Das Conrad Lernpaket Elektronik verstehen 

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http://www.conrad.de/ce/de/product/192296/Lernpaket-Conrad-Basic-Elektronik-3964-ab-14-Jahre

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
 
Bauen Sie die Schaltung mit dem PNP-Transistor BC557 auf und untersuchen Sie auch hier wieder die Stromverstärkung mir unterschiedlichen Basiswiderständen. Der BC557B hat ebenfalls eine Stromverstärkung von etwas 300-fach.
 

 
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



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