Seit einigen Jahren schon gibt es den Elektronik-Adventskalender mit 24 Versuchen für die 24 Dezembertage im
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Advent. In diesem Jahr heißt das Thema Sensoren. Lassen Sie sich überraschen. Oft können mit sehr einfachen
Schaltungen erstaunliche Ergebnisse erzielt werden. Das bringt neue Erfahrungen und macht Spaß.
Der Elektronik-Adventskalender ist ideal für das gemeinsame Experimentieren von Eltern und ihren Kindern. Ganz
zwanglos werden dabei die wichtigsten Grundkenntnisse vermittelt. Kinder unter 14 Jahren sollten nur unter Aufsicht
Erwachsener experimentieren. Achten Sie auf die Sicherheit Ihrer Kinder beim Umgang mit Werkzeugen und mit
den Experimenten. Arbeiten Sie nur mit ungefährlichen Spannungen unter 24 V. Bitte weisen Sie Ihre Kinder auf die
möglichen Gefahren hin.
Viele der Versuche sind zwar sehr ein
zunächst nur der Au
durchzuführen. Nur wer es
Form. Viele kleine und
Ex
erimente. Lassen Sie Ihrer Kreativität freien Lauf
Wir wünschen eine frohe und kreative Weihnachtszeit
bau und die Funktion möglichst einfach beschrieben. Das reicht, um den Versuch erfolgreich
enauer wissen will, liest weiter und erfährt die technischen Hintergründe in knapper
roße Variationen sind möglich. Vielleicht fi nden Sie ein paar neue Schaltungen für weitere
ach aufzubauen, aber nicht unbedingt einfach zu verstehen. Meist werden
Öffnen Sie das erste Türchen und entnehmen Sie ein ganz besonderes Bauteil: eine grüne LED mit internem Vor
widerstand. Das LED-Gehäuse ist kürzer als bei anderen LEDs. So können Sie die Bauteile nicht verwechseln. Eine
normale LED darf ja bekanntlich niemals ohne einen Widerstand an eine Batterie angeschlossen werden. Aber hier
ist der Widerstand schon eingebaut. Er sitzt als kleiner Block auf dem positiven Anschluss, während der LED-Kristall
auf dem negativen Anschluss liegt, der wie ein kleiner Kelch ausgeformt ist.
Den positiven Anschluss nennt man auch Anode (A) und den negativen Kathode (K). Das LED-Gehäuse hat einen
breiteren unteren Rand mit einer Abfl achung an der Kathodenseite. Außerdem ist der Kathodenanschluss kürzer
als der Anodenanschluss. So hat man mehrere Unterscheidungsmerkmale für die beiden Pole der LED. Für eine
korrekte Funktion ist es wichtig, dass der Kathodenanschluss mit dem Minuspol der Batterie verbunden wird und
der Anodenanschluss mit dem Pluspol. Die LED funktioniert wie ein elektrisches Ventil, das den Strom nur in einer
Ric
tung passieren lässt. Und ohne Strom gibt es natürlich auch kein Licht.
Halten Sie die LED direkt an die Anschlüsse der Batterie. Sie leuchtet hell auf. Achtun
Blick in eine leuchtende LED aus
eine direkte Verbindun
anhaltenden Kurzschluss im Extremfall so
B
.
Elektronische Schaltun
S
mbol. Die LED besteht aus einem Dreieck für die Anode und einem geraden Strich für die Kathode. Das deutet
die Stromrichtun
eckiges Kästchen gezeichnet. Jeder Widerstand hat einen bestimmten Widerstandswert. Der in die LED eingebaute
Widerstand hat 1000 Ohm = 1 Kiloohm
ein
ebaut sind, werden sie im Schaltbild wie zwei eigenständige Bauteile dargestellt.
der beiden Pole. Denn dabei könnte die Batterie sehr heiß werden und bei einem länger
en stellt man übersichtlich in Schaltbildern dar. Für jedes Bauteil gibt es ein spezielles
an. Zwei kurze Pfeile nach außen stehen für das abgegebene Licht. Der Widerstand wird als recht
eringer Entfernung. Vermeiden Sie unbedingt einen Kurzschluss der Batterie, also
ar explodieren. Außerdem verringern Kurzschlüsse die Lebensdauer der
im Schaltbild kurz 1 k). Obwohl beide Bauteile im selben Gehäuse
, vermeiden Sie einen direkten
2. Ta
Das Schaltbild zeigt eine Reihenschaltung. Der Strom fl ießt durch Batterie, die LED und den Widerstand. Der Wider
stand hat dabei die Aufgabe, die Stromstärke auf einen sinnvollen Wert zu begrenzen. Je größer der Widerstand,
desto kleiner die Stromstärke.
Achtung! Eine normale LED dar
immer auc
Spezia
Verwechselung ausgeschlossen ist, wurde
verwen
einen Widerstand. Ohne diesen Vorwiderstand würde die LED durch zu viel Strom zerstört! In dieser
-LED ist der Widerstand schon eingebaut, nur deshalb ist hier der direkte Anschluss erlaubt. Damit eine
et. Sie ist wesentlich kürzer als eine Standard-LED.
niemals direkt an eine Spannungsquelle gelegt werden, sondern man braucht
ür die LED mit eingebautem Widerstand eine besondere Gehäuseform
2 Strom bei Berührun
Das zweite Türchen verbirgt einen Batterieclip für die 9-V-Batterie. Bauen Sie den Versuch vom ersten Tag noch
einmal etwas anders auf. Verwenden Sie den Batteriecli
Minuspol und der rote der Pluspol ist. Vermeiden Sie sor
roten Kabels mit dem schwarzen. Es erfordert etwas Geschick, beide Kontaktstellen
ie können die LED nach Beli
Ha
ten Sie einmal den Kathodenanschluss der LED direkt an den schwarzen Draht der Batterie und berühren Sie
eichzeitig den roten Draht und den Anodenanschluss mit dem Finger. Die LED wird sehr schwach leuchten. Für den
Versuc
sollten Sie den Raum weitgehend verdunkeln und sich an das schwache Licht gewöhnen. Dann sehen Sie es
anz deutlich. Die Berührung mit dem Finger lässt einen kleinen Strom fl ießen, der die LED zum Leuchten bringt.
Im Schaltbild sieht man eine Unterbrechun
Fin
er funktioniert wie ein Widerstand, aber dieser Widerstand ist etwa tausendmal größer als der eingebaute
Widerstand in der LED. Entsprechend wird das LED-Licht etwa tausendmal schwächer. Die Helli
Hautfeuchti
heller . Der Versuch zei
noch einmal auf
keit und vom Druck auf die Metallkontakte ab. Wenn Sie den Finger etwas anfeuchten, wird die LED
t, wie ein einfacher Berührungssensor aufgebaut ist. Später im Kalender wird das Prinzip
riffen und verbessert.
in- und
des Stromkreises, die mit dem Finger überbrückt werden soll. Der
und beachten Sie, dass der schwarze Anschlussdraht der
fältig einen Kurzschluss, also eine direkte Berührung des
Hinter dem dritten Türchen fi nden Sie eine kleine Steckplatine. Damit vereinfacht sich der Aufbau auch relativ
komplexer Schaltungen. Das Steckfeld hat 170 Kontakte, die jeweils durch vertikale Streifen mit 5 Kontakten leitend
verbunden sind. Das Einsetzen von Bauteilen benötigt relativ viel Kraft. Die Anschlussdrähte knicken daher leicht
um. Wichtig ist, dass die Drähte exakt von oben eingeführt werden. Dabei hilft eine Pinzette oder eine kleine Zange.
Ein Draht wird möglichst kurz über dem Steckbrett gepackt und senkrecht nach unten gedrückt. So lassen sich auch
empfi ndliche Anschlussdrähte wie die verzinnten Enden des Batterieclips ohne Knicken einsetzen. Wenn alles kor
rekt verbunden ist, leuchtet die LED auf der Steckplatine.
3. Tag
Hinter dem Türchen Nr. 4 kommt ein Kupferdraht mit roter Isolierung zum Vorschein. Mit dem Draht lässt sich ein
einfacher Schalter bauen. Dieser besteht aus zwei blanken Drahtstücken, die sich erst bei einem Fin
ren. Schneiden Sie dazu mit einer Zange oder zur Not auch mit einer alten Schere Drahtstücke von 2 cm Länge ab
und entfernen Sie die Isolierun
Um die weichen Anschlussdrähte des Batterieclips zu schonen, wird zusätzlich ein kurzer Draht als Zugentlastung
ein
ebaut. Der Batterieclip sollte immer verbunden bleiben, damit die Anschlüsse nicht übermäßig abnutzen.
Schneiden Sie ein passendes Stück Draht von ca. 2 cm Län
einer Län
einem scharfen Messer rundherum einzuschneiden. Achtun
wei
Durch einen leichten Fin
Alternativ können Sie den Schalter auch so bauen, dass er im Normalzustand
oder Einbruchsensor ist damit realisierbar. Schieben Sie ein Stück Papier, das an einem Faden befesti
die Kontakte. Der Faden wird an einer Tür oder einem Fenster befesti
würde, ohne es zu merken, das Papier aus dem Schalter ziehen, womit der Stromkreis
e von etwa 7 mm. Zum Abisolieren der Drahtenden hat es sich als praktisch erwiesen, die Isolierung mit
er sonst an dieser Stelle leicht bricht. Biegen Sie die Schalterdrähte so, dass sie sich gerade nicht berühren.
komplett
e ab und entfernen Sie an den Enden die Isolierung auf
, dabei sollte der Draht selbst nicht angeritzt werden,
erdruck lässt sich der Schalter schließen, sodass die LED leuchtet.
Hinter der fünften Tür wartet ein Widerstand auf seinen Einsatz. Widerstände sind mit Farbringen gekennzeichnet.
Die Farben Braun
ner Ring, der die Genauigkeitsklasse 5 % angibt. Durch den größeren Widerstand wird der LED-Strom deutlich redu
ziert. Weniger Strom bedeutet weniger LED-Helligkeit und zugleich eine längere Batterielebensdauer. Dank der guten
Effi zienz der LED ist das Licht für viele Anwendungen ausreichend. Entscheiden Sie selbst!
Insgesamt wirkt nun ein Widerstand von 11
7V an den Widerständen und es fl ießt ein Strom von etwa 0,65 mA. Eine 9-V-Batterie hat üblicherweise eine Kapa
zität von 500 mAh und könnte diesen Strom mehr als einen Monat lang liefern. Achten Sie bei Ihren Experimenten
darauf, dass die Batterie möglichst wenig belastet wird, damit sie bis zum Ende dieser Versuche durchhält und mög
lichst noch für weitere Experimente verwendet werden kann.
, Schwarz (0), Orange (000) stehen für 10.000 Ohm, also 10 Kiloohm (10 k. Es folgt ein golde-
. Wenn man von einer LED-Spannung von 2 V ausgeht, liegen noch
6. Ta
6 Neigungs- und Bewegungssenso
Hinter dem Türchen Nr. 6 fi nden Sie einen der wichtigsten Sensoren in diesem Kalender, den Neigungssensor. Er
besteht aus einem Schaltkontakt, der in au
den Sensor um, dann
hüp
t die Kugel, der Kontakt ist abwechselnd geschlossen und geöffnet. Man kann die Bewegung der Kugel auch
ren.
Bauen Sie
Steckboards. Bewe
en Neigungssensor mit in den Stromkreis ein. Testen Sie seine Funktionen durch langsames Kippen des
ällt die Kugel von ihrem Kontakt und der Stromkreis ist geöffnet. Bei starker Erschütterung
en Sie das Board auch einmal schnell auf und ab. Die LED blinkt.
rechter Lage durch eine kleine Metallkugel geschlossen wird. Dreht man
Öffnen Sie das siebte Türchen Ihres Kalenders und nehmen Sie die rote LED heraus. Achtung, eine Standard-LED darf
niemals ohne Vorwiderstand an eine Batterie gelegt werden, weil sie für einen maximalen Strom von 20 mA ausge
legt ist. Bauen Sie eine Reihenschaltung aus der roten LED und der grünen LED mit dem internen Vorwiderstand und
dem zusätzlichen Vorwiderstand von 10
wird dann der Strom an der grünen LED vorbeigeleitet. Man kann auch sagen, die grüne LED wird kurzgeschlossen.
Der Kurzschluss ist aber in diesem Fall kein Fehler, weil der Strom an anderer Stelle im Stromkreis begrenzt wird. Es
leuchtet also nur die rote LED, während die grüne LED aus ist
Klopfen Sie nun einmal auf den Tisch. Die Kugel im Neigungssensor hüpft dabei etwas und öffnet den Kontakt für
kurze Momente. Sie sehen ein Blitzen der grünen LED. Testen Sie verschiedene Untergründe und Aufstellorte. Gelingt
es Ihnen, den Sensor so aufzustellen, dass erkannt wird, wenn eine Person sich nähert
. Der Neigungssensor soll die grüne LED überbrücken. Im Normalzustand
7. Ta
Tr
Hinter dem siebten Türchen kommt ein Bauteil mit drei Anschlussdrähten zum Vorschein, ein Transistor von Typ
BC547C. Die Anschlüsse heißen Basis (B), Emitter (E) und Kollektor (C). Der Basis-Anschluss lie
Emitter-Anschluss rechts, wenn Sie au
Bauen Sie
10
amit den Basisstrom ab, die LED bleibt aus. Unterbricht man aber diese Verbindung, schaltet der Transistor die LED
an. Binden Sie einen dünnen Faden an die Drahtbrücke, dessen anderes Ende an eine Tür gebunden ist. Beim
nen der Tür zieht man die Drahtbrücke heraus und löst damit den Alarm aus.
Der Transistor ist ein Stromverstärker. Wenn ein kleiner Basisstrom
torstrom. Man kann den Transistor wie einen Schalter verwenden. Eine leitende Verbindung zwischen Kollektor un
Emitter entsteht, wenn ein kleiner Strom durch die Basis fl ießt. Aber die Stromrichtung muss stimmen. Bei dem hier
verwen
en Transistor so in den Stromkreis ein, dass er die grüne LED einschalten kann. Der Widerstand von
sorgt für den erforderlichen Basisstrom. Die Drahtschleife S schließt jedoch Basis und Emitter kurz und leitet
eten NPN-Transistor muss der Emitter am Minuspol der Batterie liegen.
t in der Mitte, der
die fl ache Seite mit der Beschriftung schauen, und der Kollektor liegt links.
Hinter dem neunten Türchen kommt ein weiterer Wider
Bauen Sie ihn statt des bisher verwendeten 10-k
einen Hauptschalter in Form des Neigungsschalters N. Nur der Besitzer weiß, wie man die Alarmanlage abschaltet,
nämlich durch Umdrehen.
Die verbesserte Alarmanlage funktioniert so wie vorher, aber mit einem kleineren Schleifenstrom. Die Sensorschal
tung kann daher sehr lange mit einer Batterie betrieben werden. Im aktiven Zustand fl ießt ein Sensorstrom von etwa
0,1 mA. Bei einer Batteriekapazität von 500 mAh könnte man die Anlage 5000 Stunden lang mit einer Batterie betreiben, also länger als ein halbes Jahr.
-Widerstands in den Basisstromkreis ein. Zusätzlich gibt es nun
m Vorschein. Er hat 82 k (Grau, Rot, Orange).
10. Ta
10 Berührungsschalter
Hinter dem zehnten Türchen kommt ein weiterer Transistor BC547C zum Vorschein. Mit zwei Transistoren erreicht
man eine noch grö
sistor noch einmal verstärkt wird. Es reicht nun bereits der geringe Strom durch Ihren Finger, um eine LED voll einzu
schalten. Bauen Sie dazu zwei blanke Drähte in die Schaltung ein. Durch Berühren beider Drähte geht die LED an.
Diese Schaltung nennt man nach ihrem Er
kungsfaktor von etwa 500. Beide Transistoren zusammen erreichen eine 250.000-fache Stromverstärkung. Es genügt
aher bereits ein Sensorstrom von weit unter einem Mikroampere, um die LED ganz einzuschalten.
ere Verstärkung, weil der schon verstärkte Strom des ersten Transistors durch den zweiten Tran
nder Darlington-Schaltung. Ein Transistor BC547C hat einen Stromverstär
ffnen Sie
wird diesmal nicht als Lichtquelle, sondern als Lichtsensor eingesetzt. Sie wird in Sperrrichtung mit der Kathode zum
Pluspol eingebaut. Normalerweise fl ießt dann kein Strom. Wenn aber helles Licht auf die LED fällt, zeigt die Diode
eine geringe Leitfähigkeit und es fl ießt ein kleiner Strom. Dieser wird durch die Transistoren verstärkt und lässt die
grüne LED leuchten. Stellen Sie Ihren Versuch unter eine Lichtquelle. Die grüne LED leuchtet. Schatten Sie nun die
rote LED ab, dann leuchtet die grüne LED schwächer oder geht ganz aus. Testen Sie Ihren Lichtsensor bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Auch bei relativ schwachem Licht ist noch eine Reaktion erkennbar.
In dieser Schaltung funktioniert die rote LED wie eine Fotodiode. Bei hellem Licht lässt sie einen sehr kleinen
Strom von wenigen Nanoampere hindurch. Die Darlingtonschaltung sorgt für eine ausreichende Verstärkung. Der
1-
Widerstand an der Basis dient als Schutzwiderstand. Er wird nur für den Fall gebraucht, dass die rote LED
verse
entlich anders herum eingebaut wird.
h. Darin kommt ein Wider
mit 1 k
(Braun, Schwarz, Rot) zum Vorschein. Die rote LED
11. Tag
12 Sensor-Dimme
Hinter dem zwölften Türchen wartet ein neues Bauteil auf seinen Einsatz. Es handelt sich um einen keramischen
Scheibenkondensator mit einer Kapazität von 100 Nanofarad (100 nF, Beschriftun
in I
re Darlingtonschaltung ein, die zusätzlich zwei Berührungssensoren aus je zwei blanken Drähten bekommt.
Durc
urzes Antippen des oberen Kontakts mit dem Finger können Sie die LED heller stellen, mit dem unteren wir
sie dunkler. Wenn Sie keinen der Sensorkontakte berühren, bleibt die Helligkeit für lange Zeit nahezu unverändert.
Der Kondensator wurde nämlich auf eine mittlere Spannun
rom für die Transi
Ein Kondensator besteht aus zwei Metallfolien und einem Isolator zwischen beiden. Er funktioniert als S
elektrischer Ladun
eines Kondensators wird in Farad an
nur eini
ents
e Mikrofarad (µF), Nanofarad (nF) oder Pikofarad (pF). Der Aufdruck 104 steht für 100.000, denn 100 nF
rechen 100.000 pF
n. Erst nach mehreren Min
. Im Vergleich zu einem Akku wird allerdings nur sehr wenig Ladung gespeichert. Die Kapazität
eben. 1 F ist eine sehr große Kapazität. Die meisten Kondensatoren haben
aufgeladen und liefert nun den erforderlichen Steuer
Im Fach Nr. 13 fi nden Sie einen Wider
gegen den Pluspol der Batterie angeschlossen werden. Er lädt sich über den Widerstand von 1
dieser Zeit den Steuerstrom für die Darlington-Schaltung. Die LED leuchtet für einige Sekunden mit voller Helligkeit
und wird dann schwächer. Danach leuchtet sie ein bis zwei Minuten lang mit geringer, aber annähernd konstanter
Helligkeit weiter.
Zusätzlich ist der Kondensator ein wirksamer Temperatursensor. Bei einer leichten Berührung mit dem Finger
erwärmt er sich. Dabei wird die LED dunkler. Nehmen Sie den Finger weg, kühlt der Kondensator ab und die LED
wird wieder heller. Eine Änderung ist sogar erkennbar, wenn Sie Ihren Finger einige Millimeter entfernt neben den
Kondensator halten. Die Wärmestrahlung reicht dann für eine minimale Temperaturänderung.
Dieses Verhalten ist typisch
Mit stei
ender Temperatur wird die Kapazität geringer. Bei gleicher Ladung steigt dabei die Kondensatorspannung, was
in dieser Schaltun
Infrarot-Bewe
dazu führt, dass der Basisstrom geringer wird. Der Versuch zeigt anschaulich die Arbeitsweise eines
smelders, bei dem die gleichen Vorgänge ablaufen und mit einem noch besseren Verstärker ausge
ür manche keramischen Kondensatoren und hängt von dem verwendeten Werkstoff ab.
mit 1 M
(1 Megaohm, Braun, Schwarz, Grün). Der Kondensator soll nun
auf und liefert in
wer
v
r ähnlich wie ein extrem
roßer Widerstand.
Tatsächlich lie
inem komplexen Vorgang
m Inneren des Konden-
ators, der dielektrischen
emanenz. Wenn die LED
ach einigen Minuten zu
chwach leuchtet, können
Sie
usnehmen und anders
erum wieder einbauen.
amit beginnt alles von
vorn.
n. Z
zlich
r Kondensa-
t dies an
en Kondensator her-
14. Ta
14 Zweifach-Temperatursensor
Hinter dem Türchen Nr. 14 kommt ein weiterer Kondensator mit 100 nF (Aufdruck 104) zum Vorschein. Damit kann ein
zweiter Temperatursensor in die Schaltun
Eine Erwärmun
da
en steigert die Helligkeit. Durch abwechselndes Berühren beider Sensoren können Sie also die Helligkeit auf- und
abschwellen lassen. Die rote LED in dieser Schaltun
indem sie die Spannun
ratursensor arbeiten, wenn er eine nicht zu kleine Spannung hat. Auch hier gilt wieder, dass die Schaltung nach einigen
Sekunden voller Helli
können Sie die LED-Helli
den oberen Kondensator durch kurze Berührun
des oberen Kondensators lässt die LEDs dunkler werden. Eine Erwärmung des unteren Kondensators
am Eingang der Schaltung anhebt. Der untere Kondensator kann nämlich nur dann als Tempe
keit nur etwa ein bis zwei Minuten einen mittleren, steuerbaren LED-Strom liefert. In dieser Zeit
keit durch Temperauränderungen steuern. Wenn die LEDs zu schwach leuchten, können Sie
eingebaut werden. Beide Sensoren unterscheiden sich in ihrer Funktion.
sieht nicht nur schön aus, sie erfüllt auch einen wichtigen Zweck,
mit dem Finger etwas entladen und damit den Strom wieder erhöhen.
Hinter dem Türchen Nr. 15 fi nden Sie einen weiteren Drahtabschnitt von 30 cm Länge. Er soll als Antenne für elektrische Felder eingesetzt werden. Als Basis dient wieder die Darlingtonschaltung. Halten Sie Ihre Hand in die Nähe der
Antenne und bewegen Sie Ihre Schuhe auf einem isolierenden Untergrund wie Teppich oder Laminat. Die LED blinkt
im Takt Ihrer Bewegung. Das funktioniert ohne direkte Berührung durch die elektrischen Kräfte, die auf die Elektro
nen im Antennendraht wirken und diese anziehen oder abstoßen. Diesen Vorgang nennt man auch elektrische Infl uenz. Falls die LED immer etwas leuchtet, liegt dies meist an elektrischen Wechselfeldern, die von Kabeln ausgehen.
Falten Sie dann den Antennendraht zu einer kürzeren Antenne
In der Nähe elektrischer Leitungen gibt es elektrische Wechselfelder, die scheinbar ein Dauerleuchten der LED bewir
ken. Tatsächlich aber ist die LED 50-mal in der Sekunde an und wieder aus. Man kann dies bei schneller Bewegung
der Augen erkennen. Halten Sie die Antenne nahe an ein Lampenkabel. Sie können damit testen, ob das Kabel an
eine Steckdose angeschlossen ist. Sogar elektrische Leitungen in der Wand lassen sich mit dieser Schaltung
nden.
15. Tag
16 Elektrostatischer Bewegungsmelder
Einen dritten Transistor fi nden Sie im Fach Nr. 16. Damit können Sie die Verstärkung noch einmal deutlich erhöhen.
Ihr Elektrofeld-Sensor wird damit so empfi ndlich, dass er so
Abstand von bis zu einem oder zwei Metern bewe
en aufgestellt sein.
Es hän
t von der Luftfeuchtigkeit, vom Bodenbelag und von den Schuhen ab, wie stark sich eine Person aufl ädt. Vor
allem im Winter kann we
Die statische Ladun
sehr empfi ndlich, sodass in diesem Fall keine besondere Vorsicht nöti
en der trockenen Luft eine erhebliche Aufl adung zu schmerzhaften Stromschlägen führen.
kann sogar elektronische Bauteile zerstören. Allerdings sind die verwendeten Transistoren nicht
en. Ihr Sensor sollte dabei möglichst fern von elektrischen Leitun
ar auf Personen reagiert, die sich in einem größeren
Öffnen Sie das Türchen Nr. 17 und entnehmen Sie einen weiteren Temperatursensor. Es handelt sich um einen
temperaturabhängigen Widerstand mit 4,7
Widerstand geringer. Das Bauteil nennt man auch NTC-Widerstand
sich nicht nur eine Temperaturänderung erkennen, sondern auch eine gleichbleibende Temperatur auswerten. Bauen
Sie den NTC-Widertand in eine einfache Transistorschaltung ein. Bei einer Temperatur von 25 °C leuchtet die LED
nicht. Bei etwa 20 °C ist der Sensorwidertand gerade so weit angestiegen, dass die LED hell leuchtet. Sie können
erkennen, wie in einem Zimmer die Heizung eingestellt ist. Berühren Sie den Sensor mit den Fingern, um ihn zu
erwärmen und die LED auszuschalten. Im Prinzip könnte man den Sensor ein
wenden. Allerdings wären dann extreme Temperaturänderungen erforderlich, um deutliche Helligkeitsunterscheide
zu sehen. Die Transistorschaltung macht die
nung von 0,5 V merklich zu leiten beginnt. Der NTC-Sensor bildet zusammen mit einem Widerstand von 82 k einen
Spannun
spannung von etwas weniger als 0,5 V. Das ist zu wenig, um den Transistor einzuschalten. Bei 20 °C dagegen hat
der NTC-Sensor bereits einen Widerstand von etwa 6
steiler. Bei einer Batteriespannung von 9 V und einem Sensorwiderstand von 4,7 k ergibt sich eine Basis
bei einer Temperatur von 25 °C. Mit steigender Temperatur wird der
Negativer Temperatur-Koeffi zient). Damit lässt
ach als Vorwiderstand einer LED ver
nderung deutlicher, weil der Transistor erst oberhalb einer Basisspan
, die Basisspannung beträgt 0,6 V und der Transistor leitet.
Zwischen An und Aus
s einen weichen Über
ang. Die Genauigkeit des
ensorwiderstands beträgt
0 %, was einer möglichen
Abweichun
rad entspricht. Die Tem-
eraturschwelle ändert
sich zusätzlich auch mit
er Batteriespannung.
Wenn die Spannun
noch 7 V beträ
schiebt sich die Einschalttem
rad nach unten.
von etwa 5
nur
t, ver-
eratur um etwa 5
ibt
18. Ta
18 Temperaturschalte
Im Fach Nr. 18 fi nden Sie einen Widerstand mit 100 k
mit einem zweiten Transi
hoher Temperatur. Au
ie LED abrupt ein oder aus. Bei einer Temperatur von etwa 25 °C und darüber ist die LED an, erst bei einer etwas
geringeren Temperatur ge
ten, oder stellen Sie die ganze Schaltung auf die Heizung.
Das a
rupte Umschalten wird durch eine Rückkopplung über den 1-M-Widerstand erreicht. Eine solche Schaltun
nennt man auch Kippschaltung oder Flipfl op, weil der Zustand abrupt umkippt. Zwischen Einschaltpunkt und Ausschaltpunkt
ä
ibt es eine kleine Lücke, die man auch als Hysterese bezeichnet. Die Sensorschaltung verhält sich damit
wie ein Thermostat in einem Bügeleisen.
r zu erweitern. D
erdem gibt es keine weichen Helligkeitsübergänge mehr, sondern die Transistoren schalten
t sie plötzlich aus. Berühren Sie den NTC-Sensor mit dem Finger, um die LED einzuscha
(Braun, Schwarz, Gelb). Er wird benötigt, um die Schaltun
ffnen Sie
einen Elektrolytkondensator
größer als die der bereits vorhandenen keramischen Scheibenkondensatoren. Aber Achtung, bei einem Elko muss
die Einbaurichtung beachtet werden. Es gibt einen Pluspol und einen Minuspol. Der Minuspol wird im Schaltsymbol
durch eine schwarz gefüllte Platte gekennzeichnet und ist am realen Bauteil durch einen weißen Strich gekennzeichnet.
Dieser Elko wird nun zusammen mit einem 10-k
die grüne LED in einem engen Temperaturbereich blinkt. Darunter bleibt sie aus und darüber bleibt sie an. Berühren
Sie den Sensor mit dem Finger, bis die LED blinkt. Versuchen Sie einmal, den Sensor durch leichte Berührung auf
einer konstanten Temperatur mit einem gleichbleibenden Blinken zu halten.
n Nr. 19 und nehmen Sie einen weiteren Konden
Elko) mit einer Kapazität von 22 µF (Mikrofarad). Die Kapazität ist damit 220-mal
-Widerstand in die Rückkopplung eingebaut. Das Ergebnis ist, dass
r her
. Diesmal handelt es sich um
9. Ta
20 Das 25-Grad-Thermomete
Im Fach Nr. 20 fi nden Sie einen Widerstand mit 47 k (Gelb, Violett, Orange). Er ist bewusst genau zehnmal so groß
wie der Sensorwiderstand des NTC-Widerstands bei 25 °C und dient in dieser Schaltung
ieser Temperatur leuchten beide LEDs gleich hell. Wird es deutlich wärmer, dann leuchtet die rote LED heller, bei
deutlich
kosten zu sparen, denn eine Temperatur um 20 °C ist optimal und befi ndet sich im
Die Schaltun
in Abhän
eiden Spannungsteilern die gleiche Spannung, damit sind die LED-Ströme gleich. Bei sinkender Temperatur steigt
der Widerstand des Sensors und damit auch die Basisspannun
heller und die rote LED dunkler. Um
Der Differenzverstärker ist eine wichti
so
tion weitgehend unabhängig von der Betriebsspannung ist. Auch mit einer nicht mehr ganz frischen Batterie erhält
man immer das korrekte Er
eringerer Temperatur leuchtet die grüne LED heller. Dieses Thermometer kann eingesetzt werden, um Heiz-
enthält zwei Spannungsteiler und einen Differenzverstärker. Der gemeinsame Emitterstrom teilt sich
keit von der Spannungsdifferenz zwischen beiden Eingängen auf die Transistoren auf. Bei 25 °C liegt an
des linken Transistors. Damit wird die grüne LED
ekehrt überwiegt das rote Licht, wenn die Temperatur über 25 °C ansteigt.
e Schaltung bei der genauen Auswertung von Spannungen und wird auch in
enannten Operationsverstärkern verwendet. Hier erkennt man bereits einen Vorteil der Schaltung, weil die Fun
Hinter dem Türchen Nr. 21 kommt ein weiterer Draht mit einer Länge von 30 cm zum Vorschein. Damit soll nun ein
Lügendetektor gebaut werden. Zwei Drähte dieser Länge müssen dazu jeweils zur Hälfte von ihrer Isolierung befreit
werden. Die beiden blanken Abschnitte wickelt man jemandem um den Zeigefi nger und den Ringfi nger der gleichen
Hand. Die Drähte sollen nicht zu locker sitzen, aber auch nicht so fest, dass die Blutzufuhr eingeschränkt wird. Die
Schaltung reagiert dann auf die Hautfeuchtigkeit der Person. Nach einiger Zeit der Entspannung stellt sich eine mitt
lere, konstante LED-Helligkeit ein. Wenn sich jemand jedoch bei einer Lüge ertappt fühlt, steigt die Durchblutun
und damit die Leitfähigkeit der Haut. Dann leuchten die LEDs heller.
Die Schaltung bildet einen einfachen Signalverstärker mit tiefer unterer Grenzfrequenz, der auch langsame Änderun
gen der Eingangsspannung überträgt. Ohne den Koppelkondensator von 22 µF stellt sich ein geringer LED-Strom ein.
Der Strom durch die LEDs wird im Wesentlichen durch den 82-k
tors bestimmt. Die Schaltung bezeichnet man auch als Stromspiegel, weil beide Transistoren einen vergleichbaren
Kollektorstrom haben. Dieses Gleichgewicht wird jedoch durch
gangsstrom also je nach Hautwiderstand grö
obere Grenz
requenz und ist erforderlich, um ungewollte Hochfrequenz-Schwingungen zu unterdrücken.
er oder kleiner. Ein zusätzlicher Kondensator von 100nF reduziert die
Hinter dem Türchen Nr. 22 fi nden Sie einen weiteren Wider
Sie einen extrem empfi ndlichen Verstärker mit drei Transistoren, der auch als Hochfrequenz-Empfänger arbeitet. Die
Schaltung reagiert auf Wechselfelder aller Art und zeigt sie mit einem mehr oder weniger hellen Leuchten beider
LEDs. Halten Sie den Antennendraht in die Nähe von Netzleitungen, um 50-Hz-Wechselfelder zu sehen. Entdecken
Sie auch andere Quellen elektromagnetischer Felder, von der Energiesparlampe bis zum schnurlosen Telefon.
Der dreistufi ge Verstärker besitzt eine Gegenkopplung, die den Arbeitspunkt einstellt, also für eine mittlere Ausgangs
spannung sorgt. Die Gegenkopplung ist jedoch durch den 100-nF-Kondensator für höhere Frequenzen aufgehoben,
sodass die höchste Verstärkung erreicht wird. Die verstärkte Wechselspannung gelangt über den Elko an die beiden
LEDs, die hier zugleich als Gleichrichterdioden arbeiten.
Im Fach Nr. 23 fi nden Sie eine gelbe LED. Sie wird hier in Reihe mit der grünen LED in einem Zeitschalter verwendet.
Zum Einschalten braucht man entweder einen elektrischen Impuls oder einen Lichtblitz. Die Schaltung hat also zwei
Sensoren, eine Antenne für elektrische Felder und die rote LED als Fotodiode. Sie können ein elektrisches Feuerzeu
im Abstand von etwa 10 cm verwenden, um den elektrischen Impuls zu erzeugen. Aber auch ein einfaches Feuer
zeug mit einem Feuerstein kann die LEDs einschalten, weil es einen hellen Lichtblitz erzeugt. Nach wenigen Sekun
den geht das Licht wieder aus. Es gibt auch noch andere Möglichkeiten den Vorgang auszulösen. Halten Sie z.B. Ihre
Hand in die Nähe der Antenne und bewegen Sie Ihre Füße auf und ab. Die Schaltung reagiert dann auf statische
La
ungen und die damit verbundenen elektrischen Felder.
Der Zeitschalter beruht darauf, dass der Basisstrom des rechten Transistors nur so lange fl ießt, bis der 22-µF-Elko
ganz aufgeladen ist. Danach schalten sich die LEDs wegen der Rückkopplung abrupt aus. Es handelt sich also um
eine Kippschaltung, die sich nach kurzer Zeit von allein wieder ausschaltet (Monostabile Kippstufe, Monofl op). Der
inke Transistor erhält nur einen sehr kleinen Kollektorstrom über den Rückkopplungswiderstand von 1 M. Daher
genügt ein extrem geringer Basisstrom am Eingang, um
Das letzte Türchen bringt einen Widerstand mit 100 k
Schaltung dieses Kalenders ist ein LED-Licht, das sich auf verschiedene Arten ein- und ausschalten lässt. Viele der
einfachen Sensoren aus den vergangenen Schaltungen werden hier zusammen verwendet. Zum Einschalten gibt
es einen Temperatursensor, einen Lichtsensor und einen Elektrofeldsensor. Zum Ausschalten des Lichts wird der
Neigungs - bzw. Erschütterungssensor verwendet. Berühren Sie den NTC-Sensor. Je nach Fingertemperatur dauert es
etwa zehn Sekunden oder länger, dann geht das Licht an. Zum Ausschalten klopfen Sie einfach nur einmal auf den
Tisch.
Wenn Ihnen das Einschalten des Lichts über den Temperatursensor zu lange dauert, berühren Sie kurz das blanke
Ende der Antenne. Damit erzeugen Sie einen elektrischen Impuls. Oder betätigen Sie einen Lichtschalter oder ein
elektrisches Feuerzeug. In beiden Fällen erzeugen Sie einen Hochfrequenzimpuls, der von der Antenne aufgefangen
wird und die LEDs einschaltet. Am besten
Impuls das LED-Licht schon aus 10 cm Ent
Und schließlich
Taschenlam
Steckplatine können Sie das Licht immer wieder ausschalten. Suchen Sie nach weiteren und mö
Methoden, die LEDs
ibt es noch den Lichtsensor in Form einer gelben LED. Sie können das Licht mit einer sehr hellen
e einschalten. Oder Sie verwenden ein Foto-Blitzlicht. Durch leichtes Klopfen auf den Tisch oder auf die
anz wie von Zauberhand ein- und auszuschalten.
unktioniert ein elektrisch gezündetes Stabfeuerzeug, dessen kräftiger
ernung einschaltet.
(Braun, Schwarz, Gelb) zum Vorschein. Die abschließende
Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden
nleitung beschrieben
Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der
nleitung beschrieben wird. Das Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden.
Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose
nnahmestelle fi nden, sagt Ihnen Ihre kommunale Verwaltung
Warnung! Augenschutz und LEDs:
Blicken Sie nicht aus geringer Entfernung direkt in eine LED, denn ein direkter Blick kann Netzhautschäden verursachen! Dies gilt besonders für helle LEDs im klaren Gehäuse sowie in besonderem
ür Power-LEDs. Bei weißen, blauen, violetten und ultravioletten LEDs gibt die scheinbare Helligkeit einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Gefahr für Ihre Augen. Besondere Vorsicht
Ma
ist bei der Verwendung von Sammellinsen geboten. Betreiben Sie die LEDs so wie in der Anleitung vorgesehen, nicht aber mit grö
lle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträgern oder im
Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt.
Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und So
tware sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzei
chen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller
Bibliografi sche Information der Deutschen Bibliothe
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografi e; detaillierte Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
lle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht
vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor haften in Fällen des Vorsatzes oder der groben Fahrlässigkeit nach den gesetzlichen Bestimmungen. Im Übrigen haften Verlag und Autor nur
nach dem Produktha
tungsgesetz wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspfl ichten. Der Schadensersatzan
spruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspfl ichten ist auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz gege