Batterie und Stromversorgung
Für Praktika
In unseren Praktika.
- arbeiten wir mit einzelnen Bauelementen
- verändern die Schaltungen
- und führen Messungen an den Schaltungen durch.
Die Stromversorgung für unsere Praktika
- muss uns als Personen vor elektrischen Stromschlägen schützen,
- die Bauelemente vor Zerstörung und
- die Schaltungen vor Zerstörung durch unsere Fehler schützen.
- Oft verwenden wir Bauelemente, die nur mit Spannungen bis 5,5V werden betrieben dürfen.
Für Projekte
Die Schaltungen in unseren Projekten werden einmal gebaut und dann verwendet.
Diese elektronischen Geräte
- stellen nur Anforderungen an die Stromversorgung
- die den Betrieb des Gerätes betreffen.
- Das Gerät bzw. die Schaltung des Gerätes selbst muss gegen Fehlbedienung usw. geschützt sein.
- Die Anforderungen an die Stromversorgung sind gerätespezifisch.
- Die Anforderungen sind oft geringer als bei unseren Praktika.
Stromversorgung
- Keine Elektronik kommt ohne Stromversorgung aus.
Batterie
- Die billigste Lösung ist eine Batterie.
- Leider bieten Batterien nicht den Schutz, den wir für unsere Praktika brauchen.
- Um bei unseren Versuchen nicht versehentlich Bauteile zu beschädigen, sollte unsere Stromversorgung gegen Überstrom gesichert sein.
- Mit einer Batterie und einer elektronischen Sicherung können wir die meisten unserer Praktika durchführen.
- Leider ist die Spannung einer Batterie nicht sehr konstant.
- Leider ist eine Batterie irgendwann erschöpft und muss ersetzt werden.
-
Wir sollten die beliebte
9V-Batterie nicht verwenden,
- weil viele Bauelemente mit maximal 5,5V betrieben werden dürfen und
- fast alle Praktika mit 5V auskommen.
USB-Powerbank
- Eine USB-Powerbank eignet sich sehr gut.
- Leider bieten USB-Powerbanks nicht den Schutz Schutz, den wir für unsere Praktika brauchen.
- Um bei unseren Versuchen nicht versehentlich Bauteile zu beschädigen, sollte unsere Stromversorgung gegen Überstrom gesichert sein sein.
- Mit einer USB-Powerbank und einer elektronischen Sicherung können wir die meisten unserer Praktika durchführen.
- Wenn der Akku leer ist, kann er schnell wieder aufgeladen werden.
- Und der Preis ist unschlagbar.
- Wir können keine USB-Powerbank gebrauchen, die sich bei geringer Belastung automatisch abschaltet.
Labornetzgerät
- Ein elektronisches Labornetzgerät ist gut.
- Für Einsteiger zu empfiehlt sind das
- LN-1803C (15V / 2A) für 35€ oder
- QUATPOWER LN-1803C (18V / 3A) für 35€ (30€)
- Das LN-1803C ist ideal als erstes Gerät für Einsteiger und kann später als Zweitgerät verwendet werden.
- Das KD3005D ist rundum zu empfehlenswert und bietet mit 74€ ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
- Die Geräte sind unter Labornetzgeräte beschrieben.
- Leider sind die meisten, auch die oben genannten, nicht unbedingt für Versuchen mit empfindlichen Schaltungen, wie sie in unseren Praktika vorkommen, geeignet.
- Sie reagieren bei kleinen Strömen viel zu langsam.
- Wir schalten unsere Elektronische Sicherung hinter den Ausgang der Netzgeräte.
Geeignete Stromversorgungen
Für die ersten Versuche
benötigen wir eine 5V Quelle mit bis zu 100mA.
- Eine 4,5V Batterie oder
- eine USB-Powerbank
reichen aus.
4,5V oder 5V
Eine höhere Spannung als 5V (z.B. 6V aus vier 1,5V-Zellen) sollte nicht verwendet werden, da einige Bauelemente keine höhere Spannung als 5,5V vertragen.
- Ein 9V-Block ist nicht geeignet.
4,5V Flachbatterie
Eine 4,5V Flachbatterie ist gut für Versuche geeignet.
Sie hat zwei Kontakte, um die jeweils ein Draht gewickelt werden kann.
Sie sind in der Regel nicht überall erhältlich. Deshalb lohnt es sich, drei Mignon-Batterien (AAA) mit einem Halter zu verwenden.
Batterien mit Halter
Für die ersten Versuche ist es am besten, eine Batterie mit einem Halter zu verwenden.
rot Plus-Pol
schwarz Minus-Pol
Der Batteriehalter der Firma Reichelt hat sogar einen Ein-/Ausschalter.
- Siehe: Grundausstattung
- Die Batterie liefert eine Spannung von 4,5V, die für CMOS und viele moderne Bauelemente ausreicht.
- Sie liefert keine so hohen Energien, sodass es zu ernsthaften Schäden kommen könnte.
- Sie ist vom Netz getrennt, und daher elektrisch sicher.
- Die Batterie hat den Nachteil,
- dass die Spannung nicht stabilisiert ist, aber das stört moderne Schaltungen selten,
- dass sie keine Strombegrenzung hat, was im Fehlerfall zur Zerstörung von Bauteilen führen kann.
- Dies wird durch eine elektronische Sicherung ausgeglichen.
USB-Powerbank
Eine USB-Powerbank eignet sich sehr gut für unsere Versuche.
- Sie liefert eine stabile Spannung von 5V und
- ist frei von Störungen wie sie USB-Netzteile erzeugen.
- Eine USB-Powerbank hat folgende Nachteile:
- Sie hat keine oder eine zu grobe Strombegrenzung. Dadurch können im Fehlerfall Bauteile zerstört werden.
- Dies wird durch eine elektronische Sicherung ausgeglichen.
Eine kleine, preiswerte USB-Powerbank ist für uns völlig ausreichend.
Die USB-Powerbank wird mit einem USB-Kabel über einen Adapter an ein Steckboard angeschlossen.
USB-Adapter für das Steckboard sind im Internet erhältlich. Die Beschaffung und Vorbereitung ist unter Adapter USB-Powerbank beschrieben.
Bild 3 zeigt, wie der USB-Adapter auf einem Steckboard verwendet werden kann. Rechts unterhalb des Adapters ist eine PTC-Sicherung in die + (Plus) Leitung eingesteckt.
Netzteile
Unter Netzteilen oder Netzgeräten verseht man Geräte, die auf das allgemeine 230V-Netz zugreifen.
Über das 230V-Netz können Störungen und Fehler in unsere Schaltungen gelangen. Diese Einflüsse sind wesentlich schwieriger zu verhindern als bei Batterien.
Wir betrachten hier nur die Stromversorgung für unsere Praktika.
Arten von Netzteilen
Grundsätzlich gibt es verschiedene Arten von Netzteilen:
-
Steckernetzteile
sind für unsere Versuche und Praktika nicht geeignet.
-
Tischnetzteile
sind für unsere Versuche und Praktika nicht geeignet.
-
Einbaunetzteile
sind für Einsteiger nicht geeignet.
- Labornetzteile sind für unsere Versuche und Praktika sehr gut geeignet.
Vorsicht bei Steckernetzteilen
USB-Netzteile sind Steckernetzteile.
Nur Netzteile mit Schutzisolierung (Schutzklasse II) einsetzen.
- Diese Geräte sind mit diesem Symbol gekennzeichnet.
- Die Anschlüsse dieser Geräte sind berührungssicher.
- Steckernetzteile können dennoch Spannungen erzeugen, die empfindliche elektronische Bauelemente beschädigen oder zerstören können.
Wir experimentieren mit einzelnen elektronischen Bauelementen. Diese können schon durch relativ geringe Spannungen zerstört werden.
Wer es nicht glaubt:
MOSFETs vertragen meistens nur 20V am Gate.
Die Spannung eines USB-Netzteils gegen Erde kann schon mal über 100V Wechselspannung betragen.
50V bringen z.B. einen 2N7000 garantiert um.
- Steckernetzteile für Experimente vermeiden.
- Ideal ist eine USB-Powerbank.
Tischnetzteile
Bei Tischnetzteilen können die gleichen Probleme und Fehler auftreten wie bei Steckernetzteilen auftreten.
Es dürfen nur Netzteile mit Schutzisolierung (Schutzklasse II) verwendet werden.
- Diese Geräte sind mit dem oben abgebildeten Symbol gekennzeichnet.
- Die Anschlüsse dieser Geräte sind berührungssicher.
- Tischnetzteile mit zweipoligem Netzstecker (kein Schutzkontaktstecker) sind ebenso problematisch wie Steckernetzteile.
- Tischnetzteile mit einem Schukostecker ohne äußerem Schutzkontakt sind genauso problematisch wie Steckernetzteile.
Netzteile mit Schutzleiter (Schutzklasse I)
- Tischnetzteile mit Schukosteckern, bei denen der äußere Schutzkontakt mit dem Minus- oder Pluspol des Ausgangs verbunden ist, können zu ungewollten Kurzschlüssen in Schaltungen führen.
- Tischnetzteile für Experimente vermeiden.
Keine Einbaunetzteile
Einbaunetzteile sind etwas für Fachleute nicht für Einsteiger.
- Sie haben offene 230V-Anschlüsse und
- müssen in geeignete Gehäuse
- von Fachleuten eingebaut werden.
Labornetzgeräte
Für den Einsteiger ist ein Labornetzgerät mit 0-15V und 2A meistens völlig ausreichend.
Allerdings arbeiten wir meistens mit sehr empfindlichen Schaltungen, die durch sehr schnell ansprechende elektronische Sicherungen geschützt werden müssen.
- Labornetzgeräte, die für unsere Zwecke geeignet sind, sind sehr teuer, einige 100€.
- Erschwingliche Labornetzteile haben keine sehr schnell ansprechenden elektronischen Sicherungen für kleine Ströme.
- Billige Labornetzteile sollen wir meiden.
- Ein Kompromiss ist ein einfaches Labornetzteil (30€ oder 60€) mit einer externen elektronischen Sicherung.
- Oder ein gutes Labornetzteil (100€) und eine externe elektronische Sicherung.
- Einfache und gute Labornetzgeräte werden in Labornetzgerät vorgestellt.
- Die elektronische Sicherung bauen wir selbst.
Sicherungen
Eine Sicherung ist eine sinnvolle und notwendige Ergänzung zu einer Batterieversorgung. Auch andere einfache Stromversorgungen wie z.B. eine USB-Powerbank sollten durch eine Sicherung ergänzt werden. Für die meisten preiswerten Labornetzgeräte ist eine sehr schnelle elektronische Sicherung für kleine Ströme erforderlich.
PTC-Sicherung
Eine PTC-Sicherung, auch selbstrückstellende Sicherung genannt, ist sehr einfach und wirkungsvoll.
- Sie ist ein einfaches Bauelement mit zwei Anschlüssen, die beliebig vertauscht werden können.
- Sie schützt unsere ersten Schaltungen bei groben Fehlern.
- Sie ist sofort wieder einsatzbereit, wenn der Fehler behoben ist.
- Sie ist sehr laaaaangsam und schützt nur vor groben Fehlern.
- Selbst langsame Labornetzgeräte sind hundertmal schneller.
- Unserer elektronische Sicherung ist zehntausend Mal schneller.
- Wir verwenden die
- RXEF005: "LITT RXEF005" bei Reichelt für 0,31€
- Siehe: Grundausstattung
Die PTC-Sicherung wird einfach in die + (Plus) Leitung geschaltet.
Die PTC-Sicherung wird am besten auf einem Steckboard eingesetzt.
- Die beiden Drähte links kommen von der Stromversorgung, einer Batterie oder einer USB-Powerbank.
- Der rote Draht ist die + (Plus) Leitung.
- Der schwarze Draht ist die - (Minus) Leitung.
- Die PTC-Sicherung ist das gelbe Bauelement oben links.
- Sie verbindet die ankommende + (Plus) Leitung mit + (Plus) des Steckboards.
- Die PTC-Sicherung darf keine anderen Bauteil berühren.
- Die schwarze - (Minus) Leitung wird mit der des Steckboards verbunden.
- Ganz rechts befinden sich zwei Drahtbrücken, die die oberen Versorgungsleitungen des Steckboards mit den unteren verbinden.
- In der Mitte befindet sich eine LED mit einem Vorwiderstand.
- Dieser Aufbau sollte immer verwendet werden, wenn Versuche durchgeführt werden.
- Eine PTC-Sicherung kostet ca. 0,30€, das sind 8 LEDs oder 1 Chip.
Elektronische Sicherung
Eine elektronische Sicherung ist besser und zuverlässiger als eine PTC-Sicherung. Leider gibt es keine einfachen elektronischen Sicherungen zu kaufen. Wir können jedoch elektronische Sicherungen selbst bauen.
Für den praktischen Einstieg in die Elektronik ist es eine gute Idee, mit dem Bau einer einfachen elektronischen Sicherung auf einem Steckboard zu beginnen. Sie reicht für die ersten Praktika völlig aus.
Im Praktikum Einfache elektronische Sicherung lernen wir, wie eine elektronische Sicherung funktioniert.
In dem Projekt Elektronische Sicherungen wird eine Elektronische Sicherung als Modul aufgebaut. Dazu ist allerdings Erfahrung im Löten von Schaltungen erforderlich. Eventuell kann ein befreundeter Elektroniker helfen.