Seite 2: Die Elektronik

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Die Schaltung ist stromsparend aufgebaut, sodass die Stromaufnahme im Ruhezustand bei wenigen Mikroampere liegt. Es wird kein Mikrocontroller benötigt. Zentraler Bestandteil ist stattdessen ein CMOS-IC des Typs CD4093, das vier NAND-Gatter mit jeweils zwei Schmitt-Trigger-Eingängen bereitstellt. Aufgrund des breiten Versorgungsspannungsbereichs von 3 bis 18 Volt kann der Baustein direkt mit einem 9-V-Block betrieben werden, ohne dass ein Spannungsregler erforderlich ist.

Im Dunklen

Um die Schaltungsfunktion zu beschreiben, gehen wir zunächst vom Zustand in der Dunkelheit aus. Ohne Lichteinfall ist der lichtabhängige Widerstand R1 sehr hochohmig im Bereich von ca. 1 MOhm. Durch den Spannungsteiler mit dem Potentiometer (P1) ergibt sich ein Eingangspegel an IC1D, der kleiner als die halbe Betriebsspannung ist. Somit wird an beiden Eingängen (Pins 12 und 13) des NAND-Gatters ein LOW-Pegel erkannt, was zu einem HIGH-Pegel am Ausgang (Pin 11) führt. Der Kondensator C1 ist entladen, da über R2 ebenfalls ein HIGH-Pegel am anderen Pin von C1 anliegt. Am Ausgang von IC1C (Pin 10) wird also ein LOW-Pegel ausgegeben: die Diode (D1) sperrt, C2 kann sich nicht aufladen und aufgrund des LOW-Pegels über R3 am Eingangspin 2 von IC1A führt der Ausgangspin 3 einen HIGH-Pegel, sodass die LED aus ist.

Mit Licht...

Sobald nun der LDR mit ausreichend Licht angestrahlt wird, sinkt der Widerstand auf Werte unterhalb von 10 kOhm. Je nach Einstellung des Potentiometers, das die Empfindlichkeit der Schaltung festlegt, steigt die Eingangsspannung an IC1D auf Werte oberhalb der halben Betriebsspannung an, sodass ein HIGH-Pegel erkannt und der Ausgangspin auf LOW gezogen wird. Nun kann sich der Kondensator C1 über den Widerstand R2 aufladen, sodass an den Eingangspins von IC1C kurzzeitig (ca. 100 ms) eine Spannung unterhalb der halben Betriebsspannung anliegt. Dadurch geht der Ausgangspin 10 für die gleiche Zeit auf HIGH-Pegel. Durch die Schmitt-Trigger-Eingänge des CD4093 wird für eine saubere Schaltflanke mit Hysterese gesorgt. Über D1 kann sich nun der Kondensator C2 schnell aufladen und am Eingangspin 2 von IC1A wird ein HIGH-Pegel erkannt. Dadurch wird der astabile Multivibrator bestehend aus C3, R4 und IC1A freigeschaltet, sodass die LED blinkt. Aufgrund der Schmitt-Trigger-Eigenschaft des CD4093 ist für die Blinkfunktion nur ein einziges Logik-Gatter erforderlich.

... zum Blinken

Sobald der kurze Impuls durch das Aufladen von C1 beendet ist, schaltet der Ausgang von IC1C wieder auf LOW-Pegel, sodass die Diode sperrt und der Kondensator C2 über R3 langsam entladen wird. D1, C2 und R3 bilden hierbei eine Mono-Flop-Funktion. Nach einigen Sekunden ist die Spannung am Eingangspin 2 von IC1A auf einen Wert unterhalb der halben Betriebsspannung gesunken, sodass ein LOW-Pegel erkannt und der astabile Multivibrator gesperrt wird. Am Ausgang liegt dann wieder HIGH-Pegel an, d.h. die Leuchtdiode ist ausgeschaltet. Es wird also nur ein kurzer Triggerimpuls durch den Kondensator C1 geleitet, damit das Ei selbst bei Dauerbeleuchtung nicht endlos blinkt, sondern nur eine kurze Weile.