LED-Taschenlampe

HAWK HHG; Fakultät Naturwissenschaften und Technik In Göttingen 1 von 9 Daniel Freier

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis .................................................................................................................................... 1

Erläuterung .............................................................................................................................................. 2

Allgemein ............................................................................................................................................. 2

Funktion ............................................................................................................................................... 3

Vorbereitung: .......................................................................................................................................... 4

Benötigtes Werkzeug .......................................................................................................................... 4

Benötigtes Material ............................................................................................................................. 4

Durchführung: ......................................................................................................................................... 4

LED einbauen ....................................................................................................................................... 4

Taster einbauen ................................................................................................................................... 4

Widerstände einlöten .......................................................................................................................... 4

Kondensator einlöten .......................................................................................................................... 6

USB-A Stecker einlöten........................................................................................................................ 6

Kondensator aufladen und LED-Lampe in Betrieb nehmen ............................................................ 7

Lötanleitung............................................................................................................................................. 8

Fehlersuche ............................................................................................................................................. 9

LED-Taschenlampe

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Erläuterung

Allgemein

Unsere besondere LED-Taschenlampe funktioniert in erster Linie wie jede andere LED-Taschenlampe

auch. In unserer Lampe wird allerdings anstelle eines Akkus oder einer Batterie ein Kondensator

benutzt. Die Lampe wird über einen USB-Anschluss aufgeladen. Vor allem soll der Aufbau dieser

Taschenlampe die Begeisterung für Technik wecken und viel Spaß machen!

Die LED-Taschenlampe besteht aus sechs einfachen Bauteilen. Damit sie überhaupt leuchtet, ist eine

LED verbaut. Diese wandelt Strom in sichtbares Licht um. Der Strom durch die LED beträgt circa 20 mA.

Der Taster dient dazu, die LED ein- und auszuschalten. Er lässt, solange man ihn drückt, die LED

leuchten - sobald man ihn loslässt geht die LED aus. Es handelt sich hierbei um einen Kurzhubtaster.

Der Kondensator in der Mitte der Platine dient dazu die Energie für die LED zu liefern, damit diese

leuchtet kann. Er wird wie ein Akku einfach aufgeladen, wobei die Energie nicht chemisch wie bei

einem Akku gespeichert wird. Dieser Kondensator ist ein sogenannter „goldcap“ und hat eine

besonders hohe Kapazität, damit die LED möglichst lange leuchtet. Die Kapazität beträgt hier 0,1 Farad.

Die USB-A Buchse, die von jedem USB-Stick bekannt ist, dient dazu den Kondensator zu laden. Steckt

man die USB-Buchse in einen PC, Laptop, Tablet-PC, USB-Ladegerät o.ä., wird der Kondensator

aufgeladen. Die Spannung der USB-Buchse liegt zwischen 4,4 V bis zu 5,5 V. Nach einiger Zeit verfügt

auch der aufgeladene Kondensator über diese Spannung.

Die Widerstände dienen dazu, den Strom zu begrenzen. Würde man die LED ohne Widerstand an den

Kondensator anschließen, würde ein so hoher Strom fließen, dass die LED zerstört würde. Ebenso

verhält es sichmit dem Kondensator, wenn man diesen ohne Widerstand an die USB-Buchse

anschließt.

USB-A Stecker

Widerstände

Taster Kondensator

„goldcap“ LED

LED-Taschenlampe

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Funktion

Der Kondensator wird über den USB-A Stecker und einen Widerstand geladen, bis er die gleiche

Spannung wie die USB-Buchse hat. Beim Drücken des Tasters wird der Kondensator über die LED und

den Widerstand entladen, wodurch die LED leuchtet.

Ein Kondensator speichert Energie. Er lädt sich auf die angelegte Spannung der Spannungsquelle auf.

Die Spannungsquelle ist in unserem Fall zum Beispiel ein Laptop USB Anschluss oder USB-Ladegerät.

Die Spannung beträgt hierbei circa 4,5 V – 5,5 V. Zur Berechnung der Aufladezeit des Kondensators

verwenden wir folgende Formel:

𝜏 = 𝑅 ∗ 𝐶

Wobei R für [engl.] Resistor (Widerstand) und C für [engl.] Capacity (Kapazität) steht. Tau (τ) steht für

eine Zeitkonstante. Ein Kondensator ist dann „voll“ geladen, wenn wir eine Zeitspanne von fünf Tau

abgewartet haben (siehe nachfolgende Grafik links). Beim Entladen eines Kondensators verläuft die

Kurve wie in der Abbildung rechts dargestellt. Hierbei ist der Kondensator nach fünf Tau vollständig

entladen.

Bei unserem Aufbau verwenden wir einen Kondensator von 0,1 Farad und einen 68 Ohm-Widerstand

zum Aufladen des Kondensators. Daraus ergibt sich:

𝜏 = 𝑅 ∗ 𝐶 = 68 Ω ∗ 0,1 𝐹 = 6,8 𝑠

Wir benötigen also etwa sieben Sekunden für ein Tau. Um den Kondensator vollständig aufzuladen

benötigen wir fünf Tau, und damit fünf mal sieben Sekunden.

Als Verbraucher für den Strom haben wir eine LED. Die LED hat eine Flussspannung von 2,6 Volt. Die

Flusspannung ist die Spannung, die die LED mindestens benötigt. um zu leuchten. Eine LED benötigt

aber zum Betrieb einen Konstantstrom, welcher bei unserer LED bei 0,02 Ampere liegt. Wir haben nun

aber eine Spannung von 4,5 V bis 5,5 V und keine Strombegrenzung. Aus diesem Grund benötigen wir

einen Widerstand vor der LED.

68 Ω 120 Ω

0,1F

2,4 V

2,6

V

5 V

0,02 A 0,02 A

0,02 A

LED-Taschenlampe

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Vorbereitung:

Benötigtes Werkzeug

- Seitenschneider

- Spitz- oder Flachzange

- Lötkolben

Benötigtes Material

- Lötzinn

- USB-A Stecker (Printanschluss)

- Platine

- 68 Ohm Widerstand

- 120 Ohm WIderstand

- Kondensator „goldcap“ 0,1 Farad

- Kurzhubtaster

- LED weiss

Durchführung:

LED einbauen

1. LED richtig herum (Plus- und Minispol!) in die Platine

einsetzen und abwinkeln

a. + Befindet sich auf der nicht abgeflachten Seite der

LED, also die, die komplett rund ist.

b. Alternativ ist + der längere der beiden Drähte.

2. Platine umdrehen

und LED Drähte

verlöten.

(Lötanleitung siehe Anhang).

3. Überstehende Drähte mit Seitenscheider abschneiden

VORSICHT! Drähte können umherfliegen!

Taster einbauen

1. Taster auf Platine platzieren…

2. …und von oben verlöten

Widerstände einlöten

1. Widerstände richtig zuordnen.

Gelesen wird der Widertsandscode von links nach rechts.

Es gibt Widerstände mit 4 Bars (Ringen) oder mit 5 Bars.

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Bei unseren Widerständen (68 Ohm und 120 Ohm) müssen wir folgenden Farbcode haben:

Widerstandswert Farbcode 4 Bar Farbcode 5 Bar

68 Ohm Blue | Grey | Black | egal Blue | Grey | Black | Gold | egal

120 Ohm Brown | Red | Brown | egal Brown | Red | Black | Black | egal

2. Widerstand durchstecken

3. Widerstandsdrähte umknicken

4. Widerstände verlöten

5. Überstehende Drähte mit Seitenscheider abschneiden

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Kondensator einlöten

1. Kondensator Polrichtig auf die Platine stecken.

Ein kleines eingeprägtes (-) zeigt den Minus Pol des

Kondensators an.

2. Kondensator auf der unterseite der Platine verlöten

USB-A Stecker einlöten

1. USB Stecker auf die Platine setzen

2. USB Stecker mit leichtem Druck in die Platine einsetzen

3. USB-Stecker auf der Platinen unterseite verlöten.

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Kondensator aufladen und LED-Lampe in Betrieb nehmen

1. LED-Taschenlampe in eine USB-A Buchse stecken

2. LED-Taschenlampe wieder auf der USB Buchse entfernen

3. Taster drücken

!!!Geschafft!!!

Viel Spaß mit der funktionierenden LED-Taschenlampe!

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Lötanleitung

1. Der Lötkolben hat eine Temperatur von etwa 350 °C.

Zum Vergleich: Kochendes Wasser hat etwa 100°C, und das tut schon sehr weh.

Also VORSICHT beim Umgang mit dem Lötkolben!

2. Beim Löten hat man in der einen Hand nur den Lötkolben und in der anderen mit etwas

Abstand zur Lötkolbenspitze nur das Lötzinn.

3. Den Lötkolben nur am Griff (im Foto schwarz) anfassen, dort ist der Lötkolben kalt.

4. Zuerst nur die Lötkolbenspitze an

alle zu verlötenden Teile gleichzeitig

für ein paar Sekunden halten.

Dadurch wird die Lötstelle warm, der Kontakt ist nachher besser und hält länger.

5. Erst nach den paar Sekunden

erwärmen das Lötzinn hinzugeben.

6. Sobald genügend Lötzinn auf der

Lötstelle ist, (alle Teile müssen vom

Zinn umschlossen sein), zuerst das

Lötzinn wegnehmen, danach erst

den Lötkolben wegnehmen.

7. Nun einige Sekunden warten, bis

die Teile fest sind.

!!!ACHTUNG!!! Auch wenn die

Teile fest sind haben sie nach

ein paar Sekunden immer noch eine Temperatur von ca. 200°C. Bitte wartet mindestens

eine Minute, bevor ihr die Teile berührt!

!!!ABSTAND!!!

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Fehlersuche

1. Ist der Kondensator wirklich voll?

USB-Stecker für mindestens eine Minute in eine funktionierende USB-A Buchse stecken.

2. Ist der Kondensator defekt?

Auf keinen Fall den USB-Stecker in eine USB Buchse stecken! Und auf keinen Fall den

Taster bestätigen. Der defekte Kondensator ist zu ersetzen.