Sa

16

Feb

2013

LED-Batteriezustandsanzeige

LED-Anzeige, um den Zustand einer Batterie zu ermitteln

In diesem Beitrag geht es um das Grundprinzip zum Aufbau eines einfachen analogen Spannungsmessers. Nachbau erfolgt wie immer auf eigene Gefahr. Ich übernehme keine Haftung für irgendwelche Schäden.


Teile


  • 4 Transistoren, NPN, möglichst 4 gleiche Typen

  • 3 Dioden, siehe Beschreibung

  • 5 LEDs

  • 9 Widerstände, 1kOhm

  • 1 Trimpotentiometer, ca. 5kOhm



Beschreibung

Diese Schaltung basiert auf dem nichtlinearen Verhalten von Dioden. Anders als bei einem ohmschen Widerstand ist bei einer Diode der Strom in Vorwärtsrichtung nicht proportional zur Spannung. Während bei kleinen Spannungen kaum ein Strom auftritt, steigt der Strom ab einer bestimmten Schleusenspannung exponentiell zur Spannung an. Bei gewöhnlichen Si-Dioden liegt diese Schleusenspannung bei rund 0.7V. Bei Schottky- und Germanium-Dioden liegt sie tiefer, bei rund 0.4V. Das ergibt dann die typische Strom-Spannungs-Kennlinie für Dioden in Vorwärtsrichtung. Diese Tatsache, dass bei Dioden im Durchlassbereich eine Spannung abfällt, kann man sich für einen einfachen Spannungsmesser zu Nutze machen. Natürlich ist die Näherung relativ schlecht, dass an der Diode eine konstante (d.h. vom Strom unabhängige) Spannung abfällt. Aber für einen einfachen Batterietester ist diese Näherung trotzdem zu gebrauchen.

Leider habe ich den Schaltplan ziemlich unübersichtlich gezeichnet, man kann aber trotzdem sehen, dass an den Dioden D1 bis D3 jeweils (näherungsweise) eine konstante Spannung abfällt und somit an den Transistoren jeweils verschiedene Spannungen anliegen. Die Spannungen an den Basen der Transistoren ist also abhängig von der angelegten Spannung der Batterie. Je grösser die Batteriespannung, desto mehr Transistoren arbeiten im Sättigungsbereich (d.h. sie "schalten durch") - je tiefer die Spannung, desto mehr Transistoren arbeiten im Sperrbereich.

An den Dioden D1 bis D3 fällt jeweils rund 0.7 Volt ab. Um also Spannungen von 0-9V zu messen wären also wesentlich mehr solche Stufen nötig. In der Schaltung wurde noch ein zusätzlicher Potentiometer eingebaut, der gewissermassen zu einem einstellbaren zusätzlichen Spannungsabfall führt. Man kann also den Messbereich der Schaltung verändern. Man sieht aber auch sofort, dass dies eigentlich eine sehr schlechte Lösung ist, den Spannungsmesser einzustellen. Der Spannungsabfall am Potentiometer ist nämlich vom Strom durch denselben bestimmt. Dieser Strom, der von der Batterie über den Potentiometer und die Dioden zu den Basen der Transistoren fliesst, ist seinerseits wieder von der Eingangsspannung an der Batterie abhängig - was wir ja eigentlich nicht wollen! Aber zum Messen von 9V-Batterien ist es trotzdem mal interessant, diese Schaltung aufzubauen.

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