月: 2023年3月

Was ist ein Drehmoment-Messgerät?

Ein Drehmoment-Messgerät ist ein Gerät zur Messung der auf eine Welle wirkenden Drehkraft, die als Drehmoment bezeichnet wird.

Mit Hilfe der elastischen Kraft einer Feder oder eines Sensors kann die Kraft in Drehrichtung als Zahlenwert berechnet werden. Analoge Drehmoment-Messgeräte können selbst numerische Werte anzeigen, während digitale Drehmoment-Messgeräte zum Betrieb eine numerische Anzeige und eine Stromversorgung benötigen.

Das Drehmoment wird in statisches und dynamisches Drehmoment unterteilt, und je nach dem Zweck der Messung muss im Voraus entschieden werden, welches Drehmoment gemessen werden soll. In den letzten Jahren haben sich Typen, die beide Arten von Drehmoment messen können, weit verbreitet.

Anwendungen von Drehmoment-Messgeräten

Drehmoment-Messgeräte werden verwendet, um eine Rotationskraft auf eine Welle aufzubringen und die Kraft in Drehrichtung numerisch zu messen. Sie werden verwendet, um die Anzugskraft von Schrauben, das Drehmoment zum Öffnen und Schließen von Behälterverschlüssen und die Torsionssteifigkeit von Wellen, Trägern und anderen Bauteilen als Istwerte zu messen und zu kontrollieren.

In den letzten Jahren können viele dieser Messgeräte nicht nur das Drehmoment, sondern auch die Dehnung und die Wellendrehzahl gleichzeitig messen. Die Messung und Kontrolle des Drehmoments ist nicht nur für den ordnungsgemäßen Betrieb und die Wartung von Anlagen von großer Bedeutung, sondern auch für die Gewährleistung der Sicherheit während der Lebensdauer und bei Ausfällen.

Funktionsweise der Drehmoment-Messgeräte

Die einfachste Funktionsweise der Drehmoment-Messgeräte besteht darin, dass ein direkt mit einer Welle verbundenes Drehmoment-Messgerät in Drehung versetzt wird und die Rotationskraft mit Hilfe einer Feder oder einer anderen abstoßenden Kraft als Zahlenwert anzeigt. In den letzten Jahren sind verschiedene Arten von Drehmoment-Messgeräten auf den Markt gekommen, darunter solche, die mit Hilfe von Sensoren die Dehnung während der Drehung als Verdrehungswinkel der Welle messen und das Drehmoment berechnen, und solche, die das Drehmoment nicht nur direkt, sondern auch indirekt messen.

Eine rotierende Welle verfügt immer sowohl über eine Kraft zur Übertragung der Drehung, wie z. B. einen Motor, als auch über einen Mechanismus zur Nutzung der Drehung, wie z. B. eine Turbine, so dass bei mechanischen Drehmoment-Messgeräten mit einer Skala am Ende der Welle einer der beiden Mechanismen entfernt werden muss, um sie zu verwenden.

Es gibt auch Drehmoment-Messgeräte, die in der Mitte der Welle eingesetzt werden, aber die Welle wird auf die gleiche Weise entfernt, um das Drehmoment-Messgerät zu installieren. Bei der Installation von Drehmoment-Messgeräten muss daher die Montage und Demontage berücksichtigt werden.

Weitere Informationen zu Drehmoment-Messgeräten

1. Motorprüfung mit einem Drehmoment-Messgerät

Drehmoment-Messgeräte gibt es als nicht rotierende Dehnungsmessstreifen-Typen, rotierende magnetostriktive Typen und Dehnungsmessstreifen-Typen. Rotierende Drehmoment-Messgeräte werden für Versuchs- und Forschungszwecke sowie für die Qualitätskontrolle von Produkten verwendet. Was das Drehmoment betrifft, so hört man oft davon, wenn man zum Beispiel Reifenmuttern anzieht, und das angegebene Drehmoment ist je nach Art der Mutter unterschiedlich.

Auch bei Motoren ist das Drehmoment wichtig. Motoren werden nicht nur in Eisenbahnen und Autos eingesetzt, sondern auch in Pumpen, Kompressoren und Aufzügen.

Bei der Herstellung von Motoren wird ein Drehmoment-Messgerät verwendet, um zu überprüfen, ob der gewünschte Drehmomentwert am Ende des Prozesses erreicht wird. In der Regel wird der Motor nach der Fertigung in einem Motorprüfstand belastet und mit einem Drehmoment-Messgerät mit Sensor gemessen.

2. Verwendung eines Drehmoment-Messgeräts

Drehmoment-Messgeräte gibt es in nicht-rotierender und rotierender Ausführung.

Nicht rotierender Typ
Der nicht drehende Typ ist mit einem Messgerät ausgestattet, das am zu messenden Gerät befestigt wird und den Wert des aufgebrachten Drehmoments auf dem Messgerät anzeigt. Drehmomentschlüssel, die zur Überprüfung des Anziehens von Autoreifen verwendet werden, werden auf das angegebene Drehmoment eingestellt, und wenn das Drehmoment diesen Wert erreicht, ertönt ein Ton aus dem Schlüssel, der bestätigt, dass der Reifen angezogen wurde. Da das ursprüngliche Drehmoment durch ein Kalibriergerät überprüft wurde, kann der gewünschte Anzug einfach durch Einstellen des Drehmoments auf den angegebenen Wert erreicht werden.

Rotierender Typ
Der rotierende Typ wird hauptsächlich zur Messung des Drehmoments von Motoren verwendet, wobei das Drehmoment-Messgerät über eine Kupplung am Motorkern installiert wird. Neben dem Drehmoment-Messgerät sind auch Peripheriegeräte wie ein Gerät zum Empfang von Signalen aus dem Gerät und ein PC zur Online-Kontrolle erforderlich.

Das Drehmoment-Messgerät misst die Torsion oder Verzerrung dieser Welle, die durch das auf die Welle ausgeübte Drehmoment verursacht wird. Der Motor wird also gedreht und das der Belastung entsprechende Signal wird in einen Wert umgewandelt, der als Drehmoment bezeichnet und dann gemessen wird.

Was ist eine Differentialsonde?

Eine Differentialsonde ist ein Gerät, das bei der Messung von Signalen mit Oszilloskopen Rauschen erkennt, das von Stellen ausgeht, die nichts mit dem Gerät zu tun haben, das das Signal überträgt, wie z. B. Bodenschwingungen, die als gemeinsames Rauschen bezeichnet werden, und das Messsignal mit einem Verstärker verstärkt, damit es leichter zu messen ist.

Bei Kommunikationsverbindungen wie USB und HDMI ist dies notwendig, damit die Ausgangsseite das Signal genau erfassen kann. Differentialsonden können bei unsachgemäßer Verwendung beschädigt werden oder keine genaue Ausgabe liefern.

Differentialsonden sind oft bei demselben Unternehmen erhältlich, das auch Oszilloskope verkauft, und es ist ratsam, eine Differentialsonde von demselben Unternehmen wie das Oszilloskop zu kaufen, da sie eine hervorragende Konnektivität aufweisen.

Anwendungen von Differentialsonden

Differentialsonden werden in der Prototypenfertigung und in der Produkttestphase vieler Kommunikationsgeräte wie USB-, HDMI-, DisplayPort-, Ethernet- und SATA-Verbindungen verwendet, um mit Oszilloskopen und anderen Geräten Rauschen zu erkennen und festzustellen, ob und wo sich das Rauschen auf das Produkt auswirkt. Die Differenzialsonde wird verwendet, um zu prüfen, ob sich das Rauschen auf das Produkt auswirkt und wo das Rauschen das Produkt beeinträchtigt.

Differentialsonden sind oft teuer, daher ist es wichtig, vor dem Kauf genau zu prüfen, ob sie den Anforderungen für den Einsatz entsprechen.

Funktionsweise der Differentialsonden

Eine Differentialsonde besteht aus zwei aktiven Sonden mit genau den gleichen Eigenschaften, von denen eine an den Pluspol des Anschlusses des Geräts, das das zu messende Signal überträgt, und die andere an den Minuspol angeschlossen wird. Durch Messung der Differenz zwischen den von den beiden Sonden erfassten Signalen kann das gemeinsame Rauschen erkannt werden.

Viele Differentialsonden sind mit ausgeklügelten Funktionen erhältlich, die die Messung von Wellenformen auf einem Oszilloskop erleichtern. Dazu gehören die Verstärkung von Niederspannungssignalen mit Verstärkern, damit sie auf einem Oszilloskop leichter zu messen sind, die Erdung einiger Spannungen, um das Oszilloskop nicht mit Hochspannungssignalen zu überlasten, und die Umwandlung des Signals in eine klare Rechteckwelle.

Je nach dem Signal, für das die Differentialsonden verwendet werden, kann bei geeigneter Auswahl ein deutliches Rauschen gemessen werden.

Weitere Informationen zu Differentialsonden

1. Ersatzschaltung einer Differentialsonde

Differentialsonden bestehen aus zwei aktiven Sonden, die direkt von der Sondenspitze an das Eingangsende des Halbleiterschaltkreises angeschlossen sind, so dass die Eingangskapazität nur 1 pF betragen kann, was äußerst gering ist. Andererseits liegt der Eingangswiderstand im Gegensatz zu passiven Sonden, die ein Dämpfungsglied enthalten, in der Größenordnung von einigen zehn KΩ bis 1 MΩ.

Bei der Messung von Wellenformen durch Anschluss einer Differentialsonde an eine Schaltung mit hoher Impedanz müssen die Messergebnisse daher unter Berücksichtigung des Einflusses der Sonde betrachtet werden. Eine wirksame Methode hierfür ist der Anschluss des Ersatzschaltbildes der Differenzial-Sonde an den zu prüfenden Stromkreis und die Simulation der Auswirkungen.

Bei einer Differentialsonde werden zwischen den Pins auf der einen Seite und GND der vom Hersteller angegebene Eingangswiderstand und die Eingangskapazität parallel geschaltet. In ähnlicher Weise werden zwischen dem anderen Stift und GND der Eingangswiderstand und die Eingangskapazität parallel geschaltet. Zwischen den beiden Stiften der Differenzial-Sonde wird also der Eingangswiderstand verdoppelt und die Eingangskapazität halbiert. Die Auswirkung dieser Impedanz auf die zu prüfende Schaltung sollte bei der Beurteilung der Messergebnisse berücksichtigt werden.

2. Aktive Tastköpfe

Tastköpfe werden verwendet, um stabile Signale zu messen. Ohne Sonde würde der Effekt der kapazitiven Komponente des Kabels die Funktionsweise der Schaltung verändern. Dies wirkt sich besonders stark bei Hochfrequenzmessungen aus.

Aktive Sonden verwenden ein Halbleiterelement am Eingangsende. Die Eingangskapazität der aktiven Sonde selbst ist ebenfalls sehr klein, bei einigen ist die Eingangskapazität kleiner als 1 pF.

Die Eingangskapazität der Sonde beeinflusst auch die Wellenform. Passive Tastköpfe haben eine größere Kapazitätskomponente als aktive Tastköpfe, was zu einem stärkeren Klingeln führt, d. h. zu einer Oszillation der Wellenform an der steigenden Flanke des Impulses.

3. Differentialsonden für hohe Spannungen

Differentialsonden eignen sich für die Beobachtung erdfreier Signalanteile, aber die üblichen Sonden haben eine Spannungsfestigkeit von nur 30 V bis 100 V für Differenzial- und Massespannungen. Große Hochspannungstastköpfe sind für die Messung von Schwebezuständen in Schaltungen erforderlich, die mit hohen Spannungen arbeiten, wie z. B. kommerzielle Netzteile. Spezifikationen mit Differenzspannungen von 6000 V oder mehr und Massespannungen von 2000 V oder mehr sind im Handel erhältlich.

Bei Messungen mit Differentialsonden für hohe Spannungen muss der Abstand zwischen den beiden Stiften groß genug sein, um die Gefahr einer Entladung zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass im Hochfrequenzbereich aufgrund der Impedanz der Leitungen ein Klingeln auftritt, was zu großen Amplitudenschwankungen führt. Als Gegenmaßnahme ist das Verdrillen der beiden Zuleitungsdrähte eine wirksame Methode.

4. Gleichtaktrauschen

Das Rauschen in elektrischen Schaltungen lässt sich grob in Differentialrauschen und Gleichtaktrauschen unterteilen. Differentialrauschen ist Rauschen, das durch die Leiter in einem Stromkreis geleitet wird.

Gleichtaktrauschen hingegen ist ein Rauschen, bei dem das Signal teilweise durch die Erde oder das Gehäuse zurückgeführt wird und bei dem das Eingangssignal und das Signal bei der Rückkehr in Phase sind. Gleichtaktrauschen gilt aufgrund der Komplexität der Rauschausbreitung als schwer zu bekämpfen.

Differentialsonden für hohe Spannungen werden als sehr effektives Mittel zur Prüfung des Betriebs von Schaltnetzteilen eingesetzt. Schaltregler erzeugen Gleichtaktrauschen, bei dem die Massespannung um mehrere hundert Volt schwankt.

Obwohl die Verwendung von Differentialsonden die Massespannungsschwankungen auslöschen und ihre Beobachtung ermöglichen sollte, ist es in der Praxis unvermeidlich, dass ein kleiner Teil der Massespannungsschwankungen zum Differentialausgang hinzugefügt wird. Um die Auswirkungen dieser Schwankungen zu verringern, sollte ein Tastkopf mit einem guten CMRR (Common-Mode Rejection Ratio) gewählt werden.

Was ist ein Hydraulikzylinder?

Ein Hydraulikzylinder ist ein Aktuator, der Energie in mechanische Bewegung umwandelt und eine Maschine ist, die lineare Bewegungen ausführt. Durch die Steuerung der Ölmenge im Inneren wird der Druck verändert, um die Bewegung des Kolbens zu steuern. Hydraulikzylinder können einfach- oder doppeltwirkend sein, wobei die verschiedenen Typen von der Anzahl und Position der Ventile und der internen Geometrie abhängen. Hydraulikzylinder werden in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt, z. B. bei Autobremsen, Aufzügen und Baumaschinen, da sie geräuscharm sind und eine hohe Leistung erbringen können.

Anwendungen von Hydraulikzylindern

Hydraulikzylinder werden in vielen Produkten eingesetzt, da sie kleine Kräfte in große Kräfte umwandeln können. Die typischsten Produkte sind Bremssysteme für Autos, bei denen die geringe Kraft eines Fußdrucks eine große Kraft erzeugen kann, um ein Auto anzuhalten. Sie werden auch bei vielen Gelegenheiten eingesetzt, bei denen große Kräfte erforderlich sind, wie z. B. bei Aufzügen und Baumaschinen, was ihr breites Einsatzspektrum verdeutlicht. Bei der Auswahl sollten der Druck, die Größe, die Hublänge und der Zyklus berücksichtigt werden.

Funktionsweise von Hydraulikzylindern

Hydraulikzylinder enthalten einen Kolben, der durch Einspritzen von Öl in den Zylinder über ein Ventil oder durch Ansaugen von Öl aus dem Zylinder bewegt wird. Das Funktionsprinzip von Hydraulikzylindern hängt von der Position, der Anzahl und der Art der Ventile ab.

Einfach wirkende Hydraulikzylinder haben ein Ventil, während doppelt wirkende Hydraulikzylinder zwei Ventile haben, die die Bewegung des Kolbens steuern, indem sie den Druck im Zylinder durch Veränderung der Menge des Betriebsöls verändern. Der Kolben wird herausgeschoben, indem das Öl im Ventil auf der unteren Seite reduziert wird, um den Druck zu verringern, oder indem das Öl im Ventil auf der gegenüberliegenden Seite erhöht wird, um den Druck zu erhöhen. Beim Ziehen des Kolbens wird die Erhöhung oder Verringerung der Betriebsölmenge umgekehrt. Bei einfachwirkenden Hydraulikzylindern wird der Kolben durch sein Eigengewicht oder durch eine Feder zurückgezogen.

Arten von Hydraulikzylindern

Wie bereits erwähnt, gibt es einfach wirkende und doppelt wirkende Hydraulikzylinder. Einfachwirkende Typen werden in Stößel-, Kolben-, Doppelstangen- und einfachwirkende Teleskopzylinder unterteilt. Doppeltwirkende Typen werden in Kolben-, Doppelstangen-, Doppelzylinder- und Teleskoptypen eingeteilt.

Bei der Auswahl eines Hydraulikzylinders müssen zunächst die benötigte Schubkraft und der Versorgungsdruck definiert und der entsprechende Druckaufnahmebereich bestimmt werden. Eine Vergrößerung der Druckaufnahmefläche des Zylinders oder des zu liefernden Drucks führt zu einer Erhöhung der Leistung. Was verwendet wird, hängt außerdem vom Wert des Nenndrucks ab, d. h. dem Höchstwert des Einstelldrucks des Hydraulikzylinders. Typische Beispiele sind solche für 7 MPa und 14 MPa. Stahl ist der am häufigsten verwendete Zylinderwerkstoff, aber Zylinder aus rostfreiem Stahl werden verwendet, wenn Magnetschalter zur Huberkennung eingebaut sind.

Verwendung von Hydraulikzylindern

Zu den in Hydraulikzylindern verwendeten Hydraulikflüssigkeiten gehören Öle auf Erdölbasis, synthetische Öle und wasserlösliche Öle. Grundsätzlich kann jedes dieser Hydrauliköle verwendet werden, doch ist es ratsam, sich bei der Auswahl des Öls über die Spezifikationen des jeweiligen Hydraulikzylinders zu informieren. Es wird empfohlen, das Öl zu filtern, da Fremdstoffe im Hydrauliköl den normalen Betrieb behindern können.

Wenn die Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders eingestellt werden soll, muss ein Durchflussregelventil in den Hydraulikkreislauf eingebaut werden, um den Ölfluss im Zylinder zu steuern. Im Allgemeinen wird die Menge des in den Zylinder eintretenden Öls eingestellt.

Bei der Betätigung des Hydraulikzylinders muss auch die im Zylinder befindliche Luft abgelassen werden. Wenn der Zylinder mit Luft unter Druck steht, kann die adiabatische Kompression dazu führen, dass die Luft heiß wird und die Dichtungen durchbrennen.

Was ist ein Peltier-Element?

Ein Peltier-Element ist ein Element, das den Peltier-Effekt nutzt, bei dem die Wärmeübertragung an einem Übergang stattfindet, wenn ein elektrischer Strom an zwei verschiedene Metalle angelegt wird, die miteinander verbunden sind.

Derzeit werden effiziente Peltier-Elemente in der Praxis nicht aus zwei Metallen, sondern aus drei verschiedenen Materialien hergestellt: n-Typ-Halbleiter, Metalle und p-Typ-Halbleiter. Sie werden in der Regel als Kühlvorrichtungen eingesetzt, die die Wärmeübertragung nutzen, können aber auch als Heizvorrichtungen verwendet werden, da eine Änderung der Stromrichtung auch die Richtung der Wärmeübertragung ändert.

Im Gegensatz zu Wärmepumpen haben Peltier-Elemente den Vorteil, dass sie weder Geräusche noch Vibrationen erzeugen, da die Kühlwirkung einfach durch das Anlegen eines elektrischen Stroms erzielt wird. Außerdem benötigen sie kein Kältemittel und keine korrosiven Flüssigkeiten, was sie zu einem Kühlgerät mit geringer Umweltbelastung macht.

Anwendungen für Peltier-Elemente

Peltier-Elemente werden in einer Vielzahl von Bereichen als saubere Kühlelemente eingesetzt.

1. Lebensmittelindustrie

Peltier-Elemente sind kompakt, sauber und sicher. Sie werden in Lebensmittelvitrinen, kleinen Getränkekisten, Milchkühlern und Hotelbehältern eingesetzt.

2. Industrieller Sektor

Industrielle Geräte sind ausnahmslos anfällig für Wasser. Peltier-Elemente werden in wassergefährdeten Industrieanlagen eingesetzt, wobei jedoch Maßnahmen zur Temperaturregelung und zur Zufuhr kalter Luft mit minimaler Kondensation getroffen oder Kondensatabflüsse eingebaut werden. Zu den Anwendungen gehören die Kühlung von Schalttafeln, die Kühlung von Überwachungskameras, die lokale Kühlung von Teilen innerhalb von Schalttafeln, die Kühlung von Gussformen und Luftversorgungssysteme mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit.

3. Optischer Bereich

Peltier-Elemente werden häufig zur Kühlung von Geräten auf engem Raum eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören die direkte Kühlung von Heizquellen, die Kühlung von kleinen Relaiskästen, die Temperaturregelung von Fotodetektoren, die Temperaturregelung von Laserdioden, die Kühlung von CCD-Kameras, Projektoren, Kopierern und Überwachungskameras, die Kühlung von Wasser für Laser usw.

4. Verbraucherbereich

Peltier wird in gewerblichen Kühlschränken in Krankenhäusern und Hotelzimmern eingesetzt, da er völlig vibrations- und geräuschfrei ist und einen kompakten Kühlmechanismus besitzt. Peltier-Kühlschränke werden auch in zahlreichen anderen Anwendungen eingesetzt, z. B. in kleinen Kühlschränken, Kühlboxen, Bier-Servern, Weinkellern, der Temperaturregelung von Wassertanks, der Kühlung von Computer-CPUs, Luftentfeuchtern, Luftreinigern, Haartrocknern und Negativ-Ionen-Generatoren für Gesichtspflegegeräte.

5. Andere Bereiche

Peltier-Elemente werden auch zum Kühlen und Heizen in der Mess- und Analysetechnik, in der Halbleiterindustrie sowie in medizinischen und physikalisch-chemischen Anwendungen eingesetzt.

Das Prinzip der Peltier-Elemente

Peltier-Elemente verwenden derzeit p- und n-Halbleiter anstelle von Metallen. Der Transfer von Elektronen von einem p-Typ-Halbleiter mit niedrigem Energieniveau zu einem n-Typ-Halbleiter mit hohem Energieniveau erfordert die Aufnahme von Energie von außen, was zu einer Wärmeabsorption und einem Temperaturabfall führt.

Wird die Richtung des Stromflusses umgekehrt, findet diesmal der Transfer der Elektronen vom höheren Energieniveau zum niedrigeren Energieniveau statt, was zu einer Wärmeerzeugung zur Freisetzung der überschüssigen Energie führt. Peltier-Elemente können daher je nach Stromflussrichtung als Kühl- oder Heizgeräte eingesetzt werden.

Die Wärmeumwandlung mit Peltier-Elementen eignet sich jedoch nicht zum Kühlen oder Heizen in großem Maßstab, da der Wirkungsgrad im Verhältnis zum Stromverbrauch nicht hoch ist. Für eine effiziente Kühlung ist es sinnvoll, Peltier-Elemente in Kombination mit Wärmeabfuhr- und Abluftmechanismen unter Verwendung von Lamellen und Lüftern einzusetzen.

Weitere Informationen über Peltier-Elemente

1. Vorteile der elektronischen Kühlung

Kühlsysteme verwenden im Allgemeinen ein Kühlgas, ein so genanntes Kältemittel, zum Wärmeaustausch. Da dieses Kältemittel zu den Treibhausgasen gehört, die einen nicht unerheblichen Einfluss auf die globale Erwärmung haben, sind seine Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vernachlässigen.

Die elektronische Kühlung mit Peltier-Elementen kommt dagegen ohne Kältemittel aus und ist daher ein Kühlsystem mit geringen Umweltauswirkungen. Außerdem benötigen Kühlsysteme, die Kältemittel verwenden, Kompressoren, die unweigerlich Lärm und Vibrationen erzeugen, während die elektronische Kühlung diese Probleme nicht hat.

2. Kühlfunktion des Bertsche-Elements

Die Kühlfunktion kann durch Ausnutzung der Eigenschaften des Peltier-Elements erreicht werden. Wenn ein Gleichstrom an ein Peltier-Element angelegt wird, wird auf der Niedertemperaturseite Wärme absorbiert und auf der Hochtemperaturseite erwärmt. Die Kühlfunktion von Peltier-Elementen macht sich dieses Phänomen zunutze.

Handelsübliche Peltierelemente sind in der Lage, bis in den negativen Temperaturbereich zu kühlen. Sie werden in Kühlboxen und zur Kühlung von Computer-CPUs eingesetzt.

3. Anwendung in tragbaren Geräten

Es wurden tragbare Geräte entwickelt, die die Eigenschaften von Peltier-Elementen nutzen. Einige der auf dem Markt befindlichen tragbaren Geräte können den Hals erwärmen oder kühlen.

Diese Geräte können erwärmt oder gekühlt werden, indem die Temperatur einer Platte gesteuert wird, die in Kontakt mit dem Nacken steht.

Was ist eine programmierbare Verzögerungsleitungen?

Eine programmierbare Verzögerungsleitung ist ein elektronischer Schaltkreis, der die Ausbreitungszeit eines elektrischen Signals verzögert.

Die Verzögerungszeit kann durch Programmierung geändert werden. Es gibt auch passive Verzögerungsleitungen, die nur aus passiven Elementen bestehen, und aktive Verzögerungsleitungen, die von externen ICs gesteuert werden können.

Durch die Verzögerung des Signals um eine beliebige Zeit ist es möglich, das Timing mit anderen Signalen zu synchronisieren oder sie absichtlich zeitlich zu verzögern. Sie werden in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, einschließlich Telekommunikationsgeräten, eingesetzt.

Verwendungszwecke von programmierbaren Verzögerungsleitungen

Programmierbare Verzögerungsleitungen werden zur zeitlichen Abstimmung von Daten- und Taktsignalen verwendet. Dabei ist es besonders wichtig, das Timing genau einstellen zu können, da leichte Timing-Abweichungen bei höheren Geschwindigkeiten Probleme verursachen können.

Weitere Anwendungen sind die Umwandlung von Signalimpulsbreiten, Oszillatorschaltungen, Frequenzvervielfacher und Frequenzdiskriminatoren. Zu den Anwendungsbereichen gehören Medizin, Rundfunk, Militär und Raumfahrt. Sie werden in verschiedenen Detektions- und Kommunikationsgeräten verwendet, bei denen ein präzises Timing erforderlich ist.

Prinzip der programmierbaren Verzögerungsleitungen

Programmierbare Verzögerungsleitungen beruhen auf dem einfachen Prinzip, die Ausbreitung elektrischer Signale mit einer Induktivität L und einer Kapazität C zu verzögern. Es gilt als schwierig, eine Verzögerungsleitung zu schaffen, die die angegebene Verzögerungszeit mit Präzision liefert, auch wenn sich Bedingungen wie Prozess, Temperatur und Spannung ändern.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit ist die Rückkopplung. Die Abweichung von der vorgegebenen Verzögerungszeit wird ermittelt und an die Verzögerungsleitung zurückgemeldet, um den Fehler zu verringern. Die Verzögerungszeit wird z. B. durch Anpassung der Versorgungsspannung gesteuert. Durch Erhöhen der Spannung kann die Verzögerungszeit verkürzt werden.

Eine Möglichkeit zur Bestimmung des Verzögerungsfehlers besteht darin, die Spannung in eine Frequenz umzuwandeln. Wird der Ausgang der Verzögerungsleitung invertiert und zum Eingang zurückgeführt, wird eine Frequenz mit einer Verzögerungszeit von 1/2 ausgegeben. Dieser Mechanismus wird als spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) bezeichnet.

Aufbau einer programmierbaren Verzögerungsleitung

Eine programmierbare Verzögerungsleitung besteht aus einer Verzögerungsleitung, die das Signal verzögert, und einem Multiplexer, der die gewünschte Verzögerungszeit auswählt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Verzögerungsleitung zu konstruieren, wobei die heute am häufigsten verwendete ein Übertragungsnetzwerk in Leiterform mit Induktivität L und Kapazität C ist.

Die Verzögerungszeit für eine N-stufige Leiterschaltung beträgt √(L x C) pro Abschnitt und N x √(L x C) insgesamt. Eine andere Konfiguration ist die Verwendung von spannungsgesteuerten Verzögerungsleitungen (VCDLs), bei denen die Laufzeitverzögerung der Logikgatter durch die Versorgungsspannung gesteuert wird.

Die gewünschte Verzögerungszeit kann durch Auswahl einer beliebigen Stufe der Leiterschaltung mit einem Adressensignal in einem Multiplexer erreicht werden. Bei der Verwendung programmierbarer Verzögerungsleitungen ist es wichtig, Eigenschaften wie genaue Verzögerungszeit, gute Frequenz- und Phaseneigenschaften, geringe Verluste und gute Temperatureigenschaften zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass die erforderliche Leistung und die Anzahl der Bits für die Anwendung erfüllt werden.

Weitere Informationen über programmierbare Verzögerungsleitungen

1. Kennimpedanz

Verzögerungsleitungen sind Übertragungsleitungen wie Koaxialkabel und haben einen Eigenwellenwiderstand. Der Wellenwiderstand ist ein Parameter, der von der Induktivität und der Kapazität in der Schaltung abhängt. Es ist wichtig, dass der Wellenwiderstand innerhalb der Verzögerungsleitung gleichmäßig ist, um eine Übertragung mit geringer Wellenformverzerrung zu ermöglichen.

2. Anstiegszeit

Die inhärente Anstiegszeit der Verzögerungsleitung begrenzt die minimale Übertragungsimpulsbreite. Schmale Impulsbreiten haben eine hohe Frequenzkomponente und erfordern daher eine schnelle Anstiegszeit.

Die Impulsbreite, die die Verzögerungsleitung ohne Schwierigkeiten passieren kann, muss mindestens das Dreifache der Anstiegszeit der Verzögerungsleitung betragen.

Was ist eine Lithium-Batterien?

Eine Lithium-Batterie ist eine Art chemische Batterie, die eine chemische Reaktion zur Stromerzeugung nutzt. Obwohl der Name dem von Lithium-Batterien ähnelt und leicht verwechselt werden kann, sind Lithium-Batterien wiederaufladbare Batterien, die auf einer Interkalationsreaktion beruhen und ein Kohlenstoffmaterial verwenden, das Lithium-Ionen als negative Elektrode speichern kann.

Lithium-Batterien hingegen verwenden metallisches Lithium oder Lithium-Legierungen als negative Elektrode und sind im Allgemeinen nicht wiederaufladbare Primärbatterien.

Mangandioxid, Graphitfluorid und Eisendisulfid werden für die positive Elektrode von Lithium-Batterien verwendet, wobei diejenigen, die Mangandioxid verwenden, am weitesten verbreitet sind, und die Bezeichnung Lithium-Batterien bezieht sich im Allgemeinen auf Lithium-Mangandioxid-Batterien.

Verwendungszwecke von Lithium-Batterien

Lithium neigt am stärksten zur Kationisierung und ist das leichteste aller Metalle. Aus diesem Grund zeichnen sich Lithium-Batterien durch hohe Spannung, geringes Gewicht und hohe Energiedichte aus. Sie werden häufig als interne Stromquelle für Uhren und als Speichermedium in einer Vielzahl von elektrischen Haushaltsgeräten wie Blu-ray-/DVD-Recordern, Digitalkameras, Spielkonsolen, Reiskochern und Kommunikationsgeräten verwendet.

Einige Typen zeichnen sich auch durch stabile Entladeeigenschaften, langfristige Zuverlässigkeit und hervorragende Haltbarkeit bei hohen Temperaturen aus und werden daher häufig als Stromquellen für kritische Geräte wie verschiedene Wasser-, Strom- und Gaszähler und intelligente Zähler, Feuermelder, Sicherheitsausrüstungen und medizinische Geräte verwendet.

Prinzip der Lithium-Batterien

Lithium-Batterien verwenden Mangandioxid, Graphitfluorid oder Eisendisulfid für die positive Elektrode, Lithiummetall für die negative Elektrode und einen organischen Elektrolyten, der durch Auflösen von Lithiumsalzen in einem organischen Lösungsmittel hergestellt wird, als Elektrolyt

Das metallische Lithium in der Anode wird an der Kontaktstelle mit dem Elektrolyten ionisiert und löst sich als Lithiumionen in den Elektrolyten auf, wobei für jedes lithiumhaltige Atom ein Elektron erzeugt wird. Die Elektronen wandern dann von der Anode über einen Leiter zur Kathode und die Lithiumionen über den Elektrolyten, wodurch eine chemische Reaktion mit dem Kathodenmaterial ausgelöst wird.

Eigenschaften von Lithium-Batterien

Im Vergleich zu anderen Batterien, wie z. B. Alkalibatterien, weisen Lithium-Batterien folgende Eigenschaften auf

1. Geringes Gewicht und hohe Spannung

Während Alkalibatterien eine Nennspannung von 1,5 V haben, weist der häufiger verwendete Mangandioxid-Typ eine höhere Nennspannung von 3 V auf. Das geringe Gewicht, die hohe Spannung, die hohe Energiedichte und die Möglichkeit, die Anzahl der benötigten Batterien von zwei oder mehr auf nur eine zu reduzieren, bedeuten, dass sie in kleineren Geräten verwendet werden können.

2. Geringe Selbstentladung und lange Lebensdauer

Die Kathode einer Lithium-Batterie ist ein chemisch stabiles Material, das sich nicht so leicht zersetzt und auch nach 10 Jahren Lagerung noch mehr als 90 % seiner Kapazität beibehalten kann.

Außerdem zeigt ein Vergleich der Lebensdauer von Batterien in Geräten, die relativ viel Strom benötigen (z. B. Fotoausrüstung), dass Lithium-Batterien etwa doppelt so lange halten wie Alkali-Trockenbatterien. Lithium-Batterien sind zwar teurer als Trockenbatterien, aber die Häufigkeit des Batteriewechsels ist geringer, was sich bei Geräten mit hohem Stromverbrauch vorteilhaft auf die Gesamtkosten auswirken kann.

Bei Geräten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. Taschenrechnern und TV-Fernbedienungen, ist der Unterschied in der Lebensdauer zwischen Lithiumbatterien und Trockenbatterien jedoch gering und es gibt keinen Vorteil.

3. Breiter Temperaturbereich

Da der Elektrolyt in Alkalibatterien, wie den weit verbreiteten Trockenbatterien, eine wässrige Lösung ist, nimmt die Reaktionsaktivität bei niedrigen Temperaturen ab, und wenn der Elektrolyt gefriert, funktioniert die Batterie nicht mehr. Aus diesem Grund liegt der empfohlene Betriebstemperaturbereich für Alkalibatterien bei 5°C – 45°C.

Lithium-Batterien hingegen verwenden einen organischen Elektrolyten und haben einen sehr niedrigen Gefrierpunkt. Sie sind auch bei hohen Temperaturen relativ stabil, so dass die Energie über einen großen Temperaturbereich entnommen werden kann. Der Betriebstemperaturbereich für normale Produkte wird mit -30 bis 70 °C angegeben, für hitzebeständige Typen mit -40 bis 125 °C.

Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie als Stromquelle für Geräte beim Schneebergsteigen, für Foto- und Videokameras usw. verwendet.

Arten von Lithium-Batterien

Lithium-Batterien sind im Allgemeinen Primärbatterien, die weder geladen noch entladen werden können, aber es gibt auch wiederaufladbare Lithium-Batterien. In diesem Abschnitt werden die einzelnen Typen vorgestellt.

Primäre Lithium-Batterien

Die im Handel erhältlichen primären Lithium-Batterien lassen sich nach ihrer Form in drei Typen einteilen: zylindrische Lithium-Batterien, münzförmige Lithium-Batterien und stiftförmige Lithium-Batterien.

1. Zylindrische Lithium-Batterien
Zylindrische Lithium-Batterien zeichnen sich durch eine geringe Selbstentladung und eine hohe Leistungsabgabe aus. Als Kathodenmaterial wird hauptsächlich Graphitfluorid oder Mangandioxid verwendet, die beide eine Nennausgangsspannung von 3 V haben. Graphitfluorid hat eine ausgezeichnete Langzeithaltbarkeit und wird als Stromquelle in intelligenten Zählern für Gas und Wasser verwendet. Mangandioxid eignet sich für die Versorgung mit großen Strömen und wird in fotografischen Geräten wie Kameras verwendet. Lithium-Batterien mit Eisensulfid als positivem Elektrodenmaterial haben eine Ausgangsspannung von etwa 1,5 V und werden als Ersatz für AA- und AAA-Batterien verkauft.

2. Münzförmige Lithium-Batterien
Das positive Elektrodenmaterial von Lithium-Batterien in Münzform ist Graphitfluorid oder Mangandioxid. Sie zeichnen sich durch ihre geringe Dicke und Kompaktheit aus und werden als Reservestromquelle für Speicher- und Uhrfunktionen in Elektro- und Informationsgeräten verwendet. Sie werden auch in schlüssellosen Zugangssystemen für Autos und in ultrakompakten Leuchten verwendet.

3. Lithium-Batterien in Stiftform
Lithium-Batterien in Stiftform sind lang, dünn und kompakt, und das Material der positiven Elektrode ist Graphitfluorid. Ihre Hauptanwendungen sind elektrische Schwimmer für die Fischerei und kleine Funksender.

Wiederaufladbare Lithium-Batterien

Während gewöhnliche Lithium-Batterien Primärbatterien sind, die nicht wieder aufgeladen werden können, gibt es auch Lithium-Sekundärbatterien, die wieder aufgeladen werden können, indem Verbindungen wie Vanadium oder Titan als positive Elektrode und Lithium-Metall oder Lithium-Verbindungen oder -Legierungen wie Aluminium oder Titan als negative Elektrode verwendet werden, und die die Form einer Münze haben.

Sie verfügen nicht nur über die gleichen hervorragenden Eigenschaften wie primäre Lithium-Batterien, sondern auch über hervorragende Lade-Entlade-Zykluseigenschaften. Sie eignen sich für Geräte, bei denen Lithium-Batterien nicht auf halber Strecke ausgetauscht werden wollen oder können. Beispiele für die Verwendung sind solarbetriebene Uhren und Notstromversorgungen für Armbanduhren.

Was ist Kleinsignal-Dioden?

Kleinsignal-Dioden sind Dioden, die mit relativ kleinen Strömen von einigen hundert mA oder weniger arbeiten.

Sie werden bei der Gleichrichtung und beim Schalten eingesetzt, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, sowie bei der Erzeugung von Konstantspannungen. Die bekannteste Anwendung ist die Demodulation.

Demodulation bedeutet, dass Funkwellen, die ein hochfrequentes Trägersignal mit einem niederfrequenten Audiosignal kombinieren, als Audiosignal an ein Audioausgabegerät ausgegeben werden, indem die Fähigkeit der Diode genutzt wird, nur niederfrequente Signale zu erkennen.

Verwendungszwecke von Kleinsignal-Dioden

Kleinsignal-Dioden werden in elektronischen Produkten verwendet, die kleine Signale verarbeiten und elektrische Vorgänge ausführen, insbesondere in Hochfrequenzanwendungen wie elektrischen Geräten, Präzisionsinstrumenten und Funkempfängern sowie bei Schaltvorgängen.

Bei der Auswahl von Dioden sollte man auf ihre maximalen Nennwerte und die Vorspannung achten, die aufgrund ihres Kleinsignalbetriebs angelegt werden kann. Besteht die Möglichkeit eines übermäßigen Stromflusses, muss eine Schutzschaltung installiert werden, um einen übermäßigen Stromfluss durch die Diode zu verhindern.

Prinzip von Kleinsignal-Dioden

Das Prinzip der Kleinsignal-Dioden liegt in ihrer Schaltungscharakteristik, die sich die physikalischen Phänomene an der PN-Übergangsstelle von Halbleiterdioden und an der Übergangsstelle zwischen Metall und Halbleiter zunutze macht und die Gleichrichtung in Durchlass- und Sperrrichtung der I-U-Kennlinie ausnutzt.

Der Betrieb kleiner elektrischer Schaltungen wird anhand ihrer typischen Funktionen beschrieben: Schaltbetrieb, Gleichrichterschaltungen und Konstantspannungserzeugung.

1. Schaltbetrieb

Wenn an eine Diode eine Spannung angelegt wird, dient sie als Schalter, der den Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Wenn eine Spannung in Durchlassrichtung angelegt wird, fließt Strom, was als Einschaltvorgang bezeichnet wird, während in Sperrrichtung kein Strom fließt, selbst wenn eine Spannung angelegt wird, was als Ausschaltvorgang bezeichnet wird.

Schottky-Barriere-Dioden und PIN-Dioden werden als Dioden für die Funktion von Schaltern mit einer relativ hohen Betriebsfrequenz verwendet, da sie ein schnelles Schalten bei kleinen Strömen ermöglichen.

2. Gleichrichterschaltungen

Die Gleichrichtung ist ein Schaltungsvorgang, bei dem Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, indem die Eigenschaft der Diode genutzt wird, den Strom nur in einer Richtung fließen zu lassen. Normalerweise ist der Strom ein Halbfrequenzstrom, der nicht in die negative Richtung fließt, aber wenn Dioden in einer Brückenschaltung angeschlossen sind, wird der negative Teil des Wechselstroms in einen positiven umgewandelt und unter Spannung gesetzt, wodurch der Strom in einen Gleichstrom mit voller Frequenz umgewandelt werden kann.

3. Erzeugung einer konstanten Spannung

Dies ist eine Schaltung, bei der häufig Zenerdioden verwendet werden. Eine Zenerdiode ist eine Diode, die unabhängig vom Sperrstrom eine konstante Spannung über einen bestimmten Bereich erzeugen kann. Diese Dioden werden in Schaltkreisen zur Erzeugung konstanter Spannungen und auch als Schutzschaltungen eingesetzt.

Weitere Informationen über Kleinsignal-Dioden

1. Beispiele für den Aufbau von Kleinsignal-Dioden

Kleinsignal-Dioden lassen sich grob in Planar- und Mesa-Typen einteilen.

Planarer Typ
Der planare Typ ist die am häufigsten verwendete Halbleiterstruktur, bei der eine Verunreinigungsdiffusionsschicht in der Nähe der Oxidschicht auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiters gebildet wird, um einen PN-Übergang für die Diode zu schaffen. Es ist möglich, die erforderlichen Dioden in verschiedenen Teilen des ICs schaltungstechnisch einzubauen, und diese Struktur kann zusätzlich zu diskreten Kleinsignal-Dioden-Anwendungen in großem Umfang als Schaltungsblock innerhalb des ICs verwendet werden.

Mesa-Typ
Der Mesa-Typ zeichnet sich dadurch aus, dass der PN-Übergang in einer vertikalen, bergähnlichen Form ausgebildet ist, und insbesondere die Fläche des N-Typ-Teils kann aufgrund seiner Struktur groß sein, was eine relativ große Sperrspannung ermöglicht. Diese Struktur wird häufig in Kleinsignal-Dioden zur Gleichrichtung verwendet, um diese Eigenschaft zu nutzen.

2. Array-Kleinsignal-Dioden

Bei der Verwendung von Kleinsignal-Dioden in verschiedenen Schaltungen können mehrere Dioden eingesetzt werden. In solchen Fällen eignen sich Kleinsignal-Dioden vom Array-Typ.

Es gibt auch Produkte, die mehrere Kleinsignal-Dioden in einem einzigen Gehäuse integrieren, oder z. B. eine kombinierte Anordnung von Zener-Dioden und Schottky-Sperrschicht-Dioden. Diese Produkte sind z. B. nützlich, wenn die Vf-Spannung der Dioden in der Schaltung geteilt werden soll.