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Elektronik-Projekte
Stand 08.01.2019

Elektronik-Projekte

von K. Föllner



Diese Seite enthält einige Beispiele für meine elektronischen Selbstbauprojekte.

Weitere Schaltungen für den Elektronik-Selbstbau
Klein-Verstärker für PC-Boxen

Übersicht:




1. DC-DC-Converter (Einfacher Step-Down-Wandler)

Diesen DC-DC-Wandler setze ich schon an mehreren Stellen ein.

1.1 Car-Supply
Zuerst als 5V-Versorgung für einen Festplatten-MP3-Player im Auto. Hier schied aufgrund des großen Stromes (max. 2...3A) ein Linearregler aus. Da entfallen dann die Dioden D2 und D3, D1 blieb als Verpolschutzdiode und eine Suppressordiode kam als Eingangsschutz mit einer Schmelzsicherung dazu. D4 wird gebrückt, Masse geht also geht also zur Masse. ;)
Diese Schaltung kann man auch für die Versorgung von Handys oder Smartphones, die ja heute 5V-USB-Versorgungen haben, benutzen.

Ich verwendete den relativ weit verbreiteten IC LM2576. Diesen Schaltkreis gibt es in diversen Bauformen (z.B. TO-220-5) von den Herstellern National Semi, ON-Semi, Texas Instruments u.s.w..

Die Dimensionierung der Ausgangsspannung hängt vom IC-Typ selbst, also dessen Referenzspannung Uref am FeedBack-Pin, und dem Widerstandsteiler R1/R2 ab:

Uref:
  • -ADJ (Adjustable) =1,23V
  • -3.3 für 3,3V
  • -5.0 für 5,0V
  • -12 für 12V
  • -15 für 15V
Will man direkt auf die Referenzspannung regeln, entfällt R1, und für R2 kann man dann einen 0 Ohm einsetzen.
Bei jedem dieser Typen kann man die Ausgangsspannung anders einstellen, sie muss nur gleich oder größer der Referenzspannung sein.
R1 sollte immer zwischen 1..5kOhm liegen.

Uout = Uref * ( 1 + R2/R1)

Bei den Spulen sollte man unbedingt Speicherdrosseln (z.B. von EPCOS oder Würth) nehmen, keine HF- oder EMV-Drosseln. Diese funktionieren nicht richtig, da sie den Strom nicht speichern.

Benutzte Dimensionierung:

C1: 2200uF, 63V
C2: 2200uF, 63V
D5: MBRS360T
L1: EPCOS B82111 (100uH-2,5A)
Ein weiterer LC-Filter wurde nachgeschaltet:
Anstatt R3 eine Spule B82111 (5uH-4A)
C3 = 100uF/25V

schematics DCDC

Mechanisch wurde der Stabi noch mit einem Kühlkörper versehen, der dann mit auf die Leiterplatte gelötet wurde.
Der IC, die drei Elkos, die beiden Spulen und der Sicherungshalter waren bedrahtete Bauteile, der Rest wurde mit SMD-Teilen bestückt.(ist im Bild unten auf der Leiterplatten-Unterseite.)



Das Ganze kam in ein isolierendes Kunststoffgehäuse. Angeschlossen wird das Ganze über eine DC-Buchse (im obigen Bild links), die zum Zigaretten-Anzünder-Stecker führt. Sekundär wurde ein Kabel mit dem Stecker für den Festplatten-MP3-Player herausgeführt.

1.2 Ersatz-Netzteil

Als zweites kam diese Spannungswandler-Schaltung in einen defekten LED-Spot (Eurolite LED PST-3W). Dieser hielt mit der Originalbeschaltung (ST:VIPer22A samt Optokoppler) nicht mal ein Jahr, der DC-DC-Wandler war den elektro-thermischen Tod gestorben, deshalb ging der Spot durch die Übertemperaturabschaltung an und aus (langsames blinken.(; Toller Effekt...). Zum Glück blieb die LED heil.
Für das Netzteil musste es ein DC-DC-Wandler sein, damit ein kleiner konventioneller Trafo verwendet werden konnte, der auch ins Gehäuse passt.
Der Trafo war ein Typ mit 4,5W-9VAC.
Diese Spannung wurde gleichgerichtet (D1...D4) und mit C1 gepuffert.
Der sekundäre Ausgangsstrom lag bei 300...400mA. Die Sollspannung betrug 3,6V, also sollte nun der ADJ-Typ rein.
Spannungsteiler dann: R1=3,9kOhm, R2=7,5kOhm.
Für Ausgangsströme bis 700mA, wie es auf dem alten Netzteil aufgedruckt war, sollte C1 mind 680uF (>=25V) betragen.
Durch den kleineren Strom musste hier eine größere Induktivität rein.

Soweit der Plan. Da ich keinen ADJ-Typ, dafür aber noch 3 Stück 5,0V-Teile da hatte, benutzte ich diese. Also regelte ich auf 5V und mit einer Längsdiode und dem anschließendem Widerstand 2,7Ohm, kam hinten der notwendige LED-Strom 350mA raus.
Die 3W-LED wurde schon zuvor mit nur mit knapp der Hälfte der möglichen Leistung betrieben, was sicher auch an der notwendigen Kühlung der LED liegt. An die Kühlung der anderen Bauteile hat man da vielleicht nicht gedacht.
In der Praxis nimmt die Lichtstärke auch bei Strömen oberhalb 350mA nur noch leicht zu. So hält das Teil mit neuem Netzteil nun auch länger.

Verwendete Dimensionierung:
IC1 = LM2576T-5.0
L1 = 330uH (1000mA)
C1 = 1000uF, 25V
C2 = 470uF, 25V
C3 = 100uF, 10V
R1 fehlt
R2 = 0 Ohm
R3= eine Diode (2A, Standard, kein Schottky) und nachfolgendem 2,7 Ohm (1W)




2. Umrüstung auf symmetrischen Ausgang (balanced output)

Mein 16-Kanal-Mischpult (Studiomaster Session Mix 16-2) hat zwar alle 16 Eingänge (jeweils MIC und LINE) symmetrisch (balanced), aber der Stereomaster und die 4 AUX sind nur asymmetrisch (unbalanced). Das wollte ich ändern. Nur so kann man hier auch längere Leitungen zum Amp (z.B. an der Bühne) einsetzen.
Vorteil bei den Mischpulten ist die vorhandene symmetrische Spannungsversorgung von +- 15V (mit 0V an Masse).
So kann man direkt Hochvolt-OPs zur Signalumwandlung benutzen. Ich verwendete einen Standard-OP (LM324 / LM2902 / LM358). Mit einem Quad-OP oder zwei Dual-OPs kann man mit nur einer Handvoll Bauteile alles aufbauen. Man muss jedoch auf die Betriebsspannung achten, bei +-10V reicht auch ein 25...28V-Typ, bei +-15V muss es ein 32V-Typ sein. Da hier schon relativ große Pegel (775mV) anliegen, dürften auch mit diesen Standard-OPs keine Rauschprobleme auftreten.


Dimensionierung:
IC1: LM324 (Quad-OP, für den die obige Pinbelegung gilt.)
R1, R2 = 1k
R3...R6 = 10k
R7, R8, R13, R14 = 220R
R9, R10 = 22R
R11, R12 = 100k
C1, C2 = 100nF...1uF

Alle Bauteile waren konventionelle bedrahtete (Hole-Tru).

Für den Stereo-Masterausgang wurden die gleichen XLR-Buchsen verwendet, nur der unbenutzte Pin 2 für den negativen Ausgang benutzt. Der Leiterzug zum bereits benutzten Pin 3 wurde durchgekratzt und hier kam wieder der Positive drauf...
Für die 4 AUX-Ausgänge wurden 4 zusätzliche Stereo-Klinkenbuchsen in die Frontplatte (siehe Bild unten) gebaut. Das Signal wurde nur von den alten parallel abgegriffen.



2.2 Alternative Variante für einen symmetrischen Ausgang

Für ein altes, kleineres Mischpult (das auch mit dem Audio-Multiplexer Punkt 3 unten erweitert wurde) wurde der Master-out ebenfalls um einen symmetrischen (balanced) Stereo-Ausgang erweitert. Die Schaltung wurde parallel an den originalen Cinch-Ausgang geschaltet und die Anschlüsse mit 2 Stereo-Klinkenbuchsen mit 6,3mm versehen.

symmetrischer Ausgang 2

Da im Mixer selbst nur eine schlecht gesiebte, symmetrische Spannungsversorgung +- 16V zur Verfügung stand, wurde eine einfache Stabilisierung mit zwei Bipolar-Transistoren gemacht. Je nach Versorgung sind hier evtl. noch zwei größere Elkos nötg. Die OPs werden dann mit +-11V versorgt. Die Transistoren T1 und T2 sollten eine sehr hohe Stromverstärkung hfe> 1000 aufweisen, dann kann der 220nF auch klein und der 100kOhm groß bleiben. Ich nahm hier zwei Darlingtons BC517(T1) und für T2 BC516, deren hfe liegt bei >30000. Da nur 4V über ihn abfallen bei einem maximalen Strom von ca. 30mA sind das nur ca. 120mW Verlustleistung.
Die effektive Ausgangsspannung ist genauso groß wie die Eingangsspannung, Eingangswiderstand 20kOhm.


3. Audio-Multiplexer

Um ein altes DJ-Mischpult (von Monacor) aufzuwerten, wurde diese Schaltung aufgebaut. Grund war die fehlende Information zur Aussteuerung vor dem Masterregler. So wurde die vorhandene Stereo-LED-Zeile umschaltbar (vor/nach dem Masterregler) gemacht.
Grund dafür ist, dass der Record-Ausgang, der ja unabhängig vom Master läuft, immer den gleichen Pegel haben sollte, damit die dort angeschlossene Lichtanlage ordentlich arbeiten kann.
Nun hätte man vielleicht auch einen mechanischen Doppel-Umschalter benutzen können. ;)

Da hier Störgeräusche nicht auszuschließen sind, benutze ich als IC den Standard-CMOS-Analog-MUXer 4052D. Dieser enthält vier auf zwei Schalter. Hier wurden nun nur je die Eingänge 0 und 1 benutzt, plus den zugehörigen 2 Ausgängen.
Die Umschaltung erfolgte über einen normalen Schalter am Steuerpin für das niederwertigste Bit für die Adresse.

Mit dem Schalter S1 nach Masse wird dann der 1. Eingang (00 für L1, R1) ausgewählt, sonst ist der 2. Eingang (01 für L2, R2) durchgeschaltet.
Audio-Muxer

Dimensionierung:

IC1 = CD4052D (TI), HEF4052B / HCF4052B  (NXP), MC14052B (ON)
R1...R4 = 1k
R5 = 39k
R6 = 4,7k
R7 = 100k
R8...R10 = 1k
C1=680nF
C2, C3 = 4,7uF /16V
D1, D2 = ZD6V8

Andere CMOS-Typen für den IC wie z.B. M74HC4052 (z.B. von ST) gehen auch, hier muss aber eine 5,1V-Z-Diode eingesetzt werden, da diese Teile nur maximal 5,5...6V vertragen.
Bis auf die in der Schaltung nicht eingezeichneten Einstellregler an den Eingängen, waren alle Bauteile SM-Devices.



4. Lautsprecher-LED-Leistungsanzeige

Bei heutigen PA-Endstufen sind ja 350W und mehr RMS-Ausgangsleistung kein Problem mehr. Mit welcher Leistung die Lautsprecher aber wirklich laufen, ist für mich z.B. während einer Party wichtig.
Deshalb baute ich für den PA-und HiFi-Bereich nun schon einige dieser einfachen Anzeigen auf.

Basis war immer der lineare LED-Treiber LM3914 von National-Semi. Meist nahm ich ein konventionelles Netzteil zur Versorgung. Dieses enthielt einen Trafo mit zwei Sekundärwicklungen, um beide Ausgänge galvanisch voneinander getrennt arbeiten zu lassen. Beim letzten Aufbau wurde die Versorgung gleich über die Lautsprecheransteuerung gemacht.

Vorteile: Einfacher Aufbau, parallel zum Lautsprecher ohne weiteres Netzteil.

Genereller Nachteil: nur ungenaue Leistungsmessung, da der Strom nicht erfasst, sondern nur die Spannung gemessen und von einem konstanten Lastwiderstand ausgegangen wird.
Auch ist diese Spannung nichtsinusförmig, also gibt es keine True-RMS-Messung.

Für die üblichen Anwendungen genügt die hier vorgestellte (und weit verbreitete Schaltung) aber vollkommen.
LS-Leistungsanzeige

IC: LM3914 (linearer Bereich)
C1=4,7uF/250VAC
C2=4,7uF/160V
C3=1000uF/25V
R1=47kOhm
R2=1,21kOhm
R3=6,8...8,45kOhm
LED1...LED10: Standard-LED mit 10mA

Mit den Widerständen R2 und R3 stellt man obere Spannungsreferenz und auch den Sollstrom der Leuchtdioden ein.
Die obere Referenzspannung  Urefo=1,25V*(1+R3/R2)
Iled=12.5/R2

Mit den oben angegebenen Werten ergeben sich 10mA LED-Strom und 8,3V (R3=6,8kOhm) bzw. 10V (R3=8,45kOhm) als obere Spannungsreferenz.

Ub=12...24V

Wichtig bei mehreren Kanälen: Jede Anzeige benötigt seine eigene potenzialgetrennte Versorgung, keine gemeinsame Masse, um auch Brücken- und getrennte Endstufen messen zu können.
Am einfachsten geht das mit einem Trafo, der zwei Sekundärwicklungen besitzt. 2x12V (AC) passt da.

Klassisches Netzteil für Leistungsanzeige

Alle LEDs, die ICs, die Elkos und die Einstellregler waren bedrahtet, der Rest wurde mit SMD-Bauteilen bestückt.
Die erste Version misst 2 Kanäle bis 200W. Ob 4 oder 8-Ohm war umschaltbar und wurde über eine 7-Segment-LED-Anzeige angezeigt.
Eine einfache Lüftersteuerung für die Endstufe und LEDs zur Case-Beleuchtung wurden ebenfalls integriert.
Mit dem Einstellregler R1 wird dann die Spannung angepasst.

 U=sqrt(P*Z)

1. Leistungsanzeige: (2-Kanal (Impedanzschalter) mit Lüftersteuerung und Case-Beleuchtung)


2. Leistungsanzeige: (4-Kanal (Impedanzschalter) mit dimmbarer Case-Beleuchtung)

Das zweite Gerät misst 4 Kanäle bis 1000W, hier konnte paarweise auch zwischen 4 und 8 Ohm umgeschaltet werden. (Anzeige wieder über je eine 7-Segement-Anzeige)
Dazu enthielt dieses 19"-Gerät eine dimmbare LED-Beleuchtung für das Case.

Die untere LED ist für die niedrigste Spannung/Leistung P1=12W, die nachfolgenden sind dann für 45, 100, 170, 250, 370, 500, 640, 800 und 1000 Watt.




3. Leistungsanzeige ohne Netzteil:

Diese Variante für einen Bekannten misst bis 200W an 8 Ohm. 10 LEDs für 2, 8, 20, 30, 50, 70, 100, 130, 160, 200 W.
Die Versorgungsspannung für IC und LEDs wurde auch aus dem Lautsprechersignal generiert.

Leistungsanzeige

Schaltung zur Erzeugung der Spannungsversorgung aus dem Lautsprechersignal:
Versorgung ohne Netzteil

R101: 120R / 5W
C101: 22uF/50V
D101...104: 1N4007 o.ä.
D105: ZD24V / >=1W

Die obigen Werte gelten für mittlere Leistungen (max. 100..200W).
Kleinere Leistungen bedeuten auch niedrige Spannungen, erst ab ca. 10W/8Ohm und niedriger Referenzspannung arbeitet diese Schaltung.
Bei großen Leistungen (>200W) werden die Verlustleistungen in Z-Diode und Widerstand noch höher, so dass man hier über ein eigenes Netzteil oder aufwändigere Lösung nachdenken muss.


5. DMX-Terminator

Das DMX-Bussystem, das auf der RS-485-Schnittstelle (physical layer) basiert und für die Ansteuerung von Lichteffekten und Scheinwerfern benutzt wird, sollte bei Kabellängen oberhalb von 10m mit richtigen DMX-Kabeln und einem Abschlusswiderstand am letzten Gerät gearbeitet werden. Mit einigen Mikrofonkabeln hatte ich schon aufgrund großer Kabelkapazitäten einige Probleme auch bei Längen unter 20m.
XLR-Mikrofonkabel benötigen eine gute Schirmung durch niedrige Spannungen (0,1..20mV) aber nur einen relativ geringen zu übertragenden Frequenzbereich von 20Hz bis 20kHz. Kabelkapazitäten beschränken hier je nach Sender die obere Grenzfrequenz im NF-Bereich praktisch nicht.
DMX-Kabel müssen typischerweise 5V-Pegel (symmetrisch 2...9V, also höhere Spannungen) mit einer vergleichsweise hohen Baudrate übertragen: 250kb/s. Um das zu ermöglichen, sind geringe Kabel-Induktivitäten und -Kapazitäten nötig, um auch eine Bandbreite über 1MHz zu gewährleisten, damit die 250kbps ohne große Flankenverschleifungen.ankommen und erkannt werden können. Um Reflexionen im Kabel und an deren Ende wirksam zu reduzieren, müssen die Leitungen über konstante Wellenwiderstände verfügen und daher einen Abschlusswiderstand besitzen. Die Auswertung der Spannung erfolgt immer differenziell (symmetrisches Signal) zwischen + und -, Die Schwelle liegt schon bei dU>0,2V.

Dazu generell: Jede Änderung des Wellenwiderstandes in einer Leitung bewirkt eine Reflexion. Das heißt, ein Teil des in die eine Richtung laufenden Signals wird in die andere Richtung zurückgeworfen. Der Abschlusswiderstand (Terminator) mit dem gleichen Widerstand wie der Wellenwiderstand sorgt dafür, dass keine Reflexion entsteht, sich die Welle also am Ende praktisch "totläuft". Eine offene Leitung reflektiert das Signal zurück. Bei großen Längen kann es durch die Laufzeiten dann schnell Probleme mit der Erkennung geben. Aufgrund der relativ niedrigen Baudrate geschieht das bei DMX aber erst bei wirklich großen Längen.
Da beim Standard DMX-512 nur ein Sender existiert und alle anderen in der Kette (Daisy-Chain) Empfänger sind, benötigt der Sender selbst, da er keinen rezessiven Zustand besitzt (RS485) und sich an einem Ende der Leitung befindet, selbst keinen Abschlusswiderstand. In diese Richtung läuft keine Welle im Kabel. Manchmal wird aber auch bei Sendern (z.B. DMX-Splittern) hier ein Abschlusswiderstand verbaut, der aber praktisch wenig bringt, dafür aber den Sender-Bustreiber stärker belastet, also den Pegel verkleinert.

  Beschaltung im Stecker

Um nun auch das Vorhandensein eines DMX-Signals zu erkennen, kann man in diesen Abschlusswiderstand eine Leuchtdiode integrieren.

Bei DMX sind 110Ohm- (AES/EBU) und 120Ohm-Kabel verbreitet.
Für ein 110Ohm-Kabel würde auch ein 110Ohm-Abschlusswiderstand benötigt, durch den LED-Strom sollte er etwas größer sein.
Mit LED ergeben sich bei 110Ohm-Kabel (AES/EBU) folgende Widerstände: R1=115 Ohm, R2=1,6kOhm (low-current LED mit Ic=2mA und Ufwd ca. 2V).
Mit LED ergeben sich bei 120Ohm-Kabel folgende Widerstände: R1=126 Ohm, R2=1,6kOhm (low-current LED mit Ic=2mA und Ufwd ca. 2V).

Man sieht, dass bei Niedrigstrom-LEDs der Einfluss sehr klein ist. Das ist auch wichtig, da dieser Strom nur bei einer Polung fließt. Hier sind wir im üblichen Toleranzbereich, so dass es hier praktisch keine Rolle spielt, ob man einen 120, 124, oder 127-Ohm-Widerstand einsetzt.

Man kann diese 2 Widerstände problemlos in einen XLR-Stecker einbauen und die LED schaut hinten raus. Durch den sync. ist die Einschaltzeit von +5V (typ. 3...7V) auf dem Minus-Pin länger, so dass ich diese Polarität gewählt habe.

Es kann aber sein, dass einige Sender hier vergleichsweise kleine Differenz-Spannungen (0,5V..2V) ausgeben. Das sorgt dafür dass diese Signale von allen DMX-Geräten korrekt erkannt werden, aber die LED nicht leuchtet. Die Erkennung hier könnte nur aktiv (Bustreiber) oder evtl. mit einem Übertrager (Trafo) erfolgen.

Ich selbst habe 5 Abschlusswiderstände, zwei davon mit LED. (Im Bild unten sind vier dargestellt.) Fünf deshalb, da ich einen 4-fach DMX-Splitter mit durchroutbarem Eingang (Terminierung schaltbar) benutze. Da ich AES-Kabel mit 110-Ohm einsetze, haben meine Terminatoren einen Abschlusswiderstand von 115 Ohm.

DMX Terminatoren


6. Phantomspeisung für Mikrofone

Da mein 16-Kanal-Mischpult (genau wie meine anderen) keine zuschaltbare Phantomspeisung besitzt, ich aber auch Kondensator-Mikros einsetzen wollte, sollte mindestens eine 4-fach-Speisung aufgebaut werden.
Prinzipiell gibt es verschiedene Varianten und Spannungen. Die 48V-Variante ist am meisten verbreitet. Leider haben viele Kauf-Nachrüstgeräte hier eine zu niedrige Spannung, mein bisheriger Vorverstärker z.B. nur 35V. Die Norm für P48 schreibt 48V (+- 4V) mit zwei 6,8-Kiloohm-Widerständen vor.
Um wenig Störungen zu bekommen, sollte das eigentliche Netzteil getrennt z.B. als Steckernetzteil umgesetzt werden. Die ersten Ideen mit Step-up- oder Ladungspumpenkonzept verwarf ich dann aber und machte es simpel, da ich noch ein altes AC-Steckernetzteil mit ausreichend hoher Spannung herumzuliegen hatte.
Der Trafo lieferte 26V-AC, nachdem ein paar Wicklungen herunter waren und etwa 22V herauskamen, kam man durch die Spannungsverdopplerschaltung (die beiden Dioden und nachgeschalteten Elkos) auf eine DC-Spannung von ca. 60V im Leerlauf und 53V bei einer 120mA-Belastung. Das entspricht 8 Ausgängen, die kurzgeschlossen sind. (Die DC-Leerlaufspannung darf aber in dieser Beschaltung 65V nicht überschreiten, um die ICs nicht zu schädigen. Die Minimalspannung muss immer mindestens 2V über der Ausgangsspannung liegen, damit der Regler noch arbeiten kann.)
Es kommen zur Gleichrichtung zwei Standard-Dioden z.B. 1N4007 zum Einsatz.
Um eine stabile Versorgung zu erhalten, sollte ein richtiger Stabi benutzt werden. Leider hatte ich keinen LM317HV (Hochvolt bis 60V), aber einen ganzen Sack an normalen LM317-Stabis. Dieser kann nur Eingangsspannungen bis zu 37...40V verarbeiten. Die erste Idee mit zusätzlichem Transistor verwarf ich und nahm einfach 2 von diesen Standard-Reglern. Der erste (im Bild der untere) regelt den Fußpunkt des anderen auf etwa 31V. Der obere wird auf 18V eingestellt, um hinten +49V herauszubekommen. Die Z-Dioden dienen dem Schutz der beiden ICs, die 10uF-Elkos rechts (alle mind. 63V) verbessern das Regelverhalten.

Aufgrund der abfallenden Eingangsspannung bei höherem Strom braucht der obere LM317 nicht mal eine zusätzliche Kühlung.

48V-Stabilisierung
Eingangstrafo vor AC in, siehe Text oben
R1= 120R
R2= 3k
R3= 220R (aus 2 Widerständen in Reihe, angepasst, um Ausgangsspannung auf 49V einzustellen)
R4= 3k
3 Eingangs-Elkos 100uF/100V
4 Ausgangs-Elkos 10uF/ 63V
Z-Dioden 36V

Die +49V anstatt der 48V ergaben sich aus der nachgeschalteten Filterung und Entkopplung im eigentlichen Phantomspeisemodul. Jeder Ausgang bekommt dafür einen Diode (Standard U>=100V z.B. 1N4007) und einen RC-Tiefpass spendiert. (fc ca. 34Hz), über den nochmals je nach Laststrom etwa 0,3...2V abfallen.
Als Widerstände nahm ich handvermessene 6,74-Kiloohm-Teile. Aus 50 bestellten bekam ich genau 16 passende heraus. Sonst muss man jeweilige Päärchen suchen. Der Widerstand ist ein 5%er, die Abweichung zueinander pro Ausgang darf max. 0,4% betragen. Durch das Ausmessen lag ich hier bei <0,15%. Genauere Werte zeigte mein Digital-Multimeter nicht an.

Um Mikrofone nicht beim Einstecken zu beschädigen, ist ein Schalter zwischen +49V-Versorgung und Mikrofonteil (vor den Dioden) vorgesehen.
Denn zuerst werden immer alle Mikros angesteckt, dann erst die Speisung zugeschaltet. (Sonst könnte ein Steckkontakt vor dem anderen verbunden werden...)
Aus diesem Grund ist der 150kOhm-Widerstand dem Elko an jedem Ausgang parallelgeschaltet, damit sich dieser auch entladen kann. Nach min. 20 Sekunden nach dem Ausschalten können weitere Mikros angesteckt werden, da die Restspannung dann unter 2V liegt.
Die beiden Elkos im Signalweg entkoppeln diesen Gleichspannungsanteil vom Mischpult. Nur so kann auch jedes Mischpult mit symmetrischem Eingang ohne Schaden mit dieser Phantomspeisung arbeiten, da sich die jeweiligen Eingangsbeschaltungen (Spannungsfestigkeiten) unterscheiden und meist nicht bekannt sind.
Bei unsymmetrischen Eingängen wie z.B. von DJ-Pulten darf man mit dieser Beschaltung aber nicht benutzen! Mikrofon und oder Mixer können dabei beschädigt werden.


Da das Netzteil 120mA dauerhaft liefern kann, nahm ich auch 8 Ausgänge (also 8 Eingangs- und 8 Ausgangsbuchsen) als Basis, die in nahezu jedem Fall immer ausreichen sollten.
Statt einer simplen Leuchtdiode als Anzeige der vorhandenen Spannung wählte ich eine Spannungsüberwachung, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren hier teure Mikros zu beschädigen. Die nachfolgende Schaltung zeigt an, ob die erzeugte Spannung im korrekten Bereich liegt. Zwei einfache OP-Stufen werden als Komparator benutzt. Mit R5 stellt man die untere Spannungsschwelle ein, hier sollte man 35V...47V einstellen, die Norm sagt 44V, ich nahm 47V. Mit R6 wird die obere Spannungsschwelle eingestellt. Ich nahm 51V, 52V wäre laut Norm maximal zulässig. Man sollte diese Werte nicht zu eng wählen, da die 12V-Z-Diode und die beiden LM317-Stabis ja auch eine Temperaturdrift ausweisen.
Prüfen kann man das indem an Pin 1 ca. 22V und an Pin 7 nahe 0V herauskommen müssen. Als LED nimmt man einen Typ, der mit 2mA schon deutlich leuchtet, also ein low-current bzw ultra-heller Typ.
Die Kondensatoren C1...C3 dienen der Entprellung, mit 100nF ergibt sich so eine Entprellzeit von ca. 10...50ms.

Monitor
IC: LM324 (Dual-OP mit mind. 30V)
R1 = 3k
R2 = 20kOhm.
R3, R4 = 47kOhm
R5, R6 = 47 kOhm Einstellregler
R7 = 20 kOhm, mind. 1/8W (je nach LED, hier 2mA low-current)
C1, C2, C3 = 100 nF / 100V
D: 1N4007

In ein Gehäuse integriert sieht die 8-fach Phantomspeisung dann so aus: (Die Alu-Folie dient der Abschirmung.)

8-fach Phantomspeisung


7. Kopfhörer- und Aufhol-Verstärker

Da bei meinem DJ-Mischpult (jbsystems beat6) beim Abspielen von einigen MP3s mit Smartphones die 0dB nicht erreichte, wollte ich hier einen Vorverstärker haben. Dieses Problem tritt mit alten Handys und MP3-Playern nicht auf. Hier sorgt eine "schlechte"
EU-Verordnung (2013) für Probleme, die die Spannung auf 150mV am Kopfhörer-Ausgang limitiert, um mit einem niederohmigen Kopfhörer maximal 100 dB(A) zu erhalten.

Um auch 2 Quellen zu verstärken, sollte der Vorverstärker über 2 Stereo-Ein- und -Ausgänge verfügen. Einer davon sollte einstellbar und auch als ordentlicher Kopfhörerverstärker benutzbar sein.

Als Gehäuse benutzte ich ein schwarzes Hammond Electronics 1455L120 Aluminium-Gehäuse mit den Abmaßen von 120 x 103 x 31mm. (Ist nicht ganz billig, es kostet zwischen 15 und 20 EUR.)

VV FrontVV Seite

Als Verstärker setze ich zwei Doppel-OPs (ST: TS1872) ein, die es bei Pollin für 0,65 EUR pro Stück gab. Diese OPs müssen über Rail-2-Rail-Ein- und Ausgänge verfügen und mehr Ausgangsstrom (>20 mA) als normale OPs bereitstellen können. Diese OPs (CMOS) können zwischen 1,8 und 6V (max 7) versorgt werden und stellen typ. 65mA am Ausgang bereit.

Als Stromversorgung benutze ich ein USB-Netzteil (5V/>=500mA). Um nicht zahlreiche Koppelkondensatoren einzusetzen, bilde ich eine virtuelle Masse in der Spannungsmitte, also +- 2,5V, wobei die -2,5V auf UB=0V liegen. Dadurch ergibt sich eine Einschränkung:
Man darf hier nicht das gleiche 0V-Potenzial wie die Quelle haben. Mit einem zusätzlichen USB-Netzteil ist das kein Problem. Ist man mobil unterwegs, darf man aber eine Power-Bank nicht für das Phone und diesen Verstärker gleichzeitig benutzen. Den Überspannungs- und Verpolschutz wird über den Widerstand R25 (Sicherung und Filter) und D1 (Z-Diode 6,2V) erreicht.

Aufgrund der niedrigen Versorgungsspannung (+- 2,5V) benutzte ich zwei weitere OP-Stufen zur Erkennung von Übersteuerungen. Erreicht die Ausgangsspannung mehr als +1,6V oder unterschreitet -1,6V, dann leuchtet eine LED auf. Ich verwende eine Dual-LED, die bei angeschlossener Versorgung (power) rot leuchtet. Kurz vor Übersteuerung leuchtet dann die zweite blaue Farbe auf. (Den Darlington-Transistor nahm ich, um die Anzeigedauer zu verlängern, quasi peak-hold.)

Die Verstärkung des festen Kanals legte ich auf +10dB (3,2-fach), die des einstellbaren von Minus-unendlich bis +20dB (0...10-fach) fest. Hier wurde ein gekapseltes ALPS-Tandem-Poti (logarithmisch 100k) eingesetzt.

Eine Messung des Frequenzganges ergab einen Bereich von 5Hz bis 70 kHz (-3dB)

Schaltbild:

folgt...

Die Qualität als Kopfhörerverstärker hängt hier stark vom Kopfhörer ab. Durch den großen Impedanzbereich von 16 bis 400 Ohm (manche Exemplare noch weniger oder mehr) muss man einen Kompromiss wählen. Diese Impedanz ist leider oft über die Frequenz nicht konstant.
Je niedriger diese, desto stärker ist der Einfluss des Innenwiderstands (zusätzliche 27 Ohm) vom Verstärker. Das kann bei einigen 16-Ohm-Typen mit starken Resonanzen zu unschönen Verfärbungen führen.
Ich selbst testete mit einem 32-Ohm Sennheiser CX880 (Messung laut https://reference-audio-analyzer.pro/en/report/hp/sennheiser-cx-870.php) zwischen 20 Hz...20kHz schwankt nur zwischen 34...35,5 Ohm). Ein erster Hörtest stellte mich zufrieden, es klang sehr angenehm
und besser als mit dem Smartphone direkt.

Den in der Schaltung vorgesehene Schalter zum Reduzieren des Eingangswiderstandes habe ich erst einmal weggelassen. Dieser sollte je nach Handy sicherstellen, dass der angesteckte Verstärker vom Handy auch als Kopfhörer erkannt wird.

Für die Eingänge verwendet ich 4 Einbau-Cinch-Buchsen (Neutrik NYS367) mit vom Gehäuse isolierter Masse. Als Ausgänge dienen 2 Stereo-Klinkenbuchsen 3,5mm. Die Audio-Masse (VCC/2=2,5V gegen -USB) wird für die Cinch- und Klinkenbuchsen verwendet.
(Ein erster Test mit Ausgangsmasse =-2,5V zeigt, dass mit einem USB-Netzteil Störgeräusche entstanden, mit 2 anderen nicht. Bei gemeinsamer Masse gab es diesen Effekt nicht mehr.) Das Metallgehäuse wird nicht direkt auf eine der beiden Massen (Audio-AC und Versorgung DC) gelegt. Aus EMV-Gründen kann man hier eine kapazitive Verbindung nach 0V (DC/USB) z.B. mit C=1uF und hochohmigem Widerstand (z.B. 10k) parallel vorsehen.


8. Laser-Interlock Master-NOT-AUS

Viele der Lichtshow-Laser haben neben dem Steuerungseingang (DMX und/oder ILDA) nun auch einen zusätzlichen Interlock-Anschluss. Laut Norm DIN EN 60825-1 (aber zum Teil auch über andere ähnliche Richtlinien wie OStrV, TROS und DGUV 11, BGV B2) müssen bei Lasern der Klassen 3B und 4 Abschalteinrichtungen vorgesehen werden. In der DIN EN wird explizit ein NOT-AUS-Schalter sowie ein Schlüsselschalter zum Schutz gegen Wiedereinschalten gefordert, der laut Maschinenrichtlinie auch nicht weiter als 10m entfernt sein darf. (Das macht bei Lasern natürlich nur bedingt Sinn.) Der Schlüsselschalter ist direkt am Laser-Gerät angebracht. Für den Not-Aus wir üblicherweise die Netzversorgung (Schuko) unterbrochen. Durch nun nicht mehr laufende Lüfter kann das zu Temperaturproblemen, der Schädigung oder sogar dem Ausfall des Lasermoduls etc. führen. Der Interlock-Anschluss vermeidet das. Hier muss eine Verbindung zwischen zwei Pins am Laser vorhanden sein, damit der Laser Licht emittiert. (Wird das Kabel abgezogen, geht der Laser aus.)
 Mir sind verschiedene Varianten bei Steckern bekannt:

  • ILDA-Standard: Der SUB-D25-Stecker (männlich) der ILDA-Schnittstelle benutzt die Pins 4 und 17 dafür. Dieser Stecker wird nur bei analogen Lasersteuerungen verwendet.
  • SUB-D 9-polig: (z.B. Laserworld) Pins 1 und 2
  • 2-polige mitgelieferte Stecker GX12-2 bei Stairville
  • 3-polige mitgelieferte Stecker bei JB-Systems


Solange man nur einen Laser benutzt, ist das kein Problem, man verbindet den NOT-AUS-Schalter (direkt zu kaufen) über ein langes Kabel mit dem Interlock-Stecker des Lasers oder verwendet einen Adapter der am ILDA-Verbindungskabel hängt. Verwendet man mehrere Laser-Geräte kann (darf) man eigentlich nur noch NOT-AUS-Systeme in der Netzversorgung verwenden. Mehrere Not-Aus-Schalter, die zu je einem Laser führen, sind laut Maschinenrichtlinie untersagt, hier muss jeder Not-Aus alle Laser deaktivieren.
Denn die Kernfrage ist: Kann man die Interlock-Stecksysteme miteinander verbinden? Wenn, dann parallel oder in Reihe? Leider geht beides nicht. Das Problem dabei: Es gibt hier keinen Standard: Spannungen, Ströme, Polaritäten, Potenzialunterschiede (z.B. Masse) könnten zu Fehlern oder auch zu Beschädigungen in den Geräten führen und diesen Schutz wiederum komplett aushebeln. Was daher bleibt, sind ausschließlich galvanisch getrennte Schalter. Bei zahlreichen Laser geht das am einfachsten und preiswertesten mit Relais. Für jeden Laser wird dann ein eigener Relaiskontakt benötigt. Da man in jedem Fall ein Netzteil benötigt, kann man so auch diesen NOT-AUS mit anderen Lasern via Netzversorgung zusammen verwenden. Auch das Verwenden mehrerer Not-Aus-Schalter nacheinander ist nun immer noch möglich.

Ich habe bei einigen Stairville-Lasern mal nachgemessen: 1,06V Spannung (offen) und 0,5mA Strom (geschlossen) an der Interlock-Schnittstelle. Das ist beides ziemlich wenig. Der Strom sollte besser 10mA betragen, damit man keine EMV- und Kontaktprobleme (Freibrennstrom) bekommt. Ein Spannungshub von mind. 3,3V wäre auch besser.

Hier die von mir verwendete Schaltung:

Not-Aus für Laser
              (Schaltbild)

Um zuverlässig ein- und auszuschalten, habe ich auf Relais verzichtet und alles in Halbleitertechnik umgesetzt. Als Schaltelement kommen nun Solid-State-Relais (SSR) zum Einsatz. Da es keinen Standard bei der Schnittstelle gibt, sind einfache open-Drain oder open-Collector-Schaltungen nicht ohne weiteres möglich. Ich benutze für 2 Ausgänge zusammen ein Dual-IC vom Typ Toshiba TLP222A-2. Dieser benötigt primärseitig jeweils 5...25mA LED-Strom (Forward-Spannung ca. 1,1V). Der Ausgang besteht aus je zwei anti-seriell geschaltet FETs, die zusammen einen Rdson von typ. 1 Ohm, maximal 2 Ohm besitzen. Da kann man auch 100...500 mA fließen lassen. Offen verträgt der FET-Ausgang bis zu 60V, von Eingang zu Ausgang sind 5kV Isolationsspannung vorhanden. Die Isolationsspannung von Kanal 1 zu Kanal 2 ist nicht angegeben, aber beide haben untereinander keine galvanische Verbindung, es sollte sich also auch nicht so wenig sein. Für den ESD-und Überspannungsschutz habe ich an jedem Ausgang eine bidirektionale Supressordiode (SMBJ-30CA) und für den Kurzschlussschutz eine Sicherung vorgesehen. Hier verwende ich jeweils ein Poly-Switch-Element (100...500mA) anstatt einer Schmelzsicherung.

Als Not-Aus verwende ich ein Siemens-Marken-Schalter (3SB3 601-1HA20 mit Schaltelement 3SB3400-0E) mit Verriegelung, der 6...10A je nach Lasttyp sicher abschalten kann. Einen zentralen Schlüsselschalter (1A, 30V) spendiere ich hier auch, dann kann der Schlüsselschalter in jedem Laser permanent eingeschaltet bleiben.
Zur Überwachung gibt es zwei LEDs. Die erste zeigt an, dass der Not-Aus nicht betätigt ist und Spannung anliegt. Die zweite zeigt den geschlossenen Schlüsselschalter und damit die aktivierten Ausgänge an.

Ich selbst verwende als Leitung zu den Lasern geschirmtes VGA-Kabel (Länge 10 m) mit einem Adapter am Ende zur Aufteilung. Ein GX12-2-Stecker geht dann zu jedem Laser. Mit dem VGA-Kabel lassen sich bis zu 6 Laser schalten.
Vorsicht bei VGA-Verlängerungen, manche haben Brücken zwischen den Pins (gemeinsame Masse) oder sind nicht voll durchgeschaltet. Bei mir fehlte die Verbindung zwischen den Pins 9 und 15. Immer zuerst durchmessen und nur dieses Kabel benutzen!
Alternativ könnte man auch Netzwerkkabel einsetzen, das dann bis zu 4 Laser steuern kann. Die Abschirmung hängt aber vom Kabeltyp ab. Aber zumindest müssen die zugehörigen Paare die verseilten (twisted pair) sein.

Ich selbst habe zwei VGA-Buchsen mit zusammen 12 (2x6) Ausgängen vorgesehen. Sollte ein SSR ausfallen, konnte ich immer leicht umstecken. So kann man auch mit zwei Kabeln zu zwei Stativen gehen.
Stückliste:
TR: Trafo 230 V / 5 V AC; 4,5 VA (900 mA)
BR: Brückengleichrichter 140 V / 1 A
C1: 1000 µF / 35 V (abh. von Anzahl  der Lastwiderstände R3, hier für 6 SSRs)
C2: 47 µF / 35 V (abh. von Anzahl  der Lastwiderstände R3, hier 6 SSRs)
LEDs: low-current 5 mm, rot und grün, 4 mA
R3...Rx: 510, 5%, 125 mW (bei 1 R pro IC) / 680 R, 5%, 125 mW (bei 2 R pro IC)
F1: Sicherung 250 V / 6 A
F2 ...Fx: Sicherung 250 V / 100...500 mA
IC: (SSR1+2): Dual-Solid State Relais Toshiba TLP222A-2 (mit MOSFETs im DIP-8-Gehäuse)
ESD-Schutz am Ausgang, Suppressordiode SMB J30CA

Da nicht alle Laser über einen solchen Interlock-Eingang verfügen, habe ich eine Standard-Schuko-Dose ebenso vorgesehen. Oder siehe Projekt Nummer 9 zum Nachrüsten.

Ich selbst habe noch eine strombegrenzte Versorgungsspannung hinausgeführt, um einen externen Tester anzuschließen. (hier)

Das Gehäuse ist massiv aus Aluminiumguss und geerdet.
Links sind Kaltgerätestecker, Sicherungsautomat und Schuko-Steckdose angebracht. Oben die beiden LEDs, der Schlüsselschalter und der Not-Aus. Rechts sind dann die beiden VGA-Buchsen.

Vom Notaus, das am Boden liegt zum Stativ führt ein VGA-Verlängerungskabel. Um die Aufteilung auf die Laser bequem zu haben, geschieht diese über eine Gehäuse, an dem eine Stativklemme angebracht wurde. Hier ist auch die Netzverteilung in einem zweiten Gehäuse von einem 5m Kabel mit Schuko-Stecker auf mehrere Kaltgeräte-Kupplungen. Leider haben meine Laser keinen Kaltgeräte-Ausgänge, um das Netz durchzuschleifen.
Verteilerkabel für
              den Not-Aus

Im unteren Bild sieht man rechts auch den GX12-2-Stecker.

9. Not-Aus-Nachrüstung in einem Laser

Für den direkt oben aufgeführten Not-Aus-Schalter habe ich einen weiteren alten Laser, der diesen Interlock-Eingang nicht hat, ebenfalls nachgerüstet. Er hatte auch keinen Schlüsselschalter, ist also nun auch norm-konform. Nun kann ich unabhängig vom Netz alle meine Show-Laser zentral, sogar auch über mehrere Not-Aus-Systeme, deaktivieren.

Als Stecker benutzte ich bei diesem Laserworld Rot+Grün-Laser die gleiche GX12-2-Einbaubuchse (männlich), die auch bei diversen Stairville-Geräten (z.B. Stairville DJ Lase 400-B blau DMX) vorhanden ist.
Wie im Projekt 8 beschrieben, ist der Spannungshub und Strom bei den Seriengeräten meiner Meinung nach zu klein. Deshalb wählte ich hier 4,5V und 10mA.
Die Schaltung unten dazu zeigt, dass beide Laser-Module getrennt geschaltet werden. In meinem Laser ist eine gemeinsame Versorgung vom Netzteil vorhanden, aber beide Module werden mechanisch über getrennte Leitungen versorgt. Diese Schaltung würde auch bei komplett getrennten Versorgungsspannungen funktionieren. Ab einer Betriebsspannung von 4,7V arbeiten diese, auch bei höheren Spannungen z.B. 12V oder 15V funktioniert sie noch, wobei man dann den Widerstand R1, der den Kontaktstrom bestimmt, dann größer machen sollte. (R=1k @ 12V, R=1,2k @15V)
Auch die Z-Diode am Eingang, die hauptsächlich als ESD- und Überspannungsschutz dient, darf nicht kleiner als die Versorgungsspannung sein.

Schaltbild
              Not-Aus Nachrüstung

Als Element für das Schalten setze ich zwei P-Kanal-Logic-Level MOSFETs ein. Diese generieren keinen nennenswerten Spannungsabfall (<20 mV bei einem 0,5A) in den +5V-Leitungen zu den Lasermodulen. Aufgrund der niedrigen Spannung von 5V sind Logic-Level-Typen nötig, da man sie sonst nicht voll einschalten könnte. Die obigen Bauteile sind als SMD auf der Leiterplatte umgesetzt.Als Diode D1 und D2 ist unbedingt eine Schottky-Diode nötig, um die FETs im offenen Zustand sicher auszuschalten.

Nur bei kurzgeschlossenem Eingang nach Masse, werden beide +5V-Laserspannungen zugeschaltet.

Weitere Details folgen.

10. ff
...

Mal sehen, ob ich die Lauflichtschlauch-Steuerung, DMX-Switch, DMX-Relay, USB2DMX mit Splitter, sowie Steuerung für eine Nebelmaschine, SPDIF-Konverter, 20-Kanal-Meter-Bridge ... auch mit hier aufnehme.