Fade In / Fade Out

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

DoMiNo
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Mo, 10.12.07, 22:25

Hallo!
Ich habe mir vor zwei Tagen meine Led-Leiste an die Decke montiert und bin eigenltich recht zufrieden :)
Jetzt dachte ich mir, dass sich ein Fade In / Fade Out Effekt noch gut machen würde. Dann hab ich mal ein bischen gegooglet und bin auf folgende Seite gestoßen:
http://www.bader-frankfurt.de/ledschaltungen.htm
Weiter unten steht dort eine Schaltung für genau das, was ich suche:
Fade in Fade out Schaltung
Leicht zu realisierene Fade in Fade out Schaltung für LED's mit nur 2 Transistoren. Diese kann man an nahezu alle Taktaugänge anschliessen. Der Ausgang ist mit max.500mA belastbar. Nachteil sie beeinflusst eventuell Schaltfolgen von Zählern.
mit diesem Schaltbild:
Bild
Jetzt hab ich dazu 3 Fragen:
1. In der beschreibung steht, dass die Schaltung max. 500mA aushält. Was sind da die limiterenden Faktoren? Die Transistoren und Kondensatoren? Für meinen Zweck sollte sie eher das doppelte vertragen, also so an die 1A. Ist das möglich mit anderen Komponenten?
2. Wie ist die Schaltung aufgebaut? An der Stelle von der LED "D1" würde ich meine LED-Leiste anschließen. Wie sind da die Widerstände berechnet? Kommen da noch die 12V von meinem Netzteil am ende wieder raus, also nach dem ein-faden?
3. Was bedeutet das Schaltzeichen (Schlangenlinie) links von dem Widerstand "R1"?

Was haltet ihr sonst von der Schaltung?

Entschuldigung für meine schlechten Elektronikkentnisse :oops:
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Sailor
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Mo, 10.12.07, 23:10

1. Der rechte Transistor, und den würde ich dauerhaft mit nicht mehr als 200 mA betreiben. Alternative wäre z.B. der BC 337.

2. Bei einer LED-Leiste kommt dort kein Widerstand mehr hin. Der eingezeichnete Widerstand ist der Vorwiderstand für eine LED. Die Leiste kommt also mit Plus an 12 Volt und mit Minus an den Transistor (statt LED und Widerstand.

3. Dort kommt ein Taktsignal an, das die Schaltung steuert. Und das ist die Steuerung, die Du eigentlich suchst. Mit diesem Signal wird nämlich das Faden bestimmt.

Fazit: Wenn überhaupt, dann nur ein Teil der Schaltung, die Du suchst.

Edit: Revidiert - siehe weiter unten.
DoMiNo
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Di, 11.12.07, 14:52

hmm, ok.
Dann wird das Ganze wohl doch zu kompliziert...
Oder gibt es da eine einfache andere Methode das umzusetzten? Das ausfaden müsste doch theoretisch über einen Kondensator, der sich beim Ausschalten entläd, recht einfach machen lassen, oder?

Habt ihr noch ein paar Tips?
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Sailor
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Di, 11.12.07, 15:22

Mit dicken Kondensatoren kannst Du schon ein Ausfaden erreichen. Deutlich wird es aber erst, wenn Du Z.B. 3 5 Volt, 1 F Gold-Caps in Reihe schaltest und diese dann parallel zu den Anschlüssen der Leiste.

Dabei ist zu beachten, dass das Netzteil beim Einschalten einen deutlich höheren Strom liefern muss, was u.U. zum Auslösen der Netzteilsicherung führt.

Also nur eine Notlösung für diese Anwendung.

Edit:
Ich habe mir die Schaltung etwas genauer angeschaut: die kannst Du doch nehmen!
Ich muss nur nochmal kurz die Bauteile nachrechnen.

Bedingung ist, dass die 12 Volt immer anliegen und nur über den Pin mit dem angezeichneten Rechteckimpuls Ein- und ausgeschaltet wird.

Bader wollte wohl mit diesem Impuls andeuten, dass die Schaltung auch für ständiges Ein- und Ausfaden geeignet ist (wahrscheinlich hat er sie dafür gedacht).
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Scorpion
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Di, 11.12.07, 17:25

wie genau geht den nun das mti dem ein und ausfaden? was muss an diesem dritten eingang passieren dass es ein oder ausfadet? und wenn ausgefadet ist dann ist schon strom aus oder? also nciht einfach nur LEDleiste überbrückt?
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Crossfire
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Di, 11.12.07, 17:28

ist das damit die blinken zu der musik oder wie?
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Di, 11.12.07, 17:32

noö faden ist glaub nur langsam heller werden ung umgekehrt beim ausschalten ... (aber lässt sich sicher irwie kombinieren^^ *gg*)
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Sailor
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Di, 11.12.07, 18:00

Die Schaltung ist nicht neu. Über das Problem haben wir uns hier im Rahmen einer Stufenschaltung schon einmal ausführlich unterhalten.

Einfaden bedeutet : Licht geht langsam an.
Ausfaden bedeutet: Licht geht langsam aus.

Die Schaltung ist für dafür geeignet. Als Endstufentransistor müsste ein stärkerer benutzt werden, bei größeren Strömen als etwa 300 mA sollte dieser auf ein Kühlblech.

Die Spannung zwischen + 12 V DC und - GND muss immer anliegen, wenn der Fadevorgang laufen soll. (Ein Schalter an der Primärseite des Netzteils müsste also zuerst einschalten und zuletzt ausschalten - erst wenn die Schaltung dunkel ist.

Der Schalter zum Ein- und Ausschalten der LED´s muss von + 12 V DC zu dem Anschluss mit dem Taktsymbol beim Einschalten eine Verbindung herstellen und diese beim Ausschalten wieder trennen. Nur das Schalten mit diesem Schalter bewirkt ein Ein- und Ausfaden.

Jetzt muss ich zuerst mal weg und dann mache ich mir Gedanken, wie die Schaltung geändert werden muss, dass sie zum Schalten der Leiste(n) geeignet ist.
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Di, 11.12.07, 19:06

Vielen Dank schonmal für die Bemühung.
Wenn ich das richtig verstanden habe, müsste es doch etwa so in der Art gehen, oder?
http://www.spongedpics.com/upload/WZ119 ... eiste3.png
Wieviel Ampere(bzw. mA) würde denn diese Schaltung so vertragen? Mit großen Kühlungen&co ist natürlich auch nicht so praktikabel...
Auf der Schaltung ist jetzt nur die eine LED-Leiste, die ich bisher gebaut habe. Ich habe aber vor, noch eine zweite an das Netzteil zu bauen, somit wären das dann praktisch 20xLED-Reihe1 und 10xLED2-Reihe2 sprich es würde ein Strom von ca. 1A fließen.

Welche Kondensatoren würdet ihr nehmen, also welche Kapazität? Das sollte natürlich dann nicht ne 1/4 Stunde dauern, bis die LEDs an sind, der Effekt sollte aber auf der anderen Seite natürlich schon zu erkennen sein :wink:

Fragen über Fragen :oops:

Danke
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Sailor
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Di, 11.12.07, 20:44

Deine Schaltung aus dem Link oben ist richtig.

Wie weit kannst Du Dir die Schaltung erklären und wie weit kennst Du Dich mit RC-Gliedern aus?
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Di, 11.12.07, 21:00

Sailor hat geschrieben:Deine Schaltung aus dem Link oben ist richtig.
Gut, dann hab ich die schonmal richtig zusammengestellt.
Sailor hat geschrieben: Wie weit kannst Du Dir die Schaltung erklären und wie weit kennst Du Dich mit RC-Gliedern aus?
Leider kann ich mir die Schaltung nicht richtig erklären. Wie ein Kondensator funktioniert, auch als RC-Glied, weiß ich theoretisch, aber auch nur theoretisch. Wenn ich das versuche anzuwenden merke ich, dass das halt nicht so ganz klappt...

Die dauer, wie lange der Kondensator braucht, bis er geladen ist, berechne ich mit Hilfe der Zeitkonstante, oder?

Das größere "Problem" stellen für mich die Transistoren dar. Leider haben wir in der Schule nie über Transistoren etwas gelernt. Hast du vielleicht ein Link wo die Funktion einfach erklärt wird?
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Sailor
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Di, 11.12.07, 22:00

OK, dann fangen wir mit der Schaltung an:

Um es einfacher zu machen, gegen wir davon aus, dass die 12 Volt vom Netzteil schon anliegen und nur ein Schalter von den 12 Volt zum R1 führt (statt Deinem Wechselschalter). Die Kondensatoren lassen wir zunächst weg - die kommen später ins Spiel.

Dieser Schalter ist geöffnet.

Wenn der Schalter geöffnet ist liegt an der Basis des Transistors Q1 keine Spannung an und es kann daher auch kein Strom von der Basis zum Emitter fließen. Das hat zur Folge dass der Transtor Q1 geschlossen ist.
Wenn Q1 geschlossen ist, kann von Plus über R2 und Q1 kein Strom fließen. Über R2 und R3 liegt aber die Plus-Spannung an der Basis von Transistor Q2. Damit fließt dort ein Strom von der Basis zum Emitter und der Transistor öffnet.

Wenn Transistor Q2 öffnet, fließt ein Strom von Plus über die LED-Reihen, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q2 und die LED´s leuchten.

Die LED´s leuchten also, wenn der Schalter geöffnet ist.

Schließen wir nun den Schalter.

Damit liegt über R1 eine Spannung an der Basis des Transistors Q1 an, die einen Strom von der Basis zum Emitter dieses Transistors. Der Transistor öffnet. Das hat zur Folge, dass Lötpunkt Kollektor Q1 und R2 nur noch 0,7 Volt Spannung anliegen, die Diodenspannung der Kollektor-Emitter-Strecke.

Damit wird der Stromfluss über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q2 unterbrochen und der Transistor sperrt. Dies führt zu einer Unterbrechung des LED-Kreises und die LED´s gehen aus.

Die LED´s gehen aus, wenn der Schalter geschlossen ist.

Der Strom durch die Basis-Emitter-Diode der Transistoren wird durch den Basiswiderstand bestimmt.
Dies sind R1 für den Transistor Q1 und R3 für den Transistor Q2. Um diesen Widerstand auszurechnen, muss man in das Datenblatt des Transistors schauen. Dort steht der zulässige BE-Strom drin. Nach diesem Wert und der angelegten Spannung wird der Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz R = U/I ausgerechnet.

Solange wir den Transistor als Schalter betrachten, kommst Du mit dieser Berechnung hin, wenn Du den Wert des Widerstandes etwas größer als den errechneten Wert nimmst (gleiches Prinzip wie bei den LED-Berechnungen).

Kommst Du mit dieser Betrachtung bisher klar oder habe ich etwas nicht richtig erklärt?
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Di, 11.12.07, 22:45

So, vielen Dank erstmal für die ausführliche gute Erklärung und die Mühe!

Ich habe mir gerade mal die Funktionsweise eines Transistors durchgelesen (http://www.elektronik-kompendium.de/sit ... 201291.htm) und dann nochmal Deine Beschreibung und denke, dass ich es jetzt einigermaßen verstanden habe. Aber hab ich nicht in meiner Schaltung nicht einen Fehler? Muss nicht die untere Leitung (vom Emitter Q1/Q2) an den - Pol vom Netzteil? :?

Die Hilfe, die man hier in dem Forum bekomment ist echt Klasse! Danke!
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Sailor
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Di, 11.12.07, 22:56

Da hast Du gut aufgepasst! Die Batterie stimmt so nicht: Plus muss an die obere Leitung und an die Schalter und Minus an die untere Leitung.

Die Erklärung im Elektronik-Kompendium habe ich mir angesehen. Ich versuche noch eine bessere zu finden.

Zeichne die Batterie mal um und dann bringen wir morgen die Kondensatoren unserer Schaltung mal ins Spiel.
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Sailor
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Mi, 12.12.07, 12:36

Kommen wir jetzt zur Wirkung der Kondensatoren in der Schaltung:

Um es einfacher zu machen gehen wir davon aus, dass ein durchgeschalteter Transistor eine direkte Verbindung vom Kollektor zum Emitter hat, gerade so, als wäre es ein idealer Schalter. Natürlich wissen wir dass auch bei geöffnetem Transistor noch die Diodenspannung von 0,7 Volt anliegt.

Der Schalter ist geschlossen.

Transistor Q1 leitet also und der Kollektor hat Masse. Der Kondensator C1 ist aufgeladen, weil er über den geöffneten Transistor Q1 zwischen 12 Volt und Masse liegt. Über den Widerstand R2 messen wir ebenfalls 12 Volt, beide Bauteile sind parallel.

Der Kondensator C2 ist entladen, weil er mit dem Plus-Beinchen über den Widerstand R3 und den Transistor Q1 an Masse liegt. Damit sind beide Beinchen an Masse und der Kondensator hat keine Ladung. Transistor Q2 ist gesperrt und die LED´s leuchten nicht.

Nun öffnen wir den Schalter.
Der Transistor Q1 sperrt sofort, weil ihm die Basisspannung entzogen wird. Damit liegt das Minusbeinchen von Kondensator C1 nicht mehr an Masse. Der Kondensator C1 entlädt sich über den Widerstand R2. Dieser Entladestrom ist aber nicht nur in diesem Stromkreis Plus C1 – R2 – Minus C1 wirksam, weil er zu einem Spannungsabfall über dem Widerstand R1 führt, der zunächst dem Strom bei einem geöffneten Transistor Q1 entspricht. Im Umschaltmoment liegen also wegen dieses Stromes über dem Widerstand R2 immer noch 12 Volt an.

Da sich der Kondensator C1 jedoch über den Widerstand R2 langsam entlädt, nimmt auch die Spannung über dem Widerstand R2 langsam ab. Mit dem Abnehmen dieser Spannung steigt die Spannung an der Minus-Seite des Kondensators C1 langsam an und es beginnt ein Strom von Plus über R2 , R3 und die Basis – Emitter Strecke des Transistors Q2 zu fließen.

Da der Strom zunächst nur sehr klein ist, weil der Strom vom Kondensator C1 ja noch einen großen Spannungsabfall über dem Widerstand R1 verursacht, macht der Transistor Q2 nur ein klein wenig auf. Erst mit wachsender Entladung des Kondensators und der damit kleiner werdenden Spannung über dem Widerstand R2 wächst auch der Strom über die Basis – Emitter – Strecke des Transistors Q2 an und dieser Transistor öffnet langsam immer mehr.

Mit diesem langsamen Öffnen wirkt er wie ein Widerstand, der immer kleiner wird.

Da er in Reihe mit den LED-Reihen geschaltet ist, werden diese immer heller.

Wenn der Kondensator C1 entladen ist und keinen Spannungsabfall über dem Widerstand R2 mehr erzeugt, fließt der volle Basis – Emitter – Strom im Transistor Q2 und der Transistor Q2 ist voll aufgesteuert, die LED´s leuchten in voller Helligkeit.

Die Kombination C1 und R2 ist für das langsame Einfaden verantwortlich.

Für die Geschwindigkeit des Vorganges sind die Größe des Widerstandes R2 und die Größe des Kondensators C2 bestimmend.

Mit steigender Spannung an der Basis des Transistors Q2 lädt sich auch der Kondensator C2 auf, weil an der Plus-Seite nun 12 Volt anliegen und das Minus Beinchen direkt an Masse liegt.

Nun schließen wir den Schalter.
Der Kondensator C1 ist entladen, der Kondensator C2 ist voll geladen.

Mit dem Schließen des Schalters schaltet der Transistor Q1 durch und der Kollektor hat Massepotential. Der Kondensator C1 kann sich wieder aufladen, da nun wieder die volle Spannung über den beiden Anschlüssen liegt.

Der Kondensator C2 ist noch voll geladen und hält den Transistor Q2 noch voll geöffnet. Dieser Kondensator hat nun zwei Wege sich zu entladen:

1 direkt über die Basis – Emitter – Strecke des Transistors Q2 und
2. über R3 und den geöffneten Transistor Q1

Mit abnehmender Entladung des Kondensators C2 nimmt der Strom durch die Basis – Emitter – Strecke des Transistors Q2 ab. Der Transistor Q2 schließt langsam und die LED´s gehen langsam aus, weil mit dem langsamen Schließen des Transistors der Vorwiderstand für die LED-Reihen größer wird.

Die Kombination C2 und Basis – Emitter – Strecke des Transistors Q2 in Verbindung mit der Kombination C2 – R3 und geöffnetem Transistor Q1 ist für das langsame Einfaden verantwortlich.

Damit sind wir wieder in unserem Ausgangszustand vom Beginn unserer Betrachtung:

Der Schalter ist geschlossen, Transistor Q1 geöffnet, der Kondensator C1 geladen, der Kondensator C2 entladen und der Transistor Q2 gesperrt.

Damit kann das Spielchen von Neuem beginnen!

Mit dem nächsten Kapitel wollen wir versuchen, die Zeiten in den Griff zu bekommen, ohne zu sehr in die Mathematik einzusteigen.

Vorher sollten wir aber noch offene Fragen aus dieser Betrachtung klären!
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Mi, 12.12.07, 13:55

DoMiNo hat geschrieben: Ich habe mir gerade mal die Funktionsweise eines Transistors durchgelesen (http://www.elektronik-kompendium.de/sit ... 201291.htm) und dann nochmal Deine Beschreibung und denke, dass ich es jetzt einigermaßen verstanden habe.
Hier: http://amasci.com/amateur/transis.html gibt es eine sehr sehr gute Erklärung, wie Transistoren funktionieren. Wer nicht so gut Englisch kann, kann seine Sprachkenntnisse dabei auch gleich ein bisschen trainieren, es lohnt sich.
Borax
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Mi, 12.12.07, 15:16

Prinzipiell alles richtig. Aber wenn ich die Schaltung: http://www.spongedpics.com/upload/WZ119 ... eiste3.png
richtig verstehe, trennt der Schalter S2 die Stomversorgung der gesamten Schaltung. Dann funktioniert zwar das Fade-in, aber nicht das Fade out (weil schon kein Strom mehr anliegt). Abhilfe wäre vmtl. ein weiterer Transistor + ein Relais was den Schalter so lange überbrückt, wie die LEDs noch Strom haben.

EDIT:
Da ja Bilder wieder funktionieren, die Simulation (mit den angegebenen Werten) sieht so aus:
FadeSim.png
FadeSim.png (4.88 KiB) 12172 mal betrachtet
Zuletzt geändert von Borax am Mi, 12.12.07, 15:33, insgesamt 2-mal geändert.
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Mi, 12.12.07, 15:32

Wie die Schaltung derzeit noch ist, bewirkzt der Schalter überhaupt nichts.

Der "Stromkreis" besteht aus einem geschlossenen Ring mit Plus 12 Volt. Ob nun Masse an die Basis des Transistors Q1 gelegt wird oder der Schalter geöffnet bleibt ändert nicht an dem Verhalten der LED´s: sie sind aus und sie bleiben aus!

Daher auch der Einwand von DoMiNo nach der 1. Erklärung, wo es rein um "Transistor als Schalter" ging.
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Mi, 12.12.07, 15:42

Schon klar. Aber ich nehme an, dass 'meine Interpretation' das von DoMiNo 'beabsichtigte' Schaltverhalten sein soll. Weil das Abtrennen dar Stomversorgung ist ja noch nicht gelöst. Die Schaltung selbst verbraucht zwar kaum was (wenn R1 dauerhaft an 12V liegt), aber das Netzteil wird vmtl. einiges 'verbraten'.
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Sailor
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Mi, 12.12.07, 16:03

Danke für die Simulation, Borax! Mal sehen was wir errechnen, wenn DoMiNo so weit ist.

Meine Anmerkung oben war auch mehr für die Mitleser gedacht, die u.U. eine Schaltung einfach nachbauen, ohne die Wirkungsweise zu hinterfragen.

Es ist leider selten, dass sich User auch für die Wirkungsweise einer Schaltung interessieren. Zu oft geben sie sich doch mit der Auskunft zufrieden : Nimm einen 470 µF Kondensator, dann funktioniert es.

Dann wird halt ein 470 µF Kondensator eingelötet, und fertig.

Ich finde es gut, dass wir hier doch auch einige User der wissbegierigen Sorte haben!
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Mi, 12.12.07, 19:41

So, hatte Heute leider (und morgen wahrscheinlich auch :( ) bisher wenig Zeit, deswegen antworte ich erst jetzt...

Ich hab die Schaltung mal geändert, ich hoffe so ist sie richtig...
neue Schaltung
Sailor hat geschrieben: Es ist leider selten, dass sich User auch für die Wirkungsweise einer Schaltung interessieren. Zu oft geben sie sich doch mit der Auskunft zufrieden : Nimm einen 470 µF Kondensator, dann funktioniert es.

Dann wird halt ein 470 µF Kondensator eingelötet, und fertig.

Ich finde es gut, dass wir hier doch auch einige User der wissbegierigen Sorte haben!
Das wäre doch langweilig die einfach nachzubauen :wink: Außerdem ist man sich ja nie richtig sicher, wenn man die Schaltung nicht wenigstens "grundlegend" versteht.
Sailor hat geschrieben:Vorher sollten wir aber noch offene Fragen aus dieser Betrachtung klären!
Ich denke, dass ich es weitgehend verstanden habe.
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Do, 13.12.07, 10:06

Die neue Schaltung sieht besser aus, aber ich frage mich immer noch, warum da zwei Schalter drin sind... :?:
Borax
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Do, 13.12.07, 11:52

Sieht für mich auch vernünftig aus. Wobei ich ebenso wenig verstehe, warum Du einen 2xUm-Schalter verwenden willst. Außerdem wäre für Deine Zwecke eine einfachere Schaltung wohl ausreichend. Die hier verwendete Schaltung ist wirklich dafür gedacht, um bei einen (periodischen!) Rechtecksignal ein (etwa gleichlanges) Ein- und Ausfaden zu erreichen. Wenn es Dich nicht stören würde, dass Fadeout Zeit länger als Fadein Zeit wäre, dann könntest Du einfach die 'Standard'-Ein/Ausschaltverzögerung (siehe auch Sailors Link) verwenden. Und 1A ist auch eine ganze Menge... da brauchst Du eigentlich schon einen stärkeren Transistor als den BC337 (der hat zwar 1A Grenzleistung, die würde ich aber lieber nicht 'ausreizen'). Also vmtl. einen aus der BDXXX Reihe. Da diese (einfache) Schaltung den Strom während der Fadeout/Fadein Phase 'verbraten' muss, ist auch auf alle Fälle ein Kühlkörper erforderlich. Wenn Du das vermeiden willst/musst, wird es aufwändig, da dann so was wie eine PWM erforderlich wird. Hier mal ein Simulations-Beispiel mit BD241C:
FadeSim2.png
FadeSim2.png (7.7 KiB) 12129 mal betrachtet
I(R1) entspricht in etwa dem Strom durch Deine LEDs, V(n002) entspricht Schalter an(12V) /aus(0V)
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Do, 13.12.07, 12:25

Na ja, die meiste Leistung muss ja nur in den kurzen Fade-Phasen verbraten werden. Wenn man nicht ständig ein- und ausschaltet, reicht vieleicht die Kühlfahne an einem Transistor mit TO220 Gehäuse oder was ähnliches. Der Transistor wird dann beim Faden zwar warm, aber die Wärmekapazität reicht vielleicht doch aus, um ihn in den paar Sekunden nicht zu heiß werden zu lassen. Ich würd's mal ausprobieren.
Borax
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Do, 13.12.07, 13:14

Drum eben den BD241 (ist ein TO220). Aber selbst im 'durchgeschalteten' Zustand fallen ca. 0.5V ab, bei 1A ist das immerhin ein halbes Watt 'Heizleistung'...
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