Lange Ausschaltverzögerung / Nachlaufsteuerung

Diese Schaltung ist eine Ausschaltverzögerung. Damit 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.

Die Verzögerung wird durch den Kondensator C1 und den Widerstand R2 an der Basis des Transistors realisiert.

• Ausschaltverzögerung / Nachlaufsteuerung

Leider ist diese Schaltung im Zeitverhalten nur begrenzt einstellbar. Eine lange Ausschaltverzögerung über ein paar Sekunden hinaus, ist damit nicht möglich. Dafür muss die Schaltung anders aussehen.

Eine kleine Schaltungsänderung ermöglicht eine erheblich längere Ausschaltverzögerung. Das Besondere an der Änderung ist die Position des Vorwiderstands der Leuchtdiode im Laststromkreis. Normalerweise würde man einen Vorwiderstand vor das zu begrenzende Bauteil schalten. Hier ist der Vorwiderstand gleichzeitig auch der Emitterwiderstand in der Transistor-Schaltung. Der Laststromkreis hat sich also kaum geändert. Für die Eingangsbeschaltung des Transistors bedeutet es allerdings eine erhebliche Veränderung. Wir wollen herausfinden, wie genau ein Emitterwiderstand wirkt.

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
• S1: Taster

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Taster / Schalter
• Widerstand
• Leuchtdiode (LED)
• Transistor
• Elektrolyt-Kondensator (Elko)
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Um die Funktionsweise beider Schaltungen vergleichen zu können, empfiehlt es sich beide Schaltungen parallel aufzubauen. Dann kannst Du sie parallel bedienen (Taster drücken und loslassen) und vergleichen, welche Wirkung schon diese minimale Schaltungsänderung hat.

Die Experimente sind denkbar einfach:

1. Drücke beide Taster gleichzeitig und halte sie gedrückt. Worin liegt der Unterschied?
2. Lass beide Taster gleichzeitig los. Worin liegt der Unterschied?

1. Die LED der ersten Schaltung geht sofort an, während die LED der zweiten Schaltung eher kontinuierlich heller wird. Das passiert natürlich schnell, aber der direkte Vergleich ist deutlich sichtbar.
2. Während die LED der ersten Schaltung vergleichsweise schnell ausgeht und dann ausglimmt, geht die LED der zweiten Schaltung erste nach vielen Sekunden aus. Sie glimmt auch sehr lange nach.

Was ist hier passiert? Offensichtlich hat der Emitterwiderstand in der zweiten eine Wirkung auf die Ladezeit und die Entladezeit des Kondensators. Diese Beobachtung ist richtig. Aber die Begründung ist eine andere. Doch vorher müssen wir erklären, warum der Emitterwiderstand überhaupt sinnvoll ist.

Der Nachteil der Schaltung ohne Emitterwiderstand ist, dass die Verzögerungszeit sich nur mit einem Kondensator mit sehr hoher Kapazität realisieren lässt. Für lange Verzögerungszeiten ist das nicht praktikabel. Die Frage ist, wie lösen wir das? Zum Beispiel mit dem Emitterwiderstand, den wir im Laststromkreis des Transistors als Strombegrenzung für die Leuchtdiode sowieso schon haben.

Was macht der Widerstand R1? Er begrenzt den Strom. Nicht nur für die Leuchtdiode, sondern auch durch den Transistor hindurch, der von der Basis über den Emitter abfließt.

Hierzu musst Du wissen, dass ein Transistor einen inneren Eingangswiderstand hat. Man spricht auch von Impedanz. Das Problem dabei ist, dass Du diesen Widerstand nicht sehen kannst, er aber trotzdem da ist und entsprechend wirkt. Genauer gesagt, wird der Kondensator wird über diesen Eingangswiderstand des Transistors entladen. Der Wert des Eingangswiderstands des Transistors (als Emitterschaltung) liegt so bei 10 kOhm bis höchstens 50 kOhm. Durch den Emitterwiderstand wird der Eingangswiderstand der Transistor-Schaltung viel größer. Der Entlade-Strom des Kondensators wird viel mehr begrenzt. Dadurch kann auch die Kapazität des Kondensators reduziert werden und ermöglicht kleinere Bauteile.