Art-of-Electronics

Hier findest du die täglichen kleinen Problemlösungen, nach denen man manchmal verzweifelt sucht, aber im Netz oft nichts findet. Später fragt man sich dann: „Wieso bin ich nicht gleich darauf gekommen?

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Projekte und Beiträge

• CO2-Sensoren im Vergleich
• Die ideale Diode ist da!
• Mal um die Ecke denken – der Nutzen von 90°-Bananensteckern
• Resonanzpunkt eines LC-Kreises
• Rutschfestes Breadboard
• Labornorm für Stromversorgung
• Notebook-Adapter zur Stromversorgung

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28.August 2025

Die ideale Diode ist da!

Schon immer hatten wir in der Elektronik mit einer Einschränkung zu kämpfen, die manchmal regelrechte schaltungstechnische Kunststücke erforderte: Die Durchlaßspannung einer pn-Strecke. Bei Silizium sind es typisch 0,7 V, bei Germaniumdioden ist man bei 0,3V, Shottky-Dioden bieten weitere Vorteile.

Wie wäre es aber mit einer Diode, die eine Durchlassspannung von 70-100 mV mitbringt, bis 10A belastbar ist und an der „Anode“ 3 – 26 Volt verträgt? So etwas gibt es jetzt als XL0401 oder auch die „ideale Diode“ XL74610.

Ursprünglich entstand diese Technologie, die als „Simulation einer idealen Diode“ angeboten wird, um Solarpanels und Akkus verlustfrei parallel schalten zu können. Daher auch die hohen Ströme (bis 60A), die manche Module vertragen.

Da ich an solche „Wunder“ nicht einfach nur glaube, sondern auch selbst teste, habe ich einige Module eingekauft und in der Praxis erprobt. Eine Stromversorgung liefert 15V an den Eingang der Diode, am Ausgang hängt ein Widerstand gegen Masse. Einfacher geht’s nicht mehr:

Das 6 1/2-stellige DVM misst die Differenzspannung am Eingang und Ausgang der „Diode“ (ich schreibe bewußt nicht „Anode“ und „Kathode“, denn es handelt sich nicht um eine klassische Diode). Man sieht, dass die Differenzspannung 0,069 mV beträgt. Wenn man zur Sicherheit die Eingangs- und Ausgangsspannung nachprüft, bekommt man eine Eingangsspannung von 15,328 V und eine Ausgangsspannung von 15,259 V – wenig überraschend, aber als Gegenprobe ok.

Es scheint mir so, dass diese Schaltung mit zwei ICs und zwei Widerständen tatsächlich eine fast ideale Diode darstellt, mit den Eckdaten:

Eingangsspannungsbereich: 3V – 26V
Ausgangsstrom max.: 10A
Eigenverbrauch des Moduls: 130 µA (ohne Last bei 12V)

Im Datenblatt wird angegeben, dass bei 10A an der Diode eine Spannung von 0,1V abfällt. Damit wird 1 W in Wärme umgewandelt. Das Datenblatt sagt, dass diese Leistung ohne Kühlkörper dauerhaft vom Modul vertragen wird. Kurzfristige Belastung bis zu 15A sei möglich, dann aber mit Kühlkörper für max. 30 Minuten.

Fazit:
Mir scheint, dass mit diesen neuen Bauelemente ein Weg gefunden wurde, die Elektronikentwicklung ein wenig einfacher zu machen. Man sollte sich jedoch klar sein, dass die „ideale Diode“ vor allem im Bereich der Stromversorgung genutzt werden kann. Sicherlich ersetzt sie keine klassischen Gleichrichter in der NF-Technik oder gar für HF-Anwendungen. Vielleicht kommt das irgendwann auch noch?

Wie funktioniert dieses Modul?
Wie man mit der Lupe auf dem Chip erkennt, sitzt dort ein p-Channel MOSFET Typ AGM30P05, der auf einen RDS(on)-Widerstand von 0,05 mΩ kommen kann (siehe Datenblatt). Damit war meine Weisheit erst mal am Ende. Ein alter Studienfreund, Prof. Dr. Bernd Ploss (DF9GP) hat die ganze Lösung gefunden. Danke Bernd – großartig!

Die beiden folgenden Links liefern die Antwort. Es ist ein schöner Applikationsbericht dabei, in dem die klassischen, nicht-ganz-so-idealen Dioden mit diesem Modul verglichen werden. Hier die Links für euch:

https://www.ti.com/product/de-de/LM74610-Q1
https://www.ti.com/product-category/power-management/power-switches/ideal-diodes-oring-controllers/products.html#1694=Ideal%20diode%20controller&

Danke auch an Dr. Elmar Compans (DF4GV), der mich bei der Suche unterstützt hat und auf einen Artikel in der Zeitschrift „Funkamateur“, S. 720ff hinweist, in dem eine ganz ähnliche Schaltung zur Einschalt-Strombegrenzung verwendet wird.

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4.Juli 2024

Resonanzpunkt eines LC-Kreises

Nachdem der „Versatile Function Generator VFG9833“ so viel Interesse gefunden hat, möchten wir ihn selbstverständlich praktisch einsetzen. Und er soll neue Tricks lernen. In diesem Fall soll er den Resonanzpunkt eines Parallel-Schwingkreises aus einer Spule und einem Kondensator finden. Dazu beschalten wir unseren VFG wie folgt:

Es ist eine gute Idee, die Amplitude des Generators auf am = 255 zu setzen. Denn wir haben hier einen Spannungsteiler mit einem 100k-Widerstand aufgebaut. Den Betrag des komplexen Widerstandes Z kennen wir noch nicht. Wir berechnen ihn später.

Zunächst berechnen wir die Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus dem Konden- sator von 220 nF und der Induktivität von 1,35 H. Der Ohmsche Serienwiderstand von 39 Ω ist der Wicklungswiderstand, der mit einem Multimeter gemessen wurde.

Die Rechnung ergibt eine Resonanzfrequenz von 292 Hz.

Nun hilft uns die neue re-Funktion des VFG9833 weiter, die ganz ähnlich aufgebaut ist, wie die bereits bekannte SWEEP-Funktion. Die Syntax sieht so aus:

re fstart:fstop:step:mode 1/0

re ist der eigentliche Befehl „Resonanz“
fstart ist die Frequenz, ab der unser Generator los läuft
fstop ist die Endfrequenz
step ist der Frequenzsprung pro Schritt. Am Anfang setzt man ihn vielleicht etwas höher, bis man die Resonanz „erwischt“ hat, dann kann man fstart und fstop enger setzen, um den richtigen Punkt genau zu finden.
mode legt die Art der Ausgabe fest. mode 1 ist ausführlicher, mode 0 liefert Daten für ein Diagramm oder eine Tabelle.

Wir haben die erwartete Resonanzfrequenz bereits berechnet und hoffen darauf, dass die Bauteiletoleranzen nicht allzu hoch sind. Wir fassen also unsere Eingabe nicht ganz so weit und geben ein:

re 250:330:1:1

Da wir gemäss dem Schaltplan unser Signal in den Schwingkreis eingespeist und an der richtigen Stelle wieder mit dem Messeingang unseres VFG9833 verbunden haben, erhalten wir die folgende Tabelle (Ausschnitt):

Das sieht ja schon nach einem Volltreffer aus – so viel Glück wünscht man sich. Offenbar haben wir bei 290, 292 und 294 Hz die maximale Ausgangsspannung von 0,38 Vpp. Genau so muss sich unsere Schaltung ja auch verhalten, weil der komplexe Widerstand Z bei Resonanz im Parallelschwingkreis maximal sein muss und daher die Spannung in diesem Ast des Spannungsteilers ebenfalls.

Das Ganze lässt sich auch über den seriellen Plotter des Arduino darstellen und sieht dann so aus:

Das Bild ist eindeutig. Etwas fehlt aber: Wir haben auf der X-Achse leider nicht die jeweilige Frequenz. Das kann man beheben, wenn man in der oben gezeigten Wertetabelle eine laufende Nummer für jede Messung mitführt und dann nachschaut, wo das Resonanzplateau liegt.

Immerhin: Eine schöne Bewährungsprobe auch für unseren Messgleichrichter.

Wenn man das Ganze schöner haben möchte, um noch die 3 dB-Bandbreite des Schwingkreises und damit die Schwingkreisgüte zu ermitteln, dann benutzt man bei der Mode-Eingabe die Option „0“ (Null) und bekommt eine Liste, die man mit Cut-and-Paste in die Tabellenkalkulation werfen kann, um eine Grafik zu zaubern:

Die Schwingkreisgüte Q = Resonanzfrequenz/Bandbreite ergibt einen Wert von 12, was nicht gerade umwerfend ist. Wenn man aber weis, dass diese Spule nicht anderes ist, als die Drossel einer alten Leuchtstoffröhre, dann relativiert sich die Beurteilung 🙂

Nun wollen wir noch den Betrag des komplexen Widerstandes der LC-Schaltung berechnen. Wir haben eine Eingangsspannung vom Generator von 3,5 Vpp. Wir messen 0,38 Veff. Somit fließt ein Strom von: I = U/R mit U=3,5 Vpp-0,38 Vpp an 100kΩ. Das sind also: I = 3,12 V/100.000Ω I= 31 µA.

Am Schwingkreis messen wir eine Spannung von 0,38 V bei 31 µA Strom und kommen damit auf 12,67 kΩ.

Der neue Arduino-Sketch steht auf meinem Github-Repository zum Download bereit. Ich hoffe, es konnte gezeigt werden, wie mit ganz wenig Aufwand vernünftige Messungen möglich sind. Mein Repository findest du hier:

GitHub-Repository von Mike

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21.März 2024

Rutschfestes Breadboard

Wer viel experimentiert, hat meist mehrere Breadboards gleichzeitig in Gebrauch. Es gibt diese praktischen, selbstklebenden Breadboard – Streifen, mit denen man Boards nach eigenem Bedarf zusammen bauen kann. Das benutze ich oft und bin sehr zufrieden damit. Was mich allerdings ungemein nervt und immer wieder auch zu Problemen geführt hat: Entweder musst du die Dinger festkleben oder irgendwie fixieren. Das kann lästig“ sein.

Deswegen suchte ich nach einem „rutschfesten Breadboard“.

Vor einiger Zeit habe ich eine Menge von iPad – Outdoorhüllen einkaufen können. Sie dienten mal dazu, um iPads vor Beschädigungen im Outdoor – Einsatz zu schützen. Es gibt sogar eine MIL-Version. Da sie aus Gummi, also schwer und sehr griffig sind, baue ich mir sie so um, dass sie wie festgeklebt auf meinem Arbeitstisch haften. Ein Beispiel zeigt das Foto. Die Hüllen waren mal teuer (fast 60 € pro Stück), aber für iPad 3 irgendwann nicht mehr verkäuflich, somit günstig zu haben. Wo früher das iPad steckte, platziere ich eine zugeschnittene Sperrholzplatte. Oben drauf packe ich so viele Breadboard – Streifen, wie ich brauche oder gleich ein Arduino-Board … was auch immer – fertig!

Du kannst auch noch Buchsen, Schraubverbindungen… dort montieren oder deine Akkus und einen Breadboard – Streifen. Für jeden Geschmack ist eine Lösung möglich.

Für meine Freunde und alle Blog-Follower habe ich noch ein paar Hüllen in der Kiste liegen. Es gibt sie neu / originalverpackt oder gebraucht. Wen es interessiert, der schickt mir seine eMail an: michael@art-of-electronics.blog

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15.März 2024

Labornorm für Stromversorgung

Es ist nur eine Kleinigkeit, aber doch enorm nützlich: Eine Labornorm für die eigene Stromversorgung von Selbstbaugeräten. Dabei kommen immer wieder die gleichen Standardspannungen vor: +/- 15 V, 12 V, 9 V, 5 V und 3.3 V. Da ich in verschiedenen Räumen, unterschiedlichen Arbeitsplätzen und auch außer Haus tätig bin, immer wieder mit anderen Stromversorgungen, habe ich mir eine „Labornorm“ gesetzt, um nicht immer nachdenken zu müssen, ob nun der Multiplexer mit 12 V, 9 V oder doch nur mit 5 V betrieben wird.

Stecker rein – „passt schon“ ist die Devise. Und damit es auch passt, verwende ich einen exotischen Stecker mit 6 Polen, auf 240° verteilt und dem Steckergehäuse als Minuspol, bzw. Rückleiter. Diese Entscheidung hat mir schon manchen „Unfall“ erspart, sie bewährt sich in der Praxis.

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11.März 2024

Notebook-Adapter zur Stromversorgung

Mancher Notebook-Adapter birgt ein finsteres Geheimnis ;-(

Bestimmt kennst du diese Situation: Du hast ein Gerät nahezu fertig gestellt. Jetzt geht es noch um ein paar Selbstverständlichkeiten. Dazu gehört z.B. die Stromver-sorgung. Ein geeigneter Step-Down Wandler war schon eingebaut. Jetzt noch schnell einen Notebook – Adapter davor geschaltet und schon ist mein Gerät betriebsbereit. Wären da nicht die Dämonen der Selbstüberschätzung …

Was kommt dir in den Sinn, wenn du nach dem Abisolieren des Adapter – Ausgangs- kabels dieses Ergebnis siehst? Ein besonders gut abgeschirmtes Kabel, weil man es mit einem Schaltnetzteil mit 90 W Leistung zu tun hat? Klingt irgendwie komisch. Eine Messung zeigt, dass die äußere Abschirmung mit PE (Schutzleiter der 230V~) verbunden ist. Weitere Messungen zeigen, dass die zweite Abschirmung um den blauen Leiter offenbar mit nichts verbunden ist. Wenn ich das Netzteil einschalte, habe ich zwischen dem blauen Leiter und der äußeren Abschirmung die gesuchte Spannung von 19,5 V. Diese kann ich angeblich mit 6,5 A belasten. Leider bricht sie schon bei der Belastung mit einem 100 Ω Widerstand auf etwa 1 V zusammen. Eine Messung zwischen den beiden Abschirmungen zeigt eine Spannung von nahezu 0 V. Wie ist dieses Ergebnis zu deuten?

Tatsächlich ist es so, dass moderne Notebook – Adapter nicht einfach nur eine Spannung bereitstellen. Aufgrund der Messergebnisse war ich fast schon versucht, meinen Adapter als defekt einzustufen. Ein zweite Adapter gleicher Bauart verhielt sich aber identisch. Also begann die Recherche.

Auch erinnerte ich mich daran, dass Notebooks mit verschiedenen Adaptern geliefert werden: 60 W oder 90 W Ausgangsleistung, zum Beispiel. Woher weiß der Labtop welche Leistung er zum Aufladen seiner Akkus und für den Betrieb seinem Adapter entnehmen kann? Insbesondere dann, wenn ein Adapter standardmäßig mitgeliefert wird, ein anderer Adapter aber als Option nachgekauft werden kann? Ziemlich schnell war mir klar, dass der schwächere, blau ummantelte Leiter nicht der Pluspol der Stromversorgung sein konnte. Er kam mir sofort viel zu mager vor für 6,5 A.

Über den blau ummantelten Innenleiter teilt das Netzgerät dem Laptop mit, welche maximale Leistung es liefert. Es lässt sich ganz einfach zur Stromabgabe bewegen, indem man in meinem Fall einen 24 kΩ-Widerstand zwischen den blauen Leiter, er wird auch ID – Leitung genannt und die innere Abschirmung legt. Das reicht aus.

Nun hoffe ich, dass ich dir Grübeleien ersparen konnte.

Bei der Recherche fiel mir noch aus, dass die Kollegen ganz unterschiedliche Widerstände ausprobiert haben und dabei an ihren Laptops feststellen konnten, was bei verschiedenen R-Werten passiert: Z.B. die Taktung sich ändert etc. Mir hat das präsentierte Ergebnis völlig gereicht.

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