LDR+Transistor (Anfänger)

Diskutiere LDR+Transistor (Anfänger) im Hausaufgaben Forum im Bereich DIVERSES; Hey Leute! Ich bin noch ein ziemlicher Anfänger in Sachen Elektrotechnik aber ich habe eine Frage bezüglich einer...

  1. #1 DieterPalmer, 05.10.2013
    DieterPalmer

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    Hey Leute!

    Ich bin noch ein ziemlicher Anfänger in Sachen Elektrotechnik aber ich habe eine Frage bezüglich einer Schaltung(http://picload.org/image/olpcprl/frage1.png)

    Wie berechnet man da den Rgesamt?

    Meine Vermutung ist:

    Rgesamt = R1 + LDR(hell/dunkel) + Rv

    ist das so richtig?
     
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  3. patois

    patois

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    Hilfe für Anfänger

    .
    Anfänger können sich das Leben erleichtern,
    indem sie die Lösung ihrer Aufgaben mit einem
    Simulationsprogramm überprüfen.

    Anfänger werden von diesem Programm begeistert sein,
    da es durch Drag & Drop sehr einfach zu bedienen ist.

    Allerdings darf man beim Generieren der Schaltung nicht schludern,
    wie es bei der vom TE geposteten Schaltung geschehen ist.

    Die HELL/DUNKEL-Schaltungen und deren Berechnung erschließen sich Anfängern nur schwer.

    Da ist einerseits der Zweig mit dem LDR und andererseits der Zweig mit Vorwiderstand, LED und Transistor.
    Den Querzweig zwischen Basis des Transistors und Spannungsteilerpunkt des LDR-Zweiges darf man auf keinen Fall vergessen!

    Am meisten profitiert man, wenn man sich selbst mit der Schaltung auseinandersetzt,
    wozu das Freeware Programm YENKA unterstützend eingesetzt werden kann.

    Zum Beispiel läßt sich die vom TE gestellte Frage leicht beantworten,
    indem man in der Simulation ein Ampèremeter einfügt,
    um den Gesamtstrom der Schaltung zu messen.

    Den Rest (da die Spannung an der Schaltung bekannt ist) erledigt der vielseitige URI.

    Bei Google nur YENKA eingeben und das Programm herunterladen.

    Greetz
    Patois

    (Nein, ich mache keine Reklame für YENKA, sondern möchte nur Anfängern auf die Sprünge helfen!)

    Hört sich ziemlich abstrakt an, daher mache ich einen Screenshot,
    und hänge diesen hier an:


    [​IMG]
    .
     
  4. #3 DieterPalmer, 05.10.2013
    DieterPalmer

    DieterPalmer

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    Hm danke erstmal.
    Ja, das in der Zeichnung, da fehlt die Verbindung zwischen R1 und Basis, sorry.

    Also R1 soll quasi ein Vorwiederstand für den LDR sein, damit der Transistor abhängig vom LDR bei >= 0,7 V durchschaltet.

    Wir hatten das in der Schule nur so besprochen:

    [​IMG]

    Dann waren bspw. die folgenden Werte gegeben:
    Code:
    Ub = 20V;
    R2Hell = 1kOhm
    R2Dunkel = 50kOhm
    
    Die Aufgabe war dann bspw.:
    
    a) Bestimmen Sie R1 so, das bei Helligkeit U2 = 0.3V ist.
    
    U1 = Ub - U2
    U1 = 20V - 0.3V
    U1 = 19.7V
    
    I = U2 / R2Hell
    I = 0.3V / 1kOhm
    I = 0.0003 A
    
    R1 = U1 / I
    R1 = 19.7 V / 0.0003A
    R1 = 65666.6 Ohm
    
    b) Bestimmen Sie U1 und U2 bei Dunkelheit
    
    Rges = R1 + R2(Dunkel)
    Rges = 65666.6Ohm + 50kOhm
    Rges = 115666.6Ohm
    
    I = Ub / Rges 
    I = 20V / 115666.6Ohm
    I = 0.1728 A
    
    U1 = R1 * I
    U1 = 65666.6 * 0.1728 mA
    U1 = 11.34V
    
    U2 = Ub - U1 
    U2 = 20V - 11.34V
    U2 = 8.65 V
    
    So. Das ist ja noch ganz nachvollziehbar, ist halt nur eine Reihenschaltung aber angenommen man wolle die ganze Schaltung berechnen, wie gehe ich dann vor?

    Ist die LED in Reihe oder Parralel geschaltet?
     
  5. patois

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    Da der Transistor im Schalterbetrieb zwei verschiedene Zustände annehmen kann, nämlich EIN oder AUS (fast wie ein Schalter),
    ergeben sich zwischen Ub und GND auch zwei unterschiedliche Gesamtwiderstände.

    1) Zustand AUS

    In diesem Zustand wird der Widerstand des Transistors (etwas vereinfachend) als unendlich groß postuliert.
    In diesem Fall wirkt sich also der Zweig {Rvled + LED + Transistor} auf den Gesamtwiderstand zwischen Ub und GND nicht aus.
    Der Gesamtwiderstand ist in diesem Fall R1 + Rldr

    2) Zustand EIN

    Die meisten Leute begnügen sich damit, dass sie die Formel für die Parallelschaltung zweier Widerstände kennen.
    Um die Vorgehensweise bei der Analyse für die betrachtete Schaltung etwas durchsichtiger zu machen,
    sollte man sich nicht scheuen die Entwicklung der Formel für die Parallelschaltung einmal ausführlich nachzuvollziehen.

    Man betrachtet also zwei parallelgeschaltete Widerstände.
    Man beachte, dass gemäß Parallelschaltung an beiden Widerständen einunddieselbe Spannung anliegt!
    Der Knackpunkt für das weitere Vorgehen ist nun die Stromteilerregel, welche die meisten Leute auch nur vom Hörensagen kennen. :wink:

    In Worten ausgedrückt heißt das, dass der Gesamtstrom der Schaltung sich aus der Summe der Teilströme ergibt.
    . . . .Ig = Ix + Iy

    Nun muss uns wieder U R I weiterhelfen, in dem wir einsetzen:

    . . . .Ig = Ix + Iy = Ub/Rg = Ub/Rx + Ub/Ry

    Da in allen Gliedern der Gleichung Ub/Rg = Ub/Rx + Ub/Ry der Term Ub enthalten ist,

    kann man die Gleichung durch Ub dividieren und erhält: 1/Rg = 1/Rx + 1/Ry

    Nach einigen mathematischen Umformungen erhält man daraus alsbald die bekante Formel für Rg.

    Zurück zum Thema. Die Stromteilerregel soll nun benützt werden, um über diesen (Um-)Weg relativ einfach den Gesamtwiderstand der Schaltung zu berechnen, den die Schaltung "sieht", wenn der Transistor durchgeschaltet hat.

    Als Zweig 1 bezeichnet man die Reihenschaltung aus R1 + LDR
    sowie als Zweig 2 die Reihenschaltung aus Rvled + LED + Transistor.

    a) Der Teilstrom I1 durch Zweig 1 ist: I1 = Ub/(R1+Rldr)

    b) Der Teilstrom I2 durch Zweig 2 ist: ... leider ist das nicht so ganz einfach! :wink:

    Es ist bekannt, dass LEDs nichtlineare Bauteile sind, also eine gekrümmte Kennlinie besitzen.
    Man kann sich aber zu Nutzen machen, dass LEDs nach ihrem Nennstrom ausgewählt werden.
    Legt man etwas verschwenderisch einen Nennstrom von 30mA für die LED fest,
    dann ist dies der Strom, den man im Zweig 2 zuwege bringen muss.

    Obwohl jetzt bereits I1 und I2 bekannt sind, und somit die Aufgabe fast gelöst ist, sollte man eventuell noch den Weg aufzeichnen, wie der Rvled zu bestimmen ist.

    Die Gesamtspannung über dem Zweig 2 setzt sich aus der Addition der Spannungen über Rvled, über LED (Schwellspannung @ 30mA aus Datenblatt) und über durchgeschaltetem Transistor (Sättigungsspannung aus Datenblatt) zusammen.

    Daraus folgt: U(Rvled) = Ub - Uled - Utrans

    und somit Rvled = (Ub - Uled - Utrans) / I2

    Man kann also nicht direkt von einer Parallelschaltung sprechen, da der Zweig mit der LED und ihrem nichtlinearen Verhalten die Ergebnisse beeinflußt. Der Einsatz der Stromteilerregel wird als zielführend erachtet.
    .
     
  6. #5 DieterPalmer, 06.10.2013
    DieterPalmer

    DieterPalmer

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    Sehr ausführliche Antwort, großen Dank an dieser Stelle!

    Eine Frage habe ich aber noch, was genau ist mit Utrans gemeint?
     
  7. patois

    patois

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    Antwort zu Utrans

    Utrans, oder deutlicher U_transistor ist die Sättigungsspannung, die beim durchgeschalteten Transistor zwischen Kollektor und Emitter noch vorhanden ist. Richtwert für gut durchgesteuerten Transistor ca. 0,2 Volt.

    Bitte nicht verwirren lassen durch den Umstand, dass die Basis-Emitter-Spannung bei gesättigtem Transistor eventuell höher liegt als die Kollektor-Emitter-Spannung.

    Patois
     
  8. #7 wechselstromer, 07.10.2013
    wechselstromer

    wechselstromer

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