Die Dioden und Leuchtdioden auf der Modelleisenbahn
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Modellbahnelektronik
Vertiefungsthema: Die Dioden und Leuchtdioden im Einsatz auf Modelleisenbahnanlagen






Leuchtdioden oder Dioden auf der Modelleisenbahn

Diese Frage ist leicht zu beantworten.
Dioden sind Gleichrichter, sprich: sie lassen den Strom nur in einer Richtung durch. Dies ist z.B. besonders bei Weichenschaltungen interessant, wenn eine Richtungsanzeige auf dem Schaltpult erfolgen soll.
Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Beleuchtung von Häusern und Lampen. Die Leuchtdioden verbrauchen im Gegensatz zu Lämpchen bedeutend weinger Strom; dies spart Leistungstrafos. Ferner können insbesondere bei N-Anlagen auch kleinste Modelle, wie z.B. ein Lagerfeuer beleuchtet werden.

Aber nun der Reihe nach:


Eigenschaften von Dioden
Eine Diode hat, wie bereits gesagt, die Eigenschaft Strom nur in einer Richtung durch zu lassen. Es gibt Röhrendioden und Halbleiterdioden. Da Röhrendioden für die Modelleisenbahn nun wirklich nicht geeignet sind und nur noch in speziellen Bereichen der Elektronik eingesetzt werden, belassen wir es bei den weiteren Ausführungen bei den Halbleiterdioden.

Bei Halbleiterdioden bringt man n (=negativ)- und p(=postiv)- dotiertes Halbleitermaterial in Kontakt zueinander und schließt an die beiden Halbleiterschichten jeweils ein Kabel an. Die Diode hat bekommt somit zwei Anschlüsse.

Diode-Aufbau


Ohne äußere Spannung befinden sich im n-dotierten Material eine ganze Reihe von negativ geladene Stellen und in p-dotierten Material positiv geladene Stellen. Positiv geladene Stellen heisst hier, dass dort ein (negativ geladenes) Elektron fehlt.
Man spricht auch von einem "Loch". Die Anzahl der freien Elektronen und der Löcher ist eine Materialkonstante und ändert sich nicht. Durch Anlegen von elektrischen Feldern kann lediglich die Position der Elektronen im Material beeinflussen.
Wird an die Diode eine Spannung derart gepolt angelegt, dass das n-dotierte Material mit dem positven und das p-dotierte Material mit dem negativen Pol verbunden ist, so sperrt die Diode.
Der Grund hierfür ist, dass sich ähnlich wie bei Magneten gleiche Ladungen abstoßen und unterschiedliche anziehen.
Elektronen sind immer negativ geladen und stoßen sich daher ab. Verbindet man das n-dotierte Halbleitermaterial der Diode mit dem positiven Pol einer externen Spannungsquelle, so wandern die Elektronen wegen der Anziehung in Richtung dieses Pols.
Gleichzeitig wandern die "Löcher" aus dem gleichen Grund in Richtung des negativen Pols. Dadurch gibt es in der Mitte der Diode keine freien Ladungen, weder Elektronen noch Löcher. Ohne frei bewegliche Ladungen gibt es aber keinen Stromfluss. Somit kann in dieser Richtung kein Strom fließen. Dazu auch das nachfolgende Bild.

Diode


Polt man die Diode um, wirken ebenfalls Anziehung und Abstoßung. Dieses Mal werden die Elektronen im n-dotierten Material durch die Elektronen der Spannungsquelle in Richtung Mitte verdrängt, wo sie den positiv geladenen Löchern (Loch heisst fehlendes Elektron!) sehr nahe kommen und mit nur wenig Energie d.h. Spannungsdifferenz auf eine Lochposition springen und dieses ausfüllen.
Im p-dotierten Material passiert das Gleiche:
Die positiv geladenen Löcher werden in Richtung Mitte gedrückt, wo sie einfach verschwinden, weil die Lochstellen von Elektronen aus der n-dotierten Seite besetzt werden.

Diode


Für jedes Paar aus Elektron und Loch, das in der Mitte der sogenannten Sperrschicht verschwindet, kann ein weiteres Elektron in das n-dotierte Material nachfließen und wird sofort in Richtung Mitte gedrückt. Auf der anderen Seite passiert das Gleiche mit einem Loch. Doch halt: Löcher können nicht einfach durch den metallischen Anschlussdraht fließen, so wie dies im obigen Bild dargestellt ist. Aber Löcher, d.h. fehlende Elektronen, die gedanklich im Bild nach rechts fließen, bedeuten nichts anderes, als dass Elektronen in der umgekehrten Richtung fließen. Die Löcherleitung findet somit nur im p-dotierten Material statt, so dass der Löcherfluss im Anschlussdraht nur ein Denkmodell ist. Die Anzahl der Elektronen im n-dotierten und die Anzahl der Löcher im p-dotierten Halbleitermaterial ist immer konstant. Dort, wo der Anschlussdraht mit dem p-dotierten Material verbunden ist, fließt ein Elektron in Richtung der positiven Spannungsquelle und hinterlässt im Halbleitermaterial daher ein Loch, wenn ein Loch in der Nähe der Sperrschicht verschwindet. Somit fließen Elektronen in das n-dotierte Material hinein. Aus dem p-dotierten Material fließen hingegen Elektronen in exakt der gleichen Anzahl hinaus. Dies bedeutet, dass ein Stromfluss stattfindet und die Diode leitet.






Welche Dioden gibt es nun, die für den Modellbahner wichtig sind

Zu unterscheiden ist zwischen:

- Gleichrichterdioden
- Leuchtdioden
und
- Fotodioden


Sehen wir uns mal die Gleichrichterdiode an

Diodenzeichen      Gleichrichterdiode      Schaltdbild


Die Gleichrichterdiode ist eine sog. Stromsperrdiode. Sie lässt also Strom nur in einer Richtung fließen.
Überall da, wo Wechselspannung in Gleichspannung umgeformt werden soll, werden deshalb Gleichrichterdioden eingesetzt.
Gleichrichterdioden werden je nach Anwendungszweck in verschiedenen Bauformen hergestellt. Für Modellbahner ist aber fast immer die runde Form zweckmäßig.
Der Einsatzbereich von Gleichrichterdioden im Modellbahnbereich ist vielfältig. Sie reicht von der Umwandlung von Wechselspannungen in Gleichstrom bis zur Pendelzugsteuerung

Beispiele für den Einsatz von Gleichrichterdionen im Modellbahnbereich:

a) Pendelzugsteuerung
Eine Pendelzugsteuerung ist nichts anders, als dass ein Zug automatisch zwischen zwei Haltepunkten hin und her fährt. Damit das Fahrgleis automatisch umgepolt werden kann, kommen Gleichrichterdioden zum Einsatz.

Pendelzugsteuerung


b) Gleisbelegtmelder
Ein Gleisbelegtmelder bingt eine elektronische Meldung an die Fahrzentrale, wenn ein ausgewählter Gleisabschnitt von einem Zug besetzt wird und der Zug gewollte Schaltvorgänge auslöst (z.B. Abfahren eines zweiten Zuges).
Für diese Aufgaben gibt es viele verschiedene Lösungsansätze, auch analoge. Man braucht also nicht gleich eine Digitalanlage um eine derartige Schaltung zu installieren. In der analogen Bauweise werden aber dann Dioden benötigt.

Gleisbesetztmelder


Die vorliegende Schaltung ist einfach. Sie geht davon aus, dass dort, wo Strom an einen Verbraucher fließt auch die Spannung abfällt. In die Zuleitung zum Gleis wird deshalb ein Relais gesetzt, das beim Durchfahren des Gleisabschnittes durch den dann fließenden Strom anzieht. Die Schaltung nutzt den Spannungsabfall an einer Diodenstrecke zur Entdeckung des Zuges bzw Verbrauchers. Der Spannungsabfall ist sehr gering (ca. 0,7 V) und beeinträchtigt die an den Gleisen anliegende Fahrspannung nicht. Immer dann, wenn in den Gleisabschnitt - GÜ - eine Lok oder ein stromaufnehmenden Waggon einfährt, fließt der Fahrstrom über die aus D1 und D2 bestehende Diodenstrecke.

c) Signalsperrstrecke
Ein weiterer interessanter Anwendungsbereich für Dioden ist der Bau einer Signalsperrstrecke.
Zur Beeinflussung der Zugfahrt mit den Signalen enthalten die Signale (i.d. Regel das Hauptsignal und nicht das Vorsignal) Doppelspulen, die über einen Anker zwei Kontakte betätigen können. Um nun einen Zug vor einem roten Signal halten zu lassen, müssen wir zuerst zwischen einem Dreileitersystem und einem Zweilietersystem unterscheiden. Wir wollen uns mal an einem Zweileitersystem die Schaltung ansehen. Zuerst muss vor dem Signal ein Halteabschnitt eingerichtet werden, in dem die Lok zum Halten kommt. Dazu sind auf einem Gleis (rechte oder linke Schiene) zwei Unterbrechungen herzustellen. Der Halteabschnitt sollte bei H0-Anlagen zwischen 40 cm und 50 cm betragen, bei N-Anlagen etwa die Hälfte. Die Länge des Halteabschnittes hängt von der gefahrenen Geschwindigkeit der Lok ab bzw. der dadurch entstehende Bremsstrecke.
Das Signal hat i.d. Regel zwei rote Anschlussdrähte, von denen einer den Fahrstrom erhält und der Andere durch das Betätigen des Signales den Strom fließen lässt oder sperrt Der "Eingang" des Signales wird mit dem Trafo oder einer anderen Stromquelle verbunden, der "Ausgang" mit einem Gleis innerhalb der Haltestrecke. Damit ein Zug, der in Gegenrichtung fährt durchfahren kann (also nicht gestoppt wird) wird eine Diode benötigt.

Signalsperrstrecke


d) Gleichrichterschaltung
Ein wichtiger Anwendungsbereich für Dioden ist der Bau einer Gleichrichterschaltung.
Wie euch ja bekannt ist, gibt es zwei Arten von Schaltungen:
- die Gleichstromschaltung
und
- den Wechselstromschaltung.
Bei der Wechselstromschaltung wird lediglich die Wechselstromspannung auf die erforderliche Spannung herunter transformiert (z.B. auf 16 Volt).
Bei der Gleichspannungsschaltung wird nicht nur die Wechselstromspannung z.B. auf 16 Volt herunter transformiert, sondern gleichzeitig auch eine Gleichstromspannung erzeugt. Damit können Verbraucher wie Gleistrommotoren für den Modellbahnbetrieb mit der entsprechenden Gleichspannung versorgt werden.
Nun wollen wir uns mal ansehen wie aus Wechselstrom Gleichstrom wird.
Dazu werden wieder Dioden benötigt. Insgesamt 4 Stück. Ferner benötigt man noch eine Platine. Insgesamt eigentlich ein einfacher Aufbau. Allerdings ist die dargestellte Schaltung nicht stabilisiert. Dies bedeutet, dass die Spanung je nach Verbrauch stark schwankt. Aber dieses Beispiel soll ja nur den Diodeneinsatz darstellen.

Gleichrichterschaltung


e) Prellbocksicherung
Ein Anwendungsbereich für Dioden ist auch der Bau einer Prellbocksicherung. Die nachfolgende Schaltung ist dazu geeignet, dass die Loks automatisch vor dem Prellbock halten. Die Prellbocksicherung ist eine sinnvolle Schaltung. Dadurch wird verhindert, dass die Loks, die zu schnell an den Prellbock heranfahren nicht den Prellbock oder sich selbst beschädigen. Das nachfolgende Schaltschema ist für das Zweileiter-Gleichstromsystem gedacht.

Gleichrichterschaltung


f) Diodenschaltung für die Anfahrsicherheit auf digitalen Anlagen
Gleich vorneweg - die Idee und die nachfolgenden Ausführungen stammen von Friedel Weber (www.moba-tipps.de/steuerung.html#Diode). Wir haben diese Idee von Friedel Weber als sehr interessant gefunden und deshalb hier kurz dargestellt. Detailiertere Infos sind über die besagte Webadresse zu bekommen. Das Beispiel ist für das Märklin-System gedacht.
Beim Dreileiter-System wird für Rückmeldungen an die digitale Zentralstation in der Regel das „S88-System“ verwendet. Es wird jeweils eine der beiden Schienen aufgetrennt und verbindet die damit stromlos gewordene Schiene mit einen „S88-Decoder“. Wenn nun ein Zug über das so präparierte Gleis fährt, bekommt die Lok ihre Fahrspannung vom Mittelleiter und von einer anderen Schiene. Die Lok verbindet schon mit ihrem vorderen Drehgestell die aufgetrennte Schiene mit der „Masse“ (braunes Kabel). Diese Verbindung wird vom S88-Decoder ausgewertet und an die Zentrale als „besetzt“ gemeldet.
Ein Irrtum ist, dass auf diese Weise nur noch eine eingeschränkte Kontaktsicherheit bei digitalen Gleichstrombahnen vorherrscht, da ja nur noch das eine der beiden Gleisprofile Strom (Masse = "braun") führt. Dem ist aber nicht so.

Der Mittelschleifer hat immer Kontakt. Unterbrechungen können also nur beim zweiten Leiter (Gleis = Masse) auftreten. Aber auch da treten in der Regel keine Probleme auf. Große Lokomotiven schließen schon mit Ihren vorderen Laufrädern beide Gleisprofile kurz, wodurch sie nicht nur den Rückmeldekontakt auslösen sondern für alle folgenden Räder ebenfalls einen elektrischen Kontakt über beide Schienen ermöglichen. Und bei kurzen, zweiachsigen Loks bildet schon die erste Wagenachse eine vergleichbare Brücke, wodurch wieder beide Außengleise Strom führen. Also wird durch den Bau aller Gleise zu Rückmeldekontakten die Kontaktsicherheit nur wenig beeinflusst.

Dennoch kann es vorkommen, dass eine Lok eben doch stehen bleibt bzw nicht anfährt (was öfters der Fall sein dürfte). Dies kann an kleinen Verschmutzung am Gleis oder an der Lok liegen. es kann aber auch an der einer nicht mehr ordnungsgemäß liegenden Schiene liegen.

Um nun diesem Problem zu entgehen, wird die Trennstelle jeder Kontaktstrecke mit einer Diode (Sperrrichtung zum isolierten Gleisstück bzw. zum Rückmeldekontakt) überbrückt. Die Rückmeldung funktioniert weiter, denn sie arbeitet mit 5 Volt Gleichspannung und die wird durch die Diode zum Nebengleis gesperrt. Wenn nun eine Lok über die Hauptschiene keinen Strom bekommt - weil zum Beispiel die Schiene verschmutzt ist -, bekommt die Lok eine Halbwelle über die Kontaktschiene - und die bringt sie über die kritische Stelle hinweg.

Sperrdiodenschaltung



Es gibt sicherlich noch eine Vielzahl anderer Anwendungsbereiche für Gleichrichterdioden. Die vorliegenden Beispiele sollen euch lediglich einen Einblick in die Arbeitsweise der Dioden geben.

Weitere Schaltungsbeispiele sind über folgende Links zu sehen:
Seite von "Der Moba"







Leuchtdioden auch Lumineszensdioden genannt:

Diodenzeichen Leuchtdiode Leuchtdiode


Signalelemente und Anzeigefelder vieler technischer Geräte bestehen heute aus Leuchtdioden (= LED = light emitting diode).
In Leuchtdioden wird elektrische Energie in Licht umgewandelt.
Die Farbe des Lichts bzw. die Wellenlänge des Lichts wird vom Halbleiterkristall und von der Dotierung bestimmt. Neben der Farbe "rot" gibt es auch grüne, gelbe, orangene, blaue und weiße Leuchtdioden. Sie unterscheiden sich nicht nur in ihrer Farbe, sondern auch in ihren elektrischen Eigenschaften. Teilweise kann man die Farben nicht untereinander tauschen. Die Durchlassspannung ist unterschiedlich und stark vom Halbleitermaterial abhängig.
Die LED ist je nach Farbe aus unterschiedlichen Mischkristallen aufgebaut:
Aluminium-Indium-Gallium-Phosphat (AlInGaP) für Rot, Rot-Orange, Amber
Indium-Gallium-Nitrogen (InGaN) für Cyan, Weiß
grün (Gallium-Phosphid)
blau (Gallium-Nitrid)
infrarot (Gallium-Arsenid).

Der pn-Übergang einer LED wird in Durchlassrichtung betrieben. Beim Anlegen einer Spannung wird die durch die Rekombination von Elektronen und Defektelektronen in der Grenzschicht freiwerdendende Energie als Licht abgestrahlt.
LED's, die Licht im infraroten Bereich aussenden, werden insbesondere in Fernbedienungen eingesetzt. Fast jede Fernbedienung eines Fernsehgerät besitzt eine solche Diode.

Im Modelleisenbahnbau sind Leuchtdioden mittlerweile nicht mehr wegzudenken. Mit Leuchtdioden werden Lichtsignale (Beleuchtung), Weichen (Weichenbeleuchtung), Straßenlaternen, Hausbeleuchtung u.s.w. betrieben. Auch die Lokbeleuchtung wird bei modernen Modellen mit LED's betrieben.

Die gebräuchlichsten LED-Bauformen haben einen 5 mm oder 3 mm großen Durchmesser. Es gibt dann noch Jumbo-LEDs und Mini-LEDs, bis hin zur SMD-Größe. Wie jede andere Diode ist auch die LED polungsabhängig. Die eine Anschlussseite ist die Kathode, die andere Seite die Anode. Die Anode wird durch das längere Anschlussbeinchen gekennzeichnet.

Zur Kontrolle oder im Zweifelsfall kann man die Kathoden-Seite an der abgeflachten Stelle der Umrandung erkennen. Die Leuchtdiode schaltet sehr schnell vom leuchtenden in den nichtleuchtenden Zustand. Der Lichtstrahl kann bis in den MHz-Bereich getaktet werden. Allerdings ist dies für das menschliche Auge nur als "Leuchtbrei" sichtbar. Die Lebensdauer einer LED beträgt sagenhafte 106 Stunden.


Standard-Typen
Standard-Leuchtdioden haben einen Durchmesser von 5 mm. Sie leuchten bei 15 mA fast mit ihrer hellsten Leuchtstärke. Meist ist ein Strom von 10 mA schon ausreichend. Sie sind deshalb die häufigsten verwendeten Leuchtdioden in elektronischen Schaltungen

Dioden


Low-Current-Typen
Low-Current-Leuchtdioden haben einen Durchmesser von 3 mm. Sie leuchten schon bei 2 bis 4 mA wie Standard-Leuchtdioden bie 15 bis 20 mA. Einzig ihre Leuchtfläche ist geringer ausgelegt.


Dioden

Dioden


Eine Leuchtdiode muss immer mit einem Vorwiderstand oder einem strombegrenzenden Bauteil geschaltet sein. Mit einem Vorwiderstand wird der Durchlassstrom - IF -, der durch die Leuchtdiode fließt, begrenzt. Bei der Widerstandsbestimmung muss die jeweilige Durchlassspannung - UF - berücksichtigt werden.

Formel für die Vorwiderstandsberechnung
Dioden

Wichtig bei den Leuchtdioden ist, dass ein Vorschaltwiderstand vor gesetzt wird, da sonst die Diode ins Nirwana geht.


Durchlassspannungen von Leuchtdioden:

Rote Leuchtdiode: 1,65 Volt
Gelbe Leuchdiode: 2,1 Volt
Grüne Leuchtdiode: 2,7 Volt


Richtwerte für den Diodenstrom:
15 mA = 0,015 A
bei lowpower Leuchdioden: 1,5 mA = 0,0015 A

Wie der Vorwiderstand für eine Leuchtdiode berechnet wird, zeige ich euch am nachfolgenden Beispiel:

Leuchtdioden brauchen, wie bereits gesagt, immer einen Vorwiderstand, damit sie nicht zerstört werden. Wie dieser Vorwiderstand berechnet wird zeige ich euch am nachfolgenden Beispiel:

Die bekannte Formel hierfür lautet:

                            Betriebsspannung - Durchlassspannung
Vorwiderstand = ______________________________________
                                    Betriebsstromstärke

Nehmen wir nun folgende Leuchtdiode zu unserem Beispiel:
Betriebsspannung auf der Modellbahnanlage: 12 V
Wir nehmen eine rote Diode die in der Regel eine Durchlassspannung von 1,65 Volt aufweist.
Daraus errechnet sich ein Vorwiderstand von:

(12-1,65)/0,015 = 690 Ohm
Als Widerstand nehmen wir den nächsten Normwert mit 680 Ohm. Also eigentlich recht einfach zu berechnen.

Und damit es nicht vergessen wird, das nachfolgende Beispiel:


Vorwiderstandsberechnung von Leuchtdioden

Damit nicht alles "mit der Hand" gerechnet werden muss, ist nachfolgend ein LED-Widerstandsrechner dargestellt. Mit diesem Widerstandsrechner lassen sich Vorwiderstände samt Leistung für folgende Schaltungen bestimmen:

- Einzelschaltung,
- Reihenschaltung,
- Parallelschaltung
- gemischte Schaltungen.

Wenn die Durchlass-Spannung der zu verwendenden LED nicht bekannt ist, kann man aus dem Drop-Down Menü die Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs und deren Farbe auswählen. Für rote und gelbe LEDs sind 2.1 Volt hinterlegt, für orangefarbene 2.0 Volt und für grüne, blaue und weiße LEDs 3.4 Volt

Widerstandsrechner zur Bestimmung von LED-Vorwiderständen.

  LED in Einzelschaltung
Der einfachste Fall: 1 LED, 1 Widerstand. Mit dem Widerstandsrechner einfach zu bestimmen.
Berechnung: LED-Durchlass-Spannung eingeben oder auswählen, Betriebsspannung eingeben und Stromaufnahme der LED auswählen (Standard: 20 mA). "Berechnen"!

  LED in Reihenschaltung
Hier werden einfach die Durchlass-Spannungen aller LEDs in Reihe addiert (z.B. 3 weiße LEDs: 3 x 3.4 Volt = 10.2 Volt). Die Summe (hier 10.2 Volt) entspricht der Durchlass-Spannung. Es müssen noch die Betriebsspannung (in der Regel 12 oder 16 Volt) und die Stromaufnahme pro LED eingeben werden.
Vorteil dieser Schaltung: Der Stromverbrauch innerhalb der Reihenschaltung ist immer nur genau so viel, wie der einer einzelnen LED.
Nachteil dieser Schaltung: Betriebsspannung bestimmt die max. Anzahl der LEDs, da die Summe aller LEDs die Betriebsspannung nicht übersteigen darf.
Berechnung: LED-Durchlass-Spannung aller in Reihe geschalteten LEDs addieren und Summe der gemeinsamen Durchlass-Spannung eingeben oder Anzahl & Farbe aus dem Drop-Down-Menü auswählen, Betriebsspannung eingeben und Stromaufnahme der LED auswählen (Standard: 20 mA). Eingaben weiter unten

  LED in Parallelschaltung
Die Parallelschaltung ist ännlich einfach zu berechnen wie die Einzelschaltung, da hier jeder Strang wie eine einzelne Schaltung behandelt wird.
Vorteil dieser Schaltung: Es lassen sich LEDs mit unterschiedlichen Durchlass-Spannungen betreiben, die Schaltung ist unabhängig von der Bertiebsspannung.
Nachteil dieser Schaltung: Der Stromverbrauch wächst mit jeder angeschlossenen LED.
Berechnung: Wie bei der Einzelschaltung LED-Durchlass-Spannung eingeben oder auswählen, Betriebsspannung eingeben und Stromaufnahme der LED auswählen (Standard: 20 mA). Das Ergebnis gilt bei gleichen Strängen für jeden einzelnen. Eingaben weiter unten

  LED in gemischter Schaltung
Die gemischte Schaltung setzt sich aus der Reihen- und der Parallelschaltung zusammen. In einem Strang einer Parallelschaltung können ja auch mehrere LEDs in Reihe pro Strang sitzen.
Berechnung: Je nach Art der Schaltung (Einzel-, Reihen- oder Parallelschaltung) für jeden Strang wie oben beschrieben vorgehen. Eingaben weiter unten

Um den benötigten Widerstand zu berechnen, gebt einfach alle Werte in die hellen Felder ein (Komma bitte als Punkt eingeben - z.B.: "3.4" statt 3,4"). Die Werte findet ihr im jeweiligen Datenblatt der LED.
Widerstandsbestimmung für den Betrieb einer Standart-LED oder mehrerer LEDs in Reihe.

LED-Durchlass-Spannung Betriebsspannung Betriebsstrom
V V mA
zu vernichtende Spannung: V
Vorwiderstand: Ohm Nächster Wert: Ohm
Strom: mA Leistung: mW
Leistung von Widerständen:
< 100 mW = 1/10 Watt | < 250 mW = 1/4 Watt | < 500 mW = 1/2 Watt

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Der Rechner stammt von LED1.de.


Nun zu den Anwendungen. Wann setze ich Leuchtdionen ein
Leuchtdioden sind ideal für den Eisenbahnbetrieb. Ein schönes Beispiel ist hier die:

Rückmeldeanzeige beim Weichenbetrieb.
Bei Verwendung von Magnet-Weichenantrieben mit Endabschalter ist eine einfache Rückmeldung der Weichenstellung auf das Stellpult möglich, da ja in g-Stellung der Weiche der a-Anschluss und bei a-Stellung der g-Anschluss über die Antriebsspulen mit dem 0-Anschluss verbunden ist.
Der LED-Strom für die Rückmeldung (bei 12 V Spannung etwa 10 mA) fließt bei der folgenden Schaltung zwar dauerhaft durch die Weichenspule, ein Schaden an der Spulenwicklung ist aber nicht befürchten.
Wer den Strom reduzieren möchte, müsste analog zu der Schaltung Transistoren einsetzen. Dann fließt nur Strom der Transistor-Basis (weniger als 1 mA) durch die Weichenspule.

Weichenrückmeldeschaltung


Weitere Schaltungsbeispiele sind über folgende Links zu sehen:
Page von Bernd Raschdorf

Page von Rüdiger Bäcker

Weitere Beispiele für Diodenschaltungen

LEDs können auch an Wechselspannungen betrieben werden. Die LED wirkt hier dann als Gleichrichterdiode. Wie ihr wisst besitzen LED's nur eine geringe Sperrspannung (3 bis 5 V), deren Überschreitung zur Zerstörung der LED führen kann. Daher ist parallel - Bild 1 - zur LED eine umgekehrt gepolte Diode zu schalten, an deren Stelle auch eine zweite LED eingesetzt werden kann.

Schaltbeispiel für Leuchtdioden
Bild 1
Beim nachfolgenden Bild muss für die Berechnung des Vorwiderstandes statt Uf hier 3 x Uf eingesetzt werden.

Schaltbeispiel für Leuchtdioden
Bild 2




Natürlich können Leuchtdioden auch zur Beleuchtung von Modellbahnhäuschen eingesetzt werden. Der Vorteil besteht in der nur geringen Stromaufnahme gegenüber herkömmlichen Glühdrahtbirnchen. Das spart natürlich Trafokapazität. Ob sich der Einsatz lohnt, hängt entscheidend vom Zeitaufwand ab, den sich der Modellbahner aussetzen will. Sicherlich ist aber der Einsatz von Leuchtdioden bei N-Anlagen eher zum empfehlen, als bei HO-Anlagen. Da zur LED lediglich ein Vorwiderstand geschaltet werden muss, erspare ich mir hier das Schaltbild.

Weitere Informationen gibt der über den nachfolgenden Link abrufbare Flyer ---> zum LED-Flyer







Die Fotodioden

Fotodiode


Bei der Informationsübertragung mit Licht werden als Empfänger häufig Fotodioden eingesetzt. Sie sind für viel höhere Frequenzen geeignet als die relativ trägen Fotowiderstände. Fotodioden sind so aufgebaut, dass die großflächige Grenzschicht des pn-Übergangs über ein Fenster mit Licht bestrahlt werden kann. Durch die Absorption des Lichts werden dort zusätzliche Ladungsträgerpaare (Elektronen und Defektelektronen) gebildet, die die Leitfähigkeit des pn-Übergangs erhöhen. Dieses Phänomen wird als Sperrschichtfotoeffekt bezeichnet.

Fotodioden können auch als Spannungsquelle eingesetzt werden, da die bei Bestrahlung mit Licht in der Grenzschicht generierten Ladungsträgerpaare, durch den Einfluss des Diffusionsfeldes, getrennt werden: die Elektronen in das n-Gebiet, die Defektelektronen in das p-Gebiet.
Damit entsteht zwischen den beiden Enden des Si-Halbleiterkristalls eine Spannung bis zu etwa 0.5 V. Als Spannungsquelle genutzte Fotodioden werden als Fotoelement bezeichnet

Im Modellbahnbau können Fotodioden vielfältig eingesetzt werden. So können Sie z.B. als Lichtschranke für verschiedene Einsatzgebiete dienen.



Weitere Informationen zu den Dioden findet Ihr unter dem Link: --> Diodeninfos

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