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LED-Dimmer mit CD40106BE

In dem folgenden Experiment versuchen wir eine Leuchtdiode mithilfe eines Logik-Bausteins zu dimmen. Zum Einsatz kommt der Logik-Baustein CD40106BE, der uns sechs NOT-Gattern zur Verfügung stellt. Die Aufgabe könnte man auch mit anderen Gattern realisieren, notwendig wäre lediglich eine kleine Änderung der Verdrahtung. Auf den ersten Blick kann eigentlich ein Gatter nicht für Dimmzwecke verwendet werden. Er liefert uns nämlich entweder „logische 0“ als LOW-Signal oder „logische 1“ als HIGH-Signal. Es existieren also in der Gatter-Welt keine Werte dazwischen, die zum Andimmen eines Verbrauchers benutzt werden könnten.
Das stimmt, deswegen wird unserer LED-Dimmer in zwei Schritten verwirklicht. In dem ersten Schritt werden aus den „0“ und „1“ – Signalen, die uns ein Gatter liefern kann, ein PWM-Signal gebildet. Erst mit diesem PWM-Signal wird die Helligkeit einer Leuchtdiode manipuliert.
Ein PWM-Signal ist eine Reihenfolge aus Impulsen, die bei konstanter Frequenz generiert werden und deren Länge man bestimmen kann. Man kann sagen, dass ein PWM-Signal das digitale Abbild eines einfachen analogen Signals ist. Worauf es beim Dimmen ankommt, ist die Effektivspannung, die sich aus den PWM-Impulsen ergibt. Sind die Impulse kurz, die Pausen zwischen ihnen dagegen lang, fällt die Effektivspannung, die Leuchtdiode wird dunkler. Haben wir jedoch eine umgekehrte Situation, lange Impulse mit kurzen Pausen, steigt die Effektivspannung und die Leuchtdiode wird heller.

CD40106BE

Der Hauptakteur unserer Schaltung ist die integrierte Schaltung CD40106BE. Der Baustein beinhaltet sechs NOT-Gatter, die separat benutzt werden können und mit Schmitt-Trigger Komponenten ausgestattet sind. Die Ausgänge können mit bis zu 6,8 mA belastet werden. Das reicht für unser Experiment. Bei größeren Belastungen muss ein Verstärker zwischen den NOT-Ausgang und Verbraucher wie z.B. ein Transistor eingepflegt werden.
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Das Prinzip der Bildung eines PWM-Signals mit einem NOT-Gatter ist nicht kompliziert.

Die Gesamtfrequenz bestimmt der Kondensator C1, der abwechselnd auf- bzw. entladen wird. Ist der Kondensator entladen, herrscht am Eingang A des NOT-Gatters LOW-Signal. Folglich herrscht an seinem Ausgang ein HIGH-Signal. Dank dessen wird der Kondensator über die Diode D2 und ein Anteil von P1 aufgeladen. Sobald er aufgeladen wurde, schaltet der NOT-Gatter um und hat jetzt ein LOW-Potenzial am Ausgang. Der Kondensator entlädt sich jetzt über den zweiten Anteil von P1 und die Diode D1. Der Vorgang wiederholt sich laufend und auf diese Weise entsteht ein periodisches Signal, das aus einer Reihe von Impulsen und Pausen besteht.

Schaltplan

In der Schaltung werden zwei NOT-Gatter in Anspruch genommen. Um eine LED dimmen zu können, ist dies nicht zwingend notwendig. Dank der Maßnahme bekommt man jedoch ein sauberes PWM-Signal am Ausgang. Das PWM-Signal wird durch kleine Spannungsabfälle an den Dioden D1 und D2 etwas verzerrt. Die Einstellung der Helligkeit der Leuchtdiode erreicht man mit dem Potentiometer P1.

Testschaltung

Kurzvideo

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