Die Batteriespannung einer einzelnen Zelle
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Normalerweise lassen sich Leuchtdioden nicht mit einer einzelnen Batteriezelle mit 1,2 oder 1,5 Volt betreiben. Dies liegt an der sogenannten Schwellspannung einer LED. Leuchtdioden arbeiten im Prinzip wie herkömmliche Dioden. Auch diese haben diese Schwellspannung, bei der die Diode im Durchlassrichtung erst leitend wird. Bei einer Leuchtdiode mit der Leuchtfarbe Rot beispielsweise beträgt diese Spannung etwas mehr als 2 Volt. Eine einzelne Batteriezelle hingegen besitzt für gewöhnlich eine Spannung von 1,2 bis 1,5 Volt. Mit einer Spannung in dieser Höhe kann man also eine Leuchtdiode (egal in welcher Farbe) normalerweise nicht leuchten lassen.
Der Spannungswandler in dieser Schaltung
Die hier vorgestellte elektronische Schaltung besitzt eine Art eingebauten Spannungswandler, um die benötigte Schwellspannung für die angeschlossene Leuchtdiode zu überschreiten, damit diese auch leuchtet. Die beiden wichtigsten Bauteile bestehen hier aus einem Transistor und einer selbstgewickelten Spule. Diese Spule arbeitet als magnetischer Energiespeicher. Wird an einer Spule eine Spannung angelegt und anschließend abgenommen, erzeugt die Spule eine sogenannte Selbstinduktionspannung, die wesentlich höher ist als die ursprünglich angelegte Spannung. Die hier gezeigte Schaltung besteht aus einem Oszillator, welcher mit hoher Frequenz die Spule abwechselnd mit Spannung versorgt und diese anschließend wieder abschaltet. Hierdurch entsteht eine pulsierende Gleichspannung mit wesentlich höheren Spannungsspitzen als die angelegte Batteriespannung. Diese Spannungsspitzen sorgen dafür, dass die angeschlossene LED mit ausreichend Spannung versorgt wird, um hell aufleuchten zu können.
Die selbstgewickelte Spule des Spannungswandlers
Die Spule besteht aus einem dünnen lackierten Kupferdraht, der mit insgesamt rund 80 Windungen auf einem kleinen Ferritkern aufgewickelt wurde. Ein kleines Stück Eisen (z. B. eine Schraube) tut es zur Not auch. Der mittlere Anschluss der Spule kann nach der Hälfte der Windungen nach außen geführt werden, um die Spule anschließend weiter aufzuwickeln, bis die 80 Windungen erreicht sind.
Der Aufbau der Schaltung
Der Aufbau der Schaltung ist nicht weiter kritisch und relativ schnell und einfach erledigt. Ich habe diese Schaltung nicht auf einer Platine aufgebaut, sondern einen "fliegenden" Aufbau gewählt. Wichtig ist nur, dass keine der Anschlüsse sich unbeabsichtigt berühren und dadurch einen Kurzschluss verursachen. Als Leuchtdioden können sowohl welche mit normaler Leuchtstärke als auch superhelle weiße LEDs verwendet werden. Die Schaltung funktioniert übrigens auch mit einem Akku mit 1,2 Volt Spannung. Allerdings ist hier die Helligkeit der LED etwas geringer.
Übrigens funktioniert diese Schaltung auch mit mehreren parallel geschalteten Leuchtdioden (siehe Bild unten). Rechts im Bild zu sehen ist ein angeschlossenes Multimeter, das die Stromaufnahme der Schaltung in Milliampere zeigt.
Die Stromaufnahme in Milliampere beim Betrieb mit weißen LEDs