Arbeiten mit dem Labornetzgerät

Für unsere Elektronik benötigen wir stets eine Stromversorgung.

Im Praktikum Batterie und Stromversorgung haben wir uns damit beschäftigt, welche Stromversorgung sich am besten eignet, um

• unsere Praktika durchzuführen,

• selbstgebaute Geräte in Betrieb zu nehmen oder

• Fehler in elektronischen Geräten zu suchen.

Dafür eigenen sich Labornetzgeräte besonders gut. In Labornetzgeräte und in Vergleich von Labornetzgeräten werden einige Labornetzgeräte vorgestellt.

Wir verwenden hier zwei Typen von Labornetzgeräten:

• einfache Labornetzgeräte (QJ1502C) und

• komfortable Labornetzgeräte (KORAD U202).

Grundsätzlich sind Bedienung und Vorgehen bei beiden Typen gleich. Bei den einfachen Labornetzgeräten ist jedoch etwas mehr Vorsicht geboten.

Die Verwendung eines Labornetzgeräts betrachten wir anhand

• des Versuchsaufbaus einer Konstantstromquelle für LEDs.

Wir machen Fehler

• Uns unterlaufen immer wieder Fehler.

• Das kann zur Zerstörung von Bauelementen führen.

• Wir sollten daher Vorkehrungen treffen, damit Fehler keine fatalen Folgen haben.

• In der Elektronik werden dafür Sicherungen verwendet.

Die Konstantstromquelle

Im Praktikum Konstantstromquelle für LEDs wird die Schaltung einer einfachen Konstantstromquelle vorgestellt.

Darauf baut das Projekt Konstantstromquelle für LEDs auf.

Der Strom durch die LEDs wird mit dem Widerstand R₂ eingestellt.

Strom	R2
2mA	300Ω
5mA	120Ω
10mA	62Ω
20mA	30Ω

• Anstelle der LED können auch mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden.

• Die LEDs können auch zwischen I- und Minus angeschlossen werden.

Wir testen die Konstantstromquelle mit bis zu 6 weißen LEDs an einer Versorgung bis zu 20V.

Die Labornetzgeräte

QJ1502C

Das QJ1502C ist ein einfaches Labornetzgerät. Es verfügt über

• ein 270°-Poti zur Einstellung der Spannung und

• ein zweites zur Einstellung des Stroms.

• Der Ausgang ist immer eingeschaltet.

Anzeige:
CV	Das Gerät arbeitet als Konstantspannungsgerät
CC	Das Gerät arbeitet als Konstantstromgerät
Spannung	3 Stellen auf 0,1V
Strom	3 Stellen auf 10mA

Daten:
Ausgangsspannung	0V bis 18V
Ausgangsstrom	0A bis 2A

U202

Das U202 hat

• zwei Regler für die Spannung (grob / fein) sowie

• einen Regler für den Strom.

• Die Regler haben eine Tastfunktion. Damit können die Digitalstellen für Spannung und Strom ausgewählt werden.

• Mit dem Taster ON/OFF kann der Ausgang aktiviert werden.

• Es gibt eine abschaltende Überstromsicherung OCP.

• Diese wird hier nicht behandelt.

Anzeige:
C.V	Das Gerät arbeitet als Konstantspannungsgerät.
C.C	Das Gerät arbeitet als Konstantstromgerät.
OCP	Der Überstromschutz aktiv.
-OFF	Der Ausgang ist ausgeschaltet.
Spannung	4 Stellen auf 10mV
Strom	5 Stellen auf 0,1mA
Leistung	4 Stellen auf 0.1W

Daten:
Ausgangsspannung	0V bis 30V
Ausgangsstrom	0A bis 5A

Die Konstantstromquelle in Betrieb nehmen

Zunächst bauen wir die in Bild 1 dargestellte Konstantstromquelle auf und setzen eine weiße LED ein. Der Strom ist mit R₂=30Ω auf 20mA eingestellt. Drei parallele 100Ω Widerstände bewirken 18mA.

Falls die Schaltung korrekt aufgebaut ist, benötigen wir eine Spannung von mindestens der Flussspannung der weißen LED, also etwa 3V. Auch die übrige Schaltung benötigt Spannung. Der Strom soll etwa 20mA betragen.

1. Einstellung des Labornetzgeräts

Wir stellen die Strombegrenzung des Labornetzgeräts auf 20mA.

• Beim U220 ist es kein Problem, diesen Strom einzustellen.

• Beim QJ1502C ist es komplizierter:

• Wir stellen die Spannung des QJ1502C auf 0,5V.

• Der Ausgang wird kurzgeschlossen.

• Mit dem Stromregler werden 20mA eingestellt und der Kurzschluss entfernt.

2. Die Inbetriebnahme

Die Spannung des Labornetzgeräts wird auf 0V gestellt.

Wir schließen die Schaltung an.

Wir erhöhen die Spannung langsam.

• Es ist wichtig, die Spannung langsam zu erhöhen.

• Beim QJ1502C ist der Spannungsregler sehr vorsichtig zu betätigen.

• Bein U220 wird am besten die Feineinstellung verwendet.

• Wenn bei einer Spannung unter 2V bereits ein Strom angezeigt wird oder der Modus CC angezeigt wird, ist Schaltung fehlerhaft aufgebaut.

• Wir brechen die Inbetriebnahme ab, beheben den Fehler und beginnen wieder bei 2.

• Bei 2.8V bis 3.0V beginnt die LED zu glimmen, obwohl kein Strom angezeigt wird.

Wir erhöhen die Spannung langsam weiter und die LED wird heller.

• Bei 4,0V bis 4,5V sollte der Strom etwa 10mA erreichen.

• Falls die LED jetzt nicht leuchtet, ist Schaltung fehlerhaft aufgebaut.

• Ist die LED richtig gepolt?

• Wir brechen die Inbetriebnahme ab, beheben den Fehler und beginnen wieder bei 2.

• Falls das Labornetzgerät in den Modus CC geht, ist Schaltung fehlerhaft aufgebaut.

• Sind die Werte der Widerstände korrekt?

• Wir brechen die Inbetriebnahme ab, beheben den Fehler und beginnen von vorn.

Wir erhöhen die Spannung weiter und der Strom steigt weiter. Er wird nicht genau 20mA betragen, sondern mit der Spannung geringfügig ansteigen. Ab 4,5V wird die LED nicht mehr heller, obwohl der Strom steigt.

• Die Helligkeit der LED bleibt konstant. Das ist der Sinn der Konstantstromquelle für LEDs.

• Falls der Strom über 30mA hinausgeht, ist die Schaltung fehlerhaft aufgebaut.

• Sind die Werte der Widerstände korrekt?

• Wir brechen die Inbetriebnahme ab, beheben den Fehler und beginnen wieder bei 2.

Die Spannung wird nicht über 20V hinaus erhöht, weil dann der Transistor Q2 überlastet wird.

• Man kann fühlen, dass sich Q2 bei 20V leicht erwärmt.

• Ergebnis: Die Konstantstromquelle funktioniert mit einer LED.

3. Wir prüfen, ob auch bei mehreren LEDs ein Konstantstrom geliefert wird.

Bevor wir weitere LEDs einsetzen,

• regeln wir die Spannung auf 0V herunter. Die Einstellung für den Strom verändern wir nicht.

Wir setzen 2 weitere LEDs ein.

Die Spannung wird wieder langsam hochgefahren.

Ab 7,5V beginnen die LEDs zu glimmen. Ab 11V ist eine Erhöhung der Helligkeit kaum noch wahrzunehmen. Bei 11V fließen etwa 17mA und bei 18V 20mA.

• Diese Vorgehensweise hat einen Nachteil:

• Falls wir eine LED verpolt haben, wird sie bei allen Spannungen in Sperrrichtung betrieben. Wir erwarten erst bei 7,5V, dass die LEDs glimmen.

• Das ist bereits über der maximal zulässigen Sperrspannung von 5V für LEDs.

• Wir brechen die Inbetriebnahme ab und untersuchen, ob alle LEDs korrekt gepolt sind und beginnen dann wieder bei 3.

Vor der Inbetriebnahme von in Reihe geschalteten LEDs überzeugen wir uns, ob alle LEDs korrekt gepolt sind.

Vorgehensweisen beim Inbetriebnehmen von Schaltungen

Die oben vorgestellte Vorgehensweise wird in der Regel angewendet.

Im Folgenden werden diese sowie zwei weitere Strategien allgemeiner vorgestellt.

Big-Bang-Methode

Diese Methode ist nur etwas für die ganz Harten.

• Ihre Anwender sind davon überzeugt, keine Fehler zu machen.

• Sie haben ihren Spaß daran, wenn ihnen die Elektronik um die Ohren fliegt.

So geht man bei der Big-Bang-Methode vor:

• Die Versorgungsspannung wird auf den maximal zulässigen Wert eingestellt.

• Der Strom vom Netzteil wird auf den maximalen Wert eingestellt.

• Die Finger kreuzen und das Netzgerät anschließen.

Dabei werden folgende Risiken eingegangen:

• Die Stromversorgung ist verpolt.

• Fehler im Aufbau bzw. im Gerät können zu einem hohen Strömen führen.

• Oft werden dadurch Bauelemente zerstört.

Spannung langsam hochfahren

• Beim QJ1502C muss dazu der Ausgang kurzgeschlossen werden.

• Nun läuft das Labornetzgerät als Konstantspannungsgerät (CV).

Der dabei auftretende Strom wird beobachtet.

• Wenn der Strom bereits bei geringer Spannung seinen Maximalwert erreicht, liegt möglicherweise ein Fehler vor, dem nachgegangen werden sollte.

• Vor jeder Änderung an der untersuchten Schaltung wird diese vom Labornetzgerät getrennt und danach erneut bei 4. begonnen.

U202

Wenn das Labornetzgerät über einen Taster zur Aktivierung des Ausgangs verfügt, kann die Schaltung bereits angeschlossen werden, während der Ausgang ausgeschaltet ist.

Das U202 zeigt dieses durch „-OFF” an.

• Es ist jedoch oft klüger, das U202 von der Schaltung zu trennen.

Beim U202 beachten

Wenn die Strombegrenzung des Labornetzgeräts U202 auf kleine Werte von ca. 10mA und weniger eingestellt ist, läuft die Ausgangsspannung sehr langsam hoch.

z.B. bei 10mA von 0V auf 10V in 5 Sekunden.

Dieses Verhalten muss bei dieser Methode beachtet werden.

Strom langsam hochfahren

1.

Zuerst wird der Kopf eingeschaltet.

2.

Das Gerät bzw. die Schaltung wird noch nicht mit dem Labornetzgerät verbunden.

3.

Die Betriebsspannung wird am Labornetzgerät eingestellt.

4.

Der Ausgangsstrom wird auf 0mA gestellt.

5.

Das Labornetzgerät wird an die Schaltung angeschlossen.

• Nun läuft das Labornetzgerät als Konstantstromgerät (CC).

6.

Der Strom wird langsam bis zum normalen Betriebsstrom hochgefahren.

Dabei wird die Spannung beobachtet.

• Wenn die Spannung einen bestimmten Wert nicht übersteigt, liegt ein Fehler vor.

• Bleibt die Spannung unter 1V, wurde die Schaltung möglicherweise verpolt.

• Wenn beim Erreichen der Betriebsspannung der Strom nicht angestiegen ist, liegt möglicherweise ebenfalls ein Fehler vor.

• Vor jeder Änderung an der untersuchten Schaltung wird diese vom Labornetzgerät getrennt und anschließend wird erneut bei 4. begonnen.

Spannung und Strom langsam hochfahren

Meistens ist es am besten einer Strategie zu folgen, sodass Fehlbedienungen vermieden werden.

In manchen Fällen, insbesondere bei der Arbeit mit hohen Strömen, ist es sinnvoll, zunächst einen kleinen Strom am Labornetzgerät einzustellen und dann die Spannung hochzufahren.

1.

Einen kleinen Strom einstellen.

2.

Die Spannung von 0V aus hochfahren.

• Dabei wird der Strom beobachtet.

• Falls der Strom für die Spannung zu hoch ist, wird der Fehler in der Schaltung gesucht und wieder bei 1. begonnen.

3.

Falls der Strom in Ordnung ist, aber das Labornetzgerät den Strom begrenzt, wird der zulässige Strom am Labornetzgerät erhöht.

• Falls der Strom zu hoch wird, wird der Fehler in der Schaltung gesucht und wieder bei 1. begonnen.

Der Sinn dieser Vorgehensweise besteht darin, dass der Schaltungsteil für hohe Ströme meistens noch nicht bei niedrigen Spannungen arbeitet. Ein Fehler in den anderen Schaltungsteilen kann jedoch durch den hohen Strom zur Beschädigung von Bauelementen führen. Die Fehler werden erkannt und Beschädigungen vermieden.