Conrad 15072 Operation Manual [de]

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Vorwort

Auch in diesem Jahr gibt es wieder einen neuen Conrad-Elektronik-Kalender mit 24 Experimenten für den 1. bis zum

(

-

-

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-

ß

k

p

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geg

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24. Dezember. Das zentrale Thema sind diesmal die Feldeffekttransistoren
Steuerungen, Sensoren, Zeitgeber und akustische Effekte. Zu jedem Versuch gibt es einen Schaltplan und eine Auf
bauzeichnung, die als Vorschlag zu verstehen ist. Oft lassen sich die Schaltungen kompakter und mit weniger Dräh
ten bauen, als es in einer übersichtlichen Zeichnung dargestellt werden kann.

Den Elektronik-Kalender kann man ganz unterschiedlich verwenden. Der eine möchte vielleicht einfach nur alles
genau nach Plan aufbauen und den Erfolg genießen, der andere will es dagegen genau verstehen. Die Versuchs
beschreibungen sollen beiden gerecht werden. Deshalb werden Aufbau und Funktion jeweils nur so knapp beschrie­ben, wie es für den erfolgreichen Aufbau nötig ist. Im Anschluss werden die technischen Hintergründe in knapper
Form erläutert. So fi ndet man die entscheidenden Hinweise, mit denen man auch auf die Suche nach weiteren Infor
mationen gehen kann. Die größte Freude bereiten die Experimente übrigens, wenn man zusammenarbeitet. Eltern
und Gro
wec

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

en.

FET). Typische Aufgabenbereiche sind

Der verwendete Transistor J113 ist ein S
ermö

licht. Zwar lassen sich alle wichtigen Grundschaltungen auch mit den weiter verbreiteten bipolaren NPN
Transisto ren aufbauen, aber mit dem JFET ergeben sich oft ganz besondere Möglichkeiten. Der Kalender zeigt einige
der Chancen und Schwieri
che bieten eine

Mit den vorhandenen Bauteilen lassen sich wesentlich mehr Schaltun
Wer die vor
che Anwendun
Grenzen

Wir wünschen viel Freude und eine frohe Weihnachtszeit!

ründliche Einarbeitung in die Schaltungstechnik mit JFETs.

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

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

esetzt!

keiten beim Einsatz von JFETs. Oft sind eigene Variationen nötig und sinnvoll. Die Versu-

errschicht-FET (Junction FET, JFET), der zahlreiche interessante Versuche

en bauen, als hier gezeigt werden können.

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3

A

lle Versuche im Überblick

f

6

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

0

ichtsenso

3

h

6

8

hselblinker

l

hang

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

2 Batterieverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 Gesteckter Au

4 Nur in eine Richtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6 Konstantstromquelle

7 Stromquelle für zwei LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

8 Geschaltete Helligkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

L

1

11 Lichtgesteuerter Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 Sc

14 Wechselfeldsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

16 Stufenloser Dimmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

wingungssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

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

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

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r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

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

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

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

12

1

8

1

5

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

19 LED-Wec

20 Tongenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 Gegentaktblinker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 Signa

24 Weihnachtliches LED-Funkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

An

verstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

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

1

25

7

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k

1 Der

LED-Test

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.

1. Ta

Grüne LED + Widerstand 10

Hinter dem 1. Türchen fi nden Sie eine grüne LED und einen dazu passenden Widerstand. Zusätzlich benötigen Sie
eine 9-V-Blockbatterie. Der erste Versuch soll einfach nur eine LED zum Leuchten bringen. Eine LED darf niemals
direkt an eine Spannungsquelle gelegt werden, man braucht immer auch einen Vorwiderstand. Ohne diesen
Widerstand würde die LED überlastet und zerstört werden! Darüber hinaus muss die LED in der korrekten Richtung
eingebaut werden. Sie besitzt zwei unterschiedliche Anschlüsse. Der kurze Draht ist der Minuspol
längere Draht ist der Pluspol
bei allen LEDs in diesem Kalender der größere Halter im Inneren der LED mit der Kathode verbunden.

Der erste Versuch muss besonders vorsichtig ausgeführt werden. Achtung, vermeiden Sie den direkten Blick aus
kurzer Entfernung von unter einem Meter in eine leuchtende LED. Helle LEDs können Netzhautschäden verursachen.
Und achten Sie darauf, dass niemals beide LED-Anschlüsse gleichzeitig die Batterieanschlüsse berühren! Es muss
immer

er 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
dern dar. Für jedes Bauteil gibt es ein Symbol. Die LED besteht
aus einem Dreieck für die Anode und einem
die Kathode. Das deutet die Stromrichtun
nach außen stehen für das ab
wird als rechtecki
einen

estimmten Widerstandswert. Hier sind es 10.000 Ohm =
10 Kiloohm
mit Farbringen beschriftet
und Gold für mögliche Abweichungen bis +/–5%

es Kästchen gezeichnet. Jeder Widerstand hat

10 k, im Schaltbild kurz 10k). Das reale Bauteil ist

Anode, A). Der breitere untere Rand ist an der Kathodenseite abgefl acht. Außerdem ist

.

en stellt man übersichtlich in Schaltbil

eraden Strich für

an. Zwei kurze Pfeile

ebene Licht. Der Widerstand

Braun, Schwarz, Orange für 10.000

Kathode, K), der

Das Schaltbild zeigt eine Reihenschaltung. Der Strom fl ießt durch Batterie, Widerstand und LED. Der Widerstand hat
dabei die Auf
die Stromstärke. Bei 10k
leuchtet aber schon recht hell

abe, die Stromstärke auf einen sinnvollen Wert zu begrenzen. Je größer der Widerstand, desto kleiner

wird die LED zwar noch weit unterhalb ihres maximal erlaubten Stroms betrieben, sie

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2 Batterieverbindun

g

g

k

f

l

doch

htb

Das 2. Türchen verbirgt einen Batterieclip für die 9-V-Batterie. Bauen Sie den Versuch vom ersten Tag noch einmal
etwas anders auf. Verwenden Sie den Batterieclip und beachten Sie, dass der schwarze Anschlussdraht der Minuspol
ist und der rote der Pluspol. Vermeiden Sie unbedingt einen Kurzschluss der Batterie, also eine direkte Verbindun
der beiden Pole. Denn dabei könnte die Batterie sehr heiß werden und bei einem länger anhaltenden Kurzschluss
im Extremfall sogar explodieren. Außerdem verringern Kurzschlüsse die Lebensdauer der Batterie.

Der Widerstand von 10
Strom durch die LED. In diesem Fall kann man
davon ausgehen, dass etwa 2V an der LED
liegen, also noch 7V am Widerstand. Daraus
ergibt sich ein Strom von nur 0,7mA. Zum
Vergleich: LEDs werden meist
20mA ausge
je
aus, um gut sic

egt. Diese grüne LED kommt

schon mit deutlich weniger als 1mA

bestimmt den

ür Ströme von

ares Licht zu erzeugen.

2. Tag

Batterieclip

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Gesteckte

ufbau

-

-

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adel etwas zu weite

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3. Ta

Draht + Steckplatine

Öffnen Sie das 3. Türchen und nehmen Sie einen aufgewickelten Draht und eine Steckplatine aus dem Fach. Damit
vereinfacht sich der Aufbau komplizierter Schaltungen. Das Steckboard mit insgesamt 270 Kontakten im 2,54-mm
Raster (0,1 Zoll) sorgt für eine sichere Verbindung der Bauteile.

Das Steckfeld hat im mittleren Bereich 230 Kontakte, die durch vertikale Streifen mit jeweils fünf Kontakten leitend
verbunden sind. Zusätzlich gibt es am Rand 40 Kontakte für die Stromversorgung, die aus zwei horizontalen Kontakt­federstreifen mit je 20 Kontakten bestehen. Das Steckfeld verfügt damit über zwei unabhängige Versorgungsschie
nen, die hier für den Pluspol und den Minuspol der Batterie verwendet werden.

Das Einsetzen von Bauteilen er
dass die Drähte exakt von oben einge
möglichst kurz über dem Steckbrett ange
Anschlussdrähte wie die verzinnten Enden des Batteriecli

ie Kontakte zuerst mit einer N

ordert relativ viel Kraft. Die Anschlussdrähte knicken daher leicht um. Wichtig ist,

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

s einsetzen, ohne sie zu knicken. Manchmal hilft es auch,

n.

Bauen Sie die Schaltung aus dem ersten Versuch noch einmal auf der Steckplatine auf. Wieder handelt es sich um
eine Rei
an
als Zugentlastung
au
Das
den

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

eren Anordnung der Bauteile, die dem realen Versuch möglichst ähnlich ist. Ein zusätzlicher kurzer Draht dient

ür die Batteriekabel und hält sie in ihrer Position fest. Entfernen Sie die Isolierung an den Enden

einer Länge von 5mm oder etwas mehr, sodass sie tief eingesteckt werden können und gut gehalten werden.

ilt auch für alle Drahtverbindungen der folgenden Versuche. Sie können den Batterieclip als Schalter verwen-

indem Sie nur einen Kontakt fest verbinden und den anderen seitlich berühren lassen.

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JFET J

4 Nur in eine Richtung

-

(G)

g

Hinter dem 4. Türchen fi nden Sie das wichtigste Bauteil dieses Kalenders. Es handelt sich um den Feldeffekttransis
tor (FET) J113, und zwar um einen Sperrschicht-FET (JFET, J für Junction = Sperrschicht). Er enthält also eine Diode,
die den Strom nur in eine Richtung leitet. Seine drei Anschlüsse heißen Gate
Versuch leitet die Sperrschicht, die LED leuchtet also. Wenn man jedoch die beiden Anschlüsse vertauscht, geht die
LED aus. Verwenden Sie allerdings anstelle des Source-Anschlusses den Drain-Anschluss, ist die LED ebenfalls an.

Zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors liegt im leitenden Zustand eine Spannung von rund 0,7V – wie
bei einer in Durchlassrichtung eingebauten Si-Diode zwischen Anode und Kathode oder bei einem NPN-Transistor
zwischen Basis und Emitter oder zwischen Basis und Kollektor. Ein NPN-Transistor würde sich in dieser Schaltun
ähnlich verhalten. Ganz anders ist es bei einem MOS-FET, der ein isoliertes Gate hat, das in keiner Richtung leitet.

, Source (S) und Drain (D). In diesem

4. Tag

113

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5 Berührungssenso

r

stand

-

,

g

Source und

tter und Kollekto

aber de

sto

d

g

g

g

-

-

.

g

5. Ta

Widerstand 470

Einen weiteren Wider
Braun. Setzen Sie ihn nun als Vorwiderstand in die Plusleitung der Batterie. Er dient, ähnlich wie eine Sicherung, der
Strombegrenzung im Fehlerfall und soll die Bauteile der Schaltung schützen. Zugleich können Sie ihn als Hauptschal
ter verwenden. Wenn Sie einen der Drähte des Widerstands herausziehen, ist die Batterie vom Versuch getrennt.

Die eigentliche Schaltung dieses Tages zeigt die besonderen Eigenschaften eines JFET. Das Gate ist mit einem offenen
Draht verbunden. Im Ruhezustand leuchtet die LED. Wenn Sie jedoch den offenen Draht kurz berühren, ändert sich
die Helligkeit, oder die LED geht aus. Meist geht sie nach einigen Sekunden oder Minuten wieder an. Sie können
Ihre Hand auch nur in die Nähe des Gate-Drahts halten und die Füße auf dem Boden bewegen oder vom Boden
abheben. Auch dadurch ändern Sie die Helligkeit. Schließen Sie das Gate auch einmal direkt an Source bzw. den
Minuspol der Batterie (Masse, Ground, GND) an. Dann bleibt die LED an.

Die drei Anschlüsse Source
eines NPN-Transistors ver

hen
Emitter eine Spannung von +0,5V bis ca. +0,7V braucht, leitet der JFET schon bei einer Spannung von 0V zwischen
Gate und Source. Man sa
ne

ative Spannung von rund –2V oder tiefer. In diesem Bereich ist die Gate-Diode gesperrt, der Eingang also ex trem
hochohmi
halb von etwa –40V beginnt die GS-Diode, wie eine Z-Diode zu leiten, und schützt sich daher selbst vor noch größe
ren Spannungen

Drain bzw. zwischen Emi

. Deshalb reagiert das offene Gate schon auf kleinste elektrische Ladungen oder elektrische Felder. Unter

fi nden Sie hinter Türchen Nummer 5. Er hat 470

Gate und Drain des FET kann man mit den Anschlüssen Emitter, Basis und Kollektor

leichen. Die Spannung am Gate oder an der Basis bestimmt jeweils den Stromfl uss zwi-

r. Während

t daher, dass dieser Transistor „selbstleitend“ ist. Um ihn zu sperren, braucht man eine

und trägt die Farben Gelb, Violett,

r NPN-Transi

r zwischen Basis un

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6 Konstantstromque

lle

-

k

f

f

d

.

Öffnen Sie Türchen Nummer 6. Dahinter fi nden Sie eine weiße LED. Man erkennt sie an dem gelblichen Fleck auf
dem LED-Kristall, also dem Leuchtstoff, der das ursprünglich blaue Licht der LED in weißes Licht umwandelt. Die
weiße LED leuchtet bei diesem Versuch mit geringer, aber konstanter Helligkeit, weil sich ein konstanter Strom ein
stellt. Selbst wenn Sie eine schwache durch eine neue Batterie ersetzen, bleibt die Helligkeit gleich.

Der LED-Strom fl ießt durch Drain und Source sowie durch den Source-Widerstand von 10
Spannungsabfall von rund 2V am Widerstand. Die Source-Spannung liegt also 2V über der GND-Spannung. Weil
das Gate aber direkt an GND liegt, ist die Gate-Spannung gegenüber dem Source-Anschluss negativ und beträgt –2V.
Der Transistor ist also schon fast gesperrt, sodass nur noch ein kleiner Strom fl ießt. Dieser Strom ist aber sehr stabil,
weil jede Stromänderung zu einer Änderung der Gate-Spannung und damit zu einer gegenläufi gen Änderung des
Drain-Stroms führt. Die Größe des konstanten Stroms hängt von den Eigenschaften des Transistors und vom Source­Widerstand ab. Eine Konstantstromquelle ist eine typische Au
au

wand gebaut werden kann. Im Gegensatz zu einem JFET leitet ein MOS-FET wie der bekannte BS107 erst bei einer

positiven Spannung am Gate, so

ass man ihn in dieser Schaltung nicht einsetzen könnte

gabe für einen JFET, weil sie mit minimalem Bauteile-

. Dabei entsteht ein

6. Tag

Weiße LED

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1

0

s

das

aus. Schalten Sie sie

f

f

-

g

7 Stromquelle für zwei LED

7. Ta

Weiße LED

ffnen Sie
LED. Man könnte erwarten, dass sich dadurch die Helligkeit der ersten LED ändert, was aber nicht der Fall ist. Die
JFET-Stromquelle sorgt für konstanten Strom auch bei wechselnder Last.

Der konstante Strom kann natürlich nur aufrechterhalten werden, solange die Batteriespannung für alle Verbraucher
ausreicht. Jede der beiden weißen LEDs benötigt rund 2,7V. Dazu kommen 2V für den Source-Widerstand. Man
braucht also mindestens 7,4V an der Batterie oder besser etwas mehr, weil die Stabilisierung besser wird, wenn die
Restspannung zwischen Source und Drain deutlich größer als 1V ist.

Vertauschen Sie einmal testweise die Anschlüsse D und S in der Schaltung. Alles
nämlich symmetrisch au
suche. Im Gegensatz dazu sind die verbreiteten MOS-FETs unsymmetrisch.

7. Türchen und nehmen Sie eine weitere weiße LED her

gebaut, sodass Source und Drain austauschbar sind. Das gilt auch für alle folgenden Ver

in Reihe zur vorhandenen

unktioniert unverändert. JFETs sind

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g

8 Geschaltete Helligkei

t

Hinter Türchen Nummer 8 fi nden Sie einen Tastschalter. Er wird hier eingesetzt, um eine der beiden weißen LEDs zu
überbrücken. Dann leuchtet nur noch eine LED, man hat also die halbe Helligkeit.

Mit diesem Versuch können Sie überprüfen, wie gut die Stromquelle Laständerungen ausgleichen kann. Drücken Sie
auf den Taster. Eine der beiden LEDs geht nun aus, die Helligkeit der anderen LED ändert sich aber nicht oder kaum.

. Ta

astschalter

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D

ifferenzverstärker

d

g

g

g

g

g

JFET J

9. Ta

113

Hinter dem 9. Türchen fi nden Sie einen zweiten Transistor J113. Er wird mit dem ersten JFET und einem gemeinsamen
Source-Widerstand verbunden. Bei geöffnetem Schalter können Sie die Gate-Spannung und damit den Drain-Strom
des rechten Transistors durch eine Berührung ändern. Das führt zu einer entgegengesetzten Änderung beim anderen
Transistor. Wenn eine der LEDs ganz an ist, ist die andere ganz aus. Eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Gates
führt zu unterschiedlichen Drain-Strömen.

Bei geschlossenem Schalter liegen beide Gates an der gleichen Spannung. Sie können dann überprüfen, wie sich
beide Transistoren unterscheiden. Wenn beide JFETs gleiche Daten haben, sind die LEDs gleich hell. Aber es kann
auch große Unterschiede geben. Markieren Sie dann den Transistor mit dem größeren Strom mit einem Farbpunkt
oder einem Aufkleber. Der Unterschied wird bei späteren Versuchen noch relevant sein.

Für einen JFET sin
und der Drain-Strom bei einer Gate-Spannun
kurz

eschlossenen Gate mindestens 2mA. In den meisten Fällen fi ndet man jedoch Ströme zwischen 10mA und
20mA. Die Sperrspannun
Unterschiede müssen in vielen Schaltun

zwei Daten entscheidend: die Sperrspannung, bei der der Transistor gerade nicht mehr leitet,

von 0V. Für den J113 beträgt der Drain-Strom bei einem gegen Source

liegt zwischen –0,5V und –3V, meist jedoch zwischen –1,5V und –2V. Die relativ großen

en berücksichtigt werden.

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1

3

ichtsenso

-

.

T

ß

g

g

-

.

10 L

Hinter Türchen Nummer 10 fi nden Sie eine gelbe LED, die hier als Lichtsensor eingesetzt wird. Wie eine Fotodiode
oder eine Solarzelle erzeugt eine LED bei Beleuchtung von außen eine elektrische Spannung. Diese steuert den JFET
an und beeinfl usst den Strom durch die weiße LED. Bei geschlossenem Schalter ist die weiße LED gerade aus, oder
sie leuchtet nur schwach. Bei geöffnetem Schalter und ausreichender Beleuchtung geht die weiße LED an. Eine Ände
rung der Lichtverhältnisse ändert auch die LED-Helligkeit

Eine gelbe LED kann eine Spannung von bis zu 1,5V erzeugen, also wesentlich mehr als eine Silizium-Fotozelle, die
es auf 0,5V bringt. Allerdings kann sie nur einen sehr kleinen Strom von wenigen Nanoampere liefern, sodass man
die Fotospannung einer LED nur mit Schwierigkeiten messen kann. Aber der extrem hochohmige Eingang des JFE
kann problemlos mit einer LED als Fotozelle angesteuert werden. Testen Sie auch die grüne LED als Fotosensor.

Bei einer geeigneten Abschattung leuchtet die wei
empfi ndlich für statische elektrische Felder. Schon ein leichtes Anheben der Steckplatine oder die Annäherun
Hand kann den Strom ändern. Auch ein Anheben der Füße kann deutlich erkannt werden. Jede Änderun
trischen Felds führt zu einer Änderung der Gate-Spannung, die wiederum den FET-Strom verändert

r

e LED sehr schwach. Dann ist die gesamte Schaltung extrem

einer

des elek

10. Tag

Gelbe LED

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11 Lichtgesteuerter Schalter

-

g

LED

ote

11. Ta

Hinter dem 11. Türchen verbirgt sich eine rote LED. Auch sie dient hier als Fotozelle. Beide Sensor-LEDs werden
jedoch in Gegenrichtung eingesetzt. Wenn nur jeweils eine dieser LEDs beleuchtet wird, wird der Strom durch
die weiße LED entweder an- oder ausgeschaltet. Man kann daher mit dem Strahl einer Taschenlampe oder durch
Abschatten der roten oder der gelben LED das Licht nach Belieben schalten. Mit etwas Geschick lässt sich sogar die
Helligkeit steuern.

Die Spannung am Gate kann gegenüber dem Minuspol der Batterie (GND) positiv oder negativ werden. Entschei
dend ist, welche der beiden Fotodioden mehr Licht erhält und deshalb mehr Strom liefert. Die stärker beleuchtete
LED setzt sich gegen die andere durch und bestimmt die Richtung der Spannung. Auch bei gleicher Helligkeit setzt
sich eine der beiden LEDs durch. Welche das ist, kann auch von der Farbe des verwendeten Lichts abhängen. Lassen
Sie die grüne LED einfach mal gegen die rote und dann gegen die gelbe LED antreten.

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12 Druck- und Temperatursensor

-

keh

Hinter Türchen 12 fi nden Sie einen Piezoschallwandler. Er kann als Lautsprecher, als Mikrofon und als Schwingungs­sensor eingesetzt werden. Hier arbeitet er als Drucksensor. Der kleinste Druck auf die Membran erzeugt eine Signal
spannung, die zu einer Stromänderung und zu einem Flackern der roten LED führt. Der Tastschalter dient dazu,
einen defi nierten Anfangszustand herzustellen, bei dem die LED nicht oder nur schwach leuchtet. Je nach Transistor
kann es sinnvoll sein, eine LED mit einer anderen Farbe einzusetzen. Der größte Ruhestrom fl ießt mit der roten LED,
weil sie die kleinste Spannung hat.

Auch eine Temperaturänderung führt zu einer Signalspannung und damit zu einer Änderung der LED-Helligkeit.
Berühren Sie den Sensor mit dem Finger, um ihn leicht zu erwärmen. Die Änderung wird sofort sichtbar. Lassen Sie
dann den Sensor wieder los, sodass er sich allmählich abkühlt. Drücken Sie kurz auf den Taster, um den Sensor zu
entladen. Die Helligkeit ändert sich schnell, solange der Sensor noch abkühlt. Sie können die Richtung der Änderung
um

ren, indem Sie die Anschlüsse des Piezosensors vertauschen.

2. Tag

Piezoschallwandler

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1

6

.

g

M

13 Schwingungssensor

13. Ta

Widerstand 10

Türchen Nummer 13 präsentiert Ihnen einen Widerstand mit 10 M
nun parallel zum Piezowandler angeschlossen. Damit stellt sich jederzeit eine mittlere Eingangsspannung von 0V
ein. Schon geringe Schwingungen werden durch ein Flackern der LED sichtbar. Mit einem kleinen Gewicht von bis zu
50 Gramm auf dem Sensor kann man Schwingungen des Bodens oder des Tischs beobachten

Der Arbeitspunkt der Schaltung, also der Strom im Ruhezustand, hängt stark von den Transistoreigenschaften ab.
Falls Sie Unterschiede im Strom der beiden JFETs gefunden haben, werden sie auch hier beobachtet. Sie können die
Unterschiede teilweise durch die verwendete LED ausgleichen, weil jede LED bei einer anderen Spannung arbeitet.
Für einen JFET mit besonders großem Strom sollte man statt der roten LED eine weiße LED verwenden. Damit steigt
die Source-Spannung, sodass das Gate gegenüber dem Source-Anschluss negativer wird und den Strom verringert.
Testen Sie beide Transistoren und verschiedene LEDs.

(10 Megaohm, Braun, Schwarz, Blau). Er wird

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14 W

echselfeldsensor

stand

-

-

g

ß

f

g

g

g

-

k

Einen Wider
stand am Gate des JFET. Ein offener Draht dient als Antenne für elektrische Wechselfelder in der Nähe elektrischer
Kabel. Der JFET bildet einen Verstärker mit dem Piezowandler als Lautsprecher. Halten Sie die Antenne nahe an eine
elektrische Leitung. Aus dem Lautsprecher ertönt dann ein Brummen oder Summen. Gleichzeitig ändert sich die LED
Helligkeit, oder Sie erkennen ein Flackern.

Das Brummen wird deutlicher hörbar, wenn Sie einen möglichst langen Antennendraht verwenden und gleichzeiti
den Minuspol der Batterie berühren. Halten Sie auch einmal den Piezolautsprecher direkt ans Ohr und lauschen Sie
auf schwache Wechselfelder.

Ohne äu
Wechselspannung an das Gate gelangt, wirkt die GS-Diode als Gleichrichter und lädt das Gate negativ au
Wechselspannun

Auch statische elektrische Felder können den Transistor ansteuern. Hat man sich elektrisch auf
Annäherun

en zu langsam geschehen.

mit 22 k (Rot, Rot, Orange) fi nden Sie hinter dem 14. Türchen. Er arbeitet hier als Schutzwider

ere Einfl üsse entlädt sich das Gate langsam, sodass der JFET leitet und die LED leuchtet. Wenn aber eine

. Ohne die

bleibt der JFET dann für einige Zeit gesperrt.

eladen, führt eine

mit der Hand zu einer Änderung der LED-Helligkeit. Aber der Lautsprecher bleibt still, weil die Änderun

14. Tag

Widerstand 22

15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 1715072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 17 23.05.2019 09:38:5723.05.2019 09:38:57

1

8

-

-

g

15 Berührungsschalter

15. Ta

Kondensator 100 nF

Das 15. Türchen bringt einen Kondensator mit 100nF (100 Nanofarad, Aufdruck 104) zum Vorschein. Ein solcher
Kondensator kann auf eine beliebige Spannung aufgeladen werden und behält sie für lange Zeit. Bauen Sie zwei
Berührungsschalter aus abisolierten Drahtstücken. Wenn Sie die nebeneinanderliegenden Drähte mit dem Finger
berühren, können Sie den Kondensator aufl aden und entladen. Entsprechend werden die LEDs ein- oder ausgeschal
tet. Der jeweilige Zustand bleibt bis zu eine Stunde lang erhalten.

Die Source-Spannung wird im leitenden Zustand des JFET durch zwei in Reihe liegende LEDs um bis zu 5V angeho
ben. So wird erreicht, dass der Transistor im ausgeschalteten Zustand sicher sperrt. Erst wenn der Kondensator auf
rund 3V aufgeladen ist, beginnt der JFET zu leiten. Die Spannung am Gate kann bis an die Drain-Spannung erhöht
werden, ohne dass ein Gate-Strom fl ießt.

15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 1815072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 18 23.05.2019 09:38:5823.05.2019 09:38:58

16

Stufenlose

immer

-

r D

Hinter Türchen Nummer 16 fi nden Sie einen weiteren Kondensator mit 100 nF (104). Bauen Sie damit einen stufen
losen Dimmer. Beide Kondensatoren liegen nun zwischen Gate und Drain. Damit werden Aufl adung und Entladung
über einen Widerstand mit 10 M
Helligkeit einstellen. Der eingestellte Zustand bleibt für längere Zeit erhalten.

verlangsamt. Man kann also auf einen mittleren Zustand mit einer beliebigen

6. Tag

ondensator 100 nF

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17 Z

ufallszeitschalter

det sich eine besondere

äuse

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-

V

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.

g

üße vo

oden abhebe

g

D

17. Ta

Farbwechsel-LE

Hinter dem 17. Türchen fi n
wechsel-LED mit drei Farben (RGB). Ist sie ausgeschaltet, erkennt man drei LED-Kristalle und einen Controller-Chip.
In der vorliegenden Schaltung wird die RGB-LED zusammen mit einer gelben LED für eine zufällige Zeitspanne einge
schaltet. Man berührt den offenen Eingang einmal oder mehrmals kurz mit dem Finger, bis die LEDs an sind. Dann
dauert es wenige Sekunden bis mehrere Minuten, bis die LEDs wieder ausgehen. Der Zufallsschalter lässt sich für ein
einfaches Spiel einsetzen. Wer erreicht die längste Einschaltdauer

Bei entladenem Gate ist der linke JFET leitend, sodass seine Drain-Spannung fast ganz auf 0V gezogen wird. Damit
ist der rechte JFET gesperrt. Wenn man den Eingang mit dem Finger berührt, wird meist eine 50-Hz-Wechselspan
nung von einigen Volt angelegt. Die Gate-Diode grenzt die Spannung ein auf den Bereich zwischen etwa +0,5
(Diode leitet) und –40V (Durchbruchspannung der GS-Diode). Der Transistor schaltet dabei in schneller Folge ein
und aus. Das Gate lädt sich gleichzeitig im Mittel negativ au
zu

ällig. Wenn sie gerade nahe 0V liegt, bleiben die LEDs aus. Ist die Gate-Spannung stark negativ, sind die LEDs
an. Das Gate bildet einen kleinen Kondensator von etwa fünf Picofarad (5pF), der sich nur sehr langsam entlädt. Je
negativer

Eine ausreichend große Wechselspannung durch eine Berührung entsteht nur dann, wenn sich der Versuch nahe

enug an elektrischen Leitungen oder Geräten befi ndet. Sie können den Effekt verstärken, wenn Sie eine Lampe oder
ein anderes Gerät berühren. Oder Sie erzeu
F

ie Gate-Spannung ist, desto länger dauert die Entladung

m B

n.

LED in klarem Geh

. Die genaue Spannung im Moment des Loslassens ist

en eine zufällige Spannung – etwa durch Reibung oder indem Sie die

. Es handelt sich um eine A

ik-Far

15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 2015072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 20 23.05.2019 09:38:5923.05.2019 09:38:59

18 Mikr

ofonverstärker

stand

-

-

-

Ein weiterer Wider
zweistufi gen Verstärker verwendet, der kleinste Mikrofonspannungen des Piezowandlers so weit verstärkt, dass man
ein Flackern der LEDs sehen kann. Schon leichte Erschütterungen oder lauter Schall werden sichtbar gemacht.

Entscheidend für jede Verstärkerstufe ist ein geeigneter Arbeitspunkt, also ein mittlerer Drain-Strom, der durch
Änderungen der Gate-Spannung größer oder kleiner werden kann. Weil die JFETs starken Exemplarstreuungen unter
liegen, kann es nötig werden, die LEDs in den Source-Leitungen auszutauschen. Wenn der JFET in einer Stufe bereits
voll leitet, können Sie eine grüne oder eine weiße LED in die Source-Leitung legen, um das Gate negativer vorzu
spannen. Die LEDs am Drain-Anschluss ändern dagegen nichts am Strom durch den Transistor. Optimale Arbeits
punkte sind gefunden, wenn die zweite Stufe deutlich empfi ndlicher auf Geräusche oder Erschütterungen reagiert als
die erste. Man sieht daran, dass das Mikrofonsignal in zwei Stufen verstärkt wird.

mit 10 M (Braun, Schwarz, Blau) verbirgt sich hinter Türchen Nummer 18. Er wird für einen

18. Tag

Widerstand 10 M

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19 LED-W

echselblinke

-

.

g

k

r

19. Ta

Widerstand 22

Das Türchen Nummer 19 bringt einen Widerstand mit 22 k
einen Wechselblinker. Die Schaltung ähnelt dem Signalverstärker von Tag 17. Aber diesmal sorgt ein zweiter Kon
densator für die nötige Rückkopplung. Falls die LEDs permanent an oder aus bleiben, versuchen Sie es mit anderen
LEDs. Ein JFET mit größerer Sperrspannung braucht vielleicht eine weiße LED, einer mit besonders kleiner Sperr­spannung vielleicht eine rote LED.

Entfernen Sie einen der Kondensatoren aus der Schaltung. Die Rückkopplung besteht dann nicht mehr, das Blinken
hört auf. Im Idealfall leuchten beide LEDs nur schwach. Damit stimmt der Arbeitspunkt beider Transistoren, denn
der Strom kann sowohl größer als auch kleiner werden, sobald sich die Gate-Spannung ändert. Setzen Sie eventuell
andere LEDs ein, die sich bereits beim letzten Versuch bewährt haben. Mit dem neuen Einsetzen des Kondensators
ist der Wechselblinker wieder aktiv. Die Blinkphasen entsprechen ungefähr der Zeitkonstanten 100nF

(Rot, Rot, Orange) zum Vorschein. Damit bauen Sie

10M = 1s

15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 2215072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 22 23.05.2019 09:39:0123.05.2019 09:39:01

20 Tongenerator

stand

aus

.

k

ffnen Sie Türchen Nummer 20 und nehmen Sie einen weiteren Wider
wird nun zu einem Tongenerator umgebaut. Dazu müssen nur die Widerstände geändert werden. Das Blinken wird
so schnell, dass es als Ton hörbar wird.

Die Zeitkonstante beträgt diesmal 100nF
sodass eine Frequenz von 230Hz am Lautsprecher liegen sollte. Das ist aber nur eine grobe Näherung, denn die
genaue Frequenz hängt auch noch von anderen Eigenschaften der Schaltung ab. Aber man kann abschätzen, dass
ein tiefes Knattern entstehen sollte, was auch tatsächlich der Fall ist

22k

= 2,2ms. Eine vollständige Schwingung dauert theoretisch 4,4ms,

mit 10k

her

. Der Wechselblinker

0. Tag

Widerstand 10

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21 Gegentaktblinker

-

.

h

k

g

g

-

g

k

21. Ta

Widerstand 4,7

Ein Widerstand mit 4,7k (Gelb, Violett, Rot) befi ndet sich hinter Türchen 21. Er soll nun als gemeinsamer Source
Widerstand für beide JFETs eingesetzt werden. Die Grundschaltung ist daher ein Differenzverstärker, wie er bereits an
Tag 9 getestet wurde. Wenn die beiden Transistoren genug ähnliche Eigenschaften haben, blinken die beiden weißen
LEDs im Wechsel. Sie können dann die gelbe und die grüne LED entfernen

Haben die beiden JFETs extrem unterschiedliche Daten, bleibt einer der beiden Transistoren immer gesperrt, und die
weiße LED des anderen leuchtet permanent. In dem Fall muss die Verbindung zwischen beiden Source-Anschlüssen
getrennt werden. Der Widerstand von 4,7k

wird entfernt, und für jeden Transistor wird die passende LED in der

Source-Leitung gesucht.

Wenn I

re beiden Transistoren ähnlich genug sind, kommen sie mit dem gemeinsamen Source-Widerstand von

4,7

aus. In dieser Schaltung beeinfl usst der Strom eines Transistors den des anderen in Gegenrichtung. Wenn der
linke Transistor stärker leitet, stei
wird stärker

esperrt. Das führt zu einer Kopplung beider Stufen. Man kann deshalb einen der beiden Kondensato

t der Spannungsabfall am gemeinsamen Widerstand, und der rechte Transistor

ren herausnehmen, und das Blinken geht trotzdem weiter.

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22

Getasteter Umschalter

astschalte

.

(

-

g

Hinter dem 22. Türchen kommt ein weiterer T
Umschalter mit zwei Tasten gebraucht. Sie schalten damit zwischen zwei LEDs um. Es genügt jeweils ein kurzer
Tastendruck, um einen Zustand einzuschalten, der beliebig lange stabil bleibt. Die jeweils abgeschaltete LED leuchtet
noch mit geringer Resthelligkeit weiter

Die eventuell erforderlichen Anpassungen an die unterschiedlichen Transistordaten bewähren sich auch in die­sem Versuch. Sie können den Teil der Schaltung vom letzten Aufbau übernehmen, also zum Beispiel nur mit dem
gemeinsamen Source-Widerstand oder mit getrennten LEDs in den Source-Leitungen arbeiten.

Diese Schaltung nennt man auch RS-Flipfl op
tungen der Computertechnik und dient oft als Speicher. Die gespeicherte Information von einem Bit bleibt beliebi

ange erhalten, wenn sie nicht absichtlich geändert wird.

R = Reset, Löschen, S = Set, Setzen). Sie ist eine der wichtigsten Schal

r zum Vorschein. Er wird nun für einen elektronischen

2. Tag

Tastschalter

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23 Signalverstärke

r

-

-

g

23. Ta

Transistor BC547

Türchen Nummer 23 hält einen NPN-Transistor BC547 bereit. Er wird in einer zusätzlichen Verstärkerstufe des JFET­Signalverstärkers verwendet. Als Signalquelle dient die Farbwechsel-LED. Man hört ungewöhnliche Klänge aus dem
Piezolautsprecher und sieht ein Flackern an allen LEDs.

Die Farbwechsel-LED besitzt einen internen Controller, der die drei eingebauten LEDs in schneller Folge ein- und
ausschaltet. Dabei entstehen Spannungssprünge an den äußeren Anschlüssen, die hier den Verstärker ansteuern.
Anders als ein JFET braucht der NPN-Transistor eine positive Steuerspannung. Die Schaltung zeigt die entschei
denden Unterschiede beider Transistortypen. Während die JFETs mit ihren Gates an GND liegen, braucht der NPN
Transistor eine positive Spannung an seiner Basis. Der BC547 ist als Emitterfolger geschaltet, der von der positiven
Drain-Spannung des ersten JFET angesteuert wird.

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7

eihnachtliches

unkeln

stand

-

k

24 W

Hinter dem letzten Türchen fi nden Sie einen Wider
Ströme erreicht werden. Damit bauen Sie ein festlich blitzendes Weihnachtslicht mit allen vorhandenen LEDs. Das
unregelmäßige Flimmern, Flackern und Blitzen soll an Sterne und Kerzenlichter erinnern.

Am Ende dieser Versuchsreihe haben Sie sicher noch weitere Ideen, was Sie mit diesen Bauteilen ausprobieren
könnten. Denn hier konnte nur ein kleiner Teil aller möglichen Anwendungen gezeigt werden. Einzelne Schaltungen
können verändert und für besondere Zwecke optimiert werden. Oder Sie setzen ganz neue Ideen um. Bleiben Sie
kreativ!

LED-F

mit 1k (Braun, Schwarz, Rot). Mit ihm sollen größere LED

24. Tag

Widerstand 1

15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 2715072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 27 23.05.2019 09:39:0523.05.2019 09:39:05

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auteile

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halter

JFET J

D

oschallwandle

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C

B

im Kalender

1 Grüne LED + Widerstand 10

2 Batterieclip

3 Draht + Steckplatin

4 JFET J11

5 Widerstand 470

6 Weiße LED

7 Weiße LED

8 Tastsc

9

113

10 Gelbe LED

11 Rote LE

12 Piez

Liebe Kunden

r

13 Widerstand 10 M

14 Widerstand 22 k

15 Kondensator 100 nF

16 Kondensator 100 nF

17 Farbwechsel-LED

erstand 10 M

18 Wi

19 Widerstand 22 k

20 Widerstand 10 k

21 Widerstand 4,7

22 Tastschalter

23 Transistor B

547C

24 Widerstand 1 k

Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden

eitung beschrieben.

An

Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie
Anleitung beschrieben wird. Das Produkt dar

Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose
Annahmestelle fi nden, sa

Warnung! Augenschutz und LEDs:

Blicken Sie nicht aus
Maße für Power-LEDs. Bei weißen, blauen, violetten und ultravioletten LEDs
ist bei der Verwendung von Sammellinsen geboten. Betreiben Sie die LEDs so wie in der Anleitung vorgesehen, nicht aber mit größeren Strömen.

© 2019 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar
Autor: Burkhard Kaink
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Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt.
Die meisten Produktbezeichnun
chen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.

t Ihnen Ihre kommunale Verwaltun

eringer Entfernung direkt in eine LED, denn ein direkter Blick kann Netzhautschäden verursachen! Dies gilt besonders für helle LEDs im klaren Gehäuse sowie in besonderem

en von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzei

nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden

ür die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der

ibt die scheinbare Helligkeit einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Gefahr für Ihre Augen. Besondere Vorsicht

Alle 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 Produkthaftun
spruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspfl ichten ist auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungs
gesetz gegeben ist

15072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 2815072-1 Conrad Adventskalender 2019_NEU_02.indd 28 23.05.2019 09:39:0623.05.2019 09:39:06

esetz wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspfl ichten. Der Schadensersatzan-