Levitron

Das Levitron benötigt zwar nicht allzu viele Bauteile, ist aber dennoch nicht ganz trivial im Nachbau. Zum Abgleich bzw. zur Fehlersuche ist ein Oszilloskop sehr vorteilhaft.

Hier ist der Schaltplan zum Download.

Zur Schaltung:

Die Spannungsversorgung (irgendwas zwischen 12 und 15 Volt) liefert ein günstiges Steckernetzteil mit 0,5A. IC1 (7805) definiert die Spannung für den Hallsensor und den Abgleichregler auf 5V. Der Hallsensor SS495A liefert - je nach Größe des gemessenen Magnetfelds - eine Spannung zwischen Null und 5V, ebenso lässt sich mit dem Regler R1 eine Spannung zwischen Null und 5V einstellen. R1 wird entsprechend des Gewichtes des schwebenden Magnets eingestellt.

Diese beiden Spannungen werden in dem Differenzverstärker IC2 (µA741) miteinander verglichen, bei einer Differenz wird der MOSFET Q1 angesteuert, der die Spule L1 des Elektromagneten mit Strom versorgt. Aufgrund der Rückkopplung beginnt das System mit ca. 500...1000 Hz zu schwingen, d.h. die Regelung erfolgt bis über tausendmal pro Sekunde.

D1 ist eine Rücklaufdiode, hier wird die Gegeninduktionsspannung der Spule beim Abschalten des Stromes gefressen. Die antiparallel geschalteten LEDs ganz rechts dienen der Visualisierung der aktiven Regelung. Die LEDs flackern, wenn der Magnet korrekt in Schwebe gehalten wird.

Checkpoints:

Versorgungsspannung am linken Bein des 7805, 5V am rechten Bein
Pin 7 des Operationsverstärkers: 15V
rechtes Bein von Q1 (Source): 15V
Pin2 des Operationsverstärkers: 0...5V, einstellbar mit R1
Pin3 des Operationsverstärkers: 0...5V bei Annäherung eines Magneten an das Hallelement
Pin6 des Operationsverstärkers: beim Drehen von R1 springt die Spannung schlagartig zwischen 0 und 15V
Pin6 des Operationsverstärkers: R1 auf Mittelstellung. Magnet an den Hallsensor nähern: die Spannung springt schlagartig zwischen 0 und 15V

Hinweise:

Wenn obige Checkpoints geklärt sind, scheint die Schaltung ok zu sein. Richtig ausprobieren kann man erst nach dem kompletten Zusammenbau.

Der Elektromagnet wird mit ca. 1000 Windungen selbst gewickelt (die genaue Anzahl ist nicht wirklich wichtig, da mit R1 ohnehin eingeregelt wird). Als Eisenkern eignet sich eine Innensechskant-Schraube M10 x 80. Auf die überstehenden Windungen der Schraube wird ein Stück Schlauch aufgeschoben, der seitlich einen kleinen Schlitz bekommt, um das Hallelement hineinzuschieben.

Nähert man den Magneten an, sollte man ein Vibrieren spüren, LED1 und LED2 flackern. Fehlr das Vibrieren, ist evtl. der Hallsensor falsch herum eingesteckt worden.

Material:

SS495A, Hallsensor: Conrad
IRF4905, MOSFET: Conrad
µA741, OP: Conrad
Spulenkörper 38-28-14 (Best.Nr. 38-205): Fa. Ellmitron, 75210 Keltern
Kupferlackdraht 0.4mm (Best.Nr. 46-201): Fa. Ellmitron, 75210 Keltern
Eisenkern: Innensechskant-Schraube M10x80; 2 Beilagscheiben, Mutter

Nachtrag:

Spulenwickeln kann lästig sein. Mit einem Akkuschrauber, einer Lichtschranke und einem Ereigniszähler wird's schnell zum reinen Vergnügen: