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LED - Konstantstrom-Versorgung

Einer der Vorteile von LED ist die geringe Oberflächentemperatur gegenüber konventionellen Leuchtmitteln. Damit eignet sich die LED auch hervorragend um an Dekorationselementen sehr unauffällig integriert zu werden um z.B. im Theater eine Tischkante zu kennzeichnen gegen die der Schauspieler beim Abgang im Black Out so oft gegen gelaufen ist.   


Eine oder mehrere LEDs arbeiten am effektivsten wenn Sie mit konstanten Strom betrieben werden. Damit man nun eine oder mehrere LEDs simpel mit einer 9V Blockbatterie oder anderen Spannungsquelle antreiben kann, benötigt man eine Schaltung die dafür sorgt, das der Strom konstant bleibt. Natürlich bieten diverse Firmen fertige Module für diese Aufgabe an, aber hiermit wollen wir dem Beleuchter eine Anregung bieten - den berühmten Blick über den Tellerrand - , mal selber den Lötkolben zu schwingen, da diese Schaltung schnell zu erstellen ist und selbst auf einer Experimentier-Platine während der "Sprech-Probe" erstellt werden kann.


Nimmt man eine Standard LED mit einem Nennstrom von 20 mA, so könnte man hingehen und nach U = R x I schnell einen Vorwiderstand für die LED berechnen und einfach in Reihe schalten. Prinzipiell ist das Richtig, aber jede Spannungsschwankung wie Sie z.B. je nach Ladezustand des Akkus auftritt, verändert stark die Helligkeit und evtl. bei Überspannung wird die LED auch zerstört bzw. degeneriert sehr strak. So ist eine Schaltung die den Strom Konstant hält einmal ein Schutz auch bei Verwechslung der anzuschließenden Spannungsquelle (12 Volt Akku statt 9 Volt Blockbatterie) Zum anderen erlaubt eine Konstantstrom-Schaltung eine Reihenschaltung von mehreren LEDs, ohne die Spannungsquelle anzupassen. Vorausgesetzt die Summe der LEDs mit Ihren charakteristischen Flusspannungen die ja nach Farbe variieren, übersteigt nicht Versorgungsspannung. Grundsätzlich sorgt aber ein konstanter Strom auch bei Akku bedingten Spannungsschwankungen immer für eine gleichmäßige Helligkeit.

Nebenbei kann man so sehr schnell LEDs untereinander in der Leuchtstärke vergleichen, testen und selektieren.

Warum nicht einfach R

Schaltung einer Konstantstromquelle.


Jetzt ein Transistor

Nach dem 2. Kirchhofschen Satz (Maschenregel) ist, bei einem geschlossenen Umlauf in einem Netzwerk bestehend aus Stromzweigen, die Summe der Spannungen gleich Null. Der PN Übergang von Halbleitern ist ideal gesehen belastungsunabgängig und beträgt 0,6 Volt. So gesehen, hebt sich die Spannungen einer Diode mit der Spannung des PN-Übergangs des Transistors auf. Also muss die Spannung der zweiten Diode gleich sein wie die Spannung am Widerstand. Der  Widerstandswert ist Konstant, so wie die PN Spannung an der zweiten Diode ideal konstant ist. Folglich ist nach U = R x I der Strom durch den Widerstand ebenfalls konstant. Wir erhalten theoretisch somit bei einem  47 Ohm Wiederstand einen konstanten Strom von 12,8 mA (0,6 V / 47 Ohm).  

Bleibt jetzt die Frage wie man die Leuchtdioden mit diesen konstanten Strom ankoppelt. Diese Aufgabe übernimmt der Transistor. Da der Basisstrom durch den hohen Verstärkungsfaktor des Transistors gegenüber den Kollektor-Emitterstrom verschwindend gering ist, kann er mit 0 angenommen werden. So ist nach dem 1. Kirchhofschen Satz (Knotenregel) die Summe aller zufließenden Ströme gleich aller abfließenden Strömen.  

Summe aller Ströme ist Null

So können nun eine oder mehrere Dioden in Reihe mit dem gleichen konstanten Strom angetrieben werden. Vorrausgesetzt das die Betriebsspannung größer ist als die Summe der Spannungsfälle über den in Reihe geschalteten LEDs, der Transistor Collector - Emitter Strecke und dem Spannungsfall an dem Widerstand der für die Größe des konstanten Stromes verantwortlich ist.


So nun den Kolben vorheitzen, die Kramkiste nach den Standardbauelementen durchsuchen und ran ans Werk oder aber man hatte jetzt die Gelegenheit wargenommen einfach nur mal nachzuvollziehen wie Elektronik funktioniert könnte und sich bei Anforderung ein fertiges Modul bei den diversen Herstellern zu ordern.   

Ran ans Werk




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