Conrad 10197 Operation Manual [de]

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Vorwort

Wie schon in den letzten Jahren gibt es auch 2016 wieder einen neuen Conrad-Elektronik-Kalender mit 24 Experi

ﬁ

geg

menten für den 1. bis 24. Dezember. Das Thema ist die digitale Elektronik. Es geht um digitale Zähler mit dem CMOS Baustein 4060. Dieses IC enthält 14 digitale Teiler-Flipﬂ ops und zusätzlich einen vielseitig einsetzbaren Takt oszillator. Es ermöglicht ganz unterschiedliche und sehr vielseitige Anwendungen, die nicht nur lehrreich sind, sondern auch Spaßmachen. Am Ende steht eine Schaltung, die als Darstellung eines Holzfeuers und fallender Sterne an den Weih nachtsbaum gehängt werden kann.

Es gibt verschiedene Arten, den Elektronik-Kalender zu verwenden. Der eine möchte vielleicht einfach nur alles genau nach Plan aufbauen und den Erfolg genießen, der andere will es genau verstehen. Die Versuchsbeschreibungen sollen beiden gerecht werden. Deshalb werden der Aufbau und die Funktion jeweils nur so knapp beschrieben, wie es für den erfolgreichen Aufbau nötig ist. Im Anschluss werden die technischen Hintergründe in kurzer Form erläutert. So nen gehen kann. Die größte Freude bereiten die Experimente übrigens, wennman mit anderen daran arbeitet. Eltern und Gro wec

ndetman die entscheidenden Hinweise, mit denenman auch auf die Suche nach weiteren Informatio

eltern können vielleicht wertvolle Erfahrungen weitergeben und das Interesse der Kinder und Jugendlichen

en.

Mit den vorhandenen Bauteilen lassen sich noch wesentlich mehr Schaltun nen. Wer die vor ähnliche Anwendun keine Grenzen

Wir wünschen viel Freude und eine frohe Weihnachtszeit!

ebenen Versuche mit Interesse durcharbeitet, ﬁ ndet schnell weitere Schaltungsvarianten und

en. Und auch ganz neue Schaltungen lassen sich entwickeln. Ihrem Erﬁ ndungsreichtum sind

esetzt

en bauen, als hier gezeigt werden kön-

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lle Versuche im Überblick

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0 Schnelles Flackern

fel

linklich

1 Der LED-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 Batterieverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3 Gesteckter Au

4 Lampenschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

5 Eine Schutzdiode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

6 Digitaler Schaltkreis

7 Ein offener Eingan

8 Rückkopplun

11 Teiler durch 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 Zähler von null bis drei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 Drei-Bit-Zähler bis sieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

14 Dreivierteltakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

15 Gestoppter Zähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 Highspeed-Wür

17 Lichtsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

bau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18 Tastenzähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

19 Taste entpre

20 Mehrfachblinkmuster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

21 Vier Helligkeitsstufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 Vierer-B

24 Feuerschein und fallende Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

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LED-Test

(

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stand vo

1 Der

1. Ta

Der erste Versuch im Advent soll eine LED zum Leuchten bringen. Eine LED darf niemals direkt an eine Spannungs quelle gelegt werden,man braucht immer auch einen Vorwiderstand. Ohne diesen Widerstand würde die LED durch zu viel Strom zerstört! Die LED muss in der korrekten Richtung eingebaut werden. Sie besitzt zwei unterschiedliche Anschlüsse. Der kurze Draht ist der Minuspol untere Rand ist an der Kathodenseite abgeﬂ acht. Außerdem ist bei allen LEDs in diesem Kalender der größere Halter im Inneren der LED mit der Kathode verbunden.

Hinter dem ersten Türchen ﬁ nden Sie eine rote LED und einen dazu passenden Widerstand. Zusätzlich benötigen Sie eine 9-V-Blockbatterie. Der erste Versuch muss besonders vorsichtig ausgeführt werden. Achtung, vermeiden Sie den direkten Blick in eine leuchtende LED aus geringen Entfernungen von unter einem Meter. Helle LEDs können Netz hautschäden verursachen. Vermeiden Sie es, dass jemals beide LED-Anschlüsse gleichzeitig die Batterieanschlüsse

erühren! Es muss immer der Widerstand in Reihe angeschlossen werden, sonst brennt die LED durch. Halten Sie

beide Bauteile an die Batterie, wie es die Zeichnung zeigt. Die LED leuchtet hell au

Elektronische Schaltun dar. Für Dreieck für die Anode und einem deutet die Stromrichtun das ab

Hier sind es 10.000Ohm = 10 Kiloohm 10k Schwarz, Orange +/–5%

edes Bauteil gibt es ein Symbol. Die LED besteht aus einem

ebene Licht. Der Widerstand wird als rechteckiges Kästchen

ezeichnet. Jeder Widerstand hat einen bestimmten Widerstandswert.

. Das reale Bauteil ist mit Farbringen gekennzeichnet (Braun,

en stelltman übersichtlich in Schaltbildern

eraden Strich für die Kathode. Das

an. Zwei kurze Pfeile nach außen stehen für

ür 10.000 und Gold für mögliche Abweichungen bis

Kathode K), der längere Draht ist der Pluspol (Anode A). Der breitere

10 k, im Schaltbild kurz

2. Ta

Das Schaltbild zei Batterie, Widerstand und LED. Der Widerstand hat dabei die Auf die Stromstärke auf einen sinnvollen Wert zu be Widerstand zwar noch weit unterhalb ihresmaximal erlaubten Stroms betrieben sie leuchtet aber schon ausreichend hell.

t eine Reihenschaltung. Der Strom ﬂ ießt durch

abe,

renzen. Je größer der

desto kleiner die Stromstärke. Bei 10 k wird die LED

2 Batterieverbindun

Das zweite Türchen verbirgt einen Batterieclip für die 9-V-Batterie. Bauen Sie den Versuch vom ersten Tag noch einmal etwas anders au Minuspo Verbindung der beiden Pole. Denn dabei könnte die Batterie sehr hei Kurzschluss im Extrem

D 2V an LEDs werden meist für Ströme von 20mA aus um

ist und der rote der Pluspol. Vermeiden Sie unbedingt einen Kurzschluss der Batterie, also eine direkte

r Wider

er LED liegen, also noch 7V am Widerstand. Daraus ergibt sich ein Strom von nur 0,7mA. Zum Vergleich:

eutlich sichtbares Licht zu erzeugen.

. Verwenden Sie den Batterieclip und beachten Sie, dass der schwarze Anschlussdraht der

werden und bei einem länger anhaltenden

all sogar explodieren. Außerdem verringern Kurzschlüsse die Lebensdauer der Batterie.

n 10 k bestimmt den Strom durch die LED. In diesem Fall kannman davon ausgehen, dass etwa

elegt. Diese rote LED kommt jedoch schon mit weniger als 1mA aus,

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Gesteckte

ufbau

(

elat

ussdrähte

r A

Öffnen Sie das dritte Türchen und nehmen Sie eine Steckplatine aus dem Fach. Damit vereinfacht sich der Aufbau komplizierter Schaltungen. Das Steckboard mit insgesamt 270 Kontakten im 2,54-mm-Raster sichere Verbindung der Bauteile

Das Steckfeld hat im mittleren Bereich 230 Kontakte, die jeweils durch vertikale Streifen mit fün Kontakten leitend verbunden sind. Zusätzlich gibt es am Rand 40 Kon takte für die Stromversorgung, die aus zwei horizontalen Kontaktfederstrei

en mit je 20 Kontakten beste hen. Das Steckfeld verfügt damit ü

er zwei unabhängige Versorgungsschienen, die hier und den Minuspol der Batterie verwendet werden.

Das Einsetzen von Bauteilen benöti r

iv viel Kraft. Die Anschl

nicken daher leicht um. Wichtig ist, dass die Drähte exakt von oben einge möglichst kurz über dem Steckbrett ange Ansc

ussdrähte wie die verzinnten Enden des Batterieclips ohne Knicken einsetzen.

ür den Pluspol

ührt werden. Dabei hilft eine Pinzette oder eine kleine Zange. Ein Draht wird

asst und senkrecht nach unten gedrückt. So lassen sich auch empﬁ ndliche

0,1 Zoll) sorgt für eine

3. Tag

Bauen Sie die Schaltun eine Reihenschaltun anderen Anordnun

aus dem ersten Versuch noch einmal auf der Steckplatine auf. Wieder handelt es sich um

mit Widerstand und LED. Das Schaltbild zeigt die gleiche Schaltung, aber mit einer etwas

der Bauteile, die dem realen Versuch möglichst ähnlich ist.

4 Lampenschalter

Hinter dem vierten Türchen ﬁ nden Sie den für alle folgenden Versuche notwendigen Draht. Bauen Sie eine LEDLampe mit Schaltkontakt. Schneiden Sie ein passendes Stück Draht von 4cm Länge ab und ent Enden die Isolierung au Ein

ürzerer Draht von 2cm Länge wird als Zugentlastung eingebaut, um die weichen Anschlussdrähte zu schonen.

Der Batterieclip sollte immer verbunden bleiben, damit sich die Anschlüsse nicht übermä

Der einfache Schalter besteht aus zwei blanken Drahtstücken, die sich erst mit einem Fin den Sie dazu Drahtstücke von 2 cm Länge ab und entfernen Sie die Isolierung komplett

einer Länge von etwa 5mm. Dieser Draht soll als Verbindung zur LED eingebaut werden.

ernen Sie an den

ig abnutzen.

erdruck berühren. Schnei

4. Tag

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ine Schutzdiode

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060 muss zusätz-

5. Ta

6. Ta

Eine weitere r ein. Dabei muss die Richtung stimmen, sonst ﬂ ießt kein Strom. Wenn alles korrekt zusammengebaut wurde, leuch ten beide LEDs. Und obwohl nun zwei LEDs in Reihe liegen, ist die Helligkeit der ersten LED fast gleich geblieben

Die neue LED hat eine wichtige Funk tion für die folgenden Versuche. Sie dient als Schutzdiode und soll eine falsche Polung der Batterie verhindern. Das morgen einzusetzende Bauteil reagiert nämlich sehr empﬁ ndlich auf eine Falschpolung und soll gegen mög

e Fehler geschützt werden. Zugleich ist die LED eine ein Stromanzeige, mit rekte Funktion einer Schaltung erken nen kann.

LED ﬁ nden Sie hinter dem Türchen Nummer 5. B

ache

erman die kor

zweite LED mit in den Stromkrei

6 Digitaler Schaltkreis

ffnen Sie Türchen Nummer 6. Dahinter ﬁ nden Sie das wichtigste Bauteil dieses Kalenders, das CMOS-IC 4060. Dieses IC mit 16 Anschlussbeinchen enthält insgesamt 14 Teiler-Flip Ansc

üsse 1 und 16 liegen an der linken Seite und sind durch eine Einkerbung gekennzeichnet. Einen zusätzlichen Hinweis bietet die Beschriftun setzen

es ICs müssen die Anschlüsse parallel ausgerichtet werden, weil sie nach der Produktion noch etwas zu weit nach au auszurichten. Setzen Sie das IC dann richtig herum au wird, sind die Anschlüsse 8 schlossen und das IC zerstört wird. In dem Fall hil

en stehen. Drücken Sie alle Beinchen einer Seite zusammen auf eine harte Tischﬂ äche, um sie passend

, dieman von der unteren Reihe (Pin1 bis Pin8) aus lesen kann. Vor dem ersten Ein-

die Steckplatine. Achtung, wenn es falsch herum eingesetzt

GND, Minus) und 16 (VCC, Plus) vertauscht, sodass die Betriebsspannung verpolt ange-

t auch die Schutzdiode am Pluspol nichts, denn sie schützt nur

vor einer

ops und eine vielseitige Oszillatorschaltung. Die

alsch herum angeschlossenen Batterie.

Der erste Versuc

n den Anschlüssen 10 und 11. Der Eingang OSC1 wird an GND

Minuspol, logisch Null) gelegt. Am Ausgang OSC2 liegt die LED mit ihrem Vorwiderstand. Wenn alles richti leuchtet die LED. Das IC hat also die Spannun

ingeschaltet (logisch Eins) und damit den Eingangszustand inv lich der Reset-Eingang (RES) an GND gelegt werden. Die rote LED

m VCC-Anschluss zeigt den Betriebsstrom an und schützt das IC. Wenn alles korrekt ist, leuchten beide LEDs

verwendet einen Teil der Oszillatorschaltun

. Für die mei

n Ver

mit dem 4

aufgebaut wurde,

am Ausgan

leich hell.

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