Labortagebuch Juli 2009

Die Aufgabe war, einen Kondensator an einer Hochspannungsquelle auf eine definierte Endspannung zu laden. Die Leerlaufspannung war 10 kV, die Ladespannung sollte zwischen 1 kV und 10 kV liegen. Messungen zeigten, dass der Ladevorgang einer e-Funktion folgt. Die Idee war deshalb, die Ladezeit zu berechnen und zu steuern. Ein Steuerprogramm in Bascom sollte ein Lade-Relais für eine definierte Zeit schließen. Die Zeit t bei einer Endspannung U0 und einer Zeitkonstante T0 berechnet sich zu:

t = -T0 * ln (1 - U / U0 )

Das konnte in Bascom so umgesetzt werden:

Ob die Sollspannung erreicht wurde kann man z.B. durch Ladungsübertragung auf einen großen Kondensator überprüfen. Beispiel: Ein 10-nF-Hochspannungskondensator wurde auf 10 kV geladen. Entlädt man ihn dann auf einen Elko von 10 µF, dann wird dieser sich auf 10 V laden. So lässt sich ohne Hochspannungstastkopf indirekt die Hochspannung messen.

28.7.09: Ferrit-Schalenkerne

Eine Frage an den Franzis-Verlag: Nach nun langer ergebnisloser Suche wende ich mich an Sie. Ich würde gerne die Schaltungen aus dem Buch Musikelektronik von Helmuth Tünker (1984) nachbauen. Jedoch fehlen mir hierzu die Spulen, bzw. die Spulenkerne. Hier eine typische Schaltung aus dem Buch:

Antwort: Solche Schalenkerne wurden früher von Siemens gebaut. Für die Anwendung wird ein Typ mit besonders großem AL-Wert gebraucht. Bei www.reichelt.de gibt es den Typ SKS 18-2850. Mit 2800 nH/n² käme man bei 1600 Windungen auf 7,2 H. Damit hat die Basstrommel eine Resonanzfrequenz von 150 Hz, was sinnvoll erscheint.

Übrigens würde ich heute lieber eine andere Lösung suchen als 1600 Windungen auf einen Kern zu wickeln. Solche Spulen werden heute weitgehend durch aktive Filter mit OPVs ersetzt. Das ist billiger und einfacher. Schalenkerne verwende ich immer noch gern für Spannungswandler (siehe Spannungswandler 1,2 V : 60 V) oder für NF-Übertrager.

20.7.09: Der Bootloader im Lernpaket Mikrocontroller

Dazu kam folgende Frage: Der ATtiny soll in eine vorhandene Selbstbaualarmanlage mit vielen Überwachungsfunktionen integriert werden und dort zusätzliche Funktionen übernehmen. Meine ersten selbst geschriebenen Testprogramme des ATTiny funktionieren wie gewünscht, nur startet der ATTiny nicht immer. Manchmal sind drei und mehr Ein-/Ausschaltvorgänge zu bedienen, bevor er startet. Wenn er erst mal gestartet ist, läuft es ok. Ich vermute, es hängt mit dem Power-on Reset in Verbindung mit dem Interfaceprogramm und dem Bootlader zusammen.

Antwort: Das Problem dürfte der offene RXD-Eingang sein. Der Bootloader reagiert auf einen High-Pegel und wartet dann auf neue Daten vom PC. Verwenden Sie einen Pulldown 10 k wie auf S. 145 im Handbuch. Oder einen direkten Anschluss an Masse wie hier:
www.b-kainka.de/bastel120.htm

Erfolgsmeldung: Ich habe inzwischen eine Lösung gefunden. So wie vermutet, sucht das aufgespielte Interfaceprogramm immer eine PC-Verbindung und wenn es keinen Erfolg hat, wird nicht korrekt gebootet. Ich habe das Programm im ATTiny gelöscht und verwende das ebenfalls mitgelieferte LPMikroISP.exe zum Programmladen. Seit dem wird jedesmal das Programm nach dem Einschalten des ATTiny korrekt gestartet.

Bei der Entwicklung von Radioschaltungen rechne ich meist nicht alles genau durch sondern verlasse ich mich auf Erfahrung und Schätzungen. Zum Beispiel verwende ich gern Koppelkondensatoren von 100 nF in NF-Stufen. Aber jetzt kamen Zweifel auf: Ist dabei nicht die untere Grenzfrequenz unzumutbar hoch gerutscht? Also doch rechnen und nachmessen! Der Eingangswiderstand eines LM386 beträgt laut Datenblatt 50 kΩ. Reicht dann der Koppelkondensator mit 0,1 µF? Für diese Aufgabe gibt es ein Programm in ELO:

Software: VB-Programm RC-Filter

Siehe auch: Onlinerechner Grenzfrequenz

Ergebnis: 31 Hz, alles im grünen Bereich. Etwas kritischer sieht es in einer vorgeschalteten Transistorstufe aus. Der Eingangswiderstand beträgt geschätzte 5 kΩ. Auch hier wurde ein Koppelkondensator von 100 nF benutzt. Die Grenzfrequenz ist demnach ca. 310 Hz. Mit Tongenerator und Oszi nachgemessen: 130 Hz, der Eingangswiderstand war also größer als geschätzt. Insgesamt wurde am Ausgang des LM386 eine untere Grenzfrequenz von 130 Hz gemessen. Aber am Lautsprecher waren es dann 300 Hz. Verantwortlich ist der Ausgangs-Elko mit 100 µF. 100 µF und 8 ergeben rechnerisch ca. 200 Hz, der Unterschied dürfte darin liegen, dass der Lautsprecher bei dieser Frequenz weniger als 8 Ω hat.

Also untere Grenzfrequenz 300 Hz für ein kleines Kurzwellen-Radio (im Gehäuse des Retro-Radio). Ist das akzeptabel? Ich meine ja, denn mit dem Oszi konnte auch die Eigenresonanz des Lautsprechers gemessen werden: 350 Hz. Weit unterhalb der Resonanz läuft ohnehin nicht mehr viel. Und den Klang empfinde ich subjektiv sehr angenehm.

10.7.09: Integrierende Messung

Ein Kollege fragte mich im Zusammenhang mit der Messung von Stromstärken an einem Akku: Messungen mit einem ATtiny-Controller zeigten große Schwankungen. Ein einfaches Digitalmultimeter dagegen brachte konstante Werte. Wie kann das sein?

Der Unterschied liegt darin, dass das Multimeter integrierend misst. Dabei ergibt sich ein Mittelwert über eine Zeit von einigen 100 ms. Der Mikrocontroller nimmt dagegen Samples und erwischt damit jede noch so kurze Schwankung. Aber man kann auch mit dem Mikrocontroller integrieren. Man kann z.B. den Mittelwert über 1000 Messungen berechnen. Aber Achtung, wenn man 1000 Messwerte eines 10-Bit-Werts addiert, kommt man nicht mehr mit dem Datentyp Word aus. Es muss schon ein Long sein.

 Nachtrag:  Eine sparsame  Methode zur Mittelwertbildung  ist hier beschrieben:  Einfache digitale Filter