gafus elektronische Schaltungen
Mikrofonvorverstärker mit Lautstärkebegrenzer




Für alle die diese Schaltung nachbauen möchten zuerst kurz die technischen Eckpunkte:

Geeignetes Mikrofon: Dynamisches Mikrofon mit 600...2000 Ohm Impendanz.
Verstärkung: ca. 150fach
Betriebsspannung: 230V 50Hz Wechselstrom
Ausgangspegel: Chinch, max ca. 1,5Vss,
einstellbar über externes Poti (nicht auf der Platine).


Schaltungsbeschreibung:



Die Schaltung besteht quasi aus 3 Teilen, dem Netzteil, dem Mikrofonverstärker und dem Pegelbegrenzer. Kurz zum Netzteil: Ein 1,8VA Sicherheitstrafo (passend erhältlich bei Reichelt Elektronik) erzeugt aus der Netzspannung 12V 150mA. Ein nachgeschalteter Brückengleichrichter und ein standart-Längsregler erzeugen daraus 12V Gleichspannung.
Die erzeugte Gleichspannung wird dann durch einen Spannungsteiler mit nachgeschaltetem OPV zur Stromverstärkung in eine Symmetrische Spannung von +/- 6V gewandelt, mit der die Verstärkerschaltung und der Begrenzer arbeitet.
Der Mikrofonvorverstärker ist einstufig mit einem Operationsverstärker aufgebaut. Der Signaleingang ist mit 2 KOhm niederohmig abgeschlossen. Mein Mikrofon lieferte beim Besprechen etwa 10mVss Ausgangsspannung, werden Signalquellen mit mehr Pegel angeschlossen, kann die Verstärkung mit Hilfe von P1 zurückgeregelt werden. Die Bauteile sind auf hohe Verstärkung ausgelegt. Bei mir ist die Verstärkung auf fast maximum eingestellt (200k).

Soweit ist ja alles ganz normal. Besondere Aufmerksamkeit verdient jedoch die Lautstärkebegrenzung. Diese funktioniert über eine LED und einen Photowiderstand, die optisch miteinander verbunden werden müssen. Ich habe dazu die LED plangeschliffen (Linse ab) und mit glasklarem 2K-Kleber beide Bauteile zusammengeklebt. Der Photowiderstand hat bei völliger Dunkelheit (im schwarzen gehäuse) einen Widerstand von mehr als 3 MOhm und spielt daher kaum eine Rolle für die Grundverstärkung. Ganz anders wird es jedoch, wenn das Ausgangssignal 1,2Vss überschreitet. Dann werden die Dioden in der eingangsstufe des Lautstärkebegrenzers aktiv, die positiven halbwellen werden auf einen kleinen Elko aufgeladen, der dafür sorgt das die Regelung nicht beginnt zu schwingen und die Dämpfung nicht so apprupt einsetzt, das das Ausgangssignal quasi über einem Pegelwert "abgeschnitten" wird, wodurch es trapezförmig werden würde.
Die Leuchtdiode die ich verwendete war eine 5mm superhelle gelbe LED mit etwa 1000mCd und kann den Wiederstand des Photowiderstands bei 20mA auf 1,9 kOhm verringern, wodurch sich die Verstärkund des Mikrofonvorverstärkers selbst in weitem Bereich dämpfen lässt, da der Photowiedertstand im Gegenkoppelzweig des Verstärkers liegt.
Die Leuchtdiode besitzt absichtlich keinen Vorwiderstand, da bei +/-6V der Ausgangswiderstand des OPV ausreicht, um den Strom im verträglichen Rahmen für die LED zu halten.
Das zweite Poti stellt die übrigens Empfindlichkeit des Begrenzers ein. Am Ausgangspoti (ist nicht auf der platine vorhanden) den Pegel so einstellen, das es am Verstärkereingang nicht übersteuert, wenn man laut ins Mikro spricht (begrenzer arbeitet), und dann noch ein klein wenig zurückdrehen.

[Schaltplan im pdf-Format]
[Platinenlayout im pdf-Format]
[Bestückungsplan im pdf-format


Hosentaschenbrenner - Pic-Programmiergerät im Hosentaschenformat


Ich habe in letzter Zeit ein paar kleine Schaltungen mit PIC-Mikrocontrollern gebaut. Um den controllern das nötige "Leben" einzuhauchen, also sie mit passender Firmware zu versehen, benötigt man ein passendes Programmiergerät. Bislang verwendete ich den "Brenner 5" von www.sprut.de, basierend auf einem Schaltungsbespiel von Microchip, dem Hersteller der Controller. Allerdings hat jeder so seine eigenen Vorstellungen wie das Gerät aussehen sollte, zudem hat der Brenner5 meiner Meinung auch Schwächen.

Als besonderes Problem erwies sich die Empfindlichkeit der Schaltung gegenüber Einstreuungen zwischen den Adern der Programmierleitung. So sind schon Längen ab 20 cm "tödlich", wenn die Leitungen für Takt und Daten (lose) parallel zueinander verlaufen. Bei größeren "Bauwerken" mit tief im Innern liegenden PIC's sind 20 cm Programmierleitung oft zu kurz, Ein- und Ausbauen der Steuerung oder des Controllers viel zu aufwändig.

gafus-picbrennerWeiterhin ist die Anordnung von IC-Sockeln zum Brennen von PIC's direkt im Brenner dann ein Problem, wenn der Brenner ordentlich in ein Gehäuse gebaut werden soll. Durch die hohen Bauteile würden die Brennersockel kaum noch erreichbar sein, was das Einsetzen und Entnehmen der Schaltkreise stark erschwert.

Außerdem ist das Format der Leiterplatte mit 75x100mm bei der Wahl eines passenden Gehäuses nicht ganz unproblematisch. Gehäuse die 100mm lang sind, haben meist nicht genügend Breite, oder sind gleich wieder viel zu groß, zu hoch, ect.
Lässt man die Programmiersockel weg und ordnet man die Bauteile dichter an, dann lässt sich der Brenner wesentlich verkleinern.


Daher habe ich eine neue Variante des Brenners entworfen, die quasi eine Weiterentwicklung oder Anpassung des Brenner5 von Sprut ist, auch ein Blick in die Unterlagen von microchip konnte nicht Schaden. Nach dem Studium der Schaltungen und hinzuziehen des Datenblattes des verwendeten Treiber-Schaltkreis 74ls07 wurde mir klar, das da noch Reserven vorhanden sind.

picbrenner-layout Als Leiterplattengröße erwies sich 75x55mm als ausreichend, alle hohen Bauteile sind im liegen untergebracht. Das höchste Bauteil ist der Sub-D-Stecker. Ich verwende einen 25pol Sub-D Anschluß, der im Gegensatz zur Centronics-Buchse wesentlich kleiner ist. Dadurch kann eine gewöhnliche Druckerkabel-verlängerung als Anschlußkabel verwendet werden.

Die gesamte Schaltung ist niederohmiger aufgebaut, was sich in besserer Störfestigkeit, aber auch in höherem Stromverbrauch niederschlägt. Die Versorgungsspannung sollte deshalb nicht höher sein als nötig, sonst überhitzen sich die Spannungsregler. Der 5V-Spannungsregler wurde zur besseren Wärmeabfuhr mit etwas Abstand montiert.

Der ICSP-Anschluß auf der Platine wurde von mir modifiziert, Masse- und Datenleitung wurde vertauscht, um Einstreuungen von der Takt- in die Datenleitung zu vermeiden. Diese müssen am ICSP-Stecker nahe der Zielschaltung wieder "ent-dreht" werden.

Eventuell nötige Programmiersockel müssen separat aufgebaut und an den ICSP-Anschluß angeschlossen werden.

Welche PICs damit programmiert werden können, ist hauptsächlich Abhängig von der verwendeten Software. Der Brenner ist voll kompatibel mit Spruts Brenner5.


Nachtrag: Zur fertigen Platine fehlte nur noch das passende Gehäuse. Die Platine ist nicht ganz 6x8 cm groß, das Gehäuse sollte so klein wie möglich sein. Das wurde jedoch zum Problem. Ein passendes Gehäuse hatte ich nicht vorrätig, die Verfügbaren im Elektronik-Katalog waren alle im falschen Format, zu groß, zu klein oder mit Batteriefach im Weg - jedenfalls unpassend.
Das brachte mich auf die Idee, irgendetwas mehr oder weniger Nützliches zu kaufen, was in einer passenden Plastik-schachtel verkauft wird. Das stellte sich nach zweistündiger Suche im Kaufland sowie dem angeschlossenen Baumarkt als Problem heraus, sämtliche Verpackungen waren aus Pappe und Folie, oder nur aus Pappe und Papier. Lediglich im Baumarkt bei den Schrauben waren die richtigen Verpackungen vorhanden, jedoch passte das Format nicht. Alle Schraubenschachteln waren zu schmal, oder viel zu groß.
Schlußendlich konnte ich aber doch noch etwas Passendes finden...


ICSP-Picbrenner 1.0 [Bestückungsplan im PDF-Format]
Anmerkung: Neben dem SUB-D-Anschluß sind auf der Lötseite zwei SMD-Widerstände vorgesehen, je 86 Ohm.
[Leiterplattenlayout im PDF-Format]
[Schaltplan im PDF-Format]


ICSP-Picbrenner Version 1.2
Bei der ersten Version des Brenners haben sich nach einigen Programmiervorgängen Probleme ergeben. Die Schaltung zum Umschalten der MCLR-leitung zwischen Programmierspannung und Masse (=Reset) erwies sich als instabil. Ohne erkennbaren Auslöser erhitzten sich plötzlich die beiden Transistoren (BC237, BC337). Nach einer Schaltungsänderung und einer Stunde problemlosen Betrieb gingen sogar beide in Rauch auf.
Deshalb gibts nun eine verbesserte Version, die den noch verbleibenden Treiber des IC 7407 nutzt. Nun werden beide Transistoren separat angesteuert und werden nicht mehr gleichzeitig leitend.



[Bestückungsplan im PDF-Format]
Anmerkung: Neben dem SUB-D-Anschluß sind auf der Lötseite zwei SMD-Widerstände vorgesehen, je 86 Ohm.
[Leiterplattenlayout im PDF-Format]
[Schaltplan im PDF-Format]


Meßverstärker für Temperaturmessungen mit dem TNC2 mit ADC

Ein Problem beim Anschluß von LM355 Temperaturfühlern an das TNC2 ist die geringe Auflösung der Anzeige. Bei 5V Referenzspannung (EuroTNC) am ADC wird die Temperatur nur in Schritten zu 1,96 C angezeigt. Entsprechend ungenau die Anzeige, wenn die Anzeige einen Wert abweicht. Bei "meinen" ADC-Platinen zum Nachrüsten ist die Referenzspannung verstellbar, ein Kompromiss ist 3,30V. Da kann man immerhin noch bis etwa +50C messen und hat eine Auflösung von 1,28C am Wandler. Leider bietet sich nicht die Möglichkeit, einen genaueren Analog-Digitalwandler (ADC) zu verwenden, daher hier nun eine andere Methode der Ungenauigkeit zu begegnen:

MeßverstärkerDer Meßverstärker:
Folgendes Problem liegt vor: Am Wandler habe ich einen Meßbereich von 0-5V (0-3,3V) bei 8 Bit Auflösung, d.h. der Wandler unterscheidet 256 Werte von 0-5V, also kann er Spannungen ab einer differenz von 5V / 256 = 19,6 mV unterscheiden. Der Temperaturfühler gibt eine Spannung von 10mV pro Kelvin aus. 0 Kelvin entsprechen -273,6 C, und damit 5V. Ganz davon abgesehen das der Sensor nur einen begrenzten Temperaturbereich hat, ist es ebenso unwahrscheinlich das an unseren Funkstationen die Temperatur auf -273.6 C absinkt, was zumindest alle Leitungen supraleitend werden ließe. Kurzum: Alles unter -25C macht wenig Sinn und bleibt ungenutzt. -25C sind 248,6 K und damit 2,486 V. Als Obergrenze sollte 50C ausreichend sein, das entspricht einer Spannung von 3,23 V. Folglich überstreckt unser Meßbereich gerade einen Spannungsbereich (Differenz zwischen höchstem zu erwartenden und niedrigstem zu erwartenden Meßwert) von lediglich ca. 0,75V, was wiederrum nur 38 Schritte im ADC bedeutet (58 bei 3,3V).

Um die Auflösung der Wandlung des ADC nun zu erhöhen, muss das Eingangssignal möglichst den gesamten Meßbereich des ADC (0-5 / 0-3,3V) überstrecken. Dazu sind zwei Maßnahmen notwendig:

Zuerst muss der niedrigste zu erwartende Wert auf Null (Signalmasse) gebracht werden. Dies lässt sich durch einen Operationsverstärker in Summierverstärkerschaltung erreichen. Dieser arbeitet invertierend, daher muss die Meßspannung vom Temperaturfühler negativ sein. Durch Anlegen einer entgegengesetzen konstanten Spannung am zweiten Eingang des Summierverstärkers kann dem Meßwert ein fester Betrag subtrahiert werden. Da der Summierverstärker invertiert, muss die angelegte Spannung zum Einstellen des Offset positiv sein.
Als nächstes muss das Meßsignal welches nun von 0-0,75V reicht, auf den gesamten Meßbereich des ADC verstärkt werden. Die Verstärkung lässt sich an selbigem Summierverstärker mit dem Verhältniss des Rückkopplungswiderstands zum Eingangswiderstand festlegen. Als Verstärkungsfaktor für 3,3V Referenzspannung am ADC (Meßbereichsendwert) ist der Wert 4 angemessen (4* 0,75V = 3V). Die 4fache Verstärkung erhöht die Meßgenauigkeit des Wandlers auf das Vierfache, d.h. von 1,28 C auf 0,32 C (bei 3,3V Vref am ADC, sonst 0,5C).

Damit ist eine ausreichende Meßgenauigkeit gegeben, die den Meßfehler des Temperaturfühlers übersteigt (Abweichung im Kernmeßbereich nach Kalibration auf 25C etwa 0,5C/5mV).

Ein Problem stellt noch die Erzeugung der negativen Spannung für die Temperaturfühler zum Einspeisen in den Summierverstärker dar. Hier wurde mit einem Rechteckgenerator und einer Art Ladungspumpe nachgeholfen.


Siehe auch: [Forum: Warum LM355?]


[Schaltplan]
[Layout]
[Bestückungsplan]


Universelle LED-Balkenanzeige


Bargraph-LEDReichelt-Elektronik vertreibt so praktische LED-Balken mit 12 LED's, die schon untereinander "optisch isoliert" sind, also benachbarte Leds nicht mitleuchten. Das erspart den Ärger die LED's seitlich zu schwärzen sowie gut auszurichten und man braucht nur ein einziges Loch in die Gerätefront zu bohren.

Daher habe ich eine universelle Platine entwickelt, die sich für vielfältige Mess- bzw. Anzeigezwecke eignet. Maximale Eingangsspannung des UAA180-ICs beträgt 6V für die Meßspannung sowie minimal- und maximal-Referenzspannung. Der UAA180 funktioniert ab etwa 9V (je nach LED-Farbe) und beherrscht mit dieser LED-Anzeige und Platine nur den Balkenanzeigemodus, schaltet dabei die Led's jedoch in 4er-gruppen in Reihe um Strom zu sparen. Die Helligkeit, die Spannungswerte für Skalenanfang und Skalenende können mit 10mm Poti's bestückt werden, oder mit Festwiderständen versehen werden.
Für Eingangsspannungen über 6V können zwei Widerstände als Spannungsteiler beschaltet werden, ein Kondensator zum Entstören oder Dämpfen des Meßsignals ist ebenfalls vorgesehen.


Schaltplan (PDF)
Bestückungsplan
Layout


Massefreier NF-Eingang für Audio-Verstärker

optischer getrennter NF-Eingang Ich habe mich nach langer Ruhe nun nocheinmal dieser Schaltung zugewandt und den Prototyp zu ordnungsgemäßer Funktion "überreden" können: Ein optisch getrennter NF-Eingang für den Musikverstärker. Damit kann man Brummen aufgrund von Masseschleifen ausschalten, beim hantieren mit dem Computer über die Soundkarte, deren Ausgänge masseseitig direkt mit dem Schutzleiter der Steckdose verbunden sind. Spätestens beim zweiten Gerät mit ebensolcher Verbindung hat man es dann, das Brummen.. die Masseschleife kommt auch oft über Kabelfernseh- oder Gemeinschaftsantennenanlagen.
Kurz zur Funktion: Der IC 555 erzeugt ein Rechtecksignal mit 2,5 Khz Takt. (Sollte das akustisch hörbar werden, kann man eventuell die Frequenz auf > 16 Khz erhöhen). Das Signal wird über einen Widerstand zur Strombegrenzung zwei 1:1 NF-Übertragern zugeführt die das Signal mehr oder minder auf die andere Seite übertragen. Dort wird es einfach Gleichgerichtet und mittels Elko geglättet. Die Masse nach den Übertragern darf logischerweise nicht mit der normalen Masse am Ausgang und an der Spannungsversorgung verbunden werden, ebenso muss auf die massefreie Montage der Eingangs-Buchsen geachtet werden. Die geglättete Gleichspannung versorgt die LED's in den Optokopplern mit einem Arbeitsstrom, der mit Hilfe des Eingangssignals Amplitudenmoduliert wird. Die Transistoren auf der Gegenseite wandeln dieses Licht wiederrum in ein analoges elektrisches Signal um, welches galvanisch getrennt auf der anderen Seite vor Verfügung steht.
Es stehen zwei jeweils galvanisch getrennte Eingänge zur Verfügung, der Ausgang ist Hochohmig und bedarf einer Verstärkung, die Pegel sind in etwa genauso groß wie die des Eingangssignals. Viel Spaß beim Basteln.


Schaltplan PDF-Format - GIF-Format


Einfaches Zeitrelais (Abfallverzögert, Niedervolt)

Schaltplan Zeitrelais


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