Ein PTC-Flipflop

Was passiert, wenn man zwei Sicherungen in Reihe an eine Spannungsquelle legt? Beide brennen durch! Oder auch nur eine, man kann es nicht wissen. Eine von beiden Sicherungen könnte sich etwas schneller erwärmen und dann die andere entlasten, weil sie hochohmiger wird und dabei mehr Energie aufnimmt. Mit selbstrückstellenden PTC-Sicherungen verhält es sich ähnlich. Sie haben einen positiven Temperaturkoeffizienten, der Widerstand steigt also, wenn sie heiß werden.

Hier habe ich eine Schaltung mit zwei PTC-Sicherungen aufgebaut, die aus dem Kinder-Elektronik-Kalender stammen und für 100 mA ausgelegt sind. Zusätzlich sind zwei Glühlämpchen mit 6V/100mA eingebaut und zwei Tastschalter.

Um die Wirkung dieser Sicherungen genauer zu verstehen, habe ich eine Kennlinie aufgenommen. Man sieht, dass die Sicherung einen Kaltwiderstand von 14 Ohm hat, der bei 2 V und ca. 110 mA wegen der Erwärmung auf 18 Ohm steigt, Bei noch größerer Spannung wird der Widerstand sehr viel größer, sodass der Strom wieder deutlich absinkt. Die Sicherung wird dabei heiß und erreicht ca. 60 Grad.

Wenn ich die Schaltung an ein Netzteil mit 6 V/0,5 A anschließe, sind zuerst beide Lampen halb an. Dann wird ganz langsam eine von beiden heller und die andere dunkler. Nach einer Minute leuchtet nur noch eine Lampe. Der Strom stellt sich auf 150 mA ein. 100 mA fließen durch die Lampe und 50 mA durch die parallel liegende PTC-Sicherung, damit sie schön warm bleibt.

Nun drücke ich auf den Taster parallel zu der leuchtenden Lampe. Sie geht bei diesem Kurzschluss aus, die andere geht an. Ich muss aber trotzdem einige Sekunden lang auf den Taster drücken, bis sich die erste Sicherung abgekühlt hat und die andere ausreichend warm geworden ist. Wenn ich nur kurz drücke, kehrt die Schaltung in den letzten Zustand zurück. Die Schaltung ist also ein RS-Flipflop mit Schaltverzögerung.

Wenn man sich die Kennlinie genau ansieht, können Zweifel auftauchen, ob das so funktionieren kann. Die PTC-Sicherung lässt ja nur maximal 110 mA durch, aber es fließt ein Strom von 150 mA. Dass es trotzdem funktioniert, liegt am PTC-Verhalten der Glühlampen. Bei 6 V und 100 mA haben sie einen Arbeitswiderstand von 60 Ohm. Aber der Kaltwiderstand einer Glühlampe ist zehnfach kleiner, in diesem Fall also 6 Ohm. Die gerade kalte Glühlampe und die gerade kalte PTC-Sicherung teilen sich den Strom, und zusammen schaffen sie es, cool zu bleiben.

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