LED-Ringoszillator
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2013 von Bernd, DL3NDW
Die Idee war, einen Ringoszillator mit optischer Kopplung zwischen den Stufen zu bauen. Mit den vorhandenen Bauteilen sind drei Stufen möglich. Die erste Version basiert auf der Schaltung vom 20. Tag "Optisches Flip-Flop". Da die Schaltung aber nicht stabil werden soll sondern im Gegenteil schwingen soll, werden die leuchtenden LEDs nicht gegen Masse sondern gegen V+ und somit invertierend betrieben. Funktion: Kurz nach dem Einschalten sind noch alle Eingangs-LEDs unbeleuchtet. Sie erzeugen daher keinen Photostrom und die Transistoren schalten nicht. Die Eingänge der Schmitt-Trigger liegen auf High, die Ausgänge auf Low. Die LEDs werden daher zum Leuchten gebracht. Eine leuchtende LED erzeugt in der Eingangs-LED der nächsten Stufe einen ausreichenden Photoeffekt. Der Transistor schaltet dann durch. Der Eingang des folgenden Schmitt-Triggers geht auf Low, der Ausgang auf High und die LED verlöscht. Die unbeleuchtete LED am nächsten Eingang sorgt nun wieder für einen leuchtende LED am folgenden Ausgang. Die Kunst ist nun, durch Fremdlicht bzw. Abschattung gegenüber Fremdlicht die Auslöseschwellen so zu beeinflussen, dass die Schaltung oszilliert. Bei ca. 12 V gelingt dies recht gut. Im Film LED.mpeg ist dies zu sehen.
Für die Schaltung wurden außer den Teilen des Kalenders noch zwei zusätzliche Transistoren BC 547 und ein Widerstand 100k benötigt.
In einer weiteren Variante sollte untersucht werden, ob es auch ohne zusätzliche Transistoren geht ("Minimal-Variante"). Die bei Beleuchtung entstehende Photospannung soll den Schmitt-Trigger direkt umschalten. Da die Spannungsänderung sehr klein ist, muss eine Offset-Spannung addiert werden. Die geschieht durch Trimmpotis um den benötigten Wert feinfühlig einstellen zu können. Ein Problem ist aber, dass dies nur in einer Richtung funktioniert. Die Offset-Spannung liegt knapp unterhalb der Auslöseschwelle. Eine unbeleuchtete LED belässt die Spannung am Eingang des Schmitt-Triggers auch noch unter der Schwelle. Beleuchtet reicht es gerade so, um die Schwelle zu überschreiten. Durch die Hysterese des Schmitt-Triggers reicht es freilich nur durch Wegfall des Photoeffektes nicht, die Rückschaltschwelle wieder zu unterschreiten. Aus diesem Grund werden die Offset-Spannungen aus den Ausgängen der Schmitt-Trigger gewonnen. Nach erfolgreicher Umschaltung durch die beleuchtete LED am Eingang geht der Ausgang auf Low, schaltet die Offsetspannung ab und sorgt daher für die Unterschreitung der Rückschalt-Schwelle des Schmitt-Triggers.
Um eine ausreichende Zeit zur Beleuchtung der nächsten Stufe zu erreichen, werden Kondensatoren an den Schmitt-Trigger-Eingängen hinzugefügt.
Jede Stufe stellt somit ein Mono-Flop dar. Die einzelnen Monoflops triggern die jeweils nachfolgende Stufe. Durch entsprechende Einstellung der Trimmer kann die Schaltung zum oszillieren angeregt werden. Im Video LED-min.mpeg ist dies zu sehen. Die Betriebsspannung beträgt ca. 12 V.
Als zusätzliche Bauteile wurden drei Trimmpotis und drei Kondensatoren benötigt aber keine weiteren Halbleiter.