Oktober 17

Trigger-Verstärker

Mit diesem Trigger-Verstärker ist die in einem anderen Beitrag beschriebene Schnüffelsonde erst vollständig. Damit können die kontaktlos erfassten Streufelder zur detailierten Untersuchung von Schaltungen genutzt werden. Fast schon unverzichtbar sind H-Feld Sonde und Triggerverstärker wenn es um EMV-Probleme in Verbindung mit Schaltnetzteilen geht. Die von Spannungswandlern erzeugten Störungen stehen fast immer mit dem Ein- oder Ausschalten eines Leistungstransistors in Verbindung. Da sich hierbei der Strom sehr schnell ändert wird auch das Magnetfed entspr. schnell auf- oder abgebaut. Ohne geeignete Entstörmassnahmen reichen die Oberwellen bis in den UKW-Bereich und machen sich bei Rundfunk- und Fernsehempfängern deutlich bemerkbar.

Schaltplan
Schaltplan

Die Schaltung des Triggerverstärkers habe ich aus der Application Note 118 von Linear Technology übernommen und mit einer Stromversorgung ergänzt. Damit läuft der Verstärker wahlweise mit einem 5V-Netzteil oder dem eingebauten Lithium-Akku. Die Li-Ion Zelle an X5 wird vom LTC4065EDC mit 500mA geladen. D3 zeigt den laufenden Ladevorgang an. Bei 4,2V Zellenspannung wird die Ladung automatisch beendet.

 

Der nachgeschaltete LT1303CS8 liefert stabile 5V aus der langsam absinkenden Akkuspannung. Die Power-LED D6 wird vom integrierten Komparator (LBI/LBO) bei unterschreiten von 2,74V abgeschaltet. Der verwendete Akku ist mit einer Tiefentlade-Schutzschaltung ausgestattet, sodass sich weitere Schutzmassnahmen erübrigen. Aufgrund der Gehäusebreite wurde eine Rundzelle im 14600-Format mit 900mAh von Digi-Buddy eingesetzt.

Das Transistor-Array CA3096 ist obsolet und nur noch als Restposten erhältlich. Als Ersatz kann der HFA3096 von Intersil eingesetzt werden. Zur Not sind auch Einzeltransistoren verwendbar. Die Typen 2N3904 und 2N3906 werden hier vorgeschlagen.

Aus Gründen der leichteren Montage wurden auf der Leiterplatte gewinkelte SMA-Buchsen vorgesehen.

Für die Verbindungen zum Oszilloskop sind BNC-Buchsen eine gute Wahl. Diese gibt es vorkonfektioniert mit 50 Ohm Koaxialkabel und SMA-Stecker.

Die Sonde wird über eine SMA-Buchse in der Frontplatte angeschlossen.

Für alle anderen Verbindungen eignet sich einadrige Litze mit 0,15mm² Querschnitt.

Das Gehäuse ist von Fischer (Vertrieb: Reichelt Elektronik). Ursprünglich war ein anderes Gehäuse vorgesehen. Dieses war jedoch kurzfristig nicht mehr lieferbar. Soviel zur Erklärung warum die großen Elkos leicht schräg eingebaut werden müssen …

Die folgenden Oszilloskop-Fotos zeigen Schnüffelsonde und Triggerverstärker im Einsatz:

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Streufeld der Spannungswandler-Spule auf einer NVIDIA-Grafikkarte. Oben: Digital-Ausgang des Trigger-Verstärkers (vert: 1V/Div), unten der Analog-Ausgang (vert: 0,2V/Div), hor: 2µs/Div.

 

Streufeld and der Ringkernspule eines CPU-Spannungswandlers. Oben: Digital-Ausgang (vert: 2V/Div), unten: Analog-Ausgang (vert: 0,2V/Div), hor: 1µs/Div

Das fertig montierte Gerät:

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Triggerverstärker mit 30cm-Zuleitung und Schnüffelsonde

 

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Triggerverstärker mit H-Feld Stabsonde und langer Zuleitung

Ein Blick ins Innere:

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Inbetriebnahme, Die Drahtrolle wurde zum Akku-Halter umfunktioniert.

Zum Schluß noch die Daten für die Leiterplatte und die Bestückung:

Leiterplatte
Leiterplatte
Stückliste
Stückliste
Gerber-Files
Gerber-Files

 

Juli 13

Schnüffelsonde

Hin und wieder ist es ganz praktisch die mit elektrischen Strömen verbundenen Magnetfelder zu detektieren. Erhält man doch auf diesem Weg kontaktlos Einblick in die Vorgänge in einer Schaltung. Ein typisches Beispiel sind primär getaktete Schaltnetzteile. Der Ground-Anschluß des Oszilloskop-Tastkopfes ist mit dem Schutzleiter verbunden. Verbindet man die Klemme mit dem Netzteil löst der Fehlerstrom-Schutzschalter aus und man sitzt im Dunkeln. Als Ausweg käme noch ein Trenntrafo in betracht. Aber … wer hat den schon zur Hand wenn er gebraucht wird?

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Sucht man mit der Schnüffelsonde die Umgebung des Netzteil-Übertragers ab, erkennt man z.B. die Stellen an denen magnetische Streufelder austreten. Weiterhin verrät die Sonde in welchen Leiterbahnen hohe Ströme fließen. Das ist sehr praktisch, wenn man Kurzschlüsse finden möchte.

Gänzlich unverzichtbar sind Schnüffelsonden, wenn es um EMV geht. Die von Schaltnetzteilen verursachten Störungen stehen (fast) immer mit dem Ein- bzw. Ausschalten eines Leistungstransistors in Verbindung. Mit einer Schnüffelsonde als kontaktloser Triggersonde sind detailierte Untersuchungen der Vorgänge möglich.

Etwas handwerkliches Geschick und ein paar Reste Bastelmaterial genügen völlig um eine Schnüffelsonde anzufertigen. Mit 15cm Länge und ca. 5mm Durchmesser hat die fertig montierte Sonde die Größe eines Bleistiftes.

DSC_0075Die Stückliste für dieses Projekt ist relativ kurz:

  • 1 Stück Messingrohr 120mm lang, 5,4mm Außendurchmesser, 0,5mm Wandstärke
  • 1 Stück Messingrohr 25mm lang, 5,5mm Innendurchmesser
  • 1 SMA Buchse
  • 1 Widerstand 49,9 Ohm, 0,25W
  • 20cm WireWrap-Draht, AWG 28
  • Schrumpfschlauch um den Widerstand zu isolieren
  • SMD-Lötpaste

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An Stelle der SMA-Buchse kann auch ein BNC-Stecker verwendet werden. Die Durchmesser der Messingrohre müssen dann entspr. angepasst werden. BNC-Stecker sind meist vernickelt und daher schlechter lötbar als die vergoldeten SMA-Buchsen.

Die Messingrohre und die SMA-Buchse gibts für kleines Geld auf Ebay. Hier finden sich auch fertig konfektionierte Koaxial-Kabel, die die SMA-Buchse mit der BNC-Buchse des Oszilloskops verbinden.

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Die Montage ist in wenigen Schritten erledigt.

Die Messingrohre werden passend abgelängt und entgratet. Beide Rohre müssen sich leicht ineinander schieben lassen und sollen etwas Spiel haben, sodaß sie sich später verlöten lassen.

Das dünne Messingrohr erhält an einer Seite zwei gegenüberliegende Schlitze, wie auf dem Foto ersichtlich. Breite ca. 1,5mm, Tiefe ca. 6mm Hier wird später sie Sensor-Spule untergebracht.

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Nun können die beiden Rohrstücke verlötet werden. Hierzu etwas Lötpaste in das größere Rohr streichen und das dünnere Rohr bis zur Hälfte in das dickere Rohr schieben. Anschließend mit einem Lötkolben mit breiter Spitze erwärmen.

Nun wird das „Innenleben“ montiert.

Die Anschlüsse des Widerstandes auf ca. 5mm Länge kürzen. Anschließend den Innenkontakt der SMA-Buchse an den Widerstand löten. Der zweite Pin des Widerstandes wird mit dem WireWrap-Draht verlötet und mit einm Stück Schrumpfschlauch isoliert, sodaß Kurzschlüsse mit dem Messingrohr ausgeschlossen sind.

Am offenen Ende des Drahtes wird nun eine Spule gewickelt. Als Wickelkern eignet sich ein Schaschlikstab, ein Zahnstocher oder ähnliches. Die 10 Windungen sollen ohne Luftspalten gewickelt und so positioniert werden, daß sie zwischen den Schlitzen im Messingrohr liegen.

Nun soll die SMA-Buchse eingelötet werden. Hierzu den Mittelkontakt einfädeln, das Rohrstück mit SMD-Lötpaste bestreichen und die Buchse in das Rohr schieben. Der Lötkolben sorgt auch hier wieder für die nötige Lötwärme.

Das Projekt nähert sich dem Ende!

Das offene Drahtende ablängen und abisolieren. Anschließend noch mit der Spitze der Sonde verlöten.

Mittels Widerstandsmessung kann die korrekte Verdrahtung überprüft werden. Der 49,9 Ohm Widerstand und die unvermeidlichen Übergangswiderstände sollten einen Erwatungswert von ca. 51 Ohm liefern.

Die erreichbaren Flussmittelreste können mit geeigneten Reinigern entfert werden.

Zum Schutz von Mensch und Gerät soll die Sonde mit Schrumpfschlauch überzogen werden.

Nun steht dem ersten Einsatz nichts mehr im Weg.