Weitere Schaltungen für den Elektronik-Selbstbau

Klein-Verstärker für PC-Boxen

• 1. DC-DC-Wandler z.B. für 5V-Versorgungen
• 2. Wander von asymmetrischen auf symmetrischen Ausgang
• 2.2 andere Variante für einen symmetrischen Ausgang
• 3. Audio-Multiplexer
• 4. Lautsprecher-Leistungsanzeige mit LEDs
• 5. DMX-Terminator (Abschlusswiderstand)
• 6. Phantomspeisung
• 7. Aufhol- und Kopfhörerverstärker
  
• 8. Laser-Interlock-Master-Not-Aus
• 9. Laser-Interlock-Nachrüstung
  
• 10. Tester für Laser-Not-Aus (Schaltung auch als Kabeltester nutzbar)
  
• 11. Röhrenvorverstärker
• 12. Zusatzlast für Triac-Ausgänge
• 13 LED an Netzspannung
  
• ...
  

• -ADJ (Adjustable) =1,23 V
• -3.3 für 3,3 V
  
• -5.0 für 5,0 V
• -12 für 12 V
• -15 für 15 V
  

2. Umrüstung auf symmetrischen Ausgang (balanced output)

Mein 16-Kanal-Mischpult (Studiomaster Session Mix 16-2) hat zwar alle 16 Eingänge (jeweils MIC und LINE) symmetrisch (balanced), aber der Stereomaster und die 4 AUX sind nur asymmetrisch (unbalanced). Das wollte ich ändern. Nur so kann man hier auch längere Leitungen zum Amp (z.B. an einer Bühne) einsetzen.
Vorteil bei den Mischpulten ist die vorhandene symmetrische Spannungsversorgung von +- 15 V (mit 0 V an Masse).
So kann man direkt Hochvolt-OPs zur Signalumwandlung benutzen. Ich verwendete einen Standard-OP (LM324 / LM2902 / LM358). Besser wäre ein NE5532-Dual-OP. Mit einem Quad-OP oder zwei Dual-OPs kann man mit nur einer Handvoll Bauteile alles aufbauen. Man muss jedoch auf die Betriebsspannung achten, bei +-10 V reicht auch ein 25...28 V-Typ, bei +-15 V muss es ein 32 V-Typ sein. Da hier schon relativ große Pegel (1,23 Vrms) anliegen, dürften auch mit diesen Standard-OPs keine Rauschprobleme auftreten.

3. Audio-Multiplexer

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

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

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

Dimensionierung:

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

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

4. Lautsprecher-LED-Leistungsanzeige

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

Basis war immer der lineare LED-Treiber LM3914 von National-Semiconductor. Meist nahm ich ein konventionelles Netzteil zur Versorgung. Dieses enthielt einen Trafo mit zwei Sekundärwicklungen, um beide Ausgänge galvanisch voneinander getrennt arbeiten zu lassen.

Beim letzten Aufbau wurde die Versorgung gleich über die Lautsprecheransteuerung gemacht. Vorteile: Einfacher Aufbau, parallel zum Lautsprecher ohne weiteres Netzteil.

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

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

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

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

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

Ub=12...24 V

Wichtig bei mehreren Kanälen: Jede Anzeige benötigt seine eigene potenzialgetrennte Versorgung, keine gemeinsame Masse, um auch Brücken- und getrennte Endstufen messen zu können.
Am einfachsten geht das mit einem Trafo, der zwei Sekundärwicklungen besitzt. 2x12 V (AC) passt da.

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

 U=sqrt(P*Z)

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

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

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

3. Leistungsanzeige ohne Netzteil:

Diese Variante für einen Bekannten misst bis 200 W an 8 Ohm. 10 LEDs für 2, 8, 20, 30, 50, 70, 100, 130, 160, 200 W. Das war für die Boxen an einer 200 W-RMS-Endstufe
Die Versorgungsspannung für den IC und LEDs wurde auch aus dem Lautsprechersignal generiert.
Die letzten 3 LEDs pro Zeile sind rot, die davor ist gelb, der Rest grün.
Später (2021) wurde überlegt, den Bereich zu ändern, um für die neuen Boxen (siehe Projekt 9) über 200 W zu messen. Damit wäre eine mögliche Einteilung dann 3, 12, 28, 50, 78, 112, 153, 200, 253, 312 W. Dies wurde aber nicht angepasst.

5. DMX-Terminator

Beim DMX-Bussystem, das auf der RS-485-Schnittstelle (physical layer) basiert und für die Ansteuerung von Lichteffekten und Scheinwerfern benutzt wird, sollten bei Kabellängen oberhalb von 10 m richtige DMX-Kabeln und mit einem Abschlusswiderstand am letzten Gerät verwendet werden. Mit einigen Mikrofonkabeln hatte ich schon aufgrund großer Kabelkapazitäten einige Probleme auch bei Längen unter 10 m. Dann wurden nicht immer alle Befele umgesetzt.
XLR-Mikrofonkabel benötigen eine gute Schirmung durch niedrige Spannungen (0,1 ... 20 mV) aber nur einen relativ geringen zu übertragenden Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz. Kabelkapazitäten beschränken hier je nach Sender die obere Grenzfrequenz im NF-Bereich praktisch (unter 50 m) nicht.
DMX-Kabel müssen typischerweise 5-V-Pegel (symmetrisch aber mit 2...9 V, also höhere Spannungen) mit einer vergleichsweise hohen Baudrate übertragen: 250 kb/s. Um das zu ermöglichen, sind geringe Kabel-Induktivitäten und -Kapazitäten nötig, um auch eine Bandbreite über 1 MHz zu gewährleisten, damit die 250 kbps ohne große Flankenverschleifungen.ankommen und erkannt werden können. Um Reflexionen im Kabel und an deren Ende wirksam zu reduzieren, müssen die Leitungen über konstante Wellenwiderstände verfügen und daher einen Abschlusswiderstand besitzen. Die Auswertung der Spannung erfolgt immer differenziell (symmetrisches Signal) zwischen + und -, Die Schwelle liegt schon bei dU > 0,2 V.

Dazu generell: Jede Änderung des Wellenwiderstandes in einer Leitung bewirkt eine Reflexion. Das heißt, ein Teil des in die eine Richtung laufenden Signals wird in die andere Richtung zurückgeworfen. Der Abschlusswiderstand (Terminator) mit dem gleichen Widerstand wie der Wellenwiderstand sorgt dafür, dass keine Reflexion entsteht, sich die Welle also am Ende praktisch "totläuft". Eine offene Leitung reflektiert das Signal zum Teil zurück. Bei großen Längen kann es durch die Laufzeiten dann schnell Probleme mit der Erkennung geben. Aufgrund der relativ niedrigen Baudrate geschieht das bei DMX aber erst bei wirklich großen Längen.
Da beim Standard DMX-512 (1990) nur ein Sender existiert und alle anderen in der Kette (Daisy-Chain) Empfänger sind, benötigt der Sender selbst, da er keinen rezessiven Zustand besitzt (RS485) und sich an einem Ende der Leitung befindet, selbst keinen Abschlusswiderstand. In diese Richtung läuft keine Welle im Kabel. Manchmal wird aber auch bei Sendern (z.B. DMX-Splittern) hier ein Abschlusswiderstand verbaut, der aber beim DMX-Originalprotokoll praktisch wenig bringt, dafür aber den Sender-Bustreiber stärker belastet, also den Pegel verkleinert. Allerdings gibt es im DMX 512/A-Nachfolger durch RDM (Remote Device Management) die Möglichkeit, dass auch Geräte selbst antworten können. Hier wirkt der andere Terminator im DMX-Sender.

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

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

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

Man kann diese 2 Widerstände problemlos in einen XLR-Stecker einbauen und die LEDs schauen hinten raus.
 Die Version mit 2 LEDs hat mehrere Vorteile:

• Bestimmte, weitere Busfehler werden erkannt, wenn nur eine der beiden LEDs leuchtet
• LEDs werden so auch gegen zu hohe Spannung (> 5 V) in Sperrichtung geschützt
• gleichmäßige Belastung in beiden Zuständen
  

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

Da ich AES-Kabel mit 110 Ohm einsetze, haben meine Terminatoren einen Abschlusswiderstand von 115 Ohm mit parallelen Widerstand samt LED.

Ich selbst habe 5 Abschlusswiderstände, zwei davon mit LED. (Im Bild sind vier dargestellt.) Fünf deshalb, da ich einen 4-fach DMX-Splitter mit einem durchroutbarem Eingang (Terminierung schaltbar) benutze.

Die Leiterplatte ohne Stecker habe ich vom Radig-Shop, sie wurde nur etwas modifiziert: Eingangs-Widerstand raus, 3-mm-LEDs (Power, DMX-Signal) zur Anzeige im Gehäuse und nicht mehr auf der Leiterplatte.
Für den Preis einer komplett bestückten Leiterplatte lohnt sich ein weiterer Selbstbau nicht.
https://shop.ulrichradig.de/Module/Light-Control-DMX/DMX-4-Kanal-Splitter-Boster.html

6. Phantomspeisung für Mikrofone

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

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

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

7. Kopfhörer- und Aufhol-Verstärker

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

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

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

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

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

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

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

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

Schaltbild:

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

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

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

8. Laser-Interlock Master-NOT-AUS

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

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

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

Im unteren Bild sieht man rechts auch einen der GX12-2-Stecker, der dann in das Laser-Gerät gesteckt wird. Daneben sind zwei kleine Kunststoffgehäuse, die einmal den Interlock-Verteiler (von VGA auf 5x GX12-2) sowie den Netzverteiler auf 4x Kaltgerätekupplung enthalten.

Video zur Bedienung des Laser-Not-Aus zusammen mit dem Tester zum Download: LaserNotAusTester_selfmadehifi_H264V41_AAC_720p.mkv (ca. 25 MB, MKV, 720p, H.264 [4.1], AAC-Audio)

9. Not-Aus-Nachrüstung in einem Laser

Für den direkt oben aufgeführten Not-Aus-Schalter habe ich einen weiteren, älteren Rot-Grün-Show-Laser (max. 220 mW), der diesen Interlock-Eingang nicht hat, ebenfalls nachgerüstet. Er hatte auch keinen Schlüsselschalter, ist also nun also, da er nur mit dem Not-Aus läuft, auch normkonform. Nun kann ich unabhängig vom Netz alle meine Show-Laser zentral, sogar auch über mehrere Not-Aus-Schalter, deaktivieren. Alle haben auch einen zentralen Schlüsselschalter.

Als Stecker benutzte ich bei diesem Laserworld Rot+Grün-Laser die gleiche GX12-2-Einbaubuchse (männlich), die auch bei diversen Stairville-Geräten (z.B. Stairville DJ Lase 400-B blau DMX) vorhanden ist. Diese solide aussehenden Stecker gibt es preiswert z.B. bei pollin oder Reichelt.

Wie im Projekt 8 beschrieben, ist der Spannungshub und Strom bei den Stairville-Seriengeräten meiner Meinung nach zu klein. Ich hatte dort 1,06 V Spannung (offen) und 0,5 mA Strom (geschlossen) an der Interlock-Schnittstelle nachgemessen. Das ist beides zu wenig. Der Strom sollte mindestens 10 mA und der Spannungshub mindestens 3V betragen, damit man keine EMV- und Kontaktprobleme bekommt.
Deshalb wählte ich hier 4,5V und 10 mA.
Die Schaltung unten dazu zeigt, dass beide Laser-Module getrennt geschaltet werden. In meinem Laser ist eine gemeinsame Versorgung vom Netzteil vorhanden, aber beide Module werden mechanisch über getrennte Leitungen versorgt. Diese Schaltung würde auch bei komplett getrennten Versorgungsspannungen funktionieren. Ab einer Betriebsspannung von 4,7 V arbeiten diese, auch bei höheren Spannungen z.B. 12 V oder 15 V funktioniert sie noch, wobei man dann den Widerstand R1, der den Kontaktstrom bestimmt, dann größer machen sollte. (R= 1 kOhm bei 12 V, R= 1,2 kOhm bei15 V)
Auch die Z-Diode (ZD) am Eingang, die als ESD- und Überspannungsschutz dient, darf nicht kleiner als die Versorgungsspannung sein.

Als Element für das Schalten setze ich zwei P-Kanal-Logic-Level MOSFETs IRF7416 (gab es günstig bei Pollin) ein. Diese generieren keinen nennenswerten Spannungsabfall (<20 mV bei einem 0,5 A-Strom) in den +5-V-Leitungen zu den Lasermodulen. Aufgrund der niedrigen Spannung von 5 V sind Logic-Level-Typen nötig, da man sie sonst nicht voll einschalten könnte. Die obigen Bauteile sind als SMD auf der Leiterplatte umgesetzt. Als Diode D1 und D2 ist unbedingt ein Schottkydiodentyp nötig, um die FETs im offenen Zustand sicher auszuschalten.

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

Um die 6 Ausgänge des Laser-Not-Aus-Schalters überprüfen zu können, verwende ich das Prinzip eines Kabeltesters. Auf jeden Pin wird nacheinander eine Spannung aufgeschaltet, während man parallel alle Leitungen überwacht, dass nur die zulässigen diese Spannung auch führen. So bekommt heraus, welche Leitungen Unterbrechungen und Kurzschlüsse aufweisen. Beim Not-Aus darf im deaktivierten Fall nur jeder angesteuerte Pin Spannung führen, im aktiviertem Fall sind es die beiden zusammengeschalteten.

Als Basis dienen zwei dekadische 4017-Zählerbausteine, die dann das Schieberegister zu Verfügung stellen. Ich benötige zwei davon, da ich mehr als 9 Pins testen möchte. Bei mir sind es 6 Paare also 12 Einzelleitungen. Diese Variante funktioniert bis zu 17 Leitungen. Zur Takterzeugung dient ein einfacher Multivibrator mit zwei Bipolartransistoren T1 und T2. Die Taktfrequenz liegt bei etwas über 1 Hz. Mit der Nachfolgestufe T3 wird entkoppelt, der Schalter bietet die Option, den letzten Zustand anzuhalten. Auf eine Entprellung habe ich hier verzichtet. Jeder IC steuert mit High-Pegel die nachgeschalteten Transistoren (T4...Tx) an. Der Strom von ca. 30 mA wird begrenzt und die jeweilige LED leuchtet. Der Teil aus R10, T4, R11, R12 und D5 muss natürlich für jeden Ausgang nochmals aufgebaut werden.

Der Teil aus R9, D4 und dem GX-12-Stecker dient zu einzelnen testen eines Ausganges.

Stückliste:
C1: 100 uF, 25 V
C2, C3: 10 uF, 25 V
D1, D2, D3: 1N4003 (ich selbst nahm für D2, D3 alte DDR-Dioden, von denen noch ein Sack dalag. Diese sind aber von den Werten besser als 1N4148...)
D4, D5 low-current LEDs (3 mm)
IC1, IC2: CD4017B
R1, R3: 1 kOhm
R2, R4: 47 kOhm
R5, R6: 22 kOhm
R7: 4,7 kOhm
R8: 10 kOhm
R9: 2,2 kOhm (je nach LED)
R10...: 6,8 kOhm
R11...: 220 Ohm
R12...: 680 Ohm (je nach LED)
T1, T2, T3, T4...: BC536C

Video zur Bedienung des Laser-Not-Aus zusammen mit dem Tester zum Download: LaserNotAusTester_selfmadehifi_H264V41_AAC_720p.mkv (ca. 25 MB, MKV, 720p, H.264 [4.1], AAC-Audio)

11. Röhren-Vorverstärker
Mein derzeitiges größeres Projekt ist ein zweikanaliger Röhren-Vorverstärker, der für Mikrofone, Instrumente, aber auch als Phono-Vorstufe benutzt werden kann.

Einige Infos:
Beide Ein- und Ausgänge sind voll symmetrisch.
Pro Kanal werden 4 Röhren-Stufen basierend auf je zwei ECC83 verwendet.
Ein breiter Frequenzgang soll möglich sein, wenn das nicht durch zuschaltbare (und einstellbare) Hoch- und Tiefpass eingeschränkt wird. Auch die Phase ist an jedem Kanal umschaltbar. Für die Differenzstufe, die zuschaltbaren Filter und als niederomige Ausgangsstufen werden OPs verwendet, die diese Aufgabe besser meistern können als Rören und NF-Übertrager. An den Eingägen sind für den normalen (hot +) und den invertierten (cold -) Eingang Röhrenstufen vorgesehen. Auch ein Kopfhörer-Ausgang basierend auf einem Power-OP wird integriert. Dieser kann mit niederohmigen (z.B. 32 Ohm) und hochohmigen (z.B. 400 Ohm) Studio-Kopfhörern gleichermaßen gut umgehen. Für jeden Kanal wird je ein analoges VU-Meter verwendet, um den Pegel anzuzeigen, wobei die 0-dB-Referenz in mehreren Stufen zwischen -10 dBV bis +6 dBu umschaltbar ist. Peak-LEDs sind zusätzlich auch vorhanden. Zuschaltbar ist auch eine Phantomspeisung für Kondensator-Mikrofone. (Wenn diese zugeschaltet wird, ist aber prinzipbedingt keine hochohmiger Eingang mehr möglich.)
Um sowohl für Phono- und Instrumentenbetrieb am Eingang flexibel zu sein, ist an jedem Eingang die Eingangskapazität und der Eingangswiderstand über DIP-Schalter in Stufen anpassbar.

Das konventionelle Netzteil, das ja zahlreiche Spannungen (über 200 V für Anode, 6,3 V für die Heizung, symmetrische + - 15 V für die OPs, +48 V Phantomspannung) enthält auch DC-DC-Wandler, die die Heizspannung beim Einschalten langsam hochfahren, um die Röhren zu schonen. Auch die Anodenspannung wird verzögert zugeschaltet.

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12. Zusatzlast für Triac-Ausgänge (Load for triac outputs)

Viele DMX-Dimmer oder DMX-Switche (wieauchimmer der deutsche Plural lauten könnte), die nicht mit mechanischen Relais arbeiten, haben Probleme mit bestimmten Lasten wie z.B. LED-Effekten, LED-Lampen, LED-Lichtschläuchen etc. Vor allem wenn diese Lasten eine sehr niedrige Stromaufnahme haben und insbesondere auch mit einfachen Kondensator-Netzteilen ausgestattet sind, treten Probleme beim Schalten auf..
Das folgende Schaltbild zeigt exemplarisch einen Triac-Ausgang, wie er in nahezu allen 230-V-Dimmern und DMX-Schaltern verbaut ist. Rechts ist die Last (Load) am Ausgang dargestellt.

Für die Probleme mit niedrigen Lasten gibt es zwei Gründe:

• Im Auszustand (Triac hochohmig) ist ein geringer Stromfluss über den Snubber-Teil (Rs, Cs) möglich, da ja eine Wechselspannung anliegt. Der Snubber-Teil ist zur Entstörung und dem Schutz vorgesehen. Rs ist meist im Bereich 20...500 Ohm, Cs bei Switches 10...100 nF, bei Dimmern auch über 1 uF. Je geringer die Last (also je hochohmiger), desto größer die Ausgangsspannung.
  
• Im Einzustand wird der gezündete Triac durch einen zu kleinen Haltestrom hochohmig. Ein Triac benötigt je nach Typ mind. 3...20 mA Laststrom damit er bis zum Ende des Phasendurchgangs eingeschaltet bleibt. Einen Triac kann man auch nicht ausschalten, er schaltet sich am Ende jeder Halbperiode selbst ab und muss erneut gezündet werden.
  

So kann es bei zu kleiner Last (Lastwiderstand zu groß) sowohl dazu kommen, dass das angeschlossene Gerät nicht voll ein-, aber auch nicht voll ausgeschaltet werden kann. Einige Geräte könnten dadurch auch Schaden nehmen.
Beide Probleme lassen sich durch eine "kleine", zusätzliche ohmsche Last beheben. Typischerweise reicht eine ohmsche Gesamtlast von 2...5 Watt aus, damit der Triac samt Snubber korrekt arbeitet.
Man muss nun eine solche Last parallel zum Ausgang schalten. Am einfachsten geht das über ein kurzes Verlängerungskabel, das am Ende neben der Schuko-Steckdose einen Leistungswiderstand enthält. Aus thermischen Gründen sollte diese Steckdose in ein geerdetes Metallgehäuse gebaut werden, an das der Widerstand im Inneren angeschraubt wurde. So kann man die 2 ... 5 W auch dauerhaft abführen. Hier eignen sich Widerstände im TO-220-Gehäuse oder Drahtwiderstände mit Metallgehäuse (z.B. Vishay RH01-Serie). Eine Sicherung (100 ... 300 mA) in Serie zum Widerstand kann als Brandschutz auch nicht schaden.

Einige Test mit 3...20-W-LED-Lasten zeigten, dass ein Parallelwiderstand von <=27 kOhm in der Regel ausreichend ist. Das Ergebnis ist aber stark von der Last, aber auch vom verwendeten Triac-Typ und der Snubber-Dimensionierung abghängig. Man kann hier nur selber probieren. Ein 15-kOhm-Lastwiderstand mit einer Leistung von 10 ... 25 W erscheint mir hier aber immer ein guter Kompromiss zu sein.

Eine Möglichkeit zum Überprüfen ist die Aus-Spannung (AC) mit dem Lastwiderstand zu messen. Sie sollte auf jeden Fall unter 50 V liegen.

Man könnte diese Zusatzbox auch um eine LED erweitern, siehe dazu Nummer 13. Man schaltet den gesamten Teil dann parallel zum Widerstand, dann spart man noch eine Sicherung.

13. Betrieb einer LED an 230V-Netzspannung

Wie kann man eine LED (10 mA Strom) direkt an 230 V betreiben? Ohne aufwändiges Netzteil?

Mal sehen, ob ich die Lauflichtschlauch-Steuerung, einen DMX-Switch, mögliche DMX-Steuerung für Nebelmaschinen, SP/DIF-Konverter, 20-Kanal-Meter-Bridge ... auch mit hier aufnehme.