LED an 1,5V- Batterie / LED-Blinker mit Spannungsverdoppler
2NAG9.LED: Nadelgenerator mit Spannungsverdoppler zum Betrieb einer LED an 1,5V *überarbeitet *
Das Bild zeigt noch die alte Version
Die Schaltung 2NAG9.LED ist
für Anwendungen geeignet, bei denen die
Vorwärtsspannung der LED oberhalb der Betriebsspannung liegt.
Einen LED- Blitzer mit einer einzigen
1,5V-Batterie betreiben zu können, ist doch sehr
praktisch, nicht? Die einzige vernünftige Schaltung
dafür gibt es merkwürdigerweise nur
hier. Alle
anderen Schaltungen im I-Netz haben eine UBE-Strecke
im Stromweg und verschwenden somit 0,6V Betriebsspannung. Es werden keine Spulen benötigt. Stattdessen wird ein Elko über einen Widerstand mit der "Blitzenergie" aufgeladen. Ohne Spule gehen zwar grundsätzlich 50% der Energie am Widerstand verloren, aber das ist für viele Anwendungsfälle noch vertretbar, weil der Aufwand sonst viel größer wäre. Mit einer Alkali-Mangan-Monozelle blitzt es immerhin 10 Jahre lang, wenn man die Selbstentladung mitberücksichtigt. Die Vorwärtsspannung der LED sollte oberhalb der Batteriespannung liegen, jedoch nicht mehr als knapp doppelt so hoch. Bei einer durchschnittlichen 1,5V-Batterie kann man im Laufe der Entladung mit einer Spannung von 1,6V...1,0V rechnen. Darunter ist der Energiegehalt sowieso nur noch gering.
Verwendet wurde eine gelbe LED mit 2V Vorwärtsspannung. Die minimale UB beträgt dann 1,1V und hängt kritisch von R3 ab. Ebensogut gehen rote LEDs und vielleicht auch grüne. Blaue und weiße LEDs bräuchten dagegen bereits 2V UB, weil sie mehr als 3V Uf haben.
Mit entsprechender Dimensionierung der Bauteile können natürlich auch leistungsstärkere LEDs betrieben werden. Bei dieser Schaltung handelt es sich übrigens um nichts weiter als einen normalen Nadelgenerator, nur umgezeichnet und zwecks Spannungsverdopplung anders angeschlossen.
Siehe auch: 2nag9.html
Funktionsbeschreibung
C1 (100µF) lädt sich über R1 (10k) auf fast UB auf. R2 (1k) stört dabei nicht, weil er 10 mal kleiner als R1 ist. Dann beginnt T1 (BC557B) zu leiten und steuert T2 (BC547B) ebenfalls durch. Der Trick ist, daß R2 nur für die kurze Blitzdauer voll in Betrieb ist, dadurch verbraucht er kaum Strom. Nun ist plötzlich UC1 in Reihe mit UB, und folglich entstehen an der LED theoretisch bis zu 3V, also fast die doppelte Batteriespannung - und schon blitzt es! Wenn man R3 (470k) und R4 (1M) hochohmiger macht, dann wird der Strom gedrosselt. Daß es so funktioniert, liegt daran, daß T1 als Spannungs- und T2 als Stromverstärker fungiert. Damit ist die Rückkopplungsbedingung gegeben. Die Blinkfrequenz liegt mit den angegebenen Werten bei 1/1 - 1/2 pro s.
Der UB-Elko C2 (100...470µF) ist später dazugekommen. Mit ihm flacht der Spitzenstrom der Batterie ab, wodurch sie länger hält.
Nächstes Bild: Diodenstrom in Abhängigkeit von UB mit einer gelben 1,9V-LED:
Die LED wurde durch eine Ersatzschaltung der Praxis nachgebildet, da der Simulator keine hatte.
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Wie ermittelt man den Dauerstrom? (Danke nach Luxemburg für die interessante Frage!)
Eine Berechnung ist wegen der Bauteiletoleranzen nicht so vielversprechend.
Zum Messen wird der arithmetische Mittelwert des Stromes über mehrere Sekunden benötigt:
1. Elko (4700µF) parallel zur UB schalten. Dadurch werden die Stromspitzen auf 1-2mA verringert. Somit kann man...
2. ...einen 100Ω - Widerstand als Meßwiderstand vorschalten, ohne daß die Spannung zu sehr abfällt.
3. parallel zum Widerstand einen Tiefpaß 100kΩ, 470µF löten.
4. Am 470µF-Elko mit einem hochohmigen Meßgerät (10MΩ) die Spannung (mV) messen (warten bis die Spannung hochgelaufen ist).
5. I = U/R ; Das Meßergebnis geteilt durch 100Ω ergibt den Strom.
Mit dem Oszilloskop kann man das arithmetische Mittel auch schätzen.
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Für alle superhellen LEDs gilt: Augen schonen!
Obwohl die LED hier immer nur kurz aufblitzt, sollte man nicht direkt in den Strahl blicken. Am besten mehrere Meter Abstand einhalten und nicht zu lange hinsehen.
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Aktualisiert am 22.10.2020