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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.
Schaltung einer Konstantstromquelle.
Summe aller Spannungen ist Null
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.
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