LED Platinenbelichter (1)

Das Tonertransfer-Verfahren hat seine Grenzen, was feine Strukturen auf der Platine betrifft. Je feiner, umso mehr Fehler treten beim Transfer auf. Zumindest in meinem Fall - was am falschen Toner liegen kann oder dem Umstand, dass ich den stupiden Umgang mit dem Laminator nicht mag.

Von einer Ätzmaske im Belichtungsverfahren erhoffe ich mir feinere und besser reproduzierbare Resultate. Ein Belichtungsgerät muss her. 

Fertige Geräte mit UV-Röhren gibt es bereits ab ca. 80 €, wenn man nach einfachen Klischee-Belichtern sucht. Geräte, die als "Platinenbelichter" verkauft werden sind oft teurer. 
Deutlich preiswerter wird es, wenn man Gesichtsbräuner o.ä. zweckentfremdet. Das Internet ist voll von Selbstbauanleitungen.

Warnung vor optischer Strahlung,Symbol D-W009 nach DIN 4844-2 [Quelle: Wikipedia]

Beim Selbstbau ist auf die Sicherheit zu achten. UV-Strahlung birgt Risiken für das Auge, auch bei Streulicht. 

Ich werde einen Belichter selbst bauen. Statt Leuchtstoffröhren verwende ich UV-LEDs mit 5mm Durchmesser und klarem Gehäuse.

Die LED Eigenschaften:

Flußspannung 3,2 Vmax 
Strom 20 mA 
Wellenlänge 395 - 400 nm
Lichtstärke ca. 2000 mcd
Abstrahlwinkel ca. 30°   

Als zu belichtende Fläche möchte ich doppeltes Euro-Format, also 160 mm x 200 mm. Dazu werden 168 LEDs in gleichmäßigem Abstand auf mehreren Lochstreifenrasterplatinen mit den Gesamtmaßen 213 mm x 162 mm (bzw. 84 Lochstreifen á 64 Löcher) im Rastermaß 2,54 mm verteilt.

Die LEDs sollen zu je 8 in Reihe geschaltet und mit einem stabilisierten Strom von 20 mA versorgt werden.
Für die Stromstabilisierung sorgen:

R1 = 4k7
R2 = 33
Q1, Q2 = BC546B

Diese Bauteile sind ebenfalls auf der Platine unterzubringen. D.h. es sind eigentlich 3 Platinen im Euroformat, die aneinander gefügt werden müssen.





Daraus ergibt sich folgender Bestückungsplan (jedes Kästchen = ein Loch):

Das Bestücken, Verdrahten und Leiterbahnunterbrechen nimmt bei der ersten Platine ca. 4 h in Anspruch.

Ein erster Test (mit Solarienbrille auf den Augen und minimaler Stromstärke):

Sieht gut aus.

Die volle Stromstärke von 20 mA wird bei einer Spannung von Vcc = 32 V pro LED-Reihe erreicht.

Weiter geht es mit Platine 2 ...

[Fortsetzung folgt hier]

Wer misst, misst Mist!

Es kann eine interessante Angelegenheit sein, die Leistung von Verbrauchern zu messen. Wenn es darum geht, die Stromrechnung zu reduzieren, lege ich meinen Hauptaugenmerk auf elektrische Geräte, die dauerhaft in Betrieb sind. Da lohnt sich auch ein Blick auf relativ kleine Leistungen, wie sie im Standby-Betrieb auftreten. Denn bei einem Strompreis von 26 ct/kWh kostet jedes Watt an Leistung bei einem Jahr Laufzeit 2,28 €.

Bisher habe ich für die Leistungsmessung mein Energieverbrauchsmessgerät (Typ PM30) genutzt. Diese oder ähnliche Geräte werden selbst in Supermärkten teils zu Preisen unter 10 € angeboten und sind relativ einfach zu bedienen.

Mein Gerät zeigt neben Stromstärke, Spannung, Frequenz und Scheinleistung (die es fälschlich in Watt anzeigt) auch den Leistungsfaktor cos φ  an. Somit ist es grundsätzlich dafür geeignet rein ohmsche Lasten, wie klassische Kaffeemaschinen, Heizgeräte, etc. richtig zu messen. Auch induktive Lasten, wie Motoren, sollen damit in der Theorie zuverlässig messbar sein.

Im Beitrag Philips Senseo ® HD 7810 die Zweite stieß ich mit einem Energiekostenmessgerät auf eine zu hohe Standby-Leistung. Das Messgerät zeigte einen cos φ = 1 an, also Scheinleistung = Wirkleistung.

Die Realität sieht jedoch anders aus, als es das Messgerät darstellt. Ich habe mit dem Oszilloskop, mit Hilfe eines ohmschen Widerstandes von 6,8 Ω und einer selbstgebauten "Breakout-Box", sowohl Spannung als auch Strom am Gerät gemessen. Ich habe natürlich einen Trenntransformator und Tastköpfe mit entsprechender Spannungsfestigkeit verwendet.

Schaltung:

Auf Kanal 1 wird U₁ gemessen und U₂ auf dem 2. Kanal. U₂ ist ist äquivalent zum Strom I.

Da U₁ und U₂ sich auf den gleichen Massepunkt beziehen müssen, wird zur richtigen Phasendarstellung wird das Spannungssignal von U₁ am Oszilloskop negiert.

Das Ergebnis: die "Stromkurve" sieht zerhackt und nur noch annähernd sinusförmig aus. Und U₂ eilt U₁ um ca. 12 ms nach. Es tritt also eine Phasenverschiebung von > 85° auf, ...

... was den cos φ  in die Nähe von 0,04 drückt, der sich aus dem angegebenen Senseo Standby-Leistung von 0,26 W und der gemessenen Scheinleistung von ca. 6,75 VA berechnet. 

Das Energiekostenmessgerät zeigt jedoch 1 an und nicht 0, wie man bei ordnungsgemäßer Messwertrundung erwarten könnte. Die Bedienungsanleitung des Messgerätes gibt zu diesem Umstand leider keinerlei Hinweis.

Schuld an der Phasenverschiebung ist bei der Senseo das Kondensatornetzteil, das zur Versorgung des Mikrocontrollers benötigt wird und im Standby für die kapazitive Last sorgt. 

Mein Fazit: mein Energiekostenmessgerät ist nur bei rein ohmschen Lasten sinnvoll einsetzbar. Dummerweise kann man einem Verbraucher von außen nicht unbedingt ansehen, ob es in diese Kategorie fällt.

... und ich werde meine Senseo wieder in Betrieb nehmen und mich freuen, dass ich sie nicht zur Reparatur eingeschickt habe - obwohl es schon interessant zu erfahren gewesen wäre, ob und welchen Fehler der Philips Service gefunden hätte ...

Ein dicker Brummer: Trennstelltransformator LTS 006

Da ich des öfteren Geräte öffne, die mit Netzspannung betrieben werden, stand zum eigenen Schutz ein Trenntransformator auf der Einkaufsliste. Die galvanische Trennung hat den Vorteil, dass man bei unbeabsichtigten Berühren eines netzspannungsführenden Teils keinen Stromschlag gegen Erde erleidet.

vom VEB Messgerätewerk Zwönitz

TPW Thalheim

Made in GDR

Er beseitigt auch ein messtechnisches Problem:
Die Masseklemme eines Oszilloskop-Tastkopfes besitzt ebenfalls Erdpotential. Bei unüberlegtem Anschluss an einer geerdeten Schaltung kann ein Kurzschluss entstehen. Möchte man also an Geräten messen, die niederohmig mit dem Erdpotential verbunden sind, ist Vorsicht anzuraten. Gleiches gilt für Geräte, die über einen USB-Anschluss mit dem Computer verbunden sind, denn auch der USB-Stecker ist über den Computer mit Erdpotential behaftet.


Ein kurzer Exkurs:

Geräte, die ihre Energie aus dem Hausstromnetz beziehen, sind in vielen Fällen über einen Schutzleiter - der grün-gelbe - geerdet. Geräte ohne Schutzleiter, z.B. mit Eurostecker, müssen schutzisoliert sein. Die "Innereien" haben aber auch über den Neutralleiter der Steckdose Erdpotential, sofern keine galvanische Trennung im inneren des Gerätes erfolgt. 
Diese Maßnahmen - beschrieben in den VDE Vorschriften - sind sinnvoll und dienen dem Schutz.

Ein Trenntransformator stellt einen Stromkreis ohne Erdpotential (galvanische Trennung) zur Verfügung. Herkömmliche Trenntransformatoren liefern am Ausgang Netzspannung, übersetzen also 1:1, und haben zum Anschluss eines Verbrauchers eine Steckdose ohne Schutzkontakt.

Möchte man eine galvanische Trennung und eine einstellbare Wechselspannung am Ausgang, leistet ein Trennstelltransformator gute Dienste. Bei ihm ist sekundärseitig ein einstellbarer Spartransformator angeschlossen. 

. -. -.. .

Der LTS 006 liefert laut Typenschild 0 - 250 V bei einem Strom bis 6 A. Dies gilt jedoch bei einer Netzspannung von 220 V - ein Hinweis darauf, dass das Gerät vor 1987 hergestellt wurde. Seit 1987 beträgt die Standardspannung 230 V (± 10%).
Ich habe bei 228 V Eingangsspannung die maximal einstellbaren Ausgangsspannungen mit und ohne Last gemessen.

Die Leerlaufspannung betrug 274 V

Als Lastwiderstand kam nun ein Heizstrahler zum Einsatz.

In der Stufe 1 benötigte er 3 A und in Stufe 2 wurden 6 A benötigt.

Die Ausgangsspannungen sanken auf 262 V bzw. 252 V.

Gleichzeitig sank die Eingangsspannung auf 226 V bzw. 225 V.


Ein paar Berechnungen zum Innenwiderstand und zur Verlustleistung:

Da die Eingangsspannung bei Belastung auch sinkt (Widerstand der Zuleitung etc.), berechne ich die Sekundärspannung des Transformators über das Übersetzungsverhältnis:

Mit diesem Übersetzungsverhältnis und den Primärspannungen, ergeben sich für die beiden Belastungsstufen Sekundärspannungen von

271 V bei 3A

270 V bei 6A

Der Innenwiderstand berechnet sich nun wie folgt:

Resultierend entsteht bei Vollast eine Verlustleistung von 

die als Wärme über die reichlich vorhandenen Lüftungsschlitze abgeführt wird.

Noch ein paar Daten zum äußeren Erscheinungsbild:

Höhe = 27,5 cm

Tiefe = 31 cm

Breite = 54,2 cm

Der Trenntrafo sitzt auf einem sehr soliden Tragegestell, dass auch dem Gehäuse mit 2 mm Aluminumverkleidung die nötige Stabilität verleiht.

Das stattliche Kerlchen bringt immerhin ca. 33 kg auf die Waage.

Mein besonderer Dank geht an dieser Stelle an den Paketzusteller.

Möge die Kraft auch weiterhin mit ihm sein!

Innenansichten: Wavetek Model 142

Es war einmal 1975 

• In der BRD senkt man das Volljährigkeitsalter von 21 auf 18 Jahre,
• es beginnt die Ölkriese, es endet der Vietnam-Krieg,
• Bill Gates und Paul Allen gründen Microsoft,
• Queen spielte die Bohemian Rhapsody,
• es ist das internationale Jahr der Frau

... und die männlich dominierte Berufssparte der Elektroingenieure erhält ein neues Spielzeug:

Wavetek Model 142

HF VCG Generator

(redundant, denn VCG = Voltage Controlled Generator)

Handbuch

Nach 40 Jahren seit der Erstauflage stand nun ein solches Gerät schüchtern in meiner Werkstatt und fand keinen Anschluss. Das Problem: einen PH-163 Gerätestecker. 

Ein passendes Anschlusskabel war leider nicht dabei und ist nur zu überteuerten Preisen erhältlich.

Was bleibt, ist der Umbau. Ein heute üblicher IEC Kaltgeräte-Einbaustecker erschien mir geeignet.

Die Öffnung im Chassis wurde ohne größeren Aufwand mit der Laubsäge angepasst.

Ein erster Test zeigte Kontaktprobleme bei den Drehschaltern, die jedoch schnell mit etwas Kontaktpflegespray und wiederholtes Betätigen der Schalter behoben waren.

Let's swing:

Der Wavetek 142 liefert Schwingungen mit Frequenzen von 0,0005 Hz - 10 MHz in den Formen Sinus, Dreieck, Rechteck, positive- und negative Impulse.

Die Schwingungen können in ihrer Form in einem Verhältnis von 1:19 bis 19:1 variiert werden:

Bei Symetrieänderung wird jedoch nur 1/10 der eingestellten Frequenz ausgegeben, also max. 1 MHz.

Die Vss beträgt bis zu 30V, nimmt auf der letzten Strecke bis 10 MHz jedoch um 3dB ab, was einer Vss von 21,2 V entspricht:

Über den "VCG IN" Eingang kann die ausgegebene Frequenz mit einer Steuerspannung von max. 5 V in einem Bereich 1000:1 variiert werden. Die Steuerspannung kann eine Frequenz bis 100 kHz haben. Damit kann das Gerät als Wobbel-Generator oder zur Frequenzmodulation benutzt werden.

Genug der Parameter, wesentlich mehr Details sind im Handbuch zu finden.

Die inneren Werte:

Das Schöne an diesem Gerät befindet sich "unter der Haube". Hat man die beiden Schrauben an der Rückwand gelöst, läßt sich diese Abnehmen und das Innenleben kann komplett nach vorne herausgezogen werden.

Es offenbart sich ein Kleinod der Handwerkskunst und manuellen Bestückung, mit aufwendig gefertigten Schalterkaskaden, ungewöhnlichen Bestückungsmethoden und exotisch anmutenden Bauteilen aus der Blüte der längst vergangenen Zeit diskreter Bauelemente.

Unterseite mit Netzteilplatine:

Dämpfungswahlschalter:

Das Netzteil:

Mehrfach-Drehschalter (Frequenzbereichswahl):

Potentiometer zur Frequenzeinstellung:

Ein Tiefflug über die Platine:

Dual High Frequency Differential Amplifier CA3049:

Da kann ich nur sagen: 

Herzlichen Glückwunsch zum 40. Geburtstag Wavetek 142. 

Du hast dich gut gehalten.