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Hallo zusammen!

Ich rätsle jetzt schon lange an einem Problem herum. Ich hoffe, hier kann mir jemand helfen.

Ganz einfache Schaltung:

10V DC --- 4k7 Vorwiderstand --- LED --- npn -Transistor --- GND

Die Basis wird über einen Rechteckimpuls angesteuert.

Ich verändere den Tastgrad (20%, 40%, 60%, 80%) und messe Strom und Spannung an der LED.

Der Theorie nach müsste der Wirkungsgrad konstant bleiben, da der Schaltung im Ausschaltzustand keine Energie zugeführt wird, man also nur die Einschaltzeit betrachtet. Messungen an der Schaltung real (und Simulation mit LTSpice) zeigen aber ein anderes Verhalten. Der Wirkungsgrad sinkt mit steigendem Tastgrad: 36%, 26%, 24%, 21% (LT: 15%, 10%, 8%, 7%).

Jetzt frage ich mich, woher kommt dieses Verhalten.
Erst dachte ich, dass der Transistor halt ein idealer Schalter ist und dort Verlust/Schaltverluste auftreten. Allerdings macht die Leistung am Transistor nur rund 1% der Gesamtleistung aus.
Simulation der Spannung über der LED zeigt, dass diese keinen schönen Rechteckimpuls ergibt, sondern auch in der Auszeit eine nicht unerhebliche Spannung anliegt, die leicht (nach einer e-Fkt?) abfällt.
Ich habe mir das jetzt so erklärt, dass diese Spannung das arithmetische Mittel der Spannung beeinflusst. Bei einem kleinen Tastgrad mehr als bei einem großen. Somit diese Abschwächung des Wirkungsgrades.

Erst mal: ist das richtig? Oder liegt es vielleicht doch am Transistor? Oder ein Zusammenspiel der beiden?
Zweitens: Was passiert dabei auf molekularer Ebene? Bilden die Schichten eine Art Kapazität?

Ich habe auch schon mal die Schaltung ohne Transistor simuliert, mit einem 10V Rechteckimpuls. Dabei ist der Wirkungsgrad konstant...

Was meint ihr?

Vielen Dank,
MfG

Maddin

» Ich verändere den Tastgrad (20%, 40%, 60%, 80%) und messe Strom und Spannung an der LED.
Soweit so gut.

» Der Theorie nach müsste der Wirkungsgrad konstant bleiben, da der Schaltung im Ausschaltzustand keine Energie zugeführt wird, man also nur die Einschaltzeit betrachtet.
Ja, sollte er. Nur mit steigender Frequenz nehem die Umschaltverluste zu.

» Messungen an der Schaltung real (und Simulation mit LTSpice) zeigen aber ein anderes Verhalten. Der Wirkungsgrad sinkt mit
» steigendem Tastgrad: 36%, 26%, 24%, 21% (LT: 15%, 10%, 8%, 7%).
Wie hast du denn hier einen Wirkungsgrad bestimmen wollen?

» Simulation der Spannung über der LED zeigt, dass diese keinen schönen
» Rechteckimpuls ergibt, sondern auch in der Auszeit eine nicht unerhebliche
» Spannung anliegt, die leicht (nach einer e-Fkt?) abfällt.
Das ist richtig. Aber nicht wirklich relevant, da der Strom Null ist. Dementsprechend ist die Leistung auch Null.

» Oder liegt es vielleicht doch am Transistor?
Nein, wohl eher an deinem Verständnis des "Wirkungsgrades"

» Wie hast du denn hier einen Wirkungsgrad bestimmen wollen?


Danke für die fixe Antwort!

Der Wirkungsgrad errechne sich aus Pab/Pzu.

Also: PLED / Zugeführte Leistung

Die zugeführte Leistung errechne ich aus ILED*10V, also der Spannung die an der Schaltung anliegt.

Liegt hier mein Fehler? ILED ist arithmetisches Mittel und ich brauch den Effektivwert?

Kleiner Nachtrag:

Achja und PLED berechne ich aus (ULED*ILED)/g, weil die Multimeter ja arithmetische Mittelwerte anzeigen.

» Der Wirkungsgrad errechne sich aus Pab/Pzu.
Mach kein Ärger

» Achja und PLED berechne ich aus (ULED*ILED)/g, weil die Multimeter ja arithmetische Mittelwerte anzeigen.
Weshalb teilst du durch die Fallbeschleunigung

» Liegt hier mein Fehler?
Nein, bis hierher noch kein Fehler.
Aber hier kommt er:

» Also: PLED / Zugeführte Leistung
Die Formel ist Murks. Die zugeführte Leistung ist ja nur um die Verlustleistung des Vorwiderstandes größer.
Wenn du den echten Wirkungsgrad bestimmen willst, bildest du den Qutienten aus der elektrischen und "optischen" Leistung. Und der bleibt konstant, weil die Leistung unabhängig von der Zeit (und damit irgendwelcher Tastgrade) ist.
Genauso bleibt "dein Wirkungsgrad" konstant, wenn du richtig misst.

Ich möchte den Wirkungsgrad der gesamten Schaltung bestimmen.
Dafür definiere ich, dass die abgegebene Leistung der gesamten Leistung der LED entspricht. Also Spannung LED * Strom LED. Da ein Multimeter arithmetische Mittelwerte anzeigt, muss ich die Leistung noch durch den TASTGRAD g (nicht die Erdbeschleunigung) teilen.

» ...minus der der Kollektor-Emitter Spannung (wenn wir genau sein wollen)

Da würde ich widersprechen. Der Transistor soll ja in den Wirkungsgrad mit einbezogen werden.

PLED teile ich dann durch Pges = 10V*ILED.
Wobei ich glaube ich den Effektivwert von ILED nehmen muss. Also ILED/wurzel(g).

Dann kommt übrigens auch etwas annähend konstantes raus,
also wird das (hoffentlich) die Lösung sein.

Danke