Bei ordnungsgemäß eingestelltem Ruhestrom von 60 mA ergibt sich eine Spannung von 60mA *
4,7Ohm = 0,282V am Katodenwiderstand R1314.
Diese wird über R1601 und C1601 abgegriffen und mit einer Fenstercomparatorschaltung mit zwei
Referenzspannungen verglichen. Die obere Referenzspannung ist der Sollwert +5%, die untere
Referenzspannung ist der Sollwert -5%. Ob diese Bandbreite tatsächlich geeignet ist, kann erst im
praktischen Versuch ermittelt werden. Bei Überschreiten der oberen Referenzspannung durch den
Spannnungsabfall am Kathodenwiderstand leuchten D1601 (rot), beim Unterschreiten der unteren
Referenzspannung leuchtet D1602 (rot). Wenn der Spannungsabfall innerhalb des Sollbereichs ist,
dann leuchtet D1603 (grün).
Wenn die zu überwachende Spannung im Sollbereich liegt, dann ist sowohl der Ausgang von U1601A
als auch von U1601B hochohmig. Damit fließt kein Strom durch D1601 bzw. D1602, D1604 und
D1606 sperren. Damit kann der über R1604 fließende Strom nur den Weg über D1605 nehmen,
womit D1603 leuchtet.
Wenn die zu überwachenden Spannung oberhalb der Referenzspannung REF_H liegt, dann schaltet
der Ausgang von U1601A nach Masse durch. Damit leuchtet D1601. D1604 leitet, womit D1605
sperrt, da die Flußspannung von D1603 größer als die Restspannung am Ausgang von U1601A ist.
Da D1605 sperrt, ist D1603 nun dunkel.
Wenn die zu überwachenden Spannung unterhalb der Referenzspannung REF_L liegt, schaltet der
Ausgang von U1601B durch. Damit leuchtet D1602, D1606 wird leitend womit dann D1603 nicht
mehr leuchtet.
------
Auswahl der Spannungsreferenz:
Der Baustein LM4040DIZ-5.0 gibt eine Referenzspannung von 5,0V mit +/-1% Initialtoleranz und
150ppm/°C Driftab. ( Gehäuse TO-92, Belegung wie LM385, Farnell 270-817)
Der Baustein kann mit 0,1mA bis 15mA Querstrom betrieben werden. Wir entscheiden uns für 0,5mA
Querstrom durch den Baustein und ca. ebenfalls 0,5mA Querstrom durch den
Referenzspannungsteiler.
Damit kann R1609 bestimmt werden: (12V – 5V) / 1mA = 7 kOhm => 6K8
Nun kann der Referenzspannungsteiler bestimmt werden:
Die Spannung REF_H ist nominell 0,282V + 5% = 0,2961V
Die Spannung REF_L ist nominell 0,282V – 5% = 0,2679V
R1610 wird auf 10K festgelegt.
Damit erhält man einen Querstrom durch den Spannungsteiler von:
(5V – 0,2961V) / 10K = 4,7039V / 10K = 0,47039 mA.
R1611 ist dann:
0,0282V {10% Toleranzband um 0,282V} / 0,47039 mA = 59,995 Ohm => nächster Normwert 60R4.
R1612 ist dann:
0,2679V / 0,47039 mA = 569,52 Ohm => nächster Normwert 562R
Nun wird noch einmal mit den tatsächlichen Widerstandswerten rückgerechnet:
Tatsächlicher Querstrom:
5V / [ 10K + 60R4 + 562R ] = 0,47054 mA.
Tatsächliche Spannung REF_L:
562R * 0,47054 mA = 264,45 mV Abweichung: - 1,2%
Tatsächliche Spannung REF_H:
[ 562R + 60R4 ] * 0,47054 mA = 292,86 mV Abweichung: - 1,1%