6. Ein schwacher Schimmer genügt!

Ist der Raum absolut dunkel, so wird das Lämpchen nicht brennen. Aber schon ein schwacher Schimmer genügt, um das Lämpchen hell werden zu lassen. Bauen wir z. B. die Anordnung in einem voellig dunklen Raum auf und zuenden in der anderen Ecke des Raumes ein Zuendholz an, so reicht das bereits, um die Lampe zum Brennen zu bringen.

Wenn wir die soeben besprochene Schaltung etwas ändern (siehe Abb. 163. Aufbau Abb. 164), können wir durch einen Kunstgriff noch viel kleinere Lichtintensitäten nachweisen. Im Prinzip handelt es sich wieder um einen zweistufigen Gleichstromverstärker, dessen Eingang durch den LDR gesteuert wird. Der Kondensator C verhindert lediglich das Auftreten wilder Schwingungen bei längeren, zum LDR führenden Leitungen. Der verhältnismaessig hohe Emitterwiderstand (R parallel zu R1) von T macht die Schaltung unempfindlich gegen Temperatureinflüsse und Exemplarschwankungen. Dasselbe gilt von R2 in bezug auf T1. Der Emitter dieses Transistors liegt über den LDR an der Basis von T, wodurch sich bei belichtetem LDR eine Gleichstrom - Gegenkopplung ergibt, die ebenfalls zur Stabilität etwas beitragt. Hat z. B. der Collectorstrom von T1 eine steigende Tendenz, so wird die Basis von T über den LDR etwas negativer und reduziert den Collectorstrom von T, gleichzeitig auch den von T1.

Abb. 163. Ein hochempfindlicher Lichtindikator

Abb. 164. Aufbauzeichnung zu Abb. 163

Neu ist die Kompensation des Collector-Ruhestromes von T1 mit einer Brückenschaltung. Dabei verwenden wir die Wicklungen bl - br und gr - sw des Transformators als ohmsche Widerstände. Solange der Punkt sw der einen Wicklung nicht mit dem Potentiometer verbunden ist, fliesst der Ruhestrom von T1 über die Wicklung bl - br durch das Instrument. Wird die Verbindung hergestellt und das Potentiometer so eingeregelt, daß die abgegriffene Spannung einen Strom über das Instrument treibt, der ebenso gross ist wie der Ruhestrom von T1, so fliesst im Instrument überhaupt kein Strom, denn beide Ströme haben die entgegengesetzte Richtung, heben also einander auf. Ein evtl. vorhandenes Ultron stellen wir in der praktischen Handhabung zunaechst auf 250 mA und gleichen den Ausschlag mit dem Potentiometer so gut wie möglich auf Null ab. Dabei darf der LDR überhaupt nicht belichtet sein. Dann schalten wir auf den 2,5 mA-Bereich und gleichen nochmals auf Null ab. Nun können wir sogar den 50-µA-Bereich einschalten und nochmals, aber sehr vorsichtig, auf Null abgieichen. Bei diesem Bereich verursacht schon die kleinste Drehung am Potentiometer einen betraechtlichen Ausschlag! Der beschriebene Abgleich läßt sich auch bei schon vorbelichtetem LDR durchführen, wozu natuerlich eine etwas andere Potentiometereinstellung gehört. Dann reagiert das Instrument bereits auf kleinste Lichtschwankungen. Im 50 µA-Bereich verhält sich der Zeiger nicht ganz ruhig und kann um etwa fuenf Teilstriche "wandern", was auf nicht ganz konstante Widerstände im Eingangskreis (Schwankungen des LDR, Schwankungen des Eingangswiderstandes von T usw.), u. U. auch auf Potentiometerschwankungen zurückzuführen ist. Das braucht uns nicht zu stören und zeigt gleichzeitig die Grenzen, die hochempfindlichen Schaltungen wie dieser gesetzt sind und mit denen die moderne Elektronik, z. B. in Gleichstromverstärkern, dauernd zu kaempfen hat ("Nullpunktkonstanz").

Auf diese Weise läßt sich nicht nur die allererste Morgen- und die allerletzte Abenddaemmerung meßtechnisch feststellen, sondern wir können darüber hinaus Lichtquellen äusserst geringer Intensität, z. B. das Leuchten eines Glühkaefers, registrieren. Haben wir ein Fernrohr und sorgen wir mit einer geeigneten Optik dafür, daß das Mondlicht oder auch das Licht eines hellen Planeten auf den Photowiderstand trifft, so wird auch dieses Licht genügen, um einen Ausschlag des Messinstrumentes hervorzurufen. Deshalb ist solch eine Schaltung für den Amateurastronomen von großem Interesse, und sie zeigt deutlich, zu welchen Leistungen die heutige Elektronik mit einfachen Mitteln faehig ist. Leider wird der LDR bei diesen kleinen Lichtintensivitaten sehr "langsam". Er braucht Zeit, bis zu einer Minute, um sich auf schwache Helligkeiten einzustellen. Deshalb müssen wir bei solchen Versuchen geduldig sein.

Rechnen wir einmal interessehaiber ganz kurz und überschlagig nach, welche Beleuchtungsstärken auf dem LDR noch gut zu registrieren sind. Die von der Lieferfirma Valvo angegebene Kurve, die den Widerstand des LDR als Funktion der Beleuchtungsstärke zeigt, reicht nur bis 10 Lux. Extrapoliert man diese Kurve, was zweifellos mit Ungenauigkeiten verbunden ist, so kommt man bei etwa 0,03 Lux auf 10⁶ Q für den LDR. Dieser Widerstand wuerde im Basiskreis von T der Abb. 163 einen Strom von rund 9/10⁶ = 9 µA hervorrufen. Nehmen wir eine Gesamt-Stromverstärkung der Transistorkaskade von nur 10³ an, was sich auch bei den hier vorkommenden kleinen Collector- und Basisstromen noch erreichen läßt, so wird der Collectorstrom des zweiten Transistors bereits 9 mA betragen. Eine Beleuchtungsstärke von 0,1 Lux erzeugt beispielsweise der Vollmond bereits ohne weitere optische Hilfsmittel. Eine Zehnerpotenz niedriger entspricht schon der Grenzempfindlichkeit des menschlichen Auges für weisses Licht nach einer Minute Adaptierungszeit. Wir kommen sogar noch etwas weiter als um eine Zehnerpotenz herunter, denn der LDR hat bei voelliger Dunkelheit stets wesentlich mehr als 10 MΩ. Er hat sogar häufig weit mehr als 100 MΩ. Oieses kleine Rechenbeispiel möge einen Einblick in die erreichbare Empfindlichkeit geben, die sich durchaus mit der hochempfindlicher Photomultiplier vergleichen läßt. Zu beachten ist allerdings, daß man das vorstehende Rechenbeispiel nicht als Grundlage für genaue Lichtbestimmungen verwenden kann; hier spielen die Streudaten der Transistoren sowie die nicht genau bekannte Abhängigkeit des LDR-Widerstandes von der Beleuchtungsstärke bei diesen geringen Werten eine Rolle. Immerhin, es genügt schon, wenn man über einen derart empfindlichen, einfachen Indikator verfuegt.

9 Richter, Praktikum 1