LED-Bandanzeige für 3V, 4,5V, 6V und 9V

von Fritz Wegener

Elektronik-Labor Bastelecke Projekte Notizen

Beim Experimentieren mit der LED-Bandanzeige (siehe Schaltungswettwewerb 2017, LED-Bandanzeige von Holger Fritzsch) zur Darstellung von Spannungen stellte sich wohl für mich heraus, dass die Einschaltspannungen für die einzelnen LEDs von der Versorgungsspannung abhängen. Bei vollem Akku waren sie höher als beim gebrauchten. Also musste ein Netzteil mit zuverlässigen 12 V angeschlossen werden. Damit ging auch die vierte LED an. Es sollte zudem einstellbar sein. Das habe ich mit einem LM317 plus Potentiometer realisiert . Die Kühlung für den LM317 ist vielleicht etwas übertrieben und eigentlich für ein Thermoelement gedacht. Egal. Für meinen gelegentlichen Bastelbetrieb wollte ich 3 V, 4,5 V, 6 V und 9 V verwenden können.

Mit einem Voltmeter wäre es kein Problem, die Werte einzustellen; es reizte mich aber, dese Werte mit LEDs anzeigen zu lassen: mit der LED-Bandanzeige. Mein Problem: die Werte für die Spannungsteiler-Widerstandskette bei gemessener 12,3V Eingangsspannung zu finden. Bei meinem begrenzten Vorrat an Widerständen und mit viel Glück bin ich nach relativ kurzer Zeit auf folgende Werte gekommen: R1 und R2: 2,2 k / R3,R4,R5: 4,7k . Liebend gern hätte ich die Werte berechnet, wenn ich gekonnt hätte, aber die entsprechenden Widerstände hätte ich vermutlich eh nicht zur Verfügung gehabt. Zusätzlich habe ich, um die gewünschten Werte genauer einstellen zu können, zwei Dioden in Reihe vor den Eingang gesetzt. Sie haben die Werte durch Reduzierung der Spannung noch näher ans Ziel gebracht. Rätselhaft: in Sperr-Richtung!?

Fazit: Funktioniert erstaunlich genau (mit Multimeter verglichen), auch wenn man am Potentiometer ziemliches Fingerspitzengefühl benötigt. Wird demnächst auf eine MODUL BUS Steckboard-Lötplatine gebracht, damit ich ein brauchbares einstellbares Netzteil mit LED- Spannungsanzeige erhalte.

Versuch einer Erklärung zur Funktion der Dioden am Eingang

Die originale Schaltung der Bandanzeige von Holger Fritzsch

Jeder der vier nichtinvertierenden Eingänge liefert einen Strom von rund 30 nA, zusammen bringen sie also 0,12 µA an den Eingang. Dieser kleine Strom erzeugt an den Dioden einen Spannungsabfall von je rund 500 mV in Durchlassrichtung. Damit verschieben sich alle Schaltpunkte um ein 1 V.

Nachtrag: Berechnung der einzelnen Eingangsspannungen für die jeweiligen OPVs mit vorgegebenen Widerstandswerten und umgekehrt von Fritz Wegener

Vorgegeben:
Versorgungsspannung: 12 V / R1: 4,7k / R2: 2,2k / R3: 2,2k / R4: 4,7k / R5: 4,7k .
Die Summe der Widerstände beträgt damit 18,5k.

Spannung für R1 : 4,7/18,5*12 = 3,04 V
          ,,       ,,   R2 : (4,7+2,2)/18,5*12 = 4,46 V
          ,,       ,,   R3 : (4,7+2,2+2,2)/18,5*12 = 5,9 V
          ,,       ,,   R4 : (4,7+2,2+2,2+4,7)/18,5*12 = 8,95 V
(        ,,       ,,   R5 : (4,7+2,2+2,2+4,7+4,7)/18,5*12 = 12 V).

Spannungsregler mit LED-Bandanzeige

Weil ich glaube, einen geeigneten Rechenansatz gefunden zu haben, zumindest passen die oben errechneten Spannungswerte recht gut zu den gemessenen Spannungen, kann ich auch umgekehrt passende Widerstandswerte zu gewünschten Spannungen bestimmen.

Beispiel:
Angenommen, die Summe aller 5 Widerstände soll 4k betragen. Zwischen R1 der Kette und R2 sind 3V Eingangsspannung gewünscht.

R1 ist x. Gleichung: x/4*12 = 3, also muss x = R1 = 1k betragen.
Als nächstes sollen 4,5 V erreicht werden: (1+x)/4*12 = 4,5. x = R2 muss dann 0,5k haben.
Dann 6 V: (1,5+x)/4*12 = 6. x = R3 muss ebenfalls 0,5k betragen.
Fehlt noch 9V: (2+x)/4*12 = 9. x = R4 hat 1k.
Und R5?: 1+0,5+0,5+1+x = 4. x = R5 hat 1k.
Ergibt also insgesamt 4k.

Aber: ...muss dann 0,5k haben... kann man so auch nicht sagen. 470 Ohm bzw. 0,470k tun es auch:
Beispielsweise (1+0,470)/3,94*12 = 4,48V, wenn 4,5V erwünscht ist.
Einen beachtlichen Einfluss hat auch die Versorgungsspannung. Setze ich statt 12V meine 12,2V ein, errechne ich 4,55V. Würde also auch passen.

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