Dieses vierstufige Thermometer ist ein einfaches und zuverlässiges elektronisches System, das zur Überwachung der Raumtemperatur konzipiert wurde. Es verwendet vier farbige LEDs (Blau, Grün, Gelb und Rot), um verschiedene Temperaturschwellen anzuzeigen. Die blaue LED leuchtet bei Kälte, die grüne LED zeigt eine ideale Temperatur (etwa 20–25 °C) an, die gelbe LED signalisiert mäßige Wärme, und die rote LED leuchtet, wenn die Temperatur eine hohe Schwelle überschreitet (z. B. über 30 °C). Diese intuitive Anzeige eignet sich perfekt für Räume wie Schlafzimmer, Küchen oder Büros.
Die Schaltung basiert auf dem vierfachen Operationsverstärker LM324, einem sehr häufig verwendeten Baustein in analogen Anwendungen. Er enthält vier unabhängige Verstärker in einem DIP-14-Gehäuse und arbeitet mit einer einfachen Versorgungsspannung von +3 V bis +32 V (oder ±1,5 V bis ±16 V). Er hat einen niedrigen Stromverbrauch (typisch 1 mA), eine Bandbreite von 1 MHz und eine Slew Rate von 0,5 V/µs. In dieser Schaltung vergleicht jeder integrierte Komparator die von dem Temperatursensor erzeugte Spannung mit einer Referenzspannung und schaltet die entsprechende LED je nach gemessener Temperatur ein.
Als Temperatursensor wird ein NTC-Thermistor vom Typ 100kΩ MF52AT verwendet, dessen Widerstand bei steigender Temperatur abnimmt. Bei 25 °C beträgt sein Widerstand genau 100 kΩ mit einer Toleranz von ±1 %. Sein B-Koeffizient beträgt 3950 K, was ihm eine gute Genauigkeit für Umgebungstemperaturmessungen verleiht. Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers (mit einem Festwiderstand) ändert sich vorhersehbar mit der Temperatur, was einen effektiven Vergleich mit den Komparatoreingängen des LM324 ermöglicht.
Um eine klare Anzeige zu gewährleisten und zu verhindern, dass mehrere LEDs gleichzeitig leuchten, verwendet die Schaltung drei NPN-Transistoren vom Typ 2N3904. Dieser kleine Standard-Transistor kann einen Kollektorstrom von bis zu 200 mA verarbeiten, mit einer typischen Stromverstärkung (hFE) von 100 bis 300 und einer Übergangsfrequenz ft von 300 MHz. Sie fungieren als Schalter, um automatisch die LEDs auszuschalten, die nicht der aktuellen Temperatur entsprechen, und sorgen so für eine präzise Anzeige.
Die gesamte Schaltung wird mit 5 V aus einem L7805-Spannungsregler versorgt. Dieser lineare Regler kann einen Ausgangsstrom von bis zu 1 A liefern, benötigt mindestens 7,5 V Eingangsspannung und verfügt über Schutzfunktionen gegen Überhitzung und Kurzschluss. Er sorgt für eine stabile Spannung, die für zuverlässige Vergleichsschwellen in einem analogen System unerlässlich ist.
Neben seiner Hauptfunktion kann diese Schaltung dank der farbigen LEDs auch als dekoratives Nachtlicht dienen. Ihre einfache Konstruktion, die geringen Kosten und der moderate Stromverbrauch machen sie zu einem idealen Projekt für Elektronikbegeisterte, die Nützlichkeit mit Ästhetik verbinden möchten.
Schaltplan
Weitere Informationen zu den wichtigsten Komponenten dieser Schaltung
NTC-Thermistor MF52AT: präziser und kompakter Temperatursensor
Der NTC-Thermistor MF52AT ist ein Temperatursensor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), was bedeutet, dass sein Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Dieser Sensortyp wird häufig in Temperaturmessungen eingesetzt, da er eine hohe Genauigkeit und einfache Handhabung bietet. Der MF52AT hat einen Nennwiderstand von 100 kΩ bei 25 °C und ist somit ideal für Projekte mit moderatem Temperaturbereich. Sein B-Koeffizient beträgt etwa 3950 K, was eine gut definierte Beziehung zwischen Temperatur und Widerstand gewährleistet und präzise Messungen in einem Spannungsteiler ermöglicht.
Ein Vorteil dieses Thermistors ist seine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen, was eine nahezu sofortige Erkennung der Umgebungstemperatur ermöglicht. Er bietet auch eine sehr gute Langzeitstabilität, was für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit entscheidend ist. Der Temperaturbereich des MF52AT liegt typischerweise zwischen -40 °C und +125 °C, was ihn für viele Haushalts- und Industrieanwendungen geeignet macht. Je nach geforderter Genauigkeit kann eine Kalibrierung erforderlich sein.
Dieser Thermistor wird häufig in einfachen Schaltungen wie LED-Thermometern, Temperaturreglern oder Überhitzungsschutzgeräten verwendet. Dank seiner geringen Größe und seines niedrigen Energieverbrauchs ist er eine beliebte Wahl für kostengünstige Elektronikprojekte.
LM324: vielseitiger Vierfach-Operationsverstärker für analoge Schaltungen
Der LM324 ist ein weit verbreiteter Vierfach-Operationsverstärker, der aufgrund seines günstigen Preises und seiner vielseitigen Eigenschaften in zahlreichen elektronischen Schaltungen eingesetzt wird. Er enthält vier unabhängige Operationsverstärker und ermöglicht den Aufbau mehrerer Komparatoren oder Filter mit nur einem IC. Der LM324 arbeitet mit Versorgungsspannungen von 3 V bis 32 V (oder ±1,5 V bis ±16 V) und ist daher flexibel für niedrige oder hohe Spannungen einsetzbar. Er verbraucht typischerweise 1 mA pro Kanal – ideal für stromsparende Anwendungen.
Die Bandbreite beträgt 1 MHz bei Verstärkungsfaktor 1 – ausreichend für viele analoge Anwendungen, jedoch nicht für Hochfrequenz-Schaltungen. Die Slew Rate von 0,5 V/µs bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit. Die typische Eingangsoffset-Spannung liegt bei 2 mV, und Eingänge nahe Masse (0 V) sind möglich, was in vielen Messsystemen von Vorteil ist.
Der LM324 ist besonders geeignet für Anwendungen wie aktive Filter, Spannungsvergleicher, nicht-invertierende Verstärker oder Signalaufbereitung. Seine Robustheit und einfache Handhabung machen ihn zu einer beliebten Wahl in der analogen Elektronik.
L7805: zuverlässiger 5 V-Spannungsregler für stabile Stromversorgungen
Der L7805 ist ein linearer Spannungsregler der 78xx-Serie, der eine konstante Ausgangsspannung von +5 V liefert. Er gehört zu den meistverwendeten Reglern in elektronischen Schaltungen, insbesondere zur Versorgung von Mikrocontrollern, Sensoren oder Logikmodulen. Der L7805 arbeitet mit Eingangsspannungen zwischen 7 V und 20 V (bis zu 35 V je nach Version). Für eine stabile Ausgangsspannung sollte die Eingangsspannung mindestens 2 V über der Ausgangsspannung liegen (Dropout-Spannung).
Er liefert typischerweise bis zu 1 A Ausgangsstrom, bei Verwendung eines Kühlkörpers bis zu 1,5 A. Integrierte Schutzfunktionen gegen Kurzschluss, Überhitzung und Überstrom sorgen für hohe Zuverlässigkeit. Für eine bessere Stabilität werden oft Filterkondensatoren eingesetzt (typisch 0,33 µF am Eingang und 0,1 µF am Ausgang).
Durch seine einfache Implementierung, Robustheit und niedrige Kosten bleibt der L7805 ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Elektronikprojekte mit geregelter 5 V-Stromversorgung, etwa in Robotik, Hausautomation oder eingebetteten Systemen.
NPN-Transistor 2N3904: vielseitig und zuverlässig
Der 2N3904 ist ein weit verbreiteter NPN-Bipolartransistor, der in elektronischen Schaltungen zur Verstärkung oder Schaltung eingesetzt wird. Er ist für Anwendungen mit niedriger Leistung ausgelegt, mit einer maximalen Kollektor-Emitter-Spannung (Vce) von 40 V und einer maximalen Basis-Emitter-Spannung (Vbe) von 6 V. Der Transistor kann einen Kollektorstrom (Ic) von bis zu 200 mA verarbeiten – ideal für das Schalten von LEDs, Relais oder kleinen Motoren. Sein typischer Stromverstärkungsfaktor (hFE) liegt zwischen 100 und 300.
Mit einer Übergangsfrequenz (ft) von etwa 300 MHz eignet er sich auch für Hochfrequenzanwendungen in RF- oder Audioschaltungen. Die Schaltzeiten liegen typischerweise unter 300 ns, was ihn nützlich für digitale oder PWM-Schaltungen macht. Leicht, kostengünstig und im TO-92-Gehäuse einfach zu integrieren, ist der 2N3904 eine ausgezeichnete Wahl für Hobbyisten und Profis gleichermaßen.