月: 2023年6月

Was ist ein Kunststoff-Folienkondensator?

Kunststoff-Folienkondensatoren sind Kondensatoren, die eine Kunststofffolie als Derivat verwenden. Die Technologie geht auf die im späten 19. Jahrhundert erfundenen Papierkondensatoren zurück. Bei Papierkondensatoren wird Öl- oder Paraffinpapier zwischen Aluminiumfolie eingeklemmt und aufgerollt.

Der Typ, bei dem das Metall direkt auf das Papier aufgebracht wird, wird als metallisierter Papierkondensator (MP) bezeichnet. Kunststoff-Folienkondensatoren wurden in den 1930er Jahren auf der Grundlage dieser Technologien entwickelt.

Kunststoff-Folienkondensatoren werden nach dem Aufbau der Innenelektroden in Folienkondensatoren und metallisierte Elektrodenkondensatoren (Metallfolienkondensatoren) unterteilt, nach den strukturellen Unterschieden in Wickelkondensatoren und Lamellenkondensatoren sowie in induktive und nichtinduktive Kondensatoren.

Anwendungen von Kunststoff-Folienkondensatoren

Kunststoff-Folienkondensatoren werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt, von Konsumgütern bis hin zu Industrieanlagen. Beispiele für Verbraucherprodukte sind Haushaltsgeräte wie Kühlschränke und elektronische Geräte im Auto wie Navigationssysteme, Audiosysteme und ETC-Systeme. Beispiele für Industrieanlagen sind Geräte der Leistungselektronik.

Kunststoff-Folienkondensatoren zeichnen sich durch einen hohen Isolationswiderstand und hohe Sicherheit aus. Sie sind außerdem nicht polarisiert, haben ausgezeichnete Hochfrequenzeigenschaften und gute Temperatureigenschaften. Außerdem können sie mit hoher Kapazitätsgenauigkeit verwendet werden und haben eine lange Lebensdauer.

Allerdings sind Kunststoff-Folienkondensatoren größer als keramische Vielschicht-Chipkondensatoren. Daher werden sie eher in Spannungs- und Kapazitätsbereichen eingesetzt, die von Keramikkondensatoren nicht abgedeckt werden können, sowie in Hochleistungs- und Hochpräzisionskrisen.

Funktionsweise von Kunststoff-Folienkondensatoren

Kondensatoren sind elektronische Bauteile, die Elektrizität speichern und abgeben. Wenn eine Spannung zwischen zwei sich gegenüberliegenden Leitern angelegt wird, kommt es zu einer elektrostatischen Induktion im Isolator oder im Raum zwischen den Leitern. Die elektrostatische Induktion bewirkt eine dielektrische Polarisierung im Isolator, wodurch die Batterie aufgeladen wird.

Kunststoff-Folienkondensatoren verwenden eine Folie für die Induktion. Kunststoff-Folienkondensatoren können je nach Aufbau und Struktur der Innenelektroden in verschiedene Kategorien eingeteilt werden.

1. Kunststoff-Folienkondensatoren mit Folienelektroden

Hierbei handelt es sich um einen gewickelten Kunststoff-Folienkondensator, bei dem eine Kunststofffolie über eine Metallfolie gewickelt ist, die als Innenelektrode dient. Die Metallfolie wird aus Aluminium, Zinn oder Kupfer hergestellt.

Kunststoff-Folienkondensatoren gibt es in induktiver und nicht-induktiver Ausführung. Der induktive Typ ist mit einem an der Innenelektrode befestigten Leitungsdraht gewickelt, während beim nicht-induktiven Typ ein Leitungsdraht oder eine Anschlusselektrode an der Stirnfläche befestigt ist. Die Induktivitätskomponente des nicht-induktiven Typs kann kleiner sein als die des induktiven Typs und hat daher bessere Hochfrequenzeigenschaften.

2. Kunststoff-Folienkondensatoren mit verdampften Elektroden

Bei diesem Typ von Folienkondensatoren werden die inneren Elektroden aus Metall hergestellt, das auf einer Kunststofffolie abgeschieden wird. Als metallisches Material wird Aluminium oder Zink verwendet. Da die aufgedampfte Folie sehr dünn ist, kann sie kleiner gebaut werden als Folien-Elektroden-Kondensatoren.

Weitere Informationen zu Kunststoff-Folienkondensatoren

1. Polarität von Kunststoff-Folienkondensatoren

Kunststoff-Folienkondensatoren haben keine Polarität. Das bedeutet, dass Kunststoff-Folienkondensatoren nicht gepolte Kondensatoren sind. Es gibt zwei Arten von Festkondensatoren: nicht gepolte und gepolte Kondensatoren.

Nicht gepolte Kondensatoren
Ein nicht gepolter Kondensator ist ein Kondensator, bei dem nicht zwischen Plus- und Minuspol unterschieden wird. Es spielt keine Rolle, welcher Anschluss positiv ist. Die Polarität der an den Anschlüssen anliegenden Spannung ist nicht geregelt. Diese Kondensatoren können direkt in Wechselstromkreisen verwendet werden.

Kunststoff-Folienkondensatoren sind eine der wichtigsten Arten von unpolaren Kondensatoren. Andere unpolare Kondensatoren sind Keramikkondensatoren, Papierkondensatoren, Glimmerkondensatoren und Luftkondensatoren.

Gepolte Kondensatoren
Ein gepolter Kondensator ist ein Kondensator, bei dem die positive Seite der beiden Anschlüsse festgelegt ist. Wird die Polarität der Anschlüsse falsch verwendet, geht der Kondensator kaputt.

2. Kunststoff-Folienkondensatoren und Audio

Audiogeräte können selbst gebaut oder angepasst werden, um den Klang nach dem eigenen Geschmack zu gestalten. Es gibt viele Faktoren, die die Qualität des Klangs beeinflussen, aber auch die verwendeten Bauteile wirken sich auf die Klangqualität aus. Kondensatoren sind eines dieser Bauteile.

Zu den erforderlichen Eigenschaften von Kondensatoren in Audioverstärkern gehören:

• Gute Hochfrequenzeigenschaften
• Geringe harmonische Verzerrung
• Geringes so genanntes Quietschen

Im Vergleich zu Elektrolytkondensatoren sind Kunststoff-Folienkondensatoren in Bezug auf die oben genannten Eigenschaften überlegen. In Bezug auf die Klangqualität sind Kunststoff-Folienkondensatoren den Elektrolytkondensatoren in Bezug auf Klangtransparenz und Auflösung überlegen.

Was ist ein Leistungs-MOSFET aus Siliziumkarbid (SiC)?

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) sind MOSFETs, die anstelle des herkömmlichen Si-Substrats einen Verbindungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) verwenden.

MOSFETs werden als Halbleitersubstrat für MOSFETs, eine Art Feldeffekttransistor, zum Ein- und Ausschalten, für Verstärker und andere Anwendungen verwendet. Durch die Verwendung von SiC, einem Verbindungshalbleiter, als Halbleitersubstratmaterial ist es möglich, den Widerstand beim Anlegen einer Spannung im Vergleich zu herkömmlichen Si-MOSFETs zu verringern.

Dadurch lassen sich die Schaltverluste beim Ausschalten und die Leistungsverluste beim Leistungsbetrieb verringern. Die Leistung des Halbleiterchips kann verbessert und die während des Transistorbetriebs erforderliche Kühlkapazität verringert werden, was zu einer Miniaturisierung des Produkts selbst führt.

Anwendungen für Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC)

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) werden in vielen Halbleiterprodukten eingesetzt, z. B. in Relais, Schaltnetzteilen und Bildsensoren in elektronischen Geräten der Leistungselektronik usw. Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) ermöglichen ein schnelleres Schalten aufgrund geringerer Verluste beim Ausschalten. SiC-MOSFETs werden in vielen Fällen auch in Kommunikationsgeräten eingesetzt.

Bei der Auswahl von Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) müssen die Betriebsbedingungen der Produktanwendung, d.h. absolute Höchstwerte, elektrische Eigenschaften, Gehäuse und Größe berücksichtigt werden.

Funktionsweise von Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC)

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) ermöglichen MOSFET-Strukturen mit geringem Durchlasswiderstand und verlustarmem Betrieb beim Ausschalten bei gleichbleibend hoher Stehspannung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Transistor aus SiC-Substraten hergestellt wird, deren physikalische Eigenschaften eine etwa dreimal höhere Bandlückenenergie und eine etwa zehnmal höhere Durchbruchfeldstärke als die von Si-Substraten aufweisen, so dass die Schichtdicke der aktiven Schicht dünner gestaltet werden kann.

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) haben eine Stapelstruktur aus p-Typ- und n-Typ-Halbleitern. In der Regel wird der n-Typ-Halbleiter auf den p-Typ-Halbleiter gestapelt, wobei Drain- und Source-Elektroden auf dem n-Typ-Halbleiter, eine Oxid-Isolierschicht und Gate-Elektroden zwischen den n-Typ-Halbleitern angebracht sind. Die Siliziumscheibe besteht aus SiC (Siliziumkarbid), einem Verbindungshalbleiter, als Epi-Substrat.

Bei MOSFETs bewirkt das Anlegen einer positiven Spannung an das Gate einen Stromfluss zwischen Source und Drain. In diesem Fall können Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) mit höheren Spannungen und Strömen zwischen Source und Drain arbeiten als MOSFETs, die nur Si verwenden. Die Konzentration von Verunreinigungen im Halbleiter kann erhöht werden, was zu geringeren Verlusten und einer Miniaturisierung führt.

Weitere Informationen zu Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC)

1. Unterschied zwischen Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) und IGBTs

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) werden jedoch zunehmend in diesem Bereich eingesetzt. SiC-MOSFETs werden jetzt in diesem Bereich eingesetzt, weil SiC eine höhere Bandlückenenergie hat, die einen Betrieb bei höheren Temperaturen als bei IGBTs ermöglicht. Ein weiterer Grund ist, dass SiC-MOSFETs das Problem der hohen Schaltverluste in der nachfolgenden Bipolartransistorstufe im Falle von IGBTs überwinden können.

In der Vergangenheit hatten SiC-Epi-Substrate einen kleinen Durchmesser, was die Massenproduktion und die Kosten erschwerte. In letzter Zeit ist es jedoch möglich geworden, 8-Zoll-Substrate zu verwenden, und die Massenproduktion und die Preise verbessern sich.

Sie werden aktiv in relativ großen Leistungsanwendungen von mehr als 10 kW eingesetzt, z. B. in Elektrofahrzeugen (EV), Stromerzeugungssystemen und Haushaltsstromanwendungen.

2. Unterschiede zwischen SiC- und GaN-Bauelementen

Neben SiC ist GaN (Galliumnitrid) ein weiterer Halbleiter mit breiter Bandlücke, der Aufmerksamkeit erregt. GaN hat eine noch höhere Bandlückenenergie und eine größere dielektrische Durchschlagsfestigkeit als SiC und ist Gegenstand aktiver Forschung, insbesondere in Forschungsinstituten.

GaN wird im Allgemeinen mit einer aktiven GaN-Schicht auf einem Si-Substrat strukturiert, was es schwieriger macht, Hochleistungsanwendungen wie SiC-MOSFETs zu unterstützen. Auf dem Markt werden Anwendungen, die einer Leistung von 1 KW entsprechen, relativ wenig berücksichtigt. Beispiele hierfür sind Hochleistungs-Verstärkeranwendungen für 5G-Basisstationen und Batterieladeanwendungen über PC oder USB.

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) können wie GaN-Bauelemente bei hohen Temperaturen betrieben werden und benötigen keine Kühlvorrichtungen oder übermäßige Wärmeabfuhrstrukturen, was in den letzten Jahren zu ihrem weitverbreiteten Einsatz als kompakte PC-Netzteile geführt hat.

Was ist ein Feder-Steckverbinder?

Ein Feder-Steckverbinder gehört zu den elektrischen Verbindungselementen, die als Kontaktstelle für die Stromleitung zwischen verschiedenen Bauteilen verwendet werden.

Er besteht im Wesentlichen aus einem Stift, einem Rohr und einer Feder. Die Feder befindet sich in dem Rohr, das mit dem Stift verbunden ist, und macht ihn widerstandsfähig gegen Vibrationen, so dass er bei Erschütterungen nicht so leicht aus dem Gleichgewicht gebracht werden kann.

Es gibt viele Arten von Steckverbindern, darunter Fine-Pitch-Steckverbinder, modulare Steckverbinder mit geringem Widerstand und solche mit Gehäuse. Es gibt eine breite Palette von Produkten in Bezug auf die Anzahl der Pole, die Anzahl der Kontakte, die Kontakthöhe usw., die sich durch eine gute Haltbarkeit und ein einfaches Verbinden und Trennen auszeichnen.

Anwendungen von Feder-Steckverbindern

Feder-Steckverbinder werden in der Mobil- und Transporttechnik eingesetzt. Feder-Steckverbinder sind für Produkte, die Vibrationen ausgesetzt sind, unverzichtbar, da die Feder dafür sorgt, dass der Kontakt auch bei Vibrationen erhalten bleibt.

In unserem Alltag werden sie in Ladeboxen für kabellose Kopfhörer, in der Verbindung zwischen dem Tablet-Gerät und der Tastatur eines 2-in-1-Tablet-PCs, beim Laden von Smartwatches und in Ladesteckern für Elektrofahrzeuge verwendet. Feder-Steckverbinder tragen auch zur Miniaturisierung von Geräten bei.

Sie eignen sich zum Beispiel auch für die Verbindung von Platinen untereinander und von Platinen mit Batterien. Weitere Anwendungen sind Halterungen und interne Antennenanschlüsse. Es gibt oberflächenmontierbare, durchkontaktierte und lötbare Typen, die mit der Leiterplatte durch Löten verbunden werden.

Funktionsweise von Feder-Steckverbindern

Feder-Steckverbinder nutzen die Federkraft, um den Kontakt zwischen den elektrischen Kontakten aufrechtzuerhalten. Sie bestehen im Wesentlichen aus drei Komponenten: einer hohlen Hülse, die als Hauptkörper dient, einer Spiralfeder, die sich im Inneren der Hülse befindet, und einem Stößel, der von der Feder gegen das Gegenstück gedrückt wird.

Es gibt auch einen Typ mit einer Vier-Komponenten-Struktur, die eine Kugel, eine Schale und einen Isolator zwischen der Feder und dem Stößel umfasst. Die Konstruktion der Feder-Steckverbinder wird auch als Pogo-Pin-Konstruktion bezeichnet.

Der Name leitet sich von der Tatsache ab, dass die federunterstützte Struktur einem Pogo-Stick ähnelt, einem stabförmigen Spielgerät mit Griff und Stufe, mit dem man durch die Kraft der Feder springen kann. Für den Kolben und die Hülse wird häufig Messing verwendet, während für die Feder häufig SUS und Klavierdraht verwendet werden. Die Oberflächenbehandlung der Kontaktflächen ist in der Regel vergoldet.

Weitere Informationen zu Feder-Steckverbindern

1. Steckrichtung von Feder-Steckverbindern

Beim Zusammenstecken von Bauteilen mit Feder-Steckverbindern sollten diese vertikal zusammengesteckt werden. Wenn die Teile so verbunden werden, dass sie horizontal statt vertikal zusammengeschoben werden, übt der Kolben eine Kraft aus, die versucht, in einer Richtung gegen das Fass zu drücken, die um 90 ° von der Richtung abweicht, in der er auf die Feder drückt.

Wenn die Feder nicht nach unten gedrückt wird, kann dies zu einer Beschädigung des Laufrands führen. Es kann jedoch auch ein horizontales Zusammenstecken möglich sein, sofern Maßnahmen zur Berücksichtigung des horizontalen Zusammensteckens getroffen werden.

Allerdings ist die Anzahl der erträglichen Steckzyklen im Allgemeinen geringer und das Gleiten führt zu einer stärkeren Abnutzung der Beschichtung, so dass Maßnahmen wie ein möglichst kurzer Gleitweg oder eine Verdickung der Beschichtung erforderlich sind.

2. Spezifikationen von Feder-Steckverbindern

Feder-Steckverbinder sind je nach Anwendung in verschiedenen Spezifikationen mit verbesserten Spezialmerkmalen erhältlich. Drei typische Spezifikationen werden im Folgenden vorgestellt:

Wasserdichtigkeit
Wasserdichte Feder-Steckverbinder werden gewählt, wenn das Produkt nass werden kann. Zur Abdichtung werden wasserdichte Komponenten wie Vergussmasse, O-Ringe und Gummiplatten verwendet.

Unterstützung von Hochgeschwindigkeitsübertragungen
In elektronischen Geräten werden Informationen übertragen, und die Hochgeschwindigkeitsübertragung von Daten ist für die Verbesserung der Geräteleistung unerlässlich. Bei der Verwendung von Federsteckverbindern zur Übertragung großer Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit werden Spezifikationen wie die Anordnung der Stifte mit Hilfe der Analyse des elektromagnetischen Feldes des Steckers entworfen.

Hohe Strombelastbarkeit
Einige FederSteckverbinder werden für Hochstromverbindungen verwendet. Um sicherzustellen, dass auch bei kleinen Feder-Steckverbindern große Ströme fließen können, werden Komponenten wie Kugeln und Isolatoren eingebaut, um die Kontaktfläche zu sichern und die Wärmeentwicklung zu verringern.

Was ist ein D-Sub?

Der D-Sub (D-subminiature) ist einer der Steckerstandards für den Anschluss von Computern an Peripheriegeräte.

Der Name D-Sub leitet sich von der Tatsache ab, dass der abschirmende Teil des D-Subs wie der Buchstabe D geformt ist, um Störungen durch externe elektromagnetische Strahlung zu reduzieren. Die Anzahl der Stifte (Anzahl der Signalleitungen) und die verschiedenen Größen sind sehr unterschiedlich, es gibt mehr als 20 verschiedene Typen. Die Namen dieser Typen sind durch die Größe und die Anzahl der Stifte gekennzeichnet.

Anwendungen von D-Subs

Der D-Sub ist ein sehr alter Standard und war früher weit verbreitet. Der D-Sub wird je nach Anzahl der Stifte unterschiedlich verwendet, die im Folgenden nach Typ beschrieben werden:

1. 9-poliger D-Sub

Der 9-polige D-Sub wird hauptsächlich für die serielle Kommunikation wie RS-232C und RS422 verwendet. Dieser Stecker wurde auch in den ATARI-Spezifikationen für Spielkonsolen verwendet und von NEC-PCs populär gemacht. Er wird auch in anderen SCSI-3-Standard-Faserkanälen verwendet.

2. 15-poliger D-Sub

Der 15-polige D-Sub wird für Kabel zum Anschluss von Monitoren an PC/AT-kompatible Maschinen verwendet. Was gemeinhin als VGA-Anschluss (Video Graphics Array) bezeichnet wird, ist ein D-Sub 15-polig; andere D-Subs als 15-polig haben eine Anschlussanordnung von fünf Stiften in drei Reihen im Gegensatz zu zwei Reihen.

Heute sind digitale Anschlüsse wie HDMI, DVI und DisplayPort am weitesten verbreitet. D-Subs werden jedoch immer noch verwendet, da sie extrem vielseitig sind.

3. 25-poliger D-Sub

Der 25-polige D-Sub wird für serielle RS-232C-Schnittstellen, SCSI auf dem Macintosh und Druckerterminals auf PC/AT-kompatiblen Rechnern, etc. verwendet. Aufgrund der großen Größe des 25-poligen Steckers in der RS-232C-Norm werden heute häufig 9-polige Stecker verwendet. In einigen Geräten wird jedoch immer noch der 25-polige Stecker verwendet.

4. 37-poliger D-Sub

Der 37-polige D-Sub wird hauptsächlich für AES/EBU- und ICEM-SCSI-Geräte für professionelle digitale Audiosignalübertragungsstandards verwendet. Sie werden manchmal auch für die Kommunikation zwischen Geräten in der Fabrikautomation verwendet, da sie mehr Signalleitungen aufnehmen können.

Funktionsweise des D-Subs

Der D-Sub besteht aus der Grundstruktur von Kontakt und Gehäuse mit den Komponenten Haube (Schale) und Ösen. Der Kontakt, auch Anschluss oder Klemme genannt, ist das Metallteil, das den Strom leitet. Das Gehäuse ist der Teil, in den die Kontakte eingebaut sind und der aus einem isolierenden Material besteht.

1. Haube eines D-Subs

Der D-Sub umschließt die Kontakte und das Gehäuse in einem Gehäuse, das als Haube (englisch: shell) bezeichnet wird und durch Befestigungselemente, die Ösen genannt werden, gesichert ist. Das Metallgehäuse schirmt auch elektromagnetische Felder ab und ist daher ein nützliches Bauteil zur Bekämpfung elektromagnetischer Störungen (EMI).

2. Schrauben am D-Sub

Der D-Sub wird mit Schrauben an der Öse befestigt, die auf der Seite des Steckers und der Buchse übereinstimmen müssen, da die folgenden Schraubentypen zur Befestigung des D-Subs verwendet werden:

• Lange Schraube / kurze Schraube
• Millimeterschrauben / Zollschrauben

3. Anzahl der Stifte auf dem D-Sub 

D-Subs haben je nach Anwendung eine unterschiedliche Anzahl von Kontakten (Anzahl von Stiften). Der bekannteste ist der 15-polige DE-15, der im täglichen Gebrauch am häufigsten vorkommt. Andere häufig verwendete RS-232C-Stecker für den Anschluss an Industriemaschinen verwenden entweder den 9- oder 25-poligen DE-9 oder DB-25. Der 9-polige Stecker wird jedoch meist in PCs verwendet, da der 25-polige Stecker größer ist.

Bei D-Subs ist die Signalart jedem einzelnen Kontakt zugeordnet. Bei einem VGA-Ausgang beispielsweise hat jeder Kontakt eine bestimmte Funktion: Der erste Stecker gibt ein rotes, der zweite ein grünes und der dritte ein blaues Videosignal aus.

Was ist eine Kapazitätsdiode (Varicap)?

Eine Kapazitätsdiode (Varicap) ist eine Diode, deren Kapazität durch Anlegen einer Sperrspannung verändert werden kann.

Sie werden auch als Dioden mit variabler Kapazität oder Varicaps bezeichnet. Wenn eine Sperrspannung an den PN-Übergang einer Diode angelegt wird, verhält sich die Verarmungsschicht, d. h. der Bereich ohne Ladungsträger wie Elektronen und Löcher, im Allgemeinen wie ein Kondensator.

Kapazitätsdioden (Varicap) nutzen aktiv die Eigenschaft, dass sich die Kapazität, die sich wie ein Kondensator verhält, in Abhängigkeit von der Höhe der angelegten Spannung ändert.

Anwendungen von Kapazitätsdioden (Varicap)

Kapazitätsdioden (Varicap) werden in elektronischen Bauteilen wie elektronischen Abstimmkreisen und spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCOs) verwendet. Elektronische Abstimmkreise und spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) werden in Geräten verwendet, die Radiowellen empfangen, z. B. in Radios, Fernsehgeräten, Telekommunikationsgeräten und mobilen Kommunikationsgeräten wie Smartphones.

Damit diese Geräte Signale einer bestimmten Frequenz empfangen können, müssen die Kapazität der Kondensatoren im Empfänger und die Impedanzwerte der Spulen angepasst werden. Zu diesem Zweck werden Kapazitätsdioden verwendet, deren Kapazität durch eine Spannung gesteuert werden kann.

Funktionsweise der Kapazitätsdiode (Varicap)

Die Funktionsweise der Kapazitätsdiode besteht darin, die ladungsträgerfreie Verarmungsschicht, die beim Anlegen einer Sperrspannung am PN-Übergang der Diode entsteht, als Kapazität zu nutzen und die Eigenschaft, dass der Wert der Kapazität vom Wert der Sperrspannung abhängt, aktiv zu nutzen. In einer gewöhnlichen Diode fließt ein Durchlassstrom, wenn eine Vorspannung in Durchlassrichtung angelegt wird, während kein Strom fließt, wenn eine Vorspannung in Sperrrichtung angelegt wird.

Wenn eine Spannung in der entgegengesetzten Richtung angelegt wird, bewegen sich Löcher vom P-Typ-Halbleiterteil zur Elektrode und Elektronen vom N-Typ-Halbleiterteil zur Elektrode aus dem PN-Übergangsteil und bilden eine Verarmungsschicht ohne Ladungsträger im PN-Übergang. Die Verarmungsschicht hat keine Ladung und die Ladung wird auf beiden Seiten der Verarmungsschicht erzeugt, so dass sich die Diode wie ein Kondensator verhält.

Je größer der Absolutwert der angelegten Spannung in Sperrrichtung ist, desto größer ist die Dicke der Verarmungsschicht, was zu einer kleineren äquivalenten Kapazität führt. Eine Kapazitätsdiode (Varicap) ist eine Diode, deren Kapazität durch Anlegen einer Sperrspannung und Veränderung ihres Wertes verändert werden kann. Diese Kapazitätsänderungseigenschaft wird effektiv ausgenutzt.

Weitere Informationen zu Kapazitätsdioden (Varicap)

1. LC-Schwingkreise mit Kapazitätsdioden

Da der Kapazitätswert einer Kapazitätsdiode durch die angelegte Vorspannung variiert werden kann, ist es möglich, mit einer Induktivität einen LC-Schwingkreis zu bilden und dessen Resonanzfrequenz einzustellen.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) beispielsweise enthält einen Resonanzkreis in einem Colpitts-Oszillator, der einen LC-Resonanzkreis verwendet, der durch diesen Spannungswert variiert werden kann.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist Teil der PLL (Phased Lock Loop), eines Frequenzregelkreises für die mobile Kommunikation. Er ist ein sehr wichtiger Schaltkreis für zellulare Kommunikationsanwendungen, die zwischen Basisstationen und mobilen Endgeräten durchgeführt werden. Als Abstimmkreis wird der LC-Schwingkreis auch in FM-Modulationsanwendungen wie dem Radio eingesetzt.

2. Etymologie von Varactor und Varicap und Durchbruchspannung

Varactor (Varicap) ist die Abkürzung für Variable Reactor, d. h. variabler Blindwiderstand, im Fall von Kapazitätsdioden speziell kapazitiver variabler Blindwiderstand. Varicap hingegen ist eine Abkürzung für Variable Capacitor, was wörtlich übersetzt variable Kapazität bedeutet.

Während sowohl Varactor als auch Varicap Abkürzungen für variable Kapazität sind, ist zu beachten, dass die Diodenvorspannung auf der Rückseite, auf der die Kapazität variiert werden kann, auch eine Durchbruchsspannung (breakdown voltage) hat. Prüfen Sie die elektrischen Spezifikationen der zu verwendenden Kapazitätsdiode (Varicap) sorgfältig und verwenden Sie eine Spannung innerhalb des nutzbaren Bereichs auf der Rückseite.

Die Durchbruchspannung (Durchschlagsspannung) wird auch als Zener-Spannung bezeichnet, und Dioden, die diesen Bereich aktiv nutzen, werden auch Zener-Dioden genannt. Zenerdioden werden häufig in Schutzschaltungen verwendet, um zu verhindern, dass Überspannungen an die Schaltung des Geräts angelegt werden, oder in Schaltungen zur Erzeugung konstanter Spannungen.

Was ist ein GNSS Modul?

Ein GNSS (globales Navigationssatellitensystem) Modul ist ein Modul, das Signale von Satelliten verwendet, um Positions- und andere Daten zu erhalten.

GNSS steht für Global Navigation Satellite System. Es bezieht sich auf das US-amerikanische GPS, das russische GLONASS, das EU-Galileo, das chinesische Satellitenpositionierungssystem BeiDou und das japanische QZSS, die typische Systeme zur Bestimmung von Positionsdaten sind.

Durch die Nutzung der von verschiedenen Satellitensystemen gesendeten Signale ist es möglich, Positionsdaten mit höherer Genauigkeit zu messen.

Anwendungen von GNSS Modulen

GNSS Module werden zur Messung von Fahrzeugpositionen, Geschwindigkeits- und Fahrtrichtungsinformationen sowie zur Erfassung von Positionsinformationen z. B. für die Kartenfunktion von Smartphones verwendet. Weitere Anwendungen sind Tablets, Smartwatches, Laptops, medizinische Anwendungen, intelligente Landwirtschaft, hochpräzise Ortung, intelligente Züge, Robotik, autonome Fahrzeuge, Industrieautomatisierung, Logistik und Anlagenverfolgung, Drohnen, Landmaschinen und schwere Baumaschinen.

Bei der Auswahl eines GNSS Moduls müssen Faktoren wie Größe und Kosten des Moduls sowie die Größe des von der Antenne empfangenen und verarbeiteten Signals berücksichtigt werden. Auch andere Faktoren müssen beachtet werden, wie z. B. die Stoßfestigkeit gegen Herunterfallen bei Smartphones und Tablet-PCs sowie die Wärme- und Vibrationsfestigkeit bei GNSS Modulen für Fahrzeuge.

Funktionsweise der GNSS Module

Der Signalempfänger empfängt die von mehreren Satelliten gesendeten Informationen über Position und Zeit der Satelliten. Aus der empfangenen Zeit, der Sendezeit des Signals und der Geschwindigkeit, mit der sich das Signal ausbreitet, kann die Entfernung zwischen dem Satelliten und dem GNSS bestimmt werden, was bei mehreren Signalen zur Ermittlung der Positionsinformationen möglich ist.

Andererseits sind die von Satelliten gesendeten Signale schwach, und in vielen Fällen können die Signale nicht erreicht werden, wenn es Hindernisse gibt oder Rauschen durch die umgebende Empfangsumgebung erzeugt wird, und genaue Positionsinformationen können nicht bestimmt werden. Daher verwenden einige Produkte eine fortschrittliche Signalverarbeitung, um genaue Positionsdaten zu ermitteln.

Bestandteile eines GNSS Moduls

Zu den Komponenten eines GNSS Moduls gehören ein Empfänger, ein rauscharmer Verstärker und ein GNSS-Empfänger. Schwache Signale, die von Satelliten ausgesendet werden, werden vom Signalempfänger empfangen und durch einen rauscharmen Verstärker verstärkt.

Die verstärkten Signale werden vom GNSS-Empfänger verarbeitet und die Positionsdaten werden berechnet. Die Positionsinformationen werden dann an das Gerät, an das das GNSS Modul angeschlossen ist, übertragen und für positionsbezogene Anwendungen verwendet.

Weitere Informationen zu GNSS Modulen

1. Hauptfehlerquellen bei GNSS Modulen

Obwohl GNSS Module durch den Empfang von Satellitensignalen Positionsmessungen von hoher Qualität liefern können, können Fehler aufgrund von Faktoren wie Satellitenbahn, Satellitenuhr, ionosphärische Verzögerung, troposphärische Verzögerung, Empfänger (Antenne), Mehrwegeffekte, etc. auftreten. Die Gründe für Fehler, die durch die einzelnen Faktoren verursacht werden, sind im Folgenden aufgeführt:

Faktor Satellitenumlaufbahn
Die Positionsberechnungen basieren auf Ephemeridendaten (Satellitenbahndaten) und Almanachdaten (Satellitenbahnverlauf) von Satelliten. Die Ephemeridendaten werden alle zwei Stunden und die Almanachdaten alle sechs Tage aktualisiert. Daher muss die Position in Zeiten, in denen beide Daten nicht aktualisiert werden, auf der Grundlage der jüngsten Daten geschätzt werden, was zu Fehlern führen kann.

Satellitenuhr-Faktor
Die Daten von Satelliten enthalten Informationen über die Satellitenuhr. Zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Satellitenuhrdaten vom Satelliten übertragen werden, und dem Zeitpunkt, an dem sie vom Empfänger erfasst werden, besteht eine zeitliche Verzögerung.

Verzögerungsfaktor der Ionosphäre
Die Ionosphäre ist ein Bereich zwischen 50 km und 1000 km über der Erdoberfläche, in dem die Sonnenaktivität Schwankungen in der Art und Dichte der Gase verursacht. Wenn Funkwellen von Satelliten diese Ionosphäre durchqueren, führt die Brechung des Lichts zu einer Verzögerung der Übertragungsgeschwindigkeit.

Verzögerungsfaktor in der Troposphäre
Die Troposphäre ist der Bereich zwischen dem Boden und 11 km über dem Boden. Wenn Funkwellen von Satelliten die Troposphäre durchqueren, führt die Brechung des Lichts, wie in der Ionosphäre, zu einer Verzögerung der Übertragungsgeschwindigkeit.

Faktor des Empfängers (Antenne)
Nachdem die Satelliteninformationen von der Antenne empfangen wurden, werden Fehler durch verschiedene Faktoren wie Kabel-, Leitungs- und Funkverzögerungen, die Geschwindigkeit der Positionsberechnungen und die Speicherzugriffsgeschwindigkeit verursacht.

Multipath-Faktor
Multipath bezieht sich auf Funkwellen, die von reflektierenden Objekten abprallen und später eintreffen als direkt einfallende Funkwellen. Bei Funkwellen von Satelliten gibt es Fälle, in denen die Mehrweg-Funkleistung größer ist als die direkt einfallenden Funkwellen. In solchen Fällen können die Positionsberechnungen unter Verwendung von Mehrwegdaten mit einer höheren Leistung durchgeführt werden.

2. Ortungsmethoden von GNSS Modulen

Die Positionierungsmethoden des GNSS Moduls lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Einzelpositionierung und relative Positionierung.

Einzelpositionierung
Bei der Einzelpositionierung werden die Signale von vier oder mehr Satelliten mit einem einzigen Empfänger empfangen, um die Positionierung durchzuführen. Die Genauigkeit von Einzelmessungen ist aufgrund von Fehlern des Satelliten-Taktfaktors und anderen Faktoren auf 10-20 m begrenzt.

Relative Positionsbestimmung
Bei der relativen Positionierung werden der Referenzpunkt, für den genaue Koordinaten benötigt werden, und der zu vermessende Punkt gleichzeitig und unabhängig voneinander positioniert. In diesem Fall werden Informationen von mehreren Empfängern verwendet, was eine höhere Qualität der Positionierung als bei der Einzelpositionierung ermöglicht.

Was ist ein Prüfgerät für die Stehspannung?

Ein Prüfgerät für die Stehspannung ist ein Gerät, mit dem geprüft werden kann, ob ein elektrisches Produkt oder seine Komponenten ausreichend isoliert sind, wenn eine Spannung an sie angelegt wird.

Kommt es beim Anlegen hoher Spannungen aufgrund mangelnder Durchschlagfestigkeit zu einem Isolationsdurchbruch, kann der Benutzer einen Stromschlag erleiden, er kann behindert werden oder es kann ein Brand entstehen. Um solche Situationen zu vermeiden, schreibt die Gesetze über die Sicherheit von Elektrogeräten und -materialien eine Spannungsfestigkeit vor, die für jedes Gerät eingehalten werden muss.

Isolationswiderstandsprüfer sind als Geräte zur Bewertung der Isolationsleistung erhältlich, aber der Unterschied besteht darin, dass bei Prüfgeräten für die Stehspannung eine Spannung angelegt wird, die hoch genug ist, um tatsächlich zum Durchschlag zu führen. Außerdem bewerten Isolationswiderstandsprüfer das Isolationsvermögen quantitativ, während Prüfgeräte für die Stehspannung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines dielektrischen Durchschlags qualitativ bewerten. Sie werden auch Stehspannungsprüfer oder Durchschlagfestigkeitsprüfer genannt.

Anwendungen von Prüfgeräten für die Stehspannung

Prüfgeräte für die Stehspannung werden verwendet, um zu prüfen, ob es zu einem Durchschlag kommt. Die Prüfung der Stehspannung mit Prüfgeräten für die Stehspannung ist weltweit in den Sicherheitsnormen enthalten.

Zusammen mit den Isolationsprüfungen mit Isolationswiderstandsprüfern und den Schutzdurchgangsprüfungen sind die Hersteller elektrischer Produkte verpflichtet, diese Prüfungen in der Endfertigung durchzuführen, um zu prüfen, ob die Gefahr eines elektrischen Schlags oder einer Leckage besteht.

Funktionsweise der Prüfgeräte für die Stehspannung

Es gibt vier Arten von relevanten Prüfpunkten, die mit Prüfgeräten für die Stehspannung durchgeführt werden können.

1. Die AC/DC-Stehspannungsprüfung

Hierbei handelt es sich um eine Prüfung, bei der eine bestimmte Hochspannung für eine bestimmte Zeit an das Prüfobjekt angelegt wird. Durch das Anlegen hoher Spannungen lassen sich selbst kleinste Leckströme feststellen. Spannungsfestigkeitsprüfungen sind für alle elektrischen Produkte vorgeschrieben, um deren Sicherheit und Qualität zu überprüfen.

Prüfgeräte für die Stehspannung legen an den Prüfling extrem hohe Spannungen an – 10 bis 20 Mal höher als die Spannungen, die bei normalem Gebrauch anliegen -, um festzustellen, ob ein plötzlicher Stromanstieg aufgrund eines dielektrischen Durchschlags auftritt.

2. Isolationswiderstandsprüfung

Eine Prüfung, bei der eine Gleichspannung von bis zu 1000 V an den Prüfgegenstand angelegt und der elektrische Gleichstromwiderstand gemessen wird. Isolationswiderstandsprüfungen werden unabhängig vom Herstellungsverfahren bei Wartungs- und Inspektionsarbeiten vor Ort durchgeführt.

3. Schutzdurchgangsprüfung

Ein großer Strom wird zwischen dem Erdungspunkt des zu prüfenden Objekts und dem Chassis des Produkts angelegt, um zu prüfen, ob es sicher geerdet ist.

4. Ableitstromprüfung

Bei dieser Prüfung wird davon ausgegangen, dass ein Mensch einen Stromschlag erlitten hat. Anstelle eines Menschen wird ein Stromkreis angeschlossen, der der Impedanz eines menschlichen Körpers entspricht, und der Ableitstrom wird anhand der im Stromkreis erzeugten Spannung berechnet.

Sonstige Informationen zu Prüfgeräten für die Stehspannung

1. Prüfung von Prüfgeräten für die Stehspannung

Vor der Verwendung eines Prüfgeräts für die Stehspannung muss eine Inbetriebnahmeprüfung durchgeführt werden. Außerdem werden während der Prüfung hohe Spannungen erzeugt, und eine unterlassene Inspektion des Prüfgeräts kann zu Verletzungen des Prüfers führen.

Spezifische Inspektionsmethoden sind im Handbuch beschrieben, aber im Allgemeinen lauten sie: ‚Ist das Prüfgerät geerdet‘, ‚Gibt es Risse, Sprünge oder andere Beschädigungen an der Außenseite des Prüfgeräts?‘, ‚Sind die Messleitungen und Ummantelungen frei von Rissen oder anderen Beschädigungen?‘, etc.

Darüber hinaus muss das Prüfgerät für die Stehspannung in regelmäßigen Abständen kalibriert werden. Bei der Kalibrierung wird überprüft, ob das Messgerät richtig misst und ob der Spannungsfestigkeitsprüfer richtig funktioniert.

Wenn das Prüfgerät für die Stehspannung seit dem Kauf noch nie geeicht wurde, kann man das Prüfgerät selbst kalibrieren, aber nur von einer Person mit ausreichenden Kenntnissen und Fähigkeiten, da hohe Spannungen durch das Gerät fließen können. Die Kalibrierung von Prüfgeräten für die Stehspannung wird in der Regel alle sechs Monate bis mehrere Jahre von einem spezialisierten Hersteller durchgeführt.

2. Vermietung von Prüfgeräten für die Stehspannung

Prüfgeräte für die Stehspannung können auch gemietet werden. Bei der Auswahl der Geräte sollten Sie sich jedoch fragen, wie viel angelegte Spannung brauche ich? Soll mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom geprüft werden? Sollen die Prüfungen mit Gleich- oder Wechselstrom durchgeführt werden?

Es gibt verschiedene Typen von Prüfgeräten für die Stehspannung mit unterschiedlichen Funktionen zu mieten. Typen mit digitalen Anzeigen für Volt- und Amperemeter können das Risiko von Fehlmessungen verringern.

Einige Modelle sind auch in der Lage, den Isolationswiderstand zu prüfen. Wenn Sie also eine Isolationswiderstandsprüfung durchführen wollen, brauchen Sie nur ein Gerät. Es ist wichtig, die Auswahl sorgfältig mit dem tatsächlichen Verwendungszweck zu vergleichen, da die Anmietung eines hochfunktionalen Modells, das nicht benötigt wird, unnötige Kosten verursacht.

Was ist ein SCARA-Roboter?

SCARA-Roboter sind horizontal gelenkige Industrieroboter mit drei Rotationsachsen für die horizontale Bewegung und einer Achse für die vertikale Bewegung.

Die Abkürzung SCARA-Roboter steht für „Selective Compliance Assembly Robot Arm“.

SCARA-Roboter zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• Schnelle horizontale Bewegungen
• Relativ niedrige Kosten
• Hohe mechanische Steifigkeit in vertikaler Richtung (da alle drei Drehachsen vertikal angeordnet sind)

Dank dieser Eigenschaften werden SCARA-Roboter für Montageaufgaben wie das Einsetzen und Platzieren von Teilen und das Festziehen von Schrauben eingesetzt und tragen so zur Automatisierung von Produktionsstätten bei.

Anwendungen von SCARA-Robotern

SCARA-Roboter werden häufig in Produktionslinien für Lebensmittel und elektronische Substrate eingesetzt. Neben diesen Anwendungen gibt es eine Vielzahl weiterer Einsatzmöglichkeiten wie z. B. Pick & Place-Arbeiten für Komponenten und andere Teile, Einpressen, Dosieren, Montagearbeiten usw.

1. Anwendungen in Lebensmittelproduktionslinien

• Befüllen von Kunststoffschalen mit Lebensmitteln (z. B. einzeln verpackte Süßwaren), die über ein Förderband gelaufen sind
• Verpacken von retortenverpackten Lebensmitteln in Versandkisten

2. Anwendungen in Produktionslinien für elektronische Leiterplatten

• Kommissionieren und Ablegen von Bauteilen auf Trays, nachdem sie von der Teilezuführung in loser Schüttung angeordnet wurden
• Bestücken von Trays mit elektronischen Bauteilen (z. B. Steckverbindern) auf elektronischen Leiterplatten
• Auflegen der bestückten Leiterplatten auf Prüfmaschinen und Einrichten der Leiterplatten für den nächsten Prozess nach der Prüfung

3. Andere Anwendungen 

• Anziehen von Schrauben: an mehreren Stellen mit einem elektrischen Schraubenzieher am Ende des Roboters
• Auspacken von Kartons: Schneiden von Klebeband und leeren Kartons
• Anbringen von Etiketten: Anbringen einer speziellen Hand zum Anbringen von Etiketten an der Spitze des Roboters

Funktionsweise von SCARA-Robotern

SCARA-Roboter bestehen grundsätzlich aus vier Bewegungsachsen: drei Rotationsachsen und eine Vertikalachse; alle drei Achsen werden für die horizontale Bewegung der Armspitze verwendet. Aufgrund dieser Konfiguration können SCARA-Roboter als Roboter bezeichnet werden, die auf horizontale Bewegungen spezialisiert sind.

Die drei Drehachsen werden verwendet, um die Roboterspitze horizontal zu bewegen, wobei sie sich mit hoher Geschwindigkeit direkt über dem Werkstück bewegt und dann werden die vertikalen Achsen verwendet, um die Roboterspitze direkt über dem Werkstück anzufahren. Anschließend führt er Aufgaben wie das Greifen des Werkstücks aus.

Die Spitze des SCARA-Roboters kann je nach Aufgabe mit folgenden Werkzeugen ausgestattet werden:

• Pneumatische Sauggreifer
• Pneumatischer Greifer
• Elektrische Greifer
• Schraubenspannvorrichtungen
• Spender

Für die Bedienung von SCARA-Robotern ist ein Teach-in erforderlich. Bislang wurde in der Regel ein spezielles Werkzeug, ein sogenanntes Teach-Pendant, verwendet. In den letzten Jahren gibt es immer mehr SCARA-Roboter, bei denen die Benutzerfreundlichkeit im Vordergrund steht, z. B. Modelle, die am PC geteacht werden können und Modelle, die auch von Anfängern leicht geteacht werden können, das so genannte Direkt-Teaching.

Weitere Informationen zu SCARA-Robotern 

1. Hochgeschwindigkeits-SCARA-Roboter 

Einige SCARA-Roboter sind für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausgelegt. Wenn der Roboter mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, trägt er zur Steigerung der Produktivität der gesamten Anlage bei.

Je schneller ein SCARA-Roboter eine Aufgabe erledigen kann, desto schneller kann er das Werkstück an einen nachfolgenden Prozess weitergeben. Dadurch verkürzt sich die Zeit für die Herstellung eines einzelnen Produkts. SCARA-Roboter mit höherer Geschwindigkeit erhöhen daher die Produktivität der gesamten Linie.

Mit folgenden Maßnahmen lassen sich SCARA-Roboter realisieren, die mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten können:

• Erhöhung der Leistung des Motors, um das Gewicht des Arms zu reduzieren
• Erhöhung der Steifigkeit der Gelenke
• Steuerung des Roboters zur Unterdrückung von Vibrationen

2. SCARA-Roboter mit Kameras 

Die Leistung des Roboters selbst kann durch die Übertragung von Informationen von der Kamera an den SCARA-Roboter erhöht werden. Nehmen wir den Fall eines SCARA-Roboters, der Schrauben an einem Werkstück anzieht. Die Werkstücke haben individuelle Schnittpunkte und genau genommen hat jedes eine etwas andere Größe.

Selbst wenn der SCARA-Roboter, der die Schraube hält, in die Teach-Position fährt, kann daher eine Situation entstehen, in der das Gewindeloch am Werkstück nicht mit der Position der Schraubenspitze am Ende des SCARA-Roboters übereinstimmt. In solchen Situationen schlägt das Anziehen der Schraube oft fehl.

Hier wird eine Kamera eingesetzt, um die Schraubenlöcher zu fotografieren und die Abweichung von der Referenzposition zu berechnen. Der Betrag der Abweichung wird dann an den SCARA-Roboter übermittelt, der die Position korrigiert, indem er sie auf den ursprünglichen Teach-Punkt verschiebt.

Auf diese Weise kann der SCARA-Roboter den Schraubvorgang unabhängig davon durchführen, wo sich das Schraubenloch im Bildbereich der Kamera befindet. Dieser Mechanismus ist als ‚Bildpositionskompensation‘ bekannt und wird in der Fabrikautomation häufig eingesetzt.