Leucht- und andere Dioden

Die Ampel für Florian hat drei große LEDs, eine in rot, eine in gelb und eine in grün, wie sich's gehört. Wenn man mal an der Kreuzung aufpasst: eine deutsche Ampel hat vier Phasen: ROT / ROT-GELB / GRÜN / GELB. Kann man so etwas mit einem einfachen Drehschalter realisieren??

Eine LED (Light Emitting Diode) hat zwei Beine, daher der Name Diode. Wenn die LED ladenfrisch ist, ist ein Bein i.a. etwas kürzer als das andere. Schließt man das kurze Bein an die Kathode (Minuspol) der Stromquelle an, das lange an die Anode, dann leuchtet die LED. Manchmal nur ganz kurz - aber dazu später mehr. Kehrt man die Polung um, so geschieht nichts, es fließt kein Strom, d.h. die Diode sperrt bei dieser Polung. Eine Diode - gleich, ob sie leuchtet oder nicht, ist ein Stromventil, das elektrischen Strom nur in einer Richtung durchlässt.

Spannung von mehr als 1,5 V können für LEDs tödlich sein. Deswegen schützt man sie mit einem Vorwiderstand. Den kann man für jede Betriebspannung ausrechnen. Geht man von einem Betriebsstrom von etwa 20 mA aus, dann sind 220 Ω etwa der richtige Vorwiderstand. Hier ist Ohm sehr nützlich:

R = U / I = 5 V / 20 mA = = 5000 mV / 20 mA = 250 Ω

Der nächste Widerstand, den ich in meiner Sammlung habe, ist 220 Ω, mit dem klappt's gut.

Das zweite Problem: Ich möchte die vier Ampelphasen mit einem Drehschalter (ggf. auch mit einem Schieberegister realisieren. Also wird ROT und GELB miteinander verbunden. Leider klappt das nicht so, wie man's sich vorgestellt hatte. Auf jedem der Punkt r, r/ge und ge leuchte beide Farben. Der Strom kann immer zwei Wege finden und beide führen durch die rote und durch die gelbe LED. Man müßte dem Strom den Weg nach GELB verbauen, wenn die Schalter auf ROT bzw. auf GELB steht.

Genau dafür gibt's aber Dioden. Steht der Schalter auf ROT, so sperrt die rechte Diode den Weg durch die gelbe LED, entsprechendes gilt für die Schalterpositon GELB. Steht der Schalter allerdings auf ROT/GELB, dann lassen beide Dioden Strom durch. Ein Schönheitsfehler: Dadurch, dass in der ROT-GELB-Phase der Strom durch je eine zusätzliche Diode gehen muss, brennen die LEDs etwas dunkler als ohne die Dioden. Zum Ausgleich kann man einfach in den roten und grünen Zweig eine zusätzliche Diode in Durchlassrichtung legen.

Und so sieht die aufgebaute Schaltung aus: Je Diode 220 Ω Vorwiderstand. An der gelben und der roten LED je eine Diode (der schwarze Ring zeigt in Durchlassrichtung). Das Durchschalten geschieht, indem man die schwarze Klemme nacheinadner an die betreffenden Anschlüsse hält.

Noch ein ganz ähnliches Problem: Die Ziffern 0,1,2,3 usw. sollen dual angezeigt werden. Dazu verwendet man entsprechend viele LEDs. Die Anzeige der Ziffern 1,2,4 und 8 ist klar. Aber wie erreicht man, dass die Ziffer 5 (und nur diese) durch die die Einer-LED und die Vierer-LED angezeigt wird??