1 Einfache Ampelsteuerung

1 Einfache Ampelsteuerung
Diese Schaltung, die für Modellbauanwendungen entwickelt wurde, simuliert über
3 Leuchtdioden oder Kleinglühbirnen, ziemlich perfekt eine Verkehrsampel. Die eigentliche
Ablaufsteuerung bildet der 4017, mit der die Ausgänge entkoppelnden Diodenmatrix und
den drei Schalttransistoren. Der Teiler-Baustein 4060 dient hier als einstellbarer Taktgeber
für den 4017. Wenn Sie Low-Current-LEDs einsetzen, ist die Stromaufnahme so niedrig,
dass sogar Batteriespeisung in Frage kommt. Sie können aber auch mittels Relais oder Halbleiter-Relais Glühbirnen ansteuern.
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2 Automatische Hausnummernbeleuchtung
Diese kleine Schaltung ermöglicht es Ihnen, sich eine beleuchtete Hausnummer „aufzubauen“. Das ist durchaus kein unnötiger Luxus, sondern sehr nützlich. Das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung geschieht hier selbstverständlich automatisch über folgende Funktionen: IC1 bildet zusammen mit dem LDR und den Widerständen einen einstellbaren Dämmerungsschalter. Solange ausreichend Licht auf den LDR fällt, ist er niederohmig und der
Eingang Pin 1 des IC1 liegt an positivem Speisepotenzial. Somit ist der Ausgang Pin 4 hochohmig. Bei Einbrechen der Dunkelheit steigt der Widerstand des LDR langsam soweit, dass
irgendwann die Ansprechschwelle des TCA345 unterschritten wird und sein Eingang nun
„negativ“ wird. Mit dem Trimmer können Sie diesen Zeitpunkt beeinflussen. Jetzt schaltet
der Ausgang Pin 4 durch und es gelangt negatives Potenzial über die Diode und den
4,7 MOhm-Widerstand auf den Tantal-Elko und lädt ihn langsam auf. Wenn Sie einen
22 µF-Elko einsetzen, dann ist dieser nach etwa 2 Minuten soweit aufgeladen, dass die
Schaltschwelle des zweiten TCA345 überschritten wird und nun über Ausgang Pin 4 der
Transistor durchgeschaltet wird. Das Relais zieht an und die Glühbirne brennt. In der Morgendämmerung fällt nun wieder Licht auf den LDR, und wenn es hell genug ist, wird er wieder so niederohmig, dass der Eingang von IC1 wieder auf „Plus“ liegt und somit der Ausgang sperrt. Da nun kein Ladeerhaltungsstrom mehr in den Elko fließt, wird seine Ladung
über den 10 MOhm-Parallelwiderstand abgebaut. Auch jetzt wird noch etwa 2 Minuten die
Schaltschwelle des TCA345 unterschritten, was zu seinem Abschalten führt. Nun sperrt
auch der Transistor wieder und das Relais fällt ab, die Glühbirne geht aus. In diesem Zustand
nimmt die gesamte Schaltung nur etwa 3 mA auf. Sicher werden Sie sich jetzt wie viele
Leser fragen: Wozu die Ein- und Ausschaltverzögerung? Diese wurde ganz bewusst so
lange gewählt, damit kurzzeitige Verdunkelungen des LDR, z. B. durch Wolken, nicht zum
Ein- und Ausschalten der Beleuchtung führen. Ähnlich verhält es sich mit der Ausschaltverzögerung, die verhindert, dass vorbeifahrende Autos mit ihren Scheinwerfern die Beleuchtung abschalten. Wenn Ihnen die Verzögerung durch einen 22 µF-Elko zu gering ist, nehmen
Sie einen von 33 µF oder 47 µF.
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2 Automatische Hausnummernbeleuchtung (Fortsetzung)
Ein weiterer Punkt, der einige Leser erstaunen wird, ist der Einsatz eines Relais als Lastschalter, wo es doch scheinbar nahe liegt, die Glühbirne direkt mit einem Transistor zu steuern. Auch hier wurde mit Vorbedacht das Relais gewählt, weil es durchaus Vorteile bringt.
Erstens sind Sie in der Wahl der Glühbirne viel freier und zweitens muss ein Relais nicht
gekühlt werden. Wenn Sie ein empfindliches Relais einsetzen, dann können Sie es direkt
über den Ausgangs-Pin 4 von IC2 steuern, und zwar so, wie strichliert gezeigt. Das Relais
darf dann aber darauf keinen Fall mehr als 70 mA-Spulenstrom ziehen. Versorgen können
Sie das gesamte System mit einem 6 Volt-Klingeltrafo, der etwa 1 – 1,5 A liefern können
muss.
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41 Lichtgesteuerter Zeitschalter
Diese Schaltung entstand vor etwa einem Jahr aufgrund eines ziemlich unerfreulichen
Erlebnisses eines Bekannten des Autors. Dieser Unglückswurm kaufte vor einigen Jahren
ein Haus in einer kleinen, ländlich strukturierten Gemeinde, gelegen an einer Straße mit
wenigen Nachbarhäusern und schlechter Beleuchtung. Und da auch die Landgemeinden
vom steigenden Trend der Kriminalität nicht verschont bleiben, kam es auch dort häufiger
zu Einbrüchen, was natürlich zur Erhöhung der nachbarschaftlichen Aufmerksamkeit
führte! So kam es dann zu folgender Begebenheit: Ein Wochenende im November, Frau und
Kinder des Besagten bei den Schwiegereltern in der Stadt, kommt er Sonntag Abend von
einer Betriebsfeier nach Hause. Da die einzige Straßenlaterne nicht viel heller leuchtete als
ein Feuerzeug, stolperte er, „bewaffnet“ mit einer Mini-Taschenlampe auf sein Haus zu. An
der Haustür angelangt, stellte er fest, dass er den Haustürschlüssel nicht finden kann. Nun ist
guter Rat teuer. Schließlich versucht er durch das Garagenfenster ins Haus zu gelangen, was
ihm nicht gelingt, da er plötzlich von hinten gepackt und energisch zurückgezogen wird. Ehe
er es sich versieht, haben ihm zwei Polizeibeamte Handschellen angelegt und in den Streifenwagen verfrachtet. Seine wortreichen Beteuerungen, dass er der Hausherr sei, nötigen
den Beamten nur ein Lächeln und die Bemerkung ab: „Ja, ja, das kennen wir schon. Was
glauben Sie, wie viele Einbrecher uns diesen Blödsinn auftischen!“ In der Polizeistation
angekommen, nimmt die Sache endgültig einen schlechten Verlauf, er hatte nämlich auch
seinen Ausweis nicht dabei. Das brachte ihm nun eine Nacht in einer Zelle des „PolizeiHotels“ ein. Erst am kommenden Montag konnte er dort von seiner Frau ausgelöst werden.
Sie sehen, das Landleben kann hart sein. Nach diesem Vorfall wurde natürlich auf Abhilfe
gesonnen. Eine herkömmliche Fernsteuerung kam nicht in Frage, da immer ein Sender
benötigt wird und man diesen natürlich genauso verlegen oder vergessen kann wie einen
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41 Lichtgesteuerter Zeitschalter (Fortsetzung)
Schlüssel. Deshalb wurde dieser Weg gewählt, um die Außenbeleuchtung des Hauses durch
kurzes Anleuchten mit der Taschenlampe einzuschalten, und zwar für eine Zeit zwischen 30
Sekunden und 5 Minuten, was im Allgemeinen ausreichen dürfte, um ins Haus zu gelangen.
Außerdem können die Nachbarn jetzt erkennen, wer vor dem Haus steht und rufen nicht
gleich wieder die Polizei.
Und so funktioniert das Ding:
Im Ruhezustand fließt in der Schaltung ein ganz kleiner Strom über den FotodarlingtonTransistor BPX99, ansonsten ist die Schaltung stromlos. Wird der Fototransistor nun mit der
Taschenlampe angeleuchtet, dann verringert sich sein Widerstand soweit, dass die nötige
Zündenergie in den Thyristor gelangt und ihn durchsteuert, was zum Anziehen des Relais
führt und die Hausbeleuchtung in Betrieb setzt. Da das Relais in Sparschaltung betrieben
wird, fließen nur rund 13 mA. Am Knotenpunkt zwischen Thyristoranode und Relais verschiebt sich die Spannung bei durchgeschaltetem Thyristor zum Negativen hin, was zum
Durchsteuern des BC558 führt. Er versorgt nun den um den Unijunktion-Transistor MU10
aufgebauten Zeitkreis mit Betriebsstrom, was dazu führt, dass sich der zeitbestimmende
Kondensator C1 über P1und R3 langsam auflädt. Erreicht die Spannung über dem Kondensator die Durchbruchspannung des UJT, dann schaltet er durch und entlädt den Kondensator
impulsartig über die Strecke Emitter-Basis1 und 100-Ohm-Widerstand. Über den 100Ohm-Widerstand bleibt für einen Moment genügend Spannung stehen um den BC548 aufzusteuern, was wiederum dazu führt, dass der Haltestrom des Relais am Thyristor vorbei
„kurzgeschlossen“ wird, was zum Abschalten des Thyristors führt. Damit befindet sich die
Schaltung wieder im Ruhezustand.
Zum Schluss noch ein paar Hinweise zum Lichtschutztubus über dem Foto-Darlington. Wie
dieser ausfallen muss, betreffend Länge und Durchmesser, müssen Sie experimentell ermitteln. Je höher die Umgebungshelligkeit, also der Störlichteinfluß, desto länger muss dieses
Schutzröhrchen ausfallen. Das Originalgerät ist nach Westen gerichtet, was bedeutet, dass
hier unbedingt dafür gesorgt werden muss, dass die tiefstehende Sonne nicht hineinscheint,
Sie aber problemlos mit einer gut bündelnden Taschenlampe den Transistor am Ende des
Tubus treffen. Bei genanntem Gerät wurde ein 4 cm langes Kunststoffröhrchen vorgesetzt,
das hinten 5 mm Durchmesser besitzt, sodass der Fototransistor genau hinein passt, während
der vordere Durchmesser 10 mm beträgt. Das Rohr ist also konisch. Das vorgenannte Originalgerät lässt sich mit einer guten Taschenlampe noch aus rund 20 m Entfernung einschalten. Sie sehen also, auch mit einfachsten Mitteln lässt sich eine interessante Fernschaltung
aufbauen.
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42 Fotoelektrischer Fernschalter
Diese Schaltung lässt sich vielseitig einsetzen, z. B. im häuslichen Bereich zum Steuern von
beliebigen elektrischen Geräten. Das Originalgerät wurde einem anderen Zweck zugeführt,
nämlich zum nächtlichen Ausleuchten eines Lagerplatzes. Dazu wurde mitten auf diesem
Platz ein 10 m hoher Stahlrohr-Mast aufgestellt und an diesem in ca. 9 m Höhe vier große
Scheinwerfer montiert. Über diesen Scheinwerfern wurde das Fernschaltgerät angebracht
und der Fotosensor im Lichtschutzröhrchen wurde direkt nach unten auf das Tor in der Platzumzäunung ausgerichtet. Der Mann vom Wachdienst, der dort mehrmals in der Nacht auf
seiner Runde vorbeikommt, kann nun vom Tor aus durch ein gezieltes Anleuchten des Fotosensors mit seiner starken Taschenlampe bzw. Handscheinwerfer die Schaltung auslösen
und so die vier großen Mast-Scheinwerfer einschalten um das Gelände auszuleuchten.
Nachdem er das Gelände in Augenschein genommen hat, wird das Licht durch ein erneutes
Anleuchten des Fotosensors wieder abgeschaltet. Die Entfernung zwischen Tor und Empfänger an der Mastspitze beträgt rund 25 m! Mit einer guten Stablampe mit Halogen- oder
Kryptonbirne ist diese Distanz gut zu überbrücken. Im häuslichen Bereich können sie problemlos mit kleinen Taschenlampen arbeiten, da hier in aller Regel höchstens 6 – 8 m Steuerentfernung zu erwarten sind.
Und so arbeitet das kleine Gerät:
Die Abbildung zeigt die Schaltung im Ruhezustand. Der 100 µF-Elko ist geladen und es
fließt jetzt ein kleiner Ruhestrom von etwa 1,8 – 2 mA. Wird der als Sensor fungierende
Fototransistor jetzt angeleuchtet, dann steuert er soweit durch, dass der BS208 den Optoschalter LH1056AT durchschaltet. Über diesen entlädt sich nun der 100 µF-Elko stoßartig
über die Spule des Relais, weshalb es anzieht. Da die Kontakte nun ihre Lage ändern, hält
sich das Relais selbst und zwar mittels des über den 270 Ohm-Widerstand und die Leuchtdi-
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42 Fotoelektrischer Fernschalter (Fortsetzung)
ode fließenden Haltestroms. Der Elko ist jetzt über den 10 kOhm-Widerstand mit Null verbunden und wird folglich völlig entladen. Wird der LH1056AT jetzt durch Anleuchten des
BPX99 erneut durchgeschaltet, dann wirkt der 100 µF-Elko wie eine Kurzschlussstrecke für
den Haltestrom des Relais und es fällt ab. Damit befindet sich die Schaltung wieder im Ausgangszustand. Es handelt sich hier also um ein fotoelektrisch gesteuertes Stromstoß-Relais!
Im Schaltbild ist schon angedeutet, dass Sie alternativ zum 22 kOhm-Festwiderstand auch
ein 50 kOhm-Trimmpoti einsetzen können, was eine Einstellung der Empfindlichkeit
durchaus erleichtert. Nehmen Sie aber nach Möglichkeit einen Spindeltrimmer. Bezüglich
des Lichtschutztubus über dem Fototransistor müssen Sie zum einen dafür sorgen, dass der
Transistor zuverlässig gegen Störlicht abgeschirmt, andererseits aber beim axialen Anleuchten genügend Licht auf den Transistor fallen lässt um ihn sicher durchzusteuern. Hier müssen Sie also etwas experimentieren! Beachten Sie also bitte, dass zum Steuern dieses Gerätes Licht direkt von vorn in den Tubus gelangen muss. Schon kleine Winkelabweichungen
verhindern das Ansprechen der Schaltung, was hier aus Sicherheitsgründen gewollt ist. Zur
Stromversorgung reicht ein kleines Netzgerät, das ca. 50 mA bereitstellt.
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43 Taschenlampen-Fernsteuerung
Bei dieser Schaltung handelt es sich um eine Variante der Abb. 42. Sie ist vom Bauteileaufwand zwar etwas umfangreicher, dafür kommt sie mit einem einfachen Relais 1xEin bzw.
1xUm aus und nimmt im Vergleich zur Schaltung 42 auch erheblich weniger Arbeitsstrom
auf, wodurch die Stromversorgung klein ausfallen kann. Bezüglich des Optoschalters
LH1056AT sind hier einige Ersatztypen aufgeführt um bei Beschaffungsschwierigkeiten
ausweichen zu können. Wird das vorgeschlagene Relais eingesetzt, dann bewegt sich die
Stromaufnahme bei angezogenem Relais um 15 mA, also eine absolut vertretbare Größenordnung. Die Schaltleistung des Relaiskontaktes beträgt maximal 5 A, also am Netz rund
1 kW. Für den Lichtschutztubus gilt das, was schon zur Schaltung 42 ausgeführt wurde.
Wenn Sie statt des BPX99 einen Fotodarlington im Kunststoffgehäuse verwenden, z. B. von
Sharp und diesen dann in eine Reflektorfassung mit Linse montieren und diese Fassung
dann in den Lichtschutztubus einsetzen, dann können Sie mit einer dieser sehr lichtstarken
Taschenlampen einen Schaltvorgang noch aus 50 m Distanz auslösen. Sie müssen allerdings
genau zielen. Die Schaltung selbst ist einfach, wie das Schaltbild zeigt. Die beiden MOSTransistoren vom Typ BS170 bilden hier ein Flip-Flop, das in der schon bekannten Weise
angesteuert wird, nämlich mittels des Optoschalters. Das jeweilige Umschaltpotenzial wird
dem 100 nF-Kondensator entnommen. Die beiden 10 nF-Kondensatoren sorgen für eine
definierte Ruhelage beim Anlegen der Speisespannung. Im Ruhezustand leuchtet immer die
grüne Niedrigstrom-LED. In diesem Zustand nimmt die Schaltung 5 – 6 mA auf.
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44 Blitzblinker
Diese kleine Schaltung ist zwar der des „Baustellen-Blitzers“ sehr ähnlich, jedoch arbeitet
dieses Gerät noch blitzartiger. Entworfen wurde die Schaltung als Signalgeber für Anwendungsfälle in denen die Helligkeit von blinkenden Leuchtdioden nicht ausreicht. Besonders
bei Überwachung von Maschinen erregt diese Schaltung sicher mehr Aufmerksamkeit.
Die Funktion ist leicht überschaubar:
Der Unijunktion-Transistor arbeitet hier in der bekannten Weise als Impulsoszillator, d. h.,
der Elko wird über den 22 kOhm-Widerstand aufgeladen, bis die Schaltschwelle des UJT
erreicht ist. Dieser schaltet daraufhin schlagartig durch und entlädt den Elko über die Strecke Emitter-Basis1. Über den 220 Ohm-Widerstand bleibt für einen Moment die Steuerspannung für den MOS-Transistor stehen, weshalb auch er schlagartig durchschaltet und die
Glühbirne aufblitzen lässt. Wenn Sie den gestrichelt eingezeichneten Fotowiderstand einsetzen, dann bekommen Sie einen Dämmerungsblitzer, da der LDR bei ausreichender Beleuchtung so niederohmig ist, dass er das Aufladen des Elkos verhindert! Die genannten Transistoren sind erprobt und bringen beste Funktion.
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45 Dunkelschalter
Diese etwas ungewöhnliche Schaltung stellt einen zuverlässigen Dämmerungsschalter dar. Der
Vorteil des nebenstehenden Systems gegenüber anderen, ähnlich einfach aufgebauten Schaltungen liegt im absolut eindeutigen Schaltverhalten. Und das kommt so zustande: Abhängig davon,
ob Licht auf den LDR fällt oder nicht, schaltet der UJT periodisch durch oder er ist gesperrt. Nehmen wir an, der LDR wird von Tageslicht beschienen, dann ist der niederohmig und der Kondensator, der hier für eine gewünschte Einschaltverzögerung sorgt, kann sich nicht aufladen. Damit
bleibt die Spannung über ihm unterhalb der Schaltschwelle des UJT und dieser bleibt gesperrt.
Mit abnehmender Beleuchtung steigt der Widerstand des LDR und irgendwann ist er hochohmiger als die Kombination von P1 und R1 und nun kann sich der Elko aufladen. Erreicht nun die
Spannung über dem Kondensator die Schaltschwelle des UJT, dann schaltet dieser schlagartig
durch, womit sich der Elko über die Emitter-Basis1-Strecke und den 220-Ohm-Widerstand entlädt. Über diesem Widerstand bleibt für einen Moment ausreichend Spannung stehen um den
2N3415 durchzusteuern. Er lädt nun über den Vorwiderstand den 47 µF-Elko stoßartig auf, weshalb der PNP-Darlington MPSA64 durchsteuert und das Relais anzieht. Auch wenn der LDR
inzwischen wieder beleuchtet wird und die Triggerstufe um den 2N2646 somit inaktiv ist, bleibt
der MPSA64 noch für etwa 2 Minuten durchgesteuert, denn solange dauert es, bis sich der Elko
über die beiden Widerstände (2,2 MOhm und 1 MOhm) so weit entladen hat, dass der über den
Transistor fließende Relaisspulenstrom nicht mehr ausreicht um es angezogen zuhalten. D. h.,
kurze, schnelle Lichtwechsel wirken sich hier nicht aus. Fällt kein Licht auf den LDR, dann gibt
der Triggerschalter um den UJT periodisch einen Steuerimpuls für den 2N3415 ab, was zur Folge
hat, dass der 47 µF-Elko ständig nachgeladen wird und der Darlington somit durchgesteuert
bleibt. Wie lange die Einschaltverzögerung bzw. Triggerpause wird, hängt von der Stellung des
Einstellwiderstandes P1 ab. Mit P1 stellen Sie auch die Ansprechschwelle (Dämmerungsgrad)
ein, bei der die Schaltung aktiv wird.
Noch einige Anmerkungen zum Relais und CX/RX. Sie müssen auf das Relais abgestimmt werden. Wenn Sie ein Relais einsetzen, das z. B. einen Spulenwiderstand von 330-Ohm aufweist,
dann kann RX zwischen 330 und 390 Ohm liegen, was zur Folge hat, dass der Haltestrom des
Relais nur etwa halb so groß ist wie der Anzugstrom. Um den Anzugstrom für einen Moment fließen zu lassen, muss CX etwa 1 µF pro 1 mA ausmachen. Um beim Beispiel zu bleiben, 330 Ohm
an 12 Volt macht rund 36 mA und somit einen Elko von 36 µF. Da das aber ein absolut unüblicher
Wert ist, bleibt nur einen 33 µF Typ oder einer von 47 µF. Unterliegt die Betriebsspannung
Schwankungen, z. B. bei Speisung aus einem Akku, dann empfiehlt sich aus Sicherheitserwägungen der Einsatz des 47 µF Typs.
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46 Hochspannungs-LED
Zugegeben, Schaltungsvarianten zur direkten Netzanbindung von LEDs ans 230 Volt-Netz,
gibt es inzwischen viele, doch diese ist nun wirklich vom Einfachsten und dabei noch sehr
zuverlässig, denn sie wurde für lange Lebensdauer konzipiert. Genau deshalb ist hier der
strombegrenzende Vorwiderstand etwas überdimensioniert. Damit verhindern Sie von vornherein elektrische und thermische Probleme und 1 Watt-Widerstände sind heute nun wirklich nicht mehr groß und platzraubend, sodass der Aufbau durchaus kompakt gehalten werden kann. Somit steht dem Einbau in fast jedes elektrische Geräte nichts mehr im Wege. Die
Schaltung ist für eine LC-LED, also Niedrigstrom-Type, ausgelegt. Für eine rote LED ist ein
100 kOhm-Widerstand ausreichend, für gelbe und grüne LEDs ist der 75 kOhm-Typ die
bessere Wahl. Das dritte Bauteil ist ein kleiner Brückengleichrichter, eine Spannungsfestigkeit von 250 VAC ist ausreichend. Sie können aber auch eine 280 VAC-Type einsetzen, was
immer dann sinnvoll ist, wenn Spannungsspitzen auftreten, die im kritischen Bereich der
Spitzensperrspannung liegen.
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47 Multivibrator mit verzögert durchschaltenden Ausgängen
Diese Schaltung wurde vor einigen Jahren entworfen, um zwei Firmen-Logos abwechselnd
einzuschalten und zwar so, dass immer erst dann durchgeschaltet wird, wenn die andere
Seite schon etwa eine Sekunde abgeschaltet ist. Um diesen Effekt sicherzustellen, wurde die
dargestellte Gate-Beschaltung vorgesehen, bestehend aus den beiden Dioden, den beiden
Widerständen und dem Elko. Diese Schaltung ergibt eine Einschaltverzögerung von gut
einer Sekunde. Wenn Sie mit den beiden Ausgangstransistoren Glühbirnen oder LEDs steuern wollen, dann bedenken Sie bitte, dass diese Transistoren „weich“ durchschalten, nämlich in Abhängigkeit von der Spannung über dem Gate-Elko! Wenn Sie Relais steuern, dann
spielt dieser Effekt keine Rolle. Bleibt noch zu klären, warum hier zwei Potentiometer statt
einem eingesetzt werden: Sie haben hiermit die Möglichkeit sowohl die Frequenz, als auch
die Schaltzeiten der beiden Ausgangstransistoren einzustellen und zwar ganz nach ihren
Wünschen. Sollte Ihnen diese „ Weichschaltcharakteristik“ nicht zusagen, dann schauen Sie
sich die Abb. 48 an, die arbeitet mit Schmitt-Triggern.
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48 Verzögert durchschaltender Multivibrator aus
Schmitt-Triggern
Dieser Multivibrator arbeitet prinzipiell genauso wie der unter Nr. 47. Durch die Verwendung von Schmitt-Trigger-Gattern wird allerdings ein schlagartiges Schalten der Ausgangstransistoren erreicht. Mit dieser Schaltung werden zwei Werbe-Displays an einem Getränkemarkt gesteuert, weshalb hier mit relativ langen Einschaltzeiten gearbeitet wird. Wenn Sie
diese ändern wollen, dann tauschen Sie den 100 µF-Elko gegen einen anderen aus. Bedenken Sie aber bitte, dass die Einschaltzeiten auf gar keinen Fall kürzer werden dürfen als die
Einschaltverzögerungen der Gatter N3 und N4, denn sonst müssen Sie auch die RC-Kombinationen an deren Eingängen abändern.
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101 Fenster/Heizkörper-Koordinator
Diese Minischaltung wurde entworfen um der Verschwendung von Heizenergie in einem
Bürohaus entgegenzuwirken. Vielleicht kennt der eine oder andere Leser das ja auch: Da
kommen die Angestellten morgens zur Arbeit, drehen als erstes den Heizkörper auf, meistens zu weit, und nach längerer Zeit ist es im Raum brüllend heiß. Und statt nun den Heizkörper entsprechend runterzustellen, wird dann oft einfach das Fenster geöffnet und nach draußen geheizt. Dieses Verhalten ist nicht nur hirnrissig, sondern auch teurer.
Und da sowohl Ermahnungen als auch Belehrung des Personals nicht sehr viel gebracht
haben, wurde von Seiten der Betriebsleitung beschlossen, an jedes Heizkörperventil und an
jedes in der Nähe befindliche Fenster einen Reedkontakt anzubringen, der dann, wie im
Schaltbild gezeigt, die kleine Schaltung steuert. Der Reedkontakt A wird dazu am Fensterrahmen angebracht, der zugehörige Magnet muss so am Fensterflügel angebracht werden,
dass er bei geschlossenem Fenster den Reedkontakt einschaltet und damit das Gate von
Transistor 1 auf Betriebsspannung liegt und ihn sperrt. Reedkontakt B wird an einem Aluwinkel so montiert, dass er etwa 5 – 6 mm über den drehbaren Einstellgriff des Heizkörperventils ragt, und dass der Magnet, der auf die Null-Markierung des Drehgriffs geklebt wird,
den Relaiskontakt schließt, wenn das Ventil geschlossen wird. Damit wird dann auch Transistor 2 gesperrt. Der Piezo ist in diesem Schaltzustand still. Wird nun der Heizkörper aufgedreht, der Magnet also vom Reedkontakt entfernt, dann öffnet dieser und Transistor T2
bekommt über den Widerstand Steuerstrom und schaltet durch. Wird nun bei geöffnetem
Heizkörper das Fenster geöffnet, dann öffnet auch Reedkontakt A. Auch Transistor T1
schaltet nun durch und der Piezo beginnt sein „lieblich Lied zu singen“. Abstellen lässt sich
unser kleiner „Sänger“ nur dadurch, dass man entweder den Heizkörper abstellt oder das
Fenster schließt.
Die Praxis hat gezeigt, dass man den Mitmenschen manchmal penetrant auf die Nerven
gehen muss, um sie zum Handeln zu veranlassen. Seit Montage dieser kleinen Nervtöter ist
der Energieverbrauch in Bezug auf Heizung jedenfalls erheblich zurückgegangen, womit
das Ziel erreicht ist.
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102 Weichblinker für Alarm- und Meldeanwendungen
Zugegeben, die Schaltung ist ungewöhnlich, aber sie erfüllt ihren Zweck und das sehr gut.
Die Schaltung nimmt zwar mit rund 50 mA etwa doppelt so viel Strom auf wie beim Betrieb
mit einer Leuchtdiode, dafür ist aber auch die Lichtwirkung wesentlich größer! Die Schaltung wird über einen Thyristor betrieben und ist deshalb selbsthaltend. Zum Einschalten
genügt ein kurzer positiver Impuls. Ist der Thyristor durchgesteuert, dann bekommt die
Glühbirne Betriebsspannung, die jedoch um den Betrag niedriger ist, der an den in Serie
geschalteten Dioden abfällt. Damit nimmt die Glühbirne natürlich auch entsprechend weniger Strom auf. Die Birne leuchtet also mit verminderter Helligkeit. Da gleichzeitig der Taktgenerator U175 zu arbeiten beginnt, wird der Transistor im 2,5 Hz-Takt geschaltet und legt
so die Glühbirne immer wieder an die volle Betriebsspannung, was sie hell aufleuchten lässt.
In den Schaltpausen leuchtet sie dann auf ihrer Grundhelligkeit. Das Abschalten des kleinen
Meldeblinkers geschieht von Hand über den Reset-Taster.
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103 Lichteffektschaltung
Diese Abbildung zeigt den Steuerteil der Schaltung, der aus einem Taktgenerator, dem U175
oder U176 besteht, einem Oktalzähler vom Typ 4022, sowie einem Flip-Flop, bestehend aus
Relais, Thyristor und Transistor. Der Taktgenerator sorgt dafür, dass der Zähler einen Ausgang nach dem anderen nach „H“ schaltet. Dessen Ausgang Q7 Pin 10 steuert über das RCGlied das Thyristor-Flip-Flop. Die beiden Kontakte A und B des Relais sorgen nun im
Zusammenspiel mit dem Zähler dafür, dass einmal ein wandernder Lichtpunkt durchläuft
und nach dem Umschalten des Relais ein dunkler Punkt in einem Lichtband. Dieses Spiel
wiederholt sich nun solange Spannung anliegt. Als Last sollten Sie z. B. Halbleiter-Relais
samt Vorwiderstand einsetzen. Sie können dann über das Halbleiter-Relais entsprechend
große Lasten am Netz steuern. Die N-Kanal-FETs sind sieben BS170 und bei den P-KanalTypen handelt es sich um ebensoviele BS250. Die Dioden sind 1N4448 oder ähnlich. Das im
Flip-Flop eingesetzte Relais kann ein Kleinleistungstyp sein, z. B. TQ2–9 V von NAISSDS oder ähnlich.
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104 Ablaufsteuerung
Diese Ablaufsteuerung entstand vor längerer Zeit als Lichtwerbedisplay für ein Geschäft.
Das Originaldisplay ist 3 m lang, 50 cm breit und 10 cm tief und sieht aus wie in der Skizze
dargestellt. Der Ablauf ist nun so, dass die Lichtpfeile von außen nach innen einer nach dem
anderen einschalten und zuletzt das Firmenlogo beleuchtet wird. Dann geht das Ganze
andersherum, d. h. die Pfeile gehen einer nach dem anderen aus, zuletzt das Firmenlogo.
Danach wird wieder der Reihe nach eingeschaltet usw. Das Schaltbild macht klar, wie das
vor sich geht, nämlich mittels eines 2-fachen 4Bit-Schieberegister, acht Schalttransistoren,
einem Transistor zur Dateninvertierung und einem integrierten Taktgenerator vom Typ
U175 oder U176, die sich lediglich in ihrer Arbeitsfrequenz unterscheiden. Der U175 ist der
„schnelle“ der beiden. Wenn Sie, wie im Original, nur 15 Watt-Lämpchen steuern wollen,
dann reichen Mini-Halbleiter-Relais, z. B. BRT21, BRT22, oder BRT23 von Siemens, denn
diese schalten 300 mA am Netz, was hier völlig ausreicht.
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105 Optischer Bewegungsmelder
Wie bei Schaltungen dieser Art üblich, benötigt auch diese eine gewisse Grundhelligkeit um
überhaupt zu funktionieren. Wenn Sie sich die Triggerstufe um den Fototransistor und den
BS107 anschauen, wird das einsichtig. Der BS107 bekommt nur dann einen Steuerimpuls,
wenn der Fototransistor im Normalzustand (bei Beleuchtung) soweit durchgesteuert ist,
dass sein Innenwiderstand geringer ist als der von R1. Wird der Fototransistor jetzt auch nur
kurzzeitig beschattet, steigt sein Widerstand über den von R1, sodass über diesen und C1 ein
positiver Spannungssprung an das Gate des Transistors gelangt und ihn kurz durchschaltet.
Damit bekommt der Timer Triggerpotenzial und schaltet das Relais zeitbegrenzt durch.
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106 Einfacher Bewegungsmelder
Bei dieser Schaltung handelt es sich um die vereinfachte Version der Abb. 105. Der Funktion tut dies keinen Abbruch, wohl aber der zeitlichen Präzision. Hier wirken sich die Kondensatortoleranzen noch mehr aus als in Schaltung 105. Wenn Sie diese Schaltung aber nur
als automatischen Kurzzeitgeber für irgendeine unkritische Anwendung einsetzen wollen,
dann dürfte das kaum ins Gewicht fallen. Mit ein wenig Fantasie lässt sich dieses kleine
Gerät sehr vielfältig verwenden. Die Einschaltzeit beträgt bei Einsatz der genannten Halbleiter und des 47 µF-Elkos rund eine Minute. Zum Auslösen des Abschaltvorganges reicht
eine kurze Beschattung des Foto-Darlington-Transistors. Für die genannten MOS-Transistoren von Supertex können Sie auch andere Kleinleistungstypen einsetzen, Sie müssen dann
aber damit rechnen, dass sich andere Zeitvorgaben einstellen. Hierfür verantwortlich sind
unter anderem andere Gate-Schwellspannungen. Diesen Punkt müssen Sie also bei der Auswahl der Bauelemente berücksichtigen! Beim Relais sind Sie weitestgehend frei in der
Wahl, es empfehlen sich aber Qualitätstypen.
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107 Stromstoß-Relais in Sparschaltung
In dieser Schaltung wird ein herkömmliches Relais mit zwei Umschaltkontakten zum
Stromstoß-Schalter gemacht. Um diesen Effekt zu erreichen, muss das Relais über einen
Thyristor gesteuert werden, denn nach dessen Zünden bleibt das Relais angezogen. Sie müssen natürlich beim Aufbau darauf achten, dass das Gate des Thyristors mit dem Ruhekontakt
des im Relais enthaltenen Umschalters verbunden wird, denn nur dann gelangt der erste
Trigger-Impuls auf den Thyristor. Nachdem das Relais nun angezogen hat, seine Kontakte
also ihre Lage gewechselt haben, gelangt der nächste eingehende Trigger-Impuls auf die
Basis des Transistors und steuert ihn kurz durch. Da am durchgesteuerten Transistor aber
deutlich weniger Spannung abfällt als am Thyristor, wird der Spulenstrom des Relais an ihm
vorbeigeführt, womit ihm der Haltestrom entzogen wird und er folglich abschaltet. Damit
fällt natürlich auch das Relais ab, weshalb die Kontakte wieder in die Ruhelage gehen. Jetzt
befindet sich die Schaltung wieder in der Ausgangsposition und der nächste eingehende
Trigger-Impuls zündet dann wieder den Thyristor.
Noch einige Anmerkungen zu den eingesetzten Halbleitern: Hinsichtlich des Thyristors sind
sie nicht an den vorgegebenen Typ gebunden. Hier ist fast jeder Kleinleistungstyp geeignet.
Beim Transistor ist das anders! Dieser muss nicht nur den Relaisspulenstrom wenigstens im
Impuls vertragen, sondern seine Verstärkung muss so hoch sein, dass dieser Strom überhaupt fließen kann! Es gilt: Hoher Spulenstrom = Hoher Verstärkungsfaktor!
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108 Stromstoß-Relais mit Ruheanzeige per LED
Diese Schaltung arbeitet grundsätzlich genauso wie die in Abb. 107 dargestellte. Da hier
aber ein wesentlich sensibleres Relais eingesetzt wird, kann die RC-Kombination zur Haltestrombegrenzung entfallen. Stattdessen ist hier eine Bereitschaftsanzeige mit LED realisiert. Da der Transistor hier weniger Strom schalten muss, kann er auch einen niedrigeren
Stromverstärkungsfaktor aufweisen. Sie können übrigens auch zwei 6 V-Relais je 1xUm in
Reihe schalten.
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109 Weichschalter für Halogenlampen
Weicheinschalter für Halogenlampen sind in der Literatur häufig beschrieben, die meisten
arbeiten so, dass ein spannungsgesteuerter Fet den Strom durch die Halogenlampe langsam
hochfährt bis der Nennstrom fließt. Soweit die Theorie! In der Praxis sieht das etwas anders
aus, denn viele Power-FETs schalten fast schlagartig durch, wenn die Gate-Schwellspannung
auch nur geringfügig überschritten wird. Der Stromanstieg in der Lampe wird dann ziemlich
steil, sodass von einem sanften Einschalten eigentlich nicht die Rede sein kann. Um nun den
Stromanstieg nicht zu steil ausfallen zu lassen, wird in derartigen Schaltung dann mit RCKombinationen, Dioden und Zehnerdioden getrickst, was dazu führt, dass viele dieser Schaltungen am Zweck gemessen recht üppig ausfallen. Die im Schaltbild dargestellte Variante wird
vom Autor bevorzugt, da sie sich aufgrund ihrer Arbeitsweise in der Praxis sehr gut bewährt
hat. In der Anwendung hat sich gezeigt, dass die Lebensdauer von Halogenlampen bis auf das
10-fache gesteigert werden kann. Da die Schaltung nicht aufwändig ist, lohnt sich ihr Einsatz
durchaus. Hier nun eine kurze Funktionsbeschreibung:
Gehen wir vom Ruhezustand aus, also alle Transistoren gesperrt und Lampe aus. Wird nun der
Steuereingang auf Null gelegt, dann steuert der BC307 durch und legt damit das Gate des
BD522 auf Betriebsspannung, was zum sofortigen Durchschalten dieses Transistors führt.
Über den Vorwiderstand, der dem Heißwiderstand der jeweils eingesetzten Halogenlampe entsprechen sollte, bekommt diese nun Strom, was dazu führt, dass sich die Glühwendel in etwa
0,5 Sekunden bis zur Gelbglut aufheizt. Mit etwa dieser Verzögerung, hervorgerufen durch die
am Gate liegende RC-Kombination, schaltet der MTP3055A durch und führt somit der Halogenbirne den vollen Betriebsstrom zu. Erst jetzt leuchtet sie mit voller Helligkeit. Wechselt das
Potenzial am Steuereingang nun von „L“ nach „H“, dann schaltet der MTP3055A mit etwa 0,8
Sekunden Verzögerung ab. Jetzt ist die Schaltung wieder in der Ausgangslage und kann neu
gestartet werden. Da der MTP3055A im durchgeschalteten Zustand den Lampenstrom am
BD522 und dem Vorwiderstand vorbei führt, tritt an diesen Bauteilen auch keine Erwärmung
auf, da in diesem Zweig nur für etwa 0,5 Sekunden Strom fließt. Wenn Sie größere Halogenlampen steuern wollen, dann setzen Sie für den BD522 einen BUZ 71 ein und für den
MTP3055A verwenden Sie einen BUZ 11 oder ähnlichen. Auch der Vorwiderstand muss dann
natürlich angepasst werden.
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