Grundschaltungen auf denen alle anderen Schaltungen mehr oder weniger aufbauen, deswegen ist es besonders wichtig diese Schaltung zu kennen und besser noch sie zu verstehen.
Astabile Kippstufe deshalb, weil sie zwei stabile Zustände annehmen kann und im folgenden Beispiel hoffentlich auch annimmt.
Fangen wir erst einmal klein an (Bild 1) und folgen der Plus Leitung einmal so erkennen wir das die positive Betriebsspannung einmal direkt auf die Leuchtdiode Led 1 geht
dann durch den Widerstand R1 und schließlich auf den Kollektor von Transistor T2, dort wäre dann erst einmal Schluss , heißt der Strom kann nicht weiter und die Led würde somit
nicht leuchten wenn nicht der Widerstand R2 wäre, der ermöglicht nämlich in diesen Fall das der Transistor durchgeschaltet wird und damit die Led doch leuchtet.
Die Leuchtdiode ist ein sogenannter Halbleiter, und Halbleiter haben keinen festen Widerstand sondern der Widerstand ist im Verhältnis zu einem festen Widerstand sehr Variable,
und hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. vom verwendeten Material , von der Umgebungstemperatur und der Temperatur die entsteht wenn die Leuchtdiode anfängt zu leuchten.
Weil sich der Widerstand aber mit der Temperatur ändert, und Halbleiter die Eigenschaft haben mit zunehmender Temperatur ihren Widerstand zu verringern.,
hat dies zu folge das wenn sich der Widerstand verringert dadurch der Strom ansteigt.
Wenn aber der Strom steigt wird sich die Led noch weiter erwärmen, folge der Strom steigt noch mehr und so weiter....
Die Led würde sich also selber umbringen , ein Klassischer Selbstmord.
Um das zu verhindern können verschieden Maßnahmen getroffen werden, eine und auch die einfachste wäre es vor der Diode einen Widerstand zu setzen der den Maximal Strom begrenzt,
und zwar auf den Strom den die Led vertragen kann.
Das sind in der Regel 0,020 Ampere also 20 mA.
Woher weiß ich das es 20 mA sind ?
Diese Werte weiß mann entweder aus Erfahrungswerte oder sonst nur durch das Datenblatt, heute ist es relativ einfach an Datenblätter nahezu aller Standard Bauteile zu kommen z.B.
im Internet, dagegen war es vor ca 20 Jahren fast unmöglich an Datenblätter heran zu kommen, so musste man früher viel Experementieren und ein hohes Blutzoll zahlen,
weil auch Halbleiter zu dieser Zeit noch sehr teuer waren.
Um also den Widerstand zu berechnen bedient man sich folgender Formel:
U = R * I ( U=Spannung , R= Widerstand, I= Strom) oder nach R (Widerstand) umgestellt sieht sie dann folgendermaßen aus:
R= U/I
Anhand der Formel sehe ich schon das wenn ich R ausrechnen möchte ich die folgende Werte benötige nämlich die Spannung und den Strom.
Der Strom wie oben schon erwähnt ist 25 mA, fehlt also noch die Spannung.
Angenommen wir haben eine Betriebsspannung ( Batteriespannung) von 9 Volt und wir ein Datenblatt hätten , würden wir nachlesen können das bei einer roten Leuchtdiode ca 2,2 Volt
benötigt werden. Ziehen wir also von den 9 Volt die Spannung 2,2 ab so verbleiben 6,8 Volt.
Wenn wir weiter davon ausgehen das über den Transistor wenn er dann geschlossen ist keine Spannung verloren geht , das stimmt zwar nicht ganz , einiges geht auch da verloren,
aber das ist vernachlässigbar so bleiben für den Widerstand R1 , noch 6,8 Volt übrig.
Jetzt wissen wir aber noch , das wenn wir zwei Werte haben, den dritten ausrechnen können , wir haben also Spannung 6,8 Volt, und Strom 20 mA weil ja der Strom der durch die
Leuchtdiode fließt genauso durch den Widerstand muss.
R= U/I
Wiederstand = Spannung / Strom
6,8 Volt / 0,020 A = 340 Ohm , ergo der Widerstand sollte mindestens 340 Ohm groß sein damit die Leuchtdiode nicht ins Nirwana geht.
Da aber Widerstände genormt sind gibt es die nicht in allen Größen , daher nehmen wir die nächst mögliche Größe die in der Normreihe verfügbar ist,
und das wären 470 Ohm, damit bekommt die Leuchtdiode zwar etwas weniger Strom als sie maximal vertragen kann, dafür hält sie aber länger und die Batterie ist auch nicht so schnell leer.
Beispiel Datenblatt einer Led .
Bild 1
Auch für den Transistor gilt wieder ohne Datenblatt kann man sich nur auf Erfahrungen berufen .Deshalb zuerst einmal das Datenblatt dazu
und
ein wichtiges Detail ist die Anschlussbelegung, diese Belegung haben
viele Transistoren gemeinsam , aber Achtung viele , nicht alle.
Beim markierten Bereich ist der Strom angegeben der maximal in der Kollektor-Emiter Strecke fließen darf, demnach dürfen 100 mA fließen,
in unserem Beispiel (Bild1) fließen aber maximal 25 mA, somit befinden wir uns im unteren Bereich des möglichen, hinzu muss noch der Strom addiert werden der von der Basis
zum Emitter fließt, aber der ist so klein das wir ihn einfach vernachlässigen können.
In der Markierten Zeile des Datenblatt Auszug Bild2 sehen wir den Verstärkungsfaktor des Transistor BC 547 ,meist haben diese Transistoren hinter den Typen Ziffern
noch einen Buchstaben A,B oder C, diese Buchstaben geben den Verstärkungsfaktor des Transistor an . in einer Spalte sehen wir den Minimal-Wert von 125 ,
das ist die minimale Verstärkung , der Bindestrich dahinter gibt normalerweise einen etwas höheren Wert an, der die Typische Verstärkung angibt warum es in diesen Datenblatt
nur mit einem Bindestrich versehen ist, entzieht sich meiner Kenntnis, und letztendlich in der dritten Spalte den Wert 900 , der wiederum den Maximal-Wert angibt.
Verstärkungsfaktor gibt an um ein wie viel höherer Strom in der Kollektor Emitter Strecke fließen kann wenn ich einen Strom an der Basis Emitter Strecke fließen lasse.
Gehen wir in unserem Fall einfach mal vom Maximal Wert aus , also 900, so ist der Transistor im Stande den an der Basis angelegten Strom um das 900 fache zu verstärken ,
es kann also in der Kollektor Emitter Strecke ein 900 fach höherer Strom fließen, da wir aber wissen das wir für die Leuchtdiode einen Strom von 25 mA benötigen sollte der
Strom der Basis Emitter Strecke maximal den 900 Teil betragen also 25mA / 900 = 0,027 mA oder 0,000 027 Ampere.
Ein geschlossener Transistor hat in seiner Basis Emitter Strecke immer einen Spannungsabfall der je nach fließenden Strom ca, 0,7 Volt beträgt.
Nehmen wir jetzt die Betriebsspannung zu Grunde von 9 Volt und ziehen die 0,7 ab so verbleiben 8,3 Volt.
Jetzt haben wir wieder zwei Werte und können den Dritten ausrechen nämlich den Widerstands.
R=U / I also Widerstand ist Spannung durch Strom 8,3 Volt geteilt durch 0,000027 =30740 Ohm ( 30,7 kOhm)
Bild 2
aber unsere Schaltung ist ja noch nicht fertig, also bauen wird das ganze nach Bild 3 noch einmal Spiegelverkehrt auf,
auch dann macht die Schaltung nicht besonders viel außer das jetzt zwei Leuchtdioden leuchten sollten.
Bild 3
abwechselnd blinken. Die Geschwindigkeit mit der das blinken stattfindet ist in der Hauptsache von zwei Faktoren abhängig von Widerstand R2 und Kondensator C2 für Led 2
und Widerstand R4 und Kondensator C1 für Led 1.
Nehmen wir an das wir die Schaltung an Spannung legen dann würden eigentlich beide Transistoren durchschalten und dadurch beide Led's leuchten.
Bedingt durch Bauteiledifferenzen würde Real gesehen aber ein Transistor etwas früher durchschalten als der andere. Der Kondensator verhindert nun aber für einen kurzen Moment
ein durchschalten des anderen Transistors. Welcher Transistor als erstes durchschaltet kann man nicht vorhersehen und hängt von den Toleranzen und vom Zufall ab.
Nehmen wir folgendes an, nach dem Einschalten der Betriebsspannung würde als erstes Transistor T2 durchschalten, dann würde der Kollektor von T2 auf Masse liegen, wenn man die Funktion
eines Kondensator kennt , weiß man das sich ein solcher im ersten Moment erst einmal auflädt und dann der Stromfluss zum erliegen kommt. Genauso ist es beim Entladen,
wenn also eine vorhandene Spannung am Kondensator abgeschaltet wird, entlädt sich dieser Kondensator noch bevor der Stromfluss verebbt.
Wenn also Transistor T2 durchschaltet ist , liegt der Kollektor von T2 auf Masse ebenso die linke Seite des Kondensator C1 und für einen kurzen Moment
auch die Rechte Seite des Kondensators C1
dieser wird dann aber über den Widerstand R4 aufgeladen bis an der Basis von T3 eine genügend hohe Spannung anliegt um Transistor T3 durch zu schalten.
Ist dieser dann durchgeschaltet dann leuchtet Led 2 und der Kollektor von T3 liegt dann auf Masse und damit ebenso die rechte Seite vom Kondensator C2
und auch da für einen Moment die linke Seite von C2.
C2 entlädt sich praktisch und bildet für sehr kurze Zeit einen Kurzschluss somit ist auch die linke Seite von C2 für eine kurze Seit auf Masse und damit auch die Basis
von Transistor T2 der dann sperrt . bis sich der Kondensator C2 über den Widerstand R2 langsam wieder auflädt und T3 durchschaltet. Uns so geht es dann immer weiter.
Die Zeit zum Ein und Ausschalten hängt also fast nur von den Widerständen R2 und R4 und der beiden Kondensatoren C1 und C2 ab.
( Trimmer ist ein kleiner veränderlicher Widerstand) die Frequenz des Blinken im gewissen Bereich Variabel ist.Die Widerstände R2 und R4 müssen dadurch natürlich angepasst werden
