Das Labornetzgerät PS-303D von Conrad Electronic verfügt über digitale LC-Anzeigen für Spannung und Strom. Die Stromanzeige zeigt hierbei zwei Nachkommastellen, während die Spannungsanzeige nur eine Nachkommastelle zeigt. Um die Ausgangsspannung genauer ablesen zu können, habe ich die nachfolgend beschriebene Erweiterung vorgenommen. (Aug. 2011)

Das Netzgerät verwendet handelsübliche 3½-stellige LCD-Panelmeter mit einem Messbereich von 199,9 mV als Anzeigen. Der Messbereich eines solchen Panelmeters kann durch Vorschalten eines Spannungsteilers mit einem Teilungsfaktor von 10, 100 oder 1000 auf 1,999 V, 19,99 V oder 199,9 V erweitert werden. Meist sind hierfür Lötpunkte auf der Platine des Panelmeters vorhanden, an welchen die Widerstände des Spannungsteilers angebracht werden können. Das Panelmeter zur Spannungsmessung ist ab Werk mit einem Spannungsteiler mit einem Teilungsfaktor von 1000 versehen und verfügt damit über einen Messbereich von 199,9 V. Dies ist der kleinste ausreichende Messbereich für die maximal einstellbare Ausgangsspannung des PS-303D von 30 V. In diesem Messbereich zeigt das Panelmeter allerdings nur eine Nachkommastelle. Im 19,99-V-Bereich werden zwei Nachkommastellen gezeigt, jedoch deckt dieser Messbereich nicht den gesamten Ausgangsspannungsbereich des Netzgerätes ab.

Um zumindest Spannungen bis 19,99 V mit zwei Nachkommastellen ablesen zu können, habe ich eine automatische Bereichsumschaltung nachgerüstet, welche zwischen dem 19,99-V-Bereich und dem 199,9-V-Bereich umschaltet. Die automatische Bereichsumschaltung muss abhängig von der zu messenden Spannung den Teilungsfaktor des Spannungsteilers sowie den Dezimalpunkt des Panelmeters umschalten.

Spannungsteiler am Panelmeter
Spannungsteiler am Panelmeter
Auf der Abbildung sind die beiden Widerstände des Spannungsteilers am Panelmeter erkennbar.

Das Panelmeter ist im Originalzustand mit einem Spannungsteiler von RB = 100 kΩ und RA = 100 Ω versehen, womit sich ein Teilungsfaktor von UE ÷ UA = (RB + RA) ÷ RA = (100k Ω + 100 Ω) ÷ 100 Ω = 1001 ergibt. Um einen Teilungsfaktor von 100 zu erhalten, muss RB auf RB = (UE ÷ UA − 1) ⋅ RA = (100 − 1) ⋅ 100 Ω = 9,9 kΩ geändert werden. Dies kann erreicht werden, indem zu RB mit 100 kΩ ein Widerstand mit 10988 Ω parallelgeschaltet wird. In der Praxis wird eine Reihenschaltung von einem 10-kΩ-Widerstand und einem 2-kΩ-Trimmer verwendet, welche mit dem Schließerkontakt eines Relais parallel zu RB geschaltet werden kann. Der Trimmer ermöglicht neben der genauen Einstellung des geforderten Widerstandswertes auch den Ausgleich von Toleranzen.

Neben der Umschaltung des Spannungsteilers ist auch die Umschaltung des Dezimalpunktes des Panelmeters erforderlich. Für jeden der drei möglichen Dezimalpunkte ist ein Lötpunkt auf der Platine des Panelmeters vorhanden. Bei den Panelmetern des PS-303D sind diese Lötpunkte mit „P1“, „P2“ und „P3“ gekennzeichnet. Um einen Dezimalpunkt einzuschalten, muss der entsprechende Lötpunkt mit einem gemeinsamen Lötpunkt verbunden werden. Oftmals sind statt nur einem ebenfalls drei gemeinsame Lötpunkte vorhanden, welche einfach elektrisch verbunden sind. Diese Lötpunkte sind bei den Panelmetern des PS-303D mit „ON“ gekennzeichnet. Um einen Dezimalpunkt auszuschalten, kann der entsprechende Lötpunkt bei den meisten Panelmetern einfach offen gelassen werden. Bei den Panelmetern des PS-303D sind hierfür jedoch zusätzliche Lötpunkte vorhanden, welche mit „OFF“ gekennzeichnet sind. Um zwischen zwei Dezimalpunkten umzuschalten bzw. um einen Dezimalpunkt einzuschalten und einen anderen dabei auszuschalten, wären zwei Umschaltkontakte erforderlich, deren Wechsler mit den Lötpunkten der Dezimalpunkte und deren Öffner und Schließer mit ON und OFF verbunden werden. Da bereits einer der beiden Umschaltkontakte des verwendeten Relais für die Umschaltung des Spannungsteilers verwendet wird, musste die Umschaltung der Dezimalpunkte mit einem Umschaltkontakt auskommen. Dazu wurden P1 und P2 über 220-kΩ-Widerstände mit OFF verbunden. Der Wechsler des Relais wurde mit ON verbunden und Öffner und Schließer mit P1 und P2.

Um das Relais abängig von der Ausgangsspannung anzusteuern, wird ein Schmitt-Trigger verwendet. Die Schaltschwelle dieses Schmitt-Triggers liegt knapp unter dem Ende des kleineren Messbereichs von 19,99 V.

Schaltplan
Schaltplan
An „+12V“ wird die Betriebsspannung von 12 V angelegt. Die Betriebsspannung muss auf die Ausgangsmasse des Netzgerätes bezogen sein. An „+Ausgang“ wird die Ausgangsspannung des Netzgerätes angelegt. Die Spannung wird mit dem Spannungsteiler aus 27 kΩ und 10 kΩ um den Faktor 3,7 verringert und dem invertierenden Eingang des OPVs zugeführt. Mit dem Spannungsteiler aus 10 kΩ und 6,8 kΩ wird eine Referenzspannung von ca. 4,85 V erzeugt, welche dem nichtinvertierenden Eingang des OPVs zugeführt wird. Mit dem 680-kΩ-Widerstand arbeitet der OPV als Schmitt-Trigger, dessen Schaltschwelle bei ca. 4,85 V ⋅ 3,7 = 17,945 V liegt. Wenn die Ausgangsspannung des Netzgerätes unter dieser Spannung liegt, ist das Relais angezogen, und das Panelmeter befindet sich im 19,99-V-Bereich. Wenn die Ausgangsspannung erhöht wird, fällt das Relais ab, womit in den 199,9-V-Bereich umgeschaltet wird.

Die Schaltung benötigt eine Betriebsspannung von 12 V, welche auf die Ausgangsmasse des Netzgerätes bezogen sein muss. Im Idealfall kann eine bereits im Netzgerät vorhandene Spannung genutzt werden. Ein Blick in den Schaltplan des PS-303D zeigt, dass die Wicklungsumschaltung mit einer Spannung von 12 V versorgt wird, welche mit einem Linearregler erzeugt wird und auf die Ausgangsmasse des Netzgerätes bezogen ist. Diese Spannung sollte die zusätzliche Belastung mit ca. 15 mA durch die automatische Bereichsumschaltung problemlos verkraften können, weshalb sie als Betriebsspannung verwendet wird.

Einbau der Schaltung
Einbau der Schaltung
Die Schaltung wurde auf einer Streifenrasteplatine aufgebaut. Rechts befindet sich das Miniaturrelais „FRT5 DC12V“ von Reichelt Elektronik, dessen Gehäuse ich leider etwas demoliert habe. Rechts unterhalb des Relais ist der 2-kΩ-Trimmer zu erkennen. Die Platine wurde mit einem 20 mm langen Abstandshalter mit M3-Innengewinde am Panelmeter montiert.
Anschluss
Anschluss
Die Abbildung zeigt, wie die Betriebsspannung für die Schaltung und die Ausgangsspannung von der Platine des Netzgerätes abgenommen wird.
Anzeige mit zwei Nachkommastellen
Anzeige mit zwei Nachkommastellen
Auf dem Bild zeigt das Panelmeter eine Spannung im 19,99-V-Bereich. Der 19,99-V-Bereich wurde mit einem Digitalmultimeter kalibriert.