Die folgende Schaltung lässt eine LED in
regelmäßigen Abständen kurz aufleuchten/aufblitzen. Es sieht aus, als würde eine Alarmanlage oder ein
Rauchmelder Bereitschaft signalisieren.
Die Schaltung ist ohne jeglichen Mikrokontroller, sondern nur analog und mit diskreten Bauteilen realisiert
und kann bei Verwendung von SMD-Bauteilen sogar extrem klein gebaut werden.
Diese Schaltung macht sich den sogenannten
Thyristoreffekt zu nutze.
Die beiden verwendeten Transistoren
(NPN und PNP) sind so geschaltet, dass sie sich gegenseitig ansteuern und beide ab einem bestimmten
Spannungswert schlagartig elektrisch leitend werden.
Die Schaltung funktioniert ähnlich wie ein Druckventil, das ab einem gewissen Druck öffnet und solange
durchlässig bleibt, bis der Druck wieder unter einen bestimmten Wert abfällt. Der Ladekondensator C1 wird
über den Widerstand R1 allmählich aufgeladen. Ist C1 genügend aufgeladen, so wird der pnp-Transistor (Q1)
durchgesteuert. Dessen Kollektorstrom wiederum steuert den npn-Transistor (Q2) auf, der seinerseits den
pnp-Transistor ebenso weiter öffnet. Es entsteht so ein Lawineneffekt (Pseudo-Thyristor), so daß der
Kondensator innerhalb kurzer Zeit über die LED entladen wird: ein kurzer Lichtblitz entsteht. Am Ende des
Blitzes schließt der Pseudo-Thyristor wieder, und der Vorgang beginnt von vorne.
Besonders zu erwähnen ist, daß die Stromentnahme aus der Spannungsquelle recht gering ist, da nur der Ladestrom des Kondensators entnommen wird, nicht aber der Strom für das Leuchten der LED selbst. Da alternde Batterien über lange Zeit ihr Spannungsniveau noch recht gut halten können und lediglich ihr Innenwiderstand drastisch zunimmt, kann man den Blitzer sogar an einer "leeren" Batterie noch ziemlich lange betreiben.
Die Zeit zwischen dem Aufblitzen der LED bestimmen die Kombination von R1 und C1. Variiert man diese,
so können Schaltungen von sehr kurzen bis hin zu extrem langen Intervallen aufgebaut werden.
Zum Berechnen dieses Intervalls muss die Ladezeit des Kondensators berechnet werden. Diese wird durch den
Wert des Widerstands, der den Kondensator auflädt und die Kapazität bestimmt.
Die angelegte Spannung hat dabei keinen Einfluss auf die Ladezeit! Die Aufladung erfolgt umso schneller,
je kleiner die Kapazität des Kondensators C1 und je kleiner der Widerstand R1 ist.
τ = R × C
Die Ladezeit ist nur von den Größen des Kondensators C1 und des Widerstandes R1 abhängig.
Daher wird das Produkt aus Kapazität C und Widerstand R als Zeitkonstante τ (tau) festgelegt.
Innerhalb jeder Zeitkonstante τ (tau) lädt oder entlädt sich ein Kondensator um 63% der angelegten bzw.
geladenen Spannung. Nach der eben berechneten Zeitkonstante (τ) besitzt der Kondensator 63% der Ladespannung.
nach 2τ 86%
nach 3τ 95%
nach 4τ 98%
nach 5τ 99%
Theoretisch wird der Kondensator nie voll geladen, jedoch geht man in der Praxis nach 5 Zeitkonstanten
von 100% Ladung aus.
Unser Beispiel:
R1 = 47kΩ
C1 = 10µF
τ = R × C = 47000Ω × 0,000010F = 0,47s
Demnach ist der Kondensator nach 5 × τ = 5 × 0,47s = 2,35s geladen.
In dieser Schaltung tritt jedoch der Thyristoreffekt vor dem vollständigen Aufladen des Kondensators beim
Ladestand von ca. 60-70% der Kapazität ein. Somit können wir die Blitz-Frequenz bei ca. 1 × τ einordnen.
Hier einige Beispiele:
| Widerstand | Kondensator | Periodendauer |
|---|---|---|
| 47kΩ | 10µF | 0,47s |
| 47kΩ | 22µF | 1,03s |
| 47kΩ | 220µF | 10,3s |
| 100kΩ | 10µF | 1s |
| 100kΩ | 22µF | 2,2s |
| 680kΩ | 10µF | 6,8s |
| 680kΩ | 22µF | 14,9s |
Hier habe ich den Blitzer in einem platinenlosen Aufbau mit der Speisung durch einer 3V-Knopfbatterie zusammengelötet.
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Ein weiteres Einzelobjekt habe ich mit 220µF, 4,7kΩ,
sowie BC547B und BC558C aufgebaut.
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Den Blitzer habe ich für fast aufgebrauchte 9V-Batterien als kleinen Perfboard-Aufbau mit einer superhellen,
pinken 3mm-LED gelötet. Anhand des obigen Schaltplans habe ich mit der Software Eagle einen Aufbau entwickelt
und diesen dann auf eine Platine übertragen und zusammengelötet.
Nach dem ersten Test hat alles gut geklappt, doch nach einigen Minuten blinkt die LED nicht mehr, sondern
leuchtet merkwürdigerweise durchgängig.
Mit Eagle habe ich eine möglichst sparsame Blitzer-Platine (für 9V-Batterien) erstellt und bei JLCPCB zum Ätzen gegeben.
