Infrarot - Magisches Licht

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt Ersatz
1 Batterie/Spannungsquelle 9V    
1 IR-Leuchtdiode LD271 LD274
1 IR-Transistor BPW96 BPW40
2 Transistor BC548C (BC546C-BC550C)  
2 Widerstand 470 Ohm    
1 Widerstand 1,0 kOhm    
1 Widerstand 47 kOhm    
1 Mikrotaster  
1 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm  
1 Multimeter    

 

 

Grundlagen

 

Moderne Unterhaltungsgeräte sind ohne sie nicht mehr vorstellbar, die Fernbedienung. Viele moderne Fernsehgeräte besitzen, außer dem Netzschalter, schon gar keine Bedienelemente mehr. Alle Einstellungen erfolgen ausschließlich über die Fernbedienung.

 

Solche Fernbedienungen haben alle etwas gemeinsam. Sie arbeiten mit Licht im Infrarot-Bereich. Dieses ist für Menschen nicht sichtbar und nahezu störunempfindlich. Es werden sogar Lichtschalter angeboten, die sich mit IR-Fernbedienungen ein- bzw. ausschalten lassen. Auch einige Modellbahnen für Kinder haben als Steuerung eine Fernbedienung, worauf der Zug dann entsprechend reagiert.

 

Damit sich die einzelnen Geräte nicht ins Gehege kommen, hat sich die Industrie ein Übertragungsprotokoll überlegt. Damit kann dann das entsprechende Gerät feststellen ob es reagieren soll oder ein anderes Gerät gemeint war. Dieses Protokoll nennt sich RC5-Protokoll. Darin sind die einzelnen Befehle für diversen Geräte festgehalten. So ist es garantiert, das bei der TV-Fernbedienung auch wirklich nur der Fernseher reagiert und nicht das Radio auf einmal den Sender wechselt.

 

IR-Leuchtdiode und Transistor

 

Die beiden IR-Elemente, die wir hier verwenden, besitzen jeweils ein 5mm-LED-Gehäuse. Man kann die Leuchtdiode sehr gut vom Transistor dadurch unterscheiden indem man sich nur die Gehäuse ansieht. Die Leuchtdiode besitzt ein rauchglasfarbenes Gehäuse während der Transistor in einem klaren Gehäuse sitzt.

Die Anschlussbelegung kann man, wie bei einer Leuchtdiode, an den Drahtlängen erkennen oder auch durch den Innenaufbau. Bei der IR-LED muss man diese gegen das Licht halten, da ansonsten der Aufbau nur schwer erkennbar ist.

Beim Transistor fällt sofort auf, dass dieser nur 2 Anschlüsse besitzt. Der dritte Anschluss, die Basis, fehlt hier. Die Basis wird durch das einfallende IR-Licht ersetzt. Je nach Lichtstärke, steuert der Transistor mehr oder weniger durch.

 

 

Wir senden IR-Signale

 

 

Nebenstehend ein einfacher IR-Sender. Er besteht nur aus der Infrarot-Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand und einem Taster. Es ist wohl unschwer zu erkennen, dass die LED aufleuchtet, sobald der Taster betätigt wird.

Um diese Schaltung auf dem Steckboard aufbauen zu können, müssen die Anschlussdrähte der LED im 90° Winkel abgeknickt werden. Es ist aber zu beachten, dass in die richtige Richtung abgewinkelt wird.

Wer nun, nach Anlegen der Betriebsspannung, den Taster betätigt wird nichts sehen. Dies ist auch richtig. Da wir IR-Licht nicht sehen können, scheint die Leuchtdiode nicht zu leuchten. Wir können aber durch eine Spannungsmessung nachweisen, dass sie entsprechend leuchtet.

 

Wer die Spannung über die LED misst, wird sehen, dass sich dort eine Spannung von ca. 1.1 - 1.2 V befindet. Dies ist weniger als bei einer normalen Leuchtdiode. Aber für eine IR-LED vollkommen ausreichend. Wer sich mal die Mühe macht und ins Datenblatt sieht, wird sehen, dass die Maximalspannung bei Dauerbetrieb hier ca. 1.3 V beträgt.

Wie können wir aber nun die IR-Strahlung sichtbar machen? Dazu benötigen wir einen entsprechenden Empfänger.

 

 

Einen entsprechenden Empfänger haben wir hier. Dafür verwenden wir ein 2. Steckboard. Dadurch haben wir ein wenig die räumliche Trennung zwischen Sender und Empfänger. Auch der IR-Transistor muss in 90°-Wickel abgeknickt werden. Wer mag, kann auch gerne jedes Board mit einer eigenen Spannungsquelle versorgen. Dann sind nur die beiden Drahtbrücken zu entfernen die beide Boards miteinander verbinden.

Nach Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung, kann nun der Taster betätigt werden. In diesen Moment leuchtet die normale Leuchtdiode auf und verlischt wieder, wenn der Taster losgelassen wird. Was passiert hier nun?

Wie wir schon festgestellt haben, sendet die Leuchtdiode D1 beim Betätigen des Tasters ein Infrarot-Licht aus. Der Transistor T1 empfängt dieses, steuert durch und gibt die CE-Strecke frei, womit die Leuchtdiode D2 aufleuchtet.

Mit dieser kleinen Schaltungen kann man auch das Licht der vorhandenen Fernbedienungen sichtbar machen. Einfach eine Fernbedienung nehmen, ziemlich dicht an den Transistor halten und eine Taste auf der Fernbedienung betätigen. In diesen Moment wird D2 schnell flimmern. Sie zeigt uns im Prinzip die Signale der Fernbedienung an. Man sollte aber keine Fernbedienung verwenden, dessen zugehöriger Empfänger aktiv im gleichen Raum ist.

Vergrößert man nun den Abstand zwischen Sender und Empfänger so wird der Nachteil dieser Empfängerschaltung schnell klar. Nach einigen cm. Abstand leuchtet die LED schon fast gar nicht mehr wenn der Taster betätigt wird. Nun wäre es möglich, den Strom durch die IR-LED noch etwas zu erhöhen, welcher dann auch noch etwas den Lichtstrom erhöht. Aber auch dies bringt nur ein paar cm mehr. Wie schaffen moderne Geräte es dann, Reichweiten von einigen Metern zu erreichen?

Der einfachste Weg dies zu erreichen ist das Verstärken des Stroms vom IR-Transistor.

 

 

Die Empfangsempfindlichkeit wird erhöht

 

 

Bei dieser Schaltung wird der Strom, den der IR-Transistor T1 durchschaltet mit Hilfe von T2 verstärkt und damit die Leuchtdiode angesteuert. Somit reicht ein erheblich geringerer Lichtstrom aus, um die LED zum Aufleuchten zu bringen.

Mit Hilfe dieser Verstärkerstufe sind schon Reichweiten von gut 1 m möglich. Von einer richtigen 'Fernbedienung' kann man hier leider noch nicht sprechen. Dazu müssen wir die Empfindlichkeit des Empfängers noch weiter erhöhen.

 

 

Um die Empfindlichkeit noch weiter zu erhöhen, wurde die einfache Transistorstufe durch eine Darlington-Schaltung ersetzt (Siehe Der Transistor - Ein Tausendsassa). Mit dieser Schaltung sind jetzt schon Reichweiten von gut 3 m möglich. Wer noch empfindlichere Verstärker einsetzt erreicht noch weitere Strecken. Ein Problem haben wir bei dieser Schaltung jedoch.

Es kann nun auch vorkommen, dass die LED aufleuchtet, obwohl kein Signal vom Sender kommt. Die Ursache hierfür ist in den anderen Lichtquellen und im Sonnenlicht zu finden. Diese enthalten teilweise ja auch Infrarot-Anteile und bedingt durch die hohe Verstärkung des Empfängers, reicht dies aus, damit die LED aufleuchtet. In der Praxis wird diesem Phänomen durch Farbfilter vorm IR-Transistor vorgebeugt. Diese Filter lassen dann nur Licht durch, welches genau der Bandbreite der Sender-LED entspricht.

 

 

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