Dimmung für unsere LED Schreibtischlampe

Normalerweise würde man LEDs via PWM steuern. Kurz erklärt geschieht bei dieser Steuerung folgendes: Anstatt die anliegende Spannung an den LEDs zu verringern, schaltet man diese ganz schnell hintereinander an und wieder aus. So schnell, dass es das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann. Es gibt also immer eine Zeitspanne, in der die LEDs aus sind und eine Zeitspanne, in der die LEDs an sind. Umso länger nun die Zeitspanne ist, in der die LEDs aus sind, desto dunkler leuchtet die LED für unser menschliches Auge und desto stärker ist die Dimmung.

Für diese Steuerung bräuchten wir einen Mikrocontroller. Zudem hat diese Schaltung den Vorteil. dass man mit einer konstanten Spannung arbeitet. Durch das An- und Ausschalten der LEDs sind diese auch im Totalen kürzer an als wir wahrnehmen, wodurch sie sich nicht so stark erhitzen.

All diese Vorteile interessieren uns aber nicht, denn in diesem Tutorial werde ich die LEDs mittels  der Spannung dimmen. Warum? Weil es viel einfacher ist als eine PWM-Dimmung und zudem völlig ausreichend für dieses Projekt ist.   „Immer den Weg des geringsten Widerstands“ 😉

Natürlich könnt ihr auch eine Dimmung mittels NE555 bauen. Ich werde aber weder dafür, noch für eine Dimmung mittels Potentialveränderung hier präsentieren. Dafür gibt es schon massig Tutorials im Internet. Vielmehr geht es mir darum, euch das Prinzip der Spannungsregelung zu vermitteln.

 

Entwicklung der Dimmung:

Ich habe mich dafür entschieden, die Spannung mittels des Festspannungsreglers 7805 zu regeln. Wie das geht, werde ich in einem Versuchsaufbau zeigen:

Zunächst nehmen wir uns den 7805 und klemmen ihn auf das Breadboard. Wir verbinden den Pluspol des Labornetzteils mit dem ersten Pin (Orientierung siehe Bild) des Festspannungsreglers. Der mittlere Pin geht gegen die Masse des Labornetzteils und des Spannungsausgangs. Der rechte Pin (Orientierung siehe Bild) ist der das Ausgangsspannungsplus. Wenn wir nun das Potential zwischen Plus und Minus am Ausgang messen, kommen wir bei einer Eingangsspannung ab 7 Volt bis 12 Volt auf eine konstante Spannung von 4,8 Volt im Leerlauf.

 

Naja gut, jetzt haben wir eine feste Spannung, die uns weiter nichts bringt. Wenn wir jedoch ein Potentiometer zwischen den mittleren Pin des 7805 und Masse schalten, sieht das ganze schon etwas anders aus. Den mittleren Pin des Potentiometers verbinden wir mit dem mittleren Pin des 7805. Das ganze sieht im Versuchsaufbau dann so aus:

 

 

Und der Schaltplan dazu:

 

Wie ihr sehen könnt, habe ich symbolisch für die LED Leiste eine einfache LED eingezeichnet. Solche und ähnliche Schaltpläne findet man im Internet zu genüge. Leider werden sie nie wirklich erklärt. Das hole ich jetzt nach.

Wichtig! Vergesst nicht den Vorwiderstand der LED Leiste. Ich habe hier stellvertretend einen 0Ω Widerstand eingezeichnet, der jedoch an eure LED Leiste angepasst werden muss. Je nachdem, welche Schaltung ihr bei den einzelnen LEDs umgesetzt habt, müsst ihr diesen unbedingt anpassen. Zudem kann man, um die Spannung noch zu glätten, zwei Kondensatoren zwischen Plus und Minus schalten. Einmal vor dem Festspannungsregler und einmal danach. 100 nF sind dabei völlig ausreichend, es können aber auch 220 nF Keramikkondensatoren sein.

Nun schauen wir uns die Messergebnisse an, wenn wir das Potentiometer eingebaut haben. Sie bewegen sich, je nachdem wie weit man das Potentiometer aufdreht, bei bis zu 10,5 Volt. Mit einem passenden Vorwiderstand können wir nun die LED dimmen.

 

Die Erklärung:

Was ist nun aber passiert? Ganz einfach! Wir haben sozusagen einen kleinen Spannungsteiler gebaut. Wenn wir das Poti entfernen, liegen zwischen GND des 7805 und GND der Stromquelle ca. 11 Volt an. Und jetzt erklärt sich einiges. Das Potentiometer ist im Widerstand bis zu 1 kΩ regelbar. Bei vollem Widerstand im Poti, sind beide Wege für den Strom ein gleich großes Hindernis. Somit teilt er sich auf beide Wege auf. So wird aus den anfangs 5 V beim 7805 out (mit Verlusten) 10,5 Volt. Drehen wir das Poti soweit runter, dass der Widerstand fast bei 0Ω ist, liegen lediglich nur noch 5 Volt bei out an. Warum? Weil der Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes nimmt. Somit müssen wir eigentlich nur darauf achten, dass die Werte des Widerstandes und des Potis möglichst identisch sind. 1 k stehlt dabei einen guten Kompromiss zwischen Regelbarkeit und niedrigem Verlust dar.

 

Anmerkung: Ich weiß, dass viele Elektrotechniker die Hände vor dem Kopf zusammenschlagen werden, wenn sie dieses Tutorial lesen. Es ist nicht professionell, und das weiß ich auch. Aber ich sehe meine Funktion darin, die Menschen an Technik zu begeistern und in das Thema hineinzuschnuppern. Deshalb, um den Schutz anderer zu bewahren, sind meine Projekte immer auf 12 Volt basierend. Ich kaufe diese 12 Volt Netzteile, achte auf umfangreiche Schutzmechanismen und auf eine CE Kennzeichnung. Aus diesem Grund übernehme ich keine Haftung für Sach- oder Personenschäden, die beim Nachbau auftreten könnten.

Ich bitte um Verständnis.

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