Archiv der Kategorie: Elektronikbastler

Beiträge über Bastelprojekte zum Thema Elektronik
zum Beispiel: Ein Radio mit Arduino, Geigerzähler…

Geigerzähler und Radioaktivität

Ein Projekt, das schon lange einmal mein Interesse erweckte, war das Detektieren von radioaktiver Strahlung. Nach den Vorfällen in Japan wurde diese Idee wieder ins Gedächtnis gerufen. Ich konnte mich noch dunkel erinnern, irgendwo in meinem alten Werkstattkeller ein unbenutztes Zählrohr zu besitzen. – Nach einiger Suche ist es dann aufgetaucht :). Dank Internet und den Suchmaschinen war auch schnell ein Datenblatt gefunden. Es handelt sich bei dem Zählrohr um ein ZP1400. Ein selbstlöschendes Geiger-Müller-Zählrohr mit Glimmerfenster. Das Rohr ist lt. Datenblatt mit Neon und Argon als Löschgas gefüllt. Die Betriebsspannung liegt bei 400 bis 600V. Die Kapazität zwischen Anode und Kathode beträgt ca. 2pF. Mit diesen und weiteren Informationen aus dem Datenblatt lässt sich nun eine Schaltung basteln, um das Rohr in Betrieb zu nehmen. Dieses kleine Projekt habe ich herangezogen, um gleichzeitg unseren Lehrling im Betrieb in das Leiterplatten-Layout einzuführen und in weiteren Schritten auch mit der Erstellung von kleinen Programmen auf dem Arduino Uno Microcontrollerboard, vertraut zu machen. In diesem Post stelle ich aber nur die „altmodische“ Schaltung vor, wo lediglich das Auftreffen von ionisierender Strahlung auf den Zähldraht akustisch hörbar gemacht wird. (das typische Knacken). Diese Schaltung stellte dann die Grundlage für den Lehrling dar, die Zählung der Impulse mit dem Microcontroller zu realisieren und auf einem Zwei-Zeilen LCD zu visualisieren.

Schaltplan mit Hochspannungsversorgung und Impulsverstärker

Mit Hilfe der allbekannten Layoutsoftware Eagle, habe ich eine Schaltung gezeichnet, bei der wiederum die Hochspannung über einen geschalteten Transformator und anschließender Greinacher-Kaskade erzeugt wird. Die Ansteueung übernimmt diesmal kein 555er, sondern einfach ein rückgekoppelter Schmitt-Trigger. Die Zeitbasis wird über den Koppelwiderstand und den Kondensator eingestellt. Somit steht die Hochspannung für das Zählrohr zur Verfügung. Um nun die Impulse zählen zu können, werden zwei Faktoren sichergestellt. Der Impuls darf eine bestimmte Höhe nicht überschreiten. (Sonst stirbt möglicherweise die nachfolgende Elektronik), und die Impulse sollen hörbar gemacht (verstärkt) werden. Also werden die Peaks mit einer Zenerdiodenschaltung begrenzt und mit Schmitt-Triggern in eine „schöne“ Form gebracht und dann zu einem OP-Amp geführt. Am Ausgang des OP-Amp hängt dann vorerst ein kleiner Lautsprecher …

Anordnung der Bauteile auf dem PCB

Nach dem nun die Leiterplatte geätzt und bestückt wurde, ging’s ans Testen. Aber womit?  Ich benötigte irgendeine schwach strahlende Quelle. Ich hielt alle möglichen Gegenstände vor das Zählrohr, aber es änderte sich nicht viel. Vier bis acht mal in der Minute war ein Knacken aus dem Lautsprecher wahrzunehmen. Also begann ich wieder im Netz zu recherchieren. Und stieß auf den Begriff  „Radiumfarbe“. Es ist dies die selbst leuchtende Farbe, mit der die Ziffernblätter alter Uhren bemalt wurden, um auch in der Dunkelheit die Zeit ablesen zu können. Diese Information brachte mich auf eine Idee. Von meinem Großvater habe einmal einen Höhenmesser eines WW1 Flugzeugs bekommen (Hersteller LUFFT), dessen Ziffernblatt  könnte vielleicht auch mit leuchtender Farbe bemalt worden sein. Also raus damit aus der Vitrine und vor das Zählrohr gehalten… Das Ergebnis ist im Video zu sehen.

 

 

Die Osziröhre

Zu Anfang meines Blogs erzählte ich über ein kleines Projekt mit einer Oszilloskopröhre. Da auch hiervon noch Bilder im Archiv existieren, will ich es im Blog hier nicht vorenthalten:

Kathodenstrahlröhe mit Hochspannungserzeugung


Eine Kathodenstrahröhre (Braun’sche Röhre) besteht aus einem evakuierten Glaskolben, in dem sich eine Glühkathode aus Wolframdraht befindet, die durch einen elektrischen Heizdraht erhitzt wird. Dabei treten die Elektronen als Ladungswolke aus der Oberfläche aus (Glühemission). Zwischen der positiv geladenen Anode und der Glühkathode herrscht ein elektrisches Feld, in dem die Elektronen beschleunigt werden. Eine Lochblende lässt von den anfliegenden Elektronen nur ein Bündel mit bestimmbarem Durchmesser passieren, den eigentlichen Elektronenstrahl. Der Elektronenstrahl kann anschließend weiterbeschleunigt werden.
Die Braun’sche Röhre – wie sie z.B. in einem Kathodenstrahloszilloskop vorhanden ist – besitzt je zwei Kondensatorplatten, um den Elektronenstrahl abzulenken. (X und Y Ablenkplatten). Bei der Röhre handelt es sich hier um eine Philips B7S 401 Oszillografenröhre. Der Vollständigkeit halber liste ich hier ein paar technische Daten auf:
  •  Indirekt geheizte Kathode, Heizspannung Uf = 6,3V
  •   Heizstrom If = 90mA 
  •    Kathodenheizdauer tK =1min
  •   Gesamtbeschleuningungsspannung Ua= 1,2kV
  •   Fusspunktspannung des Nachbeschleunigungswiderstandes Ug5 = 300V 
  •     Beschleunigungsspannung Ug4 = 300
  •   Fokussierspannung deltaUg3 = 20V … 50V
  •   Vorbeschleunigungsspannung Ug2 = 1,2kV
  •   Sperrspannung Ug1 = -30V … -80V
Anschlüsse am Röhrensockel

Ziel des Projektes war es also, die kleine Röhre wieder in Betrieb zu nehmen und ihr ein paar Bildchen zu entlocken. Also musste eine Ansteuerung gebaut werden. Da die Versorgungsspannungen recht vielfältig sind (6,3V bis 1200V) musste also zuerst dieses Problem gelöst werden. Mit einem NE555, ein paar Bauteilen und einem alten Transformator (240/12V) wurde ein Hochspannungsnetzteil gebastelt.
Das Prinzip ist einfach: Eine Gleichspannung wird mit einer kleinen Schaltung einfach sehr schnell abwechselnd ein- und wieder ausgeschaltet. Diese geschaltete Gleichspannung wiederum schaltet mit einem Leistungstransistor die Ausgangsseite des Transformators. (also da, wo normalerweise die 12V anliegen wird jetzt eingespeist) Das Übersetzungverhältnis des Trafos funktioniert auch in die andere Richtung :). So entstehen am Ausgang schon einmal einige hundert Volt. (abhängig von der Schaltfrequenz). Um daraus nun über 1200V zu erzeugen, habe ich eine Kaskade (Kondensatoren und Dioden) nachgeschaltet. (Funktionsweise)
So stehen nun alle zum Betrieb der Röhre notwendigen Spannungen zur Verfügung um einen Elektronenstrahl zu erzeugen. Mit Hilfe von einstellbaren Spannungsteilern kann der Strahlstrom, sowie die Gitter für Helligkeit und Bildfocus eingestellt werden.

Der erste Leuchtfleck

Die Spannungen für die Ablenkplatten werden ebenfalls von der Hochspannungsversorgung entnommen und mittels Transistoren gesteuert. Somit ist eine Ablenkung des Elektronenstrahls in beiden Achsen möglich.

Plexiglasgehäuse

Die Transistoren wiederum werden über eine kleine Vorstufe ausgesteuert, die extern mit einer Spannung von -5V bis +5V gespeist wird – der Steuerspannung für die Auslenkung des Leuchtfleckes. Dieser Steuerspannungseingang existiert für beide Achsen. Einen weiteren Eingang habe ich noch hinzugefügt, um den Elektronenstrahl zu „blanken“ also dunkel zu schalten. Hierzu wird an das entsprechende Gitter eine entsprechende Spannung angelegt, die den Elektronenstrom zur Anode vorher sperren.

Anschlüsse

So kann die Röhre nun von außen zum Beispiel mittels analogen Ausgängen von Mikrocontrollern (Arduino, PIC etc.) oder von NI DAQ Karten mit den dort zur Verfügung stehenden Kleinspannungen direkt angesteuert werden. Nach den ersten positiven Testläufen mit der Lochrasterplatinen-Elektronik habe ich dann ein sauberes Board konstruiert und die ganze Konstruktion auf eine Holzplatte montiert und mit einem transparenten Plexiglasgehäuse abgedeckt.
Alle Anschlüsse sind über Bananenbuchsen nach aussen geführt. So können zum Beispiel ganz einfach Lissajous-Figuren auf den Bildschirm gezeichnet werden…

Lissajous-Figur mit NI-DAQ

F101 Voodoo Radarmonitor

Aus einer McDonnel F101 Voodoo stammte das folgende Exemplar, das ich damals von einem Kunden bekam, mit der Bitte, zu versuchen, es wieder irgendwie zum Leben zu erwecken.
Das Ding von dem ich schreibe, war ein schwarzer Zylinder mit einer Länge von vielleicht 30 Zentimetern und einem Durchmesser von knapp 20 Zentimetern. Auf einer Stirnseite des Zylinders war eine Bildfläche wie von einem Oszilloskop zu erkennen, mit einem drehbaren Skalenring mit einer 0 bis 360 Winkelgrade – Beschriftung.
Der Kunde erzählte mir, es handle sich dabei um das Cockpitradar eines StarfighterJets. Daraufhin begann ich zu recherchieren, was sich damals, Mitte der 90er Jahre als relativ aufwendig herausstellte, zumal das Internet noch nicht in der Form und Vielfalt wie heute existierte.

Bildquelle: Wikipedia

Aber zumindest habe ich herausgefunden, dass es sich bei dem Teil wirklich um den Boardmonitor des Radarsystems eines Flugzeuges handelte. Und zwar um den Radarmonitor einer McDonnel F101.
Einem zweistrahligen Kampfflugzeug des kalten Krieges der US-Airforce der 50er Jahre.
Auf jeden Fall stammte das Teil aus diesem Flugzeug – wo auch immer der Kunde es her hatte. Und er bat mich, ob ich irgend eine Möglichkeit habe, es zum Laufen zu bekommen. Damit meinte er, er wolle den berühmten, rotierenden Leuchtstrich am Bildschirm sehen.
Ich habe damals keinerlei Informationen oder Unterlagen zu dem Teil finden können, wie das Gewirr an Kabeln über Kabeln, die aus dem Gerät herauskamen anzuschliessen sei…

 
Frontansicht des Monitors

Also begann ich zu demontieren. Zum Vorschein kamen etliche Miniaturelektronenröhren, Transformatoren und viele in Schirmgehäusen eingebaute, noch kleinere Röhren mit Spulenkörpern mit Tauchkernen und viele, viele Kondensatoren. In der Längsachse des Gerätes war die Bildröhre untergebracht, wobei die Magnetablenkung um die Achse der Röhre drehbar angeordnet war. Sprich, die komplette Ablenkeinheit wurde mittels Elektromotorantrieb um die Röhre herumgedreht.

Ansicht von oben

Da ich keine Chance hatte, die Schaltung irgendwie zu verstehen, zumal anscheinend einige Komponenten, wie die ganze Spannungs- und Signalaufbereitung nicht im Monitor integriert waren, sondern anscheinend anderswo im Flieger verbaut waren, machte ich mich also daran, alles zu demontieren. Übrig blieb nur die Bildröhre mit der Mechanik und die Ablenkspulen samt Antrieb. Auf einer Lochrasterplatine begann ich nun, eine eigene Ansteuerung für den Spulenantrieb zu basteln. Für die Ablenkspule selbst, baute ich einen Sägezahngenerator mit einer ausreichend starken Leistungsendstufe. Und für die Hochspannung der Röhre musste ein alter Zeilentransformator eines Fernsehgerätes herhalten, der von einem NE555 (der alte bekannte Timerbaustein) und einem passenden Leistungstransistor (irgendein BU508…) angetrieben wurde.

und er geht sich wieder 

Die ganze Schaltung wurde mit circa 24V betrieben und nahm sich dabei über 2A. (samt Kathodenheizung und Elektromotor und den Skalenbirnchen, die die Beschriftungen beleuchteten).
Aber es klappte. Am Bildschirm war ein grüner Strich zu sehen, der sich mit der einstellbaren Rotationsgeschwindigkeit drehte. Das war aber auch schon alles. Es gab keine Strahlstrommodulation oder ähnliches, um irgendwelche simulierten Radarbilder zu zeichnen. Heute könnte man sich mit kleinen Microcontrollern wie Arduino und co, ganz einfach was zusammenbasteln…