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Fritzchen's Elektronikabenteuer

Diese Webseite stammt aus dem Jahre 2004, verzeihen Sie bitte das veraltete Design



Netzteil | Ampel | Wecker | Wecker(SMD) | Ladegerät | Ladegerät(SMD) | LKW| Wecker2(0805)| Modellbahn
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Klein-Fritzchen's Elektronikabenteuer
Schon vor Jahrzehnten habe ich mit Elektronik gebastelt. Ich schätze das war im Alter von ca. 12-18 Jahren also Ende der 70er, Anfang der 80er Jahre. Es war zwar ein schöner Zeitvertreib, da ich ja vieles lernen musste, aber allzuviel Schaltungen kamen dabei nicht heraus.
Meine Schaltungen, an die ich mich noch erinnern kann:
  • Ein bistabiler Multivibrator, ich glaub mit 2xAC128 (Siliziumtransistoren waren damals zu teuer). Soweit ich mich erinnern kann war das auch die erste selbstgeätzte Platine. Alle weiteren Projekte wurden auf Lochrasterplatine gemacht. (Natürlich wollte ich später eine richtige Platine machen)
  • Ein Digitalvoltmeter: gemessen wurde mit einem 8-bit ADC, die Siebensegmentanzeigen wurden gemultiplext, die Auswahl der Segmente erfolgte über ein klug programmiertes EPROM. Zwar umständlich, aber man brauchte nur wenig Bauteile.
  • Ein sekundär geschaltetes Netzteil. Mit bipolaren Leistungstransistor, Leistungs-MOSFETs gabs damals nicht oder waren zu teuer.
    Es war das einzige Gerät das ein Gehäuse erhielt.
  • Ein 1-Transistor UKW-Messsender. Damals hies es noch Messender.
    Der Versuch, eine bessere Schaltung mit 2 Transistoren zu machen scheiterte: Es war meine einzige analoge Schaltung, die nicht schwingen wollte (meine Verstärker taten es alle).
Mein erstes neuzeitliches Projekt
Da mir meine Softwareentwicklung als Hobby nicht reicht, habe ich beschlossen mich wieder der Elektronik zu widmen. Als Basis für weitere Projekte braucht man natürlich ein ordentliches Netzteil. Da ich alle meine Elektronikbestände schon vor Jahren entsorgt habe, musste ich alles neu kaufen. Unglaublich was man alles braucht wenn man nichts hat. Das Netzteil wurde mit dem Layoutprogramm "Eagle" (natürlich in der Linuxversion) von CadSoft entworfen.
Es ist recht klein und einfach (wollte halt nix riskieren), liefert 1,25-14V bei max. 2,5A.

Hier ein paar Bilder, zum Vergrößern draufklicken:


Ansicht Netzteil

Ansicht Netzteil

Ansicht Netzteil

Schaltplan

Layout und Bestückung

Layout Unterseite
Mein erster Mikrocontroller-Versuch
Mein erster Versuch mit einem ATMEL ATMega8, programmiert in C mit avr-gcc. Das Programm simuliert eine österreichiche Fussgängerampel (mit Grün-Blinken). Wer es in Funktion sehen möchte, hier ist ein kleines Video.

Mikrocontroller Versuchsaufbau


Das Wecker-Projekt
Das aktuelle Projekt ist ein Universal- Wecker/Timer.
Folgende Eigenschaften sind in Entwicklung oder bereits realisiert():
  • Wecker mit täglich wiederkehrender Weckzeit
  • Einmaliger Alarm (Uhrzeit)
  • Timer (hh.mm oder mm.ss Eingabe)
  • Alle Weck-/Timerzeiten werden durch 5 Tastendrücke am Ziffernblock eingestellt
  • Stromversorgung über NiMH-Akkus
  • Schnellladeschaltung für Akkus integriert
    (ca. 3Std. Ladezeit, übliches Steckernetzteil zum Laden verwendbar)
  • Stabilisiertes Schaltnetzteil eingebaut, Spannungseingabe über Tastatur
  • Eine Akkuladung hält ca. 2 Monate
  • Displaybeleuchtung mit Soft-Aus
  • Rauchmelder
  • Alarmanlage
  • Weck- oder Timeralarm schaltet per Infrarot Geräte (Stereoanlage usw.)
  • Alarm per IR-Fernbedienung abstellbar
Hier ist der C-Sourcecode.



Wecker Versuchsaufbau

Meine Elektronik-"Werkstatt".

Schaltplan Wecker
(ohne Stromversorgung)

Wecker Platinen-Entwurf

Wecker Platine 3D-Modell

Wecker Platine 3D-Modell (Lötseite)

Die Platine ist fertig (und funktioniert!)....

...etwas grösser fotografiert


NiMH-Ladegerät
Da in den Wecker/Timer ein NiMH-Akkulader eingebaut werden soll, der vom Atmel-Mikrocontroller gesteuert wird, habe ich eine kleine Versuchsschaltung nur für den Akkuladerteil entworfen. Diese Schaltung ist noch ungetestet!

Platine des Laders

errechnete Platine des Laders


Und hier eine kleine Animation wie aus einem Platinenentwurf eine fertige Platine wird:



Klicke auf das Bild um es grösser zu sehen (Dateigrösse: 1MB)


NiMH-Ladegerät Version 2


Ich bin mit der Gesamtsituation unzufrieden.
Die Ladeschaltung funktioniert zwar, einige Bauteile werden jedoch sehr heiss.
Deswegen ein zweiter Entwurf als Step-down Converter.

Schaltung

Das ganze natürlich auch als PCB Entwurf :-)



Aufbau des Akkuladers mit Step-Down-Regler der vom µC per PWM gesteuert wird. Es waren kleinere Schaltungskorrekturen erforderlich, die Spule (ca. 500µH) ist selbstgewickelt.
Bei 9V Eingangsspannung, 2.5V Ausgangsspannung und 1A Ausgangsstrom liegt der Wirkungsgrad bei ca. 87%.
Die PWM läuft mit 16kHz, die Schaltzeit des MOSFET beträgt ca. 200ns.

Es gibt Leute die das Ganze angeblich ohne Induktivität zustande bringen.

Hier läuft der Test der PWM-Schaltung.

Ausgangsspannung (AC gekoppelt) und
Spannung nach MOSFET.
Zeitablenkung 20µs/Div.

Eingangsstrom der Schaltung.


NiMH-Ladegerät und Schaltregler

Da die PWM-geregelte Stepdownschaltung super funktioniert (sie stellt einen konstanten Ladestrom sicher) , lässt sich mit 2 zusätzlichen Bauteilen und ein paar Codezeilen daraus ein Schaltnetzteil machen.
Vielleicht braucht jemand einen Wecker der auch als stabilisiertes Netzgerät mit Eingabe der Spannung über Tastatur dient. :-)

Versuchs-Schaltung

Gerechnete Platine

Laderplatine:
Ich hab mir die Sur-Tin Verzinnung von Bungard geleistet :-)

Die fertige Schaltung


Modell-LKW Steuerung

Eine LKW-Modell Steuerung...

...und die fertige Schaltung

Ausschnitt aus der Platine mit neuer Löttechnik für TQFP Gehäuse.

Grössenvergleich mit einem LKW und
zwei wilden Raubtieren!


Der Wecker als SMD-Version

Der Entwurf der SMD-Version

Die fertige Platine

Schaltplan des Prozessorteils

Schaltplan des Wandlers 2,4V auf 5V

Das Gehäuse (unfertig)

Mit Beleuchtung


Mit 0805-Bauform

Neue Platine
, diesmal nicht selbst geätzt, sondern fertigen lassen. Vorteil: Ich muss keine Durchkontaktierungen machen. Statt 1206 wurden jetzt 0805 Bauteile verwendet.

Nahaufnahme
vom Atmel-Mikrocontroller (Chipgrösse: 10x10mm).

Neuer Entwurf, händisch geroutet (14 Vias)

Zum Vergleich das alte Layout, automatisch geroutet (29 Vias)


Modellbahn

Mein Booster für meine Modellbahnanlage.

Und hier in echt,
im Reflow-Verfahren gelötet.
Funktioniert natürlich auch.

Booster Version 2, etwas kleinere Ausführung.

Die fertige Platine


Die "künstlichen" Platinenbilder wurden mit Eagle3D erstellt (vielen Dank an Matthias Weißer).
Dieses ULP erzeugt aus dem Eagle-Layout eine .pov Datei die mit Povray gerendert wird.