variiert werden (z. B. 270 pF / 2,7 nF, 1 nF / 10 nF oder andere Kombinationen), wodurch ebenfalls die Verstärkung beeinflusst wird. Meist wird der Ausgangselko an Pin 12 (220 – 1000 µF) gegen + 12 Volt geschaltet, dann muss aber die umgekehrte Polarität beachtet werden. Hier ist viel Möglichkeit für individuelle Gestaltung. Empfohlen wird in der Literatur ein Zobelglied bestehend aus 100 nF und 2,2 Ohm von Ausgang Pin 12 nach Masse. Von allen NF Verstärkerschaltungen ist mir der TBA 810 AS am liebsten, er hat ein eingebautes Kühlblech und ist sehr robust.
Eine Alternative zum TBA 810 AS stellt der ebenfalls häufig verwendete LM 380 dar. Die nachstehende Schaltung ist sehr einfach und benötigt kaum periphere Bauteile. Allerdings wird der LM 380 schnell ziemlich heiß. Er ist allerdings ebenfalls gegen thermische und elektrische Überlastung geschützt. In der Schaltung ist das allgemein bei NF Verstärkern empfohlene Zobelglied eingezeichnet.
NF Verstärker mit LM 380
Tongenerator
mit NE 555
Dieser
unkomplizierte Rechteckgenerator wird hinsichtlich Frequenz und
Impuls/Pausenverhältnis durch die beiden Widerstände und den
Kondensator bestimmt. Dabei sind hohe Frequenzen von ca. 100
Kilohertz bis herunter zu Schaltzuständen im Minutenbereich
realisierbar. Die Gartenpumpen-Intervallsteuerung arbeitet nach
diesem Prinzip genauso wie das Morsübungsgerät, welches im
Schaltplan dargestellt ist.
Tongenerator mit NE 555
Sinusgenerator mit Transistor
Sinustongenerator Frequenz ca. 1 Kilohertz
Multivibrator
Bei Werten
für Rc1=Rc2=1 Kiloohm, Rb1=Rb2=100 Kiloohm, C1=C2=10 nF werden
ca. 700 Hertz erzeugt.
astabiler Multivibrator
Wechselsprechanlage
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Gartenpumpen-Intervallsteuerung
Mit dem Ziel
die Wasserversorgung der Gartenbeete meiner Ehefrau zu
gewährleisten, die Pumpe aber immer nur maximal etwa 20 Liter
förderte, dann viel Zeit brauchte, bis wieder genug Wasser
nachgesickert war, überlegte ich nach einer Möglichkeit, wie
eine Intervallsteuerung mit Tauchpumpe diese Aufgabe übernehmen
konnte.
Das Ergebnis
war simpel: Ein NE 555 mit sehr langsamer Rechteckfrequenz
steuert im Pausen/Schaltverhältnis 2:1 ein Relais an, wodurch
dann eine Tauchpumpe mit einer Stromaufnahme von ca. 2 Ampere (kann
in Abhängigkeit von der Schaltleistung des Relais natürlich
auch mehr sein) betrieben wird. Durch einen Schwimmerschalter
wird, wenn das Fass voll ist, der Reset-Eingang des NE 555 auf
Masse gelegt und der Pumprhythmus wird unterbrochen. Eine Diode
Schützt das IC bei einer versehentlichen Falschpolung, eine
weitere Diode parallel zur Relaisspule verhindert schädliche
Selbstinduktionsspitzen.
Steuerelektronik für Gartenpumpe
Alarmanlage
Mit dem
Timer IC NE 555 lassen sich außer astabilen Rechteckgeneratoren
auch monostabile Schaltstufen ausbauen, die als Alarmanlagen oder
andere Systeme mit zeitlich begrenzter Einschaltdauer verwendet
werden können.
Die Zeitdauer wird durch die Werte von Kondensator und Ladewiderstand bestimmt. Ausgelöst wird am Pin 2 des NE 555 über den Reset-Eingang an Pin 4 kann die Anlage abgeschaltet werden.
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Einfacher Dimmer
Für einfache Leistungsregelungen durch Phasenschnittsteuerung genügt ein TRIAC, eine Triggerdiode (DIAC, z. B. ER 900 oder D 30), ein Kondensator und ein Potentiometer mit Schutzwiderstand für das Gate des TRIACs. Zur Unterdrückung der die Unterhaltungselektronik stark störenden steilen Schaltflanken kann ein 100 nF Kondensator parallel zum TRIAC geschaltet werden.
Der Verbraucher liegt in Serie mit dem Phasenschnittdimmer, während ohmsche Lasten wie Glühbirnen kein unproblematisch geregelt werden können, führen Elektromotoren als induktive Verbraucher manchmal zu Schwierigkeiten bei der exakten Steuerung infolgeRückzündung des TRIACs durch Selbstinduktionsströme der Motorwicklung.
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Allgemeine Basteltipps
-----kommt später-----
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