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Elektor

7-8/99

Entwurf von Stefan Knorr

Was wäre ein Elektor-Halbleiterheft ohne Fahrradstandlicht? Die
hier gezeigte Version zeichnet sich durch sehr kleine Abmessun-
gen, leichte Installation und geringen Materialbedarf aus. Es ist
so klein, daß es in ein Fahrrad-Rücklicht eingebaut werden kann.
Im Gegensatz zur ´98er-Schaltung wird die LED durch einen 555-
Timer mit einem Tastverhältnis von etwa 10 % angesteuert. Dies hat
einen äußerst geringen Stromverbrauch zur Folge, so daß der
Goldcap C2 (1 F/5,5 V) recht lange Energie an das Rücklicht lie-
fern kann. Der Energiespeicher wird während der Fahrt über eine
Gleichrichterbrücke und den 5-V-Low-drop-Spannungsregler IC1
geladen. Die Begrenzung auf 5 V ist notwendig, damit der Goldcap
nicht zerstört wird!

Steht das Rad, versorgt der Goldcap den Timer, der als astabi-
ler Multivibrator geschaltet ist. Zugunsten eines niedrigen Strom-
verbrauchs wird die CMOS-Version des 555 eingesetzt. Mit der
gegebenen Dimensionierung beträgt die Einschaltzeit etwa 0,02
s, während die LEDs für 0,25 s keinen Strom erhalten. Für die
beiden LEDs sollte man natürlich möglichst helle Typen aus-
wählen, auch wenn Exemplare mit 2000 mcd oder darüber auch
ein paar Mark mehr kosten. Der Aufbau auf der Platine in Bild
2 ist ein Kinderspiel.

(994022)rg

R2

33k

R1

330k

R3

47

Ω

C3

100n

C4

1

µ

16V

C2

1F
5V5

C1

100

µ

25V

LP2950CZ5.0

IC1

IC2

DIS

THR

OUT

555

TR

CV

2

7

6

4

R

3

5

8

1

D2

D3

B1

B40C1500

994022 - 11

G1

994022-1

(C) ELEKTOR

B1

C1

C2

C3

C4

D2

D3

IC1

IC2

R1

R2

R3

994022-1

994022-1

(C) ELEKTOR

066

Fahrradstandlicht

Stückliste

Widerstände:
R1 = 330 k
R2 = 33 k
R3 = 47

Ω

Kondensatoren:
C1 = 100

µ/25 V stehend

C2 = 1 F/5V5 Goldcap
C3 = 100 n keramisch
C4 = 1

µ/16 V stehend

Halbleiter:
B1 = B40C1500 rund
D2,D3 = LED high luminosity
IC1 = LP2950CZ5.0
IC2 =TLC555CP

1

2

067

Ein kleines Netzgerät mit sowohl positiver wie auch negativer Aus-
gangsspannung wird im Elektronik-Laboralltag regelmäßig
gebraucht. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine sehr präzise
Spannungsquelle, die auch bei erhöhten Anforderungen an die Sta-
bilität der gelieferten Spannung eingesetzt werden kann. Die Aus-
gangsspannung wird dabei von einer positiven Referenz abgeleitet
und mit Hilfe eines Präzisions-Differenzverstärkers vom Typ
INA105 sowohl im positiven als auch im negativen Spannungsbe-

reich eingestellt. In der Schaltung liegt die von der Referenzspan-
nungsquelle REF102 gelieferte Referenzspannung von 10 V an
einem Potentiometer, dessen Schleifer mit dem nichtinvertieren-
den Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist. Normaler-
weise liegt dieser Eingang bei der Beschaltung eines Opamps als
invertierender Verstärker an Masse. Das ist auch der Fall, wenn der
Schleifer nach Masse gedreht ist. Die Verstärkung von –1 stellt sich
dann mit einer Genauigkeit von max. 0,01 % ein, und die Aus-
gangsspannung beträgt somit exakt –10 V. In der anderen Endstel-

Einstellbare Spannungsquelle
–10...+10 V

81

Elektor

7-8/99

lung des Schleifers ist der nichtinvertierende Eingang mit +10 V
verbunden, so daß wir es mit einem nichtinvertierenden Verstär-
ker mit 1facher Verstärkung zu tun haben, wobei die Genauigkeit
max.

±0,001 % beträgt. Die Ausgangsspannung entspricht jetzt

genau der Referenzspannung von +10 V. In der Mittelstellung des
Potis heben sich die positive und die negative Verstärkung gerade
auf, so daß die Ausgangsspannung 0 V beträgt. Die Einstellgenau-
igkeit im Bereich zwischen –1,0 V und +1,0 V hängt von der
Genauigkeit des Potentiometers ab (oder von der Genauigkeit des
Voltmeters, das für die Anzeige der Spannung bei der Einstellung
verwendet wird). Was das Potentiometer betrifft, gibt es bei 10-
Gang-Potis durchaus welche mit einer Linearität von 0,01 %.
Anstelle des für die Referenzspannung verwendeten ICs REF102
mit 10 V Ausgangsspannung kann man natürlich auch andere ICs
mit abweichender Referenzspannung einsetzen (z.B. + 5 V), falls
ein anderer Ausgangsspannungsbereich gewünscht wird. Die
maximal mögliche Referenzspannung wird durch den zulässigen
Eingangsspannungsbereich des Differenzverstärkers festgelegt.

(994050e)

Applikation: Burr-Brown

10k

lin.

REF102

IC1

1 0 V

6

4

2

U

OUT

+10V...–10V

994050 - 11

AP

Difference Amp

INA105KP

IC2

25k

25k

25k

25k

R2

R1

R3

R4

6

5

2

1

3

7

4

C1

10

µ

25V

C2

10

µ

25V

C4

100n

C3

100n

C5

100n

15V

15V

068

Quelle: Burr-Brown

Mit zwei Opamps, zwei Zenerdioden und wenigen weiteren Bau-
teilen kann man eine Begrenzerschaltung realisieren, die mit
genau definierten symmetrischen Begrenzerschwellen arbeitet.
Die Begrenzerschwellen sind im Bereich 0...

±11 V kontinuierlich

einstellbar. Der harte, präzise Begrenzereinsatz wird durch eine
Überalles-Gegenkopplung erreicht.
Innerhalb des zu begrenzenden Spannungsbereichs (

±V

L

) sper-

ren die Zenerdioden D1 und D2; das Ausgangssignal von IC1b
wird über R4 zum invertierenden Eingang von IC1a rückgekop-
pelt. Gleichzeitig wird IC1b über Poti P von IC1a gesteuert. Wegen

der Gegenkopplung muß die Spannung am invertierenden Ein-
gang von IC1a der Spannung U

i

folgen, die am nichtinvertie-

renden Eingang von IC1a liegt.
Auch die Spannung am invertierenden Eingang von IC1b muß
zwangsläufig den Wert von Eingangsspannung U

i

annehmen. An

R4 fällt keine Spannung ab, da kein Strom in den invertierenden
Eingang von IC1b fließt. Aus diesem Grund folgt auch die Span-
nung am nichtinvertierenden Eingang von IC1b der Ein-
gangsspannung U

i

. Damit gilt für die Ausgangsspannung die

Beziehung
U

O

=(1 + R3/R2)

⋅U

i

unter der Voraussetzung, daß
-V

L

<U

O

<+V

L

und

V

L

= x [(1+R3/R2)]

⋅(V

Z

+V

F

) ist.

Hierbei gibt x das Spannungsteilerverhältnis von Poti P an,
während V

Z

die Zenerspannung und V

F

die Spannung in

Durchlaßrichtung ist. Daraus folgt: Solange die Ausgangsspan-

6

5

7

IC1b

R3

10k

R1

1k

R4

1k

R2

13k

C1

2n2

20k

P

D2

5V6

D1

5V6

2

3

1

IC1a

IC1 = OPA2111

994051 - 11

IC1

8

4

C2

10

µ

25V

C4

100n

C3

10

µ

25V

C5

100n

15V

15V

U

i

U

o

U

o

V

L

-V

L

U

i

994051 - 12

Präzisionsbegrenzer