Elektor Lab Notes 12: Ein digitales Ampere/Voltmeter, ein Quarztester und mehr!

Willkommen zurück zu den Elektor Lab Notes! Alle paar Wochen posten unsere Ingenieure und fleißigen Redakteure Updates über neue DIY-Elektronikprojekte, Branchennews und hilfreiche Technik-Tipps. Dieses Mal präsentieren wir Updates über zum ESP32-Energiemessgerät-Projekt, zum AmpVolt-Projekt, Details zum Testen von Quarzen, eine WiFi-Fernbedienung für Audioverstärker und mehr. Bitte teilen Sie uns Ihre Gedanken im Diskussionsbereich am Ende dieser Seite mit. Sie können Ihre eigenen Labornotizen posten und uns wissen lassen, woran Sie an Ihrer Elektronikwerkbank arbeiten!

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Saad Imtiaz (Senior Ingenieur, Elektor)

• ESP32 Energiemessgerät-Projekt: Die Platinen sind eingetroffen, und ich bin gerade dabei, sie zu testen. Bleiben Sie dran, um zu erfahren, wie sich die Platinen unter realen Bedingungen verhalten.

• AmpVolt-Projekt: In Zusammenarbeit mit meinem Kollegen Jens Nickel habe ich ein modulares Strom- und Spannungsmessmodul entwickelt. Es wurde im Hinblick auf Flexibilität konzipiert und enthält einen ADS1015-ADC, einen INA169 für die Strommessung und einen Spannungsteiler für die Messung von bis zu 50 V. Das PCB-Design ist abgeschlossen, und erste Tests stehen kurz bevor.

 

•  Benchmarking von Mikrocontroller-Boards: Angeregt durch die Grenzen meines Funktionsgenerators habe ich mir überlegt, ein Benchmarking zu starten, um mit Mikrocontroller-Boards die schnellstmöglichen Rechteckwellen zu erzeugen. Die Ergebnisse waren überraschend und werden in den nächsten Ausgaben des Elektor-Magazins ausführlich vorgestellt.

 

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Jean-François Simon (Ingenieur, Elektor)

• Quarztester: Neulich habe ich einen PIC-Bausatz zusammengebaut, um ein kleines fünfstelliges Frequenzmessgerät herzustellen. Es handelt sich um Klone der Originalschaltung von Wolfgang "Wolf" Büscher's (DL4YHF) original circuit. Nach dem Einlöten wird das Gerät eingeschaltet: alle Anzeigesegmente schalten sich kurz ein, dann zeigt das Display "0" und der Stromverbrauch bleibt unter 5mA. Soweit alles in Ordnung.  

Dann fiel mir auf, dass ich den Quarz nicht gerade eingelötet hatte, sondern ein bisschen schief. Das hat zwar keine funktionalen Auswirkungen, aber es stört mich schon sehr. Also lötete ich ihn noch einmal und setzte ihn gerade ein. Nächster Test der Leiterplatte: nichts passiert! Kein Stromverbrauch, keine Anzeige am Display. Lange Rede, kurzer Sinn: der Quarz schwingt nicht. Fazit: Allein die Tatsache, dass ich ihn neu verlötet und damit etwas länger als nötig erhitzt habe, hat ausgereicht, um ihn zu zerstören. Das ist mir jetzt zum ersten Mal passiert...

Ich hatte zwei Tester bestellt, mit dem Quarz aus dem zweiten Set funktionierte die Schaltung wieder normal. Lektion gelernt: Quarze sind nicht nur stoßempfindlich, sondern auch temperaturempfindlich! Oder bin ich das Opfer eines Herstellungsfehlers geworden?
 

• Weiterführende Tests: Nach diesem Ereignis hatte ich Lust, weiter zu experimentieren. Also habe ich den Colpitts-Oszillator mit Buffer aus dem Buch "Experimental Methods in RF Design" gebaut, der in in diesem video. vorgestellt wird. Auch hier schwingt der betreffende Quarz nicht. Ich habe ein paar andere Quarze in meiner Sammlung überprüft (4, 8, 12, 16, 20 MHz), und sie alle schwingen. Mit zunehmender Frequenz nimmt jedoch die Ausgangsamplitude ab. Ich denke, das ist normal und liegt an der Konstruktion dieser speziellen Oszillatorschaltung.

  Als Randnotiz: Ich habe festgestellt, dass der mit dem zweiten Bausatz gelieferte Quarz die niedrigste Amplitude (260 mVpk-pk) aller von mir getesteten Quarze liefert. Bei den anderen, die ich hatte, lag die Amplitude bei etwa 600 mVpk-pk. Möglicherweise ist dies die Folge einer überdurchschnittlich billigen Herstellung?
 

• Und es geht noch weiter: Mit einem einfachen VNA (hier der NanoVNA H4) kann man die beiden Resonanzfrequenzen des Quarzes sehen: zuerst die Serienresonanzfrequenz, dann die Parallelresonanzfrequenz. Hier wurde von 19,9 MHz bis 20,1 MHz gesweept, und es wird s21 angezeigt. Interessanterweise zeigt der defekte Quarz (der nicht mehr schwingt) immer noch einen Frequenzgang, der dem des funktionierenden Quarzes sehr ähnlich ist. Es ist zwar sehr interessant, verschiedene Schaltungen zu untersuchen, aber der NanoVNA allein reicht anscheinend nicht aus, um festzustellen, ob ein Quarz richtig funktioniert oder nicht.

 

• Calibration Standards: Kalibrierungsstandards: Auf der Suche nach einer Dokumentation zur richtigen Verwendung meines NanoVNA stieß ich auf diesen blogbeitrag von vor ein paar Jahren (aber manche Inhalte werden nie alt). Darin baut Andrey eine Reihe von offenen, Kurzschluss- und Laststandards für seinen VNA unter Verwendung von BNC-Steckern. Diese sind natürlich in der Frequenz im Vergleich zu ihren SMA-Gegenstücken eingeschränkt, aber sie sind schneller und einfacher zu verbinden. Gut gemacht!

 

• Wrinkles on PCBs:Haben Sie so etwas schon einmal auf alten Leiterplatten gesehen?

  Das habe ich, und ich habe mich gefragt, was hier nicht stimmt. Lösen sich die Kupferbahnen vom Epoxid ab? Liegt das an der Alterung? Nun, eigentlich gibt es keinen Grund zur Sorge. Diese Falten sind auf den Herstellungsprozess zurückzuführen. Die betroffenen Leiterplatten stammen aus den 1980er Jahren. Zu dieser Zeit war das SMOTC-Verfahren (Solder Mask Over Tinned Copper) weit verbreitet. Durch die Verzinnung der Leiterbahnen entstanden diese unregelmäßigen Oberflächen, und die Lötstoppmaske, die darüber aufgetragen wurde, nahm dieses Aussehen an. Die heute hergestellten Leiterplatten werden mit dem SMOBC-Verfahren (Solder Mask Over Bare Copper) hergestellt und sind daher glatter. Bis zum nächsten Mal in den Lab Notes!

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Jens Nickel (Chefredakteur Elektor)

WiFi-Fernbedienung für Audio-Verstärker: Ich hatte ja bereits über mein neuestes Hobbyprojekt berichtet: eine Fernsteuerung für handelsübliche, aber leicht modifizierte Mini-Class-D-Audioverstärker. Kombiniert wird das Ganze mit einer Batteriestromversorgung und einem drahtlosen Empfänger für Audio. Allmählich nimmt das Setup für Version 1 (mit Schwerpunkt auf der Fernsteuerung der Lautstärke) Gestalt an.
 

Ich arbeite an diesem Projekt zusammen mit einem Freund, der Ingenieur ist. Wir haben uns für motorisierte Potentiometer von Alps und fertige I²C "Mini Motor Controller" Boards aus dem Grove System von Seeed Studio entschieden. Zusätzlich verfolgen wir die Position des Potentiometers mit einem I²C-ADC, genauer gesagt mit dem 12-Bit-ADC ADS1015, um ein Feedback für unsere Lautstärkeregelung zu erhalten. Es gibt zwar zahlreiche ADS1015-Breakout-Boards, die für Steckbretter geeignet sind, aber es gibt nicht viele günstige Erweiterungsboards mit benutzerfreundlichen Anschlüssen. Daher planen wir, eine eigene ADS1015-Platine mit Grove-Anschlüssen zu entwickeln.

Obwohl es viele Steckverbindersysteme für das Rapid Prototyping mit Modulen gibt, mag ich das Grove-System besonders gern. Es ist für I²C, UART sowie analoge und digitale Signale spezifiziert, und es gibt kompakte Mikrocontrollerboards, die mit Grove-Anschlüssen ausgestattet sind. Ein gutes Beispiel ist hier zu finden. Diese Erweiterungsplatine kann z. B. sowohl mit einem SAMD21 als auch mit einem ESP32-Controller verwendet werden.

Anfangs war mein Kompagnon nicht begeistert davon, dass die Grove-Steckverbinder proprietär sind und einen Pitch von zwei Millimetern haben. Diese passen leider nicht zu Standard-Lochrasterplatinen (2-mm-Versionen sind schwierig zu finden und ziemlich teuer). Andererseits sind wir beide von Open Source begeistert; und so lag es nahe, in das Platinendesign mit KiCad einzusteigen. Mehr darüber in den nächsten Lab Notes!

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C. J. Abate (Direktor für Content und Engineering)

In der Januar/Februar-Ausgabe von ElektorMag liegt der Fokus auf Themen rund um Strom und Energie. Parallel zum Magazin haben wir eine eigene Webseite zum Thema Strom & Energie eingerichtet. Schauen Sie mal rein! Die Redakteure Jens Nickel und Thomas Scherer betreuen die Seite, die Sie mit einem Lesezeichen versehen und regelmäßig besuchen können, um Neuigkeiten, Projekte und Artikel zu einer Vielzahl von Strom- und Energiethemen zu finden: Solar- und Windenergie, Stromversorgungen und Wechselrichtern, Leistungsmessung sowie Komponenten und Schaltungen. Die Seiten werden auf Englisch und Deutsch erscheinen, hier erst einmal eine Vorschau auf die englische Seite:
   

Noch eine kurze Erinnerung: Im Jahr 2024 wird sich unser Content-Team bei der Erstellung von Inhalten darauf konzentrieren, die Community-Mitglieder über bestimmte Themenbereiche im Zusammenhang mit Elektronik zu informieren (sogenannte "Verticals"). Zu den wichtigsten Verticals gehören: Energy & Power, Embedded & AI, Testen & Messen, IoT & Sensoren; Schaltungen, Drahtlose Kommunikation, Prototyping & Produktion, Arduino, Espressif und Raspberry Pi. Wir freuen uns über Ihre aktive Teilnahme und Mitarbeit. Bitte reichen Sie Ihre Artikelvorschläge ein, stellen Sie Ihre Projekte auf der Labs-Pl und teilen Sie Ihre Produktideen mit uns. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Ihnen!
 

Übersetzung: Holger Neumann