Berührungssensor mit hoher Empfindlichkeit

Ein einfacher Berührungssensor lässt sich mit einem Transistor leicht realisieren. Allerdings hat das den Nachteil, dass die signalisierende Leuchtdiode je nach Berührung extrem unterschiedlich hell leuchtet. Der Grund ist, dass ein bipolarer Transistor an seiner Basis mit Strom gesteuert wird. Je größer der Strom an der Basis, desto größer der Strom am Kollektor. Eine leichte Berührung der Kontakte bedeutet ein großer Widerstand über den Kontakt, weshalb nur ein kleiner Strom an der Basis fließt und deshalb auch nur kleiner Strom am Kollektor fließt.

Normalerweise versucht man den Steuerstrom an der Basis durch eine entsprechende Beschaltung festzulegen. In diesem Fall haben wir keinen Einfluss auf den Strom, der durch die Berührung fließen wird. Wenn wir trotzdem eine definierte Schaltfunktion auslösen wollen, dann können wir das mit einem zweiten Transistor lösen.
Die beiden parallel- bzw. hintereinander geschalteten Transistoren bilden eine Darlington-Schaltung. Diese Schaltung gibt es auch als ein Bauteil, welches Darlington-Transistor genannt wird.

Der Sinn diese Schaltung ist, dass durch den zweiten Transistor der Basisstrom am ersten Transistor verstärkt wird und somit eine höhere Empfindlichkeit erreicht wird bzw. ein geringerer Steuerstrom notwendig ist.

• Darlington-Transistor

Liste

• LED1: Leuchtdiode, rot
• R1: Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun-Braun)
• R2: Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange-Braun)
• TRS1: Transistor, PN2222 (BC547)
• TRS2: Transistor, PN2222 (BC547)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Widerstand
• Leuchtdiode (LED)
• Transistor
• Steckbrett und Zubehör

Baue auch den einfachen Berührungssensor mit nur einem Transistor parallel auf, um den Unterschied zwischen beiden Schaltungen besser sehen zu können.

Folgende Fragen gilt es zu klären:

1. Wie wirkt sich der zweite Transistor auf das Leuchtverhalten der Leuchtdiode aus?
2. Was steckt dahinter?
3. Wofür kann man das benutzen?

1. Der Unterschied zur Schaltung mit nur einem Transistor ist schon ziemlich deutlich. Die Leuchtdiode leuchtet schon bei einer kleinen Berührung viel heller. Natürlich ist die Helligkeit der Leuchtdiode immer noch abhängig von der Intensität der Berührung.
2. Ein einzelner bipolarer Transistor hat neben seiner Funktion als Schalter auch eine Verstärkerfunktion. Wie hoch die Verstärkung ist, wird durch den Verstärkungsfaktor der Stromverstärkung und der äußeren Beschaltung festgelegt. Durch die Darlington-Schaltung wird die Verstärkung der beiden Transistoren mathematisch miteinander multipliziert.
3. Durch die Darlington-Schaltung wird ein kleiner Strom am Eingang zu einem großen Strom am Ausgang. Das kann man nutzen, wenn der Eingangsstrom viel zu klein ist, um am Ausgang einen großen Strom zu schalten. Beispielsweise wird dadurch die Empfindlichkeit als Berührungssensor erhöht. Oder, der Strom am Ausgang reicht einfach nicht aus und muss zusätzlich noch einmal verstärkt werden.