Widerstand

http://resisto.rs

Platinen von BatchBCP sind da...

Hurra

Die Platinen sind da. Alles verlief sehr positiv. Es hat nur etwas gedauert. Am Mittwoch, den 31.10.2012 kamen sie an. D.h. Ca. zwei Wochen Lieferzeit von USA nach Deutschland. In dem Briefbeutel waren 14 Platinen, obwohl ich nur fünf bestellt habe. Es hat sich also gelohnt und es war billiger, als in Deutschland anfertigen zu lassen. Das ist doch wirklich interessant. Die Platinen sind alle funktionstüchtig, sehen super aus und weisen keine Fehler auf. Sogar der Schaltkreis von mir funktioniert wie erwartet.

Demnächst probiere ich einen anderen Platinen-Hersteller (http://www.oshpark.com) aus den USA aus.

Lichtraster

DIY

Für ein kleines LED-Projekt benötige ich ein Gitter mit ca. 2x2 cm großen Quadraten. Lichtraster heißen diese Dinger in Deutschland und in USA egg crates. Komischerweise kann man in den USA die Raster an jeder Ecke für ein paar Dollar kaufen und in Deutschland nirgends. Nirgends ist nicht ganz richtig, man findet ein paar Firmen, die damit Decken dekorieren und sich nur für Leute interessieren, die gleich für ein paar 1000 € bestellen wollen. Der Hobbyist nervt eher. Aber Glück gehabt:

Durch Zufall bin ich auf eine Firma (http://www.formulor.de) gestoßen, die Laser-Cutting-Dienste anbietet. Nach ein paar Konstruktionsversuchen mit diversen CAD-Programm konnte ich die Vorlage hoch laden und habe dann mein Lichtraster bestellt. Montag abends wurde die Vorlage abgeschickt und Mittwoch morgens war das Ergebnis da. Ich bin begeistert. Das Ergebnis ist super und es hat erstaunlicherweise alles geklappt. Äußerst präzise geschnitten.

Ich habe ein kleines Lichtraster mit 3x3 Zellen herausgeschnitten. Taadaa. Warum bin ich nicht gleich darauf gekommen? Auf jeden Fall ist diese Option cool. Gehäuse und sonstige Verkleidungsstücke lassen sich jetzt passgenau herstellen.

BatchPCB-Platine ist unterwegs..

Ich habe gestern eine Nachricht von BatchPCB erhalten, dass meine Bestellung abgeschickt wurde. Ich bin gespannt, wann die Platinen für den LED-Tester ankommen...

PWM und Motoren

Die Motorgeschwindigkeit...

kann man prima mit dem PWM-Signal steuern. Ich habe mir einen kleinen DC-Motor gekauft und diesen an das PWM-Signal angeschlossen. Eine Freilaufdiode schließt die induktive Spannung beim Abschalten kurz. Mittels eines Messwiderstandes habe ich den Stromverbrauch aufgezeichnet. Die dort abfallende Spannung wurde mit einem nicht-invertierten Verstärker um einen gewissen Faktor multipliziert, so dass man den Verbrauch besser sehen kann. Einen RC-Filter haben noch dazwischen geschaltet, damit die Spannung weicher wird.

Das rechteckige Signal ist die Duty-Cycle. In dieser Zyklus wächst auch der Stromverbrauch, bis die Spannung auf 0 sinkt. Der Stromverbrauch geht auf 0 und kurz darauf, steigt die Spannung wellenförmig. Das ist die induktive Spannung des Motors, die durch die Freilaufdiode nun kurzgeschlossen wird.

Spannungsgesteuerte PWM

Mit dem 555-Timer lässt sich ein PWM-Signal recht einfach erstellen, wobei aber die Dauer von Impuls und Pause durch die Widerstände R1 und R2 fest eingestellt werden. Wie kann man nun das ganze so konstruieren, dass eine Spannung die Dauer des Duty-Impuls bestimmt?

Auf diese Frage bin ich gekommen, als ich über LED-Trimmer nachgedacht habe. Dort wird die LED mit PWM getrimmt, wobei der Duty-Cycle (Impulse) gesteuert wird. Das ganze lässt sich sehr einfach mit einem Micro-Controller realisieren, aber ich wollte das ohne Micro-Controller und Software konstruieren. Daher die Frage: Wie erreicht man eine spannungsgeregelte Pulsweitenmodulation? Meine Grundidee war, dass ich dafür einen Operationsverstärker als Integrator verwende, der aus einem Rechteckspannungssignal ein dreieckiges Signal erzeugt. Mit diesem Signal wollte ich dann die LED pulsieren lassen. Die Idee war nicht schlecht, ich lag mit ihr aber falsch. Ein bisschen Recherche im Internet brachte Licht ins Dunkle...

Man nimmt ein Rechtsignal, wandelt dies in ein Dreiecksignal um. Mit Hilfe eines Operationsverstärker und einer Referenzspannung wird daraus wieder ein Rechtecksignal erzeugt, wobei der Duty-Impuls abhängig von der Referenzspannung ist. Wir haben damit das Ziel erreicht: spannungsgesteuerte PWM.

Rechtecksignal

In dem obigen Bild habe ich eine typische Grundschaltung mit dem 555-Timer realisiert. Aufgrund der gewählten Werte schwingt das Rechteck-Signal mit einer Frequenz von ca. 1,5Khz. Der Duty-Impuls liegt bei fast 50%. Natürlich gibt es noch weitere Möglichkeiten, ein Rechteck-Signal zu erzeugen. Der 555-Timer bietet hier die Einfachheit der Berechnung der Frequenz. Und natürlich gibt es bestimmt weitere Schaltungen, die das ebenfalls einfacher gestalten lassen. Aber irgendwo muss man ja anfangen.

Dreieckssignal

Der Operationsverstärker als Integrator liefert nun das Dreieckssignal. Und hier beginnen die Lektionen, die die Theorie von der Praxis unterscheiden. Man muss sich zunächst den Operationsverstärker anschauen, welche Werte er anbietet. Haben wir einen Rail-To-Rail-OpAmp? Welche Werte werden für R und C verwendet? Haben wir V+/V- oder nur V+-Spannungsversorgung für den OpAmp? Abschließend können wir das Dreieckssignal noch verstärken, so dass es die vollständigen Versorgungsspannung ausfüllt.

Die Ausgangsspannung für den Integrator richtet sich nach

$V_{out}=\frac{-1}{RC}\int V_{in}dt$

Wir haben etwas Glück, denn die Fläche des Integral ist bekannt. Es ist das Rechtecksignal. Das Signal schwankt mit einer Frequenz von 1,5kHz. Der Duty-Impuls dauert die Hälfte der Schwingung, also $\frac{1}{3000}s$. Zu diesem Zeitpunkt haben wir also den Flächeninhalt und wir wissen, welches Ergebnis wir haben möchten:

$-5V=\frac{-1}{RC}\times \frac{5V}{3000}$

Fünf Volt, da die Spannung durch den virtuellen Ground aufgeteilt wurde. Für den Kondensator nehmen wir $C=100nF$. Wir können nun nach $C$ auflösen:

$R=\frac{1}{C}\frac{5}{3000}\frac{1}{5}=\frac{1}{100nF}\frac{5}{3000s} \frac{1}{5}=3000\Omega$

Mit einem Widerstand von 3k erhalten wir ein Dreiecksignal, dass sich zwischen 0 und 5 Volt bewegt. Da wir aber 10V zur Verfügung haben, können wir das Signal steiler machen, in dem wir die Hälfte von 3k nehmen. Oder wir tragen die 10V direkt in die Formel ein:

$R=\frac{1}{C}\frac{5}{3000}\frac{1}{10}=\frac{1}{100nF}\frac{1}{3000s} \frac{1}{2}=1500\Omega$

Was kann man damit machen?

Man kann z.B. ganz elegant eine Halogen-Lampe dimmen. In der rechten Abbildung ist die Restschaltung (Es werden Rail-To-Rail-OpAmp verwendet) dargestellt. Das PWM-Signal steuert einen P-Mosfet (z.B. IRF9Z34N) an. Eventuell muss man den Mosfet noch kühlen. Ich habe mal alles zusammen verdrahtet und mit dem Oszilloskop überprüft. Hier kann man sehen, wie das PWM-Signal zustande kommt. Genau an den Schnittpunkten der Referenzspannung wird das Duty-Signal erzeugt. Um das ganze zu testen, habe ich also eine 12V Halogen-Lampe mit dem P-Mosfet verbunden und das Gate mit dem PWM-Signal. Mit einem Trimmer habe ich die Referenzspannung geregelt. Dabei konnte ich die Halogen-Lampe sauber dimmen, bis nur noch der Glühfaden schwach leuchtete. Damit kann man nun auch einen Soft-Start realisieren. Glühlampen neigen im kalten Zustand einen sehr kleinen Innenwiderstand zu haben, wodurch beim Start sehr große Stromspitzen auftreten können. Die Stromspitzen kann man nun durch ein langsames "Aufdimmen" verhindern. Hat man ein empfindlichen Batterietyp als Stromquelle, so wird nicht nur die Lampe sondern auch die Batterie geschont.

Alternativen?

Oh ja! Mit einem OpAmp läßt sich ebenfalls ein Rechtecksignal erstellen, so dass man mit drei OpAmps eine spannungsgesteuerte PWM basteln kann.

BatchPCB angetestet

Heute habe ich mal BatchPCB für eine kleine Platine getestet. Ich war überracht, meine kleine Platine kostet netto $2,50! Dazu kommen jetzt $10 Handling und $10 Versandkosten, so dass ich bei 5 Stück auf ingesamt $32,53 komme.

Das bedeutet ca. 26 € netto. Ich denke, ich muss dann noch die Mehrwertsteuer bezahlen, dann komme ich auf ca. 31 €...Zollgebühren gibt es für den Import von bedruckten Leiterplatinen aus den USA nicht. Entweder bezahle ich die Mehrwertsteuer beim Postboten oder ich muss zum nächsten Zollamt und dort die Mehrwertsteuer bezahlen. Wenn ich das gleiche mit z.B. PCBPool möchte, dann komme ich auf 78,61 €. Wenn ich nun Fritzing Fab verwende, würde ich auf 37 € kommen. Das Problem bei Fritzing ist leider, dass man die Fritzing-Software verwenden müsste. D.h. Eagle und andere Tools, die vielleicht besser erscheinen, können nicht verwendet werden. Und leider ist die Fritzing-Software noch nicht vergleichbar mit Eagle. Nicht nur, dass die Bibliothek nur einen handvoll von Elementen anbieten, das Programm ist recht buggy und man sollte z.B. Copy+Paste-Operationen über mehrere Elemente vermeiden. Dazu wird die Applikation langsam und träge und stürzt ab und an ab. Den Part-Editor sollte man erst gar nicht starten, die Applikation warnt ausdrücklich davor. Daher kann man sich aussuchen, stundenlang vom dem Rechner mit Fritzing zu kämpfen oder ggf. beim Zoll zu warten.

Quo vadis Deutschland

In Deutschland ist praktisch alles verboten. Man darf z.B. seine Fahrradlampe nicht selber bauen. Will man jetzt ein Elektrogerät bauen und verkaufen, so kann man das gleich wieder vergessen, wenn man nicht über die Finanzkraft verfügt. Das ist die Folge des ElektroG - Elektro- und Elektronikgerätegesetzes (Gesetz über das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die umweltverträgliche Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten). Damit man überhaupt mitspielen darf, muss man sein neues Geräte anmelden. Natürlich ist das nicht umsonst. Hinzu kommt noch, dass irgendwann jemand meldet, dass irgendwo in Deutschland ein Container entsorgt werden muss. Das organisiert die Stiftung Elektro-Altgeräte-Register (EAR) und das ist natürlich nicht umsonst. Das alleine reicht noch nicht aus, man muss eine insolvenzsichere Garantie jährlich vorlegen, damit man seine Registrierung nicht verliert. Verloren haben also alle die, die nicht diese finanziellen Mittel haben, um ihre Ideen umzusetzen. Wer eine gute Idee hat, muss sich überlegen, ob er diese verkaufen möchte. Wahrscheinlich lohnt sich der Aufwand nicht, die Idee bleibt im Kopf und die Welt wird sie nie sehen.

Interessant ist auch die individuelle Rücknahme. Ein Algorithmus entscheidet, wann jemand einen Container abholen muss. Mit anderen Worten: es ist nicht offengelegt, warum jemand plötzlich einen Container entsorgen muss. Man muss dieser Stiftung vertrauen, dass dort nicht jemand zufällig ein paar Parameter im Algorithmus angepasst hat, damit besonders kleine Firmen öfter volle Container haben. Wer kontrolliert denn, dass die Verteilung auch korrekt ist? Ein Gutachten hat dies bestätigt. Dass ich nicht lache, aber als Software-Entwickler ist es für mich doch ein Kinderspiel, den Algorithmus zu ändern, ein anderes Programm zu deployen oder die "richtige" Version zu installieren. Wer glaubt denn, dass nach dem Gutachten nichts geändert wird? Wird für jede Änderungen am Programm ein neues Gutachten bestellt? Und überwacht der Gutachter, dass im Rechenzentrum auch nur dieses Programm verwendet wird?

Dass aus kleinen Ideen etwas großes wachsen wird, wird man wohl in Deutschland immer weniger sehen. Ob der Bauer eine Kartoffel pflanzen darf oder ob man sein Fahrradlicht selbst konstruieren kann, ist in Deutschland nicht mehr so ganz einfach zu sagen. Man könnte auch meinen, dass durch die Überregelung andere Teilnehmer im Keim erstickt werden. Warum sollte jemand eine kleine Platine für 10 € anbieten, wenn er für Gebühren und Entsorgung mehrere 1000 € im Voraus zahlen muss? Hilft da nur noch ein Bausatz, so dass man gar kein Elektrogerät verkauft? D.h. eine Platine und separat eine Tüte mit passiven Bauteilen, die man selbst zusammenlöten kann, da sie zufällig irgendwie zusammen passen. Am besten nur den Schaltplan als Dokumentation, damit es deutlich wird, dass nur ein Profi mit Profiwerkzeug daraus irgendwas machen kann.

Leute, aber so sieht es aus.