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Zweipoliger Blinker/Dimmer | Bipolar Blinker/Dimmer [130584-I]

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January 29, 2014
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[Deutsche Version weiter unten!]
 
This simple bipolar blinker/flasher circuit can be easily placed in our own designs as a switch, controlling an small light bulb or an LED (adding a limiting resistor in series). By adjusting the duty cycle it can also behave as a dimmer (to prevent flickering, the frequency should be at least over 100 Hz). The time constant can be adjusted by means of the potentiometer R1, and the values of all components may be changed if necessary. To switch a larger load, a power transistor will be required in VT2 (a power MOSFET would be a good choice).

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[Deutsch]

Vor längerer Zeit habe ich im Internet eine Schaltung für einen Blinker gefunden, die gegenüber den meisten bekannten Lösungen eine Besonderheit aufweist: Sie ist zweipolig und wird einfach wie ein Schalter in den Stromkreis eingefügt. Ich habe die Schaltung mit geringen Änderungen (andere Transistortypen, Einstellregler für Blinkfrequenz) aufgebaut und war begeistert (Stromlaufplan 1).

Funktionsweise der Schaltung

  1. Im Einschaltmoment ist zunächst der Kondensator C1 entladen und der Emitter von VT1 liegt am Minuspol der Batterie. Da die Basis von VT1 durch den Spannungsteiler R2/R5 positive gegenüber dem Emitter ist, ist VT1 gesperrt. VT2 bekommt keinen Basisstrom und ist ebenfalls gesperrt, so dass kein Strom im Hauptstromkreis fließt. Die Lampe ist ausgeschaltet. (Tatsächlich fließt ein sehr kleiner, vernachlässigbarer Strom durch R2 und R5.)
     
  2. Nun wird der Kondensator C1 über R1/R3 aufgeladen. Sobald die Spannung am Emitter von VT1 den Wert der Basisspannung um etwa 0,6 V überschreitet, beginnt VT1 zu leiten. Damit erhält VT2 einen Basisstrom und wird ebenfalls geöffnet. Jetzt fließt ein Strom im Hauptstromkreis, wodurch die Spannung an den Anschlüssen X1 und X2 des Blinkers zusammenbricht. Damit sinkt auch die Basisspannung von VT1, wodurch die Öffnung beschleunigt wird (Mitkopplung) und VT2 schließlich vollständig durchgesteuert wird.
     
  3. Jetzt beträgt die Spannung zwischen X1 und X2 annähernd Null, wodurch auch die Basisspannung von VT1 Null wird. Solange C1 zunächst noch geladen ist, bleibt VT1 leitend und VT2 erhält weiterhin Basisstrom. Der Hauptstromkreis ist somit noch eingeschaltet.
     
  4. C1 wird nun entladen, sowohl über R1/R3 und den (noch leitenden) Transistor VT2, als auch über VT1, R4 und die Basis-Emitter-Strecke von VT2, wodurch der Stromfluss im Hauptstromkreis noch aufrecht erhalten wird.
     
  5. Sobald die Spannung an C1 ca. 0,6 V erreichf hat, beginnt VT1 zu sperren. Der Basisstrom für VT2 wird geringer, VT2 wird ebenfalls ausgeschaltet. Die Spannung zwischen X1 und X2 steigt und damit auch die Basisspannung von VT1. Es gibt wieder eine Mitkopplung, wodurch das Sperren von VT1 und VT2 beschleunigt wird.
     
  6. Wenn schließlich der Kondensator C1 nahezu entladen ist, beginnt der Vorgang entsprechend Pkt. 2 von neuem.
     

Mit dem Einstellregler R1 wird die Zeitkonstante für das Aufladen des Kondensators verändert und damit die „Aus“-Zeit. Beim Entladen des Kondensators ist der Entladezweig über VT1 dominierend, die „Ein“-Zeit wird daher durch R1 nur sehr wenig beeinflusst.

Diese Schaltung ist für die Steuerung von kleinen Glühlämpchen (z. B. 4,5 V / 0,1 A) oder LEDs (mit Vorwiderstand) geeignet. Um größere Leistungen zu schalten, ist für VT2 ein Leistungstransistor erforderlich. Gut geeignet ist ein Leistungs-MOSFET. Bei diesem ist der Spannungsabfall im „Ein“-Zustand geringer als bei einem Bipolar-Transistor und damit der Wirkungsgrad der Schaltung höher.

Die entsprechende Schaltung (Stromlaufplan 2) ist für 12-V-Halogenlampen 20 W oder größer (abhängig vom verwendeten Kühlkörper) geeignet. Die Funktion der Schaltung entspricht im Wesentlichen der oben beschriebenen Ausführung.

Da der MOSFET keinen Steuerstrom benötigt, kann auch der Kollektorstrom von VT1 sehr klein gewählt werden. Er wird durch R4 bestimmt. Deshalb erfolgt hier – im Gegensatz zur oben beschriebenen Schaltung – das Entladen von C1 größtenteils über R1/R3 sowie VT2. Wenn jetzt noch R1 + R3 kleiner dimensioniert wird, kann die Entladung über VT1 und R4 vernachlässigt werden. Damit kann die Blinkschaltung mit wenigen Änderungen in eine Dimmerschaltung umgewandelt werden.

Für die Funktion als Dimmer muss anstelle der Frequenzeinstellung die Einstellung des Tastverhältnisses bei annähernd konstant bleibender Frequenz realisiert werden. Die Einstellung des Tastverhältnisses soll in weiten Grenzen erfolgen. Durch den Einsatz von zwei Dioden im Lade-Entlade-Stromkreis kann die Lade- und Entladezeit getrennt eingestellt und so das Tastverhältnis verändert werden. Die Schaltfrequenz muss soweit erhöht werden, dass die Lampe nicht flimmert (f > 100 Hz). (Stromlaufplan 3).

Für den Aufbau auf einer Leiterplatte bietet es sich an, Blinker- und Dimmerschaltung zu kombinieren (Stromlaufplan 4). Mittels Jumper kann die gewünschte Betriebsart eingestellt werden.

Die einlagige Leiterplatte ist 70 mm x 32 mm groß und enthält sämtliche Komponenten einschließlich Kühlkörper. Der Kühlkörper ist ein Typ für TO-220-Gehäuse mit den Abmessungen 35 mm x 29 mm x 12 mm. Für den MOSFET können auch andere Typen mit ähnlichen Daten verwendet werden.

Das Mustergerät ist für eine Halogenlampe 12 V / 20 W vorgesehen. Für das Schalten größerer Leistung muss evtl. ein größerer Kühlkörper vorgesehen werden.

Das Leiterplattenlayout im Maßstab 1:1 (1429_Blinker_Dimmer_Layout.pdf) kann als Belichtungsvorlage verwendet werden. Natürlich ist auch der Aufbau auf einer Lochrasterplatine möglich, wobei die Layoutzeichnung als Vorlage dienen kann.

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Ansicht der Musterleiterplatte / Assembled PCB prototype
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  • Layout_PDF.zip (19.02 KB )
    Belichtungsvorlage M1:1 für Layout / PCB Exposure file (1:1 scale)

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