Versorgung für eine Spannungsreferenz im Selbstbau Gehäuse

Die Spannungsreferenz benötigte noch eine Versorgung.   Power Supply for a voltage reference


Das Netzteil dazu soll diese Anforderungen erfüllen: Power Supply Requirements
  • klein
  • ausgelegt für Dauerbetrieb
  • Batteriebetrieb möglich
  • Batterie ladefähig
  • Zusatzversorgung für allgemeine Elektroniken
  • small
  • continuous operation
  • battery operation
  • battery charge
  • general purpose power supply




Dies ist ein lineares Netzteil, bestehend aus 50 Hz Transformator, Gleichrichter, Glättung und nachgeschaltetem Linearspannungsregler mit +/-15V je 0,4A  - komplett vergossen - eine feine Sache.
Linear Power Supply with transformer, rectifier and voltage regulator +/-15V 0.4A - complete encapsulated



Auf der Unterseite befinden sich zwei M3 Gewinde zum Festschrauben des Netzteils.
Two M3 screw threads bottom side.





Das Gehäuse wird gebaut aus Epoxyharzleiterplatten mit doppelseitigem Kupfer.
Double sided epoxy copper.







Es hat sehr gut geschmeckt.
Delicious.






Das Entfernen des Deckels ist keine ungefährliche Sache. Arbeitshandschuhe anziehen, die Kanten sind sehr scharfkantig - hohe Verletzungsgefahr. Büchsen sind manchmal viel zu schade um sie wegzuwerfen, in der Elektrotechnik sind sie auch als Abschirmmaterial verwendbar.
Take care when cutting the sharp tin cans, cuts easily in your finger, use hand gloves. 



Das Konservenblech ist magnetisch und es hilft ein wenig mit das Streufeld des Transformators einzudämmen. Es ist nur eine kleine Hilfe, Wunder bringt es nicht.
Don't except a great shielding, but better than nothing.






Das Blech läßt sich sehr gut verlöten, sogar noch besser als Kupferblech selbst.
Tin cans are easy to solder, even better than copper.









Der 230V Eingang ist mit einem Varistor gegen gröbere Überspannungen geschützt. Es wurden aus den Anschlußdrähten Lotösen gebogen, kurzum der Varistor hält. Als isolierende zusätzliche Schutzmaßnahme wurde der metallische Blechbereich mit einem Polyprophylen Klebeband mit Naturkautschuk Haftkleber isoliert. Dieses Klebeband ist nicht irgendein ein Klebeband, nein es ist elektrisch hochisolierend mit sehr hoher Durchschlagsfestigkeit. Es kann auch verwendet werden zur Wicklungsisolation von Transformatoren oder Induktivitäten.

Der Einsatz von Varistoren gegen AC Überspannungen ist eine sinnvolle Maßnahme, die ihren erhöhten Stellewert besonders dann bekräftigt wenn es ein Gerät ist, das über einen sehr langen Zeitraum am Netz angesteckt ist, gerade bei Geräten im Dauerbetrieb sinnvoll.

Protected with a 230V varistor against larger over voltages, connected with bended eyelets. Varistors are very usefull for devices which are continuous powered. The blank sheet has been isolated with a polyprophylen tape. It's a special tape with very good insulation characteristics, the tape glue based on natural rubber material and glues strong.







Auf der Vorderseite befinden sich zwei BNC Buchsen, an ihnen werden +/- Spannungen herausgeführt. Die SMB Buchsen erfüllen den selben Zweck nur für unterschiedliche Spannungen. Die SMB stammen von einem nahmhaften Hersteller, die Buchsen sind aus einem Schrottgerät ausgelötet - wertvollster Edelmüll von einem Hobby Kollegen aus der Schweiz. Normalerweise sind diese Buchsen gedacht für die Printmontage, mit ein klein wenig Phantasie und einem Seitenschneider lassen sie sich aber so bearbeiten, dass sie auf die Frontplatte passen.

All BNC and SMB connecters soldered out from old noble Scrap- PCB's. Receycling.





Jeder der einzelnen Ausgänge auf der Frontseite bekommt als Abschluß noch einen Folienkondensator der möglichst wirksam und kompromisslos niederinduktiv platziert worden ist. Es ist eine recht mühselige Arbeit dies zusammenzulöten. Die verwendete silberfarbene Koaxialleitung dient als Stromführung. Das ist eine spezielle abschirmende Leitung aus der Hochfrequenztechnik,  hier jedoch für Gleichspannung benutzt. Die Besonderheit daran ist der Außenmantel aus metallischem Geflecht, welches lötbar ist und somit wunderbar elegant an den Kupferwänden festlöstbar ist - einfach nur ein geniales Zeugs. Das Isolationsmaterial ist selbstverständlich temperaturfest, ein Lötkolben am Außenmantel kann dem Material nichts anhaben, die Leitung ist auch wunderbar halbhart biegbar. Ich kann mir sehr gut vorstellen der Meterpreis dieser Ware liegt in Bereichen bei denen man sehr genau darüber nachdenkt wieviel davon gekauft wird.  Selbstverständlich stammen auch diese Leitungen von einer Edel Schrott Leiterplatte aus der Hochfreqenztechnik, die ausgeschlachtet wurde.

Diese hier gezeigte Methode des Aufbaus ist bereits jenseits von Gut und Böse wie es in industriellen Geräte aus wirtschaftlichen Gründen niemals von statten gehen kann. Eine Aufbauweise die den Individualisten vorbehalten bleibt und das ist gut so, irgendein Vorteil muss sich ergeben.

Every output terminated with a capacitor, soldered with less parasitic inductance. It's a lot of work and takes time. The silver coloured coax is a special high frecuency cable, here used for DC only. It's possible to solder the cable shielding, wunderful to work with it.  Of course the cables found also in the srap, I guess they were expensive.






Der stromführende Innenleiter ist gut abgeschirmt. Wohin das Auge reicht befindet sich Masse. Zum Löten der Kupferleiterplatten empfiehlt sich ein leistungsstarker Lötkolben mindestens 60 Watt besser 100 Watt. Die Reinigung der Lötstellen erfolgt wirkungsvoll mit Isopropanol und einer nicht zu weichen Bürste. Mehrere Reinigungsvorgänge sind notwendig, sonst geht das viele Flußmittel nicht weg. Für die Muttern sind Federinge oder Zahnscheiben zu empfehlen, um jahrelange Freude daran zu haben. Bei den Folienkondensatoren ist darauf zu achten nicht zu lange zu löten, insbesondere beim Masseanschluß sollte zuerst die Kupferfläche aufgeheizt werden bevor mit dem Kolben oder dem Lötzinn der Anschlußdraht beheizt wird.

Well shielded assembly, everwhere grounded. For soldering the epoxy copper you should use a soldering-iron with at least 60 watts or better 100 watts. Clean solder joints for example with Isopropanol. Take care when soldering the foil capacitors, especially the ground side. Heat the epoxy copper first, then the capacitor wire only for a short time, avoid too much heat into the capacitor.






Von den Folienkondensatoren habe ich mal einen ganzen Gurt sehr günstig in der Bucht erstanden. Das Anlöten am Innenleiter der SMB Buchse ist eine etwas fummelige Arbeit.







Auch auf der Rückseite befinden sich vier Ausgänge. Alternativ dienen hier zwei Keramikkondensatoren als Abschluss. Die schwarze Buchse rechts ist der Netzadapter. Um diesen herum befindet sich wieder Polypropylen Klebeband, falls sich doch ein AC Draht lösen sollte, so kann er maximal nur deie Stellen innerhalb von Gerät berühren, die isoliert sind. Die Schraube wird noch isoliert.

There are four rear connctors. Where the 230V wires could reach the ground there is the polyprophylen tape for protection against electric shock. The case isn't connect to AC earthing ground connector. I want to have the system completely floating.





Unterseite mit vier Filzfüßen, zwei Schrauben zur Transformator Befestigung. Die beiden Kupferseiten sind durch zwei Kupferstreifen gebrückt.
Bottom side with four felts. Both copper side are joined with two copper bridges.





Was jetzt noch fehlt ist die Leiterplatte oben drauf. Die träge  100mA Sicherung ist zugelassen für 230V AC, das ist wichtig damit sichergestellt ist, dass sie im Fehlerfall auch tatsächlich trennt und den Funken löschen kann und keine neue andersartige Strom Brücke bildet. Der Sicherung ist der Varistor nachgeschaltet, sollte dieser im Fall der Überspannung ausreichend leitend werden, so darf er gern die Sicherung werfen.

Missing is the PCB with the voltage regulators on top of the transformer. The 100 mA/230V fuse is capable cutting save under 230VAC conditions. The varistor is placed in series with the fuse,  blows the fuse under overvoltage conditions.


Herstellung der Leiterplatte

Hier wird gezeigt  wie die Leiterplatte hergestellt worden ist. - Click here to see how to made a PCB

Zusammenlöten der Leiterplatte




Das Zusammenlöten hat einen ganzen Tag gedauert.
Soldering took the whole day.




Es ist schon ein bisschen eine Fummelei die Karte einzulöten und das dauert seine Zeit. Man sieht hier jetzt auch die Vorteile der Leitung mit lötbarem Außenmantel, das hält und hält und hält. Die Anschlußklemmen wurden aus Gründen des Berührungsschutzes mit Isolierband geschützt und anschließend mit 2K Klebstoff gegen Herunterfallen gesichert. Es sei angemerkt diese Bauweise entspricht nicht den VDE Vorschriften, von einem Nachbau muss ich dringend abraten. Das Gerät dient außschließlich der privaten und persönlichen Nutzung. Im fachgerechten Umgang mit 230V Niederspannung bin ich ausgebildet.

Almost a one day task mounting the PCB correctly. The solderable coax cable holds the PCB very good. Even the yellow tape was fixed with a 2K epoxy-resin glue against dissolving. Don't copy this method of building up a power supply, it's electrically not safe - harmful voltages inside.




Die Leiterplatte ist mit einem Überzugslack gegen Umwelteinflüsse geschützt. Der Lack schützt etwas gegen Oxidation, Feuchte und ist zusätzlich elektrisch sehr gut isolierend.
The PCB is protected with varnish against oxidation and humidity. Good insulating varnish.





Hier eine Makroaufnahme einer einzelnen Spannungsquelle. Die Schaltung ist hier bereits überlackiert, das sieht man an den eingeschlossenen Luftbläßchen über dem Kondensator. Das zweiseitige Layout ist ausgelegt auf geringste Leiterbahnlänge und Masseführung in einen Punkt hinein. Es wurde sogar ein Kondensator direkt über den IC oben drauf gelötet; der IC befindet sich unterhalb des Kondensators in der Bildmitte, dazu müssen zwei kleine winzige Drähtchen von den Pins nach oben zum Kondensator geführt werden, das ist eine ziemliche Fummelei, aber wenn man es zwölf mal gemacht hat, geht's beim letzten mal ganz fix.  Mit einer Mehrlagen Leiterplatte und kleineren Widerständen würde ein noch verbessertes Layout gelingen. Die Durchführungen auf die untere Massefläche wurden gezielt gesetzt. Bei dieser Nahaufnahme sieht man gut die 320er Körnung des Schleifpapiers, das Kupfer läßt sich danach sehr gut löten.

Die Widerstände sind in den meisten Fällen Minimelf 0204 mit 0,1% 25ppm oder 1% 50ppm. Auch die Widerstände sind so gelegt und gelötet, dass der Strom in kürzesten Bahnen fließen kann. Die Landepads der Widerstände sind etwas größzügig ausgelegt, so dass das Tauschen der Widerstände und damit der Ausgangsspannung leicht von statten gehen kann. Aus Sicht der parasitären Kapazitäten ist diese Maßnahme nicht optimal, bei diesem niederohmigen Spannungsteiler aber durchaus akzeptabel. Die Spannungsregler stammen von LT, die haben viele schöne Modelle.

A macro photo of a voltage regulator. The parts here are alreary coated, cognizable on the small blisters on the ceramic capacitors. There are a lot of vias to the bottom ground side. Direct on top of the voltage regulator there is a small noise bypass capacitor, soldered with two very small copper wires. That's not easy to solder, but after doing it twelf times you know. Resistors are mini melf with 0.1% 25ppm and 1% 50ppm. The pads for the resistors are a little bit too big, makes it very easy to change values - but electrically not an ideal using big pads, increase parasitic capacitance in the regulator feedback loop area. Especially when using large resistor values a parasitic capacitance should be considered seriously. The voltage regulators came from LT, they have nice products.





Klicke auf dieses Bild für eine 550kB Großaufnahme
Click the photo to enlarge.





Die Ausgangsspannungen sind mit Schriftband markiert. Es steht immer eine passende Versorgungsspannung für allgemeine Arbeiten zur Verfügung. Für die beiden weißen Leuchtdioden als Betriebsanzeige reichen bereits 300µA völlig aus um hell zu leuchten.
Many general purpose voltage outputs on the front. The white LED's operating with 300 µA bright enough.






Auch auf der Rückseite befinden sich Spannungsregler Ausgänge. Einer davon wird die Referenz versorgen, ein anderer einen Bleiakkumulator auf Erhaltungsladung setzen.
One output supplies the battery, the other the PCB.





Gerät mit Deckel aus Leiterplattenmaterial. Beide Seiten wurden wieder "außen herum" niederimpedant miteinander verbunden. Der Deckel ist zusätzlich über zwei kurze Drähte mit der Masse verbunden. Drei Montagestege mit Gewindebohrungen dienen zur Befestigung des Deckels. Die komplette Elektronik ist weiterhin gut zugänglich, ein Austauschen der Spannungsteilerwiderstände,  Spannungsregler oder der Sicherung ist ein Kinderspiel. Zugegeben wenn der Trafo defekt geht habe ich ein Problem  - unwahrscheinlich - wenn doch, Pech gehabt und ein Grund mehr wieder ein Neues zu bauen.

The upper shell also made of epoxy, connected with wires. Parts are easily changeable on the PCB, but if the transformer fails I really have a problem, it won't happens. If so, a reason building up a new one.




Geschlossenes Gerät mit Deckel.





Ein paar Messergebnisse zum Netzteil


Hier geht es zu den Messergebnissen - click here to see the measurement results




Aufbau der Batterieversorgung


Ein transportierbares Spannungsnormal (***) ergibt natürlich nur dann einen Sinn, wenn es leicht und stressfrei an einen Ort gebracht werden kann an dem es rückführbar gemessen werden kann. Eine bevorzugte Methode hierzu sind Batterien, das soll auch mit dieser Referenz so geschehen. Durch den Batteriebetrieb ist auch zu Transportzeiten sichergestellt, dass die beheizte Referenz weiterhin mit Spannung und konstanter Temperatur versorgt wird. In aller Regel sollten Normale dauerhaft an Spannung und konstanter Temperatur verbleiben, es kann vorkommen das Referenzen sich für die spannungslose Zeit nach dem Wiedereinschalten mit einem sich leicht veränderten Wert bedanken, genau solche Ereignisse möchte man vermeiden.

(***) Die Benutzung des Wortes Spannungsnormal sei mir hier verziehen, das ist selbstverständlich eine Frage, die sich jeder selbst zu beantworten hat, was für ihn bereits als Normal bezeichnet werden kann. Einigen wir uns auf "kleines, leicht tragbares Normal für einfachere Anwendungen zum Spielen", damit der Begriff Normal nicht zu sehr gedehnt wird. Für die Erklärung des Zweckes des Batteriebetriebes ist die Einführung des Begriffes "Transfer Normal" an dieser Stelle aber ganz nützlich. Insbesondere Leser, die sich weniger mit dieser Materie auseinander setzen sind froh über die Erklärungen des Wieso-Weshalb-Warum.

A transportable Standard makes sense if a transportation is easy and stress-free.  Comparison with a better Standard or DMM allows a measuring the output voltage value. During transport the reference should keep it's internal temperature and applied supply voltage, this avoids additional drift and hysteresis caused by power and temperature loss. The internal battery bridges the transportation time with power. The 2.8 Ah battery capacity is adequate for some days of continuous power. The shown Standard can't be called "precision or ultra stable" that's really not it's class and purpose, but the device is very small  with a handy size and flexibility in a labority use.


   


In diesen aufgelöteten Kasten passt wunderbar genau die Batterie. Es sind zwei serielle 6V Batterien, die genau die richtige Größe haben. Das schwarze unter dem Schrumpfschlauch ist eine Schmelzsicherung, eine weitere kommt noch hinzu. Zum Ausbau der Batterie ist der kleine Steg abzulöten, was keine sonderlich schwierige Arbeit ist. An der linken Buchse "Batterie" wird die Batterie auf Erhaltungsladung gesetzt, am Ausgang "Ref" wird die Referenz angeschlossen.  Einfach den Netzstecker abziehen und das Gerät arbeit automatisch im Batteriebetrieb.

Remove the AC line and the reference operates automatically battery powered.





So lassen sich kleine Sicherungshalter herstellen, für Kleinspannungen im 1A Bereich ist das sicherlich ok. Den Draht direkt an der Sicherung anlöten und ausreichend stützenden Schrumpfschlauch herum. Falls der angelötete Draht doch mechanisch abbrechen sollte ist das auch nicht besonders schlimm, dann geht halt nichts.

If you don't have a small fuse holder, solder the wires directly and enclose it with heat shrink tube. Don't this method for important applications. Never use this metod for higher voltages or e.g. life-supporting equipment. The soldered wire can easily break away, than the equipment would not work.



   

Die Batterie und die Referenz ist leicht abklemmbar. Die Referenz wird noch mechanisch befestigt.
The battery and the refrence can disconnected via SMB. The reference will be mechanically fixed soon.





Betriebsbereites Gerät, vielleicht bekommt das Kupfer noch eine Politur.
Ready to operate, perhaps the copper will be polished.



Nutzen der Netzteile für allgemeine Elektronik




Das Netzteil konnte schon für andere Zwecke eingesetzt werden, hier eine Schaltung die mit der Referenz arbeit.
First use of the power supply for a electronic.




Mit dieser Methode des Lötens lassen sich schnell brauchbare Ergebnisse erzielen. Das einzige Problem ist, wenn es nur Koaxialstecker sind dann ist die Verwechslungsgefahr recht hoch dass einmal im Eifer des Gefechts versehentlich beispielsweise der Power Stecker auf einen Signal Ausgang gesteckt wird, dabei kann schon mal was kaputt gehen.

Soldering with such a method leds to fast results, build up your own evaluation board. Never connect the power coaxial cable to a signal output by mistake, that's an disadvantage if every conncector looks the same.



home

Impressum und Haftungsausschluss