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Hardware-ProjekteProf. Jürgen Plate |
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Hardware-ProjekteProf. Jürgen Plate |
Der hier besprochene LED-Blitzer unterscheidet sich von einem Blinker dadurch, dass die LED in regelmäßigen Abständen nur kurz aufblitzt, das dafür aber recht hell. Ausserdem benötigt die Schaltung kaum Energie und kann mit einer Batterieladung Monate lang laufen. Für einen solchen LED-Blitzer braucht man nicht unbedingt eine integrierte Schaltung wie sie z. B. für LED-Blitzer in Reklametafeln verwendet wird. Es genügen neben der LED zwei Allerwelts-Transistoren und einige passive Bauteile. Die Schaltung funktioniert in einem weiten Spaannungsbereich (3 .. 9 V).
Wird die Batterie an die folgende Schaltung angeschlossen, so ist der Kondensator zunächst entladen, und er beginnt sich über den Widerstand R1 aufzuladen. Die Basis des PNP-Transistors T1 (z. B. BC178, BC558 o. ä.) liegt auf einem um die LED-Durchlass-Spannung (ca. 1,2 V) niedrigeren Potential als die Batteriespannung. Steigt nun die Spannung am Kondensator an, bis die Emitter-Spannung von T1 um ca. 0,7 V höher als die Basisspannung ist (Kondensator nahezu aufgeladen), beginnt der Transistor T1 zu leiten. Sein Kollektorstrom sorgt nun dafür, dass auch der NPN-Transistor T2 (BC108, BC548 o. ä.) zu leiten beginnt. Da der Kollektor von T2 direkt mit der Basis von T1 verbunden ist, steuern sich beide Transistoren gegenseitig auf und schalten damit schlagartig durch. Die beiden Transistoren verhalten sich ähnlich wie eine Thyristortetrode. Da die Transistoren nur kurzzeitig leiten und die meiste Zeit gesperrt sind, benötigt die Schaltung wenig Energie.
Nun geschehen zwei Dinge: Die beiden Transistoren schließen den Kondensator kurz und entladen ihn fast vollständig. Außerdem fließt über den NPN-Trnasistor in dieser Zeit ein relativ hoher Strom durch die LED, sodass diese hell aufblitzt. Da über die Leuchtdiode nur für extrem kurze Zeit Strom fliesst, wird kein Vorwiderstand verwendet, weil sonst die gesamte Spannung am Vorwiderstand abfallen würde und die Leuchtdiode nicht leuchten.
Der gesamte Vorgang wiederholt sich nun zyklisch. Durch Variation von R1 und C1 kann die Blitzfrequenz und begrenzt auch die Blitzintensität eingestellt werden. Typische Werte für C1 sind 10 bis 33 Mikrofarad, für R1 10 bis einige 100 Kiloohm. Man kann auch mit kleineren Werten für C1 und größeren Werten für R1 experimentieren.
Die zweite Schaltung arbeitet ähnlich wie die vorhergehende. Sie ist jedoch noch sparsamer. denn hier wird der Kondensator nicht einfach brutal entladen, vielmehr wird die im Kondensator gespeicherte Energie genutzt, um die LED aufleuchten zu lassen. Auch in dieser Schaltung sind wieder C1 und R1 die zeitbestimmenden Bauteile. Damit die LED kräftig aufblitzt, darf C1 nicht zu klein gewählt werden - er bestimmt in gewissen Grenzen die Blitzintenität. Die Diode D1 und der Widerstand R2 bilden den Basisspannungsteiler für den Transistor T2, wobei D1 als niederohmige Referenzspannungsquelle mit der typischen Durchflussspannung von etwa 0,7 V dient.
Die dritte Schaltung ist ein absoluter Energiesparer. Diese Schaltung läuft mit nur einer 9-V-Batterie Akku etliche Jahre lang ununterbrochen. Basierend auf den IC CD 4007 ist der Impuls nur 2 ms lang. Das CD 4007 enthält zwei komplementäre Paare von Schalt-FETs und einen Inverter. Das IC wird - mit einigen Tricks - als Drei-Inverter-Oszillator geschaltet. Die Widerstände R1 und R2 (1 MΩ) in Reihe mit den Drain-Anschlüssen eines FET-Paars sorgenb für einen sehr geringen Steuerstrom für das folgende FET-Paar. Die Impulsdauer wird vom RC-Glied C1/R5 bestimmt, die Pausenzeit von C1/R4 (in diesem Fall sperrt die Diode D1 und schaltet R5 ab). Der MOSFET BS170 schaltet die LED, deren Strom von R6 auf 30 mA begrenzt wird. Zum Einsatz kommt eine High-Efficiency-LED, bei der das Aufleuchten deutlich sichtbar ist. Mit den angegebenen Bauteilewerten leuchtet die LED für 2 ms und die Pause beträgt 1 s. Eine 9-V-Blockbatterie kann die Schaltung rund 3 Jahre versorgen, wird der LED-Widerstand R6 auf 1 kΩ erhöht, leuchtet die LED zwar nicht so hell, dafür hält die Batterie vermutlich mehr als 10 Jahre (nicht getestet).
Für den Blitze stehen auch die Eagle-Dateien für Schaltung und Board zum Download bereit.
Es muss nicht immer der Timer NE555 sein - der folgende Blitzer zweckentfremdet einen integrierten Schaltkreis, der eigentlich für andere Aufgabe gedacht ist. Das Herzstück der Schaltung ist ein MC34063, ein Schaltregler-Steuerbaustein, der ursprünglich für den Einsatz in DC-DC-Wandlern vorgesehen ist. Der Baustein enthält eine Spannungsreferenz, einen Komparator, einen steuerbaren PWM-Oszillator und eine Begrenzung für den Spitzenstrom. Der Ausgangstreiber ist in der Lage eine Power-LED anzusteuern. Das folgende Bild zeigt die Innenschaltung des Chips.
Die folgende Schaltung kann mit einer 1-W-Power-LED blitzen und kann mit einer Spannung von 6 bis 12 V versorgt werden. Die Einschaltdauer der LED beträgt ca. 5%, was die Energiebilanz auch hier gut aussehen läßt. Die Strombegrenzung der LED erfolgt durch Überwachen des Spannungsabfalls über R1 (1 Ohm), der zwischen VCC und dem Ausgangsschalter Pin 1 liegt. Der maximale Strom durch eine weißen 1-W-LED beträgt ca. 350 mA. Zu Beginn eines Zyklus lädt sich der zeitbestimmende Kondensator C1 auf und der LED-Strom steigt schnell an. Der Strom wird überwacht durch den Spannungsabfall über R1.
Wird diese Spannung größer als 330 mV (d. h. es fließen 330 mA), wird die Stromgrenze überschritten und der Oszillator blockiert den Ausgang. Nun wird C1 wieder entladen und das Spiel beginnt von vorne. Die Blitzrate kann geändert werden, indem der Wert von C1 angepasst wird. Ein Wert von 150µF ergibt ungefähr 3 Hz Blitzfrequenz. Da die LED nur sehr kurz aufblitzt, ist zur Kühlung ein Stern MCPCB ausreichend. Am besten kauft man eine LED, die gleich auf einen solchen Stern aufgelötet ist.
Auch für diesen Blitze stehendie Eagle-Dateien für Schaltung und Board sowie die MC34063-Library zum Download bereit. Der Applikationsbericht von Texas Instruments liefert weitere Infos.