Schaltungen mit Transistoren

Lichtschranke

Lichtschranke 

Bei der Schaltung rechts bilden der LDR und der verstellbare Widerstand einen Spannungsteiler. 

  • Ist der LDR beleuchtet, so ist sein Widerstand klein, damit ist auch die Spannung am LDR klein. Ist sie unter 0,7 V so sperrt der Transistor, da die Spannung am LDR gleichzeitig die Basis-Emitterspannung des Transistors ist.

  • Ist der LDR verdunkelt,  so ist sein Widerstand groß, damit ist auch die Spannung am LDR groß. Steigt sie über 0,7 V so schaltet der Transistor durch und die LED leuchtet.

 
Bild 1 : Der LDR ist beleuchtet. Die Basis-Emitter Spannung ist 0,5 V. Der Transistor  sperrt. Die LED ist dunkel

Bild 2 :Der LDR ist abgedunkelt. Die Basis-Emitter Spannung ist 0,64 V. Der Transistor ist gerade am durchschalten. Die LED ileuchtet

Bild 3 : Die gleiche Schaltung noch einmal mit einem Lämpchen. Die geringe Basisstromstärke reicht nicht um das Lämpchen zum Leuchten zu bringen

Der Transistor ist gerade am durchschalten. Der verstellbare Widerstand sollte verkleinert werden.

Bild 5 : Beim Abdunkeln des LDR steigt die Basisstromstärke auf 0,7 mA und die Kollektorstromstärke auf 100 mA. Das Lämpchen leuchtet (schwach)

Lichtschranken  mit nur einer Transistorstufe funktionieren nur eingeschränkt. Es macht sich bei bestimmten Beleuchtungssituationen der allmähliche  Übergang von Sperren nach Durchschalten des Transistors bemerkbar.

Abhilfe schaffen  hier Schaltungen die mit einer festen Schaltschwelle schlagartig umschalten. Man nennt solche Schaltungen Schmitt-Trigger

Simulationen mit Yenka

Lichtschranke

Spannungsteiler

Beim Herunterladen der Simulationen werden die Dateien bei einigen Rechnern als ZIP - Dateien gespeichert. Wenn Sie wieder die Endung .yka anbringen, wird die Datei von Yenka wieder richtig erkannt.

 

Berechnungen an einer einfachen Lichtschranke, wie sie rechts zu sehen ist.

Hellwiderstand des LDR : 500 Ohm

Dunkelwiderstand des LDR : 5000 Ohm

Im hellen Zustand soll die Spannung an der Basis 0,4 V betragen. Die Spannung mit der die Schaltung betrieben wird, ist 9 V

Wie groß sollte R sein ?

Spannungsteiler :  

Der zugehörige Widerstand sollte also etwas mehr als 10 Kilo Ohm betragen. 

Wie groß ist die Basis-Emitter Spannung, beim Verdunkeln des LDR, wenn der Widerstand R=11 000 Ohm gewählt wurde :

Gesamtwiderstand = 11 000 Ohm + 5000 Ohm = 16000 Ohm

Stromstärke im Spannungsteiler I = U/R = 9V / 16000 Ohm = 0,56 mA

Basis-Emitter-Spannung = Spannung am LDR

U = R I = 5000 Ohm 0,56mA = 2,8 V 

Damit schaltet der Transistor sicher durch.

 

Will man die Logik umdrehen, dh. soll die LED leuchten, wenn der LDR beleuchtet ist, so kann man folgende Schaltungen benutzen:

Da ein LDR bei Beleuchtung einen kleinen Widerstand hat ( etwa 500 Ohm), muss das Potentiometer einen kleinen Widerstandswert haben, damit die Basis Emitterspannung bei Verdunkelung unter 0,7 Volt sinkt. 

Soll nun mit den Werten von oben die Basis-Emitterspannung bei Verdunkelung des LDR auf 0,4 V sinken, so 

Der Widerstand sollte also etwa 200 Ohm betragen. Ein Poti, mit dem man die Schaltschwelle einstellen kann sollte etwa den Wert einstellen lassen. Ein Poti mit 500 Ohm würde also passen. 

Ein Bausatz, der bei vielen Händlern im Angebot ist, ist der Magische Lichtgalgen. Er beruht im Prinzip auf der Schaltung von oben.

Man kann das Lämpchen mit einem brennenden Streichholz anzünden und dann auch wieder ausblasen.

Conrad

   
   
   

 


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