Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zu Lauflicht mit NE555


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von Stefan M. (beefjerky)


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Hallo!

Ich habe eine Frage zu dieser Schaltung eines 5-fach Lauflichtes mit 
LEDs und einem NE555 aus einem Buch, die ich gerne verstehen würde. 
Nehmen wir mal an ich habe begriffen, dass der NE555 als astabile 
Kippstufe betrieben wird und der Pin 3 des NE555 periodisch von Masse 
auf Betriebsspannung gelegt wird. Dann wird der Kondensator C4 
periodisch ge- und entladen. Was ich aber nicht wirklich verstehe ist, 
warum das dazu führt, dass die LEDs (L5 - L1) nacheinander in dieser 
Reihenfolge eingeschaltet werden. Ich habe nur einfache 
Digitalmultimeter zur Verfügung. Die Schaltung betreibe ich mit einem 
9V-Block. Ich kann sehen, dass C4 bis etwa 5V aufgeladen wird. Wenn ich 
jetzt jeweils die Spannung an den Basen der Transitoren (BC547) T5 bis 
T1 gegen Masse messe, dann steigt die Spannung an T5 bis 1.66V, an T4 
bis 2.47V, an T3 bis 3.24V, an T2 bis 3.98V und an T1 bis 4.65V. Die 
Differenz zwischen diesen Spannungen beträgt zwischen 0.81V und 0.67V. 
Ich bin mir nicht sicher, ob mir das irgendetwas sagen sollte, denn 
U(BE) von normalen Transistoren liegt in dieser Größenordnung (0.7V). 
Außerdem kann ich messen, dass die Potentialdifferenz zwischen Kollektor 
und Emitter immer kleiner wird, während C4 aufgeladen wird (Kollektor 
liegt ja auf 9V und Emitter steigt bis auf etwa 5V). Wie also können die 
LEDs überhaupt aufleuchten? Warum kann ich die Schaltung nicht (habe ich 
ausprobiert) gleichsinnig um einen 6. Transistor und LED erweitern? Die 
Schaltung funktioniert so zwar, aber die zugefügte LED bleibt dunkel. 
Außerdem ist mir die Funktion der Diode D1 nicht klar. Es wäre toll, 
wenn mich da jemand etwas erhellen könnte! Ist zwar alles nur zum Spaß, 
interessieren tut's mich aber doch.

Viele Grüße,
Stefan

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von Marc E. (mahwe)


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Gehe bitte auf google.
Gib ltspice ein ehemals Linear Technologie jetzt analog devices.
Downloade ltspice.
Installiere es.
Baue die Schaltung nach der ne555 ist dort sogar gelistet.
Bei Fragen melde dich ist ein sehr gutes Tool und da zu umsonst.
Gibt eine Yahoo-Gruppe dazu wo man viele Modelle runterladen kann.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Stefan M. schrieb:
> Ich habe eine Frage zu dieser Schaltung eines 5-fach Lauflichtes mit
> LEDs und einem NE555 aus einem Buch, die ich gerne verstehen würde.

Lass mich raten: Vom Franzis Verlag?

Die Schaltung ist never-ever ein Lauflicht in herkömmlichem Sinne. 
Beabsichtigt war wohl, dass die LEDs nacheinander in einem fließen 
Übergang an gehen, wie das manche PKW mit den LED-Blinkern machen.

Es handelt sich eher um einen IC-Killer, wenn ich mit angucke, wie C4 
durch D2 entladen wird.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Von T5 nach T1 werden die LEDs durchlaufen (sozusagen rückwärts), weil 
der jeweils vorhergehende T immer eine Ube mehr braucht zum 
durchschalten (dessen E hängt ja mit der B des nächsten T zusammen, also 
wie bei einer Hinereinanderschaltung von Ts zur Verstärkungserhöhung).
Das setzt natürlich voraus, daß die Eingangsspannung vom 555 nicht 
schlagartig von L nach H geht, sondern langsam. Deswegen C4+R13.

von hinz (Gast)


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Marc E. schrieb:
> Yahoo-Gruppe

Wurden allesamt eingestellt.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Die Schaltung ist von hinten durch die Brust - ein super 
Aufmerksamkeitstest für Schüler.

Ich hatte erst gedacht (und geschrieben), dass sie nicht funktionieren 
kann. Dann machte es Klick und ich sah, dass die Transistoren von rechts 
nach links arbeiten.

Und, ist es von Franzis?

: Bearbeitet durch User
von Stefan M. (beefjerky)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Lass mich raten: Vom Franzis Verlag?

Nein! Wiley-VCH, Elektronik für Dummies ;-)

> Die Schaltung ist never-ever ein Lauflicht in herkömmlichem Sinne.
> Beabsichtigt war wohl, dass die LEDs nacheinander in einem fließen
> Übergang an gehen, wie das manche PKW mit den LED-Blinkern machen.

Ja, richtig! Ich dachte ich hätte es genau genug beschrieben, die LEDs 
gehen nacheinander von L5 bis L1 an, bis alle leuchten und dann gehen 
sie gemeinsam aus, genau wie bei manchen PKW-Blinkern.

> Es handelt sich eher um einen IC-Killer, wenn ich mit angucke, wie C4
> durch D2 entladen wird.

Betrifft jetzt nicht so sehr meine Frage, aber richtig, wenn Pin 3 
wieder auf Masse gelegt wird, dann entlädt sich C4 über D2 durch den 
NE555. Und bei 1000µF kommt wahrscheinlich auch schon einiges an Ladung 
zusammen. Aber die Schaltung funktioniert!

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Stefan M. schrieb:
> Ja, richtig! Ich dachte ich hätte es genau genug beschrieben

Macht nichts. Unter Lauflicht verstehe ich so etwas: 
https://www.youtube.com/watch?v=kPyLr0VKlNo

Oder so https://elektro.turanis.de/html/prj028/index.html

von Jens G. (jensig)


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>LEDs überhaupt aufleuchten? Warum kann ich die Schaltung nicht (habe ich
>ausprobiert) gleichsinnig um einen 6. Transistor und LED erweitern? Die
>Schaltung funktioniert so zwar, aber die zugefügte LED bleibt dunkel.

Weil Du nicht genug Spannung hast. Am 555 bleiben ja auch schon 2-3V bei 
H-Pegel hängen, also haste nur noch 6-7V Hub zur Verfügung.
Also mehr Spannung, und die 6te Leuchte geht auch an.

>Außerdem ist mir die Funktion der Diode D1 nicht klar. Es wäre toll,

Die soll nur die Einsatzspannung etwas erhöhen, ab der der erste 
Transistor (T5) anfängt zu leiten. Denn der 555 kann seinen Ausgang 
(besser gesagt - die Spannung an C4) nicht sicher bis unter einmal Ube 
runterdrücken wegen D2. D1 ist sozusagen die Kompensation der 
D2-Effekte.

von Günter Lenz (Gast)


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von Stefan M. schrieb:
>Was ich aber nicht wirklich verstehe ist,
>warum das dazu führt, dass die LEDs (L5 - L1) nacheinander in dieser
>Reihenfolge eingeschaltet werden.

Weil die Spannung an C4 langsam schleichend ansteigt.
Der Steuerstrom fließ bei einem Transistor von Basis
nach Emitter. Die Basis-Emitterstrecke verhält sich
wie eine Diode, und bei einer Diode kann erst ein Strom
in Durchlaßrichtung fließen wenn etwa 0,7V erreicht sind.
Und dann kann die Spannung nicht mehr viel weiter steigen.
Bei T5 gibt es zwei Diodenstrecken, Basis-Emitter T5 und
D1, also 2 * 0,7V. Bei T4 gibt es drei Diodenstrecken,
Basis-Emitter T4, Basis-Emitter T5, D1, also wird  T4
erst leitend wenn 3 * 0,7V erreicht ist.
Und so weiter.

von Stefan M. (beefjerky)


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Günter Lenz schrieb:
> Bei T5 gibt es zwei Diodenstrecken, Basis-Emitter T5 und
> D1, also 2 * 0,7V. Bei T4 gibt es drei Diodenstrecken,
> Basis-Emitter T4, Basis-Emitter T5, D1, also wird  T4
> erst leitend wenn 3 * 0,7V erreicht ist.
> Und so weiter.

OK, vielen Dank für Deine Erklärung! Wenn die Spannung an C4 langsam 
ansteigt wird ab 2x 0.7V also zunächst die Strecke R12, T5, D1 leitend. 
Ab 3x 0.7V dann die Strecke R11, T4, T5, D1. Und für jeden weiteren 
Transistor, braucht's ca. 0.7V mehr. Für eine 6. LED mit Transistor 
bräuchte es ungefähr 7x 0.7V (= 4.9V). Wenn sich der Kondensator bis 
etwa 5V auflädt ist das wahrscheinlich zu knapp. Die einzige Möglichkeit 
wäre also, die Schaltung mit einer höheren Betriebsspannung zu 
versorgen? z.B. 12V?

Ich habe mir wirklich mal die Mühe gemacht und die Schaltung in LTspice 
eingegeben (s. Anhang), auch wenn die Bedienung von LTspice ungefähr so 
viel Spaß macht wie Glasscherben fressen :-). Es hat erst ein 
Video-Tutorial gebraucht... Ich versuche jetzt die Schaltung zu 
simulieren. Für 10 sec braucht er jetzt schon über eine halbe Stunde. 
Mir scheint er verwendet zur einen CPU-Kern von 6 Möglichen. Oder habe 
ich etwas falsch gemacht?

Falls die Simulation gelingt: wie/wo müsste ich messen, um das Verhalten 
am besten zu zeigen?

Gruß,
Stefan

: Bearbeitet durch User
von Stefan M. (beefjerky)


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Stefan M. schrieb:
> Für 10 sec braucht er jetzt schon über eine halbe Stunde.
> Mir scheint er verwendet zur einen CPU-Kern von 6 Möglichen. Oder habe
> ich etwas falsch gemacht?

So, ich denke ich habe die Massenreferenz vergessen (rote Markierung). 
Jetzt hat er ganz flux simuliert und ich habe mal die Spannung über C3 
(astabile Kippstufe, grün) und C4 (blau) gemessen. Die Spannung von C4 
geht hier bis auf 7.2V hoch, was ja eigentlich für eine 6. LED reichen 
müsste. Aber wahrscheinlich liefert mein 9V-Block auch keine 9V mehr. 
Wie könnte ich jetzt am Modell messen, um die konsekutive Schaltung der 
Transistoren zu zeigen?

Gruß,
Stefan

von Marc E. (mahwe)


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Das war auch mein erster Fehler als ich das Tool zum ersten Mal genutzt 
habe herzlichen Glückwunsch ?.

von Marc E. (mahwe)


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Wenn du auf die Bauteile klickst kannst du reale Bauteile auswählen 
macht die Simulation besser.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Stefan M. schrieb:
> Die einzige Möglichkeit
> wäre also, die Schaltung mit einer höheren Betriebsspannung zu
> versorgen? z.B. 12V?

Der Kondensator würde sich auch schneller aufladen, wenn man R8 oder C3 
verringert.

> Falls die Simulation gelingt: wie/wo müsste ich messen,
> um das Verhalten am besten zu zeigen?

Die Spannung von C3 ist der interessanteste Part. Die exakten Reaktionen 
der Transistoren kannst du ohnehin nur im realen Aufbau erleben. Schau 
mal ins Datenblatt, wie sehr unterschiedlich ihre Verstärkungsfaktoren 
sein können. Auch wird die Basis-Emitter Spannung mehr oder weniger von 
den "idealen" 0,7V abweichen.

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Stefan M. schrieb:
> Wie könnte ich jetzt am Modell messen, um die konsekutive Schaltung der
> Transistoren zu zeigen?

Du kannst die Stromstärke durch die Dioden messen.

von Stefan M. (beefjerky)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Du kannst die Stromstärke durch die Dioden messen.

Ok (s. Anhang). Ich habe noch einiges an der Schaltung geändert. Ich 
habe aus Spass raus eine 6. LED dazugenommen und verwende jetzt ein 
9V-Netzteil. Das funktioniert sehr gut. Ich habe die 470 Ohm 
Vorwiderstände gegen welche mit 1k ausgetauscht, weil der Strom durch 
die erste LED schon fast 20 mA betrug (nach Simulation) und ich mir die 
Augen weggeflext habe. In dunkelgrün sieht man schlecht die Spannung 
über C4 und dann den Strom durch die einzelnen LEDs. Ich denke man sieht 
auch an der Zeitachse, dass die LEDs nacheinander eingeschaltet werden 
und D1 als letztes. Der zeitliche Abstand zwischen den LEDs scheint 
immer größer zu werden, was man aber mit bloßem Auge nicht wirklich 
bemerkt. Was ich jetzt nicht ganz verstehe ist, warum der Strom durch 
die LEDs von D6 nach D1 immer kleiner wird, obwohl ich a) eigentlich 
keinen Helligkeitsunterschied sehen kann und b) obwohl der Strom doch 
über den jeweiligen Vorwiderstand und LED und Kollektor und Emitter und 
über den jeweiligen 1k-Widerstand fließt. Ist da der Gesamtwiderstand 
nicht für alle Wege gleich und sollte dann nicht auch der Strom gleich 
sein? Oder wie fließt der Strom durch die LEDs?

Gruß,
Stefan

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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>und D1 als letztes. Der zeitliche Abstand zwischen den LEDs scheint
>immer größer zu werden, was man aber mit bloßem Auge nicht wirklich

Logisch, schließlich ist es ja eine nichtlineare 
Kondensatoraufladekurve, die zum Ende immer langsamer ansteigt-

>bemerkt. Was ich jetzt nicht ganz verstehe ist, warum der Strom durch
>die LEDs von D6 nach D1 immer kleiner wird, obwohl ich a) eigentlich
>keinen Helligkeitsunterschied sehen kann und b) obwohl der Strom doch
>über den jeweiligen Vorwiderstand und LED und Kollektor und Emitter und
>über den jeweiligen 1k-Widerstand fließt. Ist da der

Weil von rechts nach links die verfügbare Spannung für die 
Transistor-LED-Strecke (also von +9V zum Emitter des jeweiligen T) immer 
um eine weitere Ube kleiner wird ...

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Stefan M. schrieb:
> Der zeitliche Abstand zwischen den LEDs scheint
> immer größer zu werden,

Logisch, das entspricht der Ladekurve des Kondensators.

> Was ich jetzt nicht ganz verstehe ist, warum der Strom durch
> die LEDs von D6 nach D1 immer kleiner wird

Weil die Spannungen an den Emittern jeder Stufe 0,7V höher ist, als an 
der Stufe davor. Entsprechend bleibt für die LED weniger Spannung übrig. 
Der Autor der Schaltung hat versäumt, die Vorwiderstände der LEDs 
entsprechend anzupassen.

> obwohl ich eigentlich keinen Helligkeitsunterschied sehen kann

dein Auge reagiert logarithmisch auf Helligkeitsunterschiede. Wenn du 
die Y-Achse des Diagramms logarithmisch skalierst sehen die Unterschiede 
viel geringer aus.

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