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Was ist eine Pin-Dioden?

Eine Pin-Diode ist eine Diode mit einem echten I-Typ-Halbleiter mit hohem elektrischen Widerstand zwischen dem P-Typ- und dem N-Typ-Halbleiter und einer breiten Verarmungsschicht.

Die breitere Verarmungsschicht verbessert das Ansprechverhalten. Aufgrund des hohen Widerstands des zentralen I-Typ-Halbleiters hat sie die niedrigste Anschlusskapazität aller Dioden; die Durchlassspannung ist fast die gleiche wie bei einer PN-Diode.PIN-Dioden werden als variable Widerstände verwendet, insbesondere bei hohen Frequenzen, da sich ihr Widerstand mit dem fließenden Strom ändert. Sie können auch als Kondensatoren verwendet werden, wenn eine Sperrspannung angelegt wird.

Verwendungen von Pin-Dioden

PIN-Dioden zeichnen sich durch eine geringe Kapazität zwischen den Anschlüssen, einen niedrigen Serienwiderstand und hohe Frequenzen aus. Sie werden daher zum Schalten von Hochfrequenzsignalen, einschließlich Mobiltelefonen, verwendet, da sie die Hochfrequenz-Kommunikationsleitungen weniger beeinträchtigen können. Sie werden auch als variable Widerstände in Bandschaltungen, AGC-Schaltungen und Empfangsdämpfungsgliedern verwendet, da sich ihr Widerstand in Abhängigkeit vom Strom ändert. Sie wirken auch als Kondensatoren, wenn eine Sperrspannung angelegt wird.

Prinzip der Pin-Dioden

1. Wenn eine Vorwärtsspannung an eine Pin-Diode angelegt wird

Wenn eine Vorwärtsspannung an eine Pin-Diode angelegt wird, bewegen sich Löcher aus dem P-Typ-Halbleiter und Elektronen aus dem N-Typ-Halbleiter, um sich im I-Typ-Halbleiter zu treffen und zu rekombinieren, wo die angelegte Spannung bewirkt, dass sich die Elektronen und Löcher sehr schnell bewegen, was den Stromfluss erleichtert. Die aus den P- und N-Halbleitern wandernden Löcher und Elektronen treffen im I-Halbleiter zusammen, wodurch sich der Widerstand ändert. Mit anderen Worten: Der Widerstand ändert sich in Abhängigkeit von der Spannung, so dass das Bauelement als variabler Widerstand verwendet werden kann, indem die Spannung gesteuert wird.

Im Vergleich zu Halbleitern vom PN-Typ, die keinen Halbleiter vom I-Typ aufweisen, haben Pin-Dioden eine bessere Leistung, da sie Ladungsträger wie Löcher und Elektronen besser speichern können.

2. Wenn eine Sperrspannung an eine Pin-Diode angelegt wird

Wird dagegen eine Sperrspannung angelegt, sammeln sich Löcher und Elektronen auf den jeweiligen Oberflächen der P- und N-Halbleiter, und der I-Halbleiter wird zu einem Dielektrikum und wirkt als Kondensator.

Weitere Informationen über PIN-Dioden

1. Leitfähigkeitsmodulation in PIN-Dioden

Unter Leitfähigkeitsmodulation versteht man die Änderung des Widerstands, die dadurch verursacht wird, dass Ladungsträger in eine hochohmige Schicht fließen, wenn diese vorgespannt wird.

Die I-Schicht, die zwischen der P- und der N-Schicht liegt, besteht aus Elementen mit vierwertiger Valenz, wie Silizium (Si) und Germanium (Ge). Als reine Halbleiter, die keine anderen Elemente enthalten, werden sie als echte Halbleiter bezeichnet und sind durch stabile kovalente Bindungen mit acht Elektronen gebunden, was sie zu isolierenden Schichten macht, in denen keine Elektronenübertragung möglich ist.

Wenn sie jedoch in einer Pin-Diode in Durchlassrichtung vorgespannt sind, fließen Löcher aus der P-Schicht und Elektronen aus der N-Schicht, und die I-Schicht wird hochdotiert. Infolgedessen kommt es zu einer Leitfähigkeitsmodulation, und die I-Schicht, die einen hohen Widerstand hatte, wird zu einem niedrigen Durchlasswiderstand, wenn der Strom in Durchlassrichtung fließt.

2. Schalten mit PIN-Dioden

PIN-Dioden werden auch in Hochfrequenzschaltern eingesetzt. Im Niederfrequenzbereich gibt es auch mechanische Schalter, während bei hohen Frequenzen Koaxialrelais und Halbleiterschalter eingesetzt werden. In den letzten Jahren wurden sie aufgrund der weiten Verbreitung von LAN-Kommunikationssystemen und Radarsystemen in Fahrzeugen auch als MMIC-Schalter im Millimeterwellenbereich eingesetzt.

Das Prinzip von PIN-Dioden-Schaltkreisen besteht darin, dass bei Vorwärtsspannung ein Hochfrequenzsignal und bei Rückwärtsspannung kein Hochfrequenzsignal ausgegeben wird. In der Produktpalette gibt es sowohl reflektierende als auch absorbierende Typen. Reflektierende Schalter übertragen hochfrequente Leistung, wenn sie in Sperrichtung vorgespannt sind, und reflektieren sie, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Absorbierende Schalter haben ein niedriges Stehwellenverhältnis (VSWR) und einen geringen Signalverlust im ein- und ausgeschalteten Zustand.

3. Vor- und Nachteile von PIN-Dioden-Schaltern

Im Allgemeinen sind PIN-Dioden-Schalter in Bezug auf Schaltgeschwindigkeit und Kompaktheit überlegen, haben aber den Nachteil eines hohen Stromverbrauchs.

Der Grund für den hohen Stromverbrauch liegt in der Notwendigkeit einer hohen Vorspannung, um die Einfügeverluste gering zu halten. Um diesen Nachteil auszugleichen, wurde ein optischer Schalter namens MEMS (Micro Electro Mechanical System) für den Millimeterwellenbereich entwickelt, der sich auf dem heutigen Markt immer mehr durchsetzt.

Was ist ein Led-Treiber?

Ein Led-Treiber ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der LEDs stabil ansteuert und sicher kontrolliert.

Led-Treiber geben je nach Stromstärke unterschiedlich viel Licht ab, und die Stromstärke variiert je nach Farbe, so dass eine stabile Ansteuerung eine sehr genaue Stromregelung erfordert.

Aus diesem Grund ist die Steuerung mit Hilfe eines Konstantstromkreises sehr wichtig, und dies ist die Hauptfunktion des Led-Treibers.

Verwendungszwecke von Led-Treibern

Wie der Name schon sagt, werden Led-Treiber für die Ansteuerung und Kontrolle von LEDs verwendet. In den letzten Jahren wurden jedoch viele Led-Treiber auch für Beleuchtungsanwendungen verkauft, da LEDs mit ihrem geringen Stromverbrauch und ihrer langen Lebensdauer die erste Wahl für Beleuchtungskörper anstelle von Leuchtstofflampen geworden sind.

Beleuchtungskörper erfordern häufig eine Helligkeitseinstellung, und eine strenge Stromregelung ist für Led-Treiber besonders wichtig. Heutzutage gibt es viele Gründe für die Umstellung auf LEDs für Beleuchtungszwecke, um die Energieeinsparung zu fördern, wie z. B. die SDGs, die auch hocheffiziente Beleuchtung erfordern.

LEDs werden auch als Anzeigelampen in Haushaltsgeräten und Automobilen verwendet, und es werden LED-Treiber für diese Anwendungen entwickelt.

Das Prinzip von Led-Treibern

Led-Treiber steht für Light Emitting Diode (Leuchtdiode) und bezieht sich auf ein Halbleiterelement, das Licht aussendet, wenn eine Vorwärtsspannung an den PN-Übergang angelegt wird. Der Led-Treiber verfügt über eine im IC integrierte Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Stroms sowie, je nach Produkt, über eine PWM-Steuerschaltung und eine SPI- oder I2C-Schnittstelle.

Im Allgemeinen variiert die von LEDs emittierte Lichtmenge mit der Höhe des angelegten Stroms, aber LEDs ändern auch ihre Emissionsfarbe (Emissionswellenlänge) in Abhängigkeit vom Stromwert. Darüber hinaus kann ein zu hoher Strom die Lebensdauer des Geräts erheblich beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, den optimalen Stromwert für die eingesetzte LED unter Berücksichtigung der Lichtstärke, des Farbtons und der Lichtausbeute entsprechend den Leuchteigenschaften der LED genau zu steuern, wozu LED-Treiber eingesetzt werden.

Led-Treiber können mit einer Kombination aus diskreten Zenerdioden, MOSFETs usw. für einzelne Funktionen konfiguriert werden, aber wenn mehrere LEDs in Reihe oder parallel geschaltet sind und LEDs verschiedener Emissionsfarben mit unterschiedlichen optimalen Stromwerten in Kombination betrieben werden sollen, werden ICs eingesetzt, um die erforderlichen Spezifikationen zu erfüllen. Der LED-Treiber wird verwendet, um die erforderlichen Spezifikationen zu erfüllen.

Weitere Informationen zu Led-Treibern

1. Treiberformat von Led-Treibern

Bei Led-Treibern gibt es verschiedene Treiberformate, wie z. B. lineare und Step-up/Step-down-Typen.

Linearer Typ
Dieser Schaltungstyp enthält keinen DCDC-Wandler und verwendet MOSFETs und Widerstände für die Konstantstromregelung. Die Einzelfunktion ermöglicht eine Miniaturisierung und Kostenreduzierung, hat aber den Nachteil hoher MOSFET-Verluste bei hohen Eingangsspannungen.

Step-up/Step-down-Typ
Dieser Schaltungstyp ermöglicht einen hocheffizienten Betrieb durch Unterdrückung des Verlustanstiegs während der Step-up- und Step-down-Funktionen, was auch für eine Erhöhung der Anzahl der LED-Stufen genutzt werden kann. Da die Schaltung jedoch komplex und die Kosten hoch sind, werden je nach Anwendung auch häufig Led-Treiber eingesetzt, die nur Boost oder Buck unterstützen.

2. PWM-Steuerung

Die PWM-Steuerung ist bei Led-Treibern zum Dimmen weit verbreitet. Der Grund dafür ist, dass die Methode der Anpassung des Gleichstromwerts des Treibers das Problem der Wärmeentwicklung aufgrund der verringerten Effizienz und der mit den Stromänderungen verbundenen Wellenlängenänderungen (Änderungen der Emissionsfarbe) mit sich bringt.

Bei PWM-gesteuerten Treibern kann die Scheinspannung durch Anpassung der Breite des Rechteckimpulses (Tastverhältnis) variiert werden, und beim Dimmen tritt kein Leistungsverlust auf. Bei solchen Treibern wird die Dimmung der LEDs oft mit einem halbfesten Widerstand durchgeführt. Wenn man den halbfesten Widerstand entfernt und durch ein Volumen ersetzt, kann man einen Led-Treiber realisieren, der mit dem Volumen eingestellt werden kann.

Die Helligkeit von LEDs ist proportional zum Tastverhältnis des Impulses, aber wenn der EIN/AUS-Zyklus zu langsam ist, kann dies vom menschlichen Auge erkannt werden und zu einem Flackern der Beleuchtung führen. Daher muss auf die eingestellte Frequenz der PWM-Steuerung geachtet werden.

3. Serielle Schnittstelle

In Haushaltsgeräten und Kfz-Instrumententafeln werden häufig mehrere verschiedenfarbige LEDs verwendet. Je nach Art und Anzahl der anzusteuernden LEDs kann der IC-Anschluss schwierig sein, wenn nur analoge Signale für EIN/AUS und Vorspannungswerte ausgetauscht werden. In solchen Fällen werden serielle Schnittstellen mit digitaler Steuerung über wenige Drähte, wie SPI oder I2C, verwendet.

Zu den Led-Treibern mit serieller Schnittstellenfunktionalität gehören sowohl große Produkte, die mehrere hundert LEDs gleichzeitig steuern können, als auch Produkte, die die Helligkeit einzelner Kanäle steuern und diagnostizieren können.

Was ist ein Kfz-Relais?

Kfz-Relais sind buchstäblich Relais, die für die Steuerung elektrischer Komponenten in Fahrzeugen konzipiert sind.

Es gibt eine große Anzahl von Kfz-Relais für unterschiedliche Anwendungen. Da der Aufbau der elektrischen Schaltkreise von Automobilhersteller zu Automobilhersteller unterschiedlich ist, werden verschiedene Relais nach den Normen des Automobilherstellers und für unterschiedliche Belastungen hergestellt und verkauft.

Seit kurzem ist es möglich, bei der Reparatur elektrischer Komponenten im Falle einer Fahrzeugpanne das defekte Kfz-Relais im Stromkreis Modul für Modul auf einen Schlag auszutauschen, um eine schnelle Reparatur zu ermöglichen.

Verwendungszwecke von Kfz-Relais

Kfz-Relais werden als Relais in elektrischen Schaltkreisen zur Fahrzeugsteuerung eingesetzt. Es gibt viele Arten von Kfz-Relais, darunter Relais zur Steuerung von Lampen wie Scheinwerfern und Rücklichtern sowie Motorsteuerungsrelais zur Betätigung von Fensterhebern und Außenspiegeln.

Sie sind auch ein wesentlicher Bestandteil der elektrischen Schaltkreise in Fahrzeugen, wie z. B. Relais zur Steuerung von Klimaanlagen und Heckscheibenheizungen und solche, die in Schaltkreisen zum Laden der Batterie verwendet werden.

Merkmale von Kfz-Relais

Der allgemeine Aufbau eines Kfz-Relais ist einfach und besteht aus einem Elektromagneten mit einer Lackdrahtspule, die um einen Eisenkern gewickelt ist, einem beweglichen Kontakt und einem festen Kontakt.

Im Grunde gibt es keine besondere Struktur wie bei einem Steuerrelais, aber bei der Konstruktion wurde auf Gewichtsreduzierung, Vibrationsfestigkeit und Haltbarkeit geachtet. Das Gewicht eines Fahrzeugs wirkt sich auf den Kraftstoffverbrauch und die Fahrleistung aus. Obwohl einzelne Kfz-Relais leicht sind, wird in einem Fahrzeug eine große Anzahl von Kfz-Relais verwendet, weshalb es wichtig ist, ihr Gewicht zu reduzieren.

Im Gegensatz zu elektrischen Haushaltsgeräten sind die elektrischen Komponenten in Kraftfahrzeugen außerdem ständig den Vibrationen von Fahr- und Benzinmotoren ausgesetzt. Um die Lebensdauer des Fahrzeugs zu erhöhen, werden Relais mit ausgezeichneter Vibrationsfestigkeit und Haltbarkeit eingesetzt.

Ein weiterer Vorteil ist das geringe Betriebsgeräusch. Kfz-Relais, die für die Steuerung von Motoren, z. B. für die Betätigung von elektrischen Fensterhebern, verwendet werden, sind oft klein und geräuscharm konstruiert. Ein weiteres Merkmal ist, dass sie so konstruiert sind, dass sie die Anforderungen der einzelnen Fahrzeughersteller erfüllen und somit für die Massenproduktion geeignet sind.

Arten von Kfz-Relais

Es gibt verschiedene Arten von Kfz-Relais, je nach ihrer Funktionsweise.

1. Scharnierrelais

Die vom Elektromagneten erzeugte elektromagnetische Kraft zieht ein Eisenstück (beweglicher Kontakt) an, das den Kontakt ein- und ausschaltet. Bei dem in Abb. 1 dargestellten Relais wird bei Erregung des Elektromagneten der Eisenstreifen (beweglicher Kontakt) vom Elektromagneten angezogen, wodurch der Kontakt a ein- und der Kontakt b ausgeschaltet wird. Wenn der Strom abgeschaltet wird, bringt die Rückstellkraft der Rückstellfeder den Eisenstreifen in seine ursprüngliche Position zurück, der a-Kontakt wird ausgeschaltet und der b-Kontakt wird eingeschaltet.

2. Stößelrelais

Wenn der Stößel durch elektromagnetische Kraft angezogen und in die Spule eingeführt wird, wird auch auf der Stößelseite eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die zu einer starken Anziehungskraft führt. Durch diesen Mechanismus kann der Stößel einen großen Weg zurücklegen, wodurch die Steuerung großer Relaiskontakte möglich wird.

Ein Beispiel für die Anwendung ist das unten abgebildete EV-Relais (SMR). Bei Reed-Relais basiert die Kontaktkonstruktion auf einem Paar magnetischer Zungen. Eine Spule ist um ein Glasrohr gewickelt, das die Leitungen bewegt und die Kontakte ein- und ausschaltet.

Relais für Elektrofahrzeuge (SMR)
Zu den Kfz-Relais gehören auch Relais für Elektrofahrzeuge. Diese Relais werden als SMR (System-Hauptrelais) bezeichnet und in den Hochspannungskreislauf auf dem Weg von der Hochspannungsbatterie des Fahrzeugs zum Antriebsumrichter und anderen Geräten eingefügt und schalten die Netzspannung ein und aus.

Im Falle einer Fahrzeugkollision wird das SMR so gesteuert, dass es die Hochspannungsbatterie abtrennt, um Sekundärkatastrophen wie Stromschläge usw. zu verhindern. Relais für Elektrofahrzeuge müssen in der Lage sein, Hochspannungsgleichstrom in kurzer Zeit zu unterbrechen, und sie müssen kompakt und leicht sein.

Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach EV-Relais in Zukunft weiter steigen wird, da Länder auf der ganzen Welt daran arbeiten, umweltfreundliche Fahrzeuge vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und anderer Faktoren zu entwickeln, die zur Verwirklichung einer dekarbonisierten Gesellschaft beitragen.

Weitere Informationen über Kfz-Relais

Der Markt für Kfz-Relais

Relais werden in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, von der FA bis hin zu Verbraucher- und Automobilanwendungen. In jüngster Zeit hat die Nachfrage nach Öko-Autos wie Plug-in-Hybriden und Elektrofahrzeugen zugenommen, was zum Teil auf die von Premierminister Kan propagierte dekarbonisierte Gesellschaft zurückzuführen ist. Es wird daher erwartet, dass der Markt für elektronische Komponenten für die Automobilindustrie mittel- bis langfristig wachsen wird.

Insbesondere die Nachfrage nach Kfz-Relais nimmt weltweit zu, da sie zur Elektrifizierung von Fahrzeugen beitragen. Die Größe des globalen Marktes für Kfz-Relais wird für 2017 auf 12,39 Milliarden USD geschätzt. Es wird erwartet, dass er bis 2022 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 6,2 % wächst und bis 2022 16,7 Mrd. USD erreicht.

Was ist ein Lock-In-Verstärker?

Ein Lock-In-Verstärker ist ein Gerät mit einer Schaltung, die in der Lage ist, ein Komponentensignal mit einer bestimmten Frequenz aus einem Eingangssignal zu extrahieren.

Lock-In-Verstärker entfernen das Rauschen, indem sie ein Referenzsignal und ein Eingangssignal mit einem Mischer im Gerät multiplizieren und dann ein Signal mit der gewünschten spezifischen Frequenz mit Hilfe eines Tiefpassfilters extrahieren. Dabei wird ein gerätespezifischer Wert, die so genannte Zeitkonstante, eingestellt, und je größer die Zeitkonstante ist, desto geringer sind die Schwankungen im Ausgangssignal.

Anwendungen von Lock-In-Verstärkern

Lock-In-Verstärker werden häufig im Bereich der Optik eingesetzt, insbesondere bei spektroskopischen Messungen. Manchmal werden sie auch in Kombination mit Mikroskopen verwendet. Lock-in-Verstärker werden insbesondere bei Experimenten eingesetzt, bei denen schwache Signale erfasst werden, z. B. bei astrophysikalischen Messungen wie astronomischen Beobachtungen oder bei spektroskopischen Messungen von dünnen Schichten in der Größenordnung von Nanometern.

Bei Messungen, bei denen das von der Probe stammende Signal schwach ist, z. B. bei dünnen Filmen mit einer Dicke von weniger als ein paar hundert Nanometern, ist ein Gerät wie ein Lock-In-Verstärker, der das Signal verstärkt und das Rauschen entfernt, unerlässlich. Weitere Anwendungen sind die Fluoreszenzmikroskopie und die Mikroskopie mit Raman-Spektroskopie sowie die Sondenmikroskopie wie die Rasterkraftmikroskopie.

Funktionsweise von Lock-In-Verstärkern

Die Funktionsweise eines Lock-In-Verstärkers ist eine schaltungsbasierte Signalverarbeitung, bei der das Eingangssignal durch einen Vorverstärker verstärkt und dann durch einen Mischer mit einem Referenzsignal und einem Tiefpassfilter multipliziert wird, um überschüssige Rauschkomponenten zu entfernen und so das gewünschte spezifische Frequenzsignal aus dem Eingangssignal zu erkennen.

Im Lock-In-Verstärker werden das Eingangs- und das Referenzsignal miteinander multipliziert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das als Summe oder Differenz der Frequenzen von Eingangs- und Referenzsignal ausgedrückt wird. Wenn Vi=Acos(ωit+Φ) für das Eingangssignal und Vr=Bcosωrt für das Referenzsignal, ist die Frequenz des Ausgangs proportional zu {cos[(ωi-ωr)t+Φ]+cos[(ωi+ωr)t+Φ]}.

Da der Lock-In-Verstärker jedoch als Tiefpassfilter fungiert, ist die einzige verbleibende Komponente das Signal mit ωi-ωr nahe Null. Mit anderen Worten, indem das Signal durch einen Lock-In-Verstärker geleitet wird, kann nur das Eingangssignal extrahiert werden, dessen Frequenz nahe an der des Referenzsignals liegt, und zufällige Komponenten wie Rauschen können entfernt werden.

Als Referenzsignal für den Lock-In-Verstärker wird häufig eine Sinuswelle verwendet. Um die Schaltung zu vereinfachen und die Kosten zu senken, wird manchmal eine Rechteckwelle als Referenzsignal verwendet, aber in solchen Fällen ist die Rauschunterdrückung schlechter als bei einer Sinuswelle.

Weitere Informationen über Lock-In-Verstärker

1. Zeitkonstanten und Rauschen von Lock-In-Verstärkern

Lock-In-Verstärker haben eine so genannte inhärente Zeitkonstante. Die Zeitkonstante ist hier ein Wert, der als Produkt aus dem Widerstand eines an den Stromkreis angeschlossenen Widerstands und der Kapazität eines Kondensators ausgedrückt wird. Die Größe des Rauschens am Ausgang eines Lock-In-Verstärkers ist proportional zum Kehrwert der Zeitkonstante, d. h. je größer die Zeitkonstante ist, desto geringer ist das Rauschen im Ausgangssignal. Typische Zeitkonstanten liegen zwischen 10 Millisekunden und 10 Sekunden, während die Zeitkonstante eines Geräts, das eine digitale Verarbeitung durchführt, etwa 1000 Sekunden beträgt.

Lock-In-Verstärker werden durch das Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-Rausch-Verhältnis in dB) beeinflusst, das ein Maß für den Rauschpegel des Eingangssignals ist. Der Rauschpegel des Eingangssignals muss beachtet werden, da sich die Messgenauigkeit des Lock-In-Verstärkers verschlechtert, wenn in der Vorstufe ein Verstärker mit einem schlechten Rauschpegel verwendet wird.

2. Was ist ein Chopper?

Ein Chopper ist ein Gerät, das Flügel in einem festen Zyklus rotieren lässt. Hochempfindliche Messungen, bei denen ein Lock-in-Verstärker und ein Chopper kombiniert werden, können als eine der häufigsten Methoden bei Spektralmessungen bezeichnet werden.

Durch die Platzierung des Choppers im Strahlengang eines kontinuierlichen Lichtstrahls wird das Licht blockiert, wenn sich die Lamelle im Strahlengang befindet, und das Licht wird durchgelassen, wenn sich die Lamelle nicht im Strahlengang befindet, wodurch das gemessene Licht in ein Signal mit konstanter Periode umgewandelt wird. Bei Messungen an Kristallen mit einem großen Absorptionskoeffizienten oder an Lichtwellenleitern mit großen Ausbreitungsverlusten wird das Messlicht von der Probe stark absorbiert, was die Intensität des detektierbaren Lichts verringert und den relativen Rauscheffekt erhöht.

Bei solchen Messungen ist es effektiver, einen Lock-In-Verstärker und einen Chopper zusammen zu verwenden. Durch Modulation eines Signals mit geringem Rauschen und hoher Frequenz mit einem Chopper oder Modulator und dessen effiziente Demodulation mit einem Lock-In-Verstärker kann ein rauscharmes Signal mit der ursprünglichen Frequenz erhalten werden.

3. Digitale Lock-in-Verstärker

Die heutigen Lock-In-Verstärker werden aufgrund ihrer Frequenzerweiterung immer mehr zu digitalen Verstärkern. Ein Referenzsignal mit einem ausgezeichneten Signal-Rausch-Verhältnis und ein steiler Tiefpassfilter sind für die Verbesserung der Leistung von Lock-In-Verstärkern unerlässlich, und digitale Lock-In-Verstärker sind so konfiguriert, dass sie diese Anforderungen erfüllen.

Durch den Einsatz einer PLL (Phase Locked Loop) zur internen Erzeugung einer neuen digitalen Sinuswelle, die mit der Frequenz und Phase eines externen Referenzsignals übereinstimmt, werden Verzerrungen und Fremdgeräusche unterdrückt, und es steht ein Referenzsignal mit einem hervorragenden Signal-Rausch-Verhältnis zur Verfügung. Steile Filtercharakteristiken können auch durch die Verwendung eines mehrstufigen digitalen Tiefpassfilters erreicht werden. Mit der Einführung dieses digitalen Lock-in-Verstärkers können nun Hochfrequenzmessungen bis zu 600 MHz durchgeführt werden.

Was ist Pcb-Entwurf?

Der Begriff Pcb-Entwurf bezieht sich auf den Entwurf von Leiterplatten (Printed Circuit Board, PCB), wobei PCB direkt mit gedruckter Schaltung übersetzt werden kann. Eine gedruckte Schaltung ist eine so genannte strukturierte Leiterplatte, bei der Kupfer auf eine Leiterplatte aus Materialien wie Glas (Glasepoxid), Fasern (Komposit) oder Papierphenol aufgebracht und dann mit einem Lösungsmittel, dem so genannten Ätzen, geätzt wird, so dass nur die Kupferfolie im Schaltungsteil übrig bleibt.

Mit anderen Worten: Der Pcb-Entwurf ist der detaillierte Entwurf des Musters und des Lagenaufbaus auf einer Leiterplatte, zusammen mit den zu platzierenden Chipkomponenten wie ICs und LCRs, unter Verwendung spezieller Schaltpläne, Simulatoren, Verdrahtungslayouts und CAD-Tools für elektromagnetische Felder, Wärmeentwicklung und Spannungsanalyse.

Anwendungen des Pcb-Entwurfs

Der Pcb-Entwurf wird in praktischen Anwendungen in Form von Leiterplatten (PCBs) eingesetzt, die in elektrischen Geräten wie Klimaanlagen, Kühlschränken und Fernsehgeräten verwendet werden. Die Werkzeuge, mit denen die Leiterplatte als eine in das Produkt eingebaute elektronische Platine realisiert wird, sind spezielle CAD-Schaltpläne und CAD-Designs für Leiterplattenmuster.

Das Entwurfsverfahren umfasst in der Regel den Entwurf einer elektronischen Schaltung, die Umwandlung der Schaltung in eine tatsächlich verwendete Komponentenliste und dann die Realisierung einer Kupferfolienmusterschaltung auf der Leiterplatte in Form eines Musters der Schaltung und der montierten Komponenten.

Grundsätze des Pcb-Entwurfs

Um die Prinzipien des Pcb-Entwurfs zu erklären, muss man die Prinzipien der Leiterplatten verstehen, die, wie bereits erwähnt, aus isolierenden, nicht elektrisch leitenden Materialien wie Glas, Fasern oder Papier bestehen, auf denen eine elektrisch leitende Kupferfolie angebracht ist. Die Leiterplatte wird durch Ätzen der Kupferfolie hergestellt, außer an den Stellen, an denen Strom geleitet werden soll.

Der Pcb-Entwurf selbst ist die Information, die benötigt wird, um die Musterschaltung auf der Leiterplatte zu bilden, und die konkretisiert, wie das Muster auf der Leiterplatte zu realisieren ist. Die Informationen zum Musterentwurf, die die Hauptinformationsquelle darstellen, wurden auch im Verwendungszweck beschrieben, aber der erste Schritt ist die elektronische Schaltung, um die gewünschten Funktionen des Produkts zu realisieren.

Ohne diesen Schaltplan kann nichts beginnen. Nachdem der Schaltplan und die montierten Komponenten wie ICs und Chip-Bauteile im CAD erstellt und registriert wurden, werden die Schaltplaninformationen in ein spezielles CAD-System für den Entwurf von Leiterplattenmustern eingegeben. Diese Arbeit wird in der Regel von Mitarbeitern, die sich mit dem Entwurf von Mustern befassen, oder von Unterauftragnehmern erledigt.

Der Leiterplattendesigner gibt die erforderlichen Informationen an die zuständige Person weiter, und die Mindestinformationen, die zu diesem Zeitpunkt benötigt werden, sind die Abmessungen der Leiterplatte, die Lochdurchmesser, die Dicke der Leiterplatte und der Kupferfolie sowie die Platzierung der montierten Komponenten, die im Voraus festgelegt werden müssen. Dies sind die wichtigsten Grundsätze des Pcb-Entwurfs.

Weitere Informationen zum Pcb-Entwurf

1. Regeln für das Leiterplattendesign

Die Regeln für das Leiterplattendesign sind die Regeln, die für den Entwurf des Verdrahtungsmusters der Leiterplatte erforderlich sind. Die eigentliche Regel besteht darin, dass Sie sich zunächst für den Typ der Leiterplatte entscheiden müssen. Der Leiterplattentyp ist die Anzahl der Schichten auf der Leiterplatte, die so genannten Lagen.

Was ist Ferngesteuerte IO?

Remote I/O ist ein Gerät zur Fernsteuerung von Mess-, Eingabe- und Steuergeräten in Fabriken und anderen Einrichtungen.

Da es über ein Netzwerk verwendet wird, sind keine komplizierten Verdrahtungseinstellungen erforderlich und es ist effektiv bei der Reduzierung von Störungen, die durch den Datentransport über große Entfernungen verursacht werden. Diese Produkte sind heute in einer Vielzahl von Fabriken weit verbreitet, in denen die Fabrikautomatisierung mit IoT und anderen Technologien voranschreitet, um die Arbeitskosten zu senken und die Produktionseffizienz zu verbessern.

Anwendungen von ferngesteuerten IO

Remote-I/O wird in der Fabrikhalle in einer Vielzahl von Fabrikautomationsanlagen eingesetzt. Es ist nützlich, die Temperatur, den Druck, die Feuchtigkeit, den Strom, die Spannung und andere Messgeräte, die in einer Fabrik, z. B. in einem Kontrollraum, gemessen und gesteuert werden müssen, gemeinsam zu verwalten, wenn sie mit der Netzwerkkommunikation kompatibel sind.

Es sind viele Produkte erhältlich, die Netzwerkleitungen für verschiedene Messgeräte unterstützen, und sie sollten entsprechend dem verwendeten Messgerätenetzwerk ausgewählt werden.

Prinzip der ferngesteuerten IO

Ferngesteuerte IO, auch als verteilte IO bezeichnet, leitet Eingangssignale über Kommunikation an Mastergeräte wie PCs und SPS in Fabriken weiter.

1. SPS

PLC, an die Ferngesteuerte IO Signale sendet und empfängt, steht für “Programmable Logic Controller” und ist eine Steuerung, die zur Kontrolle von Geräten und Anlagen verwendet wird. In Fertigungsbetrieben steuern PLCs den Betrieb verschiedener Gerätetypen, wie z. B. Förderbänder und Sensoren.

2. Netzwerk

Für die von den ferngesteuerten IO verwendeten Netzwerke gibt es zahlreiche Produkte, die mit den verschiedenen von den SPS-Herstellern angebotenen industriellen Netzwerken kompatibel sind. Zu den typischen industriellen Netzwerken gehören EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET, CC-Link und HLS.

Die Verarbeitungsgeräte beherrschen viele Arten der Kommunikation, von Produkten, die CPUs für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung verwenden, bis hin zu Produkten, die kostengünstig ohne CPUs oder andere Komponenten auskommen.

Ferngesteuerte IO-Konfigurationen

Remote I/O besteht aus einem Netzwerkkommunikationsteil, einer Verarbeitungseinheit und einem Verbindungsteil, die über ein einziges Kabel miteinander verbunden sind. Im Anschlussbereich sind viele Produkte mit Klemmen für verschiedene Anschlüsse ausgestattet, an die Steuerleitungen wie Sensoren, Schalter und LEDs angeschlossen werden können.

Einige Produkte unterstützen mehr als 60 Anschlüsse. Remote-E/As können auch parallel angeschlossen werden, so dass es relativ einfach ist, zusätzliche Remote-E/As parallel hinzuzufügen, wenn die Anzahl der benötigten Anschlüsse für eine Remote-E/A nicht ausreicht oder wenn neue elektronische Komponenten eingeführt werden, die eine neue Verkabelung erfordern. Der Netzwerkkommunikationsteil stellt die Verbindung zu PLCs, DCSs oder anderen Remote I/Os im Schaltschrank über ein Netzwerk her.

Weitere Informationen über Ferngesteuerte IO

1. Ferngesteuerte IO Funk

Informationen zum Ferngesteuerten IO-Funk: Neben der drahtgebundenen Methode, bei der Geräte direkt mit Kommunikationsleitungen miteinander verdrahtet werden, gibt es auch eine drahtlose Methode, bei der ein Sender/Empfänger im Gerät eingebaut ist und drahtlos kommuniziert. Ferngesteuerte IO-Funk bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Fernsteuerung von Geräten durch drahtlose Methoden unter Verwendung von Funk.

Es gibt mehrere Arten von drahtlosen Funkkommunikationsmethoden, wobei die am häufigsten verwendete Kommunikationsmethode WiFi ist, die insbesondere in vielen modernen Geräten verwendet wird. Der eigentliche Einsatz der drahtlosen ferngesteuerten IO erfolgt jedoch meist in industriellen Anwendungen wie Fabriken, Gebäuden und Spezialgebäuden.

Um den hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit gerecht zu werden, verwenden die Hersteller häufig eigene Frequenzbänder in der Nähe von 1G. Die Zuverlässigkeit der Kommunikationsmethode hängt vom Know-how des jeweiligen Unternehmens ab.

2. Ferngesteuerte IO-Ethernet

Ferngesteuerte IO Ethernet verwendet einen Kommunikationsstandard namens Ethernet für die Fernein- und -ausgabe elektrischer und elektronischer Geräte, auch bekannt als Ferngesteuerte IO. Ethernet ist ein Kommunikationsprotokollstandard von der physikalischen Schicht bis zur Datenverbindungsschicht im OSI-Modell, der die für die Kommunikation zwischen Informationsgeräten erforderlichen Funktionen organisiert.

Als Protokoll der Datenverbindungsschicht besteht seine Hauptaufgabe darin, die zuverlässige Übertragung von Daten innerhalb desselben Netzes zu gewährleisten. Konkret besteht die Aufgabe von Ethernet darin, Daten von einer Ethernet-Schnittstelle zu einer anderen Ethernet-Schnittstelle im selben Netz zu übertragen.

Um Daten von einer Ethernet-Schnittstelle zu senden, wird jedes ‘0’- und ‘1’-Bit von einem elektrischen Signal in ein physikalisches Signal umgewandelt, und das über die Ethernet-Schnittstelle empfangene physikalische Signal wird wieder in ein elektrisches ‘0’- und ‘1’-Signal umgewandelt. Als physikalisches Protokoll standardisiert der Ethernet-Standard auch seine physikalische Signalumwandlung und die Verwendung von Kabelmedien.

3. HLS

HLS ist ein “Ein-Master-zu-Mehreren-Slaves”-Netzwerk, das digitale IOs in Stapeln mit hoher Geschwindigkeit steuern kann: bis zu 63 Slave-ICs können an einen Master-IC angeschlossen und bis zu 2016 IOs gesteuert werden.

Der HLS-Master-IC verfügt über einen eingebauten Speicher für IO-Steuerregister und Kommunikationssteuerregister für jeden Slave-IC.

Was ist eine Sonden-Karten?

Eine Sonden-Karte ist ein Instrument, das für die Wafer-Level-Inspektion in der Halbleiterfertigung benötigt wird.

Sie werden an den Wafer-Inspektionsgeräten angebracht. Der größte Teil der Kosten von Halbleitern wird durch die Fertigungsanlagen bestimmt, aber auch die Kosten für das Gehäuse selbst und die Verpackung haben einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungsphase. Aus diesem Grund ist es möglich, die Kosten zu kontrollieren, indem man nach Abschluss des Halbleiterherstellungsprozesses auf der Waferebene feststellt, ob ein Produkt gut oder schlecht ist, und nur die guten Produkte an nachfolgende Prozesse weiterleitet.

Ein Wafer enthält mehrere Hundert bis mehrere Tausend Chips. Bei der Waferinspektion werden diese Chips sortiert, indem man feststellt, ob sie gut oder schlecht sind, bevor sie in einzelne Stücke geschnitten und verpackt werden.

Verwendung von Sonden-Karten

Zur Wafer-Inspektion gehören ein LSI-Tester, der elektrische Signale, so genannte Testmuster, in den Chip einspeist und das Ausgangssignalmuster durch Vergleich mit dem erwarteten Wert beurteilt, ein Wafer-Prober, der die Positionierung auf Chipebene steuert, um die Signale genau an die Elektrodenanschlüsse jedes Chips anzuschließen, und eine Sondenkarte, die die Positionierung steuert, um Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen im Chip genau zu treffen. Das Verfahren wird mit einer Sonden-Karte durchgeführt, die eine gleiche Anzahl von Nadeln (Sonden) enthält, die so positioniert sind, dass sie die Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen des Chips genau treffen.

Die Sonden-Karten müssen daher speziell für jedes Chip-Design angefertigt werden, was an sich schon kostspielig ist und aufgrund der Abnutzung durch den Gebrauch eine Neuanfertigung erfordert, aber im Hinblick auf die Gesamtproduktionskosten unerlässlich ist. Halbleiterchips werden nicht nur in Computern, sondern auch in fast allen Produkten unseres Lebens unzählige Male verwendet, und Sonden-Karten sind einer der Träger.

Prinzip der Sonden-Karten

Die Sonden-Karten werden auf den Wafer-Prober montiert und dienen als Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen des Chips und dem LSI-Tester über den Wafer-Prober.

Der Platzierungsabstand der Elektrodenanschlüsse auf dem Halbleiterchip ist jedoch mit einigen zehn Mikrometern geringer als die Stiftplatzierungsdichte des Prüfkopfs, so dass eine Verbindung zwischen beiden über eine Sonden-Karten erforderlich ist.

Aufbau der Sonden-Karten

Auf der Oberseite der Sonden-Karten befinden sich die Anschlussklemmen für den Prüfkopf und auf der Unterseite die Nadeln für den Anschluss an die Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips.

Durch Verbinden der Anschlussklemmen des Prüfkopfes und der Sonden-Karten und anschließendes Verbinden der Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips mit der Nadel der Sonden-Karten wird eine elektrische Verbindung hergestellt, und jeder Halbleiterchip auf dem Siliziumwafer wird geprüft, indem anhand der elektrischen Signale des LSI-Testers beurteilt wird, ob er gut oder schlecht ist.

Sonden-Karten gibt es in fortgeschrittener und freitragender Ausführung. Bei der fortgeschrittenen Ausführung werden Blöcke mit vertikalen Anschlüssen auf der Platine befestigt, und die Sonden können zur einfachen Wartung frei angeordnet werden. Beim freitragenden Typ werden die Messfühler ohne Blöcke direkt auf der Platine montiert, was die Unterbringung von Klemmen mit geringem Raster erleichtert.

Weitere Informationen zu Sonden-Karten

Aufgrund der feinen und äußerst zuverlässigen Anforderungen bei der Waferinspektion werden Sonden-Karten häufig aus Keramiksubstraten hergestellt. Kyocera verwendet zum Beispiel Dünnschicht-Einzelschicht- und Dünnschicht-Multilayer-Keramiksubstrate mit Metallisierung für Sonden-Karten für DRAM, Flash-Speicher und Logikbausteine.

Im Allgemeinen werden für die Signalanschlüsse großer integrierter Halbleiterschaltungen, so genannter LSIs oder System-LSIs, Federstecker oder hochdichte Steckverbinder verwendet. Sonden-Karten fungieren auch als Vermittler zwischen diesem Prüfkopf und dem zu prüfenden Wafer. Da sie ein hohes Maß an Verbindungssicherheit und elektrischen Prüffunktionen erfordern, sind ihre Mechanismen und Materialien empfindlich. Es werden Materialien wie Keramik verwendet.

Die Sonden-Karten sind jedoch nur begrenzt haltbar, und selbst die kleinste Verformung durch physische Stöße führt dazu, dass sie ihren Verwendungszweck nicht erfüllen können.

Was ist ein Id-Kartendrucker?

Die Installation eines Id-Kartendruckers verringert das Risiko, dass personenbezogene Daten der Mitarbeiter nach außen dringen, reduziert die Kosten des Outsourcings und ermöglicht die Ausgabe einer kleinen Anzahl von Karten.IC-Chips und Magnetstreifen Die Tinte wird durch Hitzeverdampfung auf eine Plastikkarte mit eingebetteten Streifen übertragen. Die Druckverfahren können als Direktdruck oder Retransferdruck klassifiziert werden.

Verwendungszwecke von Id-Kartendruckern

Id-Kartendrucker werden für den Druck von Mitarbeiterausweisen und ID-Karten in Unternehmen und Einrichtungen eingesetzt. Sie werden für Verkehrsausweise verwendet, um die Sicherheit des Unternehmens zu erhöhen, die Anwesenheit zu verwalten und elektrische Geräte wie Fotokopierer und Computer zu authentifizieren. Je nach Produkt werden IC-Kodierer für die Eingabe von Informationen in IC-Chips und magnetische Kodierer für die Eingabe von Informationen in Magnetstreifenkarten verwendet. Bei der Auswahl eines Druckers sollten das Druckverfahren, der unterstützte Kartentyp, die Druckgeschwindigkeit und das Druckergebnis berücksichtigt werden.

Prinzipien von Id-Kartendruckern

In diesem Abschnitt wird das Prinzip des Drucks von Id-Kartendruckern auf Plastikkarten erläutert. Es gibt zwei Arten von Druckprinzipien: Direktdruck und Retransferdruck.

• Direktes Druckverfahren
  Das Direktdruckverfahren ist ein Druckverfahren, bei dem die durch Hitze verdampfte Tinte direkt auf die zu bedruckende Plastikkarte übertragen wird. Da für den Druck weniger Verfahren erforderlich sind, stehen viele preiswerte Geräte zur Verfügung und die Betriebskosten sind niedriger. Das Bedrucken von IC-Chips ist jedoch nicht möglich und wird zudem durch Staub und Talg stark beeinträchtigt. Außerdem ist es je nach der zu bedruckenden Karte unter Umständen nicht möglich, zu drucken.
• Retransferdruckverfahren
  Beim Retransferdruckverfahren wird das zu bedruckende Bild einmal auf eine Retransferfolie gedruckt, die Folie gegen die zu bedruckende Karte gepresst und das Bild durch Hitzeeinwirkung von der Folie auf die Karte übertragen. Dieses Verfahren ermöglicht nicht nur einen klaren Druck, sondern kann auch eingesetzt werden, wenn die Oberfläche der zu bedruckenden Karte uneben ist, und sogar auf IC-Karten. Auf der anderen Seite sind die Betriebskosten aufgrund der Verwendung von Folien höher.

Was ist ein Dc-Servomotor?

Dc-Servomotoren sind Servomotoren, die mit Gleichstrom arbeiten.

Dc-Servomotoren sind Motoren, die als Reaktion auf Steuersignale präzise Bewegungen ausführen und in Präzisionsgeräten usw. eingesetzt werden. Dc-Servomotoren erfassen und regeln die Geschwindigkeit und Position des Motors, daher werden üblicherweise Produkte verwendet, die den Motor mit einem Geschwindigkeits- und Positionssensor wie einem Encoder oder Resolver kombinieren. DC-Servomotoren werden zur Steuerung der Geschwindigkeit und Position des Motors verwendet.

Um einen Gleichstrommotor in Drehung zu versetzen, muss der dem Motor zugeführte Strom über ein Bauteil, die so genannte Bürste, an die sich drehende Welle weitergeleitet werden, was aufgrund der Abnutzung der Bürste zu Verschleißerscheinungen führt und eine regelmäßige Wartung erfordert.

Anwendungen von Dc-Servomotoren

Dc-Servomotoren werden häufig in Industrierobotern eingesetzt, die eine präzise Steuerung erfordern. Sie geben Geschwindigkeit und Drehmoment als Reaktion auf Signale von der Robotersteuerung eines Industrieroboters schneller ab als Allzweckmotoren und fungieren als Aktoren für die präzise Bewegung von Roboterarmen und dergleichen.

Dc-Servomotoren werden auch für den Lenkwinkelantrieb von funkgesteuerten Fahrzeugen, den Antrieb der XYZ-Achse von Werkzeugmaschinen, den Positionierantrieb von Präzisionsgeräten usw. verwendet. Es ist wichtig, einen Dc-Servomotor entsprechend der Leistungs- und Drehmomentkapazität, der Genauigkeit und der Reaktionsgeschwindigkeit auszuwählen, die für das zu verwendende Gerät erforderlich sind.

Funktionsweise der Dc-Servomotoren

Ein Dc-Servomotoren besteht aus einem „Motor“, einem „Geber“ und einem „Regler“ und setzt sich zusammen aus einem Permanentmagneten, einem in zwei oder mehr Teile geteilten Eisenkern (Rotor), um jeden Eisenkern gewickelten Spulen, Elektroden und Bürsten, die Strom durch die Spulen leiten.

Das Funktionsprinzip eines Dc-Servomotors wird für den Motor und die anderen Funktionen getrennt erläutert.

1. Motor

Der Motor wird durch die Lorentzkraft angetrieben, die von zwei Quellen erzeugt wird: dem Strom, der durch die Spule fließt, und dem Magnetfeld des Permanentmagneten, das den Eisenkern in Drehung versetzt. Wenn der Strom durch die Spulen fließt, wird der Gleichstrom von außen über Bürsten zum Eisenkern geleitet und auf die Spulen übertragen. Da der Strom direkt zu den Spulen geleitet wird, kann die Lorentzkraft schnell kontrolliert werden und die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch.

2. Andere Funktionen

Dc-Servomotoren drehen den Motor, um mit Hilfe eines von einer externen Steuerung übertragenen Befehlssignals einen vorgegebenen Zielwert zu erreichen. Der am Motor angebrachte Encoder sendet Geschwindigkeits- und Positionsinformationen an den Controller, der auf der Grundlage der Positions- und Geschwindigkeitsinformationen des Encoders als Reaktion auf die vom Controller gesendeten Befehle eine Rückkopplungsregelung durchführt, so dass sich die Drehgeschwindigkeit und die Drehposition des Motors den Zielwerten annähern.

Steuerung von Dc-Servomotoren

Dc-Servomotoren können auf die folgenden drei Arten gesteuert werden.

1. Lageregelung

Der Dc-Servomotor ist mit einem Encoder ausgestattet, einem Sensor, der den Drehwinkel und die Position erfasst und die Drehgeschwindigkeit und Position an den Regler zurückmeldet. Wird eine Positionsabweichung von der Sollposition festgestellt, wird ein Positionskorrekturbefehl ausgegeben, indem ein Verstärkungsfaktor auf den Abweichungsbetrag angewandt wird, was eine hochpräzise Steuerung ermöglicht, um den Motor in die gewünschte Position zu bewegen und den Motor anzuhalten.

2. Drehzahlregelung

Die einfachste Art, die Drehzahl eines Gleichstrommotors zu regeln, besteht darin, die an den Motor angelegte Spannung zu verändern. Die Drehzahl kann durch den Anschluss eines variablen Widerstands (Volumen) geregelt werden, um die an den Motor angelegte Spannung zu steuern.

Bei Dc-Servomotoren wird die an den Motor angelegte Spannung anstelle eines variablen Widerstands über eine H-Brücke gesteuert, die aus Leistungshalbleitern wie IGBTs und FETs besteht, die in den Servoverstärker integriert sind.

Andererseits muss bei der Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren nicht nur die an den Motor angelegte Spannung, sondern auch die Antriebsfrequenz geändert werden, während bei Gleichstrommotoren nur die Spannung geändert wird, so dass Gleichstrommotoren bei kleinen Motoren zur Drehzahlregelung weit verbreitet sind.

3. Drehmomentregelung

Die Drehmomentregelung von Gleichstrom-Servomotoren basiert auf dem proportionalen Verhältnis zwischen Strom und Drehmoment. Der Strom wird anhand des Spannungswerts des Stromsensors oder des Stromnebenschlusswiderstands ermittelt und der Strom wird so geregelt, dass das Drehmoment durch Rückführung eines Strombefehls auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Weitere Informationen über DC-Servomotoren

Arten von Servomotoren

Servomotoren sind so konstruiert, dass sie langlebiger sind als gewöhnliche Motoren, um auch in rauen Umgebungen wiederholt zu arbeiten. Sie lassen sich grob in zwei Typen einteilen: Gleichstrom-Servomotoren und Wechselstrom-Servomotoren.

1. Gleichstrom-Servomotoren
Dc-Servomotoren sind Servomotoren, die von einer Gleichstromversorgung angetrieben werden. Dc-Servomotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, da sie sich im Vergleich zu Wechselstrommotoren durch eine einfachere Steuerung der Drehbewegung, einen höheren Wirkungsgrad, einen einfacheren mechanischen Aufbau und geringere Kosten auszeichnen. Der Nachteil von Dc-Servomotoren ist jedoch, dass sie mechanische Verschleißteile, die so genannten “Bürsten”, haben, die regelmäßig ausgetauscht und gewartet werden müssen.

2. AC-Servomotoren
AC-Servomotoren sind Servomotoren, die von einer Wechselstromversorgung angetrieben werden und deren Steuerung komplexer ist als die von DC-Motoren. Sie werden jedoch aufgrund ihrer hohen Praxistauglichkeit, z. B. bei kleineren und leichteren Robotern, sowie aufgrund von Fortschritten in der Steuerungstechnik in den meisten Industriebereichen eingesetzt.

Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren: Synchronmotoren (SM) mit Dauermagneten und Induktionsmotoren (IM) ohne Dauermagneten, wobei die Synchronmotoren derzeit am häufigsten verwendet werden.

Was ist ein Lcr-Messgeräte?

Ein Lcr-Messgerät ist ein Gerät zur Messung der Impedanz, wobei LCR das Symbol für L (Induktivität), C (Kapazität) und R (Widerstand) ist. Zusammen werden diese drei als Impedanz bezeichnet; ein Lcr-Messgerät ist ein Messgerät, das die Impedanz misst.

Bedeutung von LCR

Die Komponenten L, C und R haben elektrische Eigenschaften. Die elektrischen Komponenten, die sie darstellen, sind die Spule, der Kondensator und der elektrische Widerstand.

L-Komponente

Die L-Komponente wird als Induktivität bezeichnet. Der Name L leitet sich vom ersten Buchstaben der Lenz’schen Regel ab, einem Gesetz zur elektromagnetischen Induktion, es gibt jedoch verschiedene Theorien. Die Einheit ist das Henry (H).

Wenn sich der durch eine Spule fließende Strom ändert, hat sie die Eigenschaft, Strom in der Richtung zu erzeugen, die diese Änderung verhindert. Die Stärke dieser Eigenschaft ist die Komponente, die als Induktivität bezeichnet wird: Ein Stromkreis mit einer hohen L-Komponente ist unempfindlich gegenüber Stromänderungen. Sie ist zwar unempfindlich gegen steile Rauschströme usw., aber bei Verwendung in Wechselstromkreisen wird der Leistungsfaktor verzögert und der Wirkungsgrad verringert.

C-Komponente

Der C-Anteil wird als Kapazität bezeichnet. Sie ist abgeleitet von capacitor, der englischen Übersetzung von Kondensator. Die C-Komponente gibt die Fähigkeit an, eine elektrische Ladung als Stromquelle zu speichern. Die Einheit ist Farad (F).

Ein Kondensator spielt in einer Schaltung die umgekehrte Rolle wie eine Spule. Daher führt eine Schaltung mit einem hohen C-Anteil zu einer steilen Stromänderung. In Wechselstromkreisen erhöht sich dadurch der Leistungsfaktor, aber es besteht die Gefahr, dass z. B. Störströme verstärkt werden. In Gleichstromregelkreisen spielt er eine Rolle bei der Verstärkung und Glättung der Spannung.

R-Komponente

Die R-Komponente wird als Widerstand bezeichnet. Die japanische Übersetzung lautet Widerstand, was wörtlich übersetzt elektrischer Widerstand bedeutet. Die Einheit ist das Ohm (Ω).

Ein hoher elektrischer Widerstand erschwert den Stromfluss sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen. Der Übertragungswirkungsgrad von Wechsel- und Gleichstromkreisen ist geringer, und der maximale Strom im Falle eines Fehlers ist ebenfalls geringer.

Verwendung von LCR-Messgeräten

LCR-Messgeräte werden in der Industrie häufig bei der Entwicklung und Prüfung von elektronischen Geräten eingesetzt. Insbesondere werden sie verwendet, um die Leistung von Leistungs- und Elektronikbauteilen wie Kondensatoren und Spulen zu prüfen. Im Alltag werden LCR-Messgeräte hauptsächlich im medizinischen Bereich eingesetzt. Beispiele hierfür sind Geräte zur Messung des Körperfettanteils. Durch die Messung der Impedanz des menschlichen Körpers können der Körperfettanteil und der Wassergehalt gemessen werden.

Aus den oben genannten Gründen sind LCR-Messgeräte auch in der medizinischen Forschung nützlich: Sie sind keine teuren Geräte wie CT oder NMR und sind kostengünstig und einfach zu installieren.

Funktionsweise von LCR-Messgeräten

Bei der Impedanzmessung mit einem Lcr-Messgerät wird an ein Objekt ein Wechselstrom angelegt. Das Grundprinzip besteht darin, eine Wechselspannung anzulegen, den Strom und die Phasendifferenz zu messen und die Impedanz zu berechnen.

Das LCR-Messgerät besteht aus drei Schaltkreisen – einem Oszillator, einem Vektor-Voltmeter und einem Strom-Spannungs-Wandler – in einer Konfiguration, die als automatische symmetrische Brücke bezeichnet wird. Dies ist die gleiche Konfiguration wie eine invertierende Verstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker. Die Impedanz wird durch digitale Umwandlung mit einem AD-Wandler berechnet.

Die wichtigste Komponente des Lcr-Messgeräts ist das Vektorvoltmeter, das nach dem Lock-in-Verstärkerprinzip ein mit dem Eingangssignal synchronisiertes Referenzsignal erzeugt, um Amplituden- und Phasendifferenzen festzustellen.

Lcr-Messgeräte auf der Basis automatischer symmetrischer Brücken eignen sich für niederfrequente Messungen bis maximal 100 kHz; im hochfrequenten Bereich über 100 kHz ist dies auf den verstärkten Einfluss der Impedanz des Bauteils selbst, des so genannten Wellenwiderstandes, zurückzuführen.