投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist eine Industriekamera?

Industriekameras sind Kameras, die in Fabriken und zu Sicherheitszwecken eingesetzt werden.

Es gibt zwei Haupttypen von Industriekameras: Überwachungs- und Bildverarbeitungskameras. Überwachungskameras werden häufig zu Überwachungszwecken eingesetzt.

Ein Monitor ist an die Kamera angeschlossen und ein Mensch beobachtet das Objekt visuell. Neben Überwachungskameras werden auch Kameras für digitale Mikroskope als Industriekameras für die Überwachung eingesetzt.

Industriekameras für das maschinelle Sehen werden in die Herstellungsprozesse verschiedener Industrieprodukte integriert und erkennen Informationen anstelle von Menschen. Ein Computer verarbeitet die erfassten Bilddaten auf verschiedene Weise und erstellt eine Analyseausgabe. Industriekameras für die industrielle Bildverarbeitung werden zum Beispiel für die automatische Inspektion eingesetzt.

Anwendungen von Industriekameras

Industriekameras für die Überwachung werden in Sicherheitskameras, Überwachungskameras, Fahrzeugrekordern, Digitalmikroskopen usw. eingesetzt und sind in erster Linie für die visuelle Beobachtung von Objekten durch Menschen gedacht.

Industriekameras für die maschinelle Bildverarbeitung werden hauptsächlich in Fertigungsprozessen eingesetzt. Sie werden in Inspektionssysteme integriert, in denen die von Industriekameras aufgenommenen Bilder von einem Computer im Auftrag des Menschen analysiert werden, um beispielsweise Inspektionsergebnisse zu ermitteln.

Zu den vielfältigen Anwendungen gehören die Inspektion auf Defekte und Fremdkörper, die Bestimmung von Abfüllkriterien für Flüssigkeitsbehälter, das Lesen von Barcodes und die Zeichenerkennung in der Automobil-, Medizin-, Elektro- und Elektronik-, Logistik- und Druckbranche.

Funktionsweise von Industriekameras

Industriekameras bestehen, wie die von uns verwendeten Digitalkameras, aus einem Objektiv und einem Kameragehäuse. Das durch das Objektiv einfallende Licht wird durch den Bildsensor im Kameragehäuse in digitale Daten umgewandelt.

Der Bildsensor kann nicht nur sichtbares Licht, sondern auch Infrarot-, Ultraviolett- und Röntgenstrahlen erkennen. Die Leistung des Bildsensors wird durch die Größe, die Anzahl der Pixel und das Abtastverfahren bestimmt.

Auswahl einer Industriekamera 

Die meisten Industriekameras haben nur einen begrenzten Anwendungsbereich, daher ist es wichtig, eine Kamera auszuwählen, die die Mindestanforderungen an die Leistung erfüllt. Hier sind die drei wichtigsten Punkte:

1. Bestehende Notwendigkeit, das Bild auf einer Oberfläche zu erfassen

Wie Verbraucherkameras können auch Industriekameras entweder Flächenkameras sein, die ein Bild eines bestimmten Bereichs erfassen oder Zeilenkameras. Zeilensensorkameras haben nur eine Reihe von Elementen, aber durch Bewegen des Objekts ist es möglich, einen Gesamtüberblick über das Produkt zu erhalten.

Bei zylindrischen Objekten kann das Produkt gedreht werden und bei flachen Produkten kann das gesamte Produktbild erfasst werden, indem das Produkt parallel bewegt wird. Für die Überwachung und Inspektion von Produktionslinien können Zeilensensorkameras diese Aufgabe erfüllen, ohne dass Flächenkameras erforderlich sind.

2. Benötigte Bildart

Die Art der benötigten Industriekameras hängt von der Farbinformation, der Auflösung und der Erfassungsgeschwindigkeit des gewünschten Bildes ab. Wenn nur die Form des Objekts bestimmt werden soll, ist es kein Problem, wenn anstelle von Farbinformationen monochrome Informationen gewonnen werden können. Ist die Auflösung höher als nötig, wird der Preis der Kamera hoch sein und die Datenmenge steigen. Auch muss die Datenmenge groß genug sein, um verarbeitet werden zu können, wenn die Anzahl der zu prüfenden Produkte steigt.

3. Schnittstellen

Man muss sich auch darüber im Klaren sein, wie die aufgenommenen Bilder und Videos erfasst werden sollen. Typische Schnittstellen für Industriekameras sind USB, CameraLink und Gigabit Ethernet. Diese unterscheiden sich in Bezug auf die maximale Übertragungsgeschwindigkeit, aber auch in Bezug auf die Kabellänge.

USB, das auch in PCs häufig verwendet wird, kann bis zu 3 m (USB 3.0), CameraLink bis zu 10 m und Gigabit Ethernet bis zu 100 m betragen.

Weitere Informationen zu Industriekameras

Unterschiede zwischen den Bildsensor-Abtastverfahren

Es gibt das Zeilensprungverfahren und das progressive Abtastverfahren. Das Zeilensprungverfahren schneidet das Bild horizontal und unterteilt es in gerade und ungerade Abschnitte.

Es wird für Überwachungszwecke verwendet, z. B. für Überwachungskameras, da es fließende Bewegungen darstellen kann. Progressive Systeme zeigen die unterteilten Abschnitte auf einmal an.

Da es sich durch die Erfassung des Augenblicks auszeichnet, wird es für maschinelle Bildverarbeitungsanwendungen in Fertigungsprozessen verwendet.

Was ist ein Taktgenerator?

Ein Taktgenerator ist eine Schaltung, die aus einem einzigen Quellentaktsignal Takte mit mehreren Frequenzen erzeugt. Der typischerweise erzeugte Frequenzbereich liegt zwischen einigen KHz und mehreren GHz.

Anwendungen von Taktgeneratoren

Taktgeneratoren werden hauptsächlich in den folgenden Anwendungen eingesetzt:

1. CPUs

Taktgeneratoren werden am häufigsten in der CPU eingesetzt, dem Herzstück des Computers, in dem sich eine große Anzahl von Registern und anderen Speicherelementen befindet, an die jeweils ein vom Taktgenerator erzeugtes Taktsignal angeschlossen ist.

Je nach Taktung des Taktsignals durchläuft der Ausgang jedes Speicherelements verschiedene logische und arithmetische Operationsschaltungen und wird in die nächste Stufe von Speicherelementen eingegeben. Diese Schaltungsstruktur wird als Synchronschaltung bezeichnet, und der Taktgenerator löst den Betrieb dieser Synchronschaltung aus und ist für die Synchronisierung verantwortlich.

2. Digitale Geräte

Taktgeneratoren werden nicht nur in CPUs eingesetzt, sondern auch in digitalen Geräten wie Fernsehern, Smartphones und DVDs sowie in allgemeinen Haushaltsgeräten und Industrieanlagen, die von Mikrocontrollern gesteuert werden.

Die Uhr ist für die Übermittlung des Zeitplans an die verschiedenen elektronischen Geräte verantwortlich, die als Ganzes funktionieren, indem sie ihre jeweiligen Operationen entsprechend diesem Zeitplan ausführen. Taktgeneratoren, die in der Lage sind, Signale über ein breites Frequenzband präzise zu oszillieren, sind für den Betrieb verschiedener elektronischer Geräte unverzichtbar.

In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Video- und Musiksignalen gestiegen und es wurden hochwertige, teure Taktgeneratoren auf den Markt gebracht, um diesen Bedarf zu decken. Insbesondere beim Datenaustausch zwischen Geräten mit unterschiedlichen Abtastfrequenzen ist es notwendig, die Geräte mit Hilfe eines Taktgenerators zu synchronisieren, um Rauschverschmutzungen durch fehlende Daten zu vermeiden.

Funktionsweise von Taktgeneratoren

Ein Taktgenerator besteht im Wesentlichen aus einem Resonanzkreis und einem Verstärkungskreis.

Als Resonanzkreis werden häufig Kristalloszillatoren verwendet. Kristalloszillatoren werden auch in Quarzuhren verwendet und nutzen den piezoelektrischen Effekt, bei dem der Kristall beim Anlegen einer Spannung eine Schwingung mit einer Eigenfrequenz erzeugt. Die Eigenfrequenz hängt von den physikalischen Eigenschaften des Kristalls ab, z. B. von seiner Form und dem Kristallquerschnitt, aus dem er geschliffen wurde. Ein Oszillator mit der erforderlichen Eigenfrequenz kann jedoch mit einem synthetischen Kristall erzielt werden, der mit einem hohen Reinheitsgrad kristallisiert wurde.

Die Schwingungsform ist eine Sinuswelle, die für die Verwendung in digitalen Schaltungen in Taktgeneratoren zu einer Rechteckwelle geformt wird. Im Generator erzeugen ein Frequenzteiler und ein Multiplizierer ein Taktsignal mit einer Frequenz, die das M/N-fache der ursprünglichen Frequenz beträgt (M und N sind natürliche Zahlen), das durch eine Verstärkerschaltung verstärkt und ausgegeben wird.

Auswahl eines Taktgenerators 

Taktgeneratoren unterscheiden sich nicht nur durch den Frequenzbereich, den sie erzeugen, sondern auch durch die Versorgungsspannung und die Anstiegs-/Abfallzeit der Rechteckwelle, die je nach Verwendungszweck ausgewählt werden muss.

Ein solcher Punkt ist der Taktjitter. Der Taktjitter ist die Schwankung jeder Rechteckwelle in Richtung der Zeitachse und ist ein Indikator dafür, wie gut der Takt weiterhin eine geordnete Frequenz überträgt, weshalb er einen geringen Jitter aufweisen muss.

Der Jitter kann in Form von Jitter zwischen steigenden Flanken, Jitter zwischen fallenden Flanken usw. gemessen werden und je nach Anwendung im Hinblick auf ein qualitativ hochwertigeres System untersucht werden.

Weitere Informationen zu Taktgeneratoren

Eine neue Technologie sind Taktgeneratoren mit MEMS-Oszillatoren – MEMS (englisch: Micro Electro Mechanical Systems) sind Geräte, die winzige mechanische Komponenten, Sensoren, elektronische Schaltungen usw. auf einem einzigen Substrat integrieren und durch Anwendung der Halbleiter-Mikrofabrikationstechnologie MEMS.

Im Gegensatz zu Kristallen, die eine Eigenfrequenz haben, haben MEMS-Oszillatoren den Vorteil, dass die Frequenz in der letzten Phase des Herstellungsprozesses programmiert werden kann, wodurch sich Kosten und Vorlaufzeiten verringern. Außerdem können durch den Einbau eines Temperatursensors im Inneren Änderungen der Temperatureigenschaften besser unterdrückt werden als bei Quarzkristallen und MEMS-Oszillatoren sollen Quarzkristall-Oszillatoren in Bezug auf Qualität und Zuverlässigkeit überlegen sein.

Was ist ein optisches Wellenlängen-Messgerät?

Ein optisches Wellenlängen-Messgerät ist ein spezielles Gerät zur Messung der Wellenlänge von Licht.

Da es die Wellenlänge des Lichts misst, ist es fast gleichbedeutend mit einem optischen Spektrumanalysator, aber optische Wellenlängen-Messgeräte haben im Allgemeinen einen engeren Messdynamikbereich und sind daher empfindlicher.

Optische Spektrumanalysatoren verfügen über eine Vielzahl von Funktionen, die sie vielseitig einsetzbar machen, während optische Wellenlängen-Messgeräte auf die Minimalfunktion der Wellenlängenmessung beschränkt und daher preisgünstiger sind.

Die mit optischen Wellenlängen-Messgeräten erzielten Ergebnisse entsprechen der Wellenlänge des Lichts im Vakuum und weichen von der tatsächlich in Luft beobachteten Wellenlänge um den Betrag des Brechungsindex der Luft (etwa 0,03 %) ab.

Anwendungen von optischen Wellenlängen-Messgeräten

Optische Wellenlängen-Messgeräte werden häufig eingesetzt, wenn eine höhere Wellenlängengenauigkeit bei der Charakterisierung von optischen Komponenten erforderlich ist.

Sie werden beispielsweise zur genauen Messung der Wellenlängeneigenschaften von Lichtquellen mit geringer Bandbreite, wie Lasern und LEDs, oder zur Bewertung der Wellenlängeneigenschaften von Licht in der Glasfaserkommunikation verwendet.

Viele optische Wellenlängen-Messgeräte haben einen Messbereich zwischen 1000 und 1800 nm, da sie ursprünglich häufig zur Messung der Wellenlänge von Licht in der faseroptischen Kommunikation verwendet wurden.

Funktionsweise von optischen Wellenlängen-Messgeräten

Die Funktionsweise der optischen Wellenlängen-Messgeräte besteht darin, dass sie die physikalische Interferenz von Licht nutzen, wie z. B. Fizeau-Interferometer und Michelson-Interferometer, um die Wellenlängeneigenschaften von Licht zu messen.

Das Fizeau-Interferometer ist ein sehr einfaches optisches System, das aus einer Kollimatorlinse, einer als Bezugsebene bezeichneten Glasplatte und einem Messspiegel besteht.

Das auf das Fizeau-Interferometer einfallende Licht wird durch die Kollimatorlinse kollimiert und dann beim Durchgang durch die Referenzebene teilweise reflektiert. Das Licht, das die Referenzebene durchläuft, wird vom Messspiegel reflektiert und interferiert mit dem an der Referenzebene reflektierten Licht, wodurch ein streifenförmiges Muster entsteht. Diese Interferenzstreifen sind von der Wellenlänge des Lichts und dem optischen Wegunterschied des interferierenden Lichts abhängig.

Da der Abstand zwischen der Bezugsebene und dem Messspiegel (optischer Gangunterschied) bekannt ist, kann die Wellenlänge aus dem Interferenzstreifenmuster berechnet werden. Bei der Michelson-Interferometrie wird das einfallende Licht durch einen Strahlteiler in zwei Strahlen aufgeteilt und die Intensitätsänderungen des Interferenzlichts werden gemessen, indem der optische Gangunterschied auf verschiedene Weise verändert wird. Durch inverse Fourier-Transformation kann das Spektrum (die Wellenlänge) des Lichts berechnet werden.

Weitere Informationen zu optischen Wellenlängen-Messgeräte

1. Optische Wellenlängen-Messgeräte und faseroptische Kommunikation

Optische Wellenlängen-Messgeräte werden häufig für optische Messungen in der Glasfaserkommunikation eingesetzt. Der Wellenlängenbereich von 1500 nm ist der am häufigsten verwendete Wellenlängenbereich für Glasfasern, da er den geringsten Lichtverlust bei der Übertragung in Glasfasern aufweist.

In den letzten Jahren sind die Glasfaserkommunikationsnetze jedoch bereits mit diesem Wellenlängenband allein gesättigt, so dass auch die Nutzung der umliegenden optischen Wellenlängenbänder aktiv entwickelt und umgesetzt wird.

Wellenlängen-Multiplexing ist eine der wesentlichen Technologien zur Erhöhung der Kapazität von Glasfaserkommunikationsnetzen und optische Wellenlängen-Messgeräte müssen in der Lage sein, mehrere Wellenlängen gleichzeitig zu messen und dabei eine praxisgerechte Auflösung zu erreichen. Vor diesem Hintergrund bieten einige Hersteller heute Modelle an, die mehrere Wellenlängen gleichzeitig messen können, bis zu einem Maximum von 1024 Wellenlängen.

2. Andere Anwendungen als Faseroptik-Kommunikation

Halbleiterlaser auf Basis von Verbindungshalbleitersubstraten sind als Lichtquellen für die Glasfaserkommunikation weit verbreitet und es besteht ein Bedarf an Modellen, die eine begrenzte Anzahl einzelner Wellenlängen mit sehr hoher Geschwindigkeit für die Inspektion von Halbleiterwafern und Laserchip-Massenproduktionslinien vor der Waferherstellung auswerten können.

Da die Lichtquelle für faseroptische Verstärker im 900-nm-Band liegt, werden Modelle benötigt, die Messungen bei optischen Wellenlängen von weniger als 1000 nm durchführen können.

Darüber hinaus verwendet die optische Kohärenztomographie, die heutzutage häufig in der ophthalmologischen Diagnose eingesetzt wird, Wellenlängen im Bereich von 800 nm und 1050 nm, während Fluoreszenzbeobachtungsanwendungen in der Biotechnologie hauptsächlich im sichtbaren Licht stattfinden, so dass es auch Modelle gibt, die Wellenlängen im Bereich von 300 nm bis 1200 nm verarbeiten können. Einige Modelle sind für den Einsatz im Bereich von 300 nm bis 1200 nm erhältlich. 

3. Modelle, die mit CW- und gepulsten Lichtquellen kompatibel sind

Bei Laseranwendungen gibt es Fälle, in denen CW-Laseroszillation verwendet wird, und Fälle, in denen eine gepulste Hochgeschwindigkeitslichtquelle, z. B. 1 KHz, eingesetzt wird.

Einige hochwertigere Modelle können beides, während einige Wellenlängen-Messgeräte nur für Anwendungen im CW-Betrieb geeignet sind, so dass es wichtig ist, die Spezifikationen sorgfältig zu prüfen.

Was ist eine flexible Leiterplatte?

FPCs sind flexible Leiterplatten. Sie zeichnen sich durch ihre Papierdünne und Weichheit aus. Da sie leichter, kleiner und wirtschaftlicher sind als normale Substrate, haben sie in den letzten Jahren weite Verbreitung gefunden.

Flexible Leiterplatten (FPC) werden auch als flexible Substrate bezeichnet, ein Akronym für Flexible Printed Circuits.

Anwendungen von flexiblen Leiterplatten

Flexible Leiterplatten werden häufig in Elektrogeräten und Konsumgütern verwendet. Eine typische Anwendung sind Smartphones. Flexible Leiterplatten werden fast immer in den Steuerplatinen von Smartphones verwendet. Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts sind sie für Produkte, die täglich getragen werden, sehr nützlich.

In Haushaltsgeräten werden sie in LCD-Fernsehern verwendet. Sie sind wirtschaftlich vorteilhaft, da elektronische Steuerplatinen kleiner gebaut werden können. Weitere Produkte sind Tastaturen und Drucker, für die es ein breites Spektrum an Verwendungsmöglichkeiten gibt. Weitere Anwendungen sind in der Schwerindustrie zu finden. In den letzten Jahren sind sie auch zu einem unverzichtbaren Bauteil in der Raumfahrt und in der Luftfahrtindustrie geworden.

Funktionsweise von flexiblen Leiterplatten 

Die Funktionsweise einer Flexiblen Leiterplatte ist im Grunde dieselbe wie die einer gedruckten Leiterplatte, wobei der größte Unterschied darin besteht, dass das Basismaterial eine Folie ist. Die Schaltungen werden auf eine isolierende Polyimid- oder Polyesterfolie gedruckt, wobei die Verdrahtung aus Kupfer oder einem anderen Metall besteht. Der Film und die Kupferfolie sind beide etwa 12 µm bis 50 µm dick, so dass sie recht dünn bleiben können, wenn sie zusammenlaminiert werden.

Flexible Leiterplatten werden auf folgende Weise hergestellt:

1. Eine dünne Kupferfolie wird mit einem Klebstoff, z. B. Epoxidharz, auf eine Basisfolie aufgebracht.
2. Dieses Basismaterial wird zum Ätzen mit einem Trockenfilm beschichtet.
3. Durch Bestrahlung mit UV-Licht wird der Schaltplan auf die Trockenfolie übertragen.
4. Der gewünschte Teil des Schaltplans verbleibt auf der Trockenfolie, die, wenn sie geätzt wird, das Schaltbild auf der Kupferfolie vervollständigt.
5. Die trockene Folie wird abgezogen und eine Isolierschicht für die Beschichtung auf die gesamte Oberfläche aufgebracht.

Auf diese Weise entstehen leichte, stabile flexible Leiterplatten, die entweder einseitig oder doppelseitig bedruckt werden können. Doppelseitige Leiterplatten sind zwar weniger haltbar als einseitige, haben aber den Vorteil, dass das Design dichter sein kann. Bei doppelseitigen flexiblen Leiterplatten wird das Verfahren für einseitige Leiterplatten wiederholt, um sie herzustellen.

In den letzten Jahren wurden auch flexible Leiterplatten mit starrer Struktur und mehrschichtige FPC-Substrate entwickelt, bei denen ein starres Substrat zwischen den Leiterplatten eingefügt ist. Als Basismaterial ist Polyimid hitzebeständiger und haltbarer als Polyester.

Weitere Informationen zu flexiblen Leiterplatten

1. Merkmale von flexiblen Leiterplatten 

Flexible Leiterplatten haben drei Hauptmerkmale: Sie sind hochflexibel, leicht und teuer.

• Hohe Flexibilität
  Als Material für flexible Leiterplatten werden Kunststofffolien wie Polyimid verwendet. Kunststofffolien sind flexibel und biegsam und werden in beweglichen Teilen von elektronischen Geräten verwendet.
• Geringes Gewicht
  Das für flexible Leiterplatten verwendete Material ist Kunststoff, was sie leicht macht. Dies ist eine Notwendigkeit in der Raum- und Luftfahrtindustrie, wo strenge Gewichtsbeschränkungen gelten.
• Teuer
  Flexible Leiterplatten sind in der Regel teurer als starre Leiterplatten, bei denen es sich um normale Leiterplatten handelt.

2. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von flexiblen Leiterplatten

Bei der Verwendung von flexiblen Leiterplatten gibt es vor allem zwei Punkte zu beachten:

• Unterschiede in der Biegefestigkeit
  Flexible Leiterplatten zeichnen sich durch ihre hohe Flexibilität aus, aber ihre Biegefestigkeit ist von Hersteller zu Hersteller und von Produkt zu Produkt unterschiedlich; bei der Verwendung von flexiblen Leiterplatten muss unbedingt ihre Biegefestigkeit geprüft werden.
• Mechanische Schwäche
  Flexible Leiterplatten sind leichte und dünne Folien und daher mechanisch schwach. Bei der Montage von Bauteilen muss eine Platte, die so genannte Verstärkungsplatte, unter den elektronischen Bauteilen angebracht werden.

Flexible Leiterplatten müssen unter Berücksichtigung der oben genannten Punkte verwendet werden.

3. Anstieg der Größe des Marktes für flexible Leiterplatten

Laut einer Studie von Credence Resarch wächst der globale Markt für Flexible Leiterplatten von Jahr zu Jahr: Es wird erwartet, dass er zwischen 2018 und 2027 mit einer CAGR von 10,6 % wächst, und die globale Marktgröße für flexible Elektronik wird bis 2027 voraussichtlich auf etwa 4,5 Milliarden USD ansteigen.

Der wachsende Markt steht im Zusammenhang mit der steigenden Nachfrage nach flexiblen Leiterplatten in der Automobil-, Unterhaltungselektronik- und Luftfahrtindustrie.

Was ist ein Batteriemanagement?

Ein Batteriemanagement ist ein System, das den Zustand von Batterien überwacht, um deren sichere Nutzung zu gewährleisten.

Werden Batterien unsachgemäß verwendet, können sie zu schweren Unfällen und Katastrophen wie Entzündung, Stromschlag oder Explosion führen.

Dieser Bereich, der auch als Batteriemanagementsystem (BMS) oder Batteriemanagementeinheit (BMU) bezeichnet wird, gewinnt im Zuge des jüngsten Trends zur Verwendung von Smartphones und Elektrofahrzeugen in Fahrzeugen zunehmend an Bedeutung. Das Batteriemanagement ist ein Bereich, der mit dem jüngsten Trend zur Verwendung von Smartphones und Elektrofahrzeugen in Fahrzeugen immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Batteriemanagements werden insbesondere für die Verwaltung von Batteriemodulen verwendet, die aus mehreren in Reihe geschalteten Batterien bestehen, während einzelne Batterien einzeln verwaltet werden und manchmal auch als Zellenmanagement bezeichnet werden.

Anwendungen des Batteriemanagements

Typische Anwendungen für das Batteriemanagement sind die Überwachung von Autobatterien und Batterieüberwachungsmodule für Lithium-Ionen-Batterien in Smartphones.

Lithium-Ionen-Batterien sind von allen Batterien die leistungsfähigsten, können aber bei unsachgemäßem Gebrauch schwere Unfälle verursachen.

Das Batteriemanagement wird insbesondere eingesetzt, um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zu gewährleisten und ihre Leistung zu maximieren. In letzter Zeit wird es aufgrund der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und Smartphones in vielen Anwendungen für das Management von Autobatterien eingesetzt.

Funktionsweise des Batteriemanagements

Die Funktionsweise des Batteriemanagements besteht darin, dass der eingebaute Batterieschutz-IC die Batterieeigenschaften jederzeit erkennt und die Batterieschaltkreise im Falle einer Anomalie abschaltet und so zu verbesserten Batterieeigenschaften und einer längeren Lebensdauer der Batterie beiträgt, indem er Ungleichgewichte zwischen den Batteriezellen unterdrückt.

Batterieschutz-ICs bestehen in der Regel aus vier Schaltkreisblöcken und erkennen z. B. Überladung, Überentladung, Überentladungsstrom und Überladungsstrom und haben die Funktion, die Batterie abzuschalten, wenn ein Problem erkannt wird.

Die Erkennung und Abschaltung dieser Elemente erfolgt hauptsächlich über ein Element, das als Komparator bezeichnet wird. Der jedem Element entsprechende Eingangswert wird zunächst in eine Spannung umgewandelt und mit einem in jedem Komparator festgelegten Referenzwert verglichen. Je nach Größe des Ergebnisses wird dann entschieden, ob die einzelnen Schaltkreise abgeschaltet werden sollen oder nicht, wodurch sichergestellt wird, dass die Spannung sowie die Entlade- und Ladeströme in der Batterie angemessen gesteuert werden, damit sie nicht zu stark ansteigen oder abfallen.

Es gibt auch eine Zellenausgleichsfunktion, die die einzelnen Batteriespannungen überwacht und ausgleicht, um eine Verringerung der effektiven Batteriekapazität aufgrund von Spannungsschwankungen zu vermeiden, die durch individuelle Unterschiede zwischen mehreren Batterien verursacht werden, was ebenfalls durch einen Komparator erreicht wird.

Weitere Informationen zum Batteriemanagement

1. Arten von Batterieschutzformaten

Bisher haben die Batterieschutz-ICs die Schutzschaltung hauptsächlich im so genannten Stand-alone-Format betrieben, bei dem ein Vergleich von Merkmalen wie Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Referenzwerts erfolgt.

Heutzutage werden jedoch Lithium-Ionen-Batterien in eine Vielzahl von elektronischen und industriellen Geräten mit mehreren Zellen eingebaut. Zu den Anwendungsbeispielen gehören kabellose Staubsaugerroboter und Drohnen, elektrische Fahrräder und Fahrräder mit Unterstützungsfunktionen sowie elektrische Elektrowerkzeuge.

Vor diesem Hintergrund sind Batterieschutz-ICs aufgetaucht, die keine eigenständigen Geräte sind, sondern einen eingebauten Mikrocontroller verwenden, um den Zustand mehrerer Zellen zu verwalten und eine detaillierte analoge Steuerung der optimalen Schutzart zu ermöglichen.

2. Batteriemanagement für Elektrofahrzeuge

Mit der jüngsten Umstellung auf EVs in Fahrzeugen erfordert das Batteriemanagement eine komplexere Steuerung. Neben den konventionellen 12-V-Bleibatterie-basierten Bordnetzen werden Lithium-Ionen-Batterien mit mehreren 100 V als Batterieäquivalent für den Fahrzeugmotor eingesetzt.

Bei Elektrofahrzeugen steht die Kapazität der Batterie in direktem Zusammenhang mit der Reichweite des Fahrzeugs, während der Wirkungsgrad der Batterie, der dem Kraftstoffverbrauch entspricht, direkt mit der Batteriespannung zusammenhängt. Daher hat jeder Hersteller seine eigene Methode zur Verbindung der Batteriezellen, und auch das Batteriemanagement erfordert fortschrittliche Technologie.

In der Welt der E-Fahrzeuge, in der die Situation von Zelle zu Zelle unterschiedlich ist, wirken sich die Genauigkeit der Daten und die Analysemethoden direkt auf die Reichweite des Fahrzeugs und die Lebensdauer der teuren Batterien aus, so dass die Hersteller (einschließlich der Start-ups) intensiv an technologischen Innovationen arbeiten, einschließlich der Einführung der drahtlosen Steuerung und des maschinellen Lernens (AI) für die Datenanalyse. Die Situation ist so, dass die Hersteller (einschließlich Start-ups) darum kämpfen, mit den neuesten technologischen Innovationen Schritt zu halten, einschließlich der Einführung der drahtlosen Steuerung und des maschinellen Lernens (KI) für die Datenanalyse.

Was ist ein Twin Timer?

Ein Twin Timer ist eine Art Zeitrelaisfunktion, bei der die Ein- und Ausschaltzeiten individuell eingestellt werden können.

Für Zeitrelais kann ein Flackerbetrieb eingestellt werden. Flackerbetrieb ist ein Verhalten, bei dem die Ein- und Ausschaltzeiten abwechselnd wiederholt werden, wenn eine Spannung oder ein Startsignal an das Relais angelegt wird.

Bei normalem Flackerbetrieb können nur eine EIN- und eine AUS-Zeit gemeinsam eingestellt werden, bei Zeitrelais mit Twin Timer Funktionalität können diese individuell eingestellt werden.

Anwendungen von Twin Timern

Twin Timer werden in elektronischen Geräten und Maschinen eingesetzt, die eine getrennte Einstellung von Ein- und Ausschaltzeiten erfordern. Typische Beispiele sind Lampen und Signalsäulen. Twin Timer werden auch in anderen Maschinen verwendet, die in regelmäßigen Abständen wiederholt ein- und ausgeschaltet werden müssen.

Zum Beispiel wird eine Lampe 5 Sekunden lang ein- und dann 3 Sekunden lang ausgeschaltet, oder ein Zahnrad wird 3 Sekunden lang gedreht und dann 5 Sekunden lang angehalten usw. Twin Timers werden verwendet, wenn die Geräte getrennte Ein- und Ausschaltzeiten benötigen.

Funktionsweise des Twin Timers

Das Innere eines Zeitrelais besteht aus vier Teilen: einem Eingangsteil, einem Zeitnehmungsteil, einem Stromversorgungsteil und einem Ausgangsteil.

Der Eingangsteil empfängt Signale vom Gerät und leitet sie an den Zeitmessteil weiter. Der Zeitmessungsteil misst die Zeit und gibt das Signal nach Ablauf einer bestimmten Zeit an den Ausgangsteil weiter. Der Ausgangsteil gibt dann das Signal an die verschiedenen Geräte aus. Das Netzgerät versorgt das Zeitrelais mit Spannung. Der Betrieb des Zeitrelais beginnt, wenn der Stromversorgungsteil des Zeitrelais eingeschaltet wird oder wenn ein Startsignal an den Eingangsteil gesendet wird, während die Versorgungsspannung anliegt.

Arten von Twin Timern

Neben dem Flackerbetrieb gibt es bei Zeitrelais noch andere Betriebsarten wie Einschaltverzögerung, Ausschaltverzögerung und Intervallbetrieb. Der Twin Timer ist eines dieser Zeitrelais, das im Flackerbetrieb arbeitet. Wenn das Zeitrelais auf Aus-Betrieb eingestellt ist, wiederholt es den Vorgang Aus/Ein/Aus, während es beim Ein-Betrieb den Vorgang Ein/Aus/Ein in umgekehrter Reihenfolge wiederholt.
　　　
Bei Twin Timers können die Ein- und die Aus-Zeit abwechselnd eingestellt werden, was das Zeitrelais veranlasst, ein Signal an den Ausgangsteil zu senden oder das Signal zu stoppen.

Zusätzliche Informationen über Twin Timer

Eine Zeitschaltuhr, die nach Ablauf einer vorgegebenen numerischen Zeit ein- und ausgeschaltet werden kann, wird als digitale Zeitschaltuhr bezeichnet. Es gibt die folgenden vier Arten von Twin Timern in digitalen Zeitschaltuhren.

Sie werden danach eingeteilt, ob sie über einen Stromrücksetzbetrieb und einen Stromhaltebetrieb für den Flackerstart bzw. den Flackerstart verfügen.

1. Toff-Modus

In diesem Modus beginnt die Zeitmessung bei der steigenden Flanke des Signaleingangs, während die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wiederholt sich bei AUS und EIN. Die Rücksetzung erfolgt, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird, und kann auch durch Eingabe eines anderen Rücksetzsignals als das der Stromversorgung oder durch Verwendung der Rücksetztaste am Gerät zurückgesetzt werden.

2. Ton-Modus

Dieser Modus beginnt ebenfalls mit der steigenden Flanke des Signaleingangs und wiederholt ON und OFF auf dieselbe Weise wie der oben beschriebene Toff-Modus, mit dem Unterschied, dass er immer bei ON beginnt.

Wie der Toff-Modus wird auch dieser Modus beim Ausschalten der Stromversorgung zurückgesetzt.

3. Toff-1 Modus

Wie der Toff-Modus beginnt dieser Modus mit der Zeitmessung bei der steigenden Flanke des Signaleingangs, während die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wiederholt OFF und ON.

Der Unterschied zum Toff-Modus besteht darin, dass die vorherige Zeit beibehalten wird, auch wenn die Stromversorgung abgeschaltet wird. Nach dem Wiedereinschalten der Stromversorgung beginnt die Zeitmessung mit dem Einschalten des Signaleingangs von vorne.

Eine Rückstellung ist durch Eingabe eines Rückstellsignals oder durch Betätigung der Rückstelltaste möglich.

4. Ton-1 Modus

In der Betriebsart toff-1 beginnt die Zeitmessung nach der steigenden Flanke des Signaleingangs mit ON und wiederholt ON und OFF.

Was ist ein Magnetfeldsensor?

Ein Magnetfeldsensor ist ein Sensor zur Erfassung des Erdmagnetismus (Geomagnetismus).

Es gibt zwei Typen: einen 2-Achsen-Typ, der die XY-Achse erfassen kann und einen 3-Achsen-Typ, der die XYZ-Achse erfassen kann. Der 2-Achsen-Typ ist auf ebenem Gelände problemlos einsetzbar.

Auf abschüssigem Gelände ist eine genaue geomagnetische Erfassung jedoch nur mit dem 3-Achsen-Typ möglich.

Anwendungen von Magnetfeldsensoren

Magnetfeldsensoren werden im Allgemeinen zur Richtungsbestimmung eingesetzt. Sie werden als elektronische Kompasse z. B. in GPS-Geräten für den Bergsport und in Smartphones und Kfz-Navigationssystemen eingebaut, um die Ausrichtung des Geräts auf einer Karte zu messen.

Der in Autos und anderen Fahrzeugen eingebaute 2-Achsen-Typ erfasst die XY-Achse, während für Flugzeuge und andere Fahrzeuge, die sich dreidimensional bewegen können, wie z. B. Nicken und Gieren, ein 3-Achsen-Typ erforderlich ist, der die XYZ-Achse erfasst.

Funktionsweise von Magnetfeldsensoren

Magnetfeldsensoren messen die magnetischen Kräfte in der X-Achse, der Y-Achse und bei 3-Achsen-Sensoren auch in Richtung der Z-Achse und berechnen den Azimut. Es gibt drei Arten von Magnetfeldsensoren Hall-Sensoren, MR-Sensoren (Magneto Resistance) und MI-Sensoren (Magneto Impedance) sind typische Beispiele:

1. Hall-Sensoren

Der magnetische Fluss, d. h. die senkrechte Komponente des Magnetfelds, übt eine elektromotorische Kraft auf das Hall-Element aus, die dann als geomagnetisches Feld gemessen wird. Mit Hilfe des Hall-Effekts wird die magnetische Flussdichte gemessen, die nach Durchlaufen einer Verstärkerschaltung eine zur magnetischen Flussdichte proportionale Spannung abgibt. Er zeichnet sich durch seine einfache Anwendung aus.

2. MR-Sensoren

Bei MR-Sensoren gibt der magnetische Fluss, d. h. die horizontale Komponente des Magnetfelds, einen Widerstand an das MR-Element ab, der dann als Erdmagnetismus wahrgenommen wird. Sie unterscheiden sich von Hall-Sensoren dadurch, dass die Größe des Erdmagnetfeldes anhand der durch das Magnetfeld verursachten Änderung des elektrischen Widerstands des MR-Elements gemessen wird.

Da sie eine höhere Empfindlichkeit und einen geringeren Stromverbrauch als Hall-Sensoren haben, werden sie häufiger verwendet und werden oft für geomagnetische Erfassungsanwendungen wie elektronische Kompasse, Motordrehung und Positionserfassungsanwendungen eingesetzt.

3. MI-Sensoren

MI-Sensoren verwenden Drähte aus einem speziellen Material, das keinen kristallinen Zustand aufweist, dem sogenannten amorphen Draht. Wenn ein gepulster Strom an den amorphen Draht in Gegenwart eines geomagnetischen Feldes angelegt wird, tritt der MI-Effekt auf und das geomagnetische Feld wird anhand der Änderung der magnetischen Impedanz erkannt. Der MI-Effekt ist mehr als 10 000-mal empfindlicher als ein Hall-Sensor, so dass selbst kleinste Änderungen des geomagnetischen Feldes mit hoher Präzision gemessen werden können.

Der MI-Effekt ist ein Phänomen, bei dem sich die Impedanz in einem externen Magnetfeld mit hoher Empfindlichkeit ändert, wenn ein hochfrequenter Strom an ein magnetisches Material angelegt wird, um einen Skin-Effekt zu erzeugen. Der MI-Sensor verwendet eine Aufnahmespule, die um den amorphen Draht gewickelt ist, um die Reaktion auf externen Magnetismus zu erkennen, wenn ein Impulsstrom angelegt wird.

Der Skin-Effekt ist ein Effekt, bei dem, wenn ein Hochfrequenzstrom durch einen Leiter fließt, die Stromdichte in der Nähe der Oberfläche des Leiters zunimmt und zum Inneren hin abnimmt.

Weitere Informationen zu Magnetfeldsensoren

1. Hall-Element

Hall-Elemente sind magnetische Sensoren, die sich den Hall-Effekt zunutze machen. Der Hall-Effekt bezeichnet das Phänomen, dass bei Anlegen eines Magnetfeldes senkrecht zu den Elektronen, die durch ein Material fließen, eine elektromotorische Kraft in der Richtung senkrecht zum Strom und zum Magnetfeld erzeugt wird.

Die geladenen Teilchen, aus denen der Strom besteht, sind unter dem Einfluss des Magnetfeldes Lorentz-Kräften ausgesetzt, die eine Vorspannung der Ladung in der Substanz verursachen. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Substanz eine Potenzialdifferenz erzeugt, die zu einer elektromotorischen Kraft führt.

2. MR-Sensorelement

MR-Sensorelemente sind magnetische Sensorelemente, die den magnetoresistiven Effekt (MR-Effekt) nutzen, ein Phänomen, bei dem sich der Widerstandswert ändert, wenn sich das Magnetfeld ändert, und das in magnetischen Materialien auftritt.

Elektronen haben zwei Spin-Zustände, genannt Up-Spin und Down-Spin. Wenn sich die Elektronen durch ein ferromagnetisches Material bewegen, schwankt die Streuungswahrscheinlichkeit innerhalb des magnetisierten Materials, wenn sich der Spin-Zustand des Elektrons nach oben oder unten ändert. Dies ist die Ursache für den MR-Effekt.

Was ist ein Schallpegelmesser?

Ein Schallpegelmesser ist ein Gerät zur Messung von Umgebungslärm und von Lärm, der von Maschinen ausgeht.

Bei der Lärmmessung muss berücksichtigt werden, wie der Mensch den Schall hört und nicht nur die Lautstärke gemessen werden. Daher wird zur Messung des Lärms der Lärmpegel verwendet, der durch Gewichtung des Schalldrucks von lauten oder unangenehmen Geräuschen berechnet wird.

Es gibt zwei Arten von Schallpegelmessern, die sich nach der Genauigkeit der Lärmmessung richten: gewöhnliche Schallpegelmesser und Präzisionsschallpegelmesser.

Anwendungen von Schallpegelmessern

Schallpegelmesser werden hauptsächlich in der Industrie eingesetzt.

Sie werden zur Messung von Maschinenlärm auf Baustellen und in Fabriken eingesetzt. Die zulässigen Lärmgrenzwerte sind gesetzlich festgelegt, und es ist notwendig, bei Bauarbeiten oder bei der Einführung neuer Maschinen zu überprüfen, ob die Lärmstandards eingehalten werden.

Außerdem muss beim Bau eines Hauses der Lärmpegel im Inneren des Hauses unter der Norm gehalten werden. Deshalb werden Schallpegelmesser eingesetzt, um den von den umliegenden Straßen und Zügen ausgehenden Lärm vor dem Bau zu messen.

Funktionsweise von Schallpegelmessern

Ein Schallpegelmesser besteht aus einem Mikrofon, einem verstärkenden Verstärker, einer Frequenzbewertungseinheit, einer Einheit zur Berechnung des Schallpegels und einer Anzeigeeinheit. Die Funktionsweise eines Schallpegelmessers lässt sich in die folgenden drei Schritte unterteilen:

1. Schallerfassung am Messort

Die Aufgabe des Mikrofons besteht darin, den Umgebungsschall aufzunehmen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Das Mikrofon verwendet eine Membran und misst die Frequenz über die Schwingungsdauer der Membran und den Schalldruck über die Schwingungsbreite. Das vom Mikrofon erzeugte elektrische Signal wird dann durch einen Verstärker verstärkt.
Je nach Messgenauigkeit des Mikrofons werden die Schallpegelmesser in zwei Typen unterteilt: gewöhnliche Schallpegelmesser und Präzisionsschallpegelmesser.

2. Frequenzgewichtung

Die Frequenzen der elektrischen Signale, die durch den Frequenzbewertungsabschnitt verstärkt werden, werden nach den Frequenzen gewichtet, die für Menschen leichter zu hören sind.

3. Berechnung des Geräuschpegels

Die Aufgabe des Geräuschpegelberechnungsteils besteht darin, den Geräuschpegel anhand der gewichteten Frequenzen und des Schalldrucks zu berechnen. Bei der Berechnung wird eine gleichmäßige Lautheitskurve verwendet.

Auswahl eines Schallpegelmessers 

Es gibt eine Vielzahl von Schallpegelmessern in einer Preisspanne von hundert bis zu mehreren tausend USD. Bei der Verwendung eines Schallpegelmessers ist es notwendig, ihn entsprechend der Anwendung auszuwählen.

1. Auswahl eines Präzisionsschallpegelmessers

Ein Präzisionsschallpegelmesser wird gewählt, wenn sehr zuverlässige Daten benötigt werden, z. B. in der universitären Forschung oder bei der Bewertung und Entwicklung von akustischen Geräten.
Präzisionsschallpegelmesser werden so hergestellt, dass sie Daten erfassen können, die von öffentlichen Einrichtungen wie Gerichten verwendet werden können. Die Messgenauigkeit liegt innerhalb von 0,7 dB und der Frequenzbereich reicht von 20 bis 12 500 Hz.
Es handelt sich um einen sehr leistungsfähigen Präzisions-Schallpegelmesser, der jedoch mit rund 2000 USD einen hohen Preis hat.

2. Auswahl eines gewöhnlichen Schallpegelmessers

Ein normaler Schallpegelmesser eignet sich für die Messung von Umgebungslärm in Fabriken und Wohnhäusern, obwohl er nicht genau genug sein muss, um bei einer öffentlichen Einrichtung eingereicht zu werden.
Der gewöhnliche Schallpegelmesser kann mit einer Messgenauigkeit von 1,5 dB und im Frequenzbereich von 20 bis 8000 Hz messen. Die meisten Produkte liegen preislich bei etwa 1000 USD.

3. Auswahl eines einfachen Schallpegelmessers

Ein einfacher Schallpegelmesser ist die beste Wahl, wenn Sie den Geräuschpegel als Richtwert überprüfen wollen.
Obwohl er in Bezug auf Genauigkeit und Frequenzbereich schlechter ist als die erstgenannten Geräte, kann er zu einem Preis ab unter 100 USD erworben werden und jeder kann den Geräuschpegel leicht messen.

4. Auswahl des Frequenzganges

Bei der Auswahl eines Schallpegelmessers ist es notwendig, den Frequenzgang zu berücksichtigen. Es gibt zwei Arten von Frequenzgang: A-Antwort und C-Antwort.
Bei der A-Bewertung werden die Frequenzen entsprechend der menschlichen Hörempfindlichkeit gewichtet. Sie ist für die Messung von Alltagslärm geeignet. Im Grunde basieren alle Produkte auf dem A-bewerteten Frequenzgang.
Die C-Antwort ist in jedem Frequenzband leicht zu erkennen. Wenn Sie z. B. Motorengeräusche genau messen wollen, wählen Sie ein Produkt mit der C-Antwort, die weniger vom Frequenzgang beeinflusst wird.

Weitere Informationen zu Schallpegelmessern

Verwendung eines Schallpegelmessers 

Das Wichtigste bei der Verwendung eines Schallpegelmessers ist der Effekt des reflektierten Schalls. Der Schall wird reflektiert, wenn er auf ein Objekt trifft. Daher sollte der Schallpegelmesser bei der Messung so weit wie möglich von der Wand entfernt aufgestellt werden. Idealerweise sollte der Abstand mindestens 3,5 m betragen.

Der Schallpegelmesser sollte auf einem Stativ oder ähnlichem befestigt werden, wobei das Mikrofon auf die Schallquelle gerichtet ist. Wenn die Person, die den Schallpegelmesser misst, diesen in der Hand hält, sollte sie ihn so weit wie möglich vom eigenen Körper entfernt halten, um zu vermeiden, dass der Schall vom Körper reflektiert wird.

Was ist eine Stromregeldiode?

Eine Stromregeldiode ist ein elektronisches Bauteil, das einen konstanten Stromfluss ermöglicht, wenn die Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Sie wird manchmal als CRD bezeichnet, abgeleitet von den Initialen ihres englischen Namens ‚Current Regulative Diode‘. Viele elektronische Geräte, wie z. B. LEDs, benötigen während des Betriebs einen konstanten Strom. CRDs werden in solchen elektronischen Geräten verwendet.

Stromregeldioden werden im Allgemeinen für relativ kleine Ströme verwendet, z. B. 1 mA bis 15 mA, aber es gibt auch Stromregeldioden, die große Ströme übertragen können, z. B. 500 mA. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass es während des Betriebs nicht zu einer Wärmeentwicklung und damit zu einer Beschädigung der Bauteile kommt.

Anwendungen von Stromregeldioden

Dioden sind grundlegende elektronische Bauteile, die in verschiedenen elektronischen Geräten verwendet werden. Einige elektronische Geräte benötigen einen konstanten Strom, der während des Betriebs weiterfließt. LEDs beispielsweise variieren ihre Leuchtkraft in Abhängigkeit von der Stromstärke, die durch sie fließt, so dass die Stromstärke, die durch den Stromkreis fließt, konstant gehalten werden muss, um die Lichtemission zu stabilisieren. Stromregeldioden werden in solchen stromgesteuerten elektronischen Bauteilen und Geräten verwendet. Stromregeldioden werden auch in Batterielade- und -entladeschaltungen sowie in Fehlerstromschutzschaltern eingesetzt.

Funktionsweise von Stromregeldioden

Die Stromkennlinie einer Konstantstromdiode ist im obigen Diagramm dargestellt: Von 0 bis zu einer bestimmten Spannung steigt auch der Strom einer Konstantstromdiode mit zunehmender Spannung. Sobald die Spannung jedoch einen bestimmten Bereich erreicht, wird der Stromwert konstant. Der Stromwert an diesem Punkt wird als ‚Pinch-Off-Strom‘ bezeichnet und ist einer der Werte, die die Eigenschaften von Stromregeldioden kennzeichnen.

Die Spannung, bei der ein Stromwert von 80 % des Pinch-Off-Stroms gegeben ist, wird als Schulterspannung bezeichnet und es muss eine höhere Spannung als die Schulterspannung angelegt werden, um einen konstanten Strom zu erhalten. Beachten Sie, dass, wie im obigen Diagramm dargestellt, auch eine Stromregeldode bei Anlegen einer größeren Spannung nicht konstant stromführend ist und der Strom mit steigender Spannung wieder zunimmt.

Wird eine Spannung angelegt, die den Konstantstrombereich überschreitet, wird die Diode beschädigt.

Arten von Stromregeldioden

Stromregeldioden können mit Spannungen von 1 V bis zu 100 V betrieben werden. Es gibt eine Vielzahl von Schwachstromdioden, darunter solche mit unterschiedlichen Pinch-off-Stromstärken und solche mit geringeren Schwankungen des Pinch-off-Stromwerts. Im Allgemeinen sind Konstantstromwerte von 1 mA bis 15 mA erhältlich. Andererseits werden auch Konstantstromdioden für hohe Ströme verkauft, die Konstantströme von 350 mA und 500 mA liefern können.

Beachten Sie, dass bei der Verwendung von Stromregeldioden darauf geachtet werden muss, dass während der Ansteuerung keine Wärme entsteht. Die Wärmeentwicklung hängt von der Größe des Produkts aus Spannung und Strom ab, was in einigen Fällen zu Schäden an der Stromregeldioden führen kann. Wenn mehrere Stromregeldioden mit unterschiedlichen Abschaltstromwerten angeschlossen werden, ist bei ihrer Verwendung besondere Vorsicht geboten, da sie möglicherweise nicht wie erwartet funktionieren oder das Gerät beschädigt werden kann, wenn die Schaltung nicht entsprechend konfiguriert ist.

Zusatzinformation: Arten von Dioden

Es gibt viele Arten von Dioden. Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über typische Dioden, die keine Stromregeldioden sind:

• Gleichrichterdioden
  Normalerweise verfügt jeder Haushalt über eine eigene Wechselstromversorgung, die für die Stromversorgung elektrischer und elektronischer Geräte verwendet wird. Mit Ausnahme von Glühlampen, Haartrocknern und anderen Geräten, die direkt mit Wechselstrom betrieben werden, sind dies die Dioden, die zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet werden. Gleichrichterdioden werden oft bei relativ hohen Spannungen eingesetzt, so dass die Durchlassspannung VF groß ist und einige von ihnen große Ströme verkraften können, aber die Dioden für hohe Ströme sind entsprechend groß und erfordern eine Wärmeabfuhr. Gleichrichterdioden werden häufig in Modulen für Vollwellen- und Brückengleichrichtung verwendet und sind auch als Vollwellen- und Brückenmodule erhältlich.
• Schaltdioden
  Es handelt sich um kleine Dioden, die vor allem in Schaltkreisen verwendet werden. Sie sind in Glas eingeschlossen und sehen verbleit aus. Da es sich um Schaltvorgänge handelt, ist die Rückerholungszeit kürzer als bei Gleichrichterdioden.
• Dioden mit konstanter Spannung
  Dioden werden normalerweise bei angelegter Vorwärtsspannung verwendet, während Stromregeldioden bei angelegter Rückwärtsspannung eingesetzt werden. Wenn eine Sperrspannung an eine Konstantspannungsdiode angelegt wird, beginnt der Strom bei einer bestimmten Spannung schnell zu fließen. Diese Spannung wird bei der Zenerspannung (Durchbruchsspannung) stabil und wird z. B. als Referenzspannung verwendet.
• Lichtemittierende Diode (LED)
  Jeder kennt die Leuchtdiode; Sie werden sich noch gut daran erinnern, dass 2014 ein Japaner den Nobelpreis für Physik für die Erfindung der blauen Leuchtdiode erhalten hat. Diese hat es ermöglicht, die drei Grundfarben des Lichts mit den bestehenden roten und grünen LEDs zu kombinieren, so dass farbige und weiße LEDs entstanden sind und die Einsatzmöglichkeiten von LEDs drastisch erweitert wurden. Dies ist eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der LEDs, aber die LEDs selbst sind schon seit einiger Zeit im praktischen Einsatz und werden regelmäßig in einer Vielzahl von Geräten als Stromversorgungsanzeigen, Betriebszustandsanzeigen usw. verwendet. Anzeigen für Stromversorgung EIN und balkenförmige LEDs für Signalpegel müssen nicht übermäßig hell sein, sondern nur visuell erkennbar, so dass ein Strom von 10 mA für den praktischen Einsatz ausreicht. Diese Art der Verwendung war mit kleinen Glühbirnen nicht möglich.

Andere Dioden sind Laser- und Fotodioden.

Was ist eine Universal-Leiterplatte?

Eine Universal-Leiterplatte ist eine Leiterplatte ohne festes Verdrahtungsmuster, im Gegensatz zu einer gedruckten Leiterplatte.

Universal-Leiterplatten können durch Einsetzen von Bauteilen in die Löcher auf der Platte montiert werden. Einige müssen gelötet werden, während andere als Breadboards bezeichnet werden, die nicht gelötet werden müssen und mehrfach verwendet werden können. Elektronische Bauteile können in die Löcher auf der Platine eingesetzt werden und die Verdrahtung kann einfach durch Löten erfolgen.

Anwendungen von Universal-Leiterplatten

Universal-Leiterplatten können für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, je nachdem, wie sie verwendet werden, da die Bauteile frei eingebaut und verdrahtet werden können. Im Gegensatz zu gedruckten Leiterplatten, die eine vordefinierte Verdrahtung und Platzierung von elektronischen Bauteilen aufweisen, werden Universalplatinen häufig für persönliche elektronische Arbeiten verwendet, da sie ein hohes Maß an Freiheit beim Einbau von Bauteilen in den gewünschten Positionen bieten. Sie sind auch in handelsüblichen Elektronikbaukästen enthalten.

Steht keine fertige Leiterplatte zur Verfügung, muss der Benutzer die Leiterplatte selbst entwerfen, wobei die Universal-Leiterplatte zur freien Gestaltung der Leiterplatte verwendet werden kann.

Funktionsweise von Universal-Leiterplatten

Universal-Leiterplatten lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: solche, die gelötet werden müssen, und solche, die nicht gelötet werden müssen (Breadboards). Bei ersteren wird eine Kupferfolie auf die Löcher geklebt, in denen die Bauteile auf der Leiterplatte angebracht sind. Die Bauteile werden an diesen Lötaugen durch Löten befestigt und mit den Lötaugen anderer Bauteile durch Kabel oder andere Mittel verbunden.

Es gibt zwei Arten von Lötaugen: solche mit Kupferfolie auf nur einer Seite und solche mit Kupferfolie auf beiden Seiten. Einige doppelseitige Lötaugen haben ein Durchgangslochverfahren, das eine noch größere Flexibilität bei der Gestaltung ermöglicht, da beide Seiten leitend sind.

Letztere haben einen zweischichtigen Aufbau mit einer Schicht mit Löchern zum Einsetzen von Bauteilen und einer Schicht mit Metallschienen zur Aufnahme der Verdrahtung. Da die Verdrahtung von der Anordnung der Metallschienen abhängt, ist sie weniger flexibel als solche, die gelötet werden müssen, kann aber durch einfaches Einsetzen und Entfernen von Bauteilen leicht montiert werden. Da kein Löten erforderlich ist, kann die Leiterplatte außerdem immer wieder verwendet werden.

Weitere Informationen zu Universal-Leiterplatten

1. Verdrahtungsmethoden

Die Verdrahtungsmethode einer Universal-Leiterplatte ist im Grunde frei, aber um Fehler zu vermeiden, platzieren Sie die Komponenten auf der Universal-Leiterplatte ungefähr wie im Schaltplan gezeigt (wählen Sie eine Universal-Leiterplatte, die für die Anwendung geeignet ist).

2. Einbau der Bauteile

Wenn Sie z. B. eine einzelne Stromversorgungsschaltung mit einem OP-Verstärker auf einer Universal-Leiterplatte realisieren, platzieren Sie in der Reihenfolge von links: Eingangspunkt → Eingangskopplungskondensator → Eingangsvorspannungsschaltung → invertierende Verstärkerschaltung mit einem OP-Verstärker → Ausgangskopplungskondensator → Ausgangspegel-Einstellschaltung → Ausgangspunkt.

Darüber hinaus wird eine horizontale Reihe oben auf der Platine als Stromversorgungsleitung und eine horizontale Reihe unten als GND-Leitung verwendet. Diese optisch übersichtliche Anordnung erleichtert das Auffinden des zu prüfenden Punktes bei der Fehlersuche oder Änderung der Schaltung.

3. Anschluss der Komponenten 

Für den Anschluss von Schaltungen können Bauteilanschlüsse (Bauteilfüße), verzinnter Draht oder hitzebeständig beschichteter Draht verwendet werden. Beim Löten müssen die Anschlussdrähte und Lötaugen gründlich vorgewärmt werden, um sicherzustellen, dass das Lot ausreichend geschmolzen ist. Achten Sie darauf, dass das Lötzinn nicht auf benachbarte Lötaugen gelangt und verwenden Sie Flussmittel, wenn sich das Lötzinn nicht gut verteilt.

Verdrahten Sie die Bauteile mit Bauteilanschlüssen und verzinnten Drähten miteinander. Da Bauteilanschlüsse und verzinnte Drähte leitfähig sind, sollten Sie die Anordnung der Bauteile und die Verdrahtung sorgfältig prüfen, damit sie nicht an unnötigen Stellen in Kontakt kommen. Wenn sich die Leitungen kreuzen, verwenden Sie hitzebeständig beschichtete Drähte, um elektrischen Kontakt zu vermeiden.

4. Handhabung der Bauteile

Achten Sie bei der Montage von bedrahteten Bauteilen auf einer Universal-Leiterplatte darauf, dass mindestens ein Loch vorhanden ist, damit die Bauteilanschlüsse nicht mehr als nötig gebogen werden. Bringen Sie Bauteile wie Transistoren, die eine Modellnummer oder andere Informationen auf dem Gehäuse tragen, so an, dass der Name des Bauteils zu erkennen ist. Wenn ein Verdrahtungsfehler gemacht wurde, verwenden Sie einen Lötentferner, um das Lot abzusaugen, entfernen Sie das Bauteil und korrigieren Sie es.

5. Schneiden von Universal-Leiterplatten

Die Größe der Universal-Leiterplatten wird vom Hersteller festgelegt und entspricht nicht der vom Benutzer gewünschten Größe. Sie lassen sich jedoch leicht zuschneiden:

1. Entscheiden Sie sich für die Größe und markieren Sie die Rückseite (Lötseite).
   Legen Sie sie mit der Rückseite nach oben auf eine Gummimatte oder eine ähnliche Unterlage, damit sie sich nicht bewegt.
2. Legen Sie ein Lineal auf die Markierung und schneiden Sie mit einem Cutter etwa 1/3 der Platte ab.
3. Schneiden Sie den ausgeschnittenen Teil mit einer Zange oder einem ähnlichen Werkzeug ab und falten Sie das Brett.
4. Bearbeiten Sie die Schnittfläche mit einer Feile oder Schleifpapier, bis keine Grate oder Lochreihen mehr zu sehen sind.

Der Grund für das Schneiden in die Rückseite der Platine ist, dass das Lötaugenmuster durchgeschnitten werden muss, um eine versehentliche Kontinuität zu verhindern. Beachten Sie, dass das Schneiden der Platine nach dem Löten nicht empfohlen wird, da es die Schaltkreise beschädigen und zu Verletzungen führen kann.