Experimente: Leuchtdiode als Lichtsensor

Wir kennen eine Leuchtdiode als ein Bauteil, das ein Lichtsignal aussendet. Und jetzt soll eine Leuchtdiode als Lichtsensor funktionieren können? Damit das funktioniert, müssten sich die elektrischen Eigenschaften der LED mit der Helligkeit des einfallenden Lichts ändern. Ob das tatsächlich so oder nur ein Mythos ist, wollen wir hier einfach mal ausprobieren.

Eine gelbe Leuchtdiode wird hier als Lichtsensor verwendet. Damit das funktioniert, muss sie in Sperrrichtung betrieben werden. Also die Kathode am Pluspol und die Anode am Minuspol. Die gelbe Leuchtdiode funktioniert dann vom Prinzip her wie eine Fotodiode.

• Fotodiode

Der Widerstand R1 an der Basis des Transistors wird als Schutzwiderstand für die Leuchtdiode LED1 gebraucht, falls diese Leuchtdiode von Dir versehentlich falsch herum eingebaut wird.

Hinweis: Wenn eine Leuchtdiode als Lichtsensor verwendet werden soll, muss sie in Sperrrichtung betrieben werden.

Liste

• LED1: Leuchtdiode, gelb
• LED2: Leuchtdiode, rot
• R1: Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun-Braun)
• R2: Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun-Braun)
• TRS1: Transistor, PN2222 (BC547)
• TRS2: Transistor, PN2222 (BC547)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Widerstand
• Leuchtdiode (LED)
• Transistor
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

1. Baue die Schaltung auf. Die rot Leuchtdiode wird bei normalem Umgebungslicht leuchten.
2. Verdecke die gelbe Leuchtdiode. Die Leuchtdiode leuchtet schwächer oder geht ganz aus.
3. Teste die Schaltung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen.
4. Verwende andersfarbige Leuchtdioden als Lichtsensor. Welche Leuchtdiode (Farbe) eignet sich am besten als Lichtsensor?
5. Wie gut eignen sich Leuchtdioden grundsätzlich als Lichtsensor?

Troubleshooting: Wenn was nicht funktioniert?

Wenn Du die Schaltung vollständig aufgebaut hast:

• Die gelbe LED und die rote LED leuchten: Die gelbe LED ist falsch herum gepolt.
• Die gelbe LED leuchtet und die rote LED nicht: Beide LEDs sind jeweils falsch herum gepolt.
• Die rote LED leuchtet nicht: Dann stimmt etwas mit dem Aufbau nicht. Die Anschlüsse des Transistors sind zu prüfen.

Die Leuchtdiode LED1 ist in Sperrrichtung geschaltet und leitet eigentlich nicht. Allerdings verringert sich durch einfallendes Licht der Widerstand des Halbleitermaterials, wie bei einer Fotodiode. Es fließt dann ein kleiner Strom. Durch die Verstärkung dieses kleinen Stroms mit einem Transistor kann dieser Effekt kaum wirken. Doch die Darlington-Schaltung aus zwei Transistoren sorgt für eine ausreichende Verstärkung, damit die Leuchtdiode LED2 leuchtet.

Tatsächlich dürfte eine gelbe Leuchtdiode sich am Besten als Lichtsensor eignen.

Im Vergleich mit einem Fotowiderstand ist eine Leuchtdiode weniger gut als Lichtsensor geeignet. Tatsächlich wäre das in der Praxis nur eine Notlösung.

Wie kann es sein, dass eine LED wie ein Lichtsensor wirkt?

Ganz einfach, jedes Halbleitermaterial ist lichtempfindlich. Deshalb sind die meisten Halbleiterbauelemente in lichtundurchlässige Gehäuse vergossen. Mit ein paar Ausnahmen, wo die Lichtempfindlichkeit für Sensoren genutzt wird. Zum Beispiel einer Fotodiode, einem Fototransistor oder dem Fotowiderstand. Bei einer Leuchtdiode liegt das Halbleitermaterial auch frei, weil irgendwie muss das Licht austreten können. Umgekehrt reagiert das Halbleitermaterial auf einfallendes Licht.

Eine Leuchtdiode in Sperrrichtung wirkt also wie eine Fotodiode. Nur dass bei einer echten Fotodiode die Halbleiteroberfläche, die dem Licht ausgesetzt ist, viel größer ist, als bei einer Leuchtdiode.