Conrad 192230 Operation Manual [de]
Lernpaket Elektronik Start
Best.-Nr. 19 22 30
Version 07/09
BEDIENUNGSANLEITUNG
Diese Bedienungsanleitung gehört zu diesem Produkt. Sie enthält wichtige Hinweise zur Inbetriebnahme
und Handhabung. Achten Sie hierauf, auch wenn Sie dieses Produkt an Dritte weitergeben.
Heben Sie deshalb diese Bedienungsanleitung zum Nachlesen auf!
Eine Auflistung der Inhalte finden Sie in dem Inhaltsverzeichnis mit Angabe der entsprechenden
Seitenzahlen auf Seite 2.
Inhaltsverzeichnis
1 Vorbereitungen ....................................................................................................................3
2 Erste Versuche mit LEDs....................................................................................................9
2.1 LED mit Vorwiderstand....................................................................................................9
2.2 Stromrichtung ................................................................................................................11
2.3 Stromstärken ................................................................................................................12
2.4 Signallampe mit Tastschalter ........................................................................................13
3 LED-Schaltungstechnik ....................................................................................................15
3.1 Die Diodenschwelle ......................................................................................................15
3.2 Reihenschaltung............................................................................................................17
3.3 Wenig Energie – viel Licht ............................................................................................19
3.4 Parallelschaltung ..........................................................................................................20
3.5 Farbspiele......................................................................................................................22
3.6 Blitzlicht..........................................................................................................................23
4 Testgeräte mit LEDs..........................................................................................................24
4.1 Kabeltester ....................................................................................................................24
4.2 Wassermelder................................................................................................................25
4.3 Alarmanlage ..................................................................................................................26
4.4 Polaritätstester ..............................................................................................................27
4.5 Batterietester ................................................................................................................28
4.6 LED als Temperatursensor............................................................................................29
5 Transistorschaltungen......................................................................................................31
5.1 Verstärkung ..................................................................................................................31
5.2 Nachlaufsteuerung ........................................................................................................32
5.3 Berührungssensor ........................................................................................................33
5.4 LED als Lichtsensor ......................................................................................................34
5.5 Konstante Helligkeit ......................................................................................................35
5.6 Temperatursensor ........................................................................................................36
5.7 An und Aus ....................................................................................................................37
5.8 LED-Blinker....................................................................................................................39
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1 Vorbereitungen
Dieses Lernpaket erleichtert Ihnen den Start in die Elektronik. Hier sollen zunächst die Bauteile
vorgestellt werden.
Steckfeld
Alle Versuche werden auf einer Laborexperimentierplatine aufgebaut.
Das Steckfeld mit insgesamt 270 Kontakten im 2,54-mm-Raster sorgt für sichere Verbindungen
der integrierten Schaltungen (ICs) und der Einzelbauteile.
Das Steckfeld hat im mittleren Bereich 230 Kontakte, die jeweils durch vertikale Streifen mit
5 Kontakten leitend verbunden sind. Zusätzlich gibt es am Rand 40 Kontakte für die Stromversorgung, die aus zwei horizontalen Kontaktfederstreifen mit 20 Kontakten bestehen. Das
Steckfeld verfügt damit über zwei unabhängige Versorgungsschienen. Abbildung 1.2 zeigt alle
internen Verbindungen. Man erkennt die kurzen Kontaktreihen im Mittelfeld und die langen Versorgungsschienen am Rand.
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Abb. 1.1: Das Experimentierfeld
Abb. 1.2: Die internen Kontaktreihen
Das Einsetzen von Bauteilen erfordert 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 empfindliche Anschlussdrähte wie die verzinnten Enden des Batterieclips einsetzen.
Für die Versuche benötigen Sie kurze und längere Drahtstücke, die Sie passend von dem beiliegenden Schaltdraht abschneiden müssen. Zum Abisolieren der Drahtenden hat es sich als
praktisch erwiesen, die Isolierung mit einem scharfen Messer rundherum einzuschneiden.
Batterie
Die folgende Übersicht zeigt Ihnen die Bauteile in ihrem realen Aussehen und als Schaltsymbole, wie sie in den Schaltplänen verwendet werden. Statt einer Batterie lässt sich z. B. auch
ein Steckernetzteil einsetzen.
Sie sollten keine Alkali-Batterie und keinen Akku, sondern nur einfache Zink-Kohle-Batterien
verwenden. Zwar weist die Alkali-Batterie eine größere Lebensdauer auf, sie liefert jedoch im
Fehlerfall, z. B. bei einem Kurzschluss, ebenso wie ein Akku sehr große Ströme bis über 5 A,
die dünne Drähte oder die Batterie selbst stark erhitzen können. Der Kurzschlussstrom einer
Zink-Kohle-Blockbatterie ist dagegen meist kleiner als 1 A. Damit können zwar bereits empfindliche Bauteile zerstört werden, eine Verbrennungsgefahr besteht aber nicht.
Der beiliegende Batterieclip besitzt ein Anschlusskabel mit biegsamer Litze. Die Kabelenden sind
abisoliert und verzinnt. Sie sind damit steif genug, um sie in die Kontakte des Steckbretts einzuführen. Allerdings können sie durch häufigesStecken ihre Form verlieren. Es wird daher empfohlen, die
Batterieanschlüsseimmer angeschlossen zu lassen und nur den Clip von der Batterie abzuziehen.
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Abb. 1.3: Die Batterie und ihr Schaltsymbol
Eine einzelne Zink-Kohle- oder Alkali-Zelle hat eine elektrische Spannung von 1,5 V. In einer
Batterie sind mehrere Zellen in Reihe geschaltet. Entsprechend zeigen dieSchaltsymbole die
Anzahl der Zellen in einer Batterie. Bei höheren Spannungen istes üblich, die mittleren Zellen
durch eine gestrichelte Linie anzudeuten
Leuchtdioden
Das Lernpaket LEDs enthält zwei rote LEDs sowie eine grüne und eine gelbe LED. Bei allen
Leuchtdioden muss grundsätzlich die Polung beachtet werden. Der Minusanschluss heißt
Kathode und liegt am kürzeren Anschlussdraht. Der Plusanschlussist die Anode. Im Inneren
der LED erkennt man einen kelchartigen Halter für den LED-Kristall, der an der Kathode liegt.
Der Anodenanschluss ist mit einem extrem dünnen Drähtchen mit einem Kontakt auf der Oberseite des Kristalls verbunden. Achtung, anders als Glühlämpchen dürfen LEDs niemals direkt
mit einer Batterieverbunden werden. Es ist immer ein Vorwiderstand nötig.
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Abb. 1.4: Die Schaltsymbole für unterschiedliche Batterien
Abb. 1.5: Die Leuchtdiode
- Kathode
+ Anode
Widerstände
Die Widerstände im Lernpaket sind Kohleschichtwiderstände mit Toleranzen von ±5 %. Das
Widerstandsmaterial ist auf einem Keramikstab aufgebracht und mit einer Schutzschicht überzogen. Die Beschriftung erfolgt in Form von Farbringen. Neben dem Widerstandswert ist auch
die Genauigkeitsklasse angegeben.
Widerstände mit einer Toleranz von ±5 % gibt es in den Werten der E24-Reihe, wobei jede
Dekade 24 Werte mit etwa gleichmäßigem Abstand zum Nachbarwert enthält.
Tabelle 1.1: Die Widerstandswerte nach der Normreihe E24
1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0
3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1
5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1
Der Farbcode wird ausgehend von dem Ring gelesen, der näher am Rand des Widerstands
liegt. Die ersten beiden Ringe stehen für zwei Ziffern, der dritte Ring für einen Multiplikator des
Widerstandswerts in Ohm. Ein vierter Ring gibt die Toleranz an.
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Abb. 1.6: Ein Widerstand
Tabelle 1.2: Der Widerstands-Farbcode
Farbe Ring 1 Ring 2 Ring 3 Ring 4
1. Ziffer 2. Ziffer Multiplikator Toleranz
Schwarz 0 1
Braun 1 1 10 1 %
Rot 2 2 100 2 %
Orange 3 3 1.000
Gelb 4 4 10.000
Grün 5 5 100.000
Blau 6 6 1.000.000
Violett 7 7 10.000.000
Grau 8 8
Weiß 9 9
Gold 0,1 5 %
Silber 0,01 10 %
Ein Widerstand mit den Farbringen Gelb, Violett, Braun und Gold hat den Wert 470 Ohm bei
einer Toleranz von 5 %. Im Lernpaket befinden sich jeweils zwei Widerstände der folgenden
Werte:
100 Ω Braun, Schwarz, Braun
220 Ω Rot, Rot, Braun
330 Ω Orange, Orange, Braun
470 Ω Gelb, Violett, Braun
1 kΩ Braun, Schwarz, Rot
10 kΩ Braun, Schwarz, Orange
100 kΩ Braun, Schwarz, Gelb
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Transistoren
Transistoren sind Bauelemente zur Verstärkung kleiner Ströme. Die hier verwendeten BC547
sind Silizium-NPN-Transistoren.
Die Anschlüsse des Transistors heißen Emitter (E), Basis (B) und Kollektor (C). Bei beiden
Transistoren liegt der Basisanschluss in der Mitte. Der Emitter liegt rechts, wenn Sie auf die
Beschriftung schauen und die Anschlüsse nach unten zeigen.
Kondensator
Ein weiteres wichtiges Bauteil in der Elektronik ist der Kondensator. Ein Kondensator besteht
aus zwei Metallflächen und einer Isolierschicht. Legt man eine elektrische Spannung an, bildet
sich zwischen den Kondensatorplatten ein elektrisches Kraftfeld, in dem Energie gespeichert
ist. Ein Kondensator mit großer Plattenfläche und kleinem Plattenabstand hat eine große Kapazität, speichert also bei einer ge•gebenen Spannung viel Ladung. Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad (F) gemessen.
Große Kapazitäten erreicht man mit Elektrolytkondensatoren (Elkos). Die Isolierung besteht
hier aus einer sehr dünnen Schicht Aluminiumoxid. Der Elko enthält einen flüssigen Elektrolyten
und aufgewickelte Aluminiumfolien mit großer Oberfläche. Die Spannung darf nur in einer
Richtung angelegt werden. In der falschen Richtung fließt ein Leckstrom und baut die Isolationsschicht allmählich ab, was zur Zerstörung des Bauteils führt. Der Minuspol ist durch einen weißen Streifen gekennzeichnet und hat einen kürzeren Anschlussdraht.
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Abb. 1.7: Die Transistoren
Abb. 1.8: Ein Elektrolytkondensator
2 Erste Versuche mit LEDs
Mit einer Batterie und einer kleinen Glühlampe könnte man einfach mal dies und jenes probieren,
bis die Lampe leuchtet. Mit einer LED sollte man das nicht versuchen, denn der direkte Anschluss
an die Batterie kann die LED schnell zerstören. Man muss schon etwas genauer planen: Wichtig
sind die richtige Spannung, die korrekte Polung, ein geeigneter Vorwiderstand. Aber schwierig ist
es nicht. Probieren Sie die vorgeschlagenen Schaltungen aus, und werden Sie fit für den sicheren
Umgang mit LEDs.
2.1 LED mit Vorwiderstand
Bauen Sie Ihren ersten Stromkreis mit Batterie, LED und Vorwiderstand. Verwenden Sie eine
rote LED und eine Batterie mit 9 V. Mit dem größten Widerstand (1 kΩ = 1000 Ω, Farben:
Braun, Schwarz, Rot) aus dem Lernpaket sind Sie auf der sicheren Seite, was den LED-Strom
angeht. Abbildung 2.1 zeigt den Aufbau der Schaltung als Schaltplan.
Verwenden Sie die Steckplatine für den Aufbau. Die obere Versorgungsschiene soll mit dem
Pluspol der Batterie, also mit dem roten Anschluss des Batterieclips, verbunden werden. Die
untere Schiene soll entsprechend mit dem schwarzen Clipanschluss, also mit dem Minuspol
der Batterie, verbunden werden. Der Aufbau wird auf diese Weise dem Schaltbild ähnlich,
sodass eine Fehlerkontrolle keine Probleme bereitet. Biegen Sie die Anschlussdrähte der LEDs
und der Widerstände so um, dass sie in die Kontakte passen. Einige Anschlussdrähte wurden
übrigens im Interesse einer besseren Darstellung speziell für den Testaufbau und die Fotos
gekürzt. Für Ihre Experimente sollten Sie die Drähte nach Möglichkeit ungekürzt lassen, damit
die Bauteile für alle Versuche einsetzbar bleiben.
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Abb. 2.1: Das Schaltbild mit LED und Vorwiderstand
Wahrscheinlich wird der Versuch auf Anhieb funktionieren. Die LED leuchtet hell auf. Falls
nicht, muss der Fehler gesucht werden. Eine Unterbrechung an beliebiger Stelle im Stromkreis
verhindert den Stromfluss. Überprüfen Sie also alle Leitungen und die Lage der Bauteile auf
der Steckplatine. Ein weiterer möglicher Fehler ist eine falsch herum eingesetzte LED. Und
schließlich könnte die Batterie verbraucht sein. Allerdings werden Sie feststellen, dass auch
sehr alte Batterien eine LED immer noch schwach zum Leuchten bringen können.
Untersuchen Sie einmal eine andere Variante des Aufbaus. LED und Widerstand sollen vertauscht werden. Der Strom fließt dann zuerst durch die LED und dann durch den Widerstand.
Die Wirkung ist aber genau die gleiche wie im umgekehrten Fall. Es kommt also nur darauf an,
dass alle drei Bauteile in einem geschlossenen Stromkreis angeordnet sind.
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Abb. 2.2: Der Aufbau auf der Steckplatine
Abb. 2.3: Vertauschte Bauteile
2.2 Stromrichtung
Drehen Sie die LED einmal so um, dass die Anode am Minuspol der Batterie liegt. Nun leuchtet nichts mehr! Strom kann also nur in einer Richtung durch die LED fließen. Die Durchlassrichtung ist die Stromrichtung von der Anode zur Kathode, also wenn die Anode dem Pluspol
der Batterie zugewandt ist und die Kathode dem Minuspol. In Gegenrichtung sperrt die LED.
Eine Diode ist so etwas wie ein elektrisches Ventil. Und nur wenn Strom hindurchgelassen
wird, leuchtet sie. Abbildung 2.5 zeigt die LED in Sperrrichtung. So kann sie nicht leuchten.
Die Pfeile im Schaltsymbol der Leuchtdiode in Abbildung 2.6 weisen auf die Richtung des elektrischen Stroms hin. Die Stromrichtung wurde wie auch die Bezeichnung Plus und Minus historisch bedingt willkürlich festgelegt. Strom fließt also immer vom Pluspol der Batterie durch den
Verbraucher zum Minuspol der Batterie. Heute weiß man, dass sich negativ geladene Elektronen in den Drähten genau anders herum bewegen, als es die Pfeile in Abbildung 2.6 zeigen. Tatsächlich gibt es aber z. B. in Flüssigkeiten auch positive Ladungsträger, die sich in Stromrichtung
bewegen. Auch in der LED selbst findet man sowohl negative wie positive Ladungsträger.
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Abb. 2.4: LED und Widerstand vertauscht
Abb. 2.5: Die LED in Sperrrichtung
2.3 Stromstärken
Setzen Sie nun statt des Widerstands von 1 kΩ einen kleineren Widerstand von 470 Ω (gelb,
violett, braun) ein. Die LED leuchtet deutlich heller. Das ist ein Hinweis auf den größeren Strom.
Die Regel lautet: Je größer der Widerstand, desto kleiner wird der Strom. Genauere Berechnungen folgen weiter unten.
Untersuchen Sie die Helligkeit aller LEDs jeweils mit Widerständen von 1 kΩ (braun, schwarz,
rot), 470 Ω (gelb, violett, braun) und 330 Ω (orange, orange, braun). Verwenden Sie aber
keinen kleineren Widerstand als 330 Ω, da dann in dieser Schaltung mit einer Batterie von 9 V
ein zu großer Strom fließen kann, der die LEDs in Gefahr bringt.
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Abb. 2.6: Zur Definition der Stromrichtung
Abb. 2.7: Mehr Helligkeit mit einem kleineren Vorwiderstand
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