MINI-PROJEKT

20 Elektor 9/2002

Silizium-Halbleiterdioden (auch Basis-Emit-ter-Dioden von Transistoren) leiten ab einerSpannung von 0,6 V, moderne Bauelementewie Schottky-Dioden bei noch niedrigerenSpannungen. Liegt die Spannung an denMess-Spitzen eines Durchgangstesters überdiesem Wert, kann ein zu hoher Strom fließenund das Bauteil zerstören. Der hier vorge-stellte Durchgangstester weist bei einem„Durchgang“ von 10 Ω eine Mess-Spannungvon lediglich 5 mV auf, der Strom durch dasMessobjekt ist auf 0,6 mA begrenzt. Selbstwenn der Messwiderstand höher wird, steigtzwar die Testspannung (theoretisch auf dieBatteriespannung vermindert um eine Basis-Emitter-Spannung UBE, also ca. 0,8 V), derStrom wird dabei aber immer geringer. Wieman es auch wendet und dreht, der zutestenden Schaltung kann nichts passieren!Der Durchgangstester wird aus einer einzel-nen 1,5-V-Batterie gespeist. Ein weitereswichtiges Feature: Ein An/Aus-Schalter istnicht erforderlich. Wenn die Mess-Spitzenoffen sind, fließt nämlich so gut wie über-haupt kein Strom in der Schaltung. Der Durch-gangstester meldet den „Durchgang“ miteinem lauten Pfeifen eines 5-V-Piezosummers(der auch problemlos bei einer Spannung von1,5 V funktioniert).

StromspiegelDie Anordnung der beiden Transistoren T4und T2 mit den Widerständen R2 und R3nennt man Stromspiegel. Gehen wir erst ein-mal davon aus, dass zwischen den beidenMess-Spitzen eine niederohmige Verbindungoder ein Kurzschluss besteht, also der Emit-ter von T4 (nahezu) auf Massepotential liegt.T4 arbeitet, da Kollektor und Basis miteinan-

der verbunden sind, als Diode. Überdem Basis/Emitter-Übergang ent-steht eine Spannung, die genau sohoch ist, dass der Strom nach Massegeleitet wird. Sollte zu wenig Stromdurch T4 fließen, so wird die Basis-

spannung automatisch höher, bis einGleichgewicht zu Stande kommt. DaT2 die gleichen Eigenschaften wieT1 aufweist und beide Basen mit-einander verbunden sind, fließt auchder gleiche Kollektorstrom durch T2.

DurchgangstesterEin sicheres Werkzeug

Von Harry Barteling

Ein Durchgangstester ist ein unentbehrliches Werkzeug jedesElektronikers. Doch viele Modelle, die man im Elektronikladen kaufenkann, haben einen Nachteil: Sie gefährden das Messobjekt!

Bz1C1

10µ16V

T3

BC337T4

BC337

T2

BC337

T1

BC557

R2

4k7

R3

1k8

R1

33k

020002 - 11

C2

10µ63V

BT1

1V5

0 / 0V6

0 / 0V6

0 / 1V5

+1V5

Mess-Spitzen

Bild 1. Die Schaltung des Durchgangstesters mit Stromspiegel.

020002-1

(C) ELEKTOR BZ1

C1

C2R1

R2

R3 T1

T2 T3T4

+

-T

020002-1

02

00

02

-1

(C) ELEKTOR

Bild 2. Die kleine Platine kann in ein Elektro-Installationsrohr eingebaut werden.

MINI-PROJEKT

219/2002 Elektor

Allerdings stimmen die Werte von R2 und R3nicht überein. R3 ist ein wenig kleiner, esfließt also ein höherer Strom durch diesenWiderstand als durch R2. Der „Rest“, also derStrom durch R3 vermindert um den Kollektor-strom durch T2, fließt zur Basis von T3. DerStrom ist ausreichend, um den Transistordurchzusteuern. Dann kann ein Kollektor-strom durch T3 fließen und der Summer wirdaktiviert.Wir haben uns noch gar nicht um T1 geküm-mert: Die Basis dieses pnp-Transistors liegtauf Massepotential, also ist er voll aufge-steuert und liefert den Strom durch R2 und R3ohne Probleme.Nun heben wir den (Quasi-) Kurzschluss derMess-Spitzen auf und klemmen einen größe-ren Widerstand von einigen Hundert Ohmdazwischen. Da über diesen Widerstand eineSpannung abfällt, steigt auch die Basisspan-nung der beiden Transistoren. Der Stromdurch den Eingangswiderstand rekrutiertsich zum Teil aus dem Basisstrom von T1durch R1 (etwa 30 µA), der andere Teilgelangt über R2 und T4 zum Ziel (etwa 500µA). Durch die höhere Basisspannung wirdauch T2 weiter geöffnet, mit dem Resultat,dass der gesamte Strom durch R3 über denTransistor nach Masse fließt: T3 kann keinenausreichenden Basisstrom mehr erhalten undsperrt. Der Summer schweigt!Kommen wir zum dritten Fall: Die Eingängeder Schaltung sind offen. Die Basis von T1hängt „in der Luft“. T1 sperrt und in derSchaltung fließt überhaupt kein Strom mehr.Das ist ziemlich vorteilhaft, wir können unseinen An/Aus-Schalter sparen.

BedingungenDamit die Schaltung so wie gerade beschrie-ben nicht nur theoretisch, sondern auch inder Praxis funktioniert, müssen einige„Unvollkommenheiten“ ausgebügelt werden.Zunächst ist dafür zu sorgen, dass die beidenTransistoren des Stromspiegels gleich sind.Das heißt, nicht nur der gleiche Typ, die glei-che Marke und die gleiche Stromverstär-kungsklasse (es gibt A-, B- und C-Typen),sondern auch möglichst aus der gleichen Pro-duktionsserie (identische Batchnummer oderProduktionsdatum). In „hochwertigen“ Schal-tungen, zum Beispiel im Audiobereich oder inder Messtechnik, verwendet man in Strom-spiegeln oft spezielle, exakt gleiche Doppel-transistoren in einem Gehäuse, um möglichstgleiche Eigenschaften und einen identischenTemperaturverlauf zu erzielen. So exakt musses beim Durchgangstester aber nicht sein.Eventuelle Ungleichmäßigkeiten lassen sichnämlich ausgleichen, indem man R3 etwasverkleinert (wenn der Summer auch bei

Stromspiegel unter der LupeDer Stromspiegel ist eine Variation einer Konstantstromquelle und eine Grund-schaltung der Elektronik. Bild A zeigt eine solche Konstantstromquelle. Dabei istder Kollektorstrom Ia fast nur abhängig von der Basisspannung VB - abzüglich derBasis-Emitter-Spannung des Transistors - und dem Widerstand RE. In einer For-mel ausgedrückt:

Ia = (VB - UBE)/RE

Fast, denn die Basis-Emitter-Spannung UBE ist temperaturabhängig und variiertum -2 mV/°C. Aus diesem Grund nimmt man eine Diode oder - um eine höchstmögliche Ähnlichkeit zu erreichen - einen artgleichen, als Diode geschaltetenTransistor in die Schaltung auf, um mit UD in beiden Zweigen einen gleichen Tem-peraturverlauf zu erzielen. In Bild B ist die Schaltung der Stromquelle zu sehen,die der unseres Stromspiegels ziemlich nahe kommt. Der Ausgangsstrom ist pro-portional zum Eingangsstrom, und den Proportionalitätsfaktor bestimmt RM/RE.Die Proportionalität wird durch

Ia ≈ RM/RE ⋅ Ie

deutlich. In dieser Formel werden die geringen Basisströme “vernachlässigt“.Die Schaltung funktioniert auch ohne Emitterwiderstände (allerdings muss mandann Einbußen bei der Genauigkeit in Kauf nehmen). Damit haben wir die Schal-tung unseres Durchgangstesters (Bild C), bei dem der Ausgangs- dem Eingangs-strom entspricht:

Ia ≈ Ie

RM als Messwiderstand ist entweder hochohmig (es fließt überhaupt kein Ein-gangsstrom) oder ein Kurzschluss. Dann wird der Eingangsstrom von R1 undnatürlich der Höhe der Betriebsspannung VB bestimmt.

VBVB

R1 R3

R E

T2

RM

VB

Ia

R1 R3

R E

T2

RM

VB

IaIe

VEUD

B

R1 R3

T2

RM

VB

VB

IaIe

C

T4IBT2

IBT4

A

020002 - 12

Stückliste

Widerstände:R1 = 33 kR2 = 4k7R3 = 1k8

Kondensator:C1,C2 = 10 µ/16 V stehend

Halbleiter:T1 = BC557T2...T4 = BC337 oder BC347

Außerdem:BT = Mignon-Batterie mit HalterungBz1 = Gleichstromsummer für 5...6 VElektro-Installationsrohr als GehäusePlatine EPS 020002-1 (Layout als Gratis-

Download bei www.elektor.de)

einem Kurzschluss der Mess-Spitzen stummbleibt) beziehungsweise vergrößern (wenndie Schaltung zu unempfindlich ist, also auchbei einer hochohmigen Verbindung der Mess-Spitzen pfeift).

Aufbau, Abgleich, EinbauDer Aufbau der Schaltung auf der Platine inBild 2 bereitet keine Probleme und sollte inein paar Minuten erledigt sein. Lassen Sieaber R3 „am langen Draht“, unter Umständenmuss der Widerstand ja angepasst werden.Sind die Kabel der Mess-Spitzen und die Bat-terie angeschlossen, geht es an denAbgleich. Im Schaltbild sind Mess-Spannun-gen für Nicht Piepsen/Piepsen eingetragen.Die Mess-Spitzen nehmen Kontakt miteinan-

der auf, der Summer sollte seine Auf-gabe verrichten. Wenn nicht, lötetman einfach einen weiteren Wider-stand parallel an R3. Der Gesamtwi-derstand sollte allerdings 1 kΩ nichtunterschreiten.Ähnlich geht man vor, wenn derSummer auch dann noch pfeift,wenn man einen 10-Ω-Widerstandzwischen die Mess-Spitzen schaltet,nur wird der zusätzliche Widerstandin Reihe mit R3 geschaltet. Wenn derWert von R3 dann unter etwa 22 kΩliegt, ist alles in Ordnung. Übrigens:wenn Sie einen zusätzlichen Wider-stand einlöten, sollten Sie mit demnächsten Abgleichversuch warten,bis die Lötstellen wieder abgekühlt

sind, sonst funktioniert es garantiertnicht.Weicht R3 zu stark ab, sollte man T2und T4 vertauschen, und - wennimmer noch nicht erfolgreich - diebeiden offensichtlich zu verschiede-nen Transistoren gegen andereExemplare austauschen.Wenn alles zu Ihrer Zufriedenheitfunktioniert, schiebt man die Batte-rie und die Platine in ein Kunststoff-röhrchen (Elektro-Installationsrohr)und verschließt beide Enden mit Kor-ken, wobei die Mess-Schnüre natür-lich aus einer Seite heraus schauen.

(020002)rg

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