Elektor Lab Notes 12: Een digitale ampèremeter/voltmeter, kwarts kristal testen en meer!

Welkom terug bij Elektor Lab Notes! Elke paar weken plaatsen onze technici en enthousiaste redacteuren een paar lab notes en updates over nieuwe doe-het-zelf elektronicaprojecten, nieuws uit de industrie en handige tips. Deze keer presenteren we updates over het ESP32 Energy Meter Project, het AmpVolt Project, details over het testen van kwartskristallen, een afstandsbediening voor audioversterkers en meer. Deel je gedachten in het discussiegedeelte onderaan deze pagina. Je kunt je eigen lab notes posten en ons laten weten waar je momenteel aan werkt!

---

Saad Imtiaz (Senior Ingenieur, Elektor)

• ESP32 Energy Meter Project: De printplaten zijn aangekomen en ik ben ze momenteel aan het testen. Blijf op de hoogte voor updates over hoe deze printplaten het doen in de praktijk.
• AmpVolt Project: In samenwerking met Jens hebben we een modulaire stroom- en spanningsmeetmodule ontwikkeld. Deze is ontworpen met het oog op flexibiliteit en bevat een ADS1015 ADC voor digitale conversie, een INA169 voor stroommeting en een spanningsdeler voor detectie tot 50V. Het PCB-ontwerp is voltooid en het testen zal binnenkort plaatsvinden. 

•  Benchmarking van microcontroller-boards: Geïnspireerd door de beperkingen van mijn functiegenerator dacht ik aan een benchmarking-onderzoek om de snelst mogelijke blokgolven te maken met microcontroller-boards. De resultaten waren verrassend en zullen worden beschreven in de komende edities van het Elektor Magazine.. 

 

---

---

Jean-François Simon (Ingenieur, Elektor)

• Kwarts kristallen: laatst was ik bezig met het in elkaar zetten van een kleine PIC-gebaseerde kit om een compacte 5-cijferige frequentiemeter te maken. Dit zijn klonen van het orginele schema van Wolfgang "Wolf" Büscher's (DL4YHF). Eenmaal alles in elkaar gesoldeerd, wordt het apparaat ingeschakeld: alle displaysegmenten gaan kort aan, daarna toont het display "0" en het stroomverbruik blijft onder de 5mA. Alles goed.  

Dan realiseer ik me dat ik het kristal niet recht heb gesoldeerd, maar een beetje zijwaarts. Dit heeft geen functionele gevolgen, maar het prikkelt mijn dwangstoornis een beetje, dus ik soldeer het opnieuw en zet het recht. Volgende test: er gebeurt niets! Geen stroomverbruik, niets op het display. Lang verhaal kort: het kristal oscilleert niet. Conclusie: het simpele feit van opnieuw solderen en dus iets langer verwarmen dan nodig was voldoende om het kristal om zeep te helpen. Het is de eerste keer dat me dit overkomt...

Ik had er twee gekocht, waardoor ik de diagnose kon bevestigen: met het tweede kristal werkte het circuit weer normaal. Les geleerd: deze componenten zijn kwetsbaar, niet alleen voor schokken, maar ook voor temperatuur! Tenzij ik het slachtoffer ben geworden van een fabricagefout?
 

• Verdere tests: door dit voorval wilde ik verder onderzoek doen. Dus maakte ik de gebufferde Colpitts oscillator uit het boek "Experimental Methods in RF Design" die in deze video wordt gepresenteerd. En inderdaad, het kristal in kwestie oscilleert niet. Ik heb een paar andere in mijn verzameling gecontroleerd (4, 8, 12, 16, 20 MHz) en ze oscilleren allemaal. Ik denk dat dit normaal is en te wijten aan het ontwerp van dit specifieke oscillatorcircuit.  

Overigens heb ik ontdekt dat het kristal dat bij de kit wordt geleverd de laagste amplitude geeft (260 mVpk-pk) van alle kristallen die ik heb getest. De andere kristallen die ik had gaven een amplitude van rond de 600 mVpk-pk. Zou dit het gevolg kunnen zijn van een goedkopere fabricage methode? 
 

• Nog meer tests: Met een goedkope VNA (hier de NanoVNA H4) kun je de twee resonantiefrequenties van het kristal zien: eerst de serieresonantiefrequentie, daarna de parallelle resonantiefrequentie. Hier was de sweep van 19,9 MHz naar 20,1 Mhz en wordt s21 weergegeven. Interessant genoeg vertoont het defecte kristal dat niet oscilleert nog steeds een frequentierespons die erg lijkt op die van het werkende kristal. Hoewel het dus erg interessant is om verschillende schakelingen te bestuderen, is de NanoVNA alleen niet voldoende om te bepalen of een kristal goed werkt of niet..  

• Kalibratiestandaarden: toen ik op zoek was naar documentatie over het juiste gebruik van mijn NanoVNA, kwam ik deze blogpost van een paar jaar geleden tegen (maar sommige onderwerpen verouderen nooit). Andrey maakt daar een mooie set Open, Short en Load standaarden voor zijn VNA, met behulp van BNC-connectoren. Deze zijn natuurlijk beperkt in frequentie vergeleken met hun SMA tegenhangers, maar ze zijn sneller en gemakkelijker aan te sluiten. Mooi werk!

 

• Rimpels op printplaten: bent u wel eens zo'n oude printplaat tegengekomen?

Ik wel, en vroeg me af wat er mis was. Gaan de kopersporen delamineren van het epoxy? Komt dit door veroudering? Nou, in feite is er niets om je zorgen over te maken. Deze rimpels zijn het gevolg van het fabricageproces. De printplaten in kwestie dateren uit de jaren 1980. In die tijd was het Soldeermasker Over Vertind Koper proces (SMOTC) heel gewoon. Het vertinnen van de sporen gaf deze onregelmatige oppervlakken en het soldeermasker, wanneer het eroverheen werd aangebracht, kreeg dit uiterlijk. PCB's die vandaag de dag worden gemaakt gebruiken het soldeermasker over blank koper proces (SMOBC) en zijn daarom gladder. Tot ziens in de volgende aflevering van Lab Notes!

---

Jens Nickel (Hoofdredacteur, Elektor Magazine)

Wi-Fi-afstandsbediening voor audioversterkers: Ik heb al updates gedeeld over mijn laatste hobbyproject: een afstandsbediening voor standaard, maar enigszins aangepaste klasse D audioversterkers. Het heeft een onafhankelijke batterijvoeding en draadloze ontvangers voor audio. Geleidelijk aan krijgt de opzet voor versie 1 (die zich vooral richt op volumeregeling op afstand) vorm.

Een vriend en ik gebruiken gemotoriseerde potentiometers van Alps en kant-en-klare I²C "Mini Motor Controller" boards van het Grove systeem van Seeed Studio. Daarnaast volgen we de positie van de potentiometer met behulp van een I²C ADC, met name de 12-bit ADS1015, om een vorm van terugkoppeling voor onze volumeregeling mogelijk te maken. Hoewel er vele ADS1015 breakout-boards zijn die geschikt zijn voor breadboards, zijn er niet veel betaalbare uitbreidingsboards met gebruiksvriendelijke connectoren. Daarom zijn we van plan om ons eigen eenvoudige uitbreidingsboard te ontwerpen met Grove-connectoren.
  Hoewel er veel connectorsystemen bestaan voor het snel maken van prototypes met modules, ben ik vooral gecharmeerd van het Grove-systeem. Het is gespecificeerd om compatibel te zijn met I²C, UART en analoge en digitale signalen. Bovendien zijn er compacte uitbreidingskaarten te vinden voor microcontrollers met Grove connectoren. Kijk bijvoorbeeld eens naar deze. Het kan bijvoorbeeld gebruikt worden met zowel een SAMD21 als een ESP32 controller.

In eerste instantie was mijn vriend niet enthousiast over het feit dat de Grove connectoren propriëtair zijn en een pitch van 2 mm hebben, wat niet overeenkomt met de standaard vero-boards (het vinden van 2 mm versies is een gedoe en ze zijn vrij duur). Maar we zijn allebei erg toegewijd aan open-source en we zagen dit als de perfecte gelegenheid om KiCad te leren gebruiken. Na een paar weken begonnen we het echt leuk te vinden. Ik zal jullie op de hoogte houden in de volgende lab notes!

---

---

C. J. Abate (Directeur, Content en Engineering)

Het januari/februarinummer van ElektorMag richt zich op Power & Energy-gerelateerde onderwerpen. Naast het tijdschrift hebben we ook een webpagina gewijd aan Power & Energy. Bekijk het eens! Ingenieurs Jens Nickel en Thomas Scherer beheren de pagina, die je kunt bookmarken en regelmatig kunt bekijken voor nieuws, projecten en artikelen over een breed scala aan energiegerelateerde onderwerpen: zonne- en windenergie, voedingen en omvormers, vermogensmeting en componenten en schakelingen. 
 
Een kleine herinnering: In 2024 zal ons Content Team zich richten op het creëren van content om leden van de community te leren over specifieke elektronica-gerelateerde onderwerpen (d.w.z. "verticals"). De belangrijkste verticals zijn onder andere: Power & Energy; Embedded & AI; Test & Measurement; IoT & Sensors; Circuits & Circuit Design; Wireless & Communications; Prototyping & Production; Arduino; Espressif; en Raspberry Pi. We moedigen uw actieve deelname en samenwerking aan. Dien uw artikelvoorstellen in, toon uw projecten op het Labs-platform en deel uw productideeën met ons. We kijken er naar uit om samen te werken met jou!

Vertaling: Hans Adams