Das Conrad Lernpaket Elektronik verstehen
1 Vorbemerkungen
Das
komplette Handbuch des Lernpakets ist auf der Conrad-Seite in vielen
Sprachen als freies PDF erhältlich, allerdings nur in Schwarzweiß. Auf
Bitten einiger Leser kommt hier das Handbuch in leicht
abgewandelter Form mit farbigen Bildern. In einigen Fällen waren die
originalen Vorlagen nicht mehr aufzufinden. Dann habe ich ersatzweise
Fotos aus dem Franzis-Lernpaket Elektronik verwendet. Auf einigen wenigen Bildern sieht man daher Tastschalter, die im Conrad-Lernpaket nicht enthalten sind.
2 Stromverstärkung
Die Schaltung
zeigt die Grundfunktion des NPN-Transistors. Es gibt zwei Stromkreise. Im
Steuerstromkreis fließt ein kleiner Basisstrom, im Laststromkreis ein größerer
Kollektorstrom. Beide Ströme gemeinsam fließen durch den Emitter. Da der
Emitter hier am gemeinsamen Bezugspunkt der Schaltung liegt, nennt man diese
Schaltung auch die Emitterschaltung. Sobald der Basisstromkreis geöffnet wird,
fließt auch kein Laststrom mehr. Der Basisstrom ist sehr viel kleiner als der
Kollektorstrom. Der kleine Basisstrom wird also zu einem größeren
Kollektorstrom verstärkt. Der Basiswiderstand ist 470-fach größer als der
Vorwiderstand im Laststromkreis. Der kleine Basisstrom ist an der geringen
Helligkeit der grünen LED erkennbar. Der Transistor BC548B verstärkt den
Basisstrom etwa 300-fach, sodass die rote LED wesentlich heller ist als die
grüne LED.
Ein NPN-Transistor in
Emitterschaltung
Schalten sie einen zweiten
Widerstand von 470 kΩ parallel zum vorhandenen Basiswiderstand. Damit
steigt der Basisstrom, und auch der Kollektorstrom wird größer. Der Transistor
ist nun voll durchgeschaltet, d.h. auch ein noch größerer Basisstrom kann den
Kollektorstrom nicht mehr steigern. Wenn sie einen 22-kΩ-Widerstand
parallel schalten, wird die rote LED nicht mehr heller. Der Transistor arbeitet
nun wie ein Schalter. Zwischen Kollektor und Emitter liegt nur noch ein sehr
kleiner Spannungsabfall von etwa 0,1 V. Der Kollektorstrom ist bereits durch
den Verbraucher begrenzt und kann nicht weiter steigen. Zwischen Basis und
Emitter findet man eine Spannung von etwa 0,6 V, die sich bei einer
Stromänderung nur geringfügig ändert.
Stromverstärkung
Die LEDs dienen zum Anzeigen
der Ströme. Die rote LED leuchtet hell, die grüne kaum. Nur in einem völlig
abgedunkelten Raum ist der Basisstrom als schwaches Leuchten der grünen LED zu
erkennen. Der Unterschied ist ein Hinweis auf die große Stromverstärkung.
3 Plus und Minus getauscht
Ein PNP-Transistor hat exakt
die gleiche Funktion wie ein NPN-Transistor, aber mit umgekehrter Polarität.
Der Emitter liegt daher nun am Pluspol der Batterie.
Ein PNP-Transistor in
Emitterschaltung
Untersuchung der
Stromverstärkung des BC557
4 Nachlaufsteuerung
Ziel dieser Schaltung ist eine
LED-Taschenlampe mit automatischem Nachleuchten. Die Innenbeleuchtung von Autos
funktioniert oft nach diesem Prinzip: Wenn Sie den Wagen verlassen haben,
leuchtet die Lampe noch eine gewisse Zeit lang und geht dann langsam aus.
Wenn Sie einen Elko mit der
korrekten Polung an die Batterie halten, nimmt er eine elektrische Ladung auf.
Nach der Trennung von der Batterie bleibt diese Landung lange erhalten. Der
Elko kann dann mit einer LED verbunden werden. Es entsteht ein kurzer
Lichtblitz. Der Elko entlädt sich in einem kurzen Augenblick.
Die Stromverstärkung eines
Transistors kann verwendet werden, um die Entladezeit eines Kondensators zu
verlängern. Die Schaltung verwendet einen Elko mit 100 µF als
Ladekondensator. Nach einem kurzen Druck auf den Tastschalter ist er aufgeladen
und liefert nun für längere Zeit den Basisstrom der Emitterschaltung.
Verzögerte
Ausschaltung
Die Entladezeit wird durch
den großen Basiswiderstand erheblich verlängert. Nach etwa zwei Sekunden ist
der Elko zwar bereits weitgehend entladen. Nach dieser Zeit reicht der
Basisstrom aber immer noch für eine geringere Aussteuerung des Transistors. Der
Kollektorstrom nimmt nur allmählich ab.
Die Nachleucht-Taschenlampe
Solange Sie den Taster
gedrückt halten, leuchtet die LED mit voller Helligkeit. Es genügt aber schon ein
kurzer Tastendruck zum Einschalten der LED. Danach bleibt sie etwa zwei
Sekunden lang voll eingeschaltet und leuchtet danach immer schwächer. Nach etwa
einer Minute ist immer noch ein schwaches Glimmen zu erkennen. Tatsächlich geht
die LED auch nach langer Zeit nicht ganz aus. Der Strom sinkt aber auf so
kleine Werte, dass er keine sichtbare Wirkung mehr hat.
5
Berührungssensor
Eine Lampe kann man mit einem
einfachen Schalter schalten. Mit einer geeigneten Transistorschaltung lässt
sich jedoch auch ein Berührungssensor aufbauen. Zwei Drähte oder Metallkontakte
berühren sich dabei nicht direkt, sondern sie müssen nur mit dem Finger berührt
werden.
Die Stromverstärkungsfaktoren
zweier Transistoren lassen sich multiplizieren, wenn man den verstärkten Strom
des ersten Transistors als Basisstrom des zweiten Transistors noch einmal
verstärkt. Die Schaltung nennt man auch eine Darlington-Schaltung.
Die Darlington-Schaltung
Wenn man von einem
Verstärkungsfaktor 300 für jeden der Transistoren ausgeht, hat die
Darlington-Schaltung eine Verstärkung von 90000. Nun leitet bereits ein
Basiswiderstand von 10 MW genügend um die LED einzuschalten. Im realen Versuch
kann man statt des extrem hochohmigen Widerstands einen Berührungskontakt
verwenden. Wegen der großen Verstärkung reicht bereits eine leichte Berührung
mit trockenem Finger. Der zusätzliche Schutzwiderstand in der Zuleitung zur
Batterie schützt die Transistoren für den Fall, dass die Berührungskontakte
versehentlich direkt verbunden werden.
Der Berührungssensor
6 Bewegungsdetektor
Diese Schaltung besitzt einen
Sensordraht am Eingang des ersten Transistors. Wenn sich jemand in der Nähe des
Drahtes bewegt, leuchtet die LED auf. Durch Bewegung auf einem isolierenden
Untergrund lädt sich jeder Mensch unbemerkt elektrisch auf. Wenn man sich dann
in der Nähe leitender Gegenstände bewegt, führen die elektrostatischen Kräfte
zu einer Verschiebung elektrischer Ladungen, also zu einem kleinen Strom, der
hier hoch verstärkt wird. Die Darlington-Schaltung steuert einen PNP-Transistor
an, sodass die Stromverstärkung noch einmal 300-fach größer wird. Nun reichen
bereits wenige Picoampere um die rote LED sichtbar leuchten zu lassen.
Verstärkung mit drei
Transistoren
Sensorverstärker für
Elektrische Felder
Für den ersten Test der
Schaltung eignet sich ein kurzer Sensordraht von 10 cm Länge. Nach etwas
Bewegung auf isolierendem Boden haben Sie im Normalfall genügend elektrische
Ladung gesammelt. Bewegen Sie dann Ihre Hand in der Nähe des Sensordrahtes. Die
Helligkeit der LED ändert sich.
Um die Empfindlichkeit der
Schaltung zu steigern, kann ein längerer Sensordraht angeschlossen werden. Es
kann ein blanker Draht oder ein isoliertes Kabel sein. Noch wirksamer wird der
Sensor, wenn man zusätzlich den Minus-Anschluss der Batterie erdet. Dazu reicht
es, wenn eine zweite Person die Schaltung berührt. Nun wird es bereits erkannt,
wenn jemand in einem Abstand von einem halben Meter am Sensor vorbeigeht. Das
Blinken der LED zeigt die einzelnen Schritte. Bei einer direkten Berührung des
Blanken Drahtendes sieht man ein Dauerleuchten. Dies ist auf die
unvermeidlichen 50-Hz-Wechselfelder im Raum zurückzuführen. Tatsächlich
leuchtet die LED nicht konstant, sondern sie blinkt mit einer Frequenz von 50
Hz.
7 LED als Lichtsensor
Dieser Lichtsensor steuert die
Helligkeit einer LED. Wenn Licht auf den Sensor fällt, geht sie an, bei
Dunkelheit bleibt sie aus. Eigentlich fließt durch eine Diode praktisch kein
Strom, wenn sie in Sperrrichtung an eine Spannung gelegt wird. Tatsächlich
findet man jedoch einen sehr kleinen Sperrstrom z.B. im Bereich weniger
Nanoampere, der im Normalfall zu vernachlässigen ist. Die hohe Verstärkung der
Darlingtonschaltung erlaubt jedoch Experimente mit extrem kleinen Strömen. So
ist z.B. der Sperrstrom einer Leuchtdiode selbst von der Beleuchtung abhängig.
Eine LED ist damit zugleich eine Fotodiode. Der äußerst kleine Fotostrom der
roten LED wird mit zwei Transistoren so weit verstärkt, dass die grüne LED
leuchtet.
Verstärkung des
LED-Sperrstroms
Im praktischen Versuch ist
die rechte LED bei normalem Umgebungslicht bereits deutlich eingeschaltet. Eine
Abschattung der Sensor-LED mit der Hand wird an der Helligkeit der Anzeige-LED
sichtbar.
Der LED-Lichtsensor
8
Konstante Helligkeit
Manchmal
benötigt man einen konstanten Strom, der möglicht unanhängig von
Spannungsschwankungen ist. Eine LED würde also mit gleicher Helligkeit
leuchten, auch wenn die Batterie bereits eine kleinere Spannung hat. Die
Schaltung zeigt eine einfache Stabilisierungsschaltung. Eine rote
LED am Eingang stabilisiert die Basisspannung auf etwa 1,8 V. Da die
Basis-Emitterspannung immer rund 0,6 V beträgt, liegt am Emitterwiderstand eine
Spannung von etwa 1,2 V. Der Widerstand bestimmt also den Emitterstrom und
damit auch den Kollektorstrom von ca. 2,5 mA.
Die LEDs im Kollektorkreis
brauchen keinen Vorwiderstand, weil der LED-Strom durch den Transistor geregelt
wird. Die Konstantstromquelle funktioniert auch mit unterschiedlichen Lasten.
Egal ob Sie beide LEDs im Kollektorkreis verwenden oder eine von beiden
kurzschließen, der Kollektorstrom bleibt gleich.
Eine stabilisierte
Stromquelle
Stabilisierung der
LED-Helligkeit
Überprüfen Sie die Ergebnisse
mit einer neuen und einer stark gebrauchten Batterie. Solange eine gewisse
Restspannung vorhanden ist, bleibt die LED fast gleich hell. Mit nur einer LED
darf die Batteriespannung tiefer liegen als mit zwei LEDs, wo mindestens noch
etwa 6 V vorhanden sein muss.
9 Temperatursensor
Diese Schaltung zeigt
Temperaturunterschiede über die LED-Helligkeit. Es reicht bereits, den
Temperatursensor mit dem Finger zu berühren. Die Schaltung zeigt
einen so genannten Stromspiegel. Der Strom durch den 1-kW-Widerstand spiegelt sich in den beiden Transistoren und erscheint in
fast gleicher Größe wieder als Kollektorstrom des rechten Transistors. Da beim
linken Transistor Basis und Emitter zusammengeschaltet sind, stellt sich
automatisch eine Basis-Emitterspannung von ca. 0,6 V ein, die zum vorgegebenen
Kollektorstrom führt. Theoretisch sollte nun der zweite Transistor mit genau
gleichen Daten und bei der gleichen Basis-Emitterspannung den gleichen
Kollektorstrom zeigen. In der Praxis ergeben sich jedoch meist geringe
Unterschiede. Der Stromspiegel ist zugleich eine Konstantstromquelle. Die
Helligkeit der gelben LED ändert sich daher nicht, wenn Sie die grüne LED
überbrücken.
Der Stromspiegel
Transistor als
Temperatursensor
Die Schaltung eignet sich als
empfindlicher Temperatursensor. Berühren Sie einen der Transistoren mit dem
Finger. Die dabei auftretende Erwärmung verändert den Ausgangsstrom und wird in
der Helligkeitsänderung der LED sichtbar. Je nachdem welchen der beiden
Transistoren Sie berühren, können Sie die Helligkeit der rechten LEDs etwas
vergrößern oder verkleinern. Mit dem Finger kann je nach Umgebungstemperatur
eine Erwärmung bis zu 10 Grad erzeugt werden, die bereits gut sichtbar wird.
Noch deutlicher wird der Helligkeitsunterschied, wenn Sie einen der
Transistoren vorsichtig mit einem Lötkolben erwärmen.
10
An und Aus
Jetzt wird es digital:
Während in einer analogen Schaltung mehr oder weniger viel Strom fließt, ist
eine digitale Schaltung jeweils ganz an oder ganz aus. Die Zustände An und Aus werden
auch als Eins und Null bezeichnet. Die hier vorgestellte Schaltung kann als ein
Grundbaustein der Computertechnik betrachtet werden.
Eine Schaltung mit zwei
stabilen Zuständen nennt man Kippschaltung oder auch Flipflop. Eine LED ist
entweder an oder aus, aber niemals halb an. Das Schaltbild zeigt die typische
Schaltung eines einfachen Flipflops. Im Prinzip besteht die Schaltung aus zwei
gekoppelten Verstärkerstufen mit geschlossener Rückkopplung.
Ein bistabiles Flipflop
Die Schaltung kippt in einen
von zwei möglichen Zuständen: Wenn der rechte Transistor leitet, ist der linke
gesperrt und umgekehrt. Der jeweils leitende Transistor hat eine geringe
Kollektorspannung und schaltet damit den Basisstrom des anderen Transistors ab.
Deshalb bleibt ein einmal eingenommener Schaltzustand stabil, bis er durch
einen der Tastschalter geändert wird.
Die Kippschaltung
Schalten Sie die
Betriebsspannung ein. Sie werden feststellen, dass eine von beiden LEDs
leuchtet. Es kann aber nicht vorhergesagt werden, welche Seite eingeschaltet
sein wird. Meist entscheidet die ungleiche Stromverstärkung der Transistoren
darüber, zu welcher Seite die Schaltung kippt.
Verwenden Sie nun eine
Drahtbrücke, mit der Sie jeweils einen der beiden Transistoren sperren. Der
eingenommene Zustand bleibt nach dem Entfernen der Brücke bestehen. Die beiden
Zustände bezeichnet man auch als gesetzt (Set, S) und zurückgesetzt (Reset, R),
daher kommt der Name RS-Flipflop
11 Zünden und Löschen
Eine bistabile Schaltung kann
auch mit einem NPN- und einem PNP-Transistor aufgebaut werden. Der
Kollektorstrom eines Transistors wird zugleich zum Basisstrom des anderen
Transistors. Damit sind entweder beide Transistoren gemeinsam gesperrt oder
leitend. Nach dem Einschalten befindet sich die Schaltung zuerst im
Sperrzustand. Eine kurze Schalterbetätigung an S1 schaltet in den leitenden Zustand
um. Dieser Zustand ist nun gespeichert und bleibt solange bestehen, wie die
Versorgungsspannung vorhanden ist. Nur durch Abschalten der Betriebsspannung
kehren die Transistoren in den gesperrten Zustand zurück.
Leiten und Sperren
Mit einer kurzen Verbindung
S1 zünden sie die Schaltung, sodass die LED leuchtet. Mit S2 dagegen kann der
leitende Zustand gelöscht werden. S3 schaltet zwar die LED ein, löscht jedoch
gleichzeitig den leitenden Zustand der Transistoren. Nach dem Öffnen von S3 ist
daher die LED aus.
An oder Aus
12 Gegentaktblinker
Dieser elektronische Blinker
arbeitet im Gegentakt: Zwei LEDs sollen automatisch umgeschaltet werden, sodass
immer nur eine von beiden an ist. Die symmetrische Blinkerschaltung
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 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.
Der Multivibrator
Ein langsamer Wechselblinker
13 Einfacher LED-Blinker
Ein Blinkgeber in einem
Fahrzeug steuert üblicherweise nur eine Lampe an. Hier wird ein weiteres
Flipflop aufgebaut, das selbständig hin- und herschaltet. Die Schaltung
benötigt nur einen Kondensator. Zwei Transistoren in Emitterschaltung bilden
einen Verstärker. Die Rückkopplung vom Ausgang auf den Eingang geht über einen
Kondensator, der sich immer wieder auflädt und entlädt.
Der Multivibrator
Der LED-Blinker
14 LED-Blitzlicht
Diese Schaltung erzeugt
regelmäßige, kurze Lichtblitze. Solange der Kondensator noch geladen wird,
bleiben alle drei Transistoren gesperrt. Die Spannung an der Basis des
mittleren Transistors steigt langsam an. Bei etwa +0,6 V beginnt der mittlere
Transistor zu leiten und liefert den Basisstrom für den PNP-Transistor. Dessen
Kollektorspannung steigt und schaltet die LED ein. Gleichzeitig liefert der Elko
einen kräftigen und kurzen Basis-Impulsstrom. Der linke Transistor in der
Schaltung dient zur Sicherstellung des richtigen Arbeitspunks der Schaltung. Es
entsteht etwa ein Lichtblitz pro Sekunde.
Die Blitzschaltung
Entfernen Sie einmal den
parallel zur LED liegenden 1-kΩ-Widerstand aus der Schaltung. Die Pause
zwischen den Lichtblitzen verlängert sich dann erheblich. Der linke Transistor
sperrt erst, wenn der Elko vollständig entladen ist. Erst dann steigt seine
Kollektorspannung langsam an um einen neuen Impuls zu ermöglichen.
LED-Blitzlicht
15
MOSFET-Touch-Sensor
Diese Schaltung mit dem
MOSFET BS170 (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, engl. metal oxide
semiconductor field-effect transistor) steuert eine LED durch zwei Kontaktpaare,
die direkt verbunden oder mit dem Finger berührt werden können. Nach kurzer Verbindung
der Kontakte bleibt der jeweilige Zustand für längere Zeit erhalten.
Der NPN-Transistor wurde im
ersten Versuch mit einer einfachen Grundschaltung vorgestellt. Es muss ein
Basisstrom fließen, damit ein Kollektorstrom möglich ist. Ein ähnlicher Versuch
mit dem MOSFET BS170 zeigt ein ganz anderes Verhalten. Der MOSFET besitzt die
drei Anschlüsse Gate (G), Source (S) und Drain (D). Der gesteuerte Strom hängt
diesmal nicht von einem Eingangsstrom ab, sondern von der angelegten Spannung
zwischen G und S. Wenn am Gate eine positive Spannung von etwa 2 V oder mehr
anliegt, leitet der Transistor. Der Gate-Anschluss ist völlig isoliert und
bildet einen kleinen Kondensator mit etwa 20 pF. Ist das Gate einmal
aufgeladen, bleibt die Gate-Spannung deshalb lange bestehen.
Grundschaltung des MOSFET
Verbinden Sie einmal kurz die
Anschlüsse A und B, um das Gate aufzuladen. Die LED geht an und bleibt an.
Verbinden Sie die Kontakte C und D, um das Gate zu entladen und die LED
auszuschalten. Jeder der beiden möglichen Zustände bleibt relativ lange
erhalten. Der Versuch demonstriert damit die grundlegende Arbeitsweise eines dynamischen
Speichers, der ebenfalls eine elektrische Ladung speichert um Eins- und
Null-Zustände darzustellen. Zugleich ist die Schaltung ein einfacher
Berührungsschalter, denn die Berührung der Kontakte A und B bzw. C und D hat
dieselbe Wirkung wie ein direkter Kontakt.
Aber Achtung, eine
Gate-Spannung von mehr als 20 V ist nicht erlaubt und kann zur Zerstörung des
Transistors führen! Man muss daher vorsichtig mit elektrostatischer Aufladung
sein. Berühren Sie daher immer zuerst einen Anschluss der Betriebsspannung um
eventuelle Ladungen abzuleiten. Besondere Gefahr für den Transistor besteht,
wenn zwei Personen die gleiche Schaltung berühren. Da beide unterschiedlich
geladen sein können, kann es zu einer Entladung über den Transistor kommen, die
ihn zerstört.
Laden und Entladen des Gate
16 Sensor-Dimmer
Mit einem zusätzlichen
Kondensator zwischen Gate und Drain bleiben auch Zwischenzustände zwischen
„ganz an“ und „ganz aus“ erhalten. Wenn die Spannung am Gate sinkt, wird der
Drain-Strom kleiner und damit auch der Spannungsabfalls an der LED und ihrem
Vorwiderstand. Die Drain-Spannung steigt also. Dies ist nur möglich, wenn der
Kondensator aufgeladen wird. Jede Änderung der Drain-Spannung wirkt einer
Änderung der Gate-Spannung entgegen. Bei einem kleinen Eingangsstrom ändert
sich die LED-Helligkeit deshalb nur langsam. Mit einer Berührung der Kontakte A
und B wird die LED heller. Um sie dunkler zu steuern, muss dagegen C und D
berührt werden. Die Reaktion auf eine Berührung ist unterschiedlich schnell.
Das Hellsteuern erfolgt wegen der größeren Ladespannung schneller als das
Dunkelsteuern.
Der Touch-Dimmer
Verstellbare Helligkeit
17 Elektrometer
Ein Elektrometer ist ein
Messgerät zum Nachweis kleiner elektrischer Ladungen. Elektrisch geladene
Gegenstände oder Personen führen ein elektrisches Feld mit sich, das isolierte
Gegenstände in der Umgebung durch Influenz aufladen kann. Das trifft auch auf
das isolierte Gate des BS170 zu. Ein isolierter Draht wird am Eingang der
Schaltung angeschlossen. Elektrische Ladungen in der Umgebung beeinflussen dann
die LED-Helligkeit. Man kann z.B. ein Kunststoff-Lineal an einem Tuch reiben
und in die Nähe der Schaltung halten. Dabei sollte man einen Sicherheitsabstand
von 10 cm halten um den MOSFET nicht zu beschädigen.
Der Anfangszustand nach dem
Einschalten ist unbestimmt, der Transistor könnte also ganz gesperrt oder ganz
leitend sein. In beiden Fällen sind kleine Unterschiede der Gate-Spannung ohne
Auswirkung. Daher gibt es einen Startschalter, mit dem man Gate und Drain kurz
verbindet. Dabei stellt sich die Gate-Spannung auf den mittleren Bereich um ca.
2 V ein.
Das Elektrometer
Nachweis elektrischer
Ladungen
18 LEDs als
Fotoelemente
Dieser Versuch zweigt eine
weitere Möglichkeit, einen einfachen Lichtsensor zu bauen. Diesmal wird ein
BS170 eingesetzt. Zwei LEDs dienen als Lichtsensoren. Mit zwei NPN-Transistoren
in Darlingtonschaltung konnte in Kap. 16 eine LED als Lichtsensor verwendet
werden. Dank seines fast unendlich großen Eingangswiderstandes schafft ein
einzelner MOSFET die gleiche Aufgabe allein. Allerdings braucht man nun zwei
LEDs als Lichtsensoren. Die LEDs werden als Fotoelemente eingesetzt, die eine
Spannung abgeben können. Der BS170 beginnt ab einer Gatespannung von 2 V zu
leiten. Zwei LEDs zusammen können bei ausreichender Beleuchtung die
erforderliche Spannung erzeugen. Es reicht sogar schon eine geringe Helligkeit
um eine Wirkung zu erkennen. Experimentieren Sie auch mit unterschiedlichen
LEDs. Eine grüne LED liefert etwas mehr Spannung als eine rote LED.
LEDs als Fotoelemente
Der Lichtsensor
19
Kondensator-Temperatursensor
Ein keramischer Kondensator
mit 100 nF kann als Temperatursensor eingesetzt werden. Ein solcher Kondensator
hat einen großen Temperaturkoeffizienten. Die Kapazität verringert sich bei
Erwärmung. Bei diesem Versuch muss zunächst der Schalter geschlossen und dann
wieder geöffnet werden. Die Gate-Spannung stellt sich dabei automatisch auf die
Schwellspannung von ungefähr 2 V ein, die LED leuchtet. Am Kondensator von 100
nF liegt eine Spannung von etwa 7 V.
Berühren Sie nun den
Kondensator ganz leicht mit dem Finger, was zu einer Erhöhung der Temperatur
führt. Die im Kondensator gespeicherte Ladung bleibt konstant. Da aber die
Kapazität sich verringert, steigt die Kondensatorspannung an. Dies führt zu
einer kleineren Gate-Spannung und damit zu einem geringeren Drain-Strom. Schon
eine leichte Berührung reicht aus, um die LED deutlich schwächer leuchten zu
lassen. Die Schaltung reagiert auf kleine Temperaturänderungen empfindlicher
als die Transistorschaltung nach Kap. 18. Sobald sich der Sensorkondensator
wieder abgekühlt hat, ist die ursprüngliche LED-Helligkeit wieder vorhanden.
Auswertung der
Kondensatorspannung
Der Temperatursensor
20 Das Minutenlicht
Das Licht wird mit einem
Druck auf den Tastschalter eingeschaltet und bleibt dann für etwa eine Minute
an. Der Übergang zischen hell und dunkel ist weich, aber relativ schnell. Mit
dem Tastendruck wird der Elko auf 9 V aufgeladen. Er entlädt sich über den
470-kΩ-Widerstand. Solange die Gate-Spannung über ca. 2,6 V liegt, leitet
der FET und liefert den Basisstrom für den NPN-Transistor, der die LED
einschaltet. Wenn die Eingangsspannung absinkt, leitet der FET schwächer.
Sobald die Basisspannung des NPN-Transistors unter ca. 0,6 V abgesunken ist,
fließt kein merklicher Kollektorstrom mehr, die LED geht also aus.
Langsame Kondensatorentladung
Das Minutenlicht
21 Weicher Blinker
Ein LED-Blinker mit weich an-
und abschwellender Helligkeit kann bei geeigneter Frequenz zur Entspannung des
Betrachters beitragen. Die Helligkeit folgt einem Sinusverlauf. Diese Schaltung
steuert zwei LEDs genau gegenphasig an. Das Licht wechselt also laufend mit
weichen Übergängen zwischen Rot und Grün.
Ein Phasenschieber-Oszillator
Beim Start der Schaltung sind
die Elkos noch entladen. Der BS170 sperrt daher, und der NPN-Tansistor leitet.
Es leuchtet also zunächst nur die rote LED. Dann versucht sich die Schaltung
auf einen mittleren Strom einzupendeln, überschwingt aber ständig und erzeugt
ein sinusförmiges Signal, bei dem einmal der eine und einmal der andere
Transistor leitet.
Der Soft-Blinker
