Hallo, ich bin ein ziemlicher Anfänger in Sachen Elektrotechnik und Schaltungen und habe noch einige Schwierigkeiten, zu verstehen, wie solche Schaltungen funktionieren. Es geht um diese Schaltung: https://solderingmind.com/wp-content/uploads/2019/07/Led-flash-for-alerts.jpg Nachdem ich mir auf meinem Breadboard einzelne Schaltungen angeschaut habe, dachte ich eigentlich, dass ich die Komponenten mittlerweile ganz gut verstehe. Aber bei solchen Schaltungen (die ja eigentlich noch nicht wirklich komplex sind) habe ich leider schon Probleme nachzuvollziehen, wie sie funktionieren. Könnt ihr mir hier etwas weiterhelfen? Wichtig: Ich arbeite mit 5 V. Meine Herangehensweise: Am Anfang: Der Kondensator ist leer. Da er an GND hängt, liegt am gesamten Kondensator zunächst 0 V an. Ich könnte ihn mir auch ganz kurzzeitig als einfache Leitung vorstellen (?). Die gesamte Spannung liegt erst einmal am Widerstand an (5 V). Somit liegt auch am PNP-Emitter 0 V. Nicht ganz sicher bin ich mir jetzt, wie der PNP schalten kann. Es müsste ja an der Basis gegenüber dem Emitter −0,7 V anliegen. Der Emitter kann aber maximal 5 V haben, wenn der Kondensator voll geladen ist. Ich hätte jedoch gedacht, dass an der Basis des PNP ebenfalls 5 V liegen. Dann kann es doch keine Differenz zum Schalten geben? Was mich auch gewundert hat: Ich habe testweise den Kondensator durch einen Leiter ersetzt, um den Startzeitpunkt zu simulieren. Wie erwartet hat der Widerstand 5 V. Aber was mich wundert, ist z. B. die LED: Diese hat etwa 0,5 V (ich habe zusätzlich noch einen 330 Ω Widerstand verbaut, nur zur Sicherheit). Wo kommt diese Spannung her, wenn doch alle Transistoren zunächst geschlossen sind? Auch zwischen PNP-Emitter und Basis liegen 4 V an (wieso nicht 5 V?). Hier komme ich leider nicht weiter. :( Wie gehe ich denn geordnet vor, um z.B. nur mit Stift und Papier herauszufinden, wie die Anfangsbedingung (Spannungen, Stromflüsse etc.) Aussieht. Gerade auf der rechten Seite mit den Transistoren tue ich mer schwer. Anscheinend kann ich hier nicht einfach annehmen, dass die alle nicht geschaltet sind, sonst müsste doch an der LED keine Spannung anliegen!? Danke für eure Hilfe.
Alexander schrieb: > Der Emitter kann aber maximal 5 V haben, wenn der Kondensator voll > geladen ist Mit 5V funktioniert die Schaltung nicht (zuverlässig). Sie basiert auf der UBEreverse Durchbruchspannung der Transistoren. Alte (1960) brauchten oft 30V, moderne ca. 7V.
Beitrag #7921015 wurde vom Autor gelöscht.
Hallo Michael, aber zumindest funktioniert es bei mir wie gedacht. Die LED blinkt in Sekundenabständen, und ich war ganz glücklich. :) Nichtsdestotrotz möchte ich die Schaltung auch theoretisch verstehen, um nachvollziehen zu können, was dort eigentlich passiert. Aber irgendwie hört es sich eher so an, wenn ich dich richtig verstehe, dass es sich um ein Sonderfall bei Transistoren handelt und eher nicht besonders praxisrelevant ist. Evtl. habe ich mir hier für meine Versuche direkt die falsche Schaltung rausgesucht, die nicht ganz trivial zu verstehen ist für Anfänger?
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Alexander schrieb: > Hallo Michael, > > aber zumindest funktioniert es bei mir wie gedacht. > Die LED blinkt in Sekundenabständen, und ich war ganz glücklich. :) > > Nichtsdestotrotz möchte ich die Schaltung auch theoretisch verstehen, um > nachvollziehen zu können, was dort eigentlich passiert. Die Schaltung funktioniert nicht zuverlässig mit irgendwelchen Transistoren. Es handelt sich zwar nicht um den "UBEreverse Durchbruch" wie Laberkopp oben schreibt, aber dennoch um einen Dreckeffekt. Die Transistoren sind zu einem Thyristor verschaltet und es wird auf die Verstärkung der Sperrströme gesetzt. Darüber hinaus wird die LED ohne Vorwiderstand betrieben. Wenn du eine Blinkschaltung mit wenig Aufwand bauen willst, nimm die erste aus dem Beitrag "Blinkschaltung". Die Bauteile sind für LED absolut unkritisch. Irgendein npn, irgendein pnp und irgendeine Diode. Und statt der Glühlampe halt deine LED mit Vorwiderstand. Weiter unten in diesem Thread ist auch noch eine Thyristor-Schaltung. Nur diesmal richtig gemacht.
Axel S. schrieb: > Die Schaltung funktioniert nicht zuverlässig mit irgendwelchen > Transistoren. So weit ist das richtig. > aber dennoch um einen Dreckeffekt. Huch? > Die > Transistoren sind zu einem Thyristor verschaltet Eben. Nach deiner Einschätzung müsste dann ja jeder Thyrister ein Baulelement sein, was nur unzuverlässig wegen irgendwelcher Dreckeffekte funktioniert...
Ob S. schrieb: > Nach deiner Einschätzung müsste dann ja jeder Thyrister ein > Baulelement sein, was nur unzuverlässig wegen irgendwelcher Dreckeffekte > funktioniert... IBTD: Ein echter Thyristor wird ja nun gerade nicht so eingesetzt, dass man die Anodenspannung so lange erhöht, bis er schließlich zündet. Das Vorhandensein von Sperrströmen als funktionsentscheidende Eingenschaft einer Schaltung vorauszusetzen, deutet eher auf eine Anwendung als "Thermometer" (oder so) hin. (re)
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Ob S. schrieb: > Axel S. schrieb: >> Die >> Transistoren sind zu einem Thyristor verschaltet > > Eben. Nach deiner Einschätzung müsste dann ja jeder Thyrister ein > Baulelement sein, was nur unzuverlässig wegen irgendwelcher Dreckeffekte > funktioniert... Wenn man den Thyristor so beschalten würde wie in der Transistor- Ersatzschaltung, dann wäre das in der Tat so. Denn gezündet wird dieser Thyristor durch Erhöhen der Blockierspannung bis er durchbricht. Die LED ist interessanterweise da an den Thyristor angeschlossen, wo ein Gate wäre. Denn ein Thyristor aus Einzeltransistoren hat zwei Gates. Eins für positive Steuerströme (wie beim normalen Thyristor) und eins für negative Steuerströme. Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Thyristortetrode Wenn man die LED vom "richtigen" Gate nach GND schalten würde, dann könnte man die Schaltung noch eher durchgehen lassen. Dann würde nämlich nur der Entladestrom den Kondensators durch die LED fließen.
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Nemopuk schrieb: > Braucht die LED keinen Vorwiderstand? Der ist bereits im (innen)Widerstand des 9V Batterieblocks.
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Tja, die bisherigen Erklärungsversuche sind leider nicht richtig... Was richtig ist, dass die beiden Transistoren einen Thyristor nachbilden, und wenn der zündet, dann blitzt die LED auf. Die spannende Frage ist aber: Warum zündet der Transistor? Die erste Hypothese, es käme irgendwo zu einem Durchbruch, ist mit einem Blick auf das Schaltbild ausgeräumt. Kein Bauteil ist "verkehrt" herum angeschlossen. Ebenfalls funktioniert die Schaltung völlig problemlos noch bis ca. 2V! Da ist zu wenig für irgendwelche Durchbrüche. Die zweite Hypothese, Leckströme durch die Transistoren würden nach einer (unbestimmten) Zeit sich gegenseitig verstärken und den nachgebildeten Thyristor zünden, kann leicht ausgeräumt werden: Wenn die LED entfernt wird, hört die Schaltung auf zu Schwingen. Das kann einfach mit einem Oszi am Kondensator nachgemessen werden. Wenn aber Leckströme für das Zünden verantwortlich wären, müsste die Schaltung auch ohne LED schwingen. Tut sie aber nicht, also ist diese Annahme auch falsch. Wie funktioniert die Schaltung also? Es ist die LED, die für die Schwingungen sorgt, mit ihrer Sperrschichtkapazität! Eine LED hat etwa 10 bis 20pF (ungefähr) Sperrschichtkapazität bei 0V. Aber bei ihrer Diffusionsspannung (Durchlassspannung) von etwa 1.5V (rot) ist diese Kapazität etwa um den Faktor 10 höher. Nun passiert etwa folgendes: Die LED ist auf ihre Diffusionsspannung von etwa 1.5V aufgeladen. Somit liegt die Basis vom PNP-Transistor auf etwa VCC-1.5V = 3.5V bei 5V Spannungsversorgung. Wenn nun die Spannung am Kondensator in Richtung VCC ansteigt fängt die Basis-Emitter-Diode vom PNP an zu leiten (ab ca. 0.25V). Infolgedessen wird nun die LED-Sperrschichtkapazität (etwas) entladen. Aber dieser LED-Sperrschichtkapazität-Entladestrom sorgt im PNP auch für einen (verstärkten) Kollektorstrom der in die Basis vom NPN fließt. Dieser NPN-Basis-Strom verursacht wiederum einen (verstärkten) NPN-Kollektorstrom der aus der PNP-Basis kommt, und die Sache verstärkt sich gegenseitig und der nachgebildete Thyristor zündet. Die LED blitzt auf, der Kondensator entlädt sich und das Spiel beginnt von vorne. Skeptisch? Siehe Anhänge: 1. Bild: Betrieb bei 5V, Widerstand 330 KOhm anstatt 1 Megaohm damit das messen nicht so nervig ist. Kanal 1 (gelb) ist die Kondensator-Spannung, Kanal 2 (türkis) die an der Kathode der LED. Man sieht wie der nachgebildete Thyristor bei etwa 250 Millivolt zündet. Es ergeben sich etwa 2.6Hz Blitz-Frequenz. 2. Bild: Alles gleich, Zeitbasis reingezoomt: Wenn man genau schaut, sieht man wie Kanal 1 (gelb) leicht ansteigt (Kondensator lädt sich auf), und kurz vor Mitte des Bildschirms die Basis-Emitter-Diode vom PNP-Transistor anfängt zu leiten. Dadurch fängt die Spannung an der LED an zu sinken und kurz drauf verstärkt sich das exponentiell. 3. Bild: Gleiche Schaltung, wieder mit gleicher Zeitbasis wie Bild 1, aber Betrieb bei 3V. Man sieht, wieder sind ca. 0.25V über die PNP-Basis-Emitterdiode notwendig, um den nachgebildeten Thyristor zu zünden. Interessant dabei: Die Frequenz ist höher! Der Grund dafür ist, dass die konstante LED-Diffusionsspannung von ca. 1.5V bei 3V Versorgung im Verhältnis größer ist als bei 5V Versorgung. Daher erreicht die Ladespannung am Kondensator diesen Pegel schneller, da die Zeitkonstante ja gleich bleibt.
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Michael B. schrieb: > Mit 5V funktioniert die Schaltung nicht (zuverlässig). Gut, dass LTSpice das nicht weiß.
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Michael schrieb: > Tja, die bisherigen Erklärungsversuche sind leider nicht richtig... Doch irgendwie schon. Nur die Begrifflichkeiten waren falsch gewählt. > Die spannende Frage ist aber: Warum zündet der Transistor? Weil ein hinreichend großer Basisstrom durch Q2 zustande kommt. Hinreichend ist: multipliziert mit den Stromverstärkungen der Transistoren kann sich die Sache zum "Durchgang" aufschaukeln. Und der Basistrom kommt zustande, weil sich der Kondensator über den Widerstand auflädt, wodurch das Potential am Emitter von Q2 irgendwann "deutlich" positiver wird als das an seiner Basis. > Die erste Hypothese, es käme irgendwo zu einem Durchbruch Richtig. Das ist die oben erwähnte falsche Begrifflichkeit. Da gibt es keinen Durchbruch. Es passiert einfach nur das, was bei einem PNP-Transistor passieren soll und muss, wenn das Potential an der Basis negativer wird als das am Emitter. Es beginnt dann auch ein Strom durch den Kollektor von Q2 zu fliessen, der wiederum Basistrom von Q1 ist, wodurch wiederum auch ein Kollektorstrom durch Q1 fließt, der das Potential an der Basis von Q2 nochmals etwas negativer macht. Das schaukelt sich dann schön schnell hoch. Sobald ordentlich Strom fließt, fällt dann aber auch sehr schnell das Potential an der Basis von Q2 wieder ab. Vorausgesetzt, der Widerstand ist groß genug, so dass es nicht passiert, dass der Strom durch diesen Widerstand die Sache am Laufen erhalten kann. Ist diese Voraussetzung gegeben, lauft der "Durchzug" nur so lange, wie der Kondensator Strom liefern kann. Dann bricht die Herrlichkeit zusammen auf Ausgangslage. Es beginnt wieder die Ladephase des Kondensators, bei der die Spannung am Emitter von Q2 langsam steigt. > Wenn die LED entfernt wird, hört die Schaltung auf zu Schwingen. Aber nicht, wenn du sie einfach durch einen Widerstand ersetzt. > Es ist die LED, die für die Schwingungen sorgt, mit ihrer > Sperrschichtkapazität! Was damit als Bullshit zu betrachten ist. Widerstände neigen dazu, keine Sperrschichtkapazitäten zu besitzen... Rainer W. hat inzwischen ein hübsches LT-Spice-Modell geliefert, da kann man sich die Vorgänge sehr schön anschauen. Ist nur etwas schwierig, die Stromachse so zu skalieren, dass man den Basistrom von Q2 in der interessanten Phase kurz vor Einsetzen des Durchzugs genau genug verfolgen kann. Max auf 1µA, Min auf -1µA, Grid auf 100pA ist brauchbar. Ach so: max. Timestep der Simulation sollte man auf 1E-7 oder gar 1E-8 setzen, sonst gehen die Feinheiten auch verloren, da scheint der Strom dann quasi rechtwinklig in die Höhe zu schießen.
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