Elektronik

 

Vielen Anfängern macht die Elektronik besonders viele Probleme. Aber so schwer ist das alles gar nicht. Hier wird nur geklärt wie man welches Teil anschließt, nicht welchen Verstärker man jetzt am besten nehmen sollte.

 

 

 

Schaltpläne

 

Hinweis:
In den nachfolgenden Schaltplänen fehlen teils Sicherungen. Die Schaltpläne sollen nur das Grundprinzip verdeutlichen.


Auf Anfänger können Schaltpläne oft verwirrend wirken, da sie in der Realität doch sehr unterschiedlich sind. Im Lautsprecherbau geht es zum Glück noch. Wenn das Projekt komplizierter wird, werden aber auch die Schaltpläne immer anspruchsvoller.
Ein Schaltplan von einer einfachen Box könnte z.B. so aussehen:

 

 

Das ist kein rein Elektrischer Schaltplan, da die Bauteile nicht immer durch ihre elektrischen Schaltsymbole dargestellt sind (Voltmeter, Verstärker).
Direkt hinter dem Akku wird eine Sicherung angeschlossen. Aller Strom der durch den Akku muss, muss auch durch die Sicherung. Noch vor den Schalter kommen die Anschlüsse für das Ladegerät. So kann man die Box auch laden, wenn sie ausgeschaltet ist. Dahinter folgen alle sonstigen Verbraucher parallel: Die LEDs mit Vorwiderständen, der Verstärker und das Voltmeter. Eine USB-Ladeschaltung, USB/Radio Module, etc. kämen auch parallel dazu.

 

 

 

Schalter

Hier denkt ihr euch bestimmt: Was gibts denn hier zu beachten? An sich sind Schalter ganz einfach aufgebaut, aber es kann zu Verwirrungen mit den Bezeichnungen kommen.

Schalter bleiben in allen ihren Schaltzuständen stabil, springen also nicht in einen Ausgangszustand zurück.

Taster springen wieder zurück, deshalb sind sie für Lautsprecherbau eher nicht geeignet. Es gibt allerdings die Möglichkeit mit einer relativ einfachen Schaltung den Taster zu einem Schalter umzufunktionieren. Auch wenn man einen seperaten Ein und Ausschalter haben möchte geht das mit Tastern.

 

Einpolige Schalter können nur eine Leitung schalten, zweipolige können zwei komplett getrennte Leitungen schalten. Ein zweipoliger Schalter sind also zwei elektrisch eigenständige Schalter auf einer gemeinsamen Achse.

 

Stabile Schaltzustände werden nicht in Klammern gesetzt, instabile schon. Ein einfacher Schalter wäre zb mit "Ein/Aus" bezeichnet, ein Taster mit "(Ein)/Aus", oder mit "Ein/(Aus)", jenachdem ob er bei Betätigung den Schaltkreis trennt oder verbindet.

 

Ein "Ein/Ein" Schalter kann zwischen zwei Eingängen wechseln. Das braucht man zb bei einer Quellenwahl. Ein "Ein/Aus/(Ein)" Schalter hat zwei stabile Zustände und einen instabilen. Es ist also eine Schalter/Taster Kombination.

 

 

 

Betrieb am 230V Netz

 

An sich ist das sehr einfach: Man schließt das Ladegerät an und fertig.

Das ist eine Möglichkeit die meistens gut funktioniert, aber nicht sehr elegant ist. Wenn das Ladegerät nur 300mA liefert, aber der Verstärker 1A will, wird der Akku trotzdem mit 700mA entladen. Der Netzbetrieb ist also nicht ewig möglich. Außderm kann es zu Problemen mit dem Verstärker kommen (Verstärker von Lepai sollen kaputtgehen wenn man den Akku läd und gleichzeitig Musik hört). Ich persönlich hatte aber noch nie Probleme mit anderen Marken.

 

Das ganze kann man mit einem seperaten Netzteil deutlich eleganter gestalten.
Das kann man aber leider nicht einfach an den Akku anschließen, denn der würde evtl durch einen zu hohen Ladestrom und eine falsche Ladespannung kaputtgehen.

Man braucht dann also ein Netzteil und ein Ladegerät.

Eine Netzumschaltung lässt sich einfach mit einem Schalter realisieren, das sähe dann so aus:

 

Mit dem Schlater kann man zwischen Netzbetrieb, Aus, und Akkubetrieb wählen.

Dieser Schlatplan hat allerdings auch einen Nachteil: Das Ladegerät ist dauerhaft mit dem Akku verbunden. Der Akku kann den Lader betreiben. Folglich wird der Akku langsam aber sicher entladen.
 Das ist ein großes Problem wenn das Ladegerät fest in der Box verbaut ist. Das Problem kann man entweder durch einen zweipoligen Schalter lösen, oder noch eleganter durch Relais alles vollautomatisch steuern:

 

Ein Relais ist im Prinzip ein automatischer Schalter. Wenn an dem Rechteck mit Strich durch eine Spannung anliegt, zeiht es an. Der Schalter obendrüber wird umgeschaltet. Fällt die Spannung ab, springt er wieder in den Ursprungszustand zurück.
In der Schaltung passiert also folgendes: Schließt man die 230V an, bekommen die Relais durch das Netzteil eine Spannung und schalten. Das Ladegerät wird mit dem Akku verbunden und der Strom für den Verstärker kommt vom Netzteil.
Vorteil von der automatischen Schaltung ist: Man muss nicht umschalten und muss auch nur einen Stecker reinstecken. Allerdings hat man Lebensgefährliche 230V in der Box.. Außerdem schleppt man immer ein Ladegerät und ein Netzteil mit herum, auch wenn man es nicht nutzt

Man kann auch ein Niedervoltladegerät (gibts im Modellbaubereich) fest in der Box verbauen. Dann geht man mit Niedervolt in die Box. Das Netzteil wäre extern. Die Umschaltung ist immer noch automatisch, allerdings muss man den Schaltplan geringfügig ändern.

 

 

USB-Geräte Laden

Hinweis: Zur Zeit ist USB 3.0 noch nicht bei Handys verbreitet, deshalb beziehen sich die Infos auf den aktuellen Standard von Anfang 2013 (USB 2.0).Wies in ein paar Jahren aussieht weiß ich natürlich noch nicht.
Ein USB Kabel hat 4 Adern. Plus, Masse (/GND/Ground), Data +, Data -. Oft ist in den Kabeln noch eine zusätzliche Schirmung. Die brauchen wir nicht.
Es reicht leider nicht eine Spannung von 5V zwischen Plus und Masse anzuschließen. Das Gerät erkennt zwar die Spannung, weiß aber nicht was für eine Quelle dahinter steckt. Ein Computer gibt z.B. nur 500mA auf einem USB Kanal ab. Handys können aber mit über 1A laden. Würden sie sich einfach alles nehmen was sie könnten, würde das zu Problemen führen.
Deshalb muss das Handy wissen, wie viel Strom die Quelle abgeben kann. Diese Information wird über die Datenleitungen übergegeben.
Klingt jetzt kompliziert, ist aber ganz einfach. Denn wenn man die beiden Datenleitungen einfach miteinander verbindet, bedeutet das für das Gerät: Nimm dir soviel wie du brauchst (innerhalb der USB Norm).
Also nochmal im Klartext:
Pluspol (normalerweise im USB Kabel Rot): +5V
Masse (blau/schwarz): Masse von der 5V Quelle
Data + (grün): Data -
Data – (grau): Data +

 

Um 12V in 5V umzuwandeln braucht ihr ein DcDc Step Down Modul. Die gibts für ein paar Euro von Ebay.


Eine einfachere, aber vielleicht nicht so schicke Lösung ist ein USB Lader für eine Zigarettenanzünder.

 

 

 

 

Tiefentladeschutz

 

Hinweis: Ich gehe hier nur auf den Bleiakku ein, weil er am verbreitetsten und einfachsten ist. Wenn ihr einen anderen Akkutyp verwenden wollt, solltet ihr euch über dessen Tiefentladeschutz gut informieren.
Die meisten Akkus sind eigentlich aus mehreren kleineren Akkus in einem Gehäuse aufgebaut. So ist z.B. ein 12V Bleiakku aus sechs 2V Zellen in Reihe aufgebaut. Diese Zellen liefern aber nicht konstant 2V. Eine volle Zelle liefert mehr als eine leere Zelle. Im Folgenden gehe ich aber wieder von einem 12V Akku aus, weil das einfacher vorzustellen ist.
Wenn man einen Akku voll läd, hat der am Ende des Ladevorgangs ca. 14V. Diese Spannung wird er allerdings nicht halten können. Wenn ein Akku 13,2V hat, ist er auch voll (nur nicht wundern, wenn nach dem Ladevorgang eure Spannung wieder sinkt). Wenn man ihn zur Hälfte entläd hat er noch ca. 12V. Bei 10,8V fängt bei dem Akku Tiefentladung an. Tiefentladung hinterlässt dauerhafte Schäden im Akku. Er verliert mit der Zeit immer weiter an Kapazität. Manche Akkus reagieren ganz allergisch auf Teifentladung andere nicht. Ein Muster konnte ich noch nicht herausfinden.

Deshalb braucht man eine Warnung, wenn euer Akku zu viel Spannung verliert.
An sich habt ihr das schon eingebaut. Denn der Verstärker wird bei niedrigen Spannungen nicht die gleiche Leistung erbringen wie bei hohen Spannungen (Deshalb werden z.B. die Leistungen bei 12V Verstärkern nicht bei 12V, sondern bei 14,4V gemessen). Allerdings macht sich das erst bei deutlich unter 10V durch starkes Kratzen bemerkbar.
Deshalb muss eine Warnung her die früher angeht. Hier eine kleine Liste der Möglichkeiten:

 

  • Voltmeter: Das informiert euch dauerhaft über die Spannung an Bord. Voltmeter gibts bereits ab 1€ auf Ebay. Nachteil: Man muss drauf schauen und es macht sich unter 10,8V nicht zusätzlich bemerkbar.

  • Warn-LED: Eine LED geht bei einer bestimmten Spannung an. Das kann man z.B. auf Basis eines Operationsverstärkers lösen. Unter einer eingestellten Spannung (10,8V) leuchtet eine LED auf. Vorteil davon ist z.B. das neu einsetzende Signal bei 10,8V und der günstige Preis von nur ca. 50ct. Allerdings muss man selber löten. Durch mehrere dieser Schaltungen mit unterschiedlichen eingestellten Spannungen kann man auch eine Kapazitätsanzeige erstellen

  • Kapazitätsanzeige: Je nach Ladezustand leuchten unterschiedlich viele LEDs. Das geht z.B. auf Basis des LM3914 recht gut. Die Info, wie voll der Akku ist, ist ein klarer Vorteil. Leider muss man auch hier wieder selber löten. Der Preis ist mit ca. 3€ auch sehr niedrig. Es gibt die Möglichkeit zusammen mit der letzten LED die gesamte Box ausgehen zu lassen, allerdings möchte ich in dem Rahmen dieses Beitrags nicht darauf eingehen, der Übersicht wegen.

  • Tiefentladeabschaltung: Es gibt fertige Tiefentladeschutz-Bausteine (z.B. von Kemo), die die Box abschalten, wenn die Spannung unter einen bestimmten Wert fällt. Diese sind sehr einfach einzubauen, leider nicht ganz billig.

     

     

     

 

Sicherungen

 

Damit ihr eure Box vor Schaltfehlern schützt, braucht ihr eine Sicherung. Diese schützt eure Box vor einem Kurzschluss indem sie durchschmilzt. Die Anforderungen an die Sicherung sind denkbar einfach: Bei einem kleinen Strom nicht auffallen, beim Kurzschlussstrom durchbrennen (und somit den Stromfluss unterbrechen)
Jetzt muss ich nochmal was zum Kurzschlussstrom erzählen. Wenn ihr beide Pole von eurem Akku mit einem verlustfreien Kabel verbindet, müsste ein unendlich hoher Strom fließen (R=U/I), das ist allerdings nicht der Fall, da eure Stromquelle (der Akku) nicht in der Lage ist beliebig viel Strom zu liefern. Bei Bleiakkus in den üblichen Größen sind das vielleicht 40A (nur dass ihr mal ne Hausnummer habt). Bei Autobatterien durchaus mehr.
Wenn ihr z.B. einen Kinter/ McFun/ Lepai verbaut, steigt der Strom nicht über 4A. Man braucht also eine Sicherung im Bereich von 4A bis 40A. Ich persönlich würde mich eher am unteren Ende bewegen, also sind in dem Fall 5-10A gut. Wenn ihr eine größere Endstufe habt, überlegt euch logisch wie viel fließen kann, oder fragt nach.
Ich persönlich verwende Feinsicherungen oder KFZ-Sicherungen. Vorteil davon: Man bekommt sie an jeder Tankstelle. Wenn ihr eine Auswahlmögichkeit habt, nehmt träge Sicherungen.
Die Sicherungen werden in dazu passende Halter gestecket. Die Kabel einfach dranlöten ist keine Option, weil die Sicherungen durch die Hitze vom Lötkolben bereits durchschmelzen können.

 

 

 

 

Kabeldicke

 

Bis jetzt ist immer der Begriff "Verlustfreies Kabel" gefallen. Das ist ein Kabel ohne Widerstand. Sowas wird euch nicht unterkommen, dennoch ist der Zustand erstrebenswert. Je größer der Querschnitt vom Kabel, desto geringer ist der Widerstand. Es gibt auch z.B. Silberkabel die bei gleichem Querschnitt einen geringeren Widerstand haben als normale Kupferkabel, allerdings sind die hier fehl am Platz (wegen dem Preis). Stinknormales Kupferkabel ist ausreichend.
Dickere Kabel werden natürlich teurer, außerdem störrischer und schlechter zu löten.
Der Widerstand eurer Kabel ist sowieso vergleichsweise gering, da ihr nur kurze Strecken haben werdet.

Deshalb MEIN Tipp:
Nehmt nicht zu dicke Kabel, denn die sind hauptsächlich störrisch und schlecht zu löten. Für Projekte der Größenordnung 2xBG20 oder so reichen 0,75mm² aus. Ab 1,5mm² wird’s m.M.n. sinnlos dick.
Für größere 2.1 Projekte kann man auch ein bisschen größer gehen, so dick muss es aber auch nicht sein.
Wenn ihr in eurer Box ein Voltmeter, LEDs, etc. anschließt, reicht der dünnste Klingeldraht aus.

 

 

 

 

Anschluss eines Verstärkers

 

So unterschiedlich wie die Verstärker sind, werden sie auch angeschlossen.
Verstärkermodule/Platinen haben meist nur einen Pluspol und einen Minuspol. Die werden ganz normal angeschlossen (+ an +, - an -)
Viele Autoverstärker haben noch einen zusätzlichen Remote Anschluss. Das hat folgenden Hintergrund: Autoverstärker (besonders sehr leistungsstarke Modelle) brauchen dicke Kabel. Die sind erstens teuer zweitens nicht einfach zu verlegen. Deshalb ist es ratsam, das Signal ob der Verstärker ein oder aus sein soll über ein anders Kabel zu geben. Bei den „mobilen“ Verstärkern ist der Hintergrund zwar nicht wirklich gegeben, allerdings stimmt die Richtung.
Wenn also zwischen Remote und Masse ein Strom fließen kann, kann auch zwischen Plus und Masse ein Strom fließen. Deshalb muss der Remoteanschluss auch auf den Pluspol gelegt werden. Den Schalter bauen wir allerdings nicht in die Leitung vom Remoteanschluss, da wir ja noch mehr als den Verstärker schalten wollen. Im Schaltplan sieht das dann so aus:

 

Es gibt auch Verstärker die eine symmertische oder eine asymmetrische Spannugnsversorgung verlangen. Bei einer symmetrischen gibt es statt zwei drei Anschlüsse. Zb einen für +12V, einen für 0V (bis jetzt alles normal) und einen für -12V. Das ließe sich z.B. durch zwei in Reihe geschaltete 12V Akkus relatisieren, bei denen man in der Mitte nochmal abgreift. Bei asymmetrischen Spannungen hat man zb +24V, 0V und -12V.

Und dann geht alles noch mit Wechselstrom statt Gleichstrom.

Bei mobilen Lautsprechern werden aber zu 95% ganz normale standart 12V Verstärker verwendet.

 

 

 

Ipod Dock

 

Auf Ebay gibt es Ipod Adapterkabel (sucht nach "Usb Aux Ipod Kabel"). Diese kann man auf der einen Seite in den Dockconnector vom Ipod stecken. Das Kabel trennt sich dann in einen 3,5mm Klinkenanschluss und in ein USB Kabel auf. Der Klinkenanschluss wird ganz normal verwendet (evtl muss man den Stecker abtrennen), das USB-Kabel kann man zum Laden verwenden wie oben beschrieben. Zu dem Thema habe ich ein Youtube Video gedreht, in dem ich nochmal sehr ins Detail gehe.

 

 

 

Lautstärkeregelung

 

Wenn ihr z.B. ein Ipod per Dock Anschluss mit der Box verbindet, ist die Lautstärkeeinstellung von ihm deaktiviert. Deshalb braucht ihr zusätzlich noch eine Lautstärkeregelung. Das geht mit einem Potentiometer. Das muss zum einen stereo sein (sofern ihr eine stereo Box habt) zum anderen logarithmisch (dadurch wird die Einstellung im unteren Bereich deutlich präziser). Als Widerstand sollte man 10kOhm bis 47kOhm nehmen. Der Anschluss ist per Text schwer zu erklären, deshalb hier ein Bild:

 

 

Das Poti wird also nicht als normaler Widerstand verwendet sondern als Spannungsteiler.

Alternativ könnt ihr auch über Youtube nach dem Thema suchen, ich habe auch dazu bereits ein Video gedreht.

 

 

 

 

Quellenumschaltung

Wenn ihr eine Quellenumschaltung haben möchtet gibt es dazu zwei Lösungsansätze: Einen Schalter mit dem ihr direkt umschaltet, oder einen Schalter der mehrere Relais „auslöst“. Bei dem ersten Ansatz braucht ihr einen Umschalter mit mindestens zwei Polen, damit ihr beide Kanäle vom Signal umschalten könnt. Wenn ihr mehr als zwei Stellungen (=Quellen) haben wollt, wird das auf einen Drehschalter hinauslaufen. Hierzu habe ich auch ein Youtube Video.
Die Umschaltung kann man auch per Relais machen. Man braucht dafür allerdings pro Zusatzquelle mindestens 2 Relais. Dafür hat man eine größere Auswahl an Schaltern, da diese nur einpolig sein müssen.

 

Es gibt auch Buchsen mit integriertem Schalter. Wenn ein Stecker gesteckt ist, ist der Stecker gewählt, ansonsten die andere Quelle.

Auf folgendem Bild ist so eine Buchse von vorne und von hinten abgebiltet:

 

 

 

 

Eingekreist sind hier die Positionen von Pins dargestellt.

Die gebogenen Linien sind die Verläufe der Metallblecke im Inneren, die für den Kontakt sorgen.

 

In blau seht ihr die Masse (innerster Kontakt am Klinkenstecker). An diesen Pin wird die andere Quelle und der Verstärker angeschlossen. Die Masse wird nicht geschaltet.

An den grünen Pin wird der linke Kanal des Verstärkers angeschlossen, an den roten der rechte Kanal.

An gelb und orange wird die zusätzliche Quelle angeschlossen.

 

Im nicht eingesteckten Zustand brührt das gelbe Blech das grüne, ebenso das rote das orangene. Am Verstärker ist jetzt also die Zusatzquelle ausgewählt.

Wenn man einen Stecker einsteckt, werden die gebogenen Bleche nach außen gebogen und haben keinen Konakt mehr zu den Zusatzpins - es wird die Musik die vom Klinkenstecker kommt wiedergegeben.

 

Damit lassen sich aber natürlich nur zwei Quellen umschalten. Meistens ist das aber genug :)

 

 

Bluetooth

Bluetooth verbauen ist sehr einfach. Empfänger gibt es zb in USB-Stick Form. Der USB Stecker ist für den Strom da, die 3,5mm Buchse für den Ton. Bei den Sticks kann es allerdings zu einem lauten Fiepen kommen. Dann braucht man noch einen Massetrennfilter.

Sure-Electroniks hat auch ein Bluetoothmodul im Programm das mit 12V läuft. Selber verwendet habe ich es aber noch nicht.

Bluetooth ist aber mit beiden Lösungen für ca 12€ möglich.

 

 

 

Verbindungstypen

 

Ihr könnt eure Lautsprecher ohne Löten aufbauen, denn so gut wie überall sind Klemmanschlüsse oder Buchsen:

 

  • Lautsprecher: Da sind Flachsteckeranschlüsse. Wenn ihr bestellt, kauft direkt mehrere Größen, die kosten ja nicht so viel. Teils findet man die auch unter der Bezeichnung Kabelschuhe.

  • Akku: Auch hier sind i.d.R Flachstecher.

  • Verstärker: Hier werden die Anschlusskabel bereits mitgeliefert (sofern eine spezielle Buchse vorkommt)
    Der Strom kommt teils über Hohlstecker in den Verstärker (einfach mal auf dem Produktbild schauen), die findet man auch übrigens an den allermeisten Geräten die mit Niedervolt funktionieren. Hohlstecker werden bei den Verstärkern teils nicht mitgeliefert. Am verbreitetsten sind Hohlstecker mit außen 5,5mm und innen 2,1mm. Kauft auch hier direkt mehrere, die kann man immer gebrauchen. Bevor die Frage aufkommt: Beim Kinter MA-700 wird z.B. kein Stromkabel mitgeliefert.

  • Ladebuchse Auch hier empfehlen sich Hohlstecker. Dann muss man den Akku zum Laden nicht immer ein und ausbauen.

 


Lüsterklemmen sind im inneren Aufbau der Box auch sehr hilfreich.
Ansonsten ist Löten eigentlich auch immer eine Option. Für sauberen Aufbau könnt ihr Schrumpfschläuche nehmen, das geht besser als Isolierband.
Bei Projekten mit mehr Elektronik (Relais, selbstbau Tiefentladeschutz) sind Lochrasterplatinen und Platinenverbinder sehr hilfreich.