{"version":"https:\/\/jsonfeed.org\/version\/1","title":"My Feed Title","home_page_url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog","feed_url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/.json","description":"DevXplained Article Feed","author":{"name":"DevXplained"},"items":[{"title":"Photoelektrischer Effekt","date_published":"2023-09-18T08:00:00+02:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/photoelektrischer-effekt","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/photoelektrischer-effekt","content_html":"
Elektromagnetische Strahlung, wie Licht, interagiert mit Elektronen. Dies wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet.<\/strong><\/p>\n\n Licht interagiert mit Materie. Wenn ein Photon mit einer ausreichend hohen Energie auf ein Elektron trifft, löst es dieses aus seiner Position. Zurück bleiben ein freies Elektron und ein Elektronenloch. Diese Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist als photoelektrischer Effekt bekannt.<\/p>\n Im heutigen Artikel werden wir uns mit drei verschiedenen physikalischen Phänomenen befassen, die durch den photoelektrischen Effekt verursacht werden oder darunter subsumiert werden können. Auf diese Weise erhalten wir das nötige Hintergrundwissen, um die Funktionsweise photoelektrischer Komponenten wie lichtabhängigen Widerständen, Photodioden und Solarzellen zu verstehen.<\/p>\n <\/p>\n Los geht es mit der Photoemission. Sie wird auch als Hallwachs-Effekt oder äußerer photoelektrischer Effekt bezeichnet. Sucht man nach dem photoelektrischen Effekt, stößt man in der Regel auf dieses Phänomen, da es zur Entdeckung des photoelektrischen Effekt geführt hat. Obwohl es von großer wissenschaftlicher Bedeutung ist, spielt es in der Elektronik kaum eine Rolle. Es lohnt sich aber trotzdem, einen Blick darauf zu werfen, um den photoelektrischen Effekt und seine Eigenschaften besser zu verstehen.<\/p>\n Heinrich Hertz ist ein deutscher Physiker, der für seine Forschungen über elektromagnetische Wellen bekannt ist. Bei einem seiner Experimente stellte er fest, dass die Ergebnisse anders ausfielen, wenn er seinen Aufbau in einen Glaskasten stellte. Er entdeckte, dass die Verwendung von Quarz anstelle von Glas das Problem löste, da Quarz das UV-Licht nicht wie Glas herausfiltert. Im Jahr 1887 führte er weitere Experimente zu diesem Phänomen durch und beschrieb sie. Der Physiker Willhelm Hallwachs setzte diese Experimente fort. Er entwickelte den folgenden Aufbau:<\/p>\n <\/p>\n Eine Zinkplatte wird auf ein Blattgold-Elektroskop gelegt. Wenn es aufgeladen wird, lädt sich auch das in der Mitte angebrachte fein gebogene Goldblatt elektrisch auf. Da seine beiden Enden mit der gleichen Polarität geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab und das Goldblatt öffnet sich.<\/p>\n <\/p>\n Hallwachs lud die Zinkplatte negativ auf und entdeckte, dass sie sich langsam entlädt, wenn das UV-Licht auf die Zinkplatte trifft. Er wiederholte seine Experimente in verschiedenen Varianten und fand heraus, dass die Zinkplatte, auch wenn sie zunächst ungeladen ist, langsam immer positiver geladen wird.\nSeine Schlussfolgerung war, dass Zink negative Ladungsträger emittiert, wenn es UV-Licht ausgesetzt wird.<\/p>\n <\/p>\n Er sollte Recht haben. Wenn das UV-Licht auf die Zinkoberfläche trifft, werden von ihr Elektronen emittiert. Heutzutage ist dies als Photoemission oder als äußerer photoelektrischer Effekt bekannt.\nDieses scheinbar einfache Phänomen warf jedoch eine Menge neuer Fragen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf. Warum muss es UV-Licht sein? Warum hängt die Energie der emittierten Elektronen nicht von der Lichtintensität, sondern von der Wellenlänge ab? <\/p>\n Namhafte Wissenschaftler wie Max Planck und Albert Einstein trugen im nächsten Jahrhundert zur Beantwortung dieser Fragen bei. Ihre Antworten stellten das bisherige Wissen über elektromagnetische Wellen auf den Kopf und trugen zur Entwicklung der Quantenphysik bei.<\/p>\n Wichtig für uns ist, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften hat. Der photoelektrische Effekt ist am einfachsten zu verstehen, wenn man das Licht als Teilchen, sogenannte Photonen, beschreibt. Die Energie dieser Photonen ist abhängig von der Wellenlänge. Blaues Licht...<\/p>","tags":["Elektronik","Physik","Dioden","Licht"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/photoelectric-effect\/photoelectric-effect.jpg?g-bca33442"},{"title":"TVS-Dioden","date_published":"2023-05-08T08:00:00+02:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/tvs-diodes","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/tvs-diodes","content_html":" Was sind TVS-Dioden? Was macht sie besonders? Finden wir es heraus und lernen, wie sie Schaltungen vor Spannungsspitzen schützen können.<\/strong><\/p>\n\n TVS-Dioden (engl. Transient Voltage Suppressor) oder auch Suppressordioden sind Dioden, die speziell für den Schutz von Schaltkreisen konzipiert sind. Hierzu wird eine TVS-Diode in Sperrrichtung parallel zu einer Schaltung angeschlossen.\n<\/p>\n Der Aufbau der Schaltung gleicht dem der einer Z-Diode, die zur Spannungsregelung oder als Spannungsreferenz verwendet wird. Technisch gesehen ist das tatsächlich so. Es handelt sich um eine Shuntreglerschaltung<\/a>. Sie wird jedoch anders verwendet. Um einen 5 V Stromkreis zu schützen, wählt man eine TVS-Diode, die erst knapp über 5 V zu leiten beginnt.\nDie TVS-Diode dient nämlich als Überspannungsschutz und nicht als Spannungsregler. Sie verhindert Spannungsspitzen, indem sie diese absorbiert.<\/p>\n Was sind Spannungsspitzen?<\/strong> TVS-Dioden sind Z-Dioden, allerdings sind ganz spezielle Z-Dioden. Eine TVS-Diode kann große Mengen an Energie absorbieren. Kleine Z-Dioden sind in der Regel für 0,5 W ausgelegt, TVS-Dioden können mehrere hundert Watt und oft mehr als ein Kilowatt für eine sehr kurze Zeitspanne aufnehmen, ohne beschädigt zu werden. Kurzfristig ist hier das Stichwort. Eine kurze Zeit reicht aus, um zu verhindern, dass eine Spannungsspitze eine Schaltung beschädigt. Für Dauerlasten hingegen sind die TVS-Dioden nicht gedacht. <\/p>\n Was ist eine kurze Zeitspanne? Das ist im Datenblatt der jeweiligen Diode angegeben. Wichtig zu wissen ist, dass Werte wie die Impuls-Verlustleistung von TVS-Dioden nach bestimmten Industrienormen wie z.B. der IEC61643-123 (10\/1000 µs Kurve) ermittelt werden. Solche Normen gehen von bestimmten Annahmen über die erwarteten Spannungsspitzen aus. Die 10\/1000 µs Kurve versucht beispielsweise, kurze, aber leistungsstarke Spannungsspitzen, wie sie bei Blitzeinschlägen oder statischen Entladungen (ESD) auftreten, nachzubilden. Spannungsspitzen, die durch induktive Lasten verursacht werden, dauern aber oft länger an. In einem solchen Fall ist ein Derating der TVS-Diode erforderlich.<\/p>\n Da die TVS-Diode eine so hohe Leistung aufnehmen kann, ist es nicht erforderlich, einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe zu schalten. Die Impedanz von Stromquelle und Kabeln ist normalerweise hoch genug. Daher muss keine Energie durch einen zusätzlichen Strombegrenzungswiderstand verschwendet werden. <\/p>\n Das schematische Symbol für TVS-Dioden ist identisch mit dem für Z-Dioden verwendeten Symbol. Wird das Schaltzeichen richtig genutzt, muss man jedoch zwischen zwei Arten von TVS-Dioden unterscheiden: unidirektionale und bidirektionale TVS-Dioden.\n<\/p>\n Unidirektionale TVS-Dioden werden für Gleichstromkreise benutzt. Wenn sie in Durchlassrichtung betrieben werden, leiten sie wie normale Dioden etwa 0,7 V. Ihre Nennspannung gilt nur, wenn sie in Sperrichtung betrieben werden.<\/p>\n Bidirektionale TVS-Dioden sind für Wechselstromkreise gedacht, bei denen es keine feste Polarität gibt. Eine bidirektionale TVS-Diode besteht aus zwei antiseriellen unidirektionalen TVS-Dioden. Sie verhält sich gleich, unabhängig davon, in welche Richtung der Strom fließt.<\/p>\n TVS-Dioden lassen sich durch die folgenden Eigenschaften charakterisieren:<\/p>\n Eine Spannungsquelle für kleine Schaltungen mithilfe einer Z-Diode bauen? Lass uns herausfinden, wie das geht und einen Shuntregler bauen.<\/strong><\/p>\n\n Du hast eine Schaltung entwickelt, aber die Spannung, für die sie ausgelegt ist, ist in der Zielumgebung nicht verfügbar? Dies ist keine abwegige Situation. Die 5 V oder 3,3 V, die in vielen Mikrocontrollerschaltungen verwendet werden, sind nicht überall gebräuchlich. <\/p>\n Was kann man in diesem Fall tun? Man braucht einen Spannungsregler. Ein Spannungsregler ist eine Schaltung, die deinen Schaltkreis mit der benötigten konstanten Spannung versorgt.\nHeute werden wir uns eine einfache Schaltung für einen Spannungsregler ansehen: einen Shuntregler. Hierfür brauchen wir lediglich eine Z-Diode und einen Widerstand. Los geht's!<\/p>\n Bei Spannungsreglern unterscheidet man im Wesentlichen zwischen zwei Typen: Linearregler und Schaltregler. Schaltregler sind effizient, aber kompliziert zu bauen. Sie verwenden ein Schaltelement wie einen Transistor oder MOSFET, um die Spannung zu regeln, und können sowohl die Eingangsspannung verringern (dies wird als Abwärtsregler bezeichnet) als auch erhöhen (dies wird als Aufwärtsregler bezeichnet). Linearregler können nur die Eingangsspannung herunterregeln.<\/p>\n Es gibt zwei Arten von Linearregler, der Shuntregler ist eine davon. Shuntregler regeln die Spannung, indem sie einen Strompfad parallel zur Last bereitstellen, über den sie den überschüssigen Strom ableiten. Shuntregler werden deshalb auch als Parallelregler oder Querregler bezeichnet.<\/p>\n <\/p>\n Damit ein Shuntregler genutzt werden kann, muss der Gesamtstrom begrenzt sein. Dies wird in der Regel erreicht, indem ein Widerstand in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet wird. Das Herzstück des Reglers ist jedoch das eigentliche Regelelement, auch Steuerelement genannt. Das ist jenes Bauteil, das für eine konstante Ausgangsspannung sorgt. Dazu stellt es nicht nur den alternativen Strompfad zur Verfügung, sondern, was noch wichtiger ist, steuert, wie viel Strom durch diesen Pfad fließt, sodass die Spannung konstant bleibt. In unserer Schaltung wird dies durch eine Z-Diode erreicht. Sie fixiert die Ausgangsspannung auf die Z-Spannung und lässt den restlichen Strom abfließen.<\/p>\n Kommt dir die Schaltung bekannt vor?<\/strong> Werfen wir einen Blick auf eine Beispielschaltung. Ein kleiner Shunt-Regler wird zur Versorgung eines kleinen Mikrocontrollers, ein ATtiny85, verwendet. Der ATtiny85 arbeitet normalerweise mit 5 V. Die Shuntreglerschaltung ermöglicht es uns, ihn mit 9 V oder 12 V Batterien zu betreiben. Dies wird mithilfe einer einfachen 5,1 V Zenerdiode erreicht.<\/p>\n <\/p>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n Auf dem ATtiny85 läuft ein kleines Programm, das die angeschlossene LED blinken lässt. Dies ist jedoch nicht Gegenstand dieses Artikels. Es gibt jede Menge Tutorials, wie man den ATtiny85 programmiert. Falls du dich dafür interessierts, schau dir mal das LED-Kerzenprojekt<\/a> an, das ich vor etwa einem Jahr realisiert habe.<\/p>\n <\/p>\n Oben siehst du die Schaltung in Aktion. Die LED leuchtet, der ATtiny85 macht seine Arbeit und wird nicht durch eine zu hohe Eingangsspannung beschädigt. Der Shuntregler tut seinen Dienst.<\/p>\n Wie wurde diese...<\/p>","tags":["Elektronik","Dioden"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/zener-diodes-as-shunt-regulator\/zener-diodes-as-shunt-regulator.jpg?g-bca33442"},{"title":"Z-Diode als Spannungsw\u00e4chter","date_published":"2023-03-13T08:00:00+01:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/z-diode-als-spannungswaechter","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/z-diode-als-spannungswaechter","content_html":" Diesmal werden wir einen Spannungsw\u00e4chter mit einer Z-Diode und einem LM393-Komparator bauen.<\/strong><\/p>\n\n Letztes Mal haben wir uns angesehen, wie eine Z-Diode als Spannungsreferenz verwendet werden kann. Dieses Mal werden wir uns ein praktischeres Beispiel ansehen. Wir werden einen Spannungsw\u00e4chter f\u00fcr eine 12 V Bleibatterie mithilfe einer Z-Diode und einem Komparator bauen.<\/p>\n Lass uns einen Blick darauf werfen, was wir erreichen wollen: Wir wollen, dass eine Warn-LED angeht, sobald die Batteriespannung unter einen bestimmten Wert f\u00e4llt. Dazu m\u00fcssen wir zun\u00e4chst einen geeigneten Schwellenwert festlegen. <\/p>\n F\u00fcr einen 12 V AGM-Bleiakku ist 12 V ein guter Wert. Das mag auf den ersten Blick verwundern, aber ein moderner 12 V AGM-Bleiakku wird mit 14,7 V geladen und sollte bei voller Ladung eine Spannung von etwa 13 V aufweisen. Um eine m\u00f6glichst lange Lebensdauer zu gew\u00e4hrleisten, sollte er au\u00dferdem nicht unter 50 % der Kapazit\u00e4t entladen werden. Diese 50 % werden bei 12 V erreicht.<\/p>\n Los gehts! Bauen wir die Schaltung auf.<\/p>\n F\u00fcr die Schaltung verwenden wir wieder den LM393-Komparator. Ein Komparator vergleicht die Spannungen an seinen beiden Eing\u00e4ngen. Wenn die Spannung an seinem nicht-invertierenden Eingang ( In der Schaltung habe ich eine 9 V Z-Diode als Spannungsreferenz verwendet und sie mit dem invertierenden Eingang des LM393 verbunden. <\/p>\n Warum 9 V und nicht 12 V?<\/strong> Warum nicht 5 V oder 3,3 V?<\/strong> Wie passt das zu unserem Ziel, die LED bei einer Batteriespannung von 12 V einzuschalten? Und so sieht die fertige Schaltung aus:<\/p>\n <\/p>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n Um die Schaltung zu verwenden, schlie\u00dft du sie parallel zur Last an die Batterie an. Sobald die Batteriespannung nun unter 12 V f\u00e4llt, leuchtet die LED auf. <\/p>\n HINWEIS<\/strong> <\/p>","tags":["Elektronik","Dioden"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/zener-diode-low-voltage-alarm\/zener-diode-low-voltage-alarm.jpg?g-bca33442"},{"title":"Z-Dioden als Spannungreferenz","date_published":"2023-02-13T08:00:00+01:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/z-dioden-als-spannungsreferenz","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/z-dioden-als-spannungsreferenz","content_html":" Wofür können wir Z-Dioden einsetzen? Diesmal befassen wir uns mit der Nutzung als Spannungsreferenzen.<\/strong><\/p>\n\n Die besondere Eigenschaft von Z-Dioden besteht darin, dass sie eine definierte Durchbruchspannung besitzen. Diese Eigenschaft ist besonders nützlich für Schaltungen, die eine feste Referenzspannung benötigen. Bei Schaltungen mit schwankender Versorgungsspannung, z. B. bei batteriebetriebenen Schaltungen, reicht ein einfacher Spannungsteiler hierfür nicht aus. Der Einsatz einer Z-Diode ist ein Weg, um dieses Problem zu lösen. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie dies funktioniert und besprechen, wann man eine Z-Diode für diesen Zweck verwenden sollte und wann nicht.<\/p>\n Wie können wir eine Spannungsreferenz mit einer Z-Diode bauen? Wir wählen einfach eine Z-Diode für die gewünschte Spannung aus und verwenden sie zusammen mit einem Widerstand, der den Strom zu begrenzen.<\/p>\n <\/p>\n Wenn die Spannung größer als die Zenerspannung ist, leitet die Diode. Sie begrenzt dabei die Ausgangsspannung auf die Zenerspannung, während die restliche Spannung an der Z-Diode selbst abfällt. Natürlich kann die Z-Diode nur eine begrenzte Menge an Strom ableiten, ohne Schaden zu nehmen. Deshalb brauchen wir den Widerstand, der den maximalen Strom begrenzt.<\/p>\n Eigentlich ist das ganz einfach, doch wofür braucht man eine solche Schaltung?<\/p>\n Eine Schaltung, die eine festgelegte Spannung erzeugt? Schnell denkt man an eine Spannungsquelle, aber das ist nicht die Aufgabe einer Spannungsreferenz.\nSpannungsreferenzen sollten zusammen mit hochohmigen Eingängen wie denen von Mikrocontrollern, Operationsverstärkern oder Komparatoren verwendet werden. Was ist damit gemeint? Hochohmig bedeutet in der Praxis, dass sie einen Eingang haben, durch den nur ein sehr geringer Strom fließt. Denn während Spannungsreferenzen zwar eine konstante Spannung liefern können, können sie fast keinen Strom liefern.<\/p>\n Schauen wir uns eine Beispielschaltung an, in der eine Z-Diode wie vorgesehen als Spannungsreferenz verwendet wird:<\/p>\n <\/p>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n Die Schaltung verwendet eine 9 V Z-Diode als Spannungsreferenz für einen LM393 Komparator.\nEin Komparator vergleicht die Spannung an seinen beiden Eingängen: Wenn die Spannung am nicht-invertierenden Eingang (+) höher ist als die am invertierenden Eingang (-), ist sein Ausgang positiv, ansonsten ist er negativ.<\/p>\n In diesem Beispiel wird ein Potentiometer an den nicht-invertierenden Eingang und die 9 V Referenzspannung an den invertierenden Eingang angeschlossen. Der Ausgang des Komparators ist also positiv, wenn die Ausgangsspannung des Potentiometers über 9 V liegt, andernfalls ist er negativ. Am Ausgang des Komparators ist eine LED angeschlossen. Diese LED leuchtet auf, wenn der Ausgang des Potentiometers unter 9 V liegt. <\/p>\n Etwas anderes erwartet?<\/strong> Wozu kann man eine solche Schaltung verwenden? Welchen Vorteil hat die Verwendung einer Z-Diode?<\/strong> Weiter geht's mit dem zweiten wichtigen Durchbruchseffekt bei Zenerdioden: dem Lawinendurchbruch.<\/strong><\/p>\n\n Es gibt zwei bedeutende Durchbruchseffekte bei Zenerdioden: den Zener-Effekt und den Lawinendurchbruch. Heute wollen wir uns mit letzterem näher befassen.<\/p>\n Der Lawinendurchbruch ist besonders wichtig für Zenerdioden mit Durchbruchsspannungen über 5 V. Er ist daran zu erkennen, dass die Leitfähigkeit stark ansteigt, sobald die Durchbruchsspannung überschritten wird. Dies ist in der I-U-Kurve gut zu erkennen. Hier scheint etwas Drastisches zu passieren. Lass uns den zugrunde liegenden physikalischen Prozess verstehen, der nicht nur für Zenerdioden relevant ist, sondern auch darüber hinaus Bedeutung hat. Bist du bereit, mehr zu erfahren?<\/p>\n <\/p>\n Disclaimer:<\/strong> Ich bin kein Physiker und Halbleiter sind ein extrem kompliziertes Thema. Ich kann nicht für die Richtigkeit meiner Erklärungen garantieren. Zum leichteren Verständnis werden eventuell einige Details ausgelassen oder stark vereinfacht dargestellt. Wenn du der Meinung bist, dass Teile dieses Artikels korrigiert werden sollten, dann schreib mir eine E-Mail an <\/i> feedback@devxplained.eu<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n Glücklicherweise ist der Lawinendurchbruch und der zugrunde liegende physikalische Prozess viel einfacher zu verstehen als der Zener-Effekt. Ähnlich wie der Zener-Effekt wird der Lawinendurchbruch durch hohe elektrische Feldstärken verursacht. Der zugrunde liegende physikalische Effekt ist jedoch ein anderer: die Stoßionisation.\nSchauen wir uns an, was das ist.<\/p>\n Auch ohne von außen angelegte Felder können sich Elektronen im Halbleitermaterial bewegen, was z.B. durch thermische Energie verursacht wird. Sie stoßen zufällig mit anderen Elektronen zusammen und geben dabei einen Teil ihrer kinetischen Energie an diese ab. Es ist ein ständiger Prozess des Zusammenstoßes von Elektronen untereinander, ein ständiges Hin und Her von Anregung und Relaxation.<\/p>\n Hohe elektrische Feldstärken bedeuten immer auch hohe Beschleunigungskräfte, die auf die elektrisch geladene Teilchen, wie z.B. Elektronen wirken.\nInteressant wird es, wenn die kinetische Energie der Elektronen einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn sie dann auf ein anderes Elektron treffen, verlieren sie nicht nur einen Teil ihrer Energie an dieses, sondern setzen neue Ladungsträger frei. <\/p>\n Man nennt diesen Vorgang Stoßionisation, wobei Ionisation lediglich ein anderer Begriff für die Entstehung neuer Ladungsträger in einem Atom ist.\nDie folgende Abbildung veranschaulicht den lonisationsprozess. Durch das kollidierende Elektron verliert das Atom eines seiner Elektronen und wird selbst zu einem positiv geladenen Ion. Da wir hier über Halbleiter sprechen, können wir stattdessen auch sagen: Durch das kollidierende Elektron entstehen im Halbleitermaterial ein zusätzliches freies Elektron und ein neues Elektronenloch. <\/p>\n <\/p>\n Was geschieht mit diesen neu erzeugten Ladungsträgern? Nun, sie werden ebenso durch das elektrische Feld beschleunigt und beginnen mit Elektronen in anderen Atomen zusammenzustoßen, wo sie wiederum eine Stoßionisation verursachen können. Dies führt zu einer Kettenreaktion, dem sogenannten Lawineneffekt. Die Zahl der freien Ladungsträger steigt exponentiell an, und das Material wir zunehmend leitfähiger.<\/p>\n <\/p>\n Wenn wir uns die Funktionsweise von Dioden ansehen, können wir leicht erkennen, wie der Lawineneffekt zum Durchbruch ihrer internen Potenzialbarriere führt. In Sperrrichtung gepolte Dioden können nicht leiten, weil es in der Verarmungszone keine Majoritätsladungsträger gibt. Aufgrund der wenigen Minderheitsladungsträger kann nur ein geringer Leckstrom fließen. Diese wenigen Minoritätsladungsträger können jedoch, sobald die Spannung einen...<\/p>","tags":["Elektronik","Physik","Dioden"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/avalanche-breakdown\/avalanche-breakdown.jpg?g-bca33442"},{"title":"D\u00e4mmerungschalter f\u00fcr LED-Lichterketten","date_published":"2022-12-12T08:00:00+01:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/daemmerungschalter-fuer-led-lichterketten","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/daemmerungschalter-fuer-led-lichterketten","content_html":" Lass uns eine LED-Lichterkette bauen, die bei Dunkelheit automatisch angeht und so etwas Licht in die dunkle Zeit des Jahres bringt.<\/strong><\/p>\n\n Es ist Winter, es ist kalt, und draußen ist es dunkel. Was gibt es da Besseres, als etwas Licht in diese Dunkelheit zu bringen. In unserem diesjährigen DIY-Projekt werden wir aus einer billigen, batteriebetriebenen LED-Lichterkette unsere eigene durch Dunkelheit automatisch einschaltende Beleuchtung bauen.<\/p>\n Hier ist das dafür benötigte Material:<\/p>\n <\/p>\n Zusätzlich brauchst du folgendes Werkzeug:<\/p>\n Werfen wir einen Blick auf die Schaltung für dieses Projekt. Die LEDs sollen leuchten, wenn es draußen dunkel wird. Wir können dies mithilfe einer einfachen Transistorschaltung erreichen, wie sie unten gezeigt wird.<\/p>\n <\/p>\n Der LDR und der Widerstand R1 bilden einen Spannungsteiler. Der Widerstand des LDR nimmt zu, je dunkler er wird. Ein hoher Widerstand des LDR bedeutet eine höhere Spannung am Gate des MOSFETs. Sobald die Gatespannung die 1 V Marke überschreitet, beginnt der MOSFET durchzuschalten. <\/p>\n Um zu steuern, bei welchem Helligkeitswert dies geschieht, können wir den Wert des Widerstands R1 anpassen. Der optimale Wert hängt davon ab, wie du deine Lichterkette verwenden willst. Wenn sie nur eingeschaltet werden soll, wenn sie völlig dunkel ist, brauchst du einen hohen Wert wie 470 kΩ oder sogar mehr. Wenn du möchtest, dass sie auch an dunklen Tagen leuchtet, brauchst du einen niedrigeren Wert wie 10 kΩ. <\/p>\n Ich kann dich nur ermutigen, zu experimentieren, bis du den Wert gefunden hast, der deinem Anwendungsfall entspricht. Wenn du keine Lust zum Experimentieren hast, kann ich dir 100 kΩ empfehlen. Das sollte für die meisten Anwendungsfälle in Innenräumen passen.<\/p>\nDer photoelektrische Effekt<\/a><\/h2>\n
Photoemission<\/a><\/h3>\n
TVS-Dioden<\/a><\/h2>\n
\nEine Spannungsspitze oder auch Transiente, ist eine abrupte, kurzzeitige Freisetzung von elektrischer Energie. Für eine kurze Zeit steigt die Spannung weit über die übliche Betriebsspannung des Stromkreises an. Dadurch kann die Schaltung zerstört werden. Typische Quellen für Spannungsspitzen sind elektrostatische Entladungen (ESD), Blitzeinschläge, das Schalten von induktiven Lasten oder das Überschwingen beim Einschalten von Schaltnetzteilen.<\/p>\n<\/div>\nEigenschaften von TVS-Dioden<\/a><\/h2>\n
\n
Z-Dioden als Shuntregler<\/a><\/h2>\n
Was ist ein Shuntregler?<\/a><\/h2>\n
\nSie ist praktisch identisch mit der Schaltung, die wir verwenden, wenn wir eine Zenerdiode als Spannungsreferenz<\/a> nutzen wollen.\nSpannungsreferenzen sind eine der häufigsten Anwendungen von Shuntreglern. Wenn wir jedoch einen kleinen Stromkreis versorgen wollen, muss der Strombegrenzungswiderstand deutlich kleiner gewählt werden als bei einer Spannungsreferenz.<\/p>\n<\/div>\nEine Beispielschaltung<\/a><\/h2>\n
\n
Entwurf eines Shuntregler<\/a><\/h2>\n
Z-Diode als Spannungsw\u00e4chter<\/a><\/h2>\n
Die Schaltung<\/a><\/h2>\n
+<\/code>) niedriger ist als die am invertierenden Eingang (
-<\/code>), wird sein Ausgang niederohmig und die LED leuchtet.<\/p>\n
\nWenn die Batteriespannung unter 12 V f\u00e4llt, h\u00e4lt die Z-Diode die Spannung am invertierenden Eingang nicht auf magische Weise auf 12 V. Die Zenerdiode kann die Spannung nur verringern, nicht erh\u00f6hen. Um auf die unter 12 V fallende Batteriespannung zu reagieren, muss unsere Spannungsreferenz auch unterhalb von 12 V stabil sein.<\/p>\n
\nWie beim letzten Mal besprochen, brauchen wir eine Avalanchediode und keine echte Zenerdiode, um eine stabile Referenzspannung zu bauen. Unterhalb von 5 V wird der Zenereffekt zum dominierenden Durchbruchseffekt.<\/p>\n<\/div>\n
\nUm die Batteriespannung zu messen, werden wir einen Spannungsteiler verwenden. Wir m\u00fcssen die Widerstandswerte so w\u00e4hlen, dass der Spannungsteiler bei 12 V eine Ausgangsspannung von 9 V liefert.\nDies kann durch die Verwendung eines 3,3 k\u03a9 und eines 10 k\u03a9 Widerstands erreicht werden. Wenn du mehr dar\u00fcber wissen willst, wie man diese Werte berechnet, empfehle ich dir einen Blick auf meinen Artikel \u00fcber Spannungsteiler<\/a>.<\/p>\n\n
Das Ergebnis<\/a><\/h2>\n
\nDie Schaltung bietet nur einen optischen Indikator daf\u00fcr, wann die Batterie leer ist. Sie trennt die Batterie nicht von der Last, um sie vor weiterer Entladung zu sch\u00fctzen.<\/p>\n<\/div>\nZ-Dioden als Spannungreferenz<\/a><\/h2>\n
Wie nutzt man eine Spannungsreferenz?<\/a><\/h2>\n
\n
\nDie Schaltung verwendet die LED in einer \"active-low\" Konfiguration. Der Pluspol der LED ist mit der Versorgungsspannung verbunden und der LM393 schaltet die Verbindung zur Masse. Das mag auf den ersten Blick seltsam erscheinen, aber der Grund dafür ist die Funktionsweise des LM393. Der LM393 hat einen Open-Collector-Ausgang, was bedeutet, dass er nur die beiden Ausgangszustände \"floating\" (nicht angeschlossen) und \"low\" (mit Masse verbunden) unterstützt.<\/p>\n<\/div>\nFazit<\/a><\/h2>\n
\nIn einer batteriebetriebenen Schaltung ist eine Z-Diode eine billige Möglichkeit, eine feste Referenzspannung als Schwellwert zu erzeugen. Der große Vorteil ist, dass der Schwellenwert...<\/p>","tags":["Elektronik","Dioden"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/zener-diodes-as-voltage-reference\/zener-diodes-as-voltage-reference.jpg?g-bca33442"},{"title":"Lawinendurchbruch","date_published":"2023-01-09T08:00:00+01:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/lawinendurchbruch","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/lawinendurchbruch","content_html":"Lawinendurchbruch<\/a><\/h2>\n
Wie funktioniert er?<\/a><\/h2>\n
Stoßionisation<\/a><\/h3>\n
Von der Stoßionisation zum Lawineneffekt<\/a><\/h3>\n
Lawinendurchbruch in Dioden<\/a><\/h3>\n
Bau eines Dämmerungschalters für LED-Lichterketten<\/a><\/h2>\n
\n
\n
Die Schaltung<\/a><\/h2>\n
Die Bauanleitung<\/a><\/h2>\n