Helligkeitsregelung einer Instrumentenbeleuchtung

Bei diesem Versuch wird ein Potentiometer-Baustein verwendet. Ein Potentiometer ist ein veränderlicher Widerstand, d.h. es können verschiedene Widerstandswerte durch Drehen an der Rändelachse eingestellt werden.
Mit dieser Schaltung wird ein „Helligkeitsregler“ simuliert, ähnlich der Helligheitseinstellung am Instrumenlenbrett eines Kraftfahrzeugs.
Zur Erinnerung: Transistoren sind nicht nur als elektronische Schalter verwendbar, sie können durch Verminderung der Basisspannung auch als elektronische Regler eingesetzt werden.
Der Helligkeitsregler wird mit Schiebeschalterstellung EIN in Betrieb genommen.
Je nach Potentiometerstellung kann die Lampe von dunkel bis hell in jeder gewünschten Beleuchtungsstärke eingestellt werden.

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Theorie: Das Potentiometer ist ein variabler Spannungsteiler

Das Potentiometer wird gelegentlich auch als „Drehwiderstand“ bezeichnet. Mit der drehbaren Achse wird ein Schleifer bewegt, welcher eine darunter befindliche Kohlewiderstandsschicht abtastet. Je nach Schleiferstellung ergibt sich ein kleiner Widerstand (kurze Kohleschicht) oder ein großer Widerstand (lange Kohleschicht).

Das Potentiometer (Kurzbezeichnung „Poti“) hat drei Anschlüsse, die beiden Endstellungen sind mit L (links) und R (rechts) bezeichnet. Zwischen diesen beiden Anschlüssen liegt der gesamte Widerstandswert (bei dem zur Verfügung stehenden Poti 50 kOhm)

Bei der vorangegangenen Helligkeitsschaltung war die Basis des Transistors über den 1-kOhm-Widerstand mit dem Schleifer des Potis verbunden. Die Anschlüsse L und R erhielten eine Spannung über die beiden Batteriepole. Je nach
Schleiferstellung des Potis ergibt sich eine stufenlos regelbare Spannung am Schleifer gegen den Minuspol der Batterie.

Wird jedoch beim Poti nur einer der beiden Anschlüsse R oder L benutzt, bilden die beiden übrigen Anschlüsse einen veränderbaren Widerstand von 0 bis 50 kOhm

Merke:  

Mit einem Potentiometer können stufenlos alle Spannungen von 0 bis zur Betriebsspannung (z. B. 9-V-Batterieblock) eingestellt werden.

Alarmanlage mit Selbsthaltung

Die vorangegangene Alarmanlage hat noch einen entscheidenden Nachteil:

Durch Öffnen einer Tür wird zwar der Alarm ausgelöst – er wird jedoch sofort wieder unterbrochen, sobald die Tür geschlossen wird. Die Anlage ist daher so zu erweitern, daß ein einmal ausgelöster Alarm „gehalten“ wird,bis z.B, eine Alarmunterbrechung durch einen versteckten Schalter vorgenommen wird.

Das Bild zeigt die erweiterte Anlage. Auf der linken Seite simulieren Schiebeschalter und Glühlampe einen Türkontakt und die Innenbeleuchtung eines Pkws. Anstelle eines Signalhorns zeigt die LED eine Alarmauslösung an. Beim Aufbau bitte daran
denken, daß die Batterie als letztes Bauteil angeschlossen wird.

Die Anlage ist betriebsbereit. Der Schiebeschalter steht in Stellung AUS (Tür geschlossen), und falls die LED leuchtet, wird diese durch einen kurzen Tastendruck gelöscht.

Beim Öffnen der Tür (Schiebeschalterstellung EIN) simuliert die Glühlampe die jetzt angehende Innenbeleuchtung – gleichzeitig wird der Alarm ausgelöst (LED leuchtet). Wird die Tür wieder geschlossen (Schiebeschalterstellung AUS), leuchtet die LED weiter, bis die Alarmauslösung durch Tastendruck abgebrochen wird. Bei einer erneuten Türöffnung erfolgt wieder eine Alarmauslösung.

Mit dem gleichen Schaltungsaufbau kann unabhängig vom simulierten Türöffner ein zweiter Alarm durch eine zusätzliche Sicherungsschleife ausgelöst werden. Hierfür wird das normale Verbindungskabel vom 47-kOhm-Widerstand zur Basis des Transistors T2 durch einen dünnen Sicherungsdraht ersetzt.
Hierdurch könnte z. B. ein Anhänger ebenfalls geschützt werden.

Wie funktioniert diese Schaltung?

Wenn die LED leuchtet, muß derTransistor T1 leitend sein – er hat „durchgeschaltet“. Bei einer Messung mit dem Multimeter kann festgestellt werden, daß die Collector-Emitter-Spannung an T1 kleiner ist als 0,1 V. Nachdem an der Basis von T2 ein 47-kOhm-Widerstand vorgeschaltet ist, reichen die 0,1 V nicht aus, T2 einzuschalten.
T2 bleibt gesperrt. Der Strom fließt über den 1-kOhm- und den 2,2-kOhm-Widerstand zur Basis des Transistors T1, der weiterhin leitend (eingeschaltet) bleibt.

Der ausgelöste Alarm (leuchtende LED) kann auch durch weiteres Türöffnen bzw. – schließen (Schiebschalter) nicht beeinflußt werden. Die Alarmunterbrechung erfolgt durch Betätigung des Tasters.
Bei geschlossenem Taster wird eine direkte Verbindung zwischen Basis und Emitter des Transistors T1 hergestellt. Der Basis wird die Steuerspannung entzogen – T1 sperrt. Dies hat zur Folge, daß sich am Collector von T1 ein Spannungsanstieg ergibt.
Über die Batterie, LED, 470 Ohm und 47-kOhm-Widerstand erhält jetzt die Basis von T2 eine ausreichende Steuerspannung:
T2 wird leitend. Da auch dessen Collector-Emitter-Spannung kleiner als 0,1 V ist, bleibt T1 gesperrt.

Durch Schiebeschalterstellung EIN (Türöffnung) wird das gleiche wie beim Tastendruck an T1 erreicht; Basis und Emitter von T2 werden (über Diode und 47-kOhm-Widerstand) „kurzgeschlossen“ – T2 sperrt, T1 wird durchgeschaltet und der zuerst beschriebene Zustand stellt sich wieder ein.

Die Schaltung hat zwei stabile Zustände (entweder ist T1 oder T2 leitend). Der Fachmann spricht von einer „bistabilen Kippstufe“. Hierdurch kann z.B. der Zustand einer „geöffneten Tür“ gespeichert und gleichzeitig ein Alarm ausgelöst werden.

Merke:

Eine bistabile Kippstufe hat zwei stabile Zustände. Sie stellt im Prinzip eine „Speicherzelle“ dar.
Aus: Elektronikbox – Busch Agrartechnik 1985

Hier zunächst die „Platine“ ohne Verdrahtung.

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Einfache Alarmanlage mit Sicherungsschleife

Wird bei diesem Versuch statt eines Tasters ein möglichst dünner Draht als sogenannte „Sicherungsschleife“ angeschlossen, ergibt sich eine einfache Alarmanlage. Sie wird ausgelöst, sobald der dünne Sicherungsdraht reißt. Auf diese Weise könnte beispielsweise ein Pkw-Anhänger (oder andere teurere Zubehörteile) gesichert werden. Wird der Anhänger von einem Unbefugten abgehängt, übersieht er den sehr dünnen Sicherungsdraht – der Alarm wird ausgelöst.

Anstelle der Sicherungsschleife könnten auch Türkontakte verwendet werden, d.h., bei geschlossenen Türen ist eine Sicherungsschleife vorhanden – wird eine Tür geöffnet, wird die Sicherungsschleife unterbrochen.
Die Alarmauslösung wird bei diesem einfachen Experiment durch die leuchtende Lampe dargestellt. In der Praxis wird das Signalhorn an einer entsprechenden Schaltung angeschlossen.

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Die Darlingtonschaltung – Stromverstärkung hoch 2

Die Darlingtonschaltung

Beim vorangegangenen Transistorversuch wurde der Basisstrom des Transistors durch immer größere Widerstände so weit verkleinert, bis beim 100-kOhm-Widerstand die Glühlampe kaum noch leuchtete. Zum besseren Verständnis wurden die 100 kOhm mit 1000 km Verbindungsleitung gleichgesetzt. Theoretisch könnte die Lampe jedoch auch über eine wesentlich größere Entfernung zum hellen Aufleuchten gebracht werden. Die Lösung des Problems: Wenn ein Transistor nicht ausreicht, werden zwei Transistoren verwendet.
Die Schaltung gemäß dem Aufbauplan entspricht dem vorangegangenen Versuch, lediglich dass zwei Transistoren in Verbindung mit einem 470-kOhm-Widerstand verwendet werden (wobei die 470 k-Ohm einer theoretischen Leitungslänge von
47000 km entsprechen). Bei Tastendruck leuchtet die Lampe hell.

Die etwas eigenartige Schaltung (Verdrahtung) der beiden Transistoren nennt man „Darlingtonschaltung“. Durch diese Schaltungsart wird die Stromverstärkung von zwei Transistoren multipliziert.

Wie funktioniert diese Schaltung?
Zur besseren Unterscheidung wurden im Schaltplan  die beiden Transistoren mit T1 und T2 bezeichnet. Bei geschlossenem Taster fließt über den 470-kOhm-Widerstand ein minimaler Steuerstrom über die Basis von T1. Trotz einer ca. 300fachen Stromverstärkung an der Emitter-Collector-Strecke würde dieser Laststrom bei weitem nicht ausreichen, die Lampe zum Leuchten zu bringen. Daher wird der vom Transistor T1 verstärkte Laststrom über die Basis von T2 herangeführt. Dessen Emitter-Collector-Strecke schaltet wiederum den ca. 300fach verstärkten Laststrom ein – die Lampe leuchtet. Durch die beiden hintereinander geschalteten Transistoren ergibt sich eine ca. 90000fache Verstärkung (300 X 300 = 90000) gegenüber dem geringen Basisstrom am Transistor T1.
In gleicher Weise können auch mehrere Transistoren geschaltet werden, und so wird es auch einleuchtend, dass die über den Äther ausgestrahlten Radiowellen (elektrische Signale) im Rundfunkempfänger durch entsprechende Verstärkerschaltungen hörbar gemacht werden können.

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Busch AGRAR Technik – Schaltungs-Codierung mit Dioden

Dieser Versuchsaufbau zeigt, dass mit Dioden spezielle Schaltungssteuerungen programmiert (codiert) werden können.

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In der Schiebeschalterstellung EIN leuchtet die LED. Bei Tastendruck leuchtet zusätzlich die Glühlampe.

Bei Schiebeschalterstellung AUS ergibt sich zunächst keine Funktion. Wird jedoch der Taster gedrückt, leuchten LED und Glühlampe gleichzeitig.

Das Experiment zeigt, dass sich bereits mit einem sehr einfachen Schaltungsaufbau  verschiedene Steuerungsmöglichkeiten ergeben.