Solar-Schaltung für kurze, kräftige Stromimpulse

Lehrer Gast #2690352
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Hallo,

Ich versuche mich an einer Schaltung für einen kleinen Motor, der mit 
Solarenergie betrieben werden soll. Die Idee ist, dass die Solarzelle 
eine Kondensator auflädt, der sich, sobald er "voll" ist (also eine 
Schwellenspannung erreicht) stoßweise über einen Motor entlädt und 
diesen kurz antreibt. Ein Name dafür scheint "Miller Solar Engine" zu 
sein, und deren übliche Version läuft mit einem schlecht erhältlichen 
"1381 voltage trigger". (Siehe auch 
Beitrag "blinkschaltung, solar", 
Beitrag "Mini-Robot und 1381 voltage trigger")

Ich möchte das aus didaktischen Gründen gerne als diskrete Schaltung mit 
Transistoren aufbauen (aber ohne OPV). Sowas wie ein Schmitt-Trigger 
soll's sein, der bei einer oberen Schwelle anschaltet und bei einer 
unteren abschaltet. Das Signal, auf das getriggert werden soll, ist hier 
jedoch die Versorgungsspannung selbst.

Ich habe mir folgende Schaltung ausgedacht, die jedoch nicht 
funktioniert:

+--+--+-----------------+
|  |  |                 |
|  |  R2       +---R4--PNP
|  |  |        |        |
|  |  |   +----|---R3---+
SZ C1 |   |    |        |
|  |  +---+---NPN       |
|  |  |        |       (M)
|  |  R1       |        |
|  |  |        |        |
+--+--+--------+--------+

Der Spannungsteiler R1/R2 aktiviert den NPN-Transistor, wenn die 
Versorgungsspannung hoch genug ist, das wiederum aktiviert den PNP und 
den Motor. Für Mitkopplung sorgt R3.
C1=4700µF, R1=22k, R2=100k, R3=100k, R4=2k2; SZ:4V-Solarzelle

Der Kondensator lädt sich bis auf etwa 3V auf, es fließt ein Strom durch 
den Motor, Hysterese ist nicht erkennbar.
Kann es sein, dass die Abnahme der Versorgungsspannung zu stark 
gegenkoppelt? Was kann ich dagegen tun?

Ich hätte auch kein Problem damit, wenn der Kondensator sich ganz 
entlüde (d.h. untere Schwelle sehr tief), beispielsweise mit einer 
Thyristorschaltung - Hab's probiert, doch der Thyristor schaltet nicht 
wieder ab; die Versorgungsspannung sinkt auf 0.7V, der Strom der 
Solarzelle hält den Thyristor aktiv (ich habe den Thyristor aus pnp- und 
npn-Tranistor zusammengesetzt); erst einige Sekunden Dunkelheit setzen 
ihn zurück.

+---+---+---+
|   |   |   |
|   |   R2 (M)
|   |   |   |
SZ  C1  +--Thyristor
|   |   |   |
|   |   R1  |
|   |   |   |
+---+---+---+

Kann ich da irgendwas machen?
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Harald W. #2690383
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Lehrer schrieb:
> deren übliche Version läuft mit einem schlecht erhältlichen
> "1381 voltage trigger".
> Ich möchte das aus didaktischen Gründen gerne als diskrete Schaltung mit
> Transistoren aufbauen (aber ohne OPV). Sowas wie ein Schmitt-Trigger
> soll's sein, der bei einer oberen Schwelle anschaltet und bei einer
> unteren abschaltet.

Ich würde gerade aus dikatischen Gründen einen Komparator als IC
verwenden. Der lässt sich mit Spannungsteilerformeln leicht berechnen
und arbeitet dann auch zuverlässig. Kein Mensch käme heut noch auf
die Idee, einen Komparator aus Einzelbauelementen aufzubauen und
auch in der Didaktik sollte man sich an den Stand der Technik anpassen..
Gruss
Harald
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Lehrer Gast #2690434
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chris: Es gibt da mehr Schmitt-Trigger-Varianten als nur den 
Emitter-gekoppelten.
Die gezeigte Schaltung verhält sich wie ein Schmitt-Trigger, wenn die 
Versorgungsspannung konstant bleibt und ich R1/R2 mittels eines 
Potentiometers realisiere. Schönes Schaltverhalten, wie es sein soll.

Harald Wilhelms: Ja, im Prinzip schon, aber Komparatoren liegen etwas 
über dem Niveau des Kurses; Elektronik ist da nur ein Rand-Thema. Ich 
fänd's gut, wenn sich das mit dem Thyristor regeln ließe, der ist schon 
angesprochen worden.
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Harald W. #2690463
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Lehrer schrieb:

> Harald Wilhelms: Ja, im Prinzip schon, aber Komparatoren liegen etwas
> über dem Niveau des Kurses; Elektronik ist da nur ein Rand-Thema.

Gerade weil sich ein Komparator in IC-Form wesentlich einfacher
berechnen lässt als Deine Schaltvorschläge solltest Du Ihn
bevorzugen. Für die Schüler wäre das IC ein schwarzer Kasten,
von dem man nur weiss, das es am Ausgang etwas bestimmtes tut,
wenn man am Eingang bestimmte Signale anlegt.
Gruss
Harald
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HildeK Gast #2690494
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Prinzipiell geht die Schaltung schon für den Zweck.
Gehen kann die Schaltung aber nur dann, wenn die Solarzelle weniger 
Strom liefert als der Motor braucht, sonst stellt sich ein Gleichgewicht 
ein.
Außerdem bin ich mir über die Wirkung der Gegen-EMK des Motors unsicher 
- das trägt sicher nicht zur besseren Funktion bei.

Als erstes würde ich mal den Motor durch einen Widerstand ersetzten und 
noch eine npn-Treiberstufe für den Motor an den Kollektor des 
pnp-Transistors anschließen. Damit wären zumindest die aus meiner Sicht 
unklaren Einflüsse des Motors auf die Mitkopplung reduziert. Dann 
solltest du noch ein wenig an dem Mitkopplungswiderstand spielen und 
auch an der Lichtmenge für die Zelle.
Eine Diode in Sperrrichtung parallel zum Motor sollte auch nicht fehlen.
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