Alarmanlage - Schaltung - Dimensionierung

Hallo Andrea, der LDR (light dependent resistor) ist ein lichtempfindlicher Widerstand, er den Widerstandswert umgekehrt zur Helligkeit einstellt. Das hei=DFt in dieser Schaltung: Hell: akustisches Signal, dunkel: Ruhe. Das Poti dient dazu, die Empfindlichkeit einzustellen. Typische Anwendung: Lege die Schaltung eingeschaltet in eine Schublade oder einen Schrank. T=FCr offen: Alarm - T=FCr zu: Ruhe.

Hth, Karlheinz

Andrea Müller schrieb

Wie groß muß IB sein?

Peter

Wenn der LDR immer 2,8kOhm hätte, dann wäre es kein LDR. Das richtige Vorgehen wäre eigentlich, sich das Datenblatt des LDRs anzusehen und dann dahingehend die Schaltung auszulegen. Da findest du dann auch die Kennlinie des Bauteils:

Kann aber auch nicht schaden, das einfach mal auszuprobieren und mit dem Multimeter die verschiedenen Punkte der Schaltung zu messen, da die interaktive Arbeit mit den Bauteilen auch Lerneffekte haben kann, wenn man am Ende auch erklären kann, warum es funktioniert, wenn es denn funktioniert.

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Frank Buss, fb@frank-buss.de
http://www.frank-buss.de, http://www.it4-systems.de

Also erstmal lassen wir das Poti gedanklich weg.

Der LDR hat im unbeleuchteten Zustand einen sehr großen Widerstandswert. Fällt Licht auf den LDR, sinkt der Widerstandswert des LDR.

=> kein Licht, großer Widerstand -> geringer Strom von +12V zur Basis des Transistors. => viel Licht, kleiner Widerstand -> größerer Strom von +12V zur Basis des Transistors

Die Spannung an der Basis ist eigentlich immer ca. 0,7V, da die Basis Emitter Strecke sich ungefähr wie eine normale Diode verhält. Was sich ändert ist der Basisstrom.

Der Transistor hat nun eine Stromverstärkung, d.h. vom Kollektor zum Emitter kann ein Strom flißene, der ca. 100x so groß ist, wie der Strom durch die Basis.

Das Poti leitet nun einen Teil des Stroms, der durch den LDR fließt nach Masse ab. Dieser Strom fließt dann nicht durch die Basis des Transistors, wodurch auch der Kollektorstrom reduziert wird. Mit dem Poti kann ich also die Empfindlichkeit reduzieren.

Gruß

Stefan DF9BI

Nachdem hier bisher alle auf Fragen geantwortet haben, die Du nicht gestellt hast, versuche ich mal darauf einzugehen.

- Bei welcher Beleuchtung hat der LDR 2,8kOhm? Gute Frage. Das hat der Autor vergessen anzugeben. Vermutlich wollte er , daß die Schaltung gerade dann anfängt zu hupen, wenn der LDR die 2,8kOhm hat. Normalerweise hat man dazu ein Datenblatt, aus dem die Kennlinie zu entnehmen ist. Ich vermute aber eher, daß hier nur das Prinzip gezeigt werden soll, es ist also nicht so wichtig.

- Warum Poti? Ich hole mal etwas aus. Du weißt schon daß im Schaltpunkt ca. 0,7V an der Basis liegen müssen (Vermutlich weißt Du auch schon daß dies nur eine Faustformel ist, der genaue Wert hängt neben anderen Dingen davon ab wieviel Basisstrom nötig ist, aber auch hier gehts wohl nur um das Prinzip). Das heißt also daß im Umschaltpunkt am LDR 11,3V liegen müssen und am Poti

0,7V, wie Du ganz richtig erkannt hast. Das Poti muß also ca. auf 170 Ohm eingestellt werden, gerundet.

-Wie komme ich auf die Werte? Der nötige Widerstandswert des Potis ergibt sich aus der Spannungsteilerformel, die dürfte Dir schon bekannt sein.

Da aber die genaue Basisspannung wie schon gesagt auch von anderen Dingen abhängt, hast Du eben ein Poti um den Widerstandswert variieren zu können. (Man erkennt hier auch daß der Wert des Potis unglücklich gewählt ist,

1kOhm oder 500 Ohm wären besser, aber vielleicht gibts an der Schule diese Werte nicht).

Mit dem Poti kannst Du nun auch recht einfach den Schaltpunkt verändern, zum Beispiel so daß die Hupe erst losgeht wenn der LDR 5kOhm hat, also bei schwächerer Beleuchtung. Auch hier vermute ich daß dies ein Grund für das Poti ist, um eben verschiedene Schaltpunkte demonstrieren zu können.

In der Praxis gehen Schaltungsentwickler auch manchmal so an eine Aufgabe heran, wenn z.B. nicht klar ist welche Beleuchtungsverhältnisse zu erwarten sind. Die Laborschaltung hat also auch ein Poti, das wird dann am Einsatzort passend eingestellt, der Wert ausgemessen und im Endprodukt wird dann der ausgemessene Widerstand eingesetzt.

Ich hoffe meine Ausführungen sind genügend genau auf Deine Fragen eingegangen :-)

Übrigens wäre es besserer Stil nicht ständig neue Threads zu eröffnen, sondern bei einem zu bleiben. Zugegebenermaßen ist das recht schwierig, da einige hier lieber über ihre alten Schrottautos plappern. Oder versuchen Dir mit heftigen Fortgeschrittenen-Themen zu kommen, was beim Versuch ein Grundlagenverständnis zu bekommen recht verwirrend sein kann.

Peter Thoms schrieb

ok,

dann bestimme bitte erst R3, das wäre die Hupe. Welchen Wert hat die Hupe? Ersatzweise wäre ein Foto der Hupe angebracht.

Peter

Hallo Frank,

llt

Ohm

ist

der

ne

am Poti

ja richtig. D.h. aber auch ich k=F6nnte durch den Poti eine gr=F6=DFere Spannung anlegen und somit den Transistor zerst=F6ren.

Das Poti mu=DF also ca. auf 170 Ohm

ja, das ist klar.

nnen.

st,

ese

, zum

ok.

rten

rd

ja. Nochmals vielleicht von Deiner Sicht die Verst=E4rkung. B=3DIc/Ib Was sind das f=FCr Kriterien? Was muss ich dabei beachten. Gro=DFe Verst=E4rung ist gut, oder? Warum ist diese gut? Weil ich wenig Basisstrom brauche, oder? Gro=DFe Verst=E4rkung ist ja nicht die Hupe lauter.

fnen,

ihre

ja das ist es eben. Ich will ja nur wissen.

Wie berechne ich die Widerst=E4nde. Bei Spannung 12 V Bei Spannung 5 V

Was ist Verst=E4rkung.

Wie funktioniert es einfach.

Gr=FC=DFe + sch=F6ner Sonntag Andrea

Die größte Spannung legst Du an, wenn das Poti entfernt wird. Dann fließt (U-0,7V)/R_ldr in die Basis. Ob die das aushält steht in deren Datenblatt. Insbesondere im hellen Sonnenschein dürfte der Widerstand seeehr gering sein.

Laut Datenblatt des BC337

sind 50mA Basisstrom normal (S. 5 of 19, IB als Randbedingung für V_CEsat), für ganz kurze Zeit dürfen es 200mA sein (S. 4 of 19, I_BM).

Setzen wir U = 5V, dann gilt

(5-0,7)V / R_ldr = 50mA R_ldr = 4,3/50 *1000 V/A R_ldr = 86 Ohm

Die Frage ist etwas unklar: Kriterien wie B zustande kommt? Das liegt am genauen Aufbau des Transistors. Es gibt tausende von Typen, mit unterschiedlichen Eigenschaften u.a. auch B=Ic/Ib.

Für Deine Alarmanlage ja.

Ja.

Solche Hupen könnte es ja auch geben. Die würde man nehmen um einen Wecker in der Morgendämmerung immer lauter werden zu lassen. Da müßtest Du Dir dann noch mehr Gedanken um die Verstärkung machen.

Hier willst Du aber nur, daß der Transistor voll durchschaltet. D. h. mehr Basisstrom führt gar nicht mehr zu mehr Hupenstrom. In diesem Bereich ist dann die "differentielle Verstärkung" (IbÄnderung/IcÄnderung) = 0

Oder beides...

Kennst Du die Kirchhoffschen Gesetze? I_LDR = I_Poti + I_B

Dann gibst Du dir vor, bei welcher Helligkeit der Transistor durchschalten soll. Für diese Helligkeit findest Du im Datenblatt (wenn Du es hast) des LDR dessen Widerstand R_ldr. An R_ldr sollen U-0,7V abfallen. Daraus ergibt sich I_ldr = (U-0,7V)/R_ldr

Von dem Strom I_ldr möchtest Du I_hupe /100 in die Basis fließen lassen. Der Rest soll durch das Poti bei 0,7V fließen.

I_Poti = I_ldr - I_hupe /100 R_Poti = 0,7V / I_Poti

Nun wird die Hupe sicherlich schon mit weniger Strom anfangen zu nerven. Also mußt Du der Basis mehr Strom über das Poti wegnehmen. R_Poti ist also ein Maximalwert. Und weil weitere Rechnung theoretisch überaus kompliziert wird, nimmt der Elektroniker tatsächlich in Poti mit dem Wert R_Poti und dreht daran, bis der erste Ton bei gewünschter Helligkeit erzeugt wird.

Ausgangsgröße geteilt durch Eingangsgröße. In Deinem Fall Kollektorstrom/ Basisstrom.

Gar nicht. Das merkt man doch an deinen Fragen. Wer, wie Du, über den Tellerrand schaut entdeckt viele Probleme hinter der "einfachen" Schaltung. Die Schaltung ist einfach in dem Sinn, daß sie wenig Bauteile enthält. Aber zum echten Verständnis über Wasserventilveranschaulichungen hinaus braucht man ein Studium. Wechsel auf das Gymnasium, mach Abi und dann Elektronikstudium.

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Gruß, Raimund
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Das ist jetzt nicht ganz einfach in einem Satz erklärbar, ich versuchs mal. Die Basis des Transistors benimmt sich etwa so wie eine Diode, d.h. wenn Du da die 12V Batteriespannung anlegst wird der Strom so groß daß der T zerstört wird. Deshalb steuert man die Basis immer mit einem Strom an, oder anders gesprochen man sorgt mit einem Widerstand dafür daß der Strom nicht zu groß werden kann. In Deinem Beispiel, mal angenommen der LDR bleibt fest auf 2,8kOhm, kannst Du den Poti-Wert ruhig bis auf unendlich steigen lassen, d.h. das Poti komplett entfernen. Es kann durch den LDR maximal ca. 4mA in die Basis fließen, das tut dem T nichts. Die Spannung an der Basis wird durch die Diodenwirkung nicht höher als ca. 0,7V werden. Wenn jetzt allerdings der LDR niederohmiger wird (ich hab hier einen der bei voller Sonneneinstrahlung 60 Ohm hat), könnte der Strom so groß werden daß der T zerstört wird. Mit 60 Ohm also über 180mA. Ich hab mal schnell ins Datenblatt geschaut, für den in Deiner Schaltung benutzten BC337 dürfen maximal 100mA in die Basis fließen, das wäre also recht ungesund.

Mit anderen Worten gesagt ist Deine Schaltung nicht für ein wirkliches Gerät brauchbar, sondern nur zum zeigen des Prinzips geeignet, aber ich denke genau darum geht es ja.

Es gibt viele verschiedene Gründe, warum das gut ist. In Deinem Fall, weil die Spannungsteilerformel hier nur dann annähernd funktioniert, wenn nicht zu viel vom Strom durch den Teiler in der Basis "verschwindet". Eigentlich ist so ein Transistor ja ein Stromverstärker, wie man schon an B=Ic/Ib sieht. Mal angenommen Du hast einen "schlechten" T mit einer Verstärkung von nur

1. Weiter angenommen die Hupe braucht 40mA um zu funktionieren. Dann müßte also der Basisstrom 4mA betragen, um die Hupe zum tönen zu bringen. In diesem Fall müsste das Poti schon unendlichen Widerstand haben, damit es nicht auch noch Strom "klaut", der dringend in der Basis benötigt wird. Jetzt das Gegenbeispiel. Du hast einen "guten" T mit B=400. In diesem Fall brauchst Du nur 0,1mA in die Basis zu leiten, damit's tönt. Also eigentlich funktioniert die Schaltung von LDR - Poti - Basis als Stromteiler, nur für hohe Verstärkung kann man das vereinfacht als Spannungsteiler ansehen. Ich hoffe das war jetzt nicht zu verwirrend und hilft Dir weiter.

Andere Gründe, warum hohe Verstärung gut ist:

- Angenommen die Schaltung soll auch bei Dämmerung funktionieren. Da kann so ein LDR Widerstandswerte von etlichen kOhm haben, er kann also nur sehr wenig Strom in die Basis leiten.

- Falls man z.B. Temperatur messen möchte und dafür z.B. einen NTC (temperaturabhängiger Widerstand) benutzt, möchte man von Haus aus so wenig Strom wie möglich durch ihn fließen lassen, weil ja die daran entstehende Leistung I*U den Sensor erwärmen würde und somit das Messergebnis verfälscht.

- Es gibt noch jede Menge andere Gründe, das soll hier erst mal reichen.

Das Poti dient zur Einstellung der Ansprechschwelle, d.h. ab wieviel Licht die Hupe loslegen soll. Stell Dir das so vor: Ein Teil des Stroms fliesst von Plus ueber den LDR in das Poti und von da nach Minus. In die Basis des Transistors fliesst davon nichts, bis die Spannung an der Basis etwa 0.7V hoeher als Masse wird. Ab 0.7V fliesst ein Teil in die Basis und von da zum Emitter. Viel hoeher als 0.7V wird diese Spannung nicht, es faengt nur an immer mehr Strom in die Basis zu fliessen. Wenn genug Stromanteil in die Basis fliesst, beginnt der Transistor von Kollektor nach Emitter zu leiten und die Hupe legt los. Hier gibt es aber ein Problem bei "grenzwertigem" Lichteinfall, siehe unten.

Je kleiner man den Widerstand des Potis stellt, um so mehr Licht muss auf den LDR fallen, bis diese Spannung auf 0.7V ansteigt und ein Teil des Stroms in die Basis fliessen kann.

Da muesstest Du das Datenblatt des LDR besorgen, oder den Typ und moeglichst auch den Hersteller des LDR rausfinden (steht drauf) und dann koennen wir das finden.

Vermutlich gilt 2.8kohm bei einer bestimmten "Normbeleuchtung". Faellt mehr Licht drauf, dann sinkt der Widerstand eines LDR. Ist alles abgedunkelt, dann wird der Widerstand sehr gross.

Hier zum Problem: Diese Schaltung dient nur der Anschauung, fuer die Praxis taugt sie nicht viel. Wenn nur soviel Licht auf den LDR faellt, dass der Transistor so gerade eben anfaengt zu leiten, dann leitet er eben nicht vollstaendig. Die Hupe beginnt zu kraechzen, will aber noch nicht so richtig. Bei einem bestimmten Lichteinfall wuerden von den 12V die Haelfte an der Hupe und die Haelfte am Transistor abfallen. Also 6V an der Hupe und 6V am Transistor. Wenn die Hupe bei 6V z.B. 0.5A an Strom zieht dann fliesst der gleiche Strom durch den Transistor. 6V mal

0.5A sind 3 Watt und das haelt ein BC337 nur wenige Sekunden aus. Es faengt an zu stinken, oft gefolgt von einem Knall und der BC337 ist hin.

Letzteres kann man durch Mitkopplung loesen, technisch heisst das Schmitt-Trigger. Aber das wuerde jetzt erstmal zu weit fuehren. Sollte beim Lehrer jedenfalls Eindruck machen, wenn Du auf diesen Problemfall hinweist :-)

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[...]

Sehe ich anders. Ok, ich habe diesen Werdegang hinter mir, habe den Dipl.Ing. Titel, und Du vermutlich auch. Aber ich kenne sehr viele Leute hier, die nie ein Studium absolviert haben und dennoch ganz hervorragende Entwickler von sehr komplexen Schaltungen geworden sind.

Ein anderer hatte sich ein Funkgeraet selbstgebaut und ist von den Anleitungen erheblich abgewichen. Hat den ganzen Krempel neu gerechnet und dann in die Tat umgesetzt. Sein Beruf: Maurer.

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Am Sun, 19 Apr 2009 14:05:23 +0200 schrieb Raimund Nisius:

Bestimmt nicht. Man braucht Zeit und den Willen sich mit der Sache zu beschäftigen.

Lutz

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Ja, so ist es. Und wenn man nicht weiterkommt muss man wissen oder rausfinden wo man fragen kann, das hat Andrea richtig gemacht. Die hohe Kunst des Ingenieurwesens ist nicht, alles zu wissen, sondern alles wichtige herauszufinden. Egal ob mit oder ohne Studium.

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Dazu ist ein Studium bestens geeignet. Wollt ihr Andrea ernsthaft empfehlen, Maurerin und Hobbyelektronikerin zu werden?

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Ich weiß nicht, ob der Lehrer sowas hören will. In dem Script steht was von 2 Doppelstunden für das Thema. Das ist für die Theorie der Elektronikschaltung schon nicht viel. Die müssen aber auch noch das Gehäuse bauen und lackieren, die Leiterplatte bohren. Man wird wohl stur nach Anleitung vorgehen wie beim IKEA-Regal. Fragen gibt es dann hier.

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Wozu durch die Hintertür, wenn es ein breites Tor gibt. Andrea ist in einem Alter wo man noch viele Weichen richtig legen kann. Vor die Laplacetransformation haben Newton und Leibnitz eine Menge Mathmatik gesetzt. Die lernt man seltenst im Veorbeigehen.

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Am Sun, 19 Apr 2009 19:39:22 +0200 schrieb Raimund Nisius:

Ja, aber eben ein möglicher Weg von mehreren sich die Kenntnisse zu verschaffen.

Es gibt Hobbyisten, die sehr gut in der Materie stecken. Die Mehrheit davon wird das auch aus purem Spass an der Beschäftigung mit der Elektronik machen. Wenn es der Beruf ist kann der Spass auch schnell verlorengehen.

Da ich sie aber nicht kenne würde ich mich mit Empfehlungen zurückhalten.

Lutz

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Ich kenne sie auch nicht. Ich weiß aber, daß sie täglich Empfehlungen aller Art z.B. für die richtige Pickelentfernung, Bausparkonto und MP3-Player erhält. Da muß sie auch durch und sie kann im Zweifel ihre Eltern fragen, die sich gerade bei der Zukunftsplanung hoffentlich auch ein wenig einmischen.

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Apropos Anleitung: Da stand irgendow was von Ankörnen vor dem Bohren der Löcher in der Platine ;-)

Gruß

Stefan DF9BI