TCA 530 Ersatzschaltung

      Moin Christian,

      finde ich grossartig, dass Du Dich da so engagierst -- so kommen wir ganz sicher zu einer wirklich sehr guten Loesung !

      Auch der Hinweis auf die 68 kOhm ist hilfreich -- das werde ich mir mal im Schaltplan notieren. Ob am Ende die Drahtbruecke fuer einige der TCA 530 Ausfaelle verantwortlich sein koennte, die immer mal auftreten ? Das ist eine Frage an die Kollegen, die mehr von diesen Geraeten repariert haben.

      Besten Gruss,

      Michael

      Nachbau TCA530, Referenzspannungsquellen

      Guten Abend allerseits,

      nun möchte ich einige neue Messungen vorstellen und meinen aktuellen Stand der Nachbauten.

      Zu Beginn einige Überlegungen zur notwendigen Genauigkeit:
      Version 1 wäre die eher pragmatische Herangehensweise: +-20 mV am Ausgang (vor R517) bewirken einen Ausschlag der Mittenanzeige um knapp den halben Mittelbalken. Dazu darf die Temperaturdrift im Bereich von 15 - 40 Grad maximal +-26 ppm/K betragen.


      Version 2 wäre die Orientierung an einem Original-Abstimmbaustein mit TCA530. Dazu habe ich den Temperaturgang eines solchen Moduls gemessen. Der Temperaturfühler befand sich im Inneren des geschlossenen und abgedeckten Saba 9241. Die gelbe Kurve stellt die Ausgangsspannung des TCA530 dar, die blaue die am Rückkopplungseingang gespiegelte interne Referenzspannung des Chips. Die Temperatur stieg bis ca. 34°C, danach habe ich die Abdeckung abgenommen, um die Wirkung des Rückganges der Temperatur mit zu erfassen. Da meine Frau darauf bestand, mich auch mal wieder zu sehen, habe ich den Abkühlvorgang durch Frischluftzufuhr beschleunigt. Dadurch sind aber Temperaturgradienten entstanden, die die seltsamen Haken am Ende der Kurve verursachten.



      Was man an der blauen Kurve sieht: Innerhalb weniger Minuten (1 Messpunkt alle 30 Sekunden) wirkt die innere Heizung des Chips und bringt die Referenzspannung in einen stabilen Bereich. Die restliche Schwankung bewegt sich im Bereich von ca. 0,5 mV --> TK nach Stabilisierung im betrachteten Bereich: ca. -1 ppm/k

      Die Ausgangsspannung hat etwas größere Abweichungen: beim Erwärmen steigt die Ausgangsspannung um ca. 6 mV. Das entspricht ca. 12 ppm/K. Nicht verwunderlich, die Widerstände des Spannungsteilers für den Fehlerverstärker bestehen aus Kohleschichtwiderständen, die relativ hohe - und vermutlich nicht exakt gleiche TKs aufweisen.
      Trotzdem: Ein Spitzenwert, bei 6 mV Abweichung der Ausgangsspannung über den gesamten Temperaturgang würde das Mitteninstrument kaum sichtbar reagieren - wenn es der einzige Einfluss wäre. Bei mir hat sich der Zeiger bis auf die Hälfte des Leerraumes zwischen Mittelbalken und erstem folgenden Strich bewegt - die schon bekannte Temperaturdrift des Tunermoduls.

      Kann man sowas mit Hobbymitteln nachbauen? Welche Referenzspannungselemente sind geeignet? Man kann, aber mit Wald-und-Wiesen-Elementen wird es schwierig. Zumindest, wenn man nicht heizen will. :P



      TKs der verschiedenen Referenzen:
      LM336 -5 mit Diodennetzwerk und Einsteller, getrimmt auf geringen TK: ca. 8 ppm insgesamt, gekrümmte Kennlinie
      LT1029 ACZ: 9 ppm/K
      LT1021 DCN8: -3,5 ppm/K
      ADR01: -2 ppm/K
      TL431: -35 ppm/K
      MAA723: - 50 ppm/K (LM723-Nachbau aus Vorwendezeiten, heutige Chips versprechen ca. +-30 ppm)
      TCA530, interne Referenzspannung, nur zum Vergleich: 8 ppm/K, wird durch Thermostatisierung auf unter 1 ppm/K abgesenkt.

      Variante - 2 - Nachbau: Den ADR01 - pingleich zum REF01- gibt es für ca. 2,50€ in der hier verwendeten, weniger genauen A-Ausführung. Leider ist er nur in SMD-Gehäusen verfügbar, die Integration ist mit Hobbymitteln etwas fummelig. Den LT1021 gibt es auch als DIL8, sogar in einer nochmals engeren B-Spezifikation, liegt dann aber schon bei mehr als 6 €/Stück. Dazu kommt der relativ teure Dual-Opamp LT1013, der aber aufgrund seiner zulässigen Versorgungsspannung von bis zu 44V, seines relativ niedrigen Eigenstromverbrauches, geringster Drift und hohen Eingangswiderstandes bleiben sollte. Die Widerstände R2 und R4 und ggf. auch R5 sollten mit Metallschicht-Exemplaren mit gleichem Temperaturkoeffizienten bestückt werden. Mein Muster läuft mit TK25-Widerständen und erzielte eine Temperaturdrift von -3 ppm/K am Ausgang.




      vergrößerbare Variante

      Wer meine oberen Posts gelesen hat, erinnert sich vielleicht an die Aussage, dass die Ausgangsspannung bei meiner ersten Messung mit dem LM336 nicht dem Referenzspannungsverlauf folgte. Die Ursache lag in der kaum vorhandenen Gleichtaktunterdrückung des AFC-Verstärkers von nur 13 dB. Die ist in dieser Schaltung durch Anpassung der Widerstände um U3 nun deutlich verbessert und erreicht ca. 30 db.
      Ziel erreicht.

      Die weniger anspruchsvolle Variante kommt mit Bauteilen aus dem Standardbauteile-Reservoir aus. Ich habe mehrere LM431-Ableger gemessen und war doch positiv überrascht, dass deren TK oft relativ niedrig lag. Von Jogi und Reinhard empfohlen, bietet dieser Dreibeiner zudem die Möglichkeit, ca. 20 V Referenzspannung zu erzeugen. Damit kann man dann den alten Spannungsteiler belassen. Mein Muster läuft nach folgender Schaltung:




      vergrößerbare Variante

      Um mit Standardbauteilen auszukommen, und trotzdem eine Aussteuerung bis ca. 32 V hinzubekommen, sind nun zwei Zenerdioden in Reihe geschaltet, um die Betriebsspannung auf 34 - 35 V zu bekommen. Das ist ziemlich knapp am 36V-Limit für den TL082. Wer sichergehen will, greife wieder zu einer 44V-Variante. Die mir verfügbaren Kandidaten NE5532, MC34072 und LT1013 kann man dazu nutzen. Beim MC34072 muss R1 einen geringeren Widerstand aufweisen, da er einen hohen Ruhestrom hat.
      Der Spannungsteiler am TL431, bestehend aus R3 und R9 sollte im Interesse geringer zusätzlicher Temperaturdrift wieder mit Metallschichtwiderständen mit gleichem TK aufgebaut werden.

      Das Manko der Schaltung ist der TL431. Die von mir gemessenen vier Exemplare wiesen alle unterschiedliche TKs auf. Wenn man auf geringe Drift Wert legt, muss man sich mehrere besorgen und ausmessen. Das Datenblatt lässt Werte bis +-100 ppm/K zu. Dafür gibt es sie oft umsonst, z. B. in alten PC-Monitoren oder Schaltnetzteilen.

      vermessene Beispiele aus meiner Bastelkiste:
      SC431, Baujahr '91: +10 ppm/K
      SC431, Baujahr '85: -15 ppm/K
      LM431A: -65 ppm/K
      TL431: -35 ppm/K

      Ich habe nun ein spezielles Exemplar ausgesucht, um die Tunerdrift auszugleichen, und eine Abstimmspannung mit kräftig negativem TK erzeugt. Vielleicht nicht die eleganteste Art, aber ebenfalls pragmatisch.



      Nicht wundern über die geringe Anzahl Messpunkte. Ich hatte vergessen, die automatische Datenaufzeichnung zu aktivieren, dafür aber nach alter Schule Messwerte auf Papier notiert.
      TK: -100 ppm/K.
      Die Ausgangsspannung folgt nun dank verbesserter Gleichtaktunterdrückung auch schön der Referenzspannung.
      Außerdem bleibt die Abstimmanzeige jetzt schön im Mittelbalken.
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      Gefällt mir, gleiche Argumentation wie von Andreas, ich mag es einfach wenn eifrig Kernerarbeit geleistet wird anstatt in einen Chor der Heulbojen einzustimmen.
      Daumen hoch!
      Gruß Jogi
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      Hallo,

      vielen Dank für die Blumen. Die Anerkennung von den "alten Hasen" des Forums freut mich sehr.

      Ja, eine kleine Plug-and-Play-SMD-Platine wäre nett und ist im Bereich des Machbaren. Ich bin jedoch recht unbedarft hinsichtlich Layoutentwicklung und Leiterplattendesign. Wenn da jemand mit Erfahrung im Umgang mit Eagle einspringen könnte, wäre es sicher gut.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Ein Tip zum Designen, lieber Christian.

      Eagle ist wie so viele ECADs völlig über das Ziel hinaus konzipiert und dann zu kurz gesprungen.
      Es gibt kein WYSIWYG und der entstehende Schaltplan ist suboptimal, vergleich mal den "Auswurf" mit einem klassichen deutschen mitgelieferten Plan von SABA oder Grundig.

      Wir arbeiteten früher als ich als Entwickler tätig war mit echten Profisystemen wie PCAD und Autocad. Da kommt der Hersteller ins Haus, installiert die Mehrmonitoranlage, installiert die benötigten Programmteile, wartet alles regelmäßig und schult die Design-Assistenten regelmäßig. Die Kosten kann man ungefähr erahnen. Das ist natürlich eine ganz andere Welt, das macht auch nicht der Entwicklungsleiter nebenbei zwischen Butterbrot und Appelkulle sondern ein extra Design-Assistent der den ganzen Tag lang nichts anderes macht als die Aufträge der verschiedenen Projektleiter auszuführen.

      In diese Richtung zielen Programme wie Eagle auch, aber auf viel kleinerem Fuß, es ist sozusagen nicht Fisch und nicht Fleisch. Es ist für Kleinbetriebe gedacht wo der Inhaber tagsüber entwickelt und Kunden akquiriert und sich zusätzlich die Nächte mit Eagle-lernen um die Ohren schlägt. Alleine die Konventionen und Bezeichnungen der Vorgänge sind alle individuell, ungenormt und das Ergebnis ist ein scheinbar professionelles, aber dennoch unvollkommenes Zeug. Kann man machen aber es ist unerquicklich und bringt einen nicht weiter in Sachen Selbstschulung.

      Wenn ich privat für mich und ohne auf diese oben beschriebene Betriebs-Infrastruktur zuzugreifen etwas zusammen fummeln möchte, dann nehme ich dazu nicht so ein Eagle und wie sie alle heißen, was nicht Fisch und nicht Fleisch ist, sondern ich nehme etwas wo ich sofort und ohne Lernphase drauflos zeichnen kann. Ohne Kosten geht das, zumindest wenn man sich auf den Stromlaufplan beschränkt, mit dem Editor von beispielsweise LTSpice.

      Will man sich was gutes tun, und nicht wie wir ganz früher mit der Schablone Bauteile malen und Layouts auf Rohmaterial kleben, dennoch im einfachen privaten Rahmen bleiben, dann gibt es in der Oberfläche einheitlich angepaßte Schaltplan- und Layout-Software von Abacom. Kostet ein bisschen was, aber lange nicht soviel wie Eagle. Man konnte es früher zumindest auch für kleinere Projekte als Testversion kostenlos installieren und bei Gefallen nachlizensieren, wie das heute zugeht weiß ich nicht.

      Angenehm ist auch das ein Lochrastermodul dazu passend gibt. Mit diesem kann man Probeaufbauten auf Loch- oder Streifenraster am PC vorplanen, hat den Lageplan für den praktischen Aufbau, sieht wie die Normbauteile im Aufbau später zusammen passen usw. Viele Entwicklungen laufen ja organisch ab, man kann dazu eine fertige Industrieleiterplatte nicht gut gebrauchen, genau hier füllt der Lochraster-Simulator die Lücke, für die praktische Überprüfung braucht man nur noch den Lageplan und den Verdrahtungsplan auf realem Lochraster nachbasteln.

      SMD halte ich für Kleinserien und Einzelstücke für nicht zielführend und äußerst unerquicklich. Wir haben mal in den absoluten SMD-Anfangszeiten anlässlich einer internen Weiterbildung bei Siemens bekannte Logik-ICs als SMD Diskretaufbauten nachgebaut, das war ziemlich spaßfrei hat allerdings bei Außenstehenden zu Oh- und Ah-Effekten geführt. Ohne die große Anzahl an speziellen Werkzeugen wäre das nicht gut gegangen, privat würde ich den Teufel tun mich damit zu belästigen.
      Es gibt übrigens auch sehr stark miniaturisierte Diskretbauteile in normal bedrahteter Technik. Ich arbeite hier oft mit Widerständen die kaum 3 Millimeter lang sind und ähnlichen Kondensatoren, es ist also auch so möglich sehr kompakt zu bauen. Ein sehr guter Stereo Phono-Vorverstärker mit fein angepaßtem selektierten Entzerrer-Netzwerk ist damit auf einer Fläche möglich die auch ohne ein einziges SMD-Teil in eine IC-Fassung paßt. Das Modell konnte ich vor über 35 Jahren schon in eine große Anzahl, auch eng gebauter Plattenspieler integrieren, zur Freude der Besitzer.
      Gruß Jogi
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      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „Jogi“ ()

      Hallo Jogi,

      Sprintlayout von Abacom habe ich mir angeschaut. Man kann mit der Demo ganz gut testen, auch die Bedienung lässt sich schnell lernen. Aber alle Funktionen für die Ausgabe, beziehungsweise Speicherung sind jedoch gesperrt.
      So habe ich mich doch mit Eagle befasst und bei der Bedienung ein wenig von meinen längst verschollen geglaubten Autocad-Kentnissen profitiert. Die Schaltpläne sehen wirklich unschön aus, aber was mir sehr geholfen hat, ist die automatische Generierung der Luftlinien beim Übergang ins Layout.

      Angehängt findet sich mein Layoutentwurf. Falls jemand noch Tipps zur Verbesserung hat, ich bin ganz Ohr.

      Die Mutingschaltung ist mit untergebracht, auch die Vorstabilisierung per Zenerdiode. Die Leiterplatte bemisst sich auf 12 x 22 mm, die Höhe kommt auf ca. 10 mm, müsste also direkt auf den Platz des zu ersetzenden TCA passen.
      Morgen kontrolliere ich noch einmal das Layout auf Übereinstimmung mit dem Schaltplan und werde anschließend wohl mal ein Muster ätzen lassen. Dann wird es spannend, was das SMD-Löten betrifft. Mit einer feinen Spitze könnte es klappen.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Hi Christian,

      das sieht doch schon richtig gut aus ! Im Hinblick auf die potentiellen Nutzer einer solchen Platine, von denen es nicht wenige geben duerfte, waere es noch schoen, wenn man fuer die Leiterbahn zwischen 7 und 8 eine andere Loesung finden koennte, damit es da nicht so eng zugeht. Vielleicht mit einem 0-Ohm-Widerstand (sprich: Bruecke)? Nicht alle Leser und Nutzer hier sind Spezialisten in Sachen Kunstloetungen ...

      Bin gespannt auf den Praxisbericht -- das sieht nach einer perfekten und langfristigen Loesung aus !

      Besten Gruss, und Dank' fuer Deine Muehe,

      Michael
      Für erste Schritte in EAGLE recht schönes Ergebnis!

      Sofern keine Notwendigkeit besteht, mache Leiterbahnen nicht unnötig schmal.
      Kleiner Tip, jetzt eher allgemein.
      Mache ich doppelseitige Platinen in Kleinserie, die ich auch selbst ätze, vermeide ich möglichst Vias.
      Via geht natürlich, z.B. mit Bohrung 0,7 mm, kurzes Stück Silberdraht durchgesteckt und beidseitig verlötet.
      Häufig kann man Vias bei geschickter Mischbestückung vermeiden.
      Ein bedrahtetes Bauteil wird dann oben und unten verlötet, ergibt die Durchkontaktierung.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com
      Hallo Andreas,

      die Platinen mach ich nicht selber. Ich habe bisher nur gaanz wenige Printplatinen angefertigt und aus Ermangelung entsprechenden Equipments dazu die Tonertransfer-Methode genutzt. Damit habe ich mich nicht an eine solch filigrane Bahnführung gewagt. Deine Tipps werde trotzdem zukünftig beherzigen.

      Noch ein wichtiges Wort zum gegenwärtigen Layout für potentielle Nachnutzer: Der von mir vorgeschlagene LT1013 besitzt in seiner SMD-Variante eine abweichende Pinbelegung zur DIL-Variante. Es gibt ihn auch nur in dieser Belegung als SO8. Das habe ich aber erst bemerkt, als der Auftrag an den Platinenfertiger raus war.
      Folge: Mit diesem Layout sind nur NE5532, MC34072 und ggf. einige weitere Op Amps nutzbar, die als SO8 folgende Belegung aufweisen:

      1: Ausgang 1
      2: IN - 1
      3: IN + 1
      4: neg. Supply

      5: IN + 2
      6: IN - 2
      7: Ausgang 2
      8: Vdd

      Platinen und SMD-Bauelemente sind bestellt, ich berichte nach der Fertigstellung des ersten Exemplares weiter.

      Gute Nacht allerseits,
      Christian
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      ...und läuft

      Hallo zusammen,

      die ersten beiden Exemplare des TCA530-Ersatzes sind heute fertig geworden und funktionierten auf Anhieb. Während des Wartens auf die Platinen habe ich mir die Zeit mit Lesen vertrieben. Tietze und Schenk hatte noch einen Tipp bezüglich Gleichtaktunterdrückung eines Subtrahierverstärkers. Deshalb gibt es auf den gelöteten Exemplaren nun noch einen Widerstand mehr, der opportunistisch an Pin 5 des OpAmps gelötet wurde und zur Referenzspannung führt. Die Widerstände rund um U2 können nun niedriger ausfallen, der AFC-Verstärker geht auch bei maximal möglicher Eingangsdifferenz nicht mehr in die untere Begrenzung und der Wert des Rückkoppelungswiderstandes passt besser zum relativ niedrigen Eingangswiderstand des NE5532. Der reicht nun locker für die Anforderungen der Schaltung aus. Die Gleichtaktunterdrückung erreicht mit dieser Version nun 45 dB.
      Die untenstehende LT-Spice-Schaltskizze (blau) beinhaltet auch die Bauelemente auf dem Modul. Die Eagle-Schaltskizze (braungrün) beinhaltet nur die Bauelemente der Ersatzschaltung, dafür ergänzt um die Muting-Bauelemente.


      Das SMD-Löten ging leichter als gedacht. Aber Lötzinn mit 0,5 mm Durchmesser und eine feine Spitze am geregelten Lötkolben müssen sein.

      Da ausreichend Platz auf der Platine war, werde ich am Ende der Aktion einige Exemplare übrig haben. Wer also Bedarf an einem solchen Ersatzbaustein inkl. der neuen Spannungsteilerwiderstände hat, kann sich gerne per Mail oder PN bei mir melden.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Man wagt es kaum Kritik anzubringen ob der lobenswerten Fleißarbeit.
      Ich würde - zumindest beim Auflegen einer Kleinserie - Stiftsockelleisten für den Kontakt zum IS-Sockel nehmen.
      Gruß Jogi
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      Es müsste was sein, das man beidseitig verlöten kann. Die Pins dienen meist auch der Durchkontaktierung.
      Richtig geschaut, Achim, da kann es funken. Aber es ist noch Luft dazwischen. Der Korrekturdraht ist da etwas nach oben gebogen. Ich mach einen Tropfen Heißkleber drauf.

      Viele Grüße,
      Christian
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