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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED abrupt ausschalten


Autor: Nils ‫‪ (n-regen)
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Hallo!

Ich möchte eine LED an einen Kondensator (aufgeladen auf 2,4V) 
anschließen und abrupt ausschalten, sobald der Kondensator sich bis auf 
eine bestimmte Spannung entladen hat, sodass die LED nach dem Trennen 
des Kondensators von der Spannungsquelle noch eine bestimmte Zeit 
leuchtet.
Um für ein abruptes Abschalten der LED zu sorgen, sind mir bisher 
folgende Möglichkeiten eingefallen:
- einen Diac in Reihe mit der LED schalten, der z.B. sich bei 20mA ein- 
und bei 18mA ausschaltet (Gibt es sowas?)
- eine Z-Diode in Reihe mit der LED schalten, die die LED beim 
Unterschreiten ihrer Durchbruchspannung abschaltet
- die LED an einen Schmitt-Trigger hängen (Sollte man einen diskreten 
oder einen integrierten hernehmen? Wie stellt man die Abschaltspannung 
jeweils passend ein?)
- die LED an einen Komparator hängen
Welche Möglichkeit ist hier zu empfehlen (oder gibt es noch andere, 
bessere Möglichkeiten)?

Es wäre auch noch praktisch, wenn man die LED einfach in Reihe mit einem 
Transistor an die Spannungsquelle hängen und den Transistor dann per 
Kondensatorentladungserkennung abschalten könnte - da müsste dann aber 
auch darauf geachtet werden, dass die Schaltung am Kondensator den 
Transistor auch abschaltet, wenn sie selber mangels Spannung am 
Kondensator ausfällt.

Noch was: Ich weiß, dass diese Frage schonmal gestellt wurde 
(Beitrag "Wie LED abrupt schalten?"), aber da wurde keine 
(endgültige) Lösung gefunden, die ich direkt übernehmen könnte.

Autor: Ralli (Gast)
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Hm, bei einer Frage, wo niemand sich vorstellen kann, was du
wirklich willst, hat auch niemand Lust, im alten thread nachzulesen.

Eigentlich willst du die LED doch NICHT abrupt ausschalten.
Wovon soll sie denn sonst leuchten?

Was willst du wirklich???

Autor: Dussel (Gast)
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Ich würde die Zenerdiode vorschlagen. Verbraucht am wenigsten, wenn sie 
ausschaltet gar nichts mehr und ist am wenigsten Aufwand.

Autor: Ralli (Gast)
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Zenerdiode: Voll krass abrupt bei 0,5 bis 1,0 Volt...

Z-Diode übrigens auch nicht.

Autor: Nils ‫‪ (n-regen)
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Ralli schrieb:
> Hm, bei einer Frage, wo niemand sich vorstellen kann, was du
> wirklich willst, hat auch niemand Lust, im alten thread nachzulesen.
Den alten Thread (der nicht von mir ist und dessen Thema meinem Problem 
auch nur ähnelt) habe ich nur erwähnt, damit niemand "Das hatten wir 
schonmal, schau da nach" schreibt.

Mein Problem ist (nochmal kurz zusammengefasst) folgendes:
Ich möchte eine LED nach dem Schalten eines Kontakts drei Sekunden lang 
leuchten und dann schlagartig ausgehen lassen. Die Schaltung soll dann 
auch keinen Strom mehr verbrauchen.
Meine Idee war eben, bei ausgeschaltetem Kontakt einen Kondensator 
aufzuladen und ihn dann beim Schalten des Kontakts über die LED zu 
entladen, wobei irgendein zusätzliches Bauteil (siehe Liste im ersten 
Post) die LED nach drei Sekunden bzw. bei einer bestimmten 
Spannung/Stromstärke ausschalten soll.

Autor: Ralli (Gast)
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Also ist der Kondensator mit seinen 2,4 Volt überhaupt nicht das
Kriterium? Wie soll man denn wissen, was für Spannungen,
Stromverbrauchskriterien etc. zur Verfügung stehen?

Ist der Kondensator groß genug und entlädt er sich von 2.4 Volt über
100 Ohm durch eine rote LED mit 1,5 Volt Uf, geht die LED nach einiger
Zeit aus. Nämlich dann, wenn die zum Leuchten erforderliche Spannung Uf
unterschritten wird. Für ABRUPT und GENAU braucht es aber VIEL mehr
Aufwand.

Also nenne doch das, was zum Entwickeln einer Schaltung gehört:

Was ist vorhanden?
Was soll rauskommen?
Was darf noch an Bauteilen, Platzbedarf, Kosten, ... dazukommen?

Entweder kommt man nach diesen Überlegungen schnell selbst darauf,
oder findet hier viele freundliche Helfer!

Autor: Nils ‫‪ (n-regen)
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Ralli schrieb:
> Was ist vorhanden?
Eine 2,4V-Spannungsquelle und ein Schalter, der nach Masse 
durchschaltet.
> Was soll rauskommen?
Eine Schaltung, die beim Aktivieren des Schalters für ca. 3 Sekunden 
eine LED leuchten lässt, sie dann abrupt abschaltet und keinen Strom 
mehr verbraucht.
> Was darf noch an Bauteilen, Platzbedarf, Kosten, ... dazukommen?
Bauteile: egal; Platzverbrauch und Kosten: so niedrig wie möglich

Ralli schrieb:
> Entweder kommt man nach diesen Überlegungen schnell selbst darauf [...]
Ich hätte noch eine Idee: Ein TLC555 (als Monoflop verschaltet) müsste 
bei 2,4V schon funktionieren und kann über den Schalter ausgelöst 
werden. Es stellt sich also bloß noch die Frage nach dem 
Ruhestromverbrauch (nicht ausgelöst / ausgelöst, Ausgang an / ausgelöst, 
Ausgang aus).

Autor: Ralli (Gast)
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2,4 Volt - könnten 2 NiCads sein.

Schweben die im leeren Raum?
Und wozu das Tasten-Nachleuchten?

Der TLC555 verbraucht 170 µA.
Ein CD4000-Baustein wenige µA.
Und ohne Spannung fließt ganz abrupt oder auch die ganze Zeit
gar kein Strom.

Funktioniert denn der Rest der Schaltung schon?

(Gähn)

Autor: 3SecLed (Gast)
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Damit wird's nach dem Einschalten für ca. 3 sec hell. Der LED-Strom 
(hier 10 mA) ist mit R3 anpassbar (bei größeren Änderungen R2 
proportional anpassen). Die Einschaltzeit bestimmt maßgeblich die 
Zeitkonstante von R1 und C1. Das Verhältnis R1/R2 sollte nicht viel 
größer als etwa ein Drittel der Stomverstärkung des linken Transistors 
sein.

Aufgrund der zur Verfügung stehenden Spannung von nur 2,4 V sind wohl 
nur "Niederspannungs"-LEDs, also rote mit rund 1,6 V Flussspannung 
verwendbar.

Simuliert bei 25 °C. Zwischen -60 °C und +80 °C ändert sich die 
Einschaltdauer um etwa +/- 0,5 sec.

Viel Spaß!

Autor: Nils ‫‪ (n-regen)
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Sieht gut aus.
Womit hast du das simuliert?

Autor: Michael M. (Gast)
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bedank dich doch vielleicht erst mal?!

Autor: 3SecLed (Gast)
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Simuliert habe ich das mit Micro-Cap 9.03 - für kleinere Schaltungen 
halte ich das für unübertroffen unkompliziert. Von der Eingabe bis zu 
den Ergebnissen dieser einfachen Schaltungen hier braucht man vielleicht 
5 min.

Zuzüglich der Zeit für den "Spieltrieb", danach an den Werten 
herumzudrehen... ;-)  Dementsprechend noch ein verbesserter Vorschlag.

Die vorherige Schaltung erfüllte die Vorgabe "keine Stromaufnahme nach 3 
sec" nicht wirklich. Nach dem Abschalten der LED flossen immer noch etwa 
30 uA durch R2.

Mit komplementären Transistoren lässt sich dieser Ruhestrom um weit mehr 
als das tausendfache verringern. Nach 10 sec. zeigte eine (zeitlich 
erweiterte) Simulation noch eine Reststromaufnahme von ca. 150 nA an. 
Der Ladevorgang von C1 ist aber selbst dann noch nicht völlig 
abgeschlossen.

Nach Minuten sind nur noch die Sperrströme von C1 (bei einem guten 
Folienkondensator vernachlässigbar) sowie der Transistoren zu erwarten - 
bei 2,4 V vermutlich im einstelligen Nanoampere-Bereich.

Alles hat jedoch seinen Preis: Der Strom durch die LED  ist nicht ganz 
so stabil wie in der vorherigen Schaltung, und fällt innerhalb der 3 sec 
von ca. 10,3 mA auf 9,3 mA ab (vermutlich ist das aber nur ansatzweise 
sichtbar).

Und ein klein wenig temperaturempfindlicher ist diese Schaltung auch: 
Zwischen -60 °C und +80 °C ändert sich die Einschaltdauer um etwa +/- 
0,8 sec (Die Diagramme im Bild wurden bei 25°C simuliert).

Trotzdem: Mit dieser Schaltung noch mehr Spaß... ;-)

Autor: Sven (Gast)
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Kleinen Haken hat die Sache: Was passiert, wenn die Spannung wegfällt 
und kurz darauf erneut angelegt wird? Dann ist C1 noch geladen und es 
fließt kein Strom.

Autor: 3SecLed (Gast)
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Man kann versuchen, die Entladung zu beschleunigen:

Beispielsweise mit einer Diode über (erste Schaltung) R1, Anode an der 
Basis, Kathode an +2,4 V. Bei der zweiten Schaltung Kathode an  Node 5 
und Anode an Masse (oder an Node 3, um R3 zur Entladestrombegrenzung zu 
verwenden). Je geringer die Flußspannung der Diode ist, desto besser 
wird der ungeladene Anfangszustand des Kondensators wiederhergestellt.

Die Entladung über die Diode setzt natürlich einen Verbraucher voraus, 
der genügend Strom aufnimmt. Fehlt dieser, kann man anstelle eines 
einfachen Schaltkontaktes einem Umschalter vorsehen, der die +2,4 
V-Leitung des "3-sec-Timers" zwischen der Versorgungsspannung (in den 
Beispielen der Batterie) und Masse umschaltet.

MfG

Autor: Nils ‫‪ (n-regen)
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Danke!
Das ist genau das, was ich brauche.
Aber wo hast du den BC549 her?
Ich habe mir gerade die Evaluation Version von Micro-Cap runtergeladen 
und habe in der Modell-Liste der NPN-Transistoren nur 2N....-Typen und 
keinen einzigen BC...

Autor: 3SecLed (Gast)
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Ich habe aus beruflichen Gründen die Vollversion von MicroCap, mit 
"etwas" umfangreicherem Bauelementangebot.

Grundsätzlich sollten beide Schaltungen aber mit beliebigen 
Si-Kleinsignaltransistoren funktionieren, deren Stromverstärkung in der 
Größenordnung der verwendeten "-C"-Type liegt.

Ich hab gerade einmal in der zweiten Schaltung einen 2N2222 und einen 
2N2905 eingesetzt...

...mit dem Ergebnis, daß die Kurven nicht mehr annäherend so 
flankensteil sind, wie bei den BCxxxC-Typen, sondern flach und rund.

Grund dafür ist die erheblich geringere Stromverstärkung der beiden 
2N-Typen. Man könnte dafür natürlich die Dimensionierung der Bauelemente 
anpassen - kleinere Widerstandswerte und eine größere Kapazität im 
zeitbestimmenden Teil, und den Steuerstrom für den zweiten Transistor 
erhöhen...

...oder man cheated ein wenig:

Klicke auf die Transistoren in der Schaltung, dann öffnet sich der 
Model-Dialog.

Jetzt "tunen" wir die Transistoren: Gib bei "BF" (forward Beta == 
Stromverstärkung) für beide Transistoren einen Wert zwischen 600 und 700 
ein. Das ist ein ein halbwegs typischer Wert für die BCxxxC-Typen,
und für die vorliegende Schaltung und Simulation einer der 
entscheidenden Parameter.

Ich hoffe diese Manipulation der Model-Werte funktioniert auch in der 
Evaluation-Version. Ansonsten suche nach Trasistoren mit größtmöglichem 
"BF"...

MfG

Autor: 3SecLed (Gast)
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Nachtrag:

So ab einem "BF" von etwa 400 sehen die Schaltflanken "hübsch" aus.

Der Kondensator muss ggf. angepasst (vergrössert) werden, um die 3 sec. 
zu erreichen...

MfG

Autor: Nils ‫‪ (n-regen)
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Ich würde wahrscheinlich einen BC327B und einen BC337B hernehmen - 
kriegt man damit noch eine abrupte Abschaltung hin?
Und wie stellt man die Flussspannung der LED ein (man muss doch eine 
normale Diode hernehmen und die Parameter entsprechend verändern, 
oder?)?

Autor: 3SecLed (Gast)
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BC327B und BC337B gibt's auch in meinem MicroCap nicht, aber BC3x7-16, 
-25 und -40, mit "BF"s von ca. 200, 300 und 480.

Die recht geringe Stromverstärkung der -16-Typen führt zu flachen 
Flanken...

...aber mit den -25 und -40-Tyen funktioniert die Schaltung sofort. Die 
Ausschalteit liegt dabei aber um gut 0,6 sec unter bzw. oberhalb der 
3sec,
also ggf. den Kondensator anpassen. Die etwas geringere Stromverstärkung 
(besonders bei -25-Typen) kann auch ausgeglichen werden indem man R1/R2 
auf 1,2 MEG bzw. 1,5 MEG verringert. Bei -25-Typen leifert dann C1 = 
1uF, bei -40-Typen C1=0.68uF Schaltzeiten in den Gegend von 3 sec.

Ein richtig schönes Spielfeld... ;-)

LED: Ja, da musste auch ich cheaten, die gibt's nicht einmal in der 
Vollversion. Rezept:  Man nehme eine 1N4148 und ändere im Model-Dialog 
den Wert "N" (Emission coefficient) auf 4.4. Ergibt etwa 1,6V 
Flussspannung. Ersetzweise kann man auch zwei 1N4148 für die Simulation 
in Serie schalten. Das passt auch mäherungsweise. Inde der Simulation 
kann man die Flussspannung einfach als Differenz der Node-Spannungen 
anzeigen, bspw. "v(4)-v(3)".

Noch ein Hinweis zur LED: Manche moderne rote low current / high 
effiency Typen benötigen deutlich mehr als 1,6 V Flussspannung (so bis 
ca. 2,2 V). Da kann es bei nur 2,4 V Versorgungsspannung schon "sehr 
eng" werden.

Schnell getestet: mit -40-Type, 2,0 V-LED-Flussspannung ("N" = 5.5), R3 
= 27 Ohm, R1= 1,2 MEG, R2= 1,5 MEG und C1 = 1,5 uF kommt man auf 3,2 sec 
Schaltzeit. Zwischen -25 °C und 75°C funktioniert die Schaltung noch, 
aber man nähert sich den Grenzen des Machbaren...

MfG

Autor: Sven (Gast)
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Zum Simulieren kannst Du auch Switcher CAD von Linear Technologies 
nehmen, kostenlos und dafür ausreichen. Die dürften auch die BC-Transis 
und ne LED im Angebot haben.

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