Labortagebuch April 2014

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30.4.14: Latch-Up-Simulation

Im Mai-Heft von Elektor habe ich in der zweiten Folge der Artikelserie "Mikrocontroller für Einsteiger"  über Eingange und ihre Eigenschaften berichtet. Und da kam auch der gefürchtete Latchup-Effekt durch den parasitären CMOS-Thyristor vor.  Um noch genauer zu zeigen was da passiert habe ich eine kleine Demonstrationsschaltung entwickelt, die aber aus Platzgründen nicht gedruckt wurde. Daher die ganze Geschichte hier, auf dass Sie möglichst von diesem Effekt verschont bleiben mögen. 
 


Der Fall ist gar nicht so selten: Ein Arduino geht in Rauch auf, und nachher kann keiner mehr genau sagen, was eigentlich passiert ist. Es könnte der Latchup-Effekt gewesen sein. Und wenn man noch genauer verstehen will, was da passiert, kann man sich ein Modell des parasitären Thyristors bauen. Das Schaltbild  zeigt wie es geht. Man sieht hier die beiden Eingangs-Schutzdioden und den nachgebauten Thyristor aus einem NPN- und einem PNP-Transistor.

Und auch die Zündschaltung ist mit dabei. Sieht ganz harmlos aus mit diesem kleinen Kondensator von nur 10 nF und den beiden hochohmigen Widerständen von 100 k. Aber wenn man den Taster betätigt, hat man für einen kurzen Moment die Kondensatorspannung in Reihe zur Betriebsschaltung gelegt. Und das zündet die Schaltung. Damit nicht beim ersten Versuch gleich alles durchbrennt ist eine kleine Glühlampe zur Strombegrenzung eingebaut. Und wie bei einem echten Thyristor kann man den Strom nur noch durch eine Unterbrechung der Stromversorgung abschalten.

Die experimentelle Ersatzschaltung ist übrigens wesentlich empfindlicher als ein ATmega. Zum Glück, denn sonst würde der Effekt noch häufiger zuschlagen. Aber wenn Sie einen nicht mehr benötigten Controller haben, testen sie es mal. Das wäre spannend, Erfahrungen zu sammeln. Wie groß ist der erforderliche Zündimpuls wirklich?


24.4.14: Eine UHF-Wettersonde mit Röhren



http://www.jogis-roehrenbude.de/forum/forum/forum_entry.php?id=123712

Mein Bruder rief aus dem Urlaub an, hier liegen so merkwürdige Geräte mit Röhren auf dem Sperrmüll, was soll ich machen? Mitbringen! Und dann habe ich lange gerätselt, was das wohl ist. Das Teil stammt offensichtlich aus der UDSSR und wurde um 1981 gebaut. Erkennbar ist auch, dass es ein Sender mit deutlich über 1000 MHz ist. In solchen Fällen muss man in Jogis Röhrenforum nachfragen, da weiß immer einer etwas davon, egal wie speziell es ist. In diesem Fall konnte ich erfahren, dass es sich um eine Wetterballonsonde handel. Und noch viele weitere Einzelheiten von den verwendeten Batterien bis hin zum Einsatzzweck konnte ich erfahren. Dass man zu der Zeit noch so aufwendige Technik mit Röhren gebaut hat, fand ich ungewöhnlich. Aber die Amerikaner hatten ganz ähnliche Technik.

Ein Nachtrag von Martin:
Erklärenderweise muss ich ein bischen ausholen, weil Du schriebst "...so viel Aufwand nur für das Wetter..."
Das Thema Wetter hat den Menschen schon immer umgetrieben. Die World Meteorological Organization (WMO) ist die älteste und bei weitem größte Nichtregierungs-Organisation, die unsere Erde jemals gesehen hat. Seit ihrer Gründung (IMO 1873 bzw. 1950) wurden zwischen allen Mitgliedsstaaten regelmäßig Daten ausgetauscht. Ost-West-Konflikte oder der 'Eiserne Vorhang' haben für die WMO nieamals existiert. Technisch gesehen und um zum Thema zurückzukehren: Röhren waren damals robuste Pfennigartikel, um EMP hat sich niemand geschert. Die erwähnten Batteriesätze funktionieren bis -80 °C in der Stratosphäre in 30 km Höhe, das tun Röhren auch. Bis in die 70er haben die USA selbst Sonden benutzt, die komplett mit Bleistift-Röhren bestückt waren. Auch davon hatte ich ein paar in den Fingern. Wie gesagt bin ich damit groß geworden und habe 40 Jahre Wetterdienst auf dem Buckel durch meinen Vater, der beim Meteorologischen Dienst der DDR gearbeitet hat. Bis 2008 war ich als Radartechniker für die Wetterradare selbst bei dem Verein (jetzt DWD genannt). Damals (d.h. zu DDR-Zeiten) wurden noch Kautschukballons vor dem Start durch Kerosin gezogen und gewärmt, um sie dehnbarer zu machen, ich hab den Geruch noch in der Nase. Dann mit ein paar m³ Wasserstoff gefüllt, um ca. 3kg Auftrieb zu erzeugen. Daran hing dann die Radiosonde, verfolgt von einem Monster-Radar russischer Produktion mit ca. 400 Röhren, genannt "Meteorit". Viel Krach wegen der Lüfter, um die Wärme von 400 Röhren aus dem Raum zu bekommen und einem Umformer - Motor-Generator- , um die 400-Hz-Speisespannung für die Anlage zu erzeugen. Ein taumelnder Sub-Reflektor vor der Parabolantenne - selbst heute noch üblich für Tracking-Radare - und viele Synchros, um die nötigen Rechenoperationen auszuführen. Ich habe es geliebt und finde es immer noch eine spannende Geschichte. Und bis heute bewundere ich die Leute, die am Boden vor den Oszilloskopen und diversen Plottern gesessen haben, um die Daten vom Aufstieg aufzunehmen, um sie anschließend in einem Fernschreiber auf ein Lochband zu hacken und an die Zentrale zu schicken, damit eine Viertelstunde später diese Daten überprüft und mit der ganzen Welt geteilt werden konnten. 



8.4.14: Ein FM-Radiostift


Diesen Radiostift hat mir Thomas-Baum geschickt, der ihn zusammen mit dem FM-Transmitter MMR70 verwendet . Der erste Test zeigt: Gute Empfangsqualität, Lautstärkeregler und Ein/Aus im Kopfhörerkabel. Und ich war neugierig, was da wohl drin ist.



Ein 7088, genau wie im UKW-Retroradio vin Franzis. Interessant sind die Festinduktivitäten im Empfänger, 47 nH im Oszillatorkreis und 72 nH im Eingangskreis. Der Kopfhörer wird wie üblich mit Festinduktivitäten entkoppelt und dient zugleich als Antenne. Und eine trickreiche Transistor-Schaltstufe erkennt den Kopfhörer und legt Spannung an den Empfänger.




3.4.14: TPS-Progrmmiertipp



Eine Frage von Götz Holborn : Mit großer Freude habe ich heute den von Ihnen konzipierten TPS-Mikrocontroller zusammen gelötet. Über die Tasteneingabe habe ich diesen auch bereits für meine Zwecke programmieren können. Allerdings fällt es mir schwer einen entscheidenden einleitenden Programmschritt zu finden: Über einen der digitalen Eingänge E1 - E4 soll ein Impuls mein kurzes Programm jeweils starten und nach Ablauf des Programms erst mit dem nächsten Eingangs-Impuls erneut starten. Momentan sieht mein einfaches Programm ohne den gesuchten Anfangsschritt so aus:

11 2A 18 27 10 30

Die Lösung bringt der Skip-Befehl zur Abfrage eines Eingangs. Hier wurde Din.0 (= E1) verwendet. Das Programm springt so lange immer wieder zum Anfang, bis E1 einmal Low-Pegel hat. So startet ein kurzer Low-Impuls das Programm, z.B. mit einem Taster an E1 gegen GND.

C 8    Skip if Din.0 =0
3 1    Jump -1
1 1    Port = 1
2 A    Wait 2 s
1 8    Port = 8
2 7    Wait 200 ms
1 0    Port = 0
3 7    Jump -7


2.4.14: Mini-TPS, von Holger Fritzsch



Hier ein Bild meines Mini-TPS-Prozessors. Er geht auf eine Idee von R. Beesner zurück. Es wird  der den ATTINY44 / 84 unter BASCOM benutzt. Betrieben wird das Ganze von einem Li-Ion-Akku (3,7 V). Der klebt unter der Platine. Es war mal ein  Einfachhandy einer großen Tageszeitung. Das Altteil dient noch  als Ladegerät. Bis 2,5 V herab arbeitet der µP. Eine  Ladung über Solar wäre also denkbar. Am rechten Sockel liegen alle I/O-Ports an und können entsprechend kontaktiert werden. Es ist also ein Programmer und "Trainer der grauen Zellen"  für "unterwegs". Ja, der Trend geht zum mobilen Programmieren. In diesem Zusammenhang möchte ich auch auf den guten Palm-Hex-Editor von Thomas  Baum hinweisen.

1.4.14: TPS-Controller im Lowpower-Betrieb



Kein Aprilscherz! Thomas Baum schickte mir dieses Bild. Der TPS-Controller auf einem Mini-Steckboard wird hier direkt von einer kleinen Solarzelle versorgt. Nachgemessen, er läuft bereits bei 1,5 V mit 180 µA! Sogar die LEDs sind dann noch sichtbar. Ich konnte es erst nicht glauben und habe in den Einstellungen der Fuses nachgesehen. Der Holtek-Controller besitzt wie die AVR-Familie einen Brownout-Detektor, der bei zu  kleiner Spannung einen Reset auslösen kann. Es gibt drei wählbare Spannungsgrenzen, die kleinste davon 2,1 V. Aber der Brownout-Detektor ist nicht aktiviert. Deshalb läuft der Controller bei geringsten Spannungen an. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Man könnte den TPS-Controller ein ganzes Jahr lang an einer einzelnen 1,5-V-Alkalizelle betreiben.





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