Elektronische Last und Stromsenke auf Steckplatine

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Einleitung

Inhalt
Elektronische Last Versuchsaufbau
Rheostat von Coudoint [1]

Wer kennt nicht die Problematik, dass ein elektronisches Gerät, eine Stromversorgung, ein Netzteil mit einem bestimmten Strom belastetet werden soll. Der erste Gedanke ist, Hochlastwiderstände zu benutzen. Doch die sind teuer und nicht jeder Wert ist immer vorhanden. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Rheostat, das ist ein stufenlos einstellbarer Widerstand. Dieser wurde von Charles Wheatstone 1840 erfunden und das Prinzip ist bis heute dasselbe. Wir kennen diese großen Widerstände noch aus dem Physikunterricht. Diese Rheostaten gibt es immer noch, z.B. von der Firma Coudoint [12].

So einen variablen Widerstand kann man auch elektronisch realisieren, als einen elektronisch einstellbaren Widerstand. Die folgende Anwendung beschreibt eine elektronische Last, die weitgehend auf Steckplatinen unter Verwendung von CEK-Prototypen-Modulen [13] aufgebaut wurde. Bis auf eine Ausnahme kommt man dabei völlig ohne Löten und mechanische Bearbeitung aus. Der Aufbau auf Steckplatinen geht in kurzer Zeit und alle Teile auf den Steckplatinen können später wieder demontiert und weiterverwendet werden. Der Aufbau kann für Experimente im Unterricht bzw. zur Ausbildung eingesetzt werden. Aber auch praktische Messungen sind möglich.

Im Bild rechts oben:

  • links Differenzverstärker auf Steckplatine (nicht unbedingt erforderlich, nur für Oszilloskop )
  • Mitte elektronische Last / Stromsenke auf Steckplatine darüber Kühlkörper mit Lüfter
  • rechts Netzteil 13,8 V / 7A / 9A als Prüfling
  • Messgerät Multimeter von links, Strommessung, Temperaturmessung am Kühlkörper des Netzteils (Prüfling), rechts Spannung am Prüfling




Ziele elektronische Last / Stromsenke

Inhalt
  • Die Schaltung soll einen praktischen Nutzen haben, es sollen also reale Messungen möglich sein.
  • Die Schaltung soll einfach nachzuvollziehen und lehrreich sein, z.B. für Schüler.
  • Mit der Schaltung können verschiedene Experimente ohne grossen Aufwand durchgeführt werden (andere Schaltungsvarianten, Messungen an Leistungstransistoren, Aufnahme von Kennlinien, thermische Messungen an Kühlkörpern, Wärmewiderstand usw.)
  • Es sollte getestet werden, ob es möglich ist, auch Anwendungen mit hohen Strömen auf Steckplatinen zu realisieren.
  • Alle Bauelemente und Module, die auf den Steckplatinen aufgebaut sind, sollen wiederverwendbar sein.
  • Es soll nicht (oder nur möglichst wenig) gelötet werden.
  • Die Aufbauzeit soll kurz sein.
  • Änderungen und Experimente sollen leicht möglich sein.
  • Änderungen sollen leicht und schnell möglich sein.
  • Der Aufbau soll zu eigenen Versuchen und Experimenten animieren.

Funktionen der elektronischen Last / Stromsenke

Inhalt
  • Strom: von 0-10 A einstellbar
  • Spannung des Prüflings: 2 - 30 V
  • maximale Verlustleistung (Transistor / Konvektion / Zwangskühlung):
    • 2N3055 / 40W / 70W
    • 2N3773 / 50W / 90W
  • gepulste Ströme: möglich


Realisierung auf Steckplatinen

Inhalt

Übersicht Versuchsaufbau

Inhalt
Steckplatine BB-01

Das folgende Bild zeigt, wie die Last / Stromsenke auf den Steckplatinen aufgebaut wurde. Es werden lediglich 2 Steckplatinen der Standard - Line BB-01 benötigt und diese auch nur teilweise. Die obere Busleiste der oberen Steckplatine und die untere Busleiste der unteren Steckplatine werden entfernt. Die eingesetzten CEK-Module-Frontmodule CEK-Module-Frontmodule können dann am Rand platziert werden. Dies ermöglicht den späteren Einbau in ein Gehäuse. Wie die Busleisten entfernt werden wird in der Anwendung Busleisten entfernen beschrieben. Die Busleisten können bei einer späteren Benutzung wieder angesteckt werden.

nur Steckplatinen der elektronischen Last / Stromsenke schräg von oben, mit Bezeichnung der Positionen

Die Schaltung kann mit weiteren Steckplatinen nach links und rechts und oben und unten erweitert werden. Es können natürlich auch die Steckplatinen der anderen Serien bzw. die fertig konfektionierten Zusammenstellungen von Steckplatinen verwendet werden. Auf der folgenden Seite finden Sie eine Übersicht über die verschiedenen Typen von Steckplatinen Steckplatinen.

Die folgenden Positionen beziehen sich auf das obige Bild:

Pos.1) Steckplatine BB-01 ohne untere Busleiste

Pos.2) Steckplatine BB-01 ohne obere Busleiste

Pos.3) Lineare Stromversorgung PS-L01 [14] zur Einstellung der elektronischen Last / Stromsenke

Pos.4) Spannungsversorgung der Schaltung und des Lüfters über CEK-Modul Poweranschluss CN-PO1[15]

Pos.5) Stromzufuhr Prüfling über 4mm Laborkabel

Pos.6) Verdrahtung für hohe Ströme mit parallelen Drahtbrücken

Pos.7) Stromzufuhr über Hohlstecker mit Poweranschluss CN-PO1 [16]

Pos.8) Anschluss für Strommessung mit CEK-Modul 2mm Messbuchsen / Laborbuchsen [17]

Pos.9) Anschluss eines Funktionsgenerators für gepulste Ströme

Pos.10) Anschluss des Leistungstransistors

Pos.11) Kühlung des Leistungstransistors

Die Positionen werden nun im Einzelnen beschrieben

Steckplatine BB-01 ohne untere Busleiste Pos.1) und Pos.2)

Inhalt

Von den Steckplatinen BB-01 werden einmal die obere und einmal die untere Busleiste entfernt. Die benötigten CEK-Prototypenmodule können dann bündig am Rand der Steckplatinen platziert werden. Zum entfernen der Busleiste wird die Steckplatine mit der Kontaktseite auf den Tisch gelegt, das Doppelklebeband auf der Rückseite der Steckplatine liegt dann oben. Mit einem scharfen Messer oder Universalmesser wird das Doppelklebeband längs der Verbindung zwischen Busleiste und Steckplatine durchtrennt. Die Busleiste kann dann entfernt werden.


Einstellung des Stroms der elektronischen Last / Stromsenke Pos.3)

Inhalt
Spannungsquelle PS-L01 mit Trimmpoti [2]

Zur Einstellung des Stroms der elektronischen Last / Stromsenke wird das CEK-Modul lineare Stromversorgung PS-L01 [18] als Spannungsquelle eingesetzt. Der Strom wird mit dem 25-gängigen Präzisionspoti auf der PS-L01 eingestellt. Alternativ kann man auch ein Labornetzteil verwenden.

Spannungsversorgung der Schaltung und des Lüfters Pos.4)

Inhalt
Spannungs- versorgung der Schaltung über Poweranschluss [3]

Die Versorgung der Schaltung geschieht über ein unstabilisiertes Steckernetzteil mit 12V, z.B. Steckernetzteil. Aber auch andere Kleinnetzteile oder Universalnetzteile sind zur Spannungsversorgung geeignet. Die lineare Stromversorgung PS-L01 erzeugt daraus die einstellbare Spannung für die Ansteurung den Transistors. Das Steckernetzteil wird über einen CEK-Modul Poweranschluss CN-PO1 [19] an die Steckplatine angeschlossen. Der Anschluss des Lüfters für die Kühlung des Leistungstransistors wird einfach richtig gepolt auf die hintere Stiftleiste des Poweranschluss gesteckt.

Anschluss des Prüflings über 4mm Laborkabel und CEK-Modul CN-4MM Pos.5)

Inhalt
4mm Laborbuchsen mit eingesteckten Bananensteckern [4]

Im Bild ist der Anschluss des Prüflings zu sehen über CEK-Modul 4-mm-Laborbuchse CN-4MM [20] zu sehen. In die beiden 4mm Laborbuchsen werden die 4mm Laborkabel mit ihren Bananensteckern

eingesteckt. Die Buchsen bzw. das Modul erlauben einen maximalen Strom von 10 A DC pro Buchse.

Verdrahtung für hohe Ströme Pos.6)

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Verdrahtung für hohe Ströme mit Drahtbrücken [5]

Von diesem Modul wird der hohe Strom über parallele Drähte (Pos. 1) bzw. parallele Widerstände Lastwiderstände 5W (Pos 2) abgeführt. Dies dient zur Verteilung des Stroms, da jeder Kontakt des CEK-Moduls, als auch jede Reihe Kontakte der Steckplatine einen Strom von 3A vertragen. Als Draht werden die vorkonfektionierten Drahtbrücken

verwendet. Wichtig ist außerdem, dass die Widerstände ihre langen Anschlüsse behalten, den sie werden bei einem Strom von 3A je Widerstand sehr heiß. Immerhin wird jeder Widerstand mit 3 Watt belastet. Wenn die Anschlüsse zu kurz sind, wird der Kunststoff der Steckplatine zu heiß und verformt sich!

Anschluss des Prüflings über Hohlstecker Pos.7a)

Inhalt
Anschluss des Prüflings über CEK-Modul CN-PO1 [6]

Kleine Netzteile, Steckernetzteile und Netzadapter haben oft Hohlstecker zum Anschluss der zu versorgenden Geräte. Auch diese können getestet werden. Zur Verbindung mit der Schaltung dient das CEK-Modul Poweranschluss CN-PO1 [21] welches auf der Steckplatine parallel zu dem CEK-Modul 4mm Laborbuchsen CN-4MM [22] geschaltet ist.

Anschluss des Prüflings über 2mm Laborkabel und 2mm Messbuchsen / Laborbuchsen Pos.7b)

Inhalt
Anschluss über 2mm Buchsen CN-2MM [7]

Netzteile bzw. Stromversorgungen mit 2mm System können über 2mm Mess- / Laborkabel angeschlossen werden. Dazu wird an Stelle des CEK-Modul Poweranschluss das CEK-Modul 2mm Messbuchsen / Laborbuchsen [23] in die Steckplatine gesteckt. Die 2mm Buchsen können je bis 6A belastet werden. Die verwendeten Testkabel werden einfach umgesteckt (für 6A je 2 Testkabel pro Pol verwenden!). Das geht in Sekunden.

Anschluss des Prüflings über Anschlussklemme 10 fach Pos.7c)

Inhalt
Stromzufuhr über Anschlussklemme 10 fach [8]

Wenn andere Anschlüsse erforderlich sind, z.B. über Litzen oder Kabel könne auch andere CEK-Module verwendet werden. Hierzu bieten sich insbesondere die schraubbaren [24] oder steckbaren Anschlussklemmen [25] an.

Strommessung Pos.8)

Inhalt
Poti R6

Die Strommessung erfolgt durch Spannungsmessung an den 3 parallel geschalteten Lastwiderständen R3, R4, R4 ( siehe Schaltung ). Diese haben zusammen einen Widerstand von 0,11 Ohm +- 10%. Der Präzisionstrimmer R6 dient zum Abgleich der Strommessung. Die elektronische Last / Stromsenke wird über ein Amperemeter in Serie zum zu testenden Netzteil / Stromversorgung betrieben und auf einen Strom eingestellt. Ein Multimeter mit einem Bereich von 0-200mV bzw. 0-2V je nach Strom wird an die 2mm Messbuchsen / Laborbuchsen [26] angeschlossen und mit dem Trimmer auf den richtigen Wert abgeglichen (1V entspricht 10A).

Anschluss eines Funktionsgenerator für gepulste Ströme Pos.9)

Inhalt
BNC-Buchse [9] zum Anschluss eines Funktions- generators

Über das CEK-Modul BNC Buchse CN-BNC-01 [27] auf der Vorderseite des Versuchsaufbaus kann über ein BNC-Kabel ein Funktionsgenerator angeschlossen werden. Dieser soll eine Rechteckspannung mit einer maximalen Frequenz von 5 Hz und einer Amplitude > 1V liefern. Damit ist es möglich, das zu prüfende Netzteil / Stromversorgung mit einem gepulsten Strom zu belasten. Der untere Strom kann über das Potentiometer R7 eingestellt werden, so dass der Strom zwei Werte annehmen kann.

Anschluss des Leistungstransistor Pos.10)

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Anschluss des Leistungs- transistor [10]

Über den Transistor 2N3055 oder 2N3773 fließen erhebliche Ströme. Sie vertragen einen kontinuierlichen Kollektorstrom von maximal. 15A. In der Praxis, sollte der Strom jedoch nicht höher als 10A gewählt werden. Kurzzeitige höhere Ströme sollen den Aufbau jedoch nicht zerstören. Der Leistungstransistor 2N3773 wird mittels flexibler Litze von 2 - 4 mm² an die Steckplatine angeschlossen. Dies geschieht über das CEK-Modul Anschlussklemme 5,08 mm 3fach mit abziehbarer Anschlußleiste [28] . Die abziehbare Anschlussleiste hat den Vorteil, das man Transistor mit Kühlkörper auch für andere Experimente einsetzen kann, ohne dass man lange schrauben muss.

Jeweils ein Kontakt der Klemmleiste ist auf 2 oder 3 Kontakte der Stiftleiste geführt, so dass ein Strom von 6A erlaubt ist. In der Praxis war aber auch ein Strom von 10A kein Problem. Will man ganz sicher gehen, verwendet man das CEK-Modul Anschlussklemme 6 Kontakte mit abziehbarer Anschlussleiste CEK Modul Anschlussklemme steckbar 6-fach CN-A02-61K [29] . Jeweils 2 Kontakte der Anschlussklemme werden parallel geschaltet. Dann ist ein Strom von 12 A verteilt auf 4 Pins der Stiftleiste möglich. Die gesamte Verdrahtung auf der Steckplatine muss dann natürlich auch 4 spurig ausgeführt sein.

Kühlung des Leistungstransistors Pos.11)

Inhalt
Kühlkörper mit Lüfter

Zur Kühlung des Leistungstransistors wird ein Kühlkörper mit PC-Lüfter eingesetzt

Verdrahtung Pos.12)

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Verdrahtung mit Drahtbrücken

Die Verdrahtung der Schaltung erfolgt mit Drahtbrücken und Testkabeln. Dort wo Schaltungsteile erhalten bleiben sollen, werden Drahtbrücken eingesetzt, dort wo schnell geändert werden soll, werden Testkabel verwendet.

Kühlung des Leistungstransistor

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Maße Kühlkörper
Wärmewiderstand Kühlkörper

Fast die gesamte Leistung des Prüflings fällt an der Kollektor - Emitter - Strecke des Leistungstransistors 2N3773 und den Widerständen R3, R4, R5 an. Bei hohen Strömen kommt noch die Verlustleistung der Basis - Emitter - Strecke hinzu. Die Verlustleistung des Transistors muss über entsprechende Kühlung an die Umgebung abgeführt werden. Hierzu ist ein Kühlkörper erforderlich.

Der eingesetzte Kühlkörper hat folgende Maße: Breite 97mm * Höhe 25mm* Länge 150mm

Er hat einen Temperaturwiderstand (H = Heatsink, A = Ambient)wie im Bild rechts gezeigt.

In der Praxis wird ein Wert von R_th_H = 1,7 K/W bei freier Konvektion und 0,7 K/W bei zusätzlicher Kühlung mit einem PC - Lüfter erreicht.

Bei Kühlung mit freier Konvektion bzw. forcierter Kühlung mit Lüfter, einer Umgebungstemperatur T_A = 22 C, und Verwendung von Wärmeleitpaste werden folgende Verlustleistungen erreicht:


Transistor Verlustleistung
bei Konvektion
/ W
Verlustleistung
bei Zwangskühlung
/ W
2N3055 40 70
2N3773 50 90



12V PC Lüfter mit Poweranschluss [11]
Bild Zwangskühlung mit 12V PC Lüfter

Die Zwangskühlung erfolgt mit einem 12V PC Lüfter, der an die 12V Eingangsspannung angeschlossen wird. Wenn der Lüfter einen zweipoligen Steckverbinder hat, kann er direkt auf die Stiftleisten des Powermodul [30] aufgesteckt werden

Arbeitsweise der elektronischen Last / Stromsenke

Inhalt
Basis der Schaltung der elektronischen Last / Stromsenke

Das Bild zeigt die prinzipielle Schaltung der elektronischen Last. prinzipiell deshalb um eine Übersicht über die Funktionsweise der Schaltung zu bekommen.

Zentrales Element ist der Leistungstransistor T1 ein 2N3773 mit den folgenden maximalen Eckdaten (für weitere Info siehe Datenblatt)


Beschreibung Symbol Wert Einheit
Collector Emitter Spannung V_CE0 140 VDC
Collector Strom kontinuierlich I_C 16 ADC
Verlustleistung bei T_C=25 C P_D 150 W


Solange wir mit der Verlustleistung unter 150 Watt bleiben, kann nichts passieren, genügend Kühlung für den Transistor vorausgesetzt. Second Break Down Limit, also der Durchbruch der 2. Art, ist bei diesem Transistor ab 100V zu beachten. Wir arbeiten aber mit wesentlich kleineren Spannungen und daher ist das im Moment kein Thema. Der Transistor wird in Emitterschaltung eingesetzt. Er wird über eine einstellbare Spannungsquelle gesteuert.

Wann beginnt der Transistor zu leiten?

Für die Spannungen im Basiskreis gilt:

U_E:   Spannung der einstellbaren Spannungsquelle I1
U_R1a: Spannungsabfall über dem Widerstand R1a
U_D:   Spannungsabfall über den Dioden
U_BE:  Basis-Emitter Spannung des Transistors.

(1)

U_E - U_R1a - 3 * U_D - U_BE = 0

aufgelöst nach U_E gilt

(2)

U_E = U_R1a + 3 * U_D + U_BE mit U_D = U_BE = 0,6V
U_E = U_R1a + 4*U_D = U_R1a + 4*0,6V

(3)

U_R1a = I_B * R1a    

(4)

(3) in (2) eingesetzt:

(4)

U_E = I_B * R1a + 4*U_D = 0,009 + 4*0,6V

wenn der Transistor zu leiten beginnt , I_B = 0,001A

U_R1a = 0,001* 9 Ohm = 0,009 V kann also vernachlässigt werden.
U_E = ca. 2,4 V 

Der Transistor leitet also ab ca. U_E = 2,4 V.

Da als steuerbare Spannungsquelle die lineare Stromversorgung PS-L01 [31] verwendet wird, und diese als minimale Spannung 1,25 V liefert, der Transistor aber bei minimal eingestellter Spannung gesperrt sein soll, werden die 3 Dioden in den Basiskreis eingebaut. Die der Widerstand R1a dient zu Strombegrenzung für den Basisstrom auf unter 1A. Zum einen ist das der maximale Strom der Dioden, aber es soll auch der maximale Collectorstrom begrenzt werden. Bei einer maximalen Eingangsspannung von U_E=10V ergibt sich ein maximaler Basisstrom von 0,85A welcher immerhin zu einem Strom Collectorstrom I_C von 10A führt. Die Spannung U_E wird mit dem Präzisionspotentiometer der Stromversorgung PS-L01 eingestellt. In Reihe dazu befindet sich ein zweites Potentiometer zu Feineinstellung. Eine höhere Spannung von U_E bewirkt einen höheren Basisstrom und durch die Stromverstärkung des Transitors zu einem erhöhten Collectorstrom.

Stromverstärkung
Collektorstrom als Funktion des Basisstroms

Die folgende Tabelle zeigt den Zusammenhang:

bei U_CE = 10 V

I_B: Basisstrom I_C: Collectorstrom h_FE: Stromverstärkung

Tabelle Collectorstrom und Stromverstärkung in Abhängigkeit vom Basisstrom

I_B / mA I_C / A h_FE
1,2 0,11 89
2,90 0,32 110
4,60 0,54 117
8,80 1,04 118
19,80 2,00 101
36,70 3,00 82
60,00 4,00 67
95,00 5,00 53
153,50 6,03 39
230,00 7,03 31
350,00 8,01 23
510,00 9,00 18
680,00 10,00 15
920,00 11,05 12
1360,00 12,00 9


Diese Kennlinien können sehr leicht mit der Schaltung aufgenommen werden.

Die Verläufe sind für den 2N3055 ähnlich. Aus der Grafik und der Tabelle kann man erkennen, das die Stromverstärkung bei hohen Strömen stark abnimmt. Es ist daher ein recht großer Basisstrom erforderlich. Je nach Transistorexemplar werden ca. 700mA Basisstrom für 10A Kollektorstrom benötigt. Diesen Strom liefert die lineare Stromversorgung PS-L01. Diese wird z.B. mit einem unstabilisierten Steckernetzteil von 12V / 1,5A betrieben und liefert dann eine Spannung von 1,25 - 9,5 V. Der Widerstand R1a begrenzt den Basisstrom. Der Strom wird durch den Spannungsabfall am Widerstand R5 gemessen. Als Experiment kann der Widerstand R5 kann auch schnell in den Emitter - Zweig verlegt werden. Es ergibt sich dann die klassische Stromquellenschaltung mit Transistor. Allerdings wird dann der Basisstrom als zusätzlicher Fehler mit gemessen. Bis 2A Collektorstrom ist der Fehler kleiner als 1%. Der NPN Transistor kann auch gegen einen Leistungs - Darlington ausgetauscht werden, wodurch sich sehr kleine Basisströme ergeben.

Schaltung der elektronischen Last

Das folgende Bild zeigt eine etwas detailliert Schaltung des Versuchsaufbaus Im rechten Teil der Schaltung ist die Spannungsmessung bzw. Strommessung und Kalibrierung (R3, R4, R5, R6) zu sehen. Das Voltmeter ist z.B. ein Multimeter, welches auch einen 200mV Bereich hat. Der Differenzverstärker I6 wird benötigt, wenn potentialfrei gemessen werden soll, z.B. dann, wenn das zu testende Netzteil (z.B. PC - Netzteil) nicht erdfrei ist und ein Oszilloskop verwendet wird. Ein Oszilloskop kann eingesetzt werden, um die Form und Größe des Stroms des Prüflings zu überwachen, z.B. ob er schwingt, oder um gepulste Ströme zu messen.

Gepulste Ströme

Im linken Teil des Schaltbilds ist das Modul lineare Stromversorgung PS-L01 [32] in vereinfachter Form dargestellt (gestrichelter Kasten). Es ist vollständig im Datenblatt dokumentiert. Mit R2 / R7 wird der obere Ausgangsstrom im gepulsten Betrieb bzw. der statische Ausgangsstrom im normalen Betrieb eingestellt. Im Normalen Betrieb wird R8 einfach mit Masse verbunden. Der Transistor T2 sperrt dann und R20 und R9 haben dann keine Wirkung. Wird über R8 auf den Eingang des Transistors eine positive Spannung geschaltet, schaltet dieser durch und verbindet R20 / R9 mit Masse. Der Ausgang des Reglers wird dann auf jeden Fall unter 1,8V und der Transistor T1 sperrt. Mit R9 kann die Ausgangsspannung des Reglers nun auf einen unteren Wert eingestellt werden. Mit Hilfe eines Funktionsgenerators (I5) kann man nun den Strom zwischen einem eingestellten minimalen und maximalen Wert wechseln lassen. Die maximale sinnvolle Frequenz ist ca. 5Hz. Die obere Grenzfrequenz wird vor allem durch den Kondensator C3 und die Widerstände R20, R9 bzw. R, R7, R2 bestimmt. Einen kleineren Einfluss hat C5. Wenn auf Schaltgeschwindigkeit wert gelegt wird, muss auf C3 verzichtet werden.

Komplette Schaltung

Inhalt
Schaltung der elektronischen Last / Stromsenke

Die vollständige Schaltung ist im Bild zu sehen. Die Elemente der Schaltung sind in etwa so angeordnet, wie auf dem Foto der elektronischen Last / Stromsenke. So können die einzelnen Schaltungsteile den CEK-Modulen zugeordnet werden. Alle Schaltungselemente, die sich auch den beiden Steckplatinen befinden, sind von der gestrichelten Linie umgeben. Wie man sieht, ist der Verdrahtungsaufwand minimal. Die peripheren Elemente sind außerhalb der gestrichelten Linie gezeichnet. Zwingend erforderlich für den Betrieb der elektronischen Last / Stromsenke sind:

  • Leistungstransistor T1 mit Kühlkörper und eventuell PC - Ventilator
  • Die 12V / 1A (besser 1,5A) Stromversorgung, z.B. ein Kleinnetzteil oder ein Universalnetzteil
  • Ein Multimeter
  • Der Prüfling


Einschränkungen

Inhalt

Da die elektronischen Last / Stromsenke extrem simpel aufgebaut ist, hat sie auch einige Einschränkungen:

Überlastsicherung

Es gibt keine Überlastsicherung. Vor dem Einsatz muss man genau überlegen, welcher maximale Strom bzw. welche maximale Spannung der Prüfling abgeben kann. Wenn der Prüfling keine Überlastsicherung hat, kann auch dieser in Mitleidenschaft gezogen werden. Vor allen Experimenten sollte daher die Spannung an der linearen Stromversorgung ganz nach Links auf Minimum (1,25V) gedreht werden. Um den Prüfling zu schützen, kann auch eine Schmelzsicherung verwendet werden. Bei Ausbildung und Schulung sollte als Prüfling ein Labornetzteil mit einstellbarer Spannung und einstellbarem Strom verwendet werden. Mir ist bei den bisherigen Versuchen weder ein Prüfling noch ein Leistungstransistor gestorben, die Transistoren sind sehr robust, die Zeitkonstanten ziemlich lang.

Regelung, Rückführung

Es gibt keine Regelung des Stroms. Die Einstellung erfordert etwas Fingerspitzengefühl. Außerdem hat die Schaltung eine Temperaturdrift, die durch die Temperaturerhöhung des Transistors und damit verbundene sinkende U_BE zustande kommt. Der Strom driftet daher nach oben ab und man muss etwas warten, bis er sich stabilisiert hat. Der Strom ist auch bei Änderung der Spannung des Prüflings nicht übermäßig konstant.

Ergebnisse

Inhalt

Mit diesem Aufbau einer simplen elektronischen Last / Stromsenke wurde folgendes erreicht

  • Mit elektronischen Last / Stromsenke wurden eine Vielzahl von Prüflingen getestet, wie stabilisierte und nicht stabilisierte Steckernetzteile, Schaltregler, PC - Netzteile, Universalnetzteile, Festspannungsnetzteile, Labornetzteile
  • Es ist möglich Anwendungen mit hohen Strömen auf Steckplatinen zu realisieren.
  • Die Aufbauzeit ist kurz, Änderungen und Experimente sind schnell durchführbar.
  • Der komplette Versuchsaufbau ist lötfrei, lediglich die Anschlüsse des Transistors wurden gelötet. Diese könnten jedoch auch über CEK Modul 4-mm-Laborbuchse oder 2mm Messbuchsen / Laborbuchsen und Messleitung mit Bananenstecker 4 mm und Krokoklemme oder Messleitung mit Laborstecker 2mm und Krokoklemme angeschlossen werden. Dann wäre der komplette Aufbau lötfrei zu gestalten.
  • Der Versuchsaufbau ist robust und stabil und führt zu reproduzierbaren Ergebnissen.
  • Die Messgeräte und Prüflinge können mit Standardanschlüssen (Bananenstecker, 2mm Stecksystem, BNC-Buchse, Hohlstecker, Schraubklemmen usw. angeschlossen werden)
  • Alle Bauelemente und Module, die auf den Steckplatinen aufgebaut sind, können wieder verwendet werden.

Erweiterungen / Verbesserung

Inhalt
  • Rückführung Regelung mit Operationsverstärker OP, spannungsgesteuerte Stromquelle
  • Einsatz von Leistungs - Darlington
  • Parallelschaltung von Leistungstransistoren
  • Verwendung von Leistungs Mosfets

Weitere Anwendungen

Inhalt
  • Anwendung mit hohen Strömen auf Steckplatinen:
    • ATX-Netzteil zur Stromversorgung von Steckplatinen wenn preiswert hohe Ströme bei festen Spannungen benötigt werden.


Siehe auch (Artikel)

Inhalt

Bezugsquellen

Inhalt
  • CEK-Module [33]
    • CEK-Modul 2mm Messbuchsen / Laborbuchsen [34]
    • CEK-Modul 4mm Laborbuchsen CN-4MM [35]
    • CEK-Modul Anschlussklemme schraubbar 10-fach CN-A01-101S [36]
    • CEK-Modul Anschlussklemme steckbar 10-fach CN-A01-10K [37]
    • CEK-Modul Anschlussklemme steckbar 3-fach CN-A02-31K [38]
    • CEK-Modul Anschlussklemme steckbar 6-fach CN-A02-61K [39]
    • CEK-Modul BNC Buchse CN-BNC-01 [40]
    • CEK-Modul Lineare Stromversorgung PS-L01 [41]
    • CEK-Modul Poweranschluss CN-PO1[42]