../../../icons/Logo.png

Praktische Elektronik


Wir betrachten Kombinationen aus Parallel- und Reihenschaltungen und entwickeln ein einfaches Testgerät.


Home

Praktikum

Analogtechnik

Grundschaltungen

Komplexe Schaltungen

Inhalt


Komplexe Schaltungen

Aus dem Praktikum Parallelschaltungen wissen wir, dass man keine LEDs parallel betreiben darf. Allerdings kann man sie antiparallel betreiben.

Polaritaetspruefer.png
Bild 1: Polaritäts-Tester mit antiparallel geschalteten LEDs

Die Schaltung stimmt mit Schaltung 4 und 5 aus Parallelschaltungen überein. Die LEDs liegen anders. Sie sind antiparallel geschaltet und davor liegt ein Widerstand. Wir haben allerdings die Spannungsquelle nicht eingezeichnet, sondern zwei Prüfspitzen. Wir nehmen zunächst einfach zwei Drähte mit offenen Enden.

Wir bauen die Schaltung auf dem Steckbrett auf.

Und schließen die beiden Prüfspitzen an unsere Batterie:

  • Prüfspitze Plus an den Pluspol der Batterie: die grüne LED leuchtet.
    Klar, die andere Prüfspitze wird an den anderen Pol der Batterie angeschlossen.
  • Prüfspitze Minus an den Pluspol der Batterie: die rote LED leuchtet.

Mit dieser Schaltung können wir die Polarität einer Spannungsquelle feststellen:

  • Ist Plus an Plus angeschlossen leuchtet die grüne LED. Bei rot ist die Polarität anders herum.

Wir können unseren Polaritäts-Tester gleich ausprobieren. Wir messen natürlich nicht die Netzspannung, sondern nur Batterien und eventuell kleine Netzgeräte.

Wir sind beim Messen vorsichtig: Wir dürfen keine Kontakte überbrücken. Damit erzeugen wir Kurzschlüsse, die zur Zerstörung des Geräts führen können.

Attention attention

Hinweis:

Der Spannungsprüfer darf nicht für Netzspannung (z.B. 230V) verwendet werden: Lebensgefahr.

Er ist nur für Elektronikschaltungen mit bis zu 24V geeignet.

Beginnen wir mit einer 1,5V Zelle. Und wir messen - Nichts. Wie herum wir auch anschließen, keine LED leuchtet.

Schalten wir allerdings zwei Zellen in Reihe (Plus an Minus). Glücklicherweise ist die Polarität auf Batterien gedruckt :-) Dann können wir die Polarität feststellen. Die Spannung der Stromversorgung ist nun 2 * 1,5V also 3V.

Aber warum leuchtet keine LED an einer 1,5V Zelle? Die Spannung von 1,5V ist zu gering für eine LED. Eine rote LED hat eine Flussspannung von 1,8V und eine grüne von 2,2V. Die 1,5V reichen einfach nicht aus.

Die Flussspannungen von LEDs kennen wir aus den Schaltungen mit LEDs.

Messungen mit einer dritten LED

Wir sehen uns eine neue Schaltung an.

Spannungspruefer.png
Bild 2: einfacher Spannungs-Tester mit drei LEDs

Die dritte LED liegt parallel zu dem Vorwiderstand für LED1 und LED2. Wir müssen den Widerstand R2 einsetzen, weil sonst die LED3 in Reihe mit LED1 ohne Vorwiderstand betrieben würde. Bei der Schaltung haben wir eine Mischung aus zwei Parallelschaltungen, die in Reihe geschaltet sind.

Aber was soll das? Die blaue und grüne LED werden bei Plus am Pluspol der Batterie leuchten. Tatsächlich? An der 4,5V Batterie leuchten beide LEDs, bei 3V leuchtet nur die grüne. Mit dieser Schaltung können wir einfach prüfen, ob die Spannung über 4,5V ist.

Um das zu verstehen, müssen Spannungspfeile in die Schaltung eintragen.

Spannungspruefer_U.png
Bild 3: Spannungs-Tester mit eingetragenen Spannungspfeilen

Wir haben Uv = U2 + U5 + U3. Die blaue LED hat eine Flussspannung von U5=3,3V und die grüne U3=2,2V.
Nur wenn die Spannungsquelle eine Spannung hat, die großer als U2 + U5 + U3 ist wird auch Strom durch die LED5 fließen und die blaue LED leuchten: Uv > U2 + 3,3V + 2,2V. An den beiden LED zusammen fallen mehr als 5,5V Flussspannung ab. Das ist über den 4,5V unserer Batterie.

Warum leuchtet dann die grüne LED? Durch die blaue fließt doch kein Strom. Nun der Strom kommt über den Widerstand R1.

Dieser Spannungs-Tester reagiert nicht nur auf die Polarität der Spannungsquelle, sondern auch auf deren Spannung:

  • Bei 1,5V leuchtet keine LED
  • Bei 3V leuchtet die grüne LED
  • Bei 4,5V leuchtet die grüne LED und die blaue glimmt
  • Ab 5V leuchten die blaue und die grüne LED
  • Bei falscher Polarität leuchtet die rote LED

Widerstände

Der Widerstand R1 mit 1kΩ ist uns bekannt. Wir verwenden ihn meistens als Vorwiderstand für eine LED.

Bei einer roten LED fallen an ihm 5V-1,8V=3,2V ab. Der Strom durch den Widerstand R1 ist also I1=3,2V/1kΩ=3,2mA.

Am Widerstand R2 fallen aber nur 5V-1,8V-3,0V=0,2V ab. Mit I5=0,2V/4,7kΩ=0,43mA ist der Strom durch die LED5 sehr viel kleiner als der Strom durch die rote.

Genau genommen ist der Strom durch die rote LED3 I3=I1+I5=3,2mA+0,43mA=3,6mA.

Wie passt das zusammen? 3,6mA durch die rote und 0,43mA durch die blaue LED. Die blaue LED müsste viel dunkler als die rote sein. Tatsächlich sind beide LED etwa gleich hell. Das liegt daran, dass blaue LEDs bei gleichem Strom heller sind. Über den Daumen gepeilt, braucht eine blaue LED für die gleiche Helligkeit nur ein Zehntel des Stroms einer roten.

Spannungs-Tester

Die Schaltung in Bild 3 hat nur einen Fehler: Wenn sie an eine falsch gepolte Spannungsquelle anschließen, kann die blaue LED3 beschädigt werden.

Aber dann wird sie doch in Sperrrichtung betrieben!

Genau, das ist das Problem.

Dann ist

12V = U2 + U5 + U3

und mit U3 = 1,8V

12V = U2 + U5 + 1,8V

Die LED5 sperrt, es fließt also kein Strom und an R2 sind dann 0V. Also

12V = U5  + 1,8V
U5  = 12V - 1,8V

Das bedeutet, dass an der LED5 über 10V abfallen und die können für eine LED tödlich sein.

Was machen?

Wir kennen der Trick mit den antiparallelen LEDs. Einfach zu LED5 eine weitere LED antiparallel schalten. Die antiparallele LED lässt Strom fließen, wenn LED5 sperrt. Wir nehmen eine rote LED, damit die falsche Polarität unterstrichen wird.

../Spannungspruefer_OK.png
Bild 4: Der fertige Spannungs-Tester

Diesen Spannungs-Tester können wir vorerst fest auf ein Steckboard aufbauen. Später, wenn wir löten können, können wir ihn auf einen Platine aufbauen.

Der Aufbau eines Spannungs-Testers wird im Projekt Spannungs-Tester beschrieben.

Diese Schaltung kann bei Spannungen bis zu 24V problemlos eingesetzt werden.

Attention attention

Hinweis:

Der Spannungsprüfer darf nicht für Netzspannung (z.B. 230V) verwendet werden: Lebensgefahr.

Er ist nur für Elektronikschaltungen mit bis zu 24V geeignet.