LED-Blinker

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Obwohl es bereits viele Blink-Schaltungen im WWW gibt, habe ich mich aufgrund der Anfragen hinreisen lassen, auch zu diesem Thema einige Schaltungen vorzustellen.


Simple-Blinker (4.12.2006)

Wie am Namen unschwer zu erraten, fängt es ganz einfach an und zwar basierend auf dem Timer-555, der neben der Blink-Funktion auch gleich eine oder mehrere LED (in Serienschaltung) treiben kann.

Im Schaltbild wird für möglichst geringe Ruhestromaufnahme die CMOS-Version des '555 vorgeschlagen, obwohl eine bipolare Ausführung genau so gut klappt.

Die CMOS-Ausführung schafft ohne größere Nachteile allerdings nur bis etwa 30mA LED-Strom und das auch nur, wenn die LEDs wie gezeichnet zwischen +UB und dem Ausgang Q angeschlossen werden (und nicht von Q nach GND) - natürlich mit einem strombegrenzenden LED-Vorwiderstand!

Außerdem sollte der Entlade-Ausgang DIS des '555 mit dem Ausgang Q verbunden werden, was den LED-Strom zwischen diesen beiden Pins aufteilt und so den Spannungsabfall an dieser Stelle verringert. Diese Methode hat sich schon bei den getakteten LED-Treibern mit dem Timer-555 bewährt.

Bei über 50mA LED-Strom wird der Spannungsabfall im IC allerdings mit >0,5V schon reichlich groß. Abhilfe schafft dann ggf. die bipolare Ausführung des '555, allerdings schmerzlich erkauft mit einem deutlich höheren Ruhestrom.

Simple-LED-Blinker


Im Schaltbild sind R1/C1 für ca. 1 Hz Blinkfrequenz ausgelegt. Für eine andere Frequenz ist die Berechnung angegeben. So würde man z.B. mit R1=330kΩ eine Blinkfrequenz von knapp über 2Hz erhalten.

Simpel

Aufmerksamen Lesern meiner Website ist bestimmt aufgefallen, dass das Symbol für den '555 hier etwas anders gezeichnet ist und zwar so, wie man auf das IC draufschaut und nicht (wie in anderen Darstellungen) übersichtlich nach Pin-Funktionen zusammengefasst.

Die hier gewählte Darstellung erleichtert dem Anfänger den Nachbau.

Auf den Stützkondensator C2 kann man (je nach Spannungsversorgung) beim Simple-Blinker meist verzichten, ebenso auf den (erst gar nicht eingezeichneten) Stützkondensator am Anschluss CV des '555.

LED-Vorwiderstand muss sein

Die Berechnung des LED-Vorwiderstandes R2 in obiger Simple-Blinker-Schaltung erfolgt in etwa nach der Beziehung:

R2 = (+UB - 0,2V - ULED)/ILED

Die von +UB abgezogenen 0,2V entsprechen dem Spannungsabfall am Ausgang des CMOS-Timers-555 bei ca. 20mA LED-Strom (einem üblichen Wert, der gut zu diesem Schaltungsvorschlag passt).

Eine andere Darstellung, die statt dem Spannungsabfall (der selbst stromabhängig ist) den Ausgangswiderstand des CMOS-Timers-555 in obiger Beschaltung berücksichtigt, wäre wie folgt:

R2 = (+UB - ULED)/ILED - 10Ω

Diese Darstellung ist etwas besser geeignet für LED-Ströme, die stark von 20mA abweichen. Der Ausgangswiderstand ist übrigens bei den unterschiedlichen Herstellern ebenfalls unterschiedlich. 10Ω ist aber ein ganz brauchbarer Wert[1], wenn man die beiden Anschlüsse Q und DIS miteinander verbunden hat.

Daraus lässt sich bei gegebenem R2 natürlich auch der LED-Strom herleiten zu:

ILED = (+UB - ULED)/(R2 + 10Ω)

Bei +UB=5V Versorgungsspannung und einer weißen oder blauen 20mA-LED (ULED=3,1V) beträgt der LED-Strom mit R2=82Ω demnach rechnerisch ca. 21mA.

Kontrolle ist gut

Da ein Messen an der blinkenden Schaltung nicht ganz optimal ist, kann man zum Kontrollieren des LED-Stromes den Simple-Blinker auf "Dauerlicht" schalten, indem man den Reset-Eingang mit GND statt +UB verbindet.

Man könnte aber auch vom Reset-Pin statt der direkten Verbindung einen Pull-Up-Widerstand nach +UB vorsehen (z.B. 47kΩ). Für "Dauerlicht" kann man dann ganz einfach das Reset-Pin mit GND verbinden, ohne es vorher umzuklemmen zu müssen.

Jetzt lassen sich die einzelnen Spannungen überprüfen, so auch der Spannungsabfall UR2 am LED-Vorwiderstand R2. Der tatsächliche LED-Strom ergibt sich nun zu ILED = UR2/R2.

Mehr LEDs

Falls +UB ausreichend groß ist (aber natürlich nicht größer als der Hersteller des jeweils verwendetem '555 zulässt), kann man auch einige LEDs in Serienschaltung betreiben. In obigen Formeln ist ULED dann die Summe der LED-Flussspannungen. Die Differenz zwischen +UB und ULED sollte aber >1V sein.

Alles abhängig

Die LED-Flussspannung ULED hängt von der LED-Farbe, der LED-Type und natürlich auch vom LED-Strom ab. Ein Blick ins LED-Datenblatt kann also keinesfalls schaden.

Dass der LED-Strom beim Simple-Blinker aufgrund des einfachen LED-Vorwiderstandes abhängig von der Versorgungsspannung ist, muss auch nicht extra erwähnt werden (und ergibt sich aus obigen Formeln).

Falls die Versorgungsspannung (z.B. wie bei einer Batterie oder einem Akku) nicht konstant ist, greift der Perfektionist zu einem "echten" LED-Treiber, also z.B. zu einer Konstantstromquelle, die vom Ausgang Q obiger Blinker-Schaltung angesteuert wird - dann ist alles halt nicht mehr ganz so simpel!

Aber deshalb gibt es ja auch www.LED-Treiber.de ...

Weitere Blinker-Schaltungen - mit und ohne eigenem LED-Treiber folgen bei Gelegenheit an dieser Stelle ...

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[1] Diese 10Ω gelten aufgrund des unsymmetrischen Ausgangs (DIS ist ein MOSFET nach GND und Q ist nach +Ub hin hochohmiger als nach GND) auch nur zwischen diesen beiden verbundenen Anschlüssen und GND.