Logiktester mit Impulserkennung und Akku
LOW-Pegel
Die Spannung des Akkus liegt zwischen 4,2V und 3,0V.
Damit liegt der LOW Pegel bei
Ubat | Ulow |
4,2V | 1,8V |
3.7V | 1,3V |
3,3V | 1,0V |
3.0V | 0,65V |
- Für CMOS ist der Pegel geeignet,
- für TTL etwas zu hoch.
Für Einsteiger
Der Logiktester ist sehr gut für Einsteiger geeignet.
- Der Aufbau ist einfach.
- Es werden nur Bauelemente im Raster 2,54mm verwendet.
- Der MOSFET ist zwar empfindlich,
- aber es müssen nur einfache Regeln beachtet werden.
- Der Lipo-Akku muss beachtet werden.
- Er sollte erst ganz zum Schluss eingebaut werden.
Dieser Logiktester ist eine Weiterentwicklung des Logiktesters mit Impulserkennung.
Die Beschränkung der Spannung auf 3,3V durch eine Z-Diode legt nahe, diese durch einen Lithium-Polymer-Akku zu ersetzen. Damit würde der Anschluss an eine Versorgungsspannung entfallen.
Die Schaltung verbraucht nur dann Strom, wenn eine LED leuchtet. Der Lipo-Akku kann ohne Ein-Schalter betrieben werden.
Die Z-Diode entfällt und dafür wird der Lipo-Akku verwendet. Die LED für die Impulserkennung wird durch eine gelbe LED ersetzt, die ebenfalls vom Akku versorgt wird. Der Akku hat eine Kapazität von 100mAh bis 130mAh und eine Spannung von 3,7V. Eine geringere Kapazität ist ebenfalls ausreichend. Der Akku wird über eine externe Schaltung geladen.
Wenn der Logiktester aktiv ist, fließen 4mA bzw. 8mA, wenn auch die gelbe LED leuchtet. Damit hält ein 100mAh Akku 12 Stunden durch. Bei der typischen Spannung eines Lipo-Akkus von 3,7V fließen im Leerlauf 0,8µA. Ist der Akku auf 3V entladen, fließen nur noch 0,02µA. Der Akku wird also praktisch nicht entladen, wenn der Logiktester nicht benutzt wird.
Das Ladegerät wird über die 3-polige Buchsen J3 an den Logiktester angeschlossen. Die drei Anschlüsse verhindern eine Verpolung des Ladegeräts.
An die Buchse J3 wird beim Messen der GND-Anschluss angeschlossen. Der Stecker sollte keinen mittleren Anschluss haben.
Lipo-Akku
Die Kapazität des Akkus ist unkritisch, sondern vielmehr seine Abmessungen. Er sollte nicht breiter als 15mm und nicht länger als 40mm sein, wenn der vorgeschlagene Aufbau verwendet werden soll.
Es gibt Lipo-Akkus, die eine Schaltung enthalten, sie sowohl gegen Überladung als auch gegen Tiefentladung schützt. Damit kann eine einfache Schaltung aufgebaut werden, da der Akku sich selbst schützt.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass ein LiPo-Akku mit integrierter Schutzschaltung verwendet wird.
- Dieser wird im Internet z.B. unter "Lipo PCB" angeboten. Die Beschreibung sollte sinngemäß lauten:
- "schützendes PCB-Lademodul, verhindert Überladung, Tiefentladung, Überstrom ..."
- In der Abbildung sind bei den Anschlüssen ein bis zwei Chips zu sehen.
- Der z.B. von Conrad angebotene LiPo-Akku von Renata hat keine integrierte Schutzschaltung.
- Die integrierte Schutzschaltung bedeutet nicht, dass der Akku zum Laden unmittelbar an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Vielmehr muss eine Ladeschaltung vorgesehen werden.
Ein Lipo-Akku mit integrierter Schutzschaltung gegen Tiefentladung und Überladung kann über eine externe Spannungsquelle von 5V geladen werden, wenn der Ladestrom über einen Vorwiderstand begrenzt wird.
Bei eBay werden Akkus mit 40mAh bis 130mAh und passenden Maßen für wenige Euros angeboten.
Maximaler Ladestrom
Beim Laden eines Akkus darf ein maximaler Ladestrom nicht überschritten werden.
Für jeden Akku ist der maximale Ladestrom angegeben. Er wird meistens mit xC angegeben. C ist die Kapazität des Akkus in Ah oder mAh. Er wird dann in 1/x Stunden aufgeladen. Für einen Akku mit einer Kapazität C=200mAh und einem maximalen Ladestrom von 0,5C ist dann
Imax = x * C t = 1 / x Imax = 0,5 * 200mAh = 100mA t = 1 / 0,5 = 2
Dieser Akku könnte in 2 Stunden mit 100mA geladen werden.
Der Ladestrom eines kleinen Lipo-Akkus darf in der Regel 1C betragen, d.h. unser Akku mit 130mAh darf in einer Stunde mit maximal 130mA geladen werden.
In unserer Schaltung stellt R5 den Ladestrom ein. Der Strom ist nicht konstant, sondern hängt von der Spannung des Akkus und der Spannungsquelle ab. Wir verwenden unsere übliche Spannungsquelle mit 5V. Die Spannung des Akkus beträgt minimal 3V und maximal 4,2V.
Mit R5 beträgt bei 3V Spannung am Akku und der Ladestrom ist damit maximal (5V-3V)/22Ω=91mA. Bis zur maximalen Ladespannung von 4,2V reduziert sich der Ladestrom auf (5V-4,2V)/20Ω=36mA. Damit wird der Akku in etwa 3 Stunden geladen.
Der Widerstand R5=20Ω kann auch für einen Akku ab 100mAh verwendet werden. Für einen Akku mit 40mAh sollte der Vorwiderstand auf R5=51Ω erhöht werden.
Die obigen Werte für R5 beziehen sich auf Akkus mit 1C. Für z.B. 0,5C muss R5 verdoppelt werden.
Es kann auch ein Lipo-Akku ohne Schutzschaltung verwendet werden.
-
Dieser Akku ist nicht gegen Tiefentladung geschützt.
Er muss regelmäßig nachgeladen werden.
- Er muss dann mit einem externen Lipo-Ladegerät geladen werden, das auf den maximalen Ladestrom eingestellt ist. Der Widerstand R5 muss dann durch eine Drahtbrücke zu ersetzt werden.
Achtung Lipo-Akkus können brennen
Lipo-Akkus können bei unsachgemäßer Handhabung brennen.
Bitte die Hinweise des Herstellers lesen und beachten.
Ein Lipo-Akku darf nicht
- mit zu hohem Entladestrom betrieben werden,
- mit zu hohem Strom geladen werden,
- erhitzt werden und
- geöffnet werden.
Nach Gebrauch ist ein Lipo-Akku ordnungsgemäß zu entsorgen.
- Dieser Hinweis ist unverbindlich und ersetzt nicht die Hinweise des Herstellers.
Die Verwendung von Lipo-Akkus erfolgt auf eigene Gefahr.
Aufbau
Lochrasterplatine
Dieses Projekt wird auf einer Lochrasterplatine mit durchkontaktierten Lötpunkten aufgebaut.
Wie es geht, beschreibt dieses Praktikum.
Die Darstellung des Layouts ist in Darstellung in KiCAD ausführlich beschrieben.
Der Logiktester kann leicht auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden.
Die Drahtbrücke JP1 wird von oben eingebaut.
Die Drahtbrücke JP2 wird von unten eingebaut.
Lipo-Akku
Den Lipo-Akku erst ganz zum Schluss einbauen, wenn alle Tests bestanden sind!
- 1. Runde: LEDs einbauen.
- R3, R4, LED1, LDE2 und LED3 einbauen und verbinden.
- Die Orientierung der LEDs beachten.
- Sind alle Bauelemente an der korrekten Position?
- Verbindungen zu U+ und Gnd herstellen.
- 3V am besten über eine elektronische Sicherung mit 20mA an U+ und Gnd anschließen.
- LED1 mit Anode an R3 leuchtet.
- LDE2 mit Kathode an Gnd leuchtet.
- LED3 mit Kathode an Gnd leuchtet.
- 2. Runde: Pegel-Detektor aufbauen.
- R1, R2, Q1, Q2 und Steckstift J1 einbauen.
- Die Orientierung der Transistoren beachten.
- Sind alle Bauelemente an der korrekten Position?
- 3V am besten über eine elektronische Sicherung mit 20mA an U+ und Gnd anschließen.
- Bei offenem Eingang leuchtet keine LED.
- IN (J1) an Masse: Die grüne LED leuchtet.
- IN (J1) an U+: Die rote LED leuchtet.
- 3. Runde: Impulserkennung einbauen.
- C1, C2, R6, D1, D2, D3 einbauen und verbinden.
- Korrekte Werte für C1 und C2?
- Sind D1, D2 und D3 richtig eingebaut?
- Q3 einbauen:
-
Der MOSFET Q3 ist empfindlich gegen elektrostatische Aufladung.
Bitte Vorsicht elektrostatische Entladung: ESD beachten.
- Die Anschlüsse von Q3 mit einem dünnen Draht verbinden, während Q3 noch im ESD-Schaum steckt.
- Q3 einlöten.
- Den dünnen Draht um die Anschlüsse entfernen.
- Testen:
- 3V am besten über eine elektronische Sicherung mit 20mA an U+ und Gnd anschließen.
- Meistens leuchtet die gelbe LED3 beim Einschalten für 1-2 Sekunden auf.
- IN an Gnd: Grüne LED2 leuchtet. Die gelbe LED3 kann kurz aufleuchten.
- IN an U+: Rote LDE1 leuchtet. Die gelbe LED3 leuchtet für 1-2 Sekunden auf.
- Wenn der offene Eingang berührt wird, kann die gelbe LED3 aufleuchten.
- 4. Runde: Buchse J3 einbauen und verbinden.
- 3V am besten über eine elektronische Sicherung mit 20mA an die Buchse J3 anschließen.
- Alle Tests der Runde 3 durchführen.
- 5. Runde: Lipo-Akku einbauen.
Lipo-Akku erst dann einbauen, wenn alle Tests 1. bis 4. bestanden sind.
- Vorsicht mit den Pins der Buchse J3!
- Alle Tests der Runde 3 durchführen.
Der Logiktester muss in ein Gehäuse eingebaut werden, damit der Lipo-Akku nicht versehentlich kurzgeschlossen werden kann.
Ein Schrumpfschlauch ist nicht geeignet, weil der Lipo-Akku beim Schrumpfen zu heiß wird.
Für die Messung wird die Masseleitung über eine 3-polige Steckleiste, bei der der mittlere Stift entfernt wurde, an die Buchse J3 angeschlossen.
Zum Laden des Lipo-Akkus wird eine 5V-Spannungsquelle über eine 3-polige Steckleiste an die Pins 1 und 2 der Buchse J3 angeschlossen. Sie muss mindestens 100mA liefern können.
Messspitze
Als Messspitze eignet sich ein Tapetennagel aus Stahl.
Stahl lässt sich jedoch nicht gut löten.
- Vor dem Löten mit Schmirgel blank putzen.
- Kein Lötfett oder gar Säure verwenden.
Prototyp
Der Prototyp hat folgende Daten:
Pegel für LOW | 1,2V |
Pegel für HIGH | 2,4V |
maximale Frequenz für HIGH und LOW | 500kHz |
maximale Frequenz für Impulserkennung | 20MHz |
Strom bei Takt am Eingang | 6mA |
Strom bei Leerlauf | 0,5µA |
Betriebszeit | 25h |
Zeit im Leerlauf | > 10Jahre |
Für einen einfachen Logiktester mit Akku und einem Preis von etwa 6€ sind das respektable Ergebnisse.
Die ideale Ergänzung zum Logiktester mit Impulserkennung ist ein Logik-Impuls-Injektor.
CAT I
Alle hier vorgestellten Projekte mit Mess- und Prüfgeräten fallen in die Messkategorie CAT I.
Sie dürfen nur verwendet werden für
- Geräte die nicht direkt mit dem Netz verbunden sind,
- Batterien, USB-Powerbank
- Geräte, die ein externex Netzteil verwenden
- Laptops, Telefone, Docking-Stationen, LAN- und Wlan-Router
Siehe auch: