Ausschaltverzögerung / Nachlaufsteuerung

Ausschaltverzögerung

Mit dieser Schaltung kann man eine verzögerte Ausschaltung bzw. Nachlaufsteuerung realisieren. In dieser Schaltung geht die Leuchtdiode bei der Kontaktunterbrechung, bspw. durch Loslassen des Tasters, aus. Allerdings nicht sofort. Die Leuchtdiode wird noch ein paar Sekunden schwach leuchten.

Wie funktioniert die Schaltung? Wird der Taster betätigt, dann wird der Kondensator direkt, also ohne Verzögerung, mit der Betriebsspannung aufgeladen. Wird der Taster wieder losgelassen, beginnt die Entladung des Kondensators über den Widerstand R2. Die Kondensatorspannung liegt über dem Widerstand R2 an der Basis des Transistors TRS1. Je größer der Widerstand R2, desto länger dauert die Entladung, desto länger bleibt der Transistor durchgeschaltet und desto länger leuchtet die Leuchtdiode.
Genau genommen leuchtet die Leuchtdioden noch kurz schwach weiter. Irgendwann leuchtet die Leuchtdiode praktisch nicht mehr.

Über das Verhältnis von Kondensator C1 und Widerstand R2 kann man die zeitliche Verzögerung verlängern oder verkürzen.

Bauteile

Liste

  • R1: Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
  • LED1: Leuchtdiode, rot
  • TRS1: Transistor PN2222 (BC547)
  • R2: Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)
  • C1: Elektrolyt-Kondensator, 10 µF / 2 x 100 µF
  • S1: Taster

Experimente

Was šndert sich am Zeitverhalten, wenn man beim Kondensatoren C1 mit unterschiedlichen Kapazitšten experimentiert?

  1. Wie lange dauert es bei einem Elektrolyt-Kondensator von 10 µF, bis die Leuchtdiode praktisch nicht mehr leuchtet?
  2. Tausche den Elektrolyt-Kondensator von 10 µF mit 100 µF. Wie lange leuchtet die Leuchtdiode jetzt?
  3. Stecke parallel zum Elektrolyt-Kondensator mit 100 µF noch einen weiteren Elektrolyt-Kondensator mit 100 µF. Wie lange leuchtet die Leuchtdiode jetzt?

Beobachtungen und Erklärungen

  1. Die Leuchtdiode leuchtet etwa 3 Sekunden und glimmt dann für einige Sekunden schwach nach.
  2. Die Leuchtdiode leuchtet deutlich länger und glimmt dann noch für eine lange Zeit schwach nach.
  3. Die Leuchtdiode leuchtet noch länger und glimmt dann noch für eine lange Zeit schwach nach.

Fazit: Durch eine höhere Kapazität verlängert sich die Zeit. Durch die Parallelschaltung von Kondensatoren vergrößert sich die Gesamtkapazität der Kondensatoren. Hier gilt die Regel: Die Gesamtkapazität ist gleich der Summe der Einzelkapazitäten. Das bedeutet, es dauert länger, bis beide Kondensatoren entladen sind. Die Leuchtdiode leuchtet dadurch länger.
Aber, ein Kondensator (oder eine Parallelschaltung) mit größerer Kapazität führt auch dazu, dass das Aufladen länger dauert. Man erkennt das daran, weil die LED beim zweiten und dritten Versuch nicht unmittelbar, sondern leicht verzögert angeht. An der Stelle sieht man, dass sich der Kondensator nicht beliebig vergrößern lässt, ohne einen negativen Effekt zu produzieren.
Die zu beobachtende Einschaltverzögerung der LED kann nur durch einen Widerstand verursacht werden. Aber, der Kondensator liegt über dem Taster direkt an 9 Volt. Wo soll da der Widerstand sein? Hier der Hinweis, dass eine Batterie keine ideale Spannungsquelle ist und einen hohen Innenwiderstand haben kann. So ein Innenwiderstand kann auch dynamisch mit der Belastung steigen oder fallen. Und genau das passiert hier bei einem Kondensator mit hoher Kapazität. Der Innenwiderstand begrenzt den Ladestrom des Kondensators. Das wirkt wie eine Einschaltverzögerung, die durch die LED sichtbar wird.

Nicht nur der Kondensator C1, auch der Widerstand R2 hat auf die Entladezeit Einfluss. Mit einem größeren Widerstandswert von R2 müsste sich die Verzögerung noch verlängern lassen. Ein größerer Wert als 100 kOhm macht aber keinen Sinn, weil das nur dazu führt, dass der Transistor nicht mehr richtig durchschaltet. Der Widerstand R2 hat also nicht nur Einfluss auf die Entladezeit des Kondensators, sondern auch noch auf das Schaltverhalten des Transistors. Das ist ein Nachteil dieser Schaltung.


Weitere Schaltungen mit Transistor und Leuchtdiode

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