Et Platinen Protokoll

OSZ – LISE MEITNER SCHULE

ABSCHLUSS PROTOKOLL
Erstellung einer mit elektronischen Bauteile bestückten
Leiterplatte

Sebastian Shepherd

Ein Projekt im Rahmen:
Der Ausbildung zum Physikalisch Technischen Assistenten
Des Faches Elektrotechnik der 1. & 2. Fachstufe

Datum Unterschrift des Fachlehrers Unterschrift des Praktikanten

Fach : Elektrotechnik Name : Shepherd, Sebastian
Fachgebiet : Praktische Elektronik Klasse : 22.51

Auf den Folgenden Seiten ist die Erstellung und Ausmessung einer Platine, im Rahmen des Praktischen
Elektrotechnik Unterrichtes protokolliert. Das Protokoll enthält das Schritt für Schritt Aufbauen und
Ausmessen eines Regelbaren Stabilisiertem Netzgerätes. Die Ausgangsspannung wird auf der Platine
zur Ansteuerung von Kippstufen und Erklärung von Schaltungen bzw. Verhalten von Bauteilen benutzt.

Inhaltsverzeichnis

Abschnitt 1:Layout- & Leiterbahnenerstellung 3

Abschnitt 2:Regelbares stabilisiertes Netzgerät
o Einweggleichrichter 4
o Brückengleichrichterschaltung 6
o Glättungsglied 7
o Siebglied 9
o Zener-Diode 13
o Transistor als verstellbarer Widerstand 15
o Stabilisierung 17
o Regelung 18

Abschnitt 3:Transistor als Schalter 20

Abschnitt 4:Kippstufen
Bistabil 21
o
Monostabil 22
o
Astabil 23
o

24
Abschnitt 5:Schmitt-Trigger

Abschnitt 6:Temperaturempfindliche Bauelemente als Schalter 25

Abschnitt 7:Lichtempfindliche Bauelemente als Schalter 26

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Abschnitt 1 Layout & Leiterbahnen Herstellung mit Hilfe von Lithographische
Verfahren:

Zuerst wurde ein Leitungsbahnenlayout mit Hilfe des Programmes SprintLayout, für die eine Maske der Platine
erstellt.

Durch Lithographische Verfahren wurde die Leiterbahn erstellt:
 Photolack auf die mit Kupfer beschichtete Platte auftragen (Photolack ist Lichtempfindlich daher muss in
einem Abgedunkelten Raum unter Sonder Licht gearbeitet werden)
Fixieren der Maske auf der Kupfer-Photolackschicht

 Platte nun mit Ultraviolettem Licht belichten (Belichtungsgerät nur im Ausgeschaltetem Zustand öffnen
UV-Licht kann Augenschäden verursachen)
Nichtbelichteten Photolack entfernen

 Leiterbahnen mit Eisen(III)Chlorid Freiätzen (Verwendung von Handschuhe & Vermeidung von
Hautkontakt)

Hierbei mussten Sicherheitsmaßnahmen beim benutzten der Säure wie, tragen von Handschuhen, kein direkter
Kontakt mit der Haut, etc. beachtet werden!

Danach wurden die Löcher zur Bauteilbestückung mit einem Handbohrer durchgebohrt. Die für die
Wechselspannung vorgesehenen Bannansteckerbuchsen und eine Sicherungshalterung wurden an ihre
vorgesehenen Plätze eingelötet. Damit ist die Platine bereit zur Bestückung.

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Abschnitt 2 Regelbares stabilisiertes Netzgerät:

Einweggleichrichter:

Die Diode ist ein Halbleiterbauelement die Bau-typen 1N4001 & 1N4006 basieren auf die Dotierten
Halbleiterkristallen. Bei der Dotierung werden fremd Atome in die Gitterstruktur eingelagert. Durch die
Ladungsdifferenz der Dotierten Atome bilden sich zwei Ladungsträgerzonen. Die eine Zone nennt sich P für
Positive Ladungen, da sie mit Atome der 4. Hauptgruppe dotiert ist und sich dadurch „Ladungslöcher“ für
Elektronen bilden. Die andere Zone nennt sich N für Negative Zone, da sie mit Atome der 5. Hauptgruppe dotiert
ist, herrscht ein Elektronen Überschuss.
Diese zwei Schichten (Elektronen und im übertragenden Sinne auch
die „Elektronenlöcher“), besitzen das bestreben zu Rekombinieren.
Dies passiert zum teil an dem Übergang der zwei Schichten
zueinander. Durch die Rekombinierung befinden sich in dem Bereich
jedoch keine weiteren Ladungsträger mehr um den weiteren
Austausch der Ladungen zu ermöglichen. Es bildet sich eine
Ladungsträgerneutralen Zone, die Sperrschicht genannt wird.

Diese Sperrschicht wird nun durch eine von außen an die Diode
angelegte Spannung, vergrößert (in Sperrrichtung geschaltet). Oder
so verkleinert das sie bei einer Spezifischen Spannung, durchsteuert
und einen Stromfluss erlaubt (in Durchlassrichtung geschaltet). Diese
Spannung wird auch als Schwellspannung bezeichnet. Eine Diode ist
Wärmeabhängig und verändert ihren Wiederstand bei
Abbildung 1 Kennlinienverlauf einer 1N4001
Temperaturschwankungen leicht.
Diode

Abbildung 2 Schaltbild Einweggleichrichter

Die Schaltung einer Diode in einen Wechselstromkreis (Abbildung 2), hat das Blocken einer des Periodisch
verlaufenden Eingangssignals zur Folge. Es wird die Halbwelle geblockt die in Sperrrichtung durch die Diode fließt.
(Abbildung 3)

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Einweggleichrichter:

Messwerte der Schaltung:

M1 UDC = 4,8V (Multimeter)
UAC = 6,1V (Multimeter)
M3 Û = 16,4V (Oszilloskop)
M4 f = 50,1 Hz (Oszilloskop)

Abbildung 3 M2 gleichgerichteter Spannungsverlauf

Formel 1 Welligkeit der Einweggleichrichtung

Bei der Messung der Spannung über R1 mit einem Multimeter in Stellung DC (Direct Current eng. =Gleichstrom),
wird der arithmetischer Mittelwert der Funktion gebildet.

Formel 2 Arithmetischer Mittelwert einer Einwegschlatung

Das heißt der gesamte Flächeninhalt einer Periode wird gemittelt und als Spannung gemessen. Nicht der
Spitzenwert einer Periode! In Stellung DC sollte man daher nur Gleichspannungen/ -ströme messen.

AC (Alternating Current eng. = Wechselstrom) misst den Effektivwert.

Formel 3 Effektivwert des Wechselspannungsanteils

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Brücken-/Zweiweggleichrichter:

Abbildung 4 Schaltbild Zweiweggleichrichtung

Durch die Schaltung der Dioden, nach Abbildung 3 wird eine Gleichrichtung einer Wechselspannung realisiert.
Hierbei wird das Sperrverhalten der Dioden in einem Wechselstromkreis ausgenutzt. Bei dem die gesperrten
Halbwellen hochgeklappt dem Ausgang also dem Lastwiderstand zur Verfügung gestellt werden. Dabei ergibt sich
eine pulsierende Gleichspannung, dessen Frequenz um den Faktor 2 der Eingangswechselspannung erhöht ist.


M1 UDC = 9,2V (Multimeter)
UAC = 4,8V (Multimeter)
M3 Û = 15,6V (Oszilloskop)
M4 f = 100 Hz

Es ergibt sich eine Welligkeit von:

Abbildung 5 M2 Pulsierende gleichgerichtete Spannung

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Glättungsglied:

Abbildung 6 Schaltbild Glättungsglied

M1 Die parallel Schaltung eines Kondensators vor dem Lastwiderstand verursacht eine Glättung der pulsierenden
gleichgerichteten Ausgangsspannung. Beim ansteigenden Stromverlauf einer Periodenwelle lädt sich der
Kondensator auf und speichert die Energie. Bis die Periodenwelle abfällt. Dann entlädt der geladene Kondensator
sich in Richtung des Lastwiederstandes. Je nach Bauart gibt er seine Energie schnell bzw. langsam wieder ab.
Umso Langsammer er die Energie abgibt umso flacher werden die Berge und Täler der pulsierenden Spannung.
Eine sehr gute Entladung ist dann erreicht, wenn er seine Energie so abgibt das es durch die Entladung zum
Widerstand keinen Spannungsabfall des eigentlichen Spannungsverlaufes gibt.

Die Differenz der Spitzenwerte, der Ausgangsspannung, nennt sich Brummspannung USS=UBr.


a) UDC = 15,5V (Multimeter)

b) UAC = 103mV (Multimeter)

c) Û = 15,2V (Oszilloskop)
UDC=14,8V (Multimeter)
USS=1V (Oszilloskop)
f = 100 Hz (Multimeter)

AC/DC X Y
Abbildung 7 Brummspannungsanteil

Einweggleichrichter: k=4,8
Zweiweggleichrichter: k=1,8

Formel 4 Brummspannungsabhängigkeit

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Glättungsglied:

M2 Durch das Ablöten des Lastwiderstands, kann sich der Kondensator im Zweiweggleichrichter nicht entladen
und bleibt so dauerhaft geladen. Sobald er geladen ist sperrt er den Stromkreislauf.


Û0 = 15,4V (Oszilloskop)
UDC0=1V (Multimeter)
USS0=0V (Oszilloskop)

Abbildung 8 Glättungsleerlauf
M3 Bei der Schaltung eines Kondensators in einem
Einweggleichrichter verhält er sich durch das aufladen in einer Periode und der danach nicht loswerdenden
Energie genauso. Er sperrt nach dem Aufladen den Stromkreis


Û0 = 15,4V (Oszilloskop)
UDC0=1V (Multimeter)
USS0=0V (Oszilloskop)

Abbildung 9 Einweggleichrichtungs Glättung

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Glättungsglied:

M4 Durch das parallel Schalten eines Lastwiderstandes kann er sich wieder Entladen und es entsteht wieder ein
Brummspannungsanteil.


a) UDC = 15,5V (Multimeter)

b) UAC = 0V (Multimeter)

c) Û = 15,4V (Oszilloskop)
UDC=1V (Multimeter)
USS=1,70V (Oszilloskop)

Abbildung 10 Glättung mit Belastung

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Siebglied:

Abbildung 11 Schaltbild Siebglied

Zur Verkleinerung der Brummspannung wird ein Siebglied nachgeschalteten. Das Siebglied besteht aus einem
Widerstand RS und einem Kondensator CS. Das Siebglied ist nur für kleine Lastströme geeignet da sich bei
steigendem Laststrom der Spannungsabfall über dem Siebwiderstand RS erhöht. Das Siebglied, in diesem Fall
auch Tiefpass genannt, lässt nur niedrige Frequenzen passieren da mit steigender Ladung des Kondensators die
Spannung über RS Abfällt. Wenn der Strom auf Null fällt, steigt die Spannung an C und damit die
Ausgangsspannung auf den Spitzenwert der Wechselspannung.

Formel 5 Widerstand eines Siebkondensator

Die Ausgangsspannung wird über dem Siebkondensator, mit einem Spannungsteiler abgegriffen.

Abbildung 12 Siebglied Spannungsteiler

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Siebglied:

M1 Messwerte der Schaltung:

a) mit Last
UBrSS= 20mV
UDC = ___V (Multimeter)

b) ohne Last
UBrSS= 0V
UDC = 0V (Multimeter)

AC/DC X Y
Abbildung 13 Spannungsverlauf am Siebkondensator

M2 Messwerte der Schaltung

a) mit Last
UBrSS= 0,4V
UDC = ___V (Multimeter)

b) ohne Last
UBrSS= ___V
UDC = 0V (Multimeter)

AC/DC X Y
Abbildung 14 Spannungsverlauf am Ladekondensator

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Siebglied:

Der Siebfaktor S ist das Verhältnis der Brummspannung am Eingang zur Brummspannung am Ausgang.

Formel 6 Siebfaktor mit Kondensator

Es gilt: Je Größer RS und CS, desto größer ist der Siebfaktor und umso kleiner wird die Brummspannung am
Ausgang.

Formel 7 Spannungsteiler Siebglied mit Kondensator

Da gilt

Einwegschaltung fBrumm= 50 Hz
Zweiwegschaltung fBrumm= 100 Hz
Formel 8 Siebgliedfaktor mit Kondensator (Näherungsformel)

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Zener-Diode:

Abbildung 15 Schaltbild Zener-Diode

Die Zener-Diode, auch Z-Diode genannt, wird in Sperrrichtung betrieben. Die Eigenschaft der Z-Diode besteht
darin, dass sie in ihrem Sperrbereich bei einer spezifischen Spannung, der Z-Spannung, durchsteuert und einen
steil ansteigenden Stromfluss zulässt. Aus diesem Grund muss aus Bauteilschutz ein Vorwiderstand geschaltet
werden. Durch diese Eigenschaft wird die Ausgangsspannung Stabilisierter als mit einem Siebkondensator. Da die
Diode unabhängig vom Laststrom und der Eingangsspannung eine Konstante Ausgangsspannung der Z-Spannung
entsprechend zur Verfügung stellt. Es ist hierbei ein Vorwiderstand RV nötig, um den Stromfluss zur Z-Diode zu
begrenzen und um PTOT zu verhindern.

Abbildung 16 Durchbruchspannung von Z-Dioden

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Zener-Diode:

M1 Der Wiederstand der Z-Dioden in Durchlassrichtung beträgt RD=50kΩ und in Sperrrichtung RS=∞Ω.

M2 UBRSS= 1,1V UDC= 15V mit Last, ohne Last UBRSS= 1,08V UDC= 15V

UBRSS= 13,7mV UZ= 5,5V mit Last, ohne Last UBRSS= 8,03mV UDC= 5,5V


a) UBrSS(C1)=3,12V

b) UBr(C1)=1V

AC/DC X Y
Abbildung 17 Spannungsverlauf am Ladekondensator


a) UBrSS(Z)=40,0mV

b) UBr(Z)=0mV

AC/DC X Y

Formel 9 Siebfaktor mit Z-Diode Abbildung 18 Spannungsverlauf der Z-Diode

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Transistor als verstellbaren Widerstand:

Transistoren sind Halbleiter. Sie werden als NPN Typ, weitestgehend aus Silizium und als PNP Typ weitestgehend
aus Germanium gefertigt. Beide Transistortypen besitzen die Eigenschaft den Strom von Kollektor zum Emitter
erst dann durchzusteuern, wenn an der Basis ein ausreichender Strom bzw. eine Spannung anliegt. Der Name
NPN kommt von den Dotierten Schichten, ähnlich denen von Dioden. Durch die Negativ-Positiv-Negativ Dotierten
Schichten, bildet sich, jeweils eine Grenzschicht zwischen den Schichten. Daher lässt sich der Aufbau von einem
NPN Transistor mit einem Ersatzschaltbild von zwei Dioden verdeutlichen. Diese zeigen von einander Weg.
Zwischen ihnen liegt die Basis an. Bei einem PNP Transistor ist die Durchsteuerrichtung und damit das Dioden
Ersatzschalbild umgedreht. Zusätzlich besitzen beide Transistortypen eine Stromverstärkung, bezeichnet als
Stromverstärkungsfaktor B.

Formel 10 Stromverstärkunsfaktor B

Formel 11 Transistor Spannungsmache

Abbildung 19 NPN Transistor Abbildung 20 NPN Transistor
Ersatzschaltbild

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Transistor als verstellbaren Widerstand:

Abbildung 21 Schaltbild Transistor als verstellbarer Widerstand

Nun wird der Transistor in einer Schaltung verwendet. Die Basis wird mit einem Spannungsteiler angesteuert.
Über dem Trimmwiderstand kann nun die Basis mit verschiedenen Spannungen angesteuert werden. Wird die
Spannung UB verändert, verändert sich damit auch U, da sich die Spannung UBE bei unterschiedlichen Lastströmen
kaum verändert. Aus dem Dioden Ersatzschaltbild des Transistors lässt sich erklären das eine Schwellspannung,
wie bei der Dioden Schwellspannung von 0,7V nötig sind um durchzusteuern.

In den Messreihen M1, M2 und M3 wird das verhalten des Transistors bei veränderlichen Laststrom aufgezeigt.
Nach einstellen von U=8V mit dem Trimmer1 und Messung der Brummspannung UBrSS=1,44V wird die Lampe als
Laststrom eingeschraubt. Die Brummspannung ist aufgrund des fehlenden Siebgliedes wieder hoch. Die
Ausgangsspannung sinkt auf U=6,3V und die Brummspannung steigt auf UBrSS=2,50V. Danach wird bei
eingedrehtem Lämpchen die Spannung auf U=8V nachgeregelt. Die Brummspannung steigt weiter auf UBrSS=2,96V
und ist damit ungefähr 2x größer als die Brummspannung ohne Last. Bei höheren Strömen ergibt sich über C1 eine
größere Brummspannung da sich der Kondensator schneller entlädt und eine zusätzliche Belastung durch die
Spannungsstabilisierung der Z-Diode erfährt.

In den Messreihen M4 und M5 wird das ganze bei einem Kapazitiveren Glättungskondensator C1=1000µF
durchgeführt. Die Brummspannung verändert sich nun im Millivolt Bereich und das nachregulieren der
Lampenspannung ist nur noch mit ∆U=0,5V nötig.

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Stabilisiertes Netzgerät:

Abbildung 22 Schaltbild Stabilisiertes Netzgerät

Der Spannungsteiler wird nun mit einem Vorwiderstand und einer Z-Diode anstatt des Trimmer realisiert. Dabei
übernimmt die Z-Diode die Nachregulierung der Ausgangspannung bei veränderlichen Lastströmen. Da die Basis
immer mit konstanten 5,6V angesteuert werden. Der Transistor zieht nun je nach Belastung den benötigten
Strom.

Die Z-Diode arbeitet mit dem Transistorals Veränderlichen Widerstand zur
M1 UA in V UE inV
Stabilisierung der Ausgangspannung bei unterschiedlichen Lasten.
a) EIN 6,0 0,60
b) AUS 4,5 0,45
Tabelle 1 Stabilisiertes Netzgerät
Formel 12 Stabilisiertes Netzgerät Arbeit des Transistor
Spannung bei verschiedenen Lasten

Wenn C und B den gleichen Strombeziehen und I steigt dann steigt
auch IB. Wird dieser größer als dann kann die Z-
Spannung nicht mehr aufrechterhalten werden und die Schaltung
kann den höhren Ausgangsstrom nicht mehr Stabilisieren. In solch
einem Fall wird eine Transistorkaskade eingebaut um die
Stromverstärkung zu erhöhen. Die Kaskade kann als gesamten
neuen Transistor angesehen werden.

Formel 13Kaskaden Stromverstärkung
Abbildung 23 Transistor Kaskadenschaltung

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Geregeltes Netzgerät:

Abbildung 24 Schaltbild Geregeltes Netzteil

Abbildung 22 zeigt eine Schaltung in der die Ausgangsspannung über dem Potentiometer R4 reguliert werden
kann. Der Spannungsteiler begrenzt dabei dem Bereich der Ausgangsspannung von +6V bis +12V. Durch die
Regelung der Basisspannung an T2 wird der Strom durch R1 und damit der Basisspannung an T3 Reguliert. Steigt
die Basisspannung an T2 steigt der Strom über R1 und damit wird die über ihn abfallende Spannung kleiner. Die
Spannung an T3 & T1 bzw. dem C2 ebenso.

Formel 14 Geregeltes Netzteil Ausgangsspannung

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Geregeltes Netzgerät:

Bei der vorliegenden Schaltung ist eine Regelung der Ausgangsspannung von +6Vbis +12V und ein Maximalstrom
von 300mA vorgesehen. Die Ausgangsspannungen können durch die Toleranz der Bauelemente schwanken.

Berechnung des Innenwiderstandes Ri
U in V UBrSS in mV
Ausgang U0 6,7 12,0
Leerlaufspannung Leerlaufspannung

I0=0A Ladekondensator C1 14,5 12,0
U=6V
U0=6V

Z-Diode 5,5 -
Ausgang U 6,7 12,0
I=100mA Ladekondensator C1 14,5 12,0
Z-Diode 5,5 -
Ausgang U0 12,0 22,8
I0=0A Ladekondensator C1 14,0 200,0 U=12V
U0=12V

Z-Diode 5,5 -
Ausgang U 11,5 60,2
I=100mA Ladekondensator C1 12,5 1,7
Formel 15 Innenwiederstand des Netzgerätes
Z-Diode 5,5 -

Tabelle 2 Geregeltes Netzgerät
Spannungsmessung bei verschiedenen Lasten

Das Realisierte Netzgerät besitzt bei UAusgang=6V nahezu keinen Innenwiederstand, sie ist trotz Laststrom
stabil. Das gleiche Verhalten zeigt sich bei höherer Ausgangsspannung von UAusgang=12V, der
Innenwiederstand steigt auf lediglich 5Ω an.

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Abschnitt 3 Transistor als Schalter:

Abbildung 25 Schaltbild Transistor als Schalter

Da die Schaltung symmetrisch ist gilt die Ausführung für beide Zweige. Bei geöffnetem Taster wird der
Transistor1 über R1 angesteuert. Da die Diodenschwellspannung am Transistor1 UBE=0,7V beträgt muss
die Spannung UR1 höchstens 10,3V betragen.

Formel 16 Transistorschwellspannung

Wenn der Taster betätigt wird, wird der Strom vom der Basis des Transistors „weggezogen“ und zur
Masse geleitet. Der Transistor sperrt und die LED geht aus.

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Abschnitt 4 Kippstufe:

Bistabile Kippstufe:

Abbildung 26 Schaltbild Bistabile Kippstufe

Jetzt können die Transistoren nicht mehr Unabhängig voneinander Schalten. Die Schaltung hat 2 Stabile
Zustände. Aufgrund der Bauteiltoleranzen wird beim Anlegen der Betriebsspannung eine der beiden Transistoren
als erster durchsteuern und das andere Signal damit sperren.

Als Anfangszustand wird Transistor1 als durchgesteuert angesehen, LED1 leuchtet. Durch betätigen des Tasters1
wird der Basisstrom kurzgeschlossen, Transistor1 sperrt und LED1 geht aus. Der Leitungsast von LED1 steuert die
Basis vom Transistor2 an. Dieser steuert durch und LED2 Leuchtet. Durch das abwechselnde Schalten in den
anderen stabilen Zustand wird sie Bi-, für „zwei“ –stabile Kippstufe genannt. Das betätigen des Tasters auf der
gegenüberliegenden Seite eines durchgesteuerten Transistors, hat keine Wirkung auf die veränderung der
durchgesteuerten Seite. Die Schaltung ist nicht in der Lage sich selber zurück zusetzen oder in den anderen
Zustand zu gelangen. Sie kann nur von Externen Signalen (S1 / S2) gekippt werden.

Beim durchsteuern liegt eine Spannung von UBE1=0,68V an einem Transistor an, diese entspricht der
Schwellspannung von Dioden. Im gesperrten Zustand beträgt die Spannung nur noch UBE2=0,34V, nicht genügend
um durchzusteuern.

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Monostabile Kippstufe:

Abbildung 27 Schaltbild Monostabile Kippstufe

Im gegensatz zu der Bistabilen Kippstufe besitzt die Monostabile Kippstufe zwar auch 2 Zustände jedoch ist nur
eine der beiden Stabil. Beim einschalten wird der Transistor1 durchsteuern und die LED1 leuchten. Durch
betätigen des Tasters wird der Transistor2 durchgesteuert und die LED2 leuchtet. Das vorher anliegende Potential
von +12V an dem Kollektor fällt auf 0V. Ebenso springt das Potential an dem Kondensator rechts von +12V auf 0V.
Da die Spannung links von ihm vorher 0V war muss durch den Potentialabfall dort das Potential auf -12V fallen.
Der Kondensator fängt an sich aufzuladen. Ab einer bestimmten Ladung ist die Spannung dann wieder groß
genug über ihm um die Basis von Transistor1 anzusteuen. Die Schaltung kippt aus dem instabilen Zustand in den
stabilen Zustand zurück. LED2 Die Zeit in der sich die Schaltung nach betätigen des Schalters in dem Instabilen
Zustand befindet hängt alleine von der Ladezeit des Kondensators ab. Die Lade zeit Τ hängt von der Kapazität und
dem Vorwiderstand ab. Da er sich nicht zu 100% auflädt kommt ein Faktor von 0,69 hinzu.

Formel 17 Kondensator Ladezeit

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Astabile Kippstufe:

Abbildung 28 Schaltbild Astabile Kippstufe

Verglichen mit der Bi-bzw. Monostabilen Kippstufe besitzt die Astabile Kippstufe kein Externes Signal. Hier wird
das verhalten des Instabilen Zustandes der Monostabilen Kippstufe, auch auf die andere Seite der Schaltung
angewendet. Durch das abwechselnde Laden und Entladen der Kondensatoren Kippt die Schaltung Regelmäßig,
zwischen ihrer zwei Zustände, also zwischen durchsteuern und sperren der beiden Transistoren hin und her.

Bsp.: Transistor1 steuert durch, die LED1 leuchtet und Kondensator1 fängt an sich aufzuladen. Dabei ist
Transistor2 gesperrt. Nun ist Kondensator1 geladen genug und sperrt. Der Strom steuert nun die Basis von
Transistor2 an. Transistor2 steuert durch und fängt an Kondensator2 zu laden. Wenn Kondensator2 geladen
genug ist wird wieder die Basis von Transistor2 gesperrt LED2 geht aus und die Basis von Transistor1 angesteuert.

M1 Transistor 2 steuert durch:

M2 Transistor1 steuert durch:

M3 Frequenz der Schaltung:

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Abschnitt 5 Schmitt-Trigger:

Abbildung 29 Schaltbild Schmitt-Trigger

Die Besonderheit des Schmitt-Triggers ist das beide Transistoren den gleichen Emitterwiderstand. Der Schmitt-
Trigger besitzt wie die Bistabile Kippstufe zwei stabile Zustände. Durch Veränderung der Basis Emitter Spannung
werden diese zwei zustände jeweils ausgelöst. Wenn UE größer ist als Spannung über dem gemeinsam genutzten
Emitterwiderstandes dann steuert Transistor1 durch und sperrt Transistor2. Wenn UE kleiner ist tritt der
umgekehrte Fall ein. Beim Ein und Ausschalten der Zustände gibt es eine Verzögerung. Der Ausschaltvorgang tritt
nicht bei der gleichen Spannungsschwelle, wie bei dem Einschaltvorgang ein. Diese Spannungsdifferenz nennt
man Hysterese des Schmitt-Triggers.

M1 Die Spannung am Ausgang liegt bei UA=+12V und soll nun mit dem Trimmer verringert werden. Beim runter
schleifen der Spannung UE springt die Eingangsspannung auf UE=0V und die Ausgangsspannung folgt mit dem
Sprung auf UA=4,5V.

M2 Wenn jetzt der Trimmer wieder hochdreht wird, springt die Eingangsspannung auf UE=4,5V und die
Ausgangsspannung wieder auf UA=+12V.

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Abschnitt 6 Temperaturempfindliche Bauelemente als Schalter:

Abbildung 30 Schaltbild Schmitt-Trigger mit Lampenverstärker

An die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers wird nun eine Lampenverstärkung hinzugefügt. Mit
einer Z-Diode an seiner Basis und der Lampe im Kollektorstrom wird die Verstärkung mit einem
Transistor realisiert.

Die Lampe wird nun durch Regeln des Schmitt-Triggers entweder Ein
M1 UA in V UE inV
oder Aus schalten. Da die Spannung UE für den Transistor3 nur beim
a) EIN 6,0 0,60 Einschalten des Schmitt-Triggers großgenug ist um durchzusteurn.
b) AUS 4,5 0,45
Tabelle 3 Schaltzustände der Lampenverstärkung

Durch einsetzen eines Temperaturempfindlichen Widerstandes PTC (Positiven
Temperatur Koeffizient) an der Stelle R7 wird der Schmitt-Trigger-Regelung ein
Glied hinzugefügt, welcher bei Erhöhung seiner Temperatun seinen Widerstand
erhöht. Damit wird die gesamte Schaltung Temperatur empfindlich.

Beim vorsichtigen Erwärmen des PTCs, erhöht sich sein Widerstand und der
Schmitt-Trigger wird Eingeschaltet. Die Lampe schalte sich an. Beim abkühlen Abbildung 31 Spannungsteiler
mit PTC Widerstand
des PTC erlischt die Lampe wieder.

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Abschnitt 7 Lichtempfindliche Bauelemente als Schalter:

Abbildung 32 Schaltbild Lichtempfindlicher Schmitt-Trigger mit Lampenverstärkung

Jetzt wird die Basis des Transistors1 mit einem Fototransistor. Ein Fototransistor verhält sich beim Schalten
ähnlich dem normalen Transistors. Nur beim einfallen von Licht auf die Basis steuert der Transistor durch. Die
Wirkung auf den Schmitt-Trigger ist umgekehrt der Wirkung eines PTC´s, da sein Wiederstand mit einfallendem
Licht abnimmt und dadurch den Schmitt-Trig

Tabelle 4 Lichtempfindliches Schalten des Schmitt-Triggers

Abbildung 33 Spannungsteiler
Fototransistor

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Abbildungsverzeichnis

ABBILDUNG 1 KENNLINIENVERLAUF EINER 1N4001 DIODE (WIKIPEDIA.DE).............................................................................................
Abbildung 1 Kennlinienverlauf einer 1N4001 Diode...................................................................................4
Abbildung 2 Schaltbild Einweggleichrichter................................................................................................4
Abbildung 3 M2 gleichgerichteter Spannungsverlauf.................................................................................5
Abbildung 4 Schaltbild Zweiweggleichrichtung...........................................................................................6
Abbildung 5 M2 Pulsierende gleichgerichtete Spannung............................................................................6
Abbildung 6 Schaltbild Glättungsglied.........................................................................................................7
Abbildung 7 Brummspannungsanteil..........................................................................................................7
Abbildung 8 Glättungsleerlauf.....................................................................................................................8
Abbildung 9 Einweggleichrichtungs Glättung..............................................................................................8
Abbildung 10 Glättung mit Belastung..........................................................................................................9
Abbildung 11 Schaltbild Siebglied..............................................................................................................10
Abbildung 12 Siebglied Spannungsteiler...................................................................................................10
Abbildung 13 Spannungsverlauf am Siebkondensator..............................................................................11
Abbildung 14 Spannungsverlauf am Ladekondensator.............................................................................11
Abbildung 15 Schaltbild Zener-Diode........................................................................................................13
Abbildung 16 Durchbruchspannung von Z-Dioden....................................................................................13
Abbildung 17 Spannungsverlauf am Ladekondensator.............................................................................14
Abbildung 18 Spannungsverlauf der Z-Diode............................................................................................14
Abbildung 19 NPN Transistor.....................................................................................................................15
Abbildung 20 NPN Transistor Ersatzschaltbild...........................................................................................15
Abbildung 21 Schaltbild Transistor als verstellbarer Widerstand.............................................................16
Abbildung 22 Schaltbild Stabilisiertes Netzgerät.......................................................................................17
Abbildung 23 Transistor Kaskadenschaltung.............................................................................................17
Abbildung 24 Schaltbild Geregeltes Netzteil.............................................................................................18
Abbildung 25 Schaltbild Transistor als Schalter.........................................................................................20
Abbildung 26 Schaltbild Bistabile Kippstufe..............................................................................................21
Abbildung 27 Schaltbild Monostabile Kippstufe........................................................................................22
Abbildung 28 Schaltbild Astabile Kippstufe...............................................................................................23
Abbildung 29 Schaltbild Schmitt-Trigger...................................................................................................24
Abbildung 30 Schaltbild Schmitt-Trigger mit Lampenverstärker...............................................................25
Abbildung 31 Spannungsteiler mit PTC Widerstand..................................................................................25

Seite 27 von 29


Abbildung 32 Schaltbild Lichtempfindlicher Schmitt-Trigger mit Lampenverstärkung.............................26
Abbildung 33 Spannungsteiler Fototransistor...........................................................................................26

Seite 28 von 29


Formelverzeichnis

Formel 1 Welligkeit der Einweggleichrichtung............................................................................................5
Formel 2 Arithmetischer Mittelwert einer Einwegschlatung......................................................................5
Formel 3 Effektivwert des Wechselspannungsanteils.................................................................................5
Formel 4 Brummspannungsabhängigkeit....................................................................................................7
Formel 5 Widerstand eines Siebkondensator...........................................................................................10
Formel 6 Siebfaktor mit Kondensator........................................................................................................12
Formel 7 Spannungsteiler Siebglied mit Kondensator..............................................................................12
Formel 8 Siebgliedfaktor mit Kondensator (Näherungsformel)................................................................12
Formel 9 Siebfaktor mit Z-Diode................................................................................................................14
Formel 10 Stromverstärkunsfaktor B....................................................................15
Formel 11 Transistor Spannungsmache......................................................................15
Formel 12 Stabilisiertes Netzgerät Arbeit des Transistor..........................................................................17
Formel 13Kaskaden Stromverstärkung......................................................................................................17
Formel 14 Geregeltes Netzteil Ausgangsspannung...................................................................................18
Formel 15 Innenwiederstand des Netzgerätes..........................................................................................19
Formel 16 Transistorschwellspannung......................................................................................................20
Formel 17 Kondensator Ladezeit...............................................................................................................22

Tabellenve rzeichnis

Tabelle 1 Stabilisiertes Netzgerät Spannung bei verschiedenen Lasten...................................................17
Tabelle 2 Geregeltes Netzgerät ................................................................................................................19
Tabelle 3 Schaltzustände der Lampenverstärkung....................................................................................25
Tabelle 4 Lichtempfindliches Schalten des Schmitt-Triggers.....................................................................26
Softwareve rzeichnis

MICROSOFT OFFICE 2007
- WORD
- EXCEL
MICROSOFT PICTURE IT
SPLAN 6.0

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