Transistor BC337


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Ausschaltverzögerung

Ausschaltverzögerung mit Transistor

Eine Ausschaltverzögerung realisiert nur mit einem Kondensator hat unter anderem den Nachteil, dass bei ihr nur relativ kleine zeitliche Verzögerungen zu erzielen sind. Werden längere Ausschaltzeiten benötigt, muss man auf andere Methoden umsteigen. Eine Alternative hierzu wäre die Verwendung eines Transistors.
Der Transistor wird in dem folgenden Beispiel der Last vorgeschaltet und fungiert wie ein Schalter, der vom Kondensator gesteuert wird. Zwar ist der Ausschaltvorgang eines solchen Gespann nicht für alle Anwendungen ohne weiteres geeignet, die Verzögerungen jedoch, die man mit der Methode erreichen kann, sind enorm.

Ein einfaches Beispiel dafür liefert die nachfolgende Schaltung:

ausschaltverzoegerung_mit_transistor.jpg

Beispielschaltung für eine Ausschaltverzögerung mit Transistor

Beim Betätigen des Tasters S1 wird der Kondensator C1 voll aufgeladen und gleichzeitig fließt durch den Widerstand R1 ein Basisstrom [Ib], der, sofern er den ausreichenden Wert erreicht, den Transistor aktiviert. Das ist bei betätigtem Taster S1 der Fall. Sobald der Transistor durchgeschaltet hat, fließt durch die Leuchtdiode LD1 Strom [Ic] und die Diode leuchtet auf. Der Zustand verharrt, solange wir den Schalter gedrückt halten.
Nach dem Loslassen des Tasters wird der Basisstrom des Transistors von dem Kondensator C1 geliefert, der hier die Aufgabe einer Ersatzspannungsquelle übernimmt. Der Kondensator entlädt sich allmählich. Durch die Entladung des Kondensators wird der Basisstrom [Ib] folglich immer schwächer, was wiederum dazu führt, dass auch der Kollektorstrom [Ic] immer schwächer ausfällt. Mit dem immer weiter kleiner werdenden Kollektorstrom leuchtet die Leuchtdiode LD1 immer schwächer, bis sie schließlich ganz ausgeht.
Die Stärke des Kollektorstroms, der durch den Transistor durchgelassen wird und schließlich für die Leuchtkraft unserer Leuchtdiode zuständig ist, ist von dem Basisstrom abhängig. Die beiden Ströme sind durch den Wert der Verstärkung des Transistors miteinander verbunden. Tendiert der Basisstrom gegen Null, wird der Kollektorstrom dann auch entsprechend kleiner. Bei einem bestimmten minimalen Wert des Basisstroms wird der Transistor gesperrt.

Ausschaltverzoegerung mit Transistor - Testschaltung

Testschaltung

Die zeitliche Verzögerung ist von der Kapazität des Kondensators C1 und des Basiswiderstandes R1 abhängig. Vergrößert man einen von diesen Werten, steigt entsprechend die zeitliche Ausschaltverzögerung an.
Die Zeit-Berechnungen beruhen auf der Formel t=R*C. Dabei ist t die Zeitkonstante des Kondensators, die besagt, nach welcher Zeit sich ein Kondensator zu etwa 37 % entladen hat. Nach einer Zeit, die etwa fünfmal so lang ist wie die Zeitkonstante, gilt ein Kondensator als vollständig entladen.

Ein kurzes Video veranschaulicht die Funktionalität der Schaltung.

Ausschaltverzögerung mit Transistor und Kondensator

Ausschaltverzögerung mit Transistor und Relais

Um das Aus-Verhalten etwas schlagartiger zu gestalten, setzen wir jetzt ein Relais ein. Der Transistor steuert jetzt das Relais an, das wiederum mit seinem Schließer-Kontakt unsere Leuchtdiode ein- und ausschaltet.
Als Beispiel setzen wir folgende Schaltung ein:

Ausschaltverzoegerung mit Transistor und Relais

Ausschaltverzoegerung mit Transistor und Relais - Schaltung

Das Ein- und Ausschalten des Transistors erfolgt unverändert, genauso wie in davor gehender Schaltung. Mit dem Taster S1 aktivieren wir den Transistor T1, dessen Basisstrom, nachdem Taster S1 losgelassen wird, von dem Kondensator C1 geliefert wird.
Der Transistor, nachdem er durchgeschaltet hat, schaltet jetzt das Relais K1 ein. Über den Schließer-Kontakt wird dann folglich die Leuchtdiode LD1 eingeschaltet.
Nachdem der Taster S1 losgelassen wird, fängt der Kondensator sich über den Widerstand R1 zu entladen an und liefert den Basisstrom. Da die Spule des Relais einen bestimmten Wert an Strom braucht, um im eingeschalteten Zustand zu bleiben und Schaltkontakte geschlossen zu halten, schaltet sie ab, noch bevor der Kondensator vollständig entladen ist. Damit wird die Leuchtdiode sprunghaft abgeschaltet.
Da jedoch wegen langsamer Entladung des Kondensators auch der Kollektorstrom [Ic] nur langsam fällt, verläuft der Abschaltvorgang des Relais ebenfalls langsam. Damit ist eine solche Ansteuerung eines Relais , mit dem man große Lasten schalten will, nicht empfehlenswert. Das langsame Öffnen der Kontakte würde bei großen Strömen zur Bildung von Lichtbögen und zur Zerstörung der Kontakte führen. Auch hier kann man alternativ das Relais K1 als Koppelrelais einsetzen und mit ihm das lastschaltende Relais (Schütz) ansteuern.

Ausschaltverzoegerung mit Transistor und Relais - Testschaltung

Testschaltung auf Steckbrett

Die Ausschaltverzögerungszeit ist hier ebenfalls von dem Kondensator C1 und dem Basiswiderstand des Transistors R1 abhängig. Steigen diese Werte, verlängert sich auch die Ausschaltzeit.
Zu beachten ist, dass die Spule eines Relais durch Selbstinduktion bei Abschalten eine hohe entgegengesetzte Spannung erzeugt. Diese Spannung kann zur Zerstörung des Transistors führen. Daher ist es notwendig, diese Spannung durch entsprechende Maßnahmen abzufangen. Diese Aufgabe übernimmt in der Schaltung die Freilaufdiode D1 (in dem Beispiel 1N4148).

Veranschaulichung der Schaltung mit einem Video:

Ausschaltverzoegerung mit Transistor und Relais

Der hier eingesetzte Transistor ist ein NPN-Transistor BC337. Der Transistor ist stromgesteuert, schaltet die Ströme bis zu 100mA und kann als Verstärker und Schalter eingesetzt werden. Der BC337 hat eine Verstärkung zwischen 60 und 600.


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