LED-Lampen, Teil 2

Die Konstantstromquelle

Die einfache LED-Schaltung mit einem Vorwiderstand reicht für viele Fälle aus, hat aber einen Nachteil: Der Diodenstrom ist stark abhängig von der Batteriespannung. Praktisch muss man für jede Spannung einen eigenen Widerstand bestimmen. Dagegen hilft eine einfache Schaltung, die Konstantstromquelle. Ihr Ausgangsstrom ist weitgehend unabhängig von der Eingangsspannung und vom Spannungsabfall am Verbraucher. Hier sollen Schaltungen gezeigt werden, die den Strom auf 20 mA stabilisieren. Es können dann unterschiedliche Batterien angeschlossen werden, ohne dass sich die Helligkeit der LED ändert

Die erste Schaltung verwendet eine Zenerdiode zur Stabilisierung einer Hilfsspannung von 5,6 V. Die Spannung am Emitterwiderstand liegt um ca. 0,6 V niedriger. Der Emitterwiderstand bestimmt die Stromstärke. Die Stabilisierung ist besonders gut, d.h. die Stromstärke ändert sich nur geringfügig, auch wenn die Eingangsspannung sich sehr stark ändert. Ein Nachteil ist aber der große Spannungsabfall von mehr als 5 V. Bei einer LED mit 2 V wäre die kleinste Eingangsspannung also 7 V.

Man kann statt der Zenerdiode zwei Si-Dioden in Durchlassrichtung verwenden, die dann die Basisspannung auf ca. 1,2 V stabilisieren. Die kleinste Eingangsspannung beträgt dann für eine weiße LED mit Uf=3,5 V ca. 4 V.

Bei einer Zenerstabilisierung wird immer etwas Strom "verschwendet". Wenn es auf einen sparsamen Umgang mit Batterien ankommt, sollte man diesen Strom ebenfalls durch die LED leiten. Dies wird in der folgenden Schaltung getan. Gleichzeitig werden die beiden Dioden durch einen einzelnen Transistor ersetzt. Die Schaltung hat zwar eine etwas schlechtere Stabilisierung, verzichtet dafür aber auf jede Ableitung eines Hilfsstroms.

Ein weiterer Vorteil dieser Schaltung ist, dass man den gesamten Strom auch durch Entfernen der LED abschalten kann, da es sich um einen reinen Zweipol handelt. Die Schaltung verhält sich wie ein Vorwiderstand, der seinen Widerstand automatisch der Spannung anpasst. Eine zweipolige Fassung macht das Gerät zu einem idealen LED-Tester. Die Stromstärke wird unabhängig von der eingesetzten Diode auf ca. 20 mA gehalten.

Ein interessanter Versuch wäre die Messung der genauen Kennlinie. Dazu misst man die Stromstärke bei Eingangsspannungen, die man z.B. in 1-V-Schritten erhöht. Das Ergebnis kann grafisch dargestellt werden und zeigt alle Eigenschaften wie Mindestspannung und Stabilisierungswirkung.

Der Prototyp wurde übrigens auf ein Stück Streifenrasterplatine aufgebaut. Der Batterieclip stammt aus einer alten 9-V-Blockbatterie.