Projekte:
Meine Projekte aus der Elektrotechnik
Willkommen auf meiner Webseite
Meine neue Webseite, auf der ich meine Projekte teilen möchte, als Hobbyprojekt
➥ Neues: Entwicklung Audioverstärker - Platinenentwicklung
➥ Einige meiner Projekte und Interessen:
3d Druck Projekte, Eigene CNC Maschine
Neuigkeiten
➥ Neues Design für meine Webseite in Arbeit. Ich arbeite in unregelmäßigen Abständen an den Inhalten meiner Webseite. Ein erneuter Besuch meiner Webseite lohnt sich also!
Ein paar Einblicke in meine Projekte
➥ Projekt und Abschlussarbeit an der Fachhochschule Dortmund
Projektarbeit an der FH Dortmund
➥ Operationsverstärker Trainer für Laborversuche
Abschlussarbeit an der FH Dortmund
➥ Entwicklung einer Konstanttemperaturquelle. Hier die fertig bestückte PCB
Abschlussarbeit an der FH Dortmund
➥ Bestückung der Platine und Test, ob Teile der Schaltungen schon funktionieren.
Abschlussarbeit an der FH Dortmund
➥ Entwicklung einer Konstanttemperaturquelle. Der komplette 19 Zoll Einschub
Abschlussarbeit an der FH Dortmund
➥ PI Regler auf OP Trainer (Erste Tests und Messungen)
➥ Mikrocontroller / Softwareentwicklung in C/C++
Die von mir, in meinen Projekten verwendeten, Mikrocontroller (AVR, dsPIC, PIC und STM32) programmiere ich in der Programmiersprache C.
Zur Entwicklung der Software verwende ich aktuell das Microchip Studio (ehemals Atmel Studio) oder die MPLab X IDE.
| AVR (Atmel) | Microchip | STMicroelectronics | Embedded Boards |
|---|---|---|---|
| ATMega16 | dsPIC33 | Nucleo Board STM32L476 | ESP32-WROOM-32 |
| ATMega32 | PIC18F | STM32L562ZET6Q | |
| ATMega2560 | PIC32 | Atmel Evaluation Board V2 | |
| ATMega328P | Atmel UC3-A3 XPlained | ||
| AT32UC3 | |||
| ATMega8 | Arduino Uno (mega328P) | ||
| ATTiny13 | Arduino Mega 2560 | ||
| Arduino Nano ATMega328 |
Aktuell in Arbeit...
Prototyping Board
➥ Entwicklung eines STM32 ARM33 Prototyping Board
Erste Tests mit einem RGB SPI Display
➥ Beispielanzeige für meinen Digitalverstärker
Erste Tests mit einem RGB SPI Display
➥ Beispielanzeige eines VU-Meters für meinen Digitalverstärker
Da mir die Darstellung bzw. Aktualisierungsrate des VU Meters für meinen Versttärker nicht ausreicht, wird das Display mit einem 8/16-bit Parallel Bus angesteuert. Hierzu nutze ich Testweise den FSMC Mode der STM32IDE, welcher nicht nur SRAM sondern direkt eine LCD Interface Funktion bietet.
FSMC LCD Interface STM32
➥ 16bit LCD Parallel Anbindung für schnelle Visualisierung
➥ Digitaler Audioverstärker
Prototyp Vor- /Vollverstärker
➥ Aktuell in Entwicklung!
Umkonstruierte Hauptplatine
➥
Hauptplatine des Vorverstärkers mit Endstufe huckepack
➥
Prototyp der Eingangswahlplatine mit Offsetkompensation
Prototyp Abgeschlossen ✓
➥
Audio Digital Signal Prozessor Board
Prototyp Abgeschlossen ✓
➥
Mikrocontroller Board
Platine in Planung ✓
➥ Einige aktuelle Impressionen aus meinen Projekten
RS232 Übertragung
➥ Mikrocontroller Uart RS232 Übertragung
SPI Übertragung
➥ Digitales Potentiometer an Mikrocontroller SPI Übertragung
Mikrocontroller-Tests von verschiedenen Displays
➥ LCD Display 2x16 Zeichen
➥ Punktmatrix Display 128x64 Pixel
➥ I2C Display
Porterweiterung durch Schieberegister
➥ LCD 2x16 Display am SPI Schieberegister
➥ 3D Druck
3D gedrucktes Streichmaß, Tiefenlehre und Parallelanschlag für Zollstock
3D gedrucktes Streichmaß, Tiefenlehre und Parallelanschlag für Zollstock
3D Druck Vakuumplatte zum Fräsen und späteren Bestücken meiner Platinen Prototypen
➥ Entwicklung der Pumpensteuerung folgt bald!
3D Druck - Kabelmanagement für den Schaltschrankbau
➥ Link zu Thingiverse
Schematic und Leiterplattenentwicklung mit KiCad
Entwicklung eines Erweiterungsplatine für Glasmaßstäbe für LinuxCNC auf Arduino Modbus Basis
Entwicklung und Bau der eigenen CNC Maschine, später angesteuert mit LinuxCNC
Im Folgenden ein paar Bilder meiner neuen CNC Maschine...
Fräsen der neuen Seitenwange für die CNC Maschine aus einer 25mm Aluminiumplatte
Eigene CNC Maschine
➥ Schaltschrankbau
Schaltschrankverdrahtung meiner CNC Maschine,
Einbau des Sorotec Interface Advanced Pro
➥ Inhalt folgt bald!
Schaltschrankverdrahtung meiner CNC Maschine, erste Anordnung der Durchgangsklemmen
➥ Inhalt folgt bald!
➥ Bremschopper für CNC Servos
Bremschopper zur Eliminierung des Spannungsanstieges im Bremsvorgang der CNC Servos
➥ Inhalt folgt bald!
Im Folgenden ein paar Bilder meiner neuen CNC Maschine...
Fräsen der neuen Seitenwange für die CNC Maschine aus einer 25mm Aluminiumplatte
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➥ Schaltschrankbau
Schaltschrankverdrahtung meiner CNC Maschine,
Einbau des Sorotec Interface Advanced Pro
➥ Inhalt folgt bald!
Schaltschrankverdrahtung meiner CNC Maschine, erste Anordnung der Durchgangsklemmen
➥ Inhalt folgt bald!
➥ Bremschopper für CNC Servos
Bremschopper zur Eliminierung des Spannungsanstieges im Bremsvorgang der CNC Servos
➥ Inhalt folgt bald!
Entwicklung und Umsetzung meines eigenen Audio-Vollverstärkers
Planung und Ideen
Ich habe mich in der Vergangenheit immer wieder mit der Reparatur/Instandsetzung von Analog-elektronischen Geräten wie z.B. Tapedecks, Vor und End-Verstärker und deren Schaltungen beschäftigt
und mir im Zuge dessen Gedanken gemacht, wie man diese, in ihrem Aufbau und Klangverhalten, verbessern kann.
Gerade im Bereich Netzteil konnte man bei Endverstärkern beispielsweise recht schnell hörbar bessere Ergebnisse durch größere Puffer-Kapazitäten erreichen.
Seit einiger Zeit kam mir dann der Gedanke einen eigenen Verstärker von Grund auf selbst zu entwickeln und zu bauen.
Der Verstärker soll mit insgesamt 4 Eingängen und einer integrierten USB Soundkarte für die direkte Audiowiedergabe ausgestattet sein. Ebenso sollte er möglichst modular aufgebaut sein, sodass ich ihn möglichst einfach erweitern oder verändern kann.
Der Prototyp, aktuell designt in KiCad und Fusion360, meines selbst entwickelten Verstärkers welcher sowohl als Vorverstärker und für kleinere Anwendungen als
Vollverstärker mit je 30W pro Kanal genutzt werden kann.
Aus optischen Gründen soll das Gehäuse aus transparentem Acryl gefertigt werden um einen direkten Einblick in das Innenleben des Gerätes,
hier zu erkennen, zu ermöglichen. Alle Platinen beinhalten Status LEDs, mit denen die korrekte Funktion aller Komponenten
des Verstärkers direkt überprüft werden kann.
Das Gerät soll über eine Zuschaltbare dynamische Klangerweiterung und Loudness Regelung im leisen Betrieb sowie einige weitere Funktionen wie BiAmping (Weichenfunktion für HochMittel- und Tiefton) verfügen.
Ab einer bestimmten Aussteuerung wird der Einfluss der Loudness Funktion ab "Zimmerlautstärke" dynamisch weggeregelt sodass Raummoden (ein Dröhnen im Raum), die durch
die Loudness entstehen können, vermindert werden.
Wozu brauche ich die Automatische Loudness Funktion?
Der Mensch nimmt eine Kombination aus mehreren verschiedenen Frequenzen als Geräusch wahr. Wir nehmen also die Tonhöhe und dessen Lautstärke als Schalldruck wahr. Ganz grob hört der Mensch im Bereich von 20 - 20.000Hz. Besonders gut können wir im Bereich von etwa 400 - 4.000Hz hören.
In diesem Bereich liegt die Menschliche Sprache. Je niedriger die Frequenz, desto leiser hören wir den Ton. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird mit einer Loudness Funktion der Bereich unterhalt der 400Hz bei leiser Musik bis zu einem gewissen Bereich angehoben.
Dies sorgt für eine besonders angenehme Musikwidergabe auch im Tieftonbereich. Ich möchte diese Funktion einfach mal ausprobieren.
Prototypen und erste Tests aus dem Labor
Planung und Ideen
Ich habe mich in der Vergangenheit immer wieder mit der Reparatur/Instandsetzung von Analog-elektronischen Geräten wie z.B. Tapedecks, Vor und End-Verstärker und deren Schaltungen beschäftigt
und mir im Zuge dessen Gedanken gemacht, wie man diese, in ihrem Aufbau und Klangverhalten, verbessern kann.
Gerade im Bereich Netzteil konnte man bei Endverstärkern beispielsweise recht schnell hörbar bessere Ergebnisse durch größere Puffer-Kapazitäten erreichen.
Seit einiger Zeit kam mir dann der Gedanke einen eigenen Verstärker von Grund auf selbst zu entwickeln und zu bauen.
Der Verstärker soll mit insgesamt 4 Eingängen und einer integrierten USB Soundkarte für die direkte Audiowiedergabe ausgestattet sein. Ebenso sollte er möglichst modular aufgebaut sein, sodass ich ihn möglichst einfach erweitern oder verändern kann.
Der Prototyp, aktuell designt in KiCad und Fusion360, meines selbst entwickelten Verstärkers welcher sowohl als Vorverstärker und für kleinere Anwendungen als
Vollverstärker mit je 30W pro Kanal genutzt werden kann.
Aus optischen Gründen soll das Gehäuse aus transparentem Acryl gefertigt werden um einen direkten Einblick in das Innenleben des Gerätes, hier zu erkennen, zu ermöglichen. Alle Platinen beinhalten Status LEDs, mit denen die korrekte Funktion aller Komponenten des Verstärkers direkt überprüft werden kann.
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Das Gerät soll über eine Zuschaltbare dynamische Klangerweiterung und Loudness Regelung im leisen Betrieb sowie einige weitere Funktionen wie BiAmping (Weichenfunktion für HochMittel- und Tiefton) verfügen.
Ab einer bestimmten Aussteuerung wird der Einfluss der Loudness Funktion ab "Zimmerlautstärke" dynamisch weggeregelt sodass Raummoden (ein Dröhnen im Raum), die durch
die Loudness entstehen können, vermindert werden.
Wozu brauche ich die Automatische Loudness Funktion?
Der Mensch nimmt eine Kombination aus mehreren verschiedenen Frequenzen als Geräusch wahr. Wir nehmen also die Tonhöhe und dessen Lautstärke als Schalldruck wahr. Ganz grob hört der Mensch im Bereich von 20 - 20.000Hz. Besonders gut können wir im Bereich von etwa 400 - 4.000Hz hören.
In diesem Bereich liegt die Menschliche Sprache. Je niedriger die Frequenz, desto leiser hören wir den Ton. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird mit einer Loudness Funktion der Bereich unterhalt der 400Hz bei leiser Musik bis zu einem gewissen Bereich angehoben.
Dies sorgt für eine besonders angenehme Musikwidergabe auch im Tieftonbereich. Ich möchte diese Funktion einfach mal ausprobieren.
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Nach vielzähligen Versuchen auf dem Steckbrett ging es an die Entwicklung der Platinen.
Prototyp der Frontplatte
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Umkonstruierte Hauptplatine
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Hauptplatine des Vorverstärkers mit Endstufe huckepack
Softwareentwicklung in Windows
➥
Kommunikation mit dem Verstärkerboard zur Datenenalyse
Prototyp Vollverstärker
➥
Erster Prototyp der Frontplatte auf dem Steckbrett
Prototyp Vollverstärker
➥
Prototyp der Frontplatine,fertig zum Einbau an die Frontplatte
Prototyp Abgeschlossen ✓
DSP Prototyp mit ProtoBoard fertiggestellt
➥
Erste parameter festgelegt, Kommunikation vom DSP Board läuft...
Erste Ansicht der fertigen Prototyp Frontplatte
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Eingangswahlplatine mit Eingangs-Offsetkompensation und Entkopplung des Signals durch Kapazitäten und die Verwendung von Operationsverstärkern
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Fertige Eingangswahlplatine v1.3Mit der Eingangsplatine ist es möglich den zu verstärkenden Eingang über die Frontplatte auszuwählen. Zusätzlich ist es während dessen möglich, den selben oder einen weiteren Eingang auf den Rec Ausgang der Platine umzuschalten. Somit kann bei Verwendung der Record Funktion zum Beispiel mit einem Tapedeck, weiterhin unabhängig von der Aufnahme das Tonsignal eines anderen Zuspielers angehört werden. Das gesamte Verhalten der Relais auf der Platine ist über die Software, später auch über die Frontplatte, einstellbar. Standardmäßig folgt der Record Ausgang dem ausgewählten Eingangssignal (IN1 - IN4). Wird also IN1 angehört, liegt am REC Ausgang der Platine das Signal IN1 an. |
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Konstruktion des DSP Prozessor Boards
Um die Funktionen des Vorverstärkerteils,
wie zum Beispiel den Filter zur Frequenzganganpassung der aktiv geregelten Loudness,
zu realisieren werden die Filter eines DSP Prozessors verwendet.
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Mit dem DSP soll es später zusätzlich möglich sein, die Ausgänge A und B des Verstärkers aufzuteilen, sodass Bi_Amping möglich ist. So kann der Hochton und der Tiefmitteltonbereich voneinander unabhängig angepasst werden. Eine weitere Aufgabe des DSP ist es, die Lautstärke und die Klangkontrolle (Treable, Bass) zu übernehmen.
Die Audioqualität des DSP DAC
Der DSP digitalisiert das Analoge Eingangssignal am ADC mit einer Samlerate von 192kHz bei einer Auflösung von 24bit. Dies entspricht einer hohen Studioqualität.
Zum Vergleich: Eine digitale Audio CD wird mit 16bit aufgelöst und mit einer Samlerate von 48kHz ausgegeben. Ältere CD Player arbeiten sogar nur mit 44.1kHz Samlerate und sind somit auf den Punkt
konstruiert worden ohne zu übersamplen.
Durch die hohe Auflösung kann das Signal dann über digitale Filter angepasst und auf selbiger Qualität vom DA Wandeler ausgegeben werden.
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Prototypträger zum Testen und programmieren des DSP
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Der Prototypträger bzw die Platine stellt alle erforderlichen Spannungen für die DSP Platine zur Verfügung. Aus den 12V am Eingang werden +5V, +3,3V und +-15V für die Operationsverstärker erzeugt. Über einen I2C JTAG Programmer kann dann der DSP programmiert und parametriert werden. Sämtliche Filter, Funktionen und Register des DSP stehen dann später über I2C zur Verfügung und werden vom dsPic Board verwaltet.
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Konstruktion der dsPIC33 Hauptcontroller PlatineAuf der Mikrocontroller Platine nutze ich, auch zur Ãœbung, einen dsPic33 Mikrocontroller der Firma Microchip. Der Controller arbeitet mit 16bit Registern. Mit Hilfe eines externen Quarzoszillators mit einer Taktfrequenz von 16MhZ erzeuge ich dann mit dem Internen PLL eine Taktfrequenz von 140MhZ im Haupttakt welche sich dann nochmals halbiert sodass die Hardware wie Timer, DMA Controller ect. bei 70MhZ laufen. |
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Konstruktion der neuen Hauptplatine des VorverstärkersIn der aktuellen Version des Vorverstärkers wird die Funktion der modulaten Eingangswahlplatine auf der Hauplatine mit realisiert. Auf dieser können später die Mikrocontroller Platine mit dem dsPic33 und die DSP Platine auf die vorgesehenen Buchsenleisten gesteckt werden. Die Hauptplatine ist so konstruiert, dass die Funktionen des DSP (Ein und Ausgänge) über den I2S Audio Bus nachträglich, durch ein weiteres Modul was aufgesteckt werden kann, erweitert werden können. |
Der freigelassene Sockel auf der linken Seite dient als Platzhalter für Erweiterungen wie Bluetooth Audio oder eine Phono Vorverstärker Platine.
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Verstärkerhauptplatine mit EndstufeDer Vorverstärker kann für kleinere Anforderungen mit einer Enstufe, hier 2x20W/8Ohm, ausgestattet werden |
Bilder vom aktuellen Stand des Prototypen
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Aus/EinlkappenDie Bedienung des FlorianF Pre über das LCD Menü
Der Vorverstärker FlorianF Pre verfügt über ein LCD Display welches den aktuellen Status des Verstärkers anzeigt. Über die Taste MENU kann das Menü angezeigt werden.
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LCD Display aktueller StatusGrunddisplaymeldung, in der unteren Zeile wird, in der Ecke links, die aktuell ausgewählte Eingangsnummer IN:1 angezeigt. Direkt daneben zeigt die Progressbar, die Aussteuerung des Signals am DAC in Prozent an. |
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LCD Display Lautstärke ÄnderungBeim variieren der Lautstärke, entweder durch Drehen am Lautstärkeregler oder, durch drücken der Vol + - Taste auf der Fernbedienung wird die Verstärkung des Vorverstärkers angepasst. Der Zustand wird dann auf dem Display in der oberen Zeile angegeben. |
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Menü Eintrag: 0 Auto STANDBY/ON/OFFDie Einstellung gibt an, ob sich der Vorverstärker automatisch bei einem erkannten Audiosignal am Eingang einschalten soll. Die reaktionsgeschwindigkeit kann im Untermenü angepasst werden. OFF = Funktion deaktiviert ON = Funktion aktiviert |
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Menü Eintrag: 1 Tone FunktionDieser Parameter schaltet die Bass und Treble Funktion ein, oder aus. OFF = Funktion deaktiviert ON = Funktion aktiviert |
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Menü Eintrag: 2 Balance ReglerBalance Linear Links <<-16-----0-----+16>> Rechts |
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Menü Eintrag: 3 Bass ReglerBass dB <<-10dB-----0-----+10dB>> |
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Menü Eintrag: 4 Treble ReglerOFF = Funktion deaktiviert ON = Funktion aktiviert |
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Menü Eintrag: 5 Dynamische LoudnessOFF = Funktion deaktiviert ON = Funktion aktiviert |
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Menü Eintrag: 6 LED PWMPHintergrundbeleuchtung des LCD Displays |
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Menü Eintrag: 7 REC InputAktuell ausgewählter RECORD Eingang zum Durchschleifen an den Record Ausgang des Vorverstärkers. |
Projektarbeit Modul: betriebliche Praxis im Rahmen des Bachelorstudiums
"Entwicklung einer universellen
Versuchsträgerplattform für OP-Versuche"
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Ziel: Grundschaltungen von Operationsverstärkern sollten aufbaubar sein
Bevor mit der Entwicklung der Plattform begonnen werden konnte, musste geklärt werden, welche Schaltungen in welcher Form steckbar sein sollen. Dies geschah in enger Absprache mit einem weiteren Studenten.
- Transimpedanzschaltung
- Integrierer/ Integratorschaltung
- Invertierender und nicht-invertierende Verstärkerschaltung
- Mathematische Funktionen (Addition, Subtraktion, Integration und Differentiation) also ebenfalls möglich. Die zu addierenden Spannungen oder Ströme sind dann extern z.B. über das Pierron - Steckbrett an den Eingang des OP Trainers zu führen.
- Komparator (Vergleicher)
- weitere Schaltungen wie z.B. Regler (PI) sind möglich
Dokumentation zur Projektarbeit
Ich führe hier nur einige Textstellen und Grafiken aus meiner Bachelorarbeit ein, um dem Leser einen kurzen Einblick zu ermöglichen. Einige Texte und Erklärungen können also unvollständig sein. Ich bitte dies zu entschuldigen.
Herstellung der Platine und der Frontplatte
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Entwicklung der OP-Trainer Platine in Altium Designer....hier kommt noch Text
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Herstellung einer Adapterplatine zum Anschluss der Versorgungsspannung an die Platine
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Der Schaltplan und alle weiteren Beschaltungen des OP-Sockels sind an den
Operationsverstärker TL081 angepasst. Dieser weist eine hohe Pinkompatibilität auf.
Es kann somit die gesamte LM741 Reihe, LF351N, die gesamte Texas Instruments
TL0xx Reihe oder auch einige andere verwendet werden. Dies ist vorallem dann
interessant, wenn man zum Beispiel das Verhalten identischer Schaltungen mit
verschiedenen OPs untersuchen möchte.
An der Rückseite des Operationverstärkers (Abbildung 37) befinden sich 4
Bananenbuchsen, an die die Spannungsversorgung von +5V, +15V, -15V und GND
(Masse) angeschlossen wird. Diese Spannungen werden über die drei einfarbigen
grünen Kontroll-LEDs auf der Oberseite bei anliegender Spannung angezeigt. Von dort
aus können die benötigten Spannungen mit Kurzschlusssteckern oder Messleitungen
an die Buchsen OP+ (Vcc) und OP- (Vss) herangeführt werden.
Die aufzubauende Schaltung ist mit den 38mm pinkompatiblen Bauelementen des
Elektroniklabors oder durch weitere externe Beschaltung (Widerstandsdekaden ect.)
leicht aufzubauen.
Aufbau von Schaltungen und erster Test
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Bachelorarbeit "Entwicklung und Aufbau einer analog geregelten Referenztemperaturquelle zur Charakterisierung von Temperatursensoren"
"Development and realization of an analog controlled
reference temperature source for characterization of temperature sensors
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Bildersammlung
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Powerpoint Präsentation
Ich führe hier nur einige Textstellen und Grafiken aus meiner Bachelorarbeit ein, um dem Leser einen kurzen Einblick zu ermöglichen. Einige Texte und Erklärungen können also unvollständig sein. Ich bitte dies zu entschuldigen.
In meiner Bachelorarbeit, habe ich ein analog geregeltes System in Form einer Referenztemperaturquelle, zur Charakterisierung von Temperatursensoren entwickelt. Dabei galt es, einen praxistauglichen und robusten Aufbau zu konstruieren. Dieser Aufbau soll es den Studenten in zukünftigen Praktika an der FH Dortmund ermöglichen, selbst entwickelte Temperaturmesssysteme zu charakterisieren oder das temperaturabhängige Verhalten von temperaturabhängigen Bauelementen, wie Widerständen oder Sensoren, untersuchen zu können. Um die Referenztemperaturquelle zu entwickeln, habe ich Konstruktionszeichnungen für den gesamten mechanischen Aufbau erstellt, um die benötigten Teile fertigen zu können. Zudem werden Schaltpläne, eine selbst entwickelte Platine sowie ein Referenzthermometer mit einem Analogausgang benötigt.
Umgesetzt wird das Projekt mit Hilfe von verschiedener Software
• Altium® Designer (PCB Erstellung und Schaltungssimulation)
• Autodesk Fusion 360 (Konstruktionszeichnungen und Tischgestell)
• Frontplatten Designer der Firma Schaeffer AG (Frontplatte)
• Octave (Auslegung des Reglers und Ausgabe von Sprungantworten [Matlab® ähnliche Syntax])
Der Referenzsensor und das ein passendes Einbauthermometer gehören zu den wichtigen Schlüsselkomponenten am Anfang der Entwicklung. Auf diesen Parametern beruht die gesamte Entwicklung der Reglerplatine. Die vom Einbauthermometer gemessene und verarbeitete Temperatur muss mindestens der Genauigkeitsklasse der Messabweichung aus der Aufgabenstellung von 0,1 °C entsprechen, da dieser Wert als Referenzgröße der Regelung dient. Die Temperatur soll im Bereich von +30 °C bis +130 °C in möglichst stufenlosen Schritten einstellbar sein. Als Referenztemperatursensor habe ich einen standard PT100ausgewählt.
Regeleinheit mit abgesetztem Heizblock
Um die Reglerplatine möglichst wenig durch äußere Temperaturquellen zu beeinflussen,
wird ein externer Aufbau in Form eines Tischgestells konstruiert.
Das spätere Tischgestell soll den Heizblock, den Referenzsensor und die Aufnahme für die DUTs beinhalten.
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Konstruktion des Heizblocks
Um eine möglichst homogene Oberflächentemperaturverteilung auf der Oberseite des beheizten Blockes zu erreichen,
ist es naheliegend den Aluminiumblock, nicht wie im ersten Entwurf durch einen Heizwiderstand von unten,
sondern direkt von innen zu Beheizen. Daher soll der Heizblock aus drei wesentlichen Komponenten bestehen.
Dem eigentlichen Aluminiumblock (I), den Heizelementen (III.1 III.2) und einem Referenzsensor (II).
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Konstruktion des TischgestellsUm eine möglichst homogene Oberflächentemperaturverteilung auf der Oberseite des beheizten Blockes zu erreichen, ist es naheliegend den Aluminiumblock, nicht wie im ersten Entwurf durch einen Heizwiderstand von unten, sondern direkt von innen zu Beheizen. Daher soll der Heizblock aus drei wesentlichen Komponenten bestehen. Dem eigentlichen Aluminiumblock (I), den Heizelementen (III.1 III.2) und einem Referenzsensor (II). Die Ideengebung der innenliegenden Heizung war die Extruderheizung eines 3D Druckers. |
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Der Heizblock soll im zusammengebauten Zustand, ca 2 mm aus dem Gestell herausragen damit die Klemmvorrichtung und die DUTs nicht thermisch mit dem Gestell selbst verbunden werden kann. Um Gestell und Heizblock thermisch möglichst gut zu entkoppeln ist der Ausschnitt jeweis 2 mm um den Block herum größer. Der Heizblock wird durch Abstandsbolzen auf ein Blech geschraubt, welches ebenfalls mit Abstandsbolzen von der Oberseite des Gestells abgesetzt. Dies soll eine weitere thermische Entkopplung gewährleisten. |
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Da der spätere Aufbau bis zu 130 °C erreichen kann, muss zusätzlich ein Berührungsschutz vorgesehen werden.
Die vier 4 mm Bananenbuchsen auf der Oberseite des Gestells,
dienen als Halterung für z.B. einen Berührungsschutz in Form einer Pertinax- oder Acrylglasplatte.
Diese wird mit eingelassenen Büschelsteckern über die beheizte Fläche gesteckt und ermöglicht es so,
den Anwender des Aufbaus vor eventuellen Verbrennungen zu schützen.
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Regeleinheit mit abgesetztem Heizblock
Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung der Heizpatronen
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Bei der Pulsweitenmodulation (PWM) handelt es sich um ein moduliertes Signal, bei dem die Ein- und Ausschaltdauer eines Rechtecksignals bei einer konstanten Grundfrequenz verändert wird. Dieses Tastverhältnis, meist prozentual angegeben, dient als Aussteuerungsgrad. Ein PWM Signal kann entweder analog oder digital erzeugt werden. Im Folgenden wird allerdings nur auf die analoge Erzeugung eingegangen. Ich habe in meiner Entwicklung einen analogen PWM Generator verwendet. Der RC Oszillator mit Schmitt-Trigger erzeugt das Rechteck, Ein Integrator das Dreiecksignal. Mit Hilfe eines Komparators wird die PWM erzeugt |
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Obige Grafik zeigt das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten PWM Generators bei einer angelegten Vergleichsspannung UV4 von 7,5 V, hier waagerecht in Schwarz eingezeichnet. Der Komparator vergleicht das Dreiecksignal (grün) mit der Vergleichsspannung (schwarz). An den Schnittpunkten der beiden Signalverläufe schaltet der Komparator jeweils seine Ausgangsspannung um und erzeugt somit das gewünschte PWM Signal (blau). |
Leistungselektronik
Um die Heizung zuverlässig schalten zu können, wurde ein N- Kanal Mosfet vom Typ BUZ11 des Herstellers Fairchild
Semiconductor verwendet. Nach den Angaben aus dem Datenblatt besitzt dieser Mosfet einen r_DS(ON) von 0,040 Ω
und kann einen Strom I_D (continious) von 30 A schalten.
Somit lässt sich die Verlustleistung über den Transistor mit dem Laststrom der Heizung von I_Heizung = 4 A
von 0,64 W bestimmen. Laut Datenblatt hat dieser Transistor eine maximale Temperatur von T_Jmax=125°C.
Bei einer Raumtemperatur von 25 °C kann dieser bei einer Differenz von 100 °C bei seinem thermischen
Widerstand zur Umgebung ohne Kühlung, eine Leistung von 1,3 W umsetzten.
Bei der gewählten Wärmespreizung durch die Kupferfläche auf der Platine auf Ober- und Unterseite und der Verlustleistung
P_v von 0,64 W reicht die Kühlung aus. Aufgrund der niedrigen Schaltfrequenz des PWM Generators,
können die Schaltverluste über den Transistor vernachlässigt werden.
Projektarbeit Modul: betriebliche Praxis im Rahmen des Bachelorstudiums
"Entwicklung einer universellen
Versuchsträgerplattform für OP-Versuche"
Weitere Dokumentation zur Projektarbeit Betriebliche Praxis
Downloads zu nützlichen Tools und meinen Projekten
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3d Druck Teile STL Files zum Download
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KiCad Projekte und Schaltpläne zum Download
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Softwareentwicklung in Visual Studio
Animation erstellt mit GIMP und Blender 3.1.2 |
ZielsetzungAktuell beschäftige ich mich mit der Softwareentwicklung in der Programmiersprache C# im Visual Studio. Ziel der Software ist es neben dem Erlernen der Programmiersprache auch, ein Tool zu entwickeln. Mit diesem Tool soll es möglich sein Projekte (wie zum Beispiel der Audioverstärker) welche auf Basis von AVR oder PIC Controllern (sowie Arduino) arbeiten, zu Debuggen bzw damit zu Kommunizieren oder Werte anzupassen. Quasi wie eine Steuerungs Software mit der man Programmteile für den Empfänger erstellen kann. Ein Funktionsbaustein mit dem Namen PWM, soll Beispielsweise direkt am Pin des Controllers die gewünschte PWM ausgeben. |