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Literaturverzeichnis - Elektro Essig

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Fachpraktische Einfä hrung in die<br />

Audiotechnik<br />

13 Wochen Fachpraktikum<br />

PRAKTIKANTENHEFT<br />

in der Entwicklungsabteilung<br />

der Firma Stamer Musikanlagen GmbH, St. Wendel<br />

Leitung: Dipl.-Ing. Karsten Ballhorn<br />

eingereicht im Sommersemester 2002 von<br />

cand. ing. Markus Kä hn<br />

Nordfeldstrasse 14<br />

66564 Ottweiler-Lautenbach<br />

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Kurzzusammenfassung<br />

Das vorliegende Praktikumsskript beschreibt die Tötigkeiten wöhrend meines Fachpraktikums<br />

vom 14. Januar 2002 bis 19. April 2002 in der Entwicklungsabteilung der Firma Stamer Mu-<br />

sikanlagen / St. Wendel. Einen Schwerpunkt bildete dabei die Geröteprä fung und die Entwick-<br />

lung von Baugruppen zur Geröteprä fung inclusive Programmierung derselbigen.<br />

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Inhaltsverzeichnis<br />

1 Einfä hrung in das PCB-Framework PROTEL 99 SE 1<br />

1.1 Schaltplaneingabe 1<br />

1.2 Leiterplattenlayouterstellung 2<br />

2 Aufbau eines stabilisierenden 12V-Netzteiles 4<br />

2.1 Schaltplan 4<br />

2.2 Funktionsweise 4<br />

2.3 Bauelemente und Anschlä sse 6<br />

3 Aufbau eines Stereo-Vorverstö rkers 7<br />

3.1 Aufbau der Endstufe des Stereo-Vorverstörkers in THT auf einer Lochrasterplatte 7<br />

3.1.1 Schaltplan 7<br />

3.1.2 Funktionsweise 7<br />

3.1.3 Anschlä sse und Bauelemente 8<br />

3.2 Aufbau der Eingangsstufe eines Stereo-Vorverstörkers in THT auf Lochrasterplatine 11<br />

3.2.1 Schaltplan 11<br />

3.2.2 Funktionsweise 11<br />

3.2.3 Anschlä sse und Bauelemente 12<br />

3.2.4 Erweiterung der Eingangsstufe zur Auswahl diskreter Verstörkungen 12<br />

4 Transformatorprä fung 14<br />

4.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung 14<br />

4.2 Anforderungen an den Gerötetransformator 14<br />

4.3 Messprinzip 15<br />

4.4 Transformatorprä feinheit 15<br />

4.5 Ablauf der Prä fung 16<br />

4.5.1 Messaufbau und Anschluss des DUT 17<br />

4.5.2 Blockschaltbild eines einzelnen Kanals 17<br />

4.5.3 Messung der Kaltwiderstönde 18<br />

4.5.4 Messung der Widerstönde nach Temperaturerhßhung 18<br />

4.6 Ergebnis der Prä fung 18<br />

i<br />

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ii<br />

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Inhaltsverzeichnis<br />

4.7 Prä fprotokoll 20<br />

4.8 Zusammenfassende Messanleitung 21<br />

4.9 Bemerkungen zum Widerstandsverfahren 22<br />

5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen 26<br />

5.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung 26<br />

5.2 Anforderungen an das DUT 27<br />

5.3 Messprinzip 27<br />

5.4 Ablauf der Prä fung 28<br />

5.4.1 Messaufbau und Anschluss des DUT 29<br />

5.4.2 Einstellungen der Messsoftware 30<br />

5.5 Ergebnis der Prä fung 31<br />

5.6 Prä fprotokoll 31<br />

5.7 Zusammenfassende Messanleitung 31<br />

5.8 Pegeleinstellungen beim Powertest 33<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstö rkern 36<br />

6.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung 36<br />

6.2 Anforderungen an das DUT 36<br />

6.3 Anschluss der Lautsprecher 37<br />

6.4 Messprinzip 37<br />

6.5 Ablauf der Prä fung 37<br />

6.5.1 Messverschaltung 38<br />

6.5.2 Einstellungen der Messsoftware 39<br />

6.6 Ergebnis der Prä fung 39<br />

6.7 Prä fprotokoll 40<br />

6.8 Zusammenfassende Messanleitung 40<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung 43<br />

7.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung 43


iii<br />

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Inhaltsverzeichnis<br />

7.2 Schaltprinzip 43<br />

7.3 Messaufbau 43<br />

7.4 Anschlu– an den Parallelport und Ansprechen des Ports ä ber die Schaltsoftware 45<br />

7.5 Aufbau der Schalteinheit 47<br />

7.6 Ablauf der Prä fung 48<br />

7.6.1 Flu–diagramm 49<br />

7.6.2 Einstellungen der Messsoftware 50<br />

7.7 Ergebnis der Prä fung 52<br />

7.8 Zusammenfassende Messanleitung 52<br />

8 Wochenä bersicht 57


1 Einfä hrung in das PCB-Framework PROTEL 99 SE<br />

Einarbeitung in ein Layout-Tool zur Leiterplattenfertigung. PROTEL 99 SE ist die bei der Firma<br />

Stamer Musikanlagen GmbH verwendete Entwicklungsumgebung (framework) fär das Leiter-<br />

plattendesign (PCB „ printed circuit board). Dieses Werkzeug setzt bei der Schaltplaneingabe<br />

(schematic, *.sch) unter Zuhilfenahme von Bauteilbibliotheken (schematic libraries) an.<br />

1.1 Schaltplaneingabe<br />

Die Schaltplaneingabe erfolgt graphisch per Drag&Drop und basiert auf umfangreichen Bauteil-<br />

bibliotheken. Je nach benutzter Bibliothek ist es anschlie–end noch mßglich, verschiedene Si-<br />

mulationen an der eingegebenen Schaltung durchzufä hren. Nach erfolgter Schaltplaneingabe<br />

wird ein Electrical Rule Check mit folgenden Optionen durchgefä hrt:<br />

Anschlie–end erfolgt die Leiterplattenlayouterstellung.<br />

1<br />

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1.2 Leiterplattenlayouterstellung<br />

Dabei mu– unterschieden werden zwischen<br />

1 Einfä hrung in das PCB-Framework PROTEL 99 SE<br />

Bedrahtete Leiterplattentechnik Oberflöchenmontierte Leiterplattentechnik<br />

THT: Through Hole Technology<br />

(Multilayer, Routing, ...)<br />

SMS: Surface Mount Devices<br />

Nach dem Routing (Auto-Routing oder manuelles Routing) erfolgt ein Design Rule Check (DRC).<br />

Anschlie–end kann man sich mit Hilfe eines 3D-Visualisierungstools die Leiterplatte betrachten.<br />

Astabiler Multivibrator in 2-seitigem Leiterplat-<br />

tendesign, Ansicht von unten.<br />

Astabiler Multivibrator in 2-seitigem Leiterplat-<br />

tendesign, Ansicht von oben.<br />

2<br />

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1 Einfä hrung in das PCB-Framework PROTEL 99 SE<br />

Astabiler Multivibrator in 2-seitigem Leiterplat-<br />

tendesign, Top- und Bottom-Layer<br />

Astabiler Multivibrator in 1-seitigem Leiterplat-<br />

tendesign.<br />

Astabiler Multivibrator in 1-seitigem Leiterplat-<br />

tendesign, Electrical Layer<br />

Abschlie–end erfolgt eine Unterlagenbereitstellung, welche folgendes beinhaltet:<br />

• Schaltplöne<br />

• Konstruktionszeichnungen<br />

• Gerberdaten fä r den Leiterplattenhersteller<br />

• Bohrdaten im NC-Format (DK, NDK, Passermarke): Formate sind z.B. Sieb&Meyer oder Ex-<br />

cellon<br />

3<br />

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2 Aufbau eines stabilisierenden 12V-Netzteiles<br />

Es soll ein stabilisierendes 12V-Universalnetzteil bestehend aus Transformator, Gleichrichter und<br />

Spannungsregler anhand des nachfolgenden PROTEL-Schematics aufgebaut werden:<br />

2.1 Schaltplan<br />

2.2 Funktionsweise<br />

Die Netzspannung von 230V wird ä ber einen Transformator auf sekundörseitig 16V herunter-<br />

transformiert und an einen Brä ckengleichrichter angeschlossen. Der Transformator in Mittel-<br />

punktschaltung liefert mit dem Niedervoltbrä ckengleichrichterteil der Schaltung symmetrische<br />

Ausgangsspannungen. Nachfolgend sind einige Beispiele fär die Erzeugung einer Gleichspan-<br />

nung aufgefä hrt:<br />

4<br />

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5<br />

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2 Aufbau eines stabilisierenden 12V Netzteiles<br />

Nach anschlie–ender Glöttung mit Hilfe von (<strong>Elektro</strong>lyt-)Kondensatoren wird die nun herunter-<br />

transformierte, gleichgerichtete, geglöttete Netzspannung an einen Spannungsregler angelegt,<br />

der schlie–lich fä r eine stabilisierte Ausgangsspannung sorgt. Bei elektronischen Schaltungen ist<br />

es nömlich erforderlich, da– die Gleichspannung bis auf 5..10% genau eingestellt wird, d.h. die<br />

Ausgangsspannung mu– mit Hilfe eines Spannungsreglers nach der Gleichrichtung stabilisiert<br />

und geglöttet werden.<br />

Eine einfache Schaltung zur Spannungsstabilisierung bzw. Spannungsbegrenzung kann auch mit<br />

Hilfe einer Z-Diode aufgebaut werden:<br />

Z-Dioden sind fä r den Dauerbetrieb im Durchbruchbereich ausgelegt und besitzen eine genau<br />

spezifizierte Durchbruchspannung. Mit Hilfe eines Potentiometers kann diese Schaltung fä r eine<br />

einstellbare Ausgangsspannung erweitert werden.


2.3 Bauelemente und Anschlä sse<br />

6<br />

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2 Aufbau eines stabilisierenden 12V Netzteiles<br />

Zuerst werden mit Hilfe des von PROTEL generierten “Drill DrawingÜ Lßcher verschiedenen<br />

Durchmessers in die Leiterplatte gebohrt. Die Leiterplatte besteht aus glasfaserverstörktem<br />

Epoxidharz und ist fär THT vorgesehen.<br />

An-schlie–end werden gemö– PROTEL-<br />

Leiterplattenlayout die Bauteile Transfor-<br />

mator, Sicherungseinsötze, Brä cken-<br />

gleichrichter, Brä cken, Kondensatoren,<br />

Dioden, Spannungsregler, Flachsteckhä l-<br />

sen, Flachsteckerleisten auf die Leiter-<br />

platte gelßtet. Schlie–lich wird die Schal-<br />

tung ä ber einen Trennstelltransformator<br />

in Betrieb genommen und getestet. Da-<br />

bei stellte sich heraus, dass der Span-<br />

nungsregler fär positive Spannung un-<br />

belastet genau die 12V ausregelt, der<br />

Spannungsregler fä r negative Spannung<br />

jedoch nicht. Letzterer regelt im unbe-<br />

lasteten Fall nicht auf „12V aus, die<br />

Schutzdiode D3 wird deshalb durch<br />

einen 1k Widerstand ersetzt. Als Span-<br />

nungsregler zur Festwertregelung auf<br />

± 12V<br />

werden die Typen L7912CV und<br />

UA7812C (wie L78xx von ST) der Her-<br />

stellers ST Microelectronics bzw. Texas<br />

Instruments verwendet:


3 Aufbau eines Stereo-Vorverstö rkers<br />

3.1 Aufbau der Endstufe des Stereo-Vorverstö rkers in THT auf einer Lochrasterplatte<br />

Die Lochrasterplatine wird nach folgendem Schaltplan mit den Bauelemen-<br />

ten bestä ckt. Das Lßten erfolgt mit einer “normalenÜ Lßtstation mit gere-<br />

gelter Temperatur. Anschlie–end wird die Schaltung getestet.<br />

3.1.1 Schaltplan<br />

3.1.2 Funktionsweise<br />

Der Schaltplan stellt die Endstufe des Stereovorverstörkers dar. Beim Aufbau und Schaltungstest<br />

wurden verschiedene Transistoren und unterschiedliche Dimensionierungen von Widerstönden<br />

und Kondensatoren getestet. Je nach Ruhestrom (quiescent bias setting) bzw. dem daraus resul-<br />

tierenden Stromflu–winkel teilt man die Verstörker in Klassen ein: Class A, Class AB, Class B, ...<br />

Bei der aufgefä hrten Schaltung handelt es sich um einen Klasse AB „ Verstörker im Gegentakt-<br />

betrieb. Die Dioden dienen hier zur Vorspannungseinstellung und somit zur Reduktion von<br />

7<br />

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8<br />

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3 Aufbau eines Stereo-Vorverstörkers<br />

è bernahmeverzerrungen (→ s. [10], S.935). Die Kapazitöten im pF-Bereich dienen der HF-<br />

Entstßrung. Ein Audiokanal besteht hier aus 2 Zweigen. Der obere Zweig verstörkt nichtinvertie-<br />

rend, der untere Zweig invertierend, was im Vornherein schon einen Gewinn von 3dB darstellt.<br />

Als Ausgönge stehen eine 6,35mm-Klinkenbuchse, ein XLR-Stecker (male!) und Stiftleiste JST 3<br />

zur Verfä gung.<br />

3.1.3 Anschlä sse und Bauelemente<br />

In den Schaltungen wurde folgender Operationsverstörkertyp<br />

eingebaut:<br />

Die eingesetzten Dioden erfä llten folgende Spe-<br />

zifikationen:


9<br />

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3 Aufbau eines Stereo-Vorverstörkers<br />

Bei den Transistoren wurden sowohl die folgenden High Voltage „ Transistoren getestet, als<br />

auch General Purpose „ Transistoren fä r +/- 15V.<br />

Zu Testzwecken wurde die Endstufe doppelt aufgebaut, wobei jeweils Einzelheiten modifiziert<br />

waren. Anschlie–end wurde von einem weiteren Praktikanten mit dem PCB-Framework Protel<br />

ein Leiterplattenlayout erstellt und die Schaltung aufgebaut.


Schaltung auf Lochrasterplatine mit General Purpose „ Transistoren:<br />

10<br />

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3 Aufbau eines Stereo-Vorverstörkers<br />

Schaltung auf Lochrasterplatine mit General Purpose- und High Voltage- Transistoren:


11<br />

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3 Aufbau eines Stereo-Vorverstörkers<br />

3.2 Aufbau der Eingangsstufe eines Stereo-Vorverstö rkers in THT auf<br />

Lochrasterplatine<br />

3.2.1 Schaltplan<br />

3.2.2 Funktionsweise<br />

U e<br />

U e<br />

R 1<br />

+<br />

-<br />

-<br />

+<br />

R n<br />

Die Eingangsstufe dient zur Anpas-<br />

sung des Signals ä ber das Potentio-<br />

meter (Volume-Regler). Die Verstör-<br />

kung erfolgt fä r die beiden Kanöle (L,<br />

R) durch OpAmps, beide nichtinver-<br />

tierend. Die Verstörkung ergibt sich<br />

beim nichtinvertierenden Verstörker<br />

annöhernd zu A = 1 + Rn/R1<br />

Die Beschaltung beim invertierenden<br />

Verstörker, z.B. in der Endstufe des<br />

Stereo-Vorverstörkers fär das “asym-<br />

metrische SignalÜ, sieht dagegen<br />

folgenderma–en aus:<br />

Die Verstörkung ergibt sich beim invertierenden Verstörker zu A = - Rn/R1<br />

R n<br />

R 1<br />

In obiger Schaltung wird also ä ber das Potentiometer der Widerstand R1 und somit die Verstör-<br />

kung veröndert. Wird das Potentiometer so eingestellt, dass R1 grß–er wird, so wird ä ber den<br />

U a<br />

U a


12<br />

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3 Aufbau eines Stereo-Vorverstörkers<br />

mit dem Potentiometer variablen Spannungsteiler am Eingang ebenfalls das am +-Eingang des<br />

OPs anliegende Signal kleiner und somit die Verstörkung A kleiner.<br />

3.2.3 Anschlä sse und Bauelemente<br />

An den Schnittstellen fär Eingang/Ausgang werden neben 6,3mm Klinkensteckern die in der<br />

Audiotechnik gebröuchlichen XLR-Stecker bzw. XLR-Buchsen verwendet. (X „ Masse, L „ linker<br />

Kanal, R „ rechter Kanal).<br />

3.2.4 Erweiterung der Eingangsstufe zur Auswahl diskreter Verstö rkungen<br />

Das primörseitiges Schalten der DC12V-Relais erfolgt mit einem 10-fach-Auswahlschalter:<br />

Die PIN-Belegung der benutzten Relais sieht folgenderma–en aus:<br />

NAIS Schaltrelais<br />

+12V<br />

0V


13<br />

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3 Aufbau eines Stereo-Vorverstörkers<br />

Der oben angegebene Schaltplan fä r die Eingangsstufe wurde also folgenderma–en modifiziert:<br />

Die Platine mit Auswahlschalter zur Verstörkungsauswahl sieht nun schlie–lich so aus:<br />

Die benutzten Mehrgangtrimmer sollen nun noch im Betrieb fä r die diskreten Verstörkungen<br />

eingestellt werden.<br />

+<br />

-<br />

R 4<br />

R 3


4 Transformatorprä fung<br />

4.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung<br />

Aus der Tatsache heraus, dass die in den elektronischen Schaltungen fä r Universalanwendungen<br />

eingesetzten Operationsverstörker (=gleichspannungsgekoppelte Verstörker mit hoher Verstör-<br />

kung) eine Betriebsspannung von +/- 15V benßtigen, Komponenten zur digitalen Signalverarbei-<br />

tung ± 5V<br />

bzw. ± 3.<br />

3V<br />

und eventuell noch andere Spannungen benßtigt werden, ist der Ein-<br />

satz von Transformatoren in den elektronischen Schaltungen zwingend. Daher mä ssen die ein-<br />

gesetzten Transformatortypen auf die geforderte Maximalbelastung hin getestet werden.<br />

4.2 Anforderungen an den Gerö tetransformator<br />

Die Gerötetransformatoren werden nach EN 61558-1 Abs. 14 bei 110% der nominellen Netz-<br />

spannung so getestet, da– sie die Bedingungen des bestimmungsgemö–en Gebrauchs erfä llen.<br />

Je nach eingesetzten G-Sicherungen mu– der Gerötetransformator unterschiedlichen Belastun-<br />

gen standhalten kßnnen bis die Sicherungen auslßsen. Nach IEC 60127 sind die Zeit-Strom-<br />

Grenzwerte fä r Geröteschutzsicherungen (miniature cartridge fuse) wie folgt festgelegt:<br />

1,5 x I rated, fuse<br />

2,1 x I rated, fuse<br />

minimal 1 Std. halten<br />

in maximal 2 oder 30 min „ je nach Charakteristik „ abschalten<br />

Es ist zu beachten, da– nach UL und MITI eine andere Bemessungsstromdefinition zugrundeliegt<br />

uns somit andere Prä fbedingungen herrschen (siehe [3]).<br />

Fä r tröge Sicherungseinsötze mu– der Transformator also im ungä nstigsten Fall 30 Minuten das<br />

2,1-fache des Sicherungs-Bemessungsstromes I rated, fuse aushalten und es mä ssen die Grenzwerte<br />

fä r die maximale Temperatur an den einzelnen Wicklungen eingehalten werden. Ist die G-<br />

Sicherung z.B. vom Typ T 500mA L 250V, so mu– sie im ungä nstigsten Fall spötestens nach<br />

30min bei I = 2, 1⋅<br />

250mA<br />

auslßsen. Fär diesen Fall kann es also vorkommen, dass die Trans-<br />

formatorwicklungen 30 Minuten lang 2, 1⋅<br />

I rated , fuse standhalten mä ssen.<br />

14<br />

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06.03.02<br />

M. Kä hn


4.3 Messprinzip<br />

15<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Die Messung der Temperatur an den Wicklungen beruht auf einer Messung der Wicklungswi-<br />

derstönde ä ber den R(t)-Zusammenhang (Widerstandsverfahren). Der Widerstand wiederum<br />

wird ä ber eine Strom- und Spannungsmessung bestimmt. Nach EN 61558, Abs. 14.2 gilt:<br />

mit<br />

R2<br />

− R1<br />

Δ t = ⋅ ( x + t1)<br />

− ( t2<br />

− t1)<br />

(1.1)<br />

R<br />

1<br />

Δt Temperaturerhßhung ä ber t 2, so da– die hßchste Temp. gleich dt+t 2 betrögt<br />

R 1<br />

R 2<br />

T 1<br />

T 2<br />

X=234,5 fä r Cu<br />

X=225 fä r Al<br />

Widerstand zu Beginn der Prä fung<br />

Widerstand am Ende der Prä fung im Beharrungszustand<br />

Umgebungstemperatur zu Beginn der Prä fung<br />

Umgebungstemperatur am Ende der Prä fung<br />

4.4 Transformatorprä feinheit<br />

Primary<br />

Kontroll-<br />

LED ob<br />

Kanöle<br />

zugeschal-<br />

Kanal 1...6 fä r unterschiedliche Leistungsaufnahmen (400W / 800W)<br />

400W 400W 800W 800W 400W 400W<br />

Einschalten der Sekundörwicklungen oder Messung mit internen Konstantstrom-<br />

Klinkenbuchse zur evtl. Automatisierung der Messung ä ber PC mit Softwarepa-<br />

Einschalten der Kanöle<br />

Anschlu– des Protective Earth (PE)<br />

Hauptschalter<br />

Messbereichsumschal-<br />

Voltmeter<br />

Amp° remeter<br />

Messbereichsumschal-<br />

Kanal i ein-<br />

Regelbare elektronische<br />

Lastwiderstönde<br />

Kontroll-LED<br />

Kontroll-LED Tempe-<br />

Anschlä sse der Wicklun-


16<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Nachfolgendes Bild zeigt die Transformatorprä feinheit mit angeschlossenem Prä fling. Wie man<br />

leicht erkennt, befindet sich an Kanal 1 und 2 eine Wicklung mit Mittelanzapfung, an Kanal 3<br />

eine andere Sekundörwicklung und Kanal 4 wird benutzt, um an einer belasteten Wicklung der<br />

Sekundörwicklung mit Mittelanzapfung den benßtigten Strom zu liefern, um das 2,1-fache des<br />

Nennsicherungsstromes zu erhalten.<br />

4.5 Ablauf der Prä fung<br />

Bevor der zu prä fende Gerötetransformator (DUT) an die Transformatorprä feinheit angeschlos-<br />

sen wird, wird unter Messschalterstellung Internal Current Measurement primörseitig 253V<br />

( = 230V ⋅110%<br />

) eingestellt. Die Last wird mit Hilfe der Potentiometer hochohmig eingestellt.<br />

Primörwicklung und Sekundörwicklungen werden an die Transformatorprä feinheit angeschlos-<br />

sen.<br />

Regel-Trenn-<br />

Transforma-<br />

Transforma-<br />

torprä fein-<br />

Device Under<br />

Test


4.5.1 Messaufbau und Anschluss des DUT<br />

Hinweis:<br />

Nominalspannungen<br />

der NS-Netze in<br />

Europa: 230V (50 Hz)<br />

USA: 115V (50 Hz)<br />

Japan: 100V (50 Hz / 60 Hz)<br />

Primary<br />

17<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Das DUT wird wie oben gezeigt an die Transformatorprä feinheit angeschlossen. Dabei ist zu<br />

beachten, da– die Sekundörwicklungen entsprechend den Leistungsangaben an den dafä r vor-<br />

gesehenen Kanölen angeschlossen werden. Die einzelnen Kanöle sind galvanisch voneinander<br />

entkoppelt und kßnnen daher auch beliebig parallel geschaltet werden.<br />

4.5.2 Blockschaltbild eines einzelnen Kanals<br />

I 0<br />

400W 400W 800W 800W 400W 400W<br />

DUT<br />

Kanal i wahlweise als<br />

• regelbarer Lastwider-<br />

stand<br />

• Konstantstromquelle


4.5.3 Messung der Kaltwiderstö nde<br />

18<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Zur Bestimmung des benßtigten Kaltwiderstands der einzelnen Wicklungen wird der Messschal-<br />

ter zuerst auf Internal Current Measurement gestellt. Das DUT ist somit vom Trenntransformator<br />

getrennt. Die nun aktiven internen Konstantstromquellen liefern einen Nennstrom von 100mA.<br />

Da dieser Prä fstrom leicht variieren kann, mu– der exakte Wert gemessen werden. Zusammen<br />

mit den ä ber den einzelnen Wicklungen abfallenden Spannungen kßnnen nun die Kaltwider-<br />

standswerte berechnet werden.<br />

4.5.4 Messung der Widerstö nde nach Temperaturerhß hung<br />

Nun wird der Messschalter auf terminate load gestellt. Die einzelnen Wicklungen werden so<br />

belastet, da– sie gemö– den angegebenen Nenndaten den Nennstrom ziehen. Es wird jeweils<br />

eine Sekundörwicklung so belastet, da– entweder bei nicht abgesicherter Sekundörseite auf der<br />

Primörseite gemö– der eingesetzten G-Sicherung das 2,1-fache des Nennbemessungsstromes<br />

flie–t oder bei abgesicherter Sekundörseite ä ber die Sekundörwicklung das 2,1-fache des Nenn-<br />

bemessungsstromes fär die Sekundörsicherung flie–t. Nach 30min wird der Messschalter auf<br />

Internal Current Measurement gestellt und analog zur Messung der Kaltwiderstönde werden<br />

nun die einzelnen Spannungen notiert. Die Widerstönde lassen sich nun ä ber den jeweiligen<br />

Prä fstrom und die notierten Spannungen ä ber den Wicklungen berechnen.<br />

4.6 Ergebnis der Prä fung<br />

Gemö– dem Zusammenhang fär die Temperaturerhßhung Δ t R , R , t , t , x)<br />

gegenä ber der<br />

( 1 2 1 2<br />

Umgebungstemperatur t 2 am Ende der Prä fung erhölt man die Temperaturen an den Wicklun-<br />

gen ä ber Δ t + t2<br />

. Aus nachfolgender Tabelle erhölt man die maximalen Wicklungstemperaturen.<br />

Dabei ist zu beachten, dass diese Grenzwerte fä r eine Bemessungs-Umgebungstemperatur t a =<br />

25µC gelten. Weicht die Umgebungstemperatur des Prä fraumes von der vom Hersteller angege-<br />

benen Bemessungs-Umgebungstemperatur des Transformators ab, so mu– diese Differenz bei<br />

der Auswertung der Messung beachtet werden. Ist ein Transformator z.B. fä r eine Bemessungs-<br />

Umgebungstemperatur von t a = 40µC ausgelegt, so sind die Hßchst-Temperaturwerte nach fol-<br />

gender Tabelle um die Differenz von 15µC nach oben zu korrigieren.


19<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Abschlie–end werden die auftretenden maximalen Temperaturen an den Transformatorwicklun-<br />

gen mit den Grenzwerten fär die Temperaturen an den Wicklungen verglichen. Werden die<br />

Grenzwerte eingehalten, so erfä llt der Transformator die Anforderungen in der verwendeten<br />

Schaltung.<br />

Bemessungs-Umgebungstemperatur t a (nach DIN EN 61558-1 Absatz 3.5.8) :<br />

Die hßchste Temperatur, bei der der Transformator unter bestimmungsgemö–en Betriebsbedin-<br />

gungen im Dauerbetrieb betrieben werden kann.<br />

Nachfolgendes Beispiel zeigt einen Ringkerntransformator, bei dem die Wicklungen der Bela-<br />

stungsprä fung mit dem 2,1-fachen des Nennsicherungsstromes nicht standgehalten haben:


4.7 Prä fprotokoll<br />

1. Mes-<br />

sung<br />

2. Messung<br />

nach An-<br />

schluss des<br />

DUT<br />

Messun-<br />

gen unter<br />

Last<br />

Trafoprufung<br />

20<br />

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Projekt:<br />

Datum:<br />

Pru fer:<br />

4 Transformatorprä fung<br />

Trafo-Name/Bezeichnung: Primarspg. : Primarstrom: Sec 1: Sec Strom Fsek1:<br />

Sec2: Fsek2:<br />

Sec 3: Fsek3:<br />

Fprim230V: Sec 4: Fsek4:<br />

Fprim117V: Sec 5: Fsek5:<br />

Fprim100V: Sec 6: Fsek6:<br />

Spulenmaterial zur Auswahl: Kupfer= 234,5 oder Aluminium= 225<br />

Spulenmaterial: Isolierklasse: bei t a :<br />

U berspg. primar: 110% entspricht:<br />

zu beachten: sollte der Trafo fu r 230-100-117V umschaltbar sein, ist immer der schlechteste Fall anzunehmen (d.h. 230 V Wicklung mit 100V Sicherung)<br />

Leerlaufwerte primar Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Kanal 5 Kanal 6<br />

Spg.Einheit eintragen:<br />

Me°strom (mA)<br />

Spannung<br />

Kaltwiderstand (Ohm)<br />

Umgebungstemp. (ÜC)<br />

Messung (einzutragen ist der am Me°gerat angezeigte Spannungswert):<br />

Anfangsspg. (V):<br />

Anfangsstrom (A):<br />

belastete Wicklung: U berlast: Dauer: primar(V) Kanal 1(mV) Kanal 2(mV) Kanal 3(mV) Kanal 4(mV) Kanal 5(mV) Kanal 6(mV) U-Temp(ÜC)<br />

Endspg. (V):<br />

Endstrom (A):<br />

Leistungsangaben<br />

primar ÜC Kanal1ÜC Kanal2 ÜC Kanal3 ÜC Kanal4 ÜC Kanal5 ÜC Kanal6 ÜC<br />

Temperaturerho hung (delta T):<br />

max. Wicklungs-Temperatur (T):<br />

Grenzwert (T):<br />

Kommentar:<br />

Rprim (Ohm) Rsek1 (Ohm) Rsek2 (Ohm) Rsek3 (Ohm) Wicklung<br />

Formel:<br />

dt=(R2-R1)/R1x(x+t1)-(t2-t1)<br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

6


4.8 Zusammenfassende Messanleitung<br />

21<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

• Transformatorprä feinheit einschalten (Mains ON) und ca. 10min warmlaufen lassen<br />

• Messstrßme der Konstantstromquellen der einzelnen Kanöle messen (Sollwert: 100mA). Da-<br />

zu FLUKE oder KEITHLEY im Messbereich 200mA an die Ausgangsbuchsen der Kanöle an-<br />

schlie–en und auf Internal Current Measurement schalten.<br />

• DUT nach 4.5.1 anschlie–en<br />

• Unter Schalterstellung Internal Current Measurement die an den einzelnen Transformator-<br />

wicklungen abfallenden Gleichspannungen mit FLUKE oder KEITHLEY messen, ebenso die<br />

Umgebungstemperatur mit Thermometer messen.<br />

• alle Messgeröte auf Wechselspannungsmessung schalten, Schalter auf load terminate, Pri-<br />

mörspannung auf Sollwert regeln, Sekundör-Leerlaufspannungen messen<br />

• Benßtigte Kanöle anschalten und ä ber die 3-Gang-Drehregler den gewä nschten Strom ein-<br />

stellen. Bei Belastung mit mehreren Kanölen ist ein wechselseitiger Abgleich nßtig, bis alle<br />

Kanöle ihre Sollwerte erreicht haben.<br />

• Genaue Strßme notieren und an den Messgeröten die belasteten Wechselspannungen mes-<br />

sen<br />

• Jetzt an der zu prä fenden Wicklung das 2,1-fache ihres Sicherungsbemessungsstromes ein-<br />

stellen und 30min warten.<br />

• Schalter auf Internal Current Measurement stellen und die ä ber den Wicklungen abfallenden<br />

Gleichspannungen messen.<br />

Hinweis:<br />

Die eingebauten Strom-/Spannungsanzeigen sind fä r eine normgerechte Messung zu ungenau<br />

und dienen lediglich der Abschötzung des Zustandes des angeschlossenen Transformators. Star-<br />

ke und schnelle Spannungs- bzw. Stromönderungen deuten auf einen thermischen Defekt des<br />

Transformators hin.<br />

Fä r eine genaue Strommessung mu– man einen Shunt-Widerstand in eine der Leitungen des<br />

betrachteten Kanals einschleifen und die darä ber abfallende Wechselspannung mit einem<br />

Messgeröt messen.<br />

Die Messung sollte nicht ä ber einen löngeren Zeitraum aktiviert sein.


4.9 Bemerkungen zum Widerstandsverfahren<br />

22<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Formel (1.1) beruht auf folgendem Widerstands-Temperatur-Zusammenhang. Es ergibt sich:<br />

[ 1+<br />

α ⋅ ( τ ) ]<br />

( τ ) ⋅ [ 1+<br />

α ⋅ ( t τ + Δ −τ<br />

) ]<br />

R 1 = R(<br />

t = t1)<br />

= R(<br />

τ ) ⋅ t τ 1 −<br />

(1.2)<br />

R 2 = R(<br />

t = t2<br />

+ Δt)<br />

= R<br />

2 t<br />

(1.3)<br />

R<br />

R<br />

2<br />

1<br />

⇔<br />

1+<br />

α ⋅ ( t2<br />

+ Δt<br />

−τ<br />

)<br />

=<br />

1+<br />

α ⋅ ( t −τ<br />

)<br />

R<br />

R<br />

2<br />

1<br />

1<br />

⎛<br />

−1<br />

= α ⋅ ⎜<br />

⎜t<br />

⎝<br />

2<br />

R ⎞<br />

2 R2<br />

+ Δt<br />

−τ<br />

− t ⋅ − ⋅ ⎟<br />

1 τ<br />

R1<br />

R1<br />

⎠<br />

R − R 1<br />

R R2<br />

− R<br />

t t t ⋅<br />

R<br />

2 1<br />

2<br />

⇔ ⋅ = 2 + Δ − 1 ⋅ + τ<br />

R1<br />

α<br />

R1<br />

R − R<br />

R<br />

2 1<br />

⇔ ⋅ −τ<br />

1<br />

⎛ 1<br />

⎜<br />

⎝α<br />

⎞<br />

⎟ = t<br />

⎠<br />

2<br />

R2<br />

+ Δt<br />

− t1<br />

⋅<br />

R<br />

R2<br />

− R1<br />

⎛ 1 ⎞ R2<br />

R2<br />

− R1<br />

⎛ 1 ⎞<br />

⇔ Δt<br />

= ⋅ ⎜ −τ<br />

⎟ − t2<br />

+ t1<br />

⋅ = ⋅ ⎜ −τ<br />

+ t1<br />

⎟ − ( t2<br />

− t<br />

R ⎝α<br />

⎠ R R ⎝α<br />

⎠<br />

Es ergibt sich somit:<br />

1<br />

1<br />

1<br />

1<br />

1<br />

1<br />

1<br />

)<br />

(1.4)<br />

( ) τ<br />

α − =<br />

− − + ⋅<br />

R2<br />

− R1<br />

1<br />

Δt<br />

= x t1<br />

( t2<br />

t1)<br />

mit x<br />

(1.1)<br />

R<br />

1<br />

Dabei ist α : Temperaturkoeffizient<br />

bei t = τ<br />

τ :<br />

Bezugstemperatur


<strong>Literaturverzeichnis</strong><br />

[1] DIN EN 61558-1<br />

Sicherheit von Transformatoren, Netzgeröten und dergleichen<br />

VDE-Verlag Berlin, Juli 1998<br />

[2] IEC 60127-1<br />

Geröteschutzsicherungen<br />

VDE-Verlag Berlin, November 1992<br />

[3] Reichelt, H.-J.<br />

23<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

Technologie der Geröteschutz-Sicherungseinsötze mit Auswahl- und Applikations-Hinweisen<br />

Fa. Wickmann Geröteschutz Information, 04/90<br />

Abkä rzungen<br />

DUT Device Under Test<br />

IEC International Electrotechnical Commission<br />

UL Underwriters Laboratories


Definitionen<br />

(1) (Leistungs-)Transformator nach DIN-EN 61558-1<br />

24<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

“Statisches Geröt mit 2 oder mehreren Wicklungen, das durch elektromagnetische Induktion<br />

ein System von Wechselspannung und Wechselstrom, gewßhnlich mit verschiedenen Wer-<br />

ten bei derselben Frequenz, zum Zwecke der è bertragung elektrischer Energie umwandeltÜ<br />

(2) Trenntransformator nach DIN EN 61558-1<br />

“Transformator mit Schutztrennung zwischen Eingangs- und AusgangswicklungenÜ<br />

(3) Kurzschluä fester Transformator nach DIN EN 61558-1<br />

“Transformator, bei dem die Temperatur festgelegte Grenzwerte nicht ä berschreitet, wenn<br />

der Transformator ä berlastet oder kurzgeschlossen ist, und der nach dem Entfernen der<br />

è berlast oder des Kurzschlusses weiterhin alle Anforderungen dieser Norm erfä llt.Ü<br />

(4) Sicherheitstransformator nach DIN EN 61558-1<br />

“Trenntransformator zur Versorgung von SELV (safety extra-low voltage) oder PELV (protec-<br />

tive extra-low voltage) „ Stromkreisen.Ü<br />

(5) Netzgerö t nach DIN EN 61558-1<br />

“Geröt, das Energie vom Netz nimmt und von dem aus ein oder mehrere andere Geröte ver-<br />

sorgt werden. Anmerkung: Netzgeröte dä rfen Bauteile zum Transformieren, Gleichrichten,<br />

Umwandeln, Frequenzumrichten oder Kombinationen davon enthalten.Ü<br />

(6) Sicherung nach IEC 60127-1<br />

“Eine Vorrichtung, die durch Schmelzen eines oder mehrerer besonders zu diesem Zweck<br />

vorgesehener und bemessener Teile den Stromkreis unterbricht, wenn der Strom einen be-<br />

stimmten Wert wöhrend einer bestimmten Dauer ä berschreitet. Die Sicherung umfa–t alle<br />

Teile, die zur vollstöndigen Schaltvorrichtung gehßren.<br />

(7) Sicherungseinsatz nach IEC 60127-1<br />

“Der Teil der Sicherung, der den (die) Schmelzleiter enthölt und der nach dem Ansprechen<br />

der Sicherung durch einen neuen ersetzt werden mu–.Ü


(8) G-Sicherungseinsatz nach IEC 60127-1<br />

25<br />

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4 Transformatorprä fung<br />

“Ein geschlossener Sicherungseinsatz mit einem Ausschaltvermßgen nicht grß–er als 2 kA,<br />

bei dem mindestens ein Hauptma– 10mm nicht ä berschreitet.Ü<br />

(9) Bemessungswerte nach IEC 60127-1<br />

“Die allgemeinen Daten, die zur Festlegung der charakteristischen Werte verwendet werden,<br />

die zusammen die Arbeitsbedingungen bestimmen, auf denen die Prä fungen basieren und<br />

fä r die die „Sicherung ausgelegt ist. Beispiele fä r Bemessungswerte, die ä blicherweise fä r Si-<br />

cherungen festgelegt sind:<br />

Spannung (U n), Strom (I n), Ausschaltvermßgen.Ü<br />

(10) Zeit-Strom-Charakteristik (eines Sicherungseinsatzes) nach IEC 60127-1<br />

• Fä r Wechselstrom: Eine Kurve, die unter festgelegten Bedingungen die Dauer (virtuelle<br />

Dauer) als Funktion des unbeeinflu–ten symmetrischen Stroms (Effektivwert) darstellt.<br />

• Fä r Gleichstrom: Eine Kurve, die unter festgelegten Bedingungen die Dauer (tatsöchliche<br />

Dauer) als Funktion des unbeeinflu–ten Gleichstroms darstellt.<br />

Anmerkung: Zeit-Strom-Charakteristiken, die ä blicherweise fä r einen Sicherungseinsatz an-<br />

gegeben werden, beziehen sich auf Schmelz- und Ausschaltdauer.<br />

Ma–geblich fä r den Einsatz ist die geforderte Zeit-Strom-Charakteristik des Sicherungsein-<br />

satzes, welche symbolisch bezeichnet wird mit<br />

FF Superflink<br />

F Flink<br />

M Mitteltröge<br />

T Tröge<br />

TT Supertröge<br />

(11) Ausschaltverm gen nach IEC 60127-1<br />

“Der Wert (Effektivwert fä r Wechselstrom) des unbeeinflu–ten Stromes, den ein Sicherungs-<br />

einsatz bei einer festgelegten Spannung unter festgelegten Bedingungen ausschalten kann.Ü


5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

5.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung<br />

Bei Schallstrahlern wird die zugefä hrte elektrische Energie in mechanische Energie umgewan-<br />

delt. Nach [4] besteht jeder Schallstrahler aus Erregersystem, Membran und Schallfä hrung. Das<br />

Erregersystem wandelt die elektrische Energie in mechanische um, die Membran ist mit dem<br />

Erregersystem gekoppelt und dient zur akustischen Anpassung und die Schallfä hrung ist durch<br />

die gehöusebaulichen Eigenschaften bestimmt. Beim Erregersystem unterscheidet man zwi-<br />

schen:<br />

• Magnetisches System<br />

(feststehende Spule)<br />

• Dynamisches System<br />

(Schwingspule)<br />

• Piezoelektrisches System<br />

• Kondensatorsystem<br />

Bei Lautsprechern und Kopfhßrern werden<br />

heute fast ausschlie–lich dynamische Sy-<br />

steme verwendet, da sie auch bei gro–en<br />

Amplituden verzerrungsfrei arbeiten kßn-<br />

nen. Dynamisches System<br />

Die verschiedenen Bauteile elektronischer Schaltungen gewöhrleisten einen dauerhaften und<br />

bestimmungsgemö–en Betrieb nur dann, wenn die fä r sie angegebenen Bemessungstemperatu-<br />

ren nicht ä berschritten werden. Dies kann einfach ä ber eine Temperaturmessung ausgewertet<br />

werden. Um also zu ä berprä fen, ob die Schwing-spulen hohen Belastungen dauerhaft standhal-<br />

ten kßnnen, wird nachfolgend beschriebener Powertest durchgefä hrt.<br />

26<br />

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21.02.02<br />

M. Kä hn


5.2 Anforderungen an das DUT<br />

5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Das DUT wird bei hoher Leistung betrieben. Der Ausgang der Schwingspulentemperaturmes-<br />

seinheit kann mit einem Speaker beliebiger Impedanz abgeschlossen werden. Es kßnnen auch<br />

Lautsprecher mit Doppelschwing-spulen benutzt werden.<br />

5.3 Messprinzip<br />

Das ä ber den 1000”F DC-entkoppelte, reine AC-Signal wird zusammen mit der ä berlagerten<br />

Gleichspannung von 5V auf den Lautsprecher gegeben. Die Spannung am Speaker wird - ä ber<br />

einen Tiefpass DC-mö–ig gefiltert - vom Keithley-Multimeter gemessen und in eine Temperatur<br />

umgerechnet.<br />

Signal<br />

+<br />

1000”F<br />

R<br />

Die Gleichspannungsmessung erfolgt prinzipiell folgenderma–en:<br />

+5V DC<br />

27<br />

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680<br />

R<br />

680<br />

680<br />

680<br />

100”F<br />

100”F<br />

10 M<br />

+5V DC<br />

è berlagerte<br />

Gleichspannung<br />

DC-Voltme-


5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Die ä ber dem Widerstand abfallende Spannung variiert mit der Temperatur am Widerstand ge-<br />

mö–<br />

( 1+<br />

α ⋅(<br />

) )<br />

R(<br />

t)<br />

= R(<br />

τ) ⋅ t1<br />

−τ<br />

τ<br />

Diesen algebraischen Zusammenhang bei der Messung analytisch zu benutzen hat sich als pro-<br />

blematisch erwiesen. Daher wurden die<br />

ä ber Temperaturmessfä hler aufgenom-<br />

menen Messdaten mit Hilfe der linearen<br />

Regression approximiert und ein funktio-<br />

naler Zusammenhang zwischen abfallen-<br />

der Spannung und Temperatur in tabella-<br />

rischer Form gefunden. Um die Messung<br />

unabhöngig von der angeschlossenen Last<br />

zu machen, wird das Voltmeter zu Beginn<br />

der Messung auf 0V abgeglichen.<br />

Alternativ kßnnte die Messung analog zur Temperaturmessung der Transformatorprä feinheit<br />

folgenderma–en mit Hilfe einer Konstantstromquelle erfolgen:<br />

Signal<br />

5.4 Ablauf der Prä fung<br />

Es wird der Messaufbau nach 5.4.1 hergestellt. Die Testsignale gelangen ä ber Verteilerkasten,<br />

die gleich aufgebaut sind und deren Leitungen ausschlie–lich als Signalleitungen genutzt wer-<br />

den, zu den Lautsprechern in den Keller. Dabei ist zu beachten, dass das Oszilloskop am Regel-<br />

Trenn-Transformator angeschlossen wird, da bei Brä cke-<br />

nendstufen Minus nicht auf Masse gezogen ist. Somit<br />

kann nun massefrei gemessen werden. Eventuell wird<br />

das ä ber Mischpult und Verstörker geschickte Signal je<br />

nach angeschlossenem Speaker (Hoch-, Mittel-, Tieftß-<br />

ner) vor der Schwingspulentemperaturmesseinheit gefil-<br />

tert. Dabei wird der Spannungs-Zeit-Verlauf in bestimm-<br />

28<br />

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I 0<br />

V R L


5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

ten Intervallen abgetastet, die Messwerte digitalisiert und mittels LabView-Programm Ke2000<br />

Spk Temp in Temperaturen umgerechnet, gespeichert und online dargestellt. Somit lassen sich<br />

auch die Einflä sse unterschiedlicher Reglereinstellungen des Mischpults bzw. Verstörkers am<br />

DUT direkt erkennen.<br />

5.4.1 Messaufbau und Anschluss des DUT<br />

CD - Player<br />

Mischpult<br />

Line In 1<br />

Verstörker<br />

IN<br />

Output<br />

29<br />

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Right<br />

OUT<br />

Verteilerkasten Bä ro<br />

eventuell:<br />

Filter<br />

Rackeinschub<br />

ÜSpulentemperaturmessung<br />

Channel 1+2<br />

Verteilerkasten Keller<br />

Keithley 1<br />

INPUT<br />

Keithley 2<br />

INPUT<br />

Nur bei Lautsprechern<br />

mit Doppelschwings-<br />

pulen !<br />

Ch.1 4.94 Me–-Spg.<br />

Ch.2 4.94 Me–-Spg.<br />

DUT<br />

Channel 1+2


5.4.2 Einstellungen der Messsoftware<br />

5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Je nach Anzahl der Messstellen und der erforderlichen Zeitauflßsung werden in der Messsoft-<br />

ware die Einstellungen getötigt. Die gemessenen Spannungen werden ä ber beschreibenden Text<br />

den Messstellen zugeordnet. Zu Beginn und wöhrend der Messung getötigte Einstellungen mä s-<br />

sen in der Datei protokolliert werden. Die dargestellte Messung kann bezä glich der Abszisse<br />

beliebig skaliert werden bzw. gezielt einzelne Abschnitte des Temperaturverlaufs betrachtet<br />

werden.<br />

Einstellung fä r die<br />

GPIB-Schnittstelle<br />

Messung<br />

dokumentie-<br />

Abtastzeit T A<br />

Eingabe der Raum-<br />

temp. wegen Abgleich<br />

30<br />

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ren<br />

Bei Doppelschwingspulen<br />

2<br />

Zeitnormal fä r die<br />

Auswertung<br />

Gleitende<br />

Temperatur-Zeit-<br />

Verlöufe der<br />

Schwingspulen<br />

Filterung der<br />

Messwerte<br />

Anzahl der<br />

Messwerte fä r die<br />

Mittelung


5.5 Ergebnis der Prä fung<br />

5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Ist das Geröt nicht ausgefallen und sind keine auffölligen Abweichungen vom bestimmungsge-<br />

mö–en Betrieb aufgetreten, so hat das Geröt den Test bestanden. Andernfalls mu– das Geröt<br />

modifiziert und der Test wiederholt werden. Eventuell mä ssen Bauteildimensionierungen geön-<br />

dert werden.<br />

5.6 Prä fprotokoll<br />

Als Prä fprotokoll dient der Ausdruck des Temperatur-Zeit-Verlaufes zusammen mit den in die<br />

Datei eingegebenen dokumentierenden Hinweisen.<br />

5.7 Zusammenfassende Messanleitung<br />

• Verkabelung der Geröte nach 5.4.1: Die Lautsprecher werden im<br />

Schallraum oder in der Sandbox aufgestellt und an der gleichen<br />

Signalleitung angeschlossen, die<br />

auch ä ber den Verteilerkasten<br />

im Bä ro auf die Schwingspulen-<br />

temperaturmesseinheitange- schlossen ist.<br />

Schallraum Sandbox<br />

Ch 1 Ch 2<br />

Ch 3 Ch 4<br />

Verteilerkasten<br />

Bä ro<br />

Verteilerkasten<br />

Schallraum<br />

• Den Schalter Circuit Breaker an der Schwingspulentemperaturmesseinheit auf ON stellen.<br />

Damit wird der Lautsprecher wöhrend des Einstellvorgangs vom Messaufbau abgetrennt.<br />

31<br />

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5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Um sicher zu gehen, kann zusötzlich das Speakerkabel vom Ausgang der Schwingspulen-<br />

temperaturmesseinheit entfernt werden.<br />

• Zum Einstellen des Signalpegels Stecker am Anschlu– Me -Spg. der Schwingspulentempera-<br />

turmesseinheit entfernen, Oszilloskop an Anschlu– Signal-Spg. Input anschlie–en und auf<br />

DC stellen.<br />

• Mit Track 3 80Hz-Sinus<br />

Signalpegel ä ber<br />

Mischpult so einstellen,<br />

da– das Signal nicht ins<br />

Clipping kommt und<br />

keine hßrbaren Verzer-<br />

rungen entstehen.<br />

• Oszilloskop vom An-<br />

schlu– Signal-Spg. Input entfernen<br />

• Durch Schalterstellung Circuit Breaker auf OFF werden die Lautsprecher an den Messaufbau<br />

angeschlossen<br />

• Keithley-Multimeter ä ber BNC-Leitung an Anschlu– Me -Spg. anschlie–en<br />

• Mit Tastkopf Signalpegel am Ausgang des Mischpults messen<br />

( Klinkenstecker zu Hilfe nehmen, an dem “MasseÜ und “MinusÜ zusammengelßtet sind )<br />

• Signalpegel am Ausgang der Endstufe messen und in das Notizfeld des Messprogramms<br />

eintragen<br />

• Keithley-Multimeter einstellen:<br />

Gleichspannungsmessung einstellen. Da das Geröt sich im Remote-Betrieb befindet und so-<br />

mit nur ä ber die Software gesteuert werden kann, stellt die Software spöter das Geröt au-<br />

tomatisch richtig ein<br />

• è ber Abgleich Spk. mßglichst 0V am Keithley-Multimeter einstellen<br />

• Am PC das Messprogramm Ke2000SpkTempV1.0.vi starten<br />

• Speicher des CD-Players mit Track 1 Techno Crest 10dB auffä llen, mit Repeat eine Endlos-<br />

schleife programmieren und Play drä cken<br />

• Im Messprogramm Messung starten<br />

• Dauer der Messung mindestens 24 Stunden<br />

32<br />

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5.8 Pegeleinstellungen beim Powertest<br />

5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Der Sinn des Powertests ist die stichprobenartige è berprä fung der Herstellerangaben bezä glich<br />

der Haltbarkeit bei der angegebenen Belastbarkeit. Diese Angaben sind normalerweise schon<br />

richtig, nur ergeben sich im Betrieb mit Musiksignalen andere mechanische Belastungen fä r den<br />

Speaker als bei einen Sinus oder Pink Noise-Signal, das den Herstellerangaben zugrunde liegt.<br />

Um nun aber eine Abschötzung der Haltbarkeit zu erhalten, wird der Lautsprecher mit einem<br />

Musiksignal (Techno) mit definiertem Crestfaktor betrieben. Die RMS-Belastung soll dabei der<br />

angegebenen Sinusbelastbarkeit entsprechen.<br />

Dazu ein Beispiel:<br />

Ein 8 Ohm Lautsprecher wird mit 200W Sinus Belastbarkeit angegeben. Wä rde man den Spea-<br />

ker mit einem Sinussignal belasten, so wöre die maximale Spannung gegeben durch:<br />

U<br />

R<br />

P =<br />

2<br />

RMS<br />

⇒ U RMS<br />

=<br />

P ⋅ R =<br />

200W ⋅8Ω<br />

= 40V<br />

= U<br />

Da ein reiner Sinus einen Crest-Faktor von 3dB aufweist, das Techno-Musiktestsignal jedoch<br />

einen Crest-Faktor von 10dB besitzt, mu– mit dem Sinussignal ein davon um 7dB hßherer Span-<br />

nungswert eingestellt werden:<br />

U<br />

gain[ dB]<br />

= 20 ⋅ lg<br />

U<br />

2<br />

1<br />

7<br />

U 2 U 2 20<br />

7dB = 20 ⋅ lg dB ⇔ = 10 ⇒ U 2 ≈ 2,<br />

239 ⋅U<br />

1<br />

U1<br />

U1<br />

Fä r den Test mit dem Techno-Musiksignal mit vorgegebenem Crest-Faktor von 10dB mu– also<br />

mit dem 50Hz-Sinussignal am Ausgang eine Spannung U 2 = 89,56V eingestellt werden.<br />

Allgemein kann man daher die Spannung U 2 bei Widerstand R und gegebener Sinusbelastbarkeit<br />

P des Speakers berechnen ä ber<br />

U ≈ 2,<br />

239⋅<br />

P ⋅ R<br />

2<br />

Zum Einstellen der Belastung kann einfach mit einem Sinussignal eine Spannung von 89,56V am<br />

Ausgang eingestellt werden. Dabei mu– selbstverstöndlich der Speaker abgeklemmt sein, da er<br />

ja gemö– seiner Sinusbelastbarkeit nicht fä r diese Spannung ausgelegt ist! Nun wird der Speaker<br />

wieder angeklemmt und das Technosignal als Quelle gewöhlt. Durch den hßheren Crestfaktor<br />

erhölt der Speaker nun ebenfalls 200W RMS aber nicht als Sinus, sondern als Musiksignal. Dies<br />

stellt eine hßhere mechanische Belastung dar, die einem Livebetrieb entspricht.<br />

33<br />

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1


5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

Bemerkungen zum Crest-Faktor (Quelle: FLUKE-Artikel “Why True RMS?Ü)<br />

“Einer der Parameter, der bei der Auswahl eines Echtef-<br />

fektivwert-Multimeters berä cksichtigt werden sollte, ist<br />

der Crestfaktor. Der Crestfaktor gibt an, wie stark die<br />

Signalform verzerrt ist. Er wird errechnet werden, indem<br />

man den Spitzenwert des Stroms durch den Effektivwert<br />

teilt. [...] Bei einem perfekten Sinussignal betrögt der<br />

Crestfaktor 1,414 und je störker das Signal verzerrt wird,<br />

desto grß–er wird der Faktor aufgrund der immer grß–e-<br />

ren Spitzenwerte [...] Ü<br />

34<br />

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<strong>Literaturverzeichnis</strong><br />

[4] Beuth,K.<br />

Nachrichtentechnik<br />

Vogel Buchverlag, Wä rzburg, 1996<br />

Abkä rzungen<br />

DUT Device Under Test<br />

GPIB General Purpose Interface Bus<br />

RMS Root Mean Square (Effektivwert)<br />

5 Schwingspulentemperaturmessung an Passivsystemen<br />

35<br />

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6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstö r-<br />

kern<br />

6.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung<br />

Die verschiedenen Bauteile elektronischer Schaltungen gewöhrleisten einen dauerhaften und<br />

bestimmungsgemö–en Betrieb nur dann, wenn die fä r sie angegebenen Bemessungstemperatu-<br />

ren nicht ä berschritten werden. Dies kann einfach ä ber eine Temperaturmessung ausgewertet<br />

werden. Ferner kann mit Hilfe der Temperaturmessung ermittelt werden, ob ein Bauteil auf-<br />

grund zu hoher Temperaturen etwa bei unzureichender Wörmeableitung ausgefallen ist, oder<br />

ob es andere Grä nde fä r den Defekt einzelner Bauteile gibt.<br />

6.2 Anforderungen an das DUT<br />

Das DUT wird unter Nennlast bei maximaler Leistung betrieben. Dabei wird der das Geröt stark<br />

beanspruchende Track 1 der Gitarrentest-CD am DUT eingespielt. Bei dem Gitarrenverstörker<br />

WARP7 (Monoverstörker) mit folgendem Ausgang ist die Last (Speaker) entsprechend anzu-<br />

schlie–en.<br />

2 x Klinkenbuchse<br />

Min 100 Watts<br />

Min Impedance 4<br />

Ohms<br />

Die beiden Ausgönge sind parallelgeschaltet:<br />

ein Signaleingang (mono) =<br />

36<br />

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+<br />

-<br />

+<br />

-<br />

+<br />

-<br />

20.02.02<br />

M. Kä hn


6.3 Anschluss der Lautsprecher<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstörkern<br />

Es kßnnen nun folgende Lautsprecherkonstellationen angeschlossen werden:<br />

(a) Anschlu– eines 4 Ohm „ Speakers<br />

(b) Anschlu– zweier 8 Ohm „ Speaker<br />

(c) Anschlu– zweier 4 Ohm „ Speaker<br />

6.4 Messprinzip<br />

Die Temperaturen an den verschiedenen Stellen im Geröt werden ä ber eine 10-Kanal-<br />

Scannerkarte des Digitalmultimeters von Keithley mit 10 Bimetall-Thermofä hlern ermittelt. è ber<br />

eine IEEE 488 GPIB „ Schnittstelle gelangen die Temperaturmessdaten zum PC und werden mit<br />

einem LabVIEW-Programm aufgenommen. Dabei wird mit dem Thermofä hler 1 immer die Um-<br />

gebungstemperatur gemessen, die ä brigen Fä hler werden an den jeweilig zu untersuchenden<br />

Messstellen im Geröt angebracht.<br />

6.5 Ablauf der Prä fung<br />

Das DUT wird an die Lautsprecher angeschlossen und nach einem fest definierten zeitlichen<br />

Ablauf der Prä fbedingungen der Prä fung unterzogen. Dabei wird der Temperatur-Zeit-Verlauf in<br />

bestimmten Intervallen abgetastet, die Messwerte digitalisiert und mittels LabView-Programm<br />

Ke2000Temp gespeichert und online dargestellt. Somit lassen sich auch die Einflä sse unter-<br />

schiedlicher Reglereinstellungen am DUT direkt erkennen.<br />

37<br />

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4<br />

8<br />

8<br />

4<br />

4<br />

Es sind 4 Ohm am Ausgang<br />

Es sind 4 Ohm am Ausgang<br />

(8 Ohm || 8 Ohm)<br />

Es sind 2 Ohm am Ausgang<br />

(4 Ohm || 4 Ohm)<br />

Beachte: Herstellerangabe war<br />

Min. Impedance 4 Ohms


Einstellungen fä r Hughes & Kettner „ Geröte:<br />

CD: Amp-Test-CD<br />

Verstörkereinstellungen:<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstörkern<br />

1/2 Std. "warm up" : 50% Gain, 50% Volume<br />

2 Std. "overload": 100% Gain, 100% Volume<br />

8 Std. "highload": 3% Overdrive, 100% Volume<br />

8 Std. "highload": 3% Overdrive, 100% Volume<br />

6.5.1 Messverschaltung<br />

CD - Player<br />

Output<br />

Verteilerkasten Bä ro<br />

38<br />

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DUT<br />

IN<br />

OUT<br />

Keithley 1<br />

INPUT<br />

Verteilerkasten Keller<br />

Speaker<br />

Messfä hler<br />

PC


6.5.2 Einstellungen der Messsoftware<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstörkern<br />

Je nach Anzahl der Messstellen und der erforderlichen Zeitauflßsung werden in der Messsoft-<br />

ware die Einstellungen getötigt. Die Messfä hler werden ä ber beschreibenden Text den Mess-<br />

stellen zugeordnet. Zu Beginn und wöhrend der Messung getötigte Einstellungen mä ssen in der<br />

Datei protokolliert werden. Die dargestellte Messung kann bezä glich der Abszisse beliebig ska-<br />

liert werden bzw. gezielt einzelne Abschnitte des Temperaturverlaufs betrachtet werden.<br />

6.6 Ergebnis der Prä fung<br />

Ist das Geröt nicht ausgefallen und sind keine auffölligen Abweichungen vom bestimmungsge-<br />

mö–en Betrieb aufgetreten, so hat das Geröt den Test bestanden. Andernfalls mu– das Geröt<br />

modifiziert und der Test wiederholt werden. Eventuell mä ssen Bauteildimensionierungen geön-<br />

dert, zusötzliche Kä hlkßrper eingesetzt und/oder (zusötzliche) Lä ftungsschlitze angebracht wer-<br />

den.<br />

Einstellung fä r die GPIB-<br />

Schnittstelle<br />

Messung<br />

dokumentie-<br />

Anzahl der benutzten<br />

Messfä hler<br />

39<br />

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ren<br />

Abtastzeit T A<br />

Fä hler 1<br />

mi–t Raum-<br />

temp.<br />

Benutzte<br />

Messfä hler


6.7 Prä fprotokoll<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstörkern<br />

Als Prä fprotokoll dient der Ausdruck des Temperatur-Zeit-Verlaufes zusammen mit den in die<br />

Datei eingegebenen dokumentierenden Hinweisen.<br />

6.8 Zusammenfassende Messanleitung<br />

• 10-Kanal Scannerkarte mit Temperaturmessfä hlern in Keithley-Multimeter einsetzen, an-<br />

schalten, auf Rear Input umschalten und 4 Stunden warmlaufen lassen.<br />

• Gehöuse des DUT ßffnen, Bimetall-Temperaturmessfä hler (Nr. 2 bis 10) an den gewä nschten<br />

Messpunkten im Geröt befestigen, Gehöuse schlie–en<br />

• Lautsprecher gemö– Impedanzangaben am Ausgang des Gerötes anschlie–en<br />

• Messverschaltung nach 6.5.1 herstellen<br />

• LabView-Programm Ke2000Temp starten<br />

• Gitarrentest-CD einlegen und mit Track 1 den Speicher fä llen. Anschlie–end mit Repeat eine<br />

Endlosschleife herstellen und auf das DUT geben<br />

• Messbedingungen dokumentieren, DUT anschalten und einstellen und Messung starten<br />

• Messung speichern und Prä fprotokoll ausdrucken<br />

40<br />

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<strong>Literaturverzeichnis</strong><br />

[5] Informationen zu IEEE 488-2<br />

GPIB Information and Tutorial<br />

www.transera.com/htbasic/tutgpib.html<br />

Abkä rzungen<br />

DUT Device Under Test<br />

GPIB General Purpose Interface Bus<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstörkern<br />

41<br />

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Spezifikationen 10-Kanal-Scannerkarte<br />

6 Temperaturmessung an der <strong>Elektro</strong>nik von Gitarrenverstörkern<br />

GENERAL<br />

10 Channels: 10 channels of 2-pole relay input.<br />

All channels configurable to 4-pole.<br />

Relay Type : Latching electro mechanical.<br />

Actuation time: lO0000 operations at maximum signallevel; >lO0000000<br />

operations cold switching.<br />

Contact Resistance:


7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netz-<br />

versorgung<br />

7.1 Grund fä r die Notwendigkeit der Prä fung<br />

Zur è berprä fung elektronischer Schaltungen mu– neben einem andauernden Belastungstest bei<br />

ä berschrittenen Nenngrß–en auch ein Schalttest durchgefä hrt werden, der die Ein- / Ausschalt-<br />

vorgönge am Geröt simuliert. Dabei mässen die Ein-/Ausphasen je nach DUT unterschiedlich<br />

ausfallen.<br />

7.2 Schaltprinzip<br />

Die Schalteinheit liefert ein Schaltsignal, welches folgenderma–en am Parallelport ansteht:<br />

7.3 Messaufbau<br />

Die Schaltung wird nun noch um eine Unterstromrelaisschaltung, die den Strom ä berwacht,<br />

erweitert. Dabei handelt es sich um ein einphasiges Unterstromrelais (IK9271, Dold&Sßhne KG),<br />

das ä ber seine Schaltkontakte am Parallelport bei Stromabfall den Error-Pin (15) auf Masse zieht.<br />

Aufbau Unterstromrelais:<br />

I mess<br />

t on<br />

5 0<br />

Wechsler<br />

43<br />

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t off<br />

Status-LEDs<br />

16.04.02<br />

M. Kä hn<br />

Strombereichsauswahlschalter<br />

Stromschwellwerteinsteller<br />

Messverzßgerungszeiteinsteller


Funktionsprinzip:<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

Je nach Prä fling wird an dem Unterstromrelais der Stromschwellenwert I T eingestellt. Wird dieser<br />

Wert ä berschritten (I mess > I T), so werden beim Wechsler die Kontakte 11-14 durchgeschaltet und<br />

11-12 getrennt. Fä r diesen Fall hat das Relais angezogen und die LED leuchtet auf. Gilt jedoch<br />

I mess < I T , so werden beim Wechsler die Kontakte 11-14 getrennt und 11-12 durchgeschaltet.<br />

Das Relais ist abgefallen und die LED erlischt. Die eigentliche Schalteinheit ist folgenderma–en<br />

aufgebaut:<br />

A1 A2<br />

i k<br />

A<br />

12 14<br />

11<br />

Relaiskontakt 11<br />

Schaltereignis<br />

Relaiskontakt 12<br />

Poweramp<br />

44<br />

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Load<br />

Zu Pin 15, Status abfragen<br />

Zu Pin 24, Ground


7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

7.4 Anschlu〶 an den Parallelport und Ansprechen des Ports ä ber die Schaltsoftware<br />

Die Steuerung der Schalteinheit erfolgt ä ber den parallelen Druckeranschlu–. Um diesen softwa-<br />

remö–ig anzusprechen mu– man zuerst die Basisadresse des Ports ausfindig machen:<br />

è bliche Basisadressen des Parallelports:<br />

378h „ 37Fh Gewßhnlich LPT1:<br />

278h „ 27Fh Gewßhnlich LPT2:<br />

3BCh „ 3BFh Andere LPTs<br />

Die parallele Schnittstelle verfä gt nun ä ber drei Arten von Leitungen:<br />

• Datenleitungen<br />

• Statusleitungen<br />

• Steuerleitungen<br />

Diese benutzen jeweils unterschiedliche Register: Datenregister, Statusregister, Steuerungsregi-<br />

ster. Der Zugriff auf diese verschiedenen Register erfolgt ä ber die Basisadresse (oft 0x378):<br />

Basisadresse + 0 Data Port<br />

Basisadresse + 1 Status Port<br />

Basisadresse + 2 Control Port<br />

Das Schreiben auf den Data Port mit der Adresse 0x378 des Druckeranschlusses erfolgt mit der<br />

Anweisung<br />

outport(0x378, VALUEHIGH);<br />

Mit der Anweisung<br />

in=inport(0x379);<br />

kann ä ber den Status Port mit der Adresse 0x379 vom Druckeranschluss gelesen werden.<br />

Pin 3: benutzte Datenleitung<br />

Pin 15: benutzte Statusleitung<br />

Pin 24: Masse<br />

Masse Status<br />

Eine DB25-Anschlu–belegung zeigt nachfolgende Tabelle:<br />

Daten<br />

45<br />

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7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

DB25 Centronic 36 pin<br />

Pin No. Signal Name Pin No. Signal Name<br />

Quelle: Internet<br />

1 Strobe 1 Strobe<br />

2 Data 0 2 Data 0<br />

3 Data 1 3 Data 1<br />

4 Data 2 4 Data 2<br />

5 Data 3 5 Data 3<br />

6 Data 4 6 Data 4<br />

7 Data 5 7 Data 5<br />

8 Data 6 8 Data 6<br />

9 Data 7 9 Data 7<br />

10 Acknowledge S 10 Acknowledge<br />

11 Busy S 11 Busy<br />

12 Paper End S 12 Paper End<br />

13 Select S 13 Select<br />

14 Auto Feed 14 Auto Feed<br />

15 Error S 15 NC<br />

16 Init 16 NC<br />

17 Select In 17 NC<br />

18 Ground 18 NC<br />

19 Ground 19 Ground<br />

20 Ground 20 Ground<br />

21 Ground 21 Ground<br />

22 Ground 22 Ground<br />

23 Ground 23 Ground<br />

24 Ground 24 Ground<br />

25 Ground 25 Ground<br />

26 Ground<br />

27 Ground<br />

28 Ground<br />

29 Ground<br />

30 Ground<br />

31 Init<br />

32 Error<br />

33 Ground<br />

34 NC<br />

35 NC<br />

36 Select In<br />

46<br />

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7.5 Aufbau der Schalteinheit<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

47<br />

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7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

Der Anschlu– der Schaltnetzeinheit an den Computer erfolgt ä ber eine 3-adrige Leitung, 2<br />

Signaladern und eine Masseader. Der Anschlu– an die Schalteinheit erfolgt ä ber einen 6,3mm<br />

Stereo-Klinkenstecker. Am PC wird das andere Ende der Leitung ä ber einen Sub-D-Stecker an-<br />

geschlossen, der die in 1.4 dargestellte PIN-Belegung aufweist.<br />

Die Schalteinheit wurde abschlie–end in ein<br />

Gehöuse integriert, welches ä ber folgende<br />

Schnittstellen verfä gt:<br />

• 6,3mm Klinkenbuchse fä r Anschlu– an den Computer (REMOTE)<br />

• Kaltgerötestecker fä r Netzanschlu– (MAINS IN)<br />

• Kaltgerötebuchse fä r Anschlu– des DUT (MAINS OUT)<br />

• Unterstromrelais zur Stromkontrolle (CURRENT CTRL.)<br />

7.6 Ablauf der Prä fung<br />

CURRENT CTRL.<br />

REMOTE<br />

MAINS<br />

IN OUT<br />

Die Schalteinheit wird an einem Hughes&Kettner TriAmp Rßhrenverstörker getestet. Dabei mu–<br />

beachtet werden, da– die Rßhrenverstörker nie ohne angeschlossene Last (Speaker) betrieben<br />

werden, da sonst durch die hohen Betriebsspannungen Eigenresonanzen auftreten, die Schöden<br />

am Ausgangsä bertrager zur Folge haben kßnnen. Es wird nun von Hand wöhrend des Betriebes<br />

in einer High-Phase die G-Sicherung fä r die Rßhrenheizspannung herausgenommen. Dabei föllt<br />

der gezogene Strom unter den am Unterstromrelais eingestellten Schwellwert und lßst somit ein<br />

48<br />

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7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

Schaltereignis am Unterstromrelais aus. Dies wird ä ber<br />

den ERROR-Pin der LPT1-Schnittstelle der Schaltsoft-<br />

ware gemeldet, die ihrerseits den Test sofort unter-<br />

bricht und eine Fehlermeldung “Sicherung gefallen!Ü<br />

ausgibt.<br />

7.6.1 Flu〶diagramm<br />

t++<br />

49<br />

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Aus<br />

Outp 1<br />

t=0<br />

Inp x<br />

x == 1 ?<br />

ja<br />

nein<br />

nein<br />

Aus<br />

t < toff ?<br />

ja nein<br />

t < t on ?<br />

t=0<br />

Outp 0<br />

ja<br />

t++


7.6.2 Einstellungen der Messsoftware<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

int main(void)<br />

{<br />

...<br />

outport(0x378, VALUELOW);<br />

...<br />

for (int i=1; i


7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

Folgender Screenshot zeigt bei einer Beispielmessung die verschiedenen Parameter und Anga-<br />

ben zum aktuellen Stand der Messung:<br />

Ist der Strom unter den Schwellenwert des Unterstromrelais abgefallen, so wird die Messung<br />

abgebrochen und es erscheint folgende Mitteilung:<br />

Die Messdaten werden anschlie–end „ falls gewä nscht - mit einem Kommentar in einer Textda-<br />

tei (*.txt) gespeichert. Diese kßnnte dann folgenderma–en aussehen:<br />

51<br />

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7.7 Ergebnis der Prä fung<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

Device Under Test: Hughes & Kettner TriAmp MK II<br />

Sicherungseinsatz: 1.6 AT<br />

Schaltparameter:<br />

----------------<br />

Dauer High-Pegel in Sekunden: 60<br />

Dauer Low-Pegel in Minuten: 1<br />

Anzahl der Schaltvorgange (Endlosschleife: 32000) : 32000<br />

Messbeginn: 3.4.2002<br />

1 2<br />

Sicherung gefallen !<br />

Sicherung wahrend der dritten High-Phase gefallen...<br />

Wurde die Messung durch das Unterstromrelais abgebrochen, mä ssen evtl. einzelne Sicherun-<br />

gen ausgetauscht und neu dimensioniert werden. Sonst gilt der Schalttest als bestanden. Sind<br />

die Sicherungen allerdings noch ganz, so wurde der Schwellwert am Unterstromrelais zu hoch<br />

eingestellt. Eventuell den Schwellwert verkleinern und die Messung erneut durchfä hren.<br />

7.8 Zusammenfassende Messanleitung<br />

• DUT an Schalteinheit anschlie–en.<br />

• Schalteinheit ä ber Parallelport an den PC erst anschlie–en, wenn die Software gestartet<br />

wurde. Dies ist notwendig, da standardmö–ig die Datenpins auf High gesetzt sind und somit<br />

direkt ein Schalten eintreten wä rde.<br />

52<br />

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7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

• Am Unterstromrelais den Stromschwellenwert einstellen. Dafä r am besten einen Testlauf<br />

unter fär ausschlie–lich Unterstromä berwachung durchfä hren und von Hand den<br />

Schwellwert so weit hochdrehen, bis das Unterstromrelais die Messung unterbricht. An-<br />

schlie–end den Schwellwert wieder ein wenig nach unten korrigieren und bei dieser Einstel-<br />

lung die weitere eigentliche Messung durchfä hren. Dabei nicht zu wenig nach unten korri-<br />

gieren, da das Unterstromrelais sonst aufgrund geringer Schwankungen in der Versorgungs-<br />

spannung oder der Umgebungsbedingungen leicht auslßsen kann, was ja nicht gewä nscht<br />

ist..<br />

• Schaltsoftware markus3.exe starten<br />

• Je nach Einsatz fä r Schalten und fä r ausschlie–lich Unterstromä berwachung aus-<br />

wöhlen<br />

• Bei Auswahl von Unterstromä berwachung sind keine weiteren Einstellungen zu treffen<br />

• Bei Auswahl von Schalten nun Messdatei eingeben, Schaltparameter eingeben, i.d.R. Endlos-<br />

schleife einstellen<br />

• Schalten kann mit und ohne Unterstromä berwachung erfolgen, daher gewä nschten Modus<br />

einstellen<br />

• ACHTUNG: Messung wird mit beliebiger Taste beendet.<br />

• Wird wöhrend der Messung bei eingestellter Unterstromä berwachung der Stromschwellen-<br />

wert unterschritten, so bricht das Programm den Schalttest automatisch ab und gibt eine<br />

Fehlermeldung heraus.Abschlie–end der Messdatei einen Kommentar zur Messung hinzufä -<br />

gen. Messung ist nun beendet.<br />

53<br />

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<strong>Literaturverzeichnis</strong><br />

[6] Vorlesungsskripte<br />

Einfä hrung in die Informatik I / II<br />

Universitöt des Saarlandes<br />

[7] Informationen zu LPT<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

http://www.geocities.com/fishziblu/lpt16io.htm<br />

[8] CENTRONICS „ Schnittstelle fä r Steuerungen<br />

http://www.haw-hamburg.de/pers/Schulz/MR9899/gruppe3/CENTRONICS.htm<br />

[9] Online-Hilfe<br />

Borland C++ Version 2.0<br />

Abkä rzungen<br />

LPT Line Printer<br />

54<br />

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7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

Auszug aus der Online-Hilfe von C zur Portprogrammierung<br />

• inp (Makro)<br />

Liest einen Wert aus einer I/O Adresse.<br />

int inp(int portid);<br />

Prototyp in dos.h<br />

• inport<br />

Liest einen 16-Bit-Wert von einer I/O-Adresse.<br />

int inport(int portid);<br />

Prototyp in dos.h<br />

#include <br />

#include <br />

int main(void)<br />

{<br />

int result;<br />

int port = 0; /* serial port 0 */<br />

}<br />

result = inport(port);<br />

printf("Word read from port %d = 0x%X\n", port, result);<br />

return 0;<br />

• inportb<br />

Liest einen 8-Bit-Wert von einer I/O-Adresse.<br />

unsigned char inportb(int portid);<br />

Prototyp in dos.h<br />

#include <br />

#include <br />

int main(void)<br />

{<br />

unsigned char result;<br />

int port = 0; /* serial port 1 */<br />

}<br />

result = inportb(port);<br />

printf("Byte read from port %d = 0x%X\n", port, result);<br />

return 0;<br />

55<br />

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• outp (Makro)<br />

schreibt ein Byte zu einer I/O-Adresse.<br />

int outp(int portid,int byte_value);<br />

Prototyp in dos.h<br />

• outport<br />

7 Aufbau einer computergesteuerten Schalteinheit fä r Netzversorgung<br />

schreibt einen Integerwert (2 Bytes) zu einer I/O-Adresse.<br />

void outport(int portid, int value);<br />

Prototyp in dos.h<br />

#include <br />

#include <br />

int main(void)<br />

{<br />

int value = 64;<br />

int port = 0;<br />

}<br />

outportb(port, value);<br />

printf("Value %d sent to port number %d\n", value, port);<br />

return 0;<br />

• outportb<br />

schreibt ein einzelnes Byte zu einer I/O-Adresse.<br />

void outportb(int portid,<br />

unsigned char value);<br />

Prototyp in dos.h<br />

#include <br />

#include <br />

int main(void)<br />

{<br />

int port = 0;<br />

char value = 'C';<br />

}<br />

outportb(port, value);<br />

printf("Value %c sent to port number %d\n", value, port);<br />

return 0;<br />

56<br />

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8 Wochenä bersicht<br />

Woche 1<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 14.01.2002 Einarbeitung in das PCB-Framework Protel 8 30 -17 30<br />

Di 15.01.2002 Aufbau 12V Netzteil, Leiterplatte bohren, Bauteile beschaffen 8 00 -17 00<br />

Mi 16.01.2002 Aufbau 12V Netzteil, lo ten, testen, Bauteile beschaffen 8 15 -17 15<br />

Do 17.01.2002 Aufbau 12V Netzteil, Bauteile austauschen, Schaltg. modifizieren 7 50 -16 50<br />

Fr 18.01.2002 Aufbau 12V Netzteil, testen, Bauteile austauschen 8 00 -17 00<br />

Woche 2<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 21.01.2002 Aufb. Stereoverstarker, Bauteile beschaffen, Platine bohren, lo ten 8 30 -17 30<br />

Di 22.01.2002 Aufbau Stereovorverstarker, Bauteile beschaffen, lo ten 8 00 -17 00<br />

Mi 23.01.2002 Aufbau Stereovorverstarker, invertierender Zweig, lo ten 8 30 -17 30<br />

Do 24.01.2002 Aufbau Stereovorverstarker, Schaltung modifizieren, testen 8 30 -17 30<br />

Fr 25.01.2002 Aufbau Stereovorverstarker, Schaltung modifizieren, testen 8 30 -17 30<br />

Woche 3<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 28.01.2002 Aufb. Stereoverstarker, Aufbau neu mit anderen Transistoren, lo ten 8 30 -17 30<br />

Di 29.01.2002 Aufb. Stereoverstarker, Aufbau neu mit anderen Transistoren, lo ten 8 30 -17 30<br />

Mi 30.01.2002 Aufbau Stereovorverstarker, lo ten, testen 8 00 -17 00<br />

Do 31.01.2002 Aufbau eines Audiomessplatzes (Monkey Forest, System One) 8 15 -17 15<br />

Fr 01.02.2002 Aufbau Stereovorverstarker, Aufbau der Eingangsstufe und testen 8 30 -17 30<br />

Woche 4<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 04.02.2002 Aufbau einer Frequenzweiche 8 10 -17 10<br />

Di 05.02.2002 Testen von Geratetransformatoren 8 10 -17 10<br />

Mi 06.02.2002 Testen von Geratetransformatoren 8 00 -17 00<br />

Do 07.02.2002 Temperaturmessung Gitarrenamp., Temperaturmessung Speaker 8 15 -17 15<br />

Fr 08.02.2002 Temperaturmessung Gitarrenamp., Trafotest mit Doku. 8 15 -17 15<br />

57<br />

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Woche 5<br />

58<br />

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8 Wochenä bersicht<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 11.02.2002 Geratepru fung Temperaturmessung, Trafotest mit Doku. 8 15 -17 15<br />

Di 12.02.2002 Trafotest mit Doku. und Auswertung der Messergebnisse 8 10 -17 10<br />

Mi 13.02.2002 Trafotest mit Doku. und Auswertung der Messergebnisse 8 10 -17 10<br />

Do 14.02.2002 Messungen an Gitarrenamp 8 15 -17 20<br />

Fr 15.02.2002 Messungen an Gitarrenamp. 8 10 -17 10<br />

Woche 6<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 18.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Di 19.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Mi 20.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Do 21.02.2002 Trafotest 8 30 -17 30<br />

Fr 22.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Woche 7<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 25.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Di 26.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Mi 27.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Do 28.02.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Fr 01.03.2002 Aufb. Ein-/Aus-Steuerung u ber 25-poligen Sub-D Druckeranschlu° 8 30 -17 30<br />

Woche 8<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 04.03.2002 Aufb. Auswahlschaltung fu r versch. Verstarkungsfaktoren 8 30 -17 30<br />

Di 05.03.2002 Aufb. Auswahlschaltung fu r versch. Verstarkungsfaktoren 8 30 -17 30<br />

Mi 06.03.2002 Aufb. Auswahlschaltung fu r versch. Verstarkungsfaktoren 8 30 -17 30<br />

Do 07.03.2002 Aufb. Auswahlschaltung fu r versch. Verstarkungsfaktoren 8 30 -17 30<br />

Fr 08.03.2002 Aufb. Auswahlschaltung fu r versch. Verstarkungsfaktoren 8 30 -17 30<br />

Woche 9<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 11.03.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test 8 30 -17 30<br />

Di 12.03.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test 8 30 -17 30<br />

Mi 13.03.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test 8 30 -17 30<br />

Do 14.03.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test 8 30 -17 30<br />

Fr 15.03.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test 8 30 -17 30


Woche 10<br />

59<br />

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8 Wochenä bersicht<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 18.03.2002 Trafotest 8 30 -17 30<br />

Di 19.03.2002 Messungen an Lautsprechern 8 30 -17 30<br />

Mi 20.03.2002 Messungen an Lautsprechern 8 30 -17 30<br />

Do 21.03.2002 Schaltungstest Schalteinheit 8 30 -17 30<br />

Fr 22.03.2002 Schaltungstest Schalteinheit 8 30 -17 30<br />

Woche 11<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 25.03.2002 Urlaub 8 30 -17 30<br />

Di 26.03.2002 Urlaub 8 30 -17 30<br />

Mi 27.03.2002 Urlaub 8 30 -17 30<br />

Do 28.03.2002 Urlaub 8 30 -17 30<br />

Fr 29.03.2002 F e i e r t a g 8 30 -17 30<br />

Woche 12<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 01.04.2002 F e i e r t a g 8 30 -17 30<br />

Di 02.04.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test zum Dateneinlesen 8 30 -17 30<br />

Mi 03.04.2002 Schnittstellenprogrammierung u. test zum Dateneinlesen 8 30 -17 30<br />

Do 04.04.2002 Aufbau Platine fu r diskrete Verstarkungen 8 30 -17 30<br />

Fr 05.04.2002 Droptest an Boxen, Aufbau Platine fu r diskrete Verstarkungen 8 30 -17 30<br />

Woche 13<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 08.04.2002 Aufbau Platine fu r diskrete Verstarkungsverhaltnisse 8 30 -17 30<br />

Di 09.04.2002 Metallgehause fu r Schaltnetzteil bohren und feilen 8 30 -17 30<br />

Mi 10.04.2002 Aufbau Platine fu r diskrete Verstarkungsverhaltnisse 8 30 -17 30<br />

Do 11.04.2002 Gehause fu r Schalteinheit anpassen, Platine bohren 8 30 -17 30<br />

Fr 12.04.2002 Einbau der Platine in Gehause, Transformatortest 8 30 -17 30<br />

Woche 14<br />

Tag Datum Durchgefu hrte Arbeiten Arbeitszeit<br />

Mo 15.04.2002 Fertigstellung der Schalteinheit, Transformatortest 8 30 -17 30<br />

Di 16.04.2002 Fertigstellung der Schalteinheit, Transformatortest 8 30 -17 30<br />

Mi 17.04.2002 Fertigstellung der Schalteinheit, Testmessungen 8 30 -17 30<br />

Do 18.04.2002 Testmessungen der Schalteinheit 8 30 -17 30<br />

Fr 19.04.2002 Testmessungen der Schalteinheit, Abschlu° der Arbeiten 8 30 -17 30


<strong>Literaturverzeichnis</strong><br />

[10] Tietze, U.; Schenk, Ch.<br />

Halbleiterschaltungstechnik<br />

Springer-Verlag, Berlin & Heidelberg, 11. Aufl., 1999<br />

[11] Slone, G. R.<br />

High Power Audio Amplifier Construction Manual<br />

McGraw-Hill, 1999<br />

[12] Manoli, Y.; Ortmanns, M.<br />

Skript zur Vorlesung Mikroelektronik III: Entwurf analoger CMOS-Schaltungen<br />

Lehrstuhl fä r Mikroelektronik der Universitöt des Saarlandes, Ausgabe 2000<br />

Unterzeichnung des Praktikantenheftes:<br />

St. Wendel, den<br />

STAMER MUSIKANLAGEN GMBH<br />

Dipl.-Ing. Karsten Ballhorn<br />

- Leiter Entwicklung -<br />

60<br />

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