Der ewige Blinker

Auch Ewigkeit ist relativ. Eine Schaltung, die mit einer einzelnen Batterie viele Monate lang funktioniert, arbeitet praktisch ewig. In Geschäften sieht man manchmal Werbeschilder mit eine blinkenden LED, die anscheinend ewig arbeiten, und das auch noch mit einer einzelnen Batteriezelle. So etwas müsste man auch mal selbst bauen ...

Hier ist die Schaltung. Sie besteht aus einem astabilen Multivibrator mit besonderen Eigenschaften. Ein Elko von 100 µF lädt sich relativ langsam und mit kleinem Strom auf und wird in einem kurzen Impuls über die LED entladen. Dabei kommt es auch zur nötigen Spannungsüberhöhung, denn 1,5 V ist ja für eine LED zu wenig.

Die beiden Oszillogramme verdeutlichen wie es funktioniert. Sie wurden mit dem SIOS-Interface und dem Programm MikroScope von H.-J. Berndt aufgenommen und zeigen vertikal 1V/Skt und horizontal 1s/Skt. Die Spannung am Kollektor des PNP-Transistors schaltet bis auf ca. 1,5 V hoch, nachdem der Elko an dieser Stelle über einen Widerstand von 10 k bis nahe 0,3 V entladen wurde. Auf der anderen Seite wurde er bis ca. 1,2 V geladen. Die Differenz von 0,9 V liegt also am Elko, wenn der Blinkimpuls erscheint. Sie addiert sich in diesem Moment zur Batteriespannung von 1,5 V, so dass die Impulshöhe an der LED bis 2,4 V betragen könnte. Tatsächlich aber zeigt Oszillogramm 2, dass die Spannung durch die LED auf ca. 1,8 V begrenzt wird. Die LED-Spannung passt sich selbst der verwendeten LED an und kann theoretisch bis fast 3 V betragen.

Die Schaltung wurde für den Lowpower-Betrieb optimiert. Deshalb hat der eigentliche Flip-Flop einen NPN- und einen PNP-Transistor bekommen. Man kann auf diese Weise die Verschwendung von Steuerstrom vermeiden. Beide Transistoren leiten nur für den kurzen Moment des LED-Blinkens. Damit stabile Bedingungen herrschen und die Schaltung sicher schwingt, gibt es eine zusätzliche Stufe mit einer Gleichspannungs-Gegenkopplung. Auch hier wurde durch besonders hochohmige Widerstände auf geringsten Verbrauch geachtet.

Für die Abschätzung des Verbrauchs kann man vom Ladestrom des Elkos ausgehen. An beiden Ladewiderständen mit je 10 k liegt im Schnitt eine Spannung von insgesamt 1 V. Damit beträgt der durchschnittliche Ladestrom 50 µA. Für die Dauer des LED-Impulses wird noch einmal genau die gleiche Ladung aus der Batterie entnommen. Der mittlere Strom beträgt also rund 100 µA. Geht man von einer Batteriekapazität von 2000 mAh aus, sollte die Batterie etwa 20.000 Stunden halten, das sind über zwei Jahre, also praktisch ewig. Da der Strom gegen Ende etwas abnimmt und die LED nicht mehr so hell leuchtet, dürfte die tatsächliche Betriebsdauer noch höher liegen. Also mehr als ewig.

Literaturhinweise:
Der Ewige Blinker wurde auch in Elektor 7/8, 2005 abgedruckt
Erweiterung: Der Ewige Blinker mit Lichtsteuerung
Die besagten ewigen Blinker in Werbepackungen enthalten z.B. den LM3909, siehe auch "Schnellstart LEDs"
Eine Ersatzschaltung für den LM3909 auf Basis einen ATtiny13 findet man in elo-web.de: Der ELO-Flasher
Tiny-13-Blinker wird mit Speicherkondensator betrieben: Kondensator-Blitzlicht
Einfache Schaltung für höhere Spannung in Elektronik-Labor.de: LED-Blitzer mit nur einem Transistor

Die SMD-Version wird hier mit einer Spannung von 3,6 V betrieben. Die LED glimmt bei der höheren Spannung in den Pausen schwach und ist in den Blitzen heller.

"Die Schaltung ist sehr schön und einfach, da keine unbekannten Spulen aus der Bastelkiste durchprobiert werden müssen - es hat auf Anhieb funktioniert! Ich habe diesen Blinker in SMD nachgebaut und bin mit einer relativ kleinen Grundfälche ausgekommen."

http://www.chrysophylax.de/index.html?/prj/prj.htm

Nachtrag: Platinenversionen von Karl O.

Hier zwei Platinenlayouts für den ewigen Blinker, eine SMD-Version und eine für bedrahtete Bauteile. Die Bahnen können dank des einfachen Layouts mit einem ätzfesten Stift auf eine blanke Platine gezeichnet und dann geätzt werden. EwigerBlinker.pdf (372 KB)

Nachtrag: Aufbau von Wolfram Herzog, Betriebsdauer sechs Jahre

Hier ein Bild unseres „Ewigen Blinker“ den mein Sohn 2003 im Alter von 10 Jahren gebaut hat. Versorgung ist eine Mono-Zelle die wir gerade rumliegen hatten. Die Schaltung blinkt noch immer – die Batteriespannung war damals 1,52 Volt, jetzt ist Sie auf 1,38V abgesunken. Das lässt also noch viele Jahre blinken…

Siehe auch:
Seite von Jochen Wienstroth: Der ewige Blinker - oder: Wie ich zum geocachen kam
SMD-Platine von Thomas Gfüllner: http://runga.tumblr.com/post/2386897341/ewiger-blinker
Elektronik-Labor: Der Ewige Blinker mit Lichtsteuerung

Nachtrag: Gegentakt-Treiber, von Michael Ringe

Heute habe ich 'mal den "ewigen Blinker" nachgebaut und hatte mir dazu eine extra helle grüne LED ausgesucht. Leider war der Blinker dann recht dunkel, und auch das nur mit einer frischen Batterie. Eigentlich kein Wunder, denn laut Datenblatt hat die LED eine Vorwärtsspannung von bis zu 4 V.

Ich habe die Schaltung deshalb erweitert und einen zweiten Speicherkondensator eingebaut, der mit dem ersten Kondensator eine Art Gegentakt-Treiber bildet. Damit blitzt es nun sogar noch bei 1 V richtig kräftig. Die Kapazität konnte ich übrigens auf die Hälfte verkleinern, ohne dass der Blinker spürbar dunkler wird. Damit sollte der Stromverbrauch in etwa dem der Originalschaltung entsprechen, oder?

SMD-Platinen von Christian Herden

Download: Die Eagle-Dateien

Ich habe bereits mehrere Platinen frei nach dem ELO-Flasher gebaut. Eine praktische Anwendung fand eine Platine mit grüner LED in einer Funkprojektionsuhr. Die Uhrzeit wird alle 4 Sekunden an die Decke geblinkt, sie ist damit unabhängig vom Netz. Ein anderer blinkt seit fast fünf Jahren in einem Petling fröhlich vor sich hin. Das Bild zeigt den ewigen Blinker von Ihnen und den von Michael Ringe. Bis zum Einbau in einen Petling habe ich anstatt einer LED IC-Fassungen eingelötet. Man sieht es den Platinen an, dass viele Bauelemente aus anderen Schaltungen wiederverwertet wurden Empfehlen möchte ich die grüne LED von Reichelt "LED 5-22000" mit 15° Winkel und 22000 mcd.

Siehe auch: ELO-Flasher erweitert

Nachtag: Funktion ohne Q1 von Dieter, DL5NFZ

Ich habe auf dem Steckbrett den ewigen Blinker, Variante "Gegentakt-Treiber" von Michael Ringe aufgebaut, mit BC547C als npn-Transistoren. Ich habe den ersten Transistor aus dem Steckbrett herausgezogen: Die Schaltung blinkt weiter!!! Gleiche Leuchtintensität, gleiche Blinkfrequenz, gleiche minimal mögliche Spannung, und das jetzt seit einer Stunde. Ich kapier's nicht - Esoterik gehört doch nicht in die Elektronik?!

Erklärung von B. Kainka: Ich hätte das nicht gedacht, aber es ist erklärlich. Q2 und Q3 bilden für sich allein den vollständigen Blinker. Q1 sollte nur den Arbeitspunkt passend einstellen, sodass die Schaltung unter allen Bedingungen sicher schwingt. Kann sein, dass es bei sehr extremen Stromverstärkungen mit Q1 besser läuft. Aber der große Basiswiderstand von 10 M sorgt meist auch ohne Q1 schon für den richtigen Start.

Die Schaltung geht auf einen Motorrad-Blinkgeber zurück, den ich vor langer, langer Zeit mit Germanium-Transistoren für mich und Freunde gebaut habe. Der AD136 in der Endstufe wurde sehr heiß, sodass sich der Arbeitspunkt und das Blinkverhältnis änderten. Die Gegenkopplung mit dem ersten Transistor brachte dann stabile Verhältnisse, auch wenn unterschiedliche Leistungen der Blinker-Lampen dran hingen. Das war damals das rundum-sorglos-Konzept, das ich hier wieder angewandt habe. Es kann aber durchaus sein, dass es beim ewigen Blinker praktisch immer ohne den ersten Transistor geht.

Miniaturaufbau von Martin Gerdes

Kurz vor Weihnachten 2014 kam ein Brief von Martin Gerdes. Darin waren zwei frei verdrahtete Schaltungen mit Batterie und LED, offensichtlich ewige Blinker, aber mit einer veränderten Schaltung. Beim Auspacken fiel mir sofort das Blinken auf. Es muss auch auf dem Postweg geblinkt haben. Macht ja nix bei einem ewigen Blinker, denn die Batterie hält bekanntlich ewig. Der flache Aufbau mit einer blauen LED ist so gestaltet, dass man sich die Schaltung an eine Pinwand heften kann. Eine Schaltung sagt mehr als tausend Worte, deshalb habe ich sie mal abgezeichnet.

Wie man sieht hat die Schaltung nun zwei Endstufen und entspricht weitgehend der Gegentaktschaltung von Michael Ringe. Die Spannung an der LED wird nicht nur verdoppelt, sondern vervierfacht. Deshalb ist es möglich, nun auch weiße und blaue LEDs zu verwenden.

In der zweiten Version verwendet die Schaltung durchgehend SMD-Bauteile. Oberflächenmontierte Bauteile, aber ohne die Oberfläche. Das ist die Technik der Zukunft! So etwas wird man zukünftig wahrscheinlich direkt in Kleidungsstücke einweben.

Martin Gerdes schreibt dazu: Der Charme liegt darin, dass ich statt Elkos MLCCs verwende, die es mittlerweile ja mit erheblicher Kapazität gibt, die man den Dingern nicht ansieht. Wer das Bauteil nicht kennt, fragt sich, wo wohl der nötige Kondensator verbaut ist. Für das Zeitglied habe ich zwei 1-µF-MLCCs genommen. Mit herkömmlichen Bauteilen ist der Blinker einfach ein Hingucker. An dem kleinen Henkel kann man sich so einen Blinker an den Hemdenknopf hängen, er beeindruckt die Leute immer noch. Meiner Frau gefallen die Dinger (erfreulicherweise; sonst hat sie mit Elektronik nichts am Hut), also hängen bei uns in der Wohnung etliche herum.

Siehe auch: Blitzi der ewige Blinker von Günther Zöppel im Elektronik-Labor

Fünf Jahre mit einer Batterie, von Friedrich Lischeck

Vor Jahren baute ich Ihren ewigen Blinker (Die Originalversion). Nun habe ich einige Erfahrungswerte. Am 23.3.2014 setzte ich eine schon mal gebrauchte Topcraft Ultra Alkaline-Zelle (von Aldi) , Typ AA ein. Die Spannung an der Schaltung betrug damals 1,51 Volt. Der Blinker tat treu und brav seinen Dienst bis heute (22.1.2019). Jetzt blinkt die grüne low cuurent LED nur noch ganz schwach, gerade mal noch so im Innenraum erkennbar. Die gemessene Spannung beträgt jetzt nur noch 0,92 Volt. Das sind also knapp 5 Jahre Dauerbetrieb. Ich habe eine neue 1,5 Volt Zelle gleichen Typs eingesetzt und lasse es die nächste fünf Jahre weiterblinken.

Synchrone Lichtblitze, von Jürgen Heidbreder

Video: https://youtu.be/tKA0zVarft0

Der Ewige Blinker war und ist eines meiner Lieblingsprojekte. Als Gast der Hochzeit meines Neffen hatten die Freunde ein besonderes Spiel dabei: man packt Wünsche, eine Flasche Wein und beliebig andere Dinge in eine Kiste, verschließt diese und öffnet sie wieder am 5. Hochzeitstag. Woran denkt der Elektronik-Bastler? Natürlich an den Ewigen Blinker. Leider war ich nicht darauf vorbereitet und hatte keinen dabei. Stufe 2 wäre dann diese Idee: jeder der Ehepartner bekommt seine eigene Kiste mit seinem eigenen Ewigen Blinker. Der darf dann 5 Jahre vor sich hin blinken, vielleicht mit einer Abschalt-Automatik bei Dunkelheit. Nach 5 Jahren werden die Kisten geöffnet. Dann stellt man beide Blinker gegenüber, dass sie sich sozusagen anblinken. Soweit die Idee.

Die Frage ist nun: schafft man es, dass sich beide Blinkfrequenzen zueinander synchronisieren? Die Antwort ist: ja, es funktioniert. Ich habe zwei aufgebaut und die LEDs direkt gegenüber aufgestellt. Zuerst laufen beide asynchron. Kommen sich aber die Blitz-Zeitpunkte nah genug, blitzen sie synchron weiter. Leider kann ich noch keine Erklärung liefern, warum das so ist. Ich nehme an, dass der Spannungsimpuls von der empfangenen LED über den Elko an die Basen der NPN-Transistoren geht und dort seinerseits einen Sende-Impuls auslösen. Mit dem Oszi konnte ich keine zusätzlichen Impulse messen. Im Video ist leider manchmal die Blitzlänge nicht lang genug, um richtig aufgenommen zu werden.

Hinweis B. Kainka: Vermutlich kann man es so erklären: Eine der beiden LEDs blitzt zuerst. Die andere arbeitet als Fotodiode und empfängt das Licht. Es gibt einen sehr kleinen positiven Impuls. Weil der mittlere Transistor schon kurz davor stand, in den leitfähigen Zustand zu kippen, reicht das aus, um den Kippvorgang zu triggern. Erstaunlich ist es aber doch. Die Fotodiode wird effektiv mit 5 k belastet. Da kann nur ein sehr kleiner Impuls in der Größenordnung 10 mV entstehen. Man hätte nicht erwartet, dass das reicht. Man müsste in einem Blinker den Rückkopplungskondensator 100 nF herausnehmen. Dann könnte man den Impuls vermutlich direkt an der LED mit dem Oszilloskop sehen.

Betrieb mit Fotodioden von Leander Hackmann

Der ewige Blinker ist so sparsam, dass er sogar über drei Fotodioden BPW34 versorgt werden kann, die im Leerlauf zusammen 1,5 V liefern. Zusätzlich habe ich die so erzeugte Versorgungsspannung mit 100 µF gepuffert. Der Blinker funktioniert damit nicht nur bei vollem Sonnenlicht, sondern auch bei mittlerer Beleuchtung im Haus. Wenn die Helligkeit zu gering ist, leuchte ich die Fotodioden einmal kurz mit dem Smartphone an. Danach blinkt die Schaltung auch mit wenig Licht weiter.

Ewiger Blinker minimiert von Bruno Willimann

Da ich eine blinkende Leuchtdiode in einen Kameradummy einbauen will, kam mir die Anleitung gerade recht. Ich habe allerdings den Print noch etwas minimiert, nicht SMD, sondern mit konventionellen Bauteilen und mit einem Lochprint. So ist es nun auch schön klein geworden.

Eine SMD-Platine von Crazy Harry:

Als Transistoren verwende ich BC 807-40W SMD und BC 817-40W SMD, als Kondensatoren Keramik-Vielschicht in der Größe 0805. Der 100nF ist klar, der andere wird bei mir als 22µF/6V bestückt (ab 4.7µF funktioniert es gut). Widerstände hauptsächlich in der Größe 0603, ein 0805 ist auch dabei.

20 Jahre Ewiger Blinker, von Wolfram Herzog

https://www.youtube.com/watch?v=WF9N-5T_ybM

Hier ein kurzes Video von unserem „Ewigen Blinker“ aus dem Jahre 2003, der immer noch blinkt. Damals war mein Sohn 10 Jahre alt, jetzt ist er Ingenieur - basteln motiviert Ich denke mit 20 Jahren dokumentiertem Betrieb könnte das ein Weltrekord sein.

Dem Ingenieur ist nichts zu schwör!