Unterabschnitte

• Hintergründe für Insider (und solche, die es werden wollen):

Wie funktioniert's?

Nur für den, den's interessiert - Vorsicht, jetzt wird's arg technisch! Die Verpolschutzdiode (1N4001) verhindert Schäden, falls die Betriebsspannung verpolt angelegt wird, was im Eifer des Gefechts sehr leicht einmal passiert, oder irrtümlich Wechselspannung anliegt. Der hinter der Diode angeordnete Elko (1000 µF / 25 V) glättet die Betriebsspannung, damit die Leuchte nicht flackert, denn die in den Steckernetzteilen verbauten Elkos sind (wenn überhaupt vorhanden) immer sehr klein dimensioniert, so daß sich eine hohe Brummspannung ergibt. Dahinter liegt die Referenzspannungserzeugung, die aus einem Vorwiderstand von 470  , einer Z-Diode mit einer Durchbruchspannung von 5,1 V und einem Elko von 100 µ F/16 V besteht. Sie erzeugt eine einigermaßen stabile und brummfreie Spannung von ca. 5,1 V. Mit dieser Referenzspannung wird ein Spannungsteiler, der aus dem zweiten 470 Ohm- Widerstand und dem Poti mit 220 Ohm besteht, gespeist. An seinem Ausgang (Potischleifer) stehen zwischen 0 V (Poti ganz nach links gedreht) und ca. 1,6 V (Poti ganz nach rechts gedreht an. Diese Spannung wird nun an die Basis des Transistors jeder Stufe geführt. Der Transistor bildet zusammen mit seinem 47  -Widerstand am Emitter eine einfache Konstantstrom-Senke. Ab einer gewissen Mindestspannung an der Basis folgt der Strom, der in den Kollektor hineinfließt, der Spannung an der Basis fast linear. Dieses Verhalten nutzt man aus, um den Strom durch die LEDs zu regeln, die in Reihe angeordnet und mit der Betriebsspannung verbunden sind. Als Resultat fließt ein Strom durch die LEDs, der durch die Konstantstromsenke auf einen bestimmten Wert, der von der Potentiometerstellung abhängt, begrenzt wird. Der Einstellbereich liegt bei der angegeben Dimensionierung bei 0 bis ca. 20 mA, was für die allermeisten LEDs optimal ist.

Hintergründe für Insider (und solche, die es werden wollen):

Bei 20 mA beträgt die Spannung, die an jeder LED abfällt, ungefähr 2,1 V, an allen 5 LEDs einer Stufe also ungefähr 5x2,1 V = 10,5 V. Über dem 47  -Widerstand fällt dann ca. 1 V ab. Zwischen Kollektor und Emitter des Transistors sollten mindestens 0,5 V abfallen, damit dieser arbeiten kann. In Summe sind dies somit ziemlich genau 12 V. Hurra, paßt genau zur Spannung des Steckernetzteils? Nicht ganz: Die Verpolschutzdiode ,, schluckt`` je nach Strom zwischen 0,6 und 1 V, so daß von 12 V nur 11 bis 11,4 V übrig bleiben. Die Schaltung funktioniert aber trotzdem bei ,,12 V``. Der ,,Trick`` liegt einfach darin, daß 12 V nicht 12 V sind. Die Spannungsangaben auf den Steckernetzteilen werden nämlich als Effektivwert angegeben. Dahinter verbirgt sich der Spannungswert, den der Trafo als Nennspannung liefert. Da Trafos nur Wechselspannung transformieren können, werden alle Spannungswerte als Effektivwerte angegeben. Der Scheitelwert ist jedoch um den Faktor $\sqrt{2}$ ($\approx$1,414) größer. Durch die Brückengleichrichtung im Netzteil gehen zwar 1,4 bis 2 V verloren, aber ein nachgeschalteter Elko lädt sich in jeder Halbwelle bis zum Scheitelwert der Spannung auf. Das sind ungefähr 15 V (1,414 x 12 V - 2 V). Wenn der Elko groß genug ist, entlädt er sich zwischen den Halbwellen nur so wenig, daß die Spannung nie unter den Mindestwert sinkt. Zudem steigt die Spannung vor allem bei Trafos kleiner Leistung (wie sie in Steckernetzteilen üblich sind) an, wenn Sie nicht den maximal erlaubten Strom fordern. Nachteilig ist hierbei, daß der Elko nur geladen wird, wenn die aktuelle Spannung vom Netzteil größer als die Spannung am Elko (plus ca. 1 V an der Verpolschutzdiode) wird. Dies ist nur für einen sehr kurzen Moment der Fall. In diesem kurzen Moment fließt dann ein relativ hoher Strom, der viel höher ist als der Gleichstrom, den die Schaltung verbraucht. Um den Trafo im Netzteil nicht zu überlasten (er geht dann zwar nicht unbedingt kaputt, wird aber u.U. sehr heiß), sollte der Nennstrom, den das Netzteil liefern kann, ein gutes Stück höher sein als der Strom, den die Schaltung benötigt.