Durchgangsprüfer

Ist das Kabel gebrochen? Hat die Lötstelle Verbindung? Ist zwischen zwei Leiterbahnen ein Kurzschluss? Beim Bauen und bei der Fehlersuche stellst du diese Frage dauernd. Ein Durchgangsprüfer beantwortet sie mit einem Ton, ohne dass du auf ein Display schauen musst: Die Augen bleiben an den Prüfspitzen.

Ein guter Durchgangsprüfer piept nur bei echten Verbindungen, nicht schon bei einigen hundert Ohm. Er schweigt, wenn er auf eine Diode oder einen Transistor trifft, und schickt so wenig Strom in die Schaltung, dass nichts Schaden nimmt. Multimeter haben diese Funktion meist eingebaut, mit einer Schwelle um 30 bis 50 Ω (siehe Multimeter). Hier baust du einen eigenen Prüfer, etwa für die Werkzeugkiste oder als festen Kabeltester, mit einem Komparator und einem Summer an zwei AA-Zellen.

Schaltplan

• R1, 1 kΩ: speist den Prüfstrom ein und begrenzt ihn auf 3 mA, selbst bei Kurzschluss der Spitzen.
• R2, 33 kΩ, und R3, 1 kΩ: ein Spannungsteiler, der die Schaltschwelle von 88 mV erzeugt.
• R4, 10 kΩ, und C1, 100 nF: schützen den Komparatoreingang und glätten das Kratzen der Prüfspitzen.
• IC1A, LM393: vergleicht die Spannung an der Prüfspitze mit der Schwelle. Er arbeitet ab 2 V Versorgung.
• Summer: ein aktiver Piezo-Summer mit eingebautem Oszillator für 3 bis 24 V. Er liegt zwischen +3 V und dem Open-Collector-Ausgang.
• Versorgung: zwei AA-Zellen mit einem Schiebeschalter (nicht gezeichnet).

So funktioniert die Schaltung

R1 und das Prüfobjekt R_x bilden einen Spannungsteiler. Sind die Spitzen offen, liegt die rote Spitze auf 3 V. Je kleiner R_x, desto weniger Spannung bleibt an ihm hängen:

Der Komparator vergleicht U_x am Plus-Eingang mit 88 mV am Minus-Eingang. Liegt U_x darunter, zieht sein Ausgang nach Masse, durch den Summer fließt Strom: Es piept. Liegt U_x darüber, sperrt der Ausgang, der Summer schweigt.

Der Clou liegt in der Art, wie die Schwelle entsteht. Beide Teiler hängen an derselben Batteriespannung. Sinkt sie, sinken U_x und die Schwelle im gleichen Verhältnis. Umgeschaltet wird deshalb immer beim selben Widerstand, egal ob die Batterien frisch sind oder fast leer. Solche Schaltungen heißen ratiometrisch.

Eine Diode in Durchlassrichtung lässt erst ab etwa 0,5 V nennenswert Strom fließen. Bei 3 mA Prüfstrom bleiben an ihr rund 0,55 V, weit über der Schwelle. Der Prüfer piept also nicht, wenn er über eine Diode oder die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors misst. Auch Schottky-Dioden mit etwa 0,25 V bleiben stumm.

Dimensionierung

1. Prüfstrom. Er soll klein genug sein, dass keine empfindliche Schaltung leidet, und groß genug gegen Störungen. Mit 1 kΩ an 3 V fließen bei Kurzschluss

So wenig verträgt jede LED, jeder Logikeingang und jede Leiterbahn.

2. Schwelle. Gesucht ist der Widerstand R_S, bei dem der Summer einsetzt. Beide Teiler sind dann gleich, und die Batteriespannung kürzt sich heraus:

Für R_S ≈ 30 Ω muss also R₂ / R₃ ≈ 33 sein. Mit Normwerten aus der E12-Reihe, R2 = 33 kΩ und R3 = 1 kΩ:

3. Schutz und Glättung. R4 und C1 bilden ein RC-Glied mit τ = 10 kΩ · 100 nF = 1 ms. Kurze Unterbrechungen beim Abtasten machen dann kein Knistern, sondern einen ruhigen Ton. R4 begrenzt außerdem den Strom in den Eingang, falls die Spitze versehentlich eine fremde Spannung berührt.

Bauteilliste

Varianten

Andere Schwelle. Für einen Kabeltester, der nur echte Kupferverbindungen anzeigen soll, wählst du 1 bis 5 Ω: Mit R2 = 220 kΩ und R3 = 1 kΩ sind es 4,5 Ω. Für Leiterbahnen mit Lötbrücken bleibt 30 Ω gut.

LED statt Summer. Eine LED mit Vorwiderstand an derselben Stelle zeigt den Durchgang still an. Bei 3 V ergeben 220 Ω für eine rote LED etwa 4,5 mA, das nimmt der LM393 sicher auf. Für hellere Anzeigen schaltest du über einen Transistor.

Mit Hysterese. Ein Widerstand von einigen Megaohm vom Ausgang zum Plus-Eingang verhindert ein Stottern genau an der Schwelle. Wie das funktioniert, zeigt der Komparator mit Hysterese. Weil der Summer am Ausgang hängt, ist die Hysterese aber nicht genau berechenbar; die Glättung mit C1 reicht in der Praxis.

Kleinere Leerlaufspannung. Speist du R1 aus einer Hilfsspannung von etwa 0,3 V statt aus 3 V, bleiben auch empfindliche Halbleiter im Prüfling sicher gesperrt. Die Schwelle muss dann im gleichen Verhältnis kleiner werden, auf knapp 9 mV. Dafür brauchst du einen Komparator mit sehr kleinem Offset, etwa einen Zero-Drift-OPV.

Grenzen erkennen. Soll eine Spannung zwischen zwei Werten liegen statt nur unter einer Schwelle, hilft der Fensterkomparator. Für die Überwachung der eigenen Batterie eignet sich ein Unterspannungswächter.

Typische Fehler

• Piept immer: Plus- und Minus-Eingang vertauscht. Dann piept der Prüfer bei offenen Spitzen und schweigt bei Kurzschluss.
• Piept bei Dioden: Die Schwelle ist zu hoch, etwa weil R2 und R3 vertauscht wurden. Miss die Spannung am Minus-Eingang: Sie muss bei 88 mV liegen, nicht bei 2,9 V.
• Summer stumm: Ein passiver Summer braucht eine Wechselspannung und bleibt an Gleichspannung still, ein aktiver ist gepolt. Prüfe, ob er mit 3 V direkt an der Batterie piept.
• Prüfen unter Spannung: Der Prüfer gehört nur an spannungsfreie Schaltungen. Eine fremde Spannung gegen die Spitzen kann den Komparatoreingang zerstören, negative Spannungen besonders schnell. Kondensatoren im Prüfling vorher entladen.
• Parallele Pfade: Im eingebauten Zustand misst du alle Wege zwischen zwei Punkten. Ein kleiner Widerstand oder eine große Spule parallel zur Strecke lässt den Prüfer piepen, obwohl die gesuchte Verbindung fehlt. Mehr dazu unter Widerstand messen.

Selbsttest