Low-Power-LED-Blitz mit dem Saft der Zitrone
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Mini-Projekt Von Prof. Dr. Martin Oßmann Low-Power-LED-Blitz mit dem Saft der Zitrone Die Schaltung benötigt nur einige Mikro-Ampere, um eine LED zum Aufblitzen zu bringen. Die Energie dafür stammt aus einer selbst gebauten „vegetarischen“ Batterie. Zugegeben, als Betriebsanzeige scheint die Schaltung in Bild 1 reichlich übertrieben! Hätte es nicht eine Low-current-LED mit Vorwiderstand auch getan? Nein, wenn es nämlich darauf ankommt, bei einem batteriebetriebenen Gerät mit einem Minimum an Energie eine deutliche Anzeige zu realisieren. Mit wenig Strom kann man eine LED natürlich nicht dauernd betreiben. Also lässt man sie immer nur kurz aufblitzen. Es muss ein stromsparender Oszillator gebaut werden, der ein extremes Tastverhältnis realisiert. Eine grosse Zeitkonstante wird durch den Kondensator C1 zusammen mit dem Lade- 68 widerstand R1 erreicht. Der Mikropower-Operationsverstärker IC1 als invertierender Komparator überwacht die Spannung an C1 und vergleicht sie mit dem durch R2 und R3 eingestellten Schwellwert. Ist der Kondensator C1 weit genug geladen, muss er wieder entladen werden. Die in ihm gespeicherte Energie wird natürlich nicht vergeudet, sondern wird sinnvoll direkt zur Versorgung einer LED verwendet. Damit ein relativ hoher kurzer Stromimpuls durch die LED entsteht, wird der Kondensator über die aus T1 und T2 gebildete Thyristor-Tetrode entladen. Die Tetrode wird über den Komparator über R5 gezündet. Da die Thyristor- Tetrode während des Ladens von C1 keinen Strom aufnimmt und der Mikropower-Opamp selbst auch nur sehr wenig Strom verbraucht, ergibt sich insgesamt eine sehr niedrige Stromaufnahme. Bei 12 V beträgt sie circa 15 µA. Die Schaltung arbeitet ab etwa 3,5 V, dann leuchtet die LED allerdings noch nicht sehr stark auf. Die Stromaufnahme geht dabei allerdings auf unter 4 µA zurück! Aufbau Der Aufbau auf der Platine in Bild 2 und die Komponenten sind unkritisch. C1 muss ein Folienkondensator (zum elektor - 4/2004 R1 R2 3M3 Beispiel MKT) sein, C2 sollte ebenfalls einen niedrigen Leckstrom aufweisen, sonst ist die Stromaufnahme nicht mehr so klein wie gewünscht. Als Leuchtdiode verwendet man eine rote Low-current-LED. Das Titelbild zeigt einen ersten Probeaufbau auf einer Lochrasterplatine. In der Schaltung wird der MikropowerOperationsverstärker TS271C von ST (früher SGS-Thomson) eingesetzt. Dieser ist nicht baugleich mit dem TLC271, der aber dennoch eingesetzt werden kann, wenn man die Pins 7 und 8 miteinander verbindet, um die Low-bias-Einstellung zu erhalten. Der Widerstand R4, der beim TS271C den Bias-Strom einstellt, entfällt dann. Außerdem: K1 = 2 Lötstifte 2x Lötfahne 9 x runde Kupferstücke (siehe Text, z.B. 2Eurocent-Münzen) TS271C 5 BC557 K1 1 R5 100k 6 7 2 IC1 3 T1 C2 4 T2 8 1µ R6 1M BC547 C1 R4 R3 D1 9M1 Kondensatoren: C1,C2 = 1µ/16V stehend 9 x Aluminiumstück (siehe Text) Löschpapier oder Küchenrollen-Papier (siehe Text) 1 Zitrone (oder Zitronensaft, siehe Text) 1 Gummiring Platine 030345-1* (Bezugsquellenhinweise siehe http://www.elektor.de/pcbs/pcbs.htm) *Layout-Download unter http://www.elektor.de/dl/dl.htm 9M1 Widerstände: R1,R6 = 1M R2 = 3M3 R3,R4 = 9M1 R5 = 100k Halbleiter: D1 = LED rot (low current) IC1 = TS271C (siehe Text) T1 = BC557C T2 = BC547C 1M Stückliste 1µ 030345 - 11 Bild 1. Schaltplan mit dem Low-power-Opamp TS271C. Saft der Zitrone 4/2004 - elektor (030345)rg C1 + C2 R1 R5 T1 HOLE32EC1 D1 0 1-543030 IC1 R6 Papierstücke mit Zitronensaft. Frischer gepresster Saft funktioniert besser als Zitronensaft aus der Flasche! Als unterste Lage nimmt man ein etwas größeres Alu-Folienstück als Minuspol der Batterie. Darauf kommt eine Papierscheibe. Darauf dann ein Geldstück, darauf eine Alu-Scheibe, wieder Papier und so weiter bis zur obersten 5-Cent-Münze, die dann den Pluspol bildet. Wenn man alles richtig gemacht hat, kann man mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter die Spannung kontrollieren. Sie sollte zwischen 3,5 V und 4 V liegen. Schließt man nun die Blink-Schaltung an, wird diese eine ganze Weile munter vor sich hin blinken, und das alles mit dem Saft aus der Zitrone! R4 R3 R2 Die außergewöhnlich niedrige Stromaufnahme bei moderater Spannung macht es möglich, diese Schaltung aus einer selbst gebauten Batterie zu betreiben. In Bild 3 ist der Aufbau schematisch dargestellt. Die Batterie besteht aus neun Einzelelementen, die in Reihe geschaltet sind. Jedes Einzelelemenmt besteht aus einem (verkupferten) 5-Cent-Stück, einer Zwischenlage aus Löschpapier (oder Küchenrollen-Papier), das mit Zitronensaft getränkt wurde, und einem Stück Aluminiumfolie. Diese Bestandteile sind im Titelbild ebenfalls zu erkennen. In Versuchen hat sich die folgende Vorgehensweise als die beste erwiesen: Man falte Aluminiumfolie achtfach und schneide mit einem Schnitt acht kreisförmige Blättchen mit dem Durchmesser der 5-Cent-Stücke, indem man an einem 5-Cent Stück entlangschneidet. Dann schneidet man neun quadratische Stücke Löschpapier mit einer etwas größeren Seitenlänge als der Durchmesser der 5-Cent-Stücke. So ist ein Kurzschluss zwischen Kupfer und Alu unmöglich. Dann tränkt man die T2 HOLE32EC 030345-1 Bild 2. Eine Platine zum Ausprobieren. Einzelelement Kupfer Papier und Säure Aluminium 030345 - 12 Bild 3. Schematischer Aufbau der Zitronenbatterie. 69
