elektronische Blinker arbeitet im Gegentakt: Zwei LEDs sollen
automatisch umgeschaltet werden, sodass immer nur eine von beiden an
ist. Die symmetrische Blinkerschaltung nach Abb. 32 nennt man auch
einen Multivibrator. Die Rückkopplung erfolgt über zwei
Kondensatoren. Bei den Elkos muss die Polung beachtet werden, da die
Spannung am jeweiligen Kollektor im Mittel höher ist als an der
gegenüberliegenden Basis.
Der Multivibrator
Der Zustand der Schaltung bleibt immer nur so lange stabil, wie die
Kondensatoren noch umgeladen werden. Danach kippt die Schaltung in den
jeweils anderen Zustand. Mit zwei Elkos von 100 µF ergibt sich eine
sehr geringe Blinkfrequenz mit weniger als fünf vollständigen Wechseln
in einer Minute.
Ein langsamer Wechselblinker
Messungen
Die
Schaltung arbeitet so langsam, dass man ihre Funktion mit einem
Voltmeter genau untersuchen kann. Messen Sie zunächst die Spannung
zwischen Emitter und Kollektor. Im leitenden Zustand jedes Transistors
bleibt hier nur eine kleine Restspannung von ca. 0,1 V. Im gesperrten
Zustand liegt hier eine hohe Spannung von ca. 9 V - 2 V = 7 V.
Und
wie sieht es an der Basis aus? Im leitenden Zustand ist die BE-Spannung
etwa 0,6 V. Im gesperrten Zustand findet man hier eine negative
Spannung, die zu Anfang ca. - 6 V beträgt und allmählich
positiver wird, weil der Elko über den Basiswiderstand langsam
geladen wird. Nach dem Nulldurchgang wird die Spannung positiv. Sobald
etwas 0,6 V erreicht wird, geht der Transistor in den leitenden Zustand
über. Die Schaltung kippt um, der andere Transistor wird gesperrt.
Wie
sieht es eigentlich mit der Spannung an den Elkos aus? Bekanntlich darf
man einen Elko nicht an eine falsch gepolte Spannung legen. Der Pluspol
muss also an die Seite gelegt werden, die positiver ist, in diesem Fall
an den Kollektor. Das stimmt aber nur für die meiste Zeit,
für einen kurzen Moment ist der Elko falsch gepolt. Die
Kollektorspannung ist dann etwa 0,1 V, die Basisspannung des
anderen Transistors aber 0,6 V. Am Elko liegt also für kurze Zeit
die Spannung von -0,5 V. Eine Gefahr für den Elko besteht
allerdings nicht, weil die negative Spannungen nur klein ist.
Um die Schaltung bequem untersuchen zu können wurde
ein vergrößertes Demonstrationsmodell gebaut. Der auf Papier vergrößert
ausgedruckte Schaltplan wurde auf einem Karton befestigt. Ein paar Löcher
halten einige der Verbindungsdrähte. An die freien Leitungen kann das Messgerät
mit Krokoklemmen angeschlossen werden. .
Ein Hinweis von Harald Wilhelms (www.elektronik-kompendium.de/forum/forum.php): Nach allgemeiner Lehrmeinung (IMHO stehts auch so im Tietze/Schenk) sollte ein
solcher einfacher "Astabiler" mit höchstens 6 V betrieben werden. Der Grund ist,
dass normale NPN-Transistoren, wie auch der BC547, nur eine negative
Basisspannung von -6 V vertragen. In der Beschreibung wird auch erwähnt, das die
Anfangsbasisspannung im gesperrtem Zustand ca. -6 V beträgt; der Grund dafür ist
vermutlich, dass die BE-Sperrschicht bei dieser Spannung "durchgebrochen" ist.
Nun wird das insbesondere bei einer hochohmigen 9-V-Batterie nicht gleich
zur Beschädigung des Transistors führen; da es sich hier aber um ein Lehrbuch
handelt, sollte man das Problem mit der negativen Basissperrspannung zumindest
erwähnen.
Antwort: Sie haben recht, dass diese Info eigentlich dazu gehört. Das Lernpaket sollte
aber besonders einfach gehalten werden, um Schüler nicht zu
überfordern. Mehr als -6,5 V an der Basis wird nicht erreicht, weil die LEDs einen Spannungsabfall
bewirken und die Startbedingung ca. 0,6 V an der anderen Basis ist. Die Sache mit der
Durchbruchspannung wurde schon genauer untersucht (www.elektronik-labor.de/Notizen/NPNkipp.html),
sie liegt meist bei 7 V bis 10 V. Die 6 V in den Datenblättern
sind sehr vorsichtig angegeben. Bei 9 V Betriebsspannung dürften
die BE-Z-Dioden gerade noch nicht zu leiten beginnen.
Diese
Schaltung habe ich so verändert, dass sie als Wechselblinker
eingesetzt werden kann. Die Anzahl der Bauteile bleibt gleich! Hier
meine Schaltung:
Für die Besitzer eines Kosmos Baukastens habe ich noch einen Aufbauplan gezeichnet.
Der Widerstand von 3k3 Ohm kann natürlich gegen einen von 470 Ohm ersetzt werden. Die Betriebsspannung ist 9V.
Ergänzung 10.12.10: Noch eine Verbesserung, die Schaltung blinkt damit "schöner ".
Frage: Auf welchem Weg wird ein Elko in der Schaltung geladen und dann wieder entladen?
Antwort:
Hier sind die beiden Phasen mit ihren Ladeströmen für einen
der beiden Kondensatoren in Rot und Grün eingezeichnet:
