Conrad 4019631150066 Operation Manual [de]

Vorwort

Viele haben bereits sehnsüchtig auf die Adventszeit gewartet, denn wieder startet ein Elektronik-Kalender mit 24

(

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ektro

Versuchen. In diesem Jahr lautet das Thema „Operationsverstärker steht der vierfache OPV LM324, der viele interessante Versuche vor allem mit dem Piezo-Schallwandler erlaubt. Es können unterschiedliche Geräusche erzeugt werden, und mit etwas Geschick kann man sich sogar ein einfaches Musikinstrument aufbauen. Aber auch als Mikrofon oder Erschütterungssensor lässt sich der Piezo-Wandler einsetzen, wenn man seine schwachen Signale mit dem OPV verstärkt.

Alle Versuche können ganz ohne Vorkenntnisse erfolgreich aufgebaut und getestet werden. Die Aufbaubilder helfen Ihnen dabei. Wer sich aber die Schaltpläne genauer ansieht, kann die Versuche oft auch etwas anders aufbauen und vielleicht hier und da ein Drähtchen einsparen. Im Text werden immer zuerst der reine Aufbau und die erwartete Funktion beschrieben. Zusätzlich gibt es dann meist eine kurze Erklärung. Natürlich können hier nicht alle Grundlagen der Elektronik vermittelt werden, aber der eine oder andere wird vielleicht neugierig und eigenstän

Bei einigen Versuchen gibt es zusätzliche Aufgaben, für deren Lösung Punkte vergeben werden. Ob eine Aufgabe vollständi Familie oder einen Freund. Am Ende werden alle Punkte addiert El

Wir wünschen viel Freude und eine frohe Weihnachtszeit!

ig weiter

elöst wurde, entscheiden Sie selbst, oder Sie suchen sich einen Schiedsrichter, vielleicht ein Mitglied der

nik sind.

OPV) und Schallwandler“. Im Mittelpunkt

orscht

und Sie erfahren, ob Sie bereits ein Meister der

lle Versuche im Überblick

6 Berührungssensor

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

ichtsenso

14 Tongenerator

1 Elektrische Geräusche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 Kontakt ﬁ nden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 La

4 Licht und Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5 Integrierte Schaltung gut gelandet

7 Nachleuchten bei Berührung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

8 Lichtsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 Von Rot nach Grün . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

11 Farbmischer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 Erdbebensensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

13 K

15 Akustischer Temperatursenso

16 Wie ein Geigerzähler… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 Elektronenorgel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

en und entladen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

atsch-Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

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

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

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

18 Lichtorgel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

19 Lic

20 Sirene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 Lichtalarm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 Schwebungstöne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

23 Orge

24 Funkelnde Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

t-Telegramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

zweihändig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

lektrische Geräusche

ste

aute

eses

ﬂ

ﬁ

1 E

1. Ta

Piezo-Schallwandler + Dra

Hinter dem er mit Anschlussdrähten. Außerdem beﬁ ndet sich im ersten Fach etwas Draht. Eine 9-V-Batterie muss zusätzlich besorgt werden. Falls keine neue Batterie zur Verfügung steht, reicht für die ersten Versuche auch eine stark gebrauchte Batterie, die für andere Geräte schon zu schwach ist. Halten Sie beide Kabel des Piezo-Schallwandlers an die Batterie. Beim ersten Anschluss hört man ein Knacken. Beim zweiten Mal bleibt es still, weil der Schallwandler bereits aufgeladen ist. Sie können aber die beiden Drähte der Piezo-Scheibe zusammenhalten oder mit einem Stück Draht verbinden, um sie zu entladen. Auch dabei hört man ein Knacken und erneut beim nochmaligen Au

aden. Voraussetzung ist aber, dass Sie die blanken Enden der Kabel nicht direkt berühren, denn auch über den

Hautwiderstand kann eine Entladung statt

Info: Die keramische Piezo-Scheibe ist zugleich ein kleiner Kondensator mit zwei Metallplatten und einem dazwi schenliegenden Isolator. Die elektrischen Kräfte zwischen den Ladungen sorgen für eine Verformung des Isolators und damit für die Schallerzeugung. Wenn der Kondensator bereits auf 9 V (Volt) aufgeladen wurde, bringt eine erneute Verbindung mit der Batterie keinen Unterschied mehr, sodass man nichts hört.

Aufgabe: Sie können durch wiederholtes Umpolen der Batterie Knackgeräusche mit noch höherer Lautstärke erzeugen. Wenn Sie es demonstrieren können: 2 Punkte

n Türchen ﬁ nden Sie ein zentrales B

nden.

il di

Elektronik-Kalenders: einen Piezo-Schallwandler

2 K

ontakt ﬁ nden

ll ab

ﬂ

Das zweite Türchen verbirgt eine Steckplatine und einen Batterieclip für die 9-V-Batterie. Die weichen Kabel des Batterieclips sind an ihren Enden abisoliert und verzinnt, sodass man sie in die Kontaktlöcher der Steckplatine stecken kann. Sie sollten allerdings nur einmal eingesteckt werden und dann immer an derselben Position bleiben. Soll alles abgeschaltet werden, nimmt man am besten die Batterie von Clip, lässt aber die Anschlussdrähte verbunden. Auf der Platine wird ein Drähtchen als Zugentlastung eingebaut, damit die Batteriekabel nicht zu stark bewegt werden.

Auch die Anschlusskabel des PiezoSchallwandlers sollten möglichst nur einmal eingesteckt werden und dann in ihrer Position verbleiben. Es

at sich bewährt, kleine Löcher

durch die Folie au

er Steckplatine zu stechen und die Kabel dort hindurchzu Anschlüsse der Piezo-Scheibe können so eben

alls immer an ihrer Position bleiben, selbst wenn dieses Bauteil bei einigen Versuchen nicht zum Einsatz kommt. welcher Draht des Schallwandlers den oberen oder den unteren Kontakt darstellt, während es bei der Batterie entscheidend ist, dass der Pluspol (rot) oben angeschlossen wird.

der Rückseite

ühren. Die

brigens ist es egal,

2. Tag

Batterieclip + Steckboar

Bauen Sie so Iso Dra Drahtstück werden nur an den Enden au um sie mit den Fingernägeln abzuziehen. Alternativ kann man sie mit einem schar einsc au

gebaut ist, kann der Versuch beginnen. Mit dem selbst gebauten Umschalter können Sie die Piezo-

Scheibe beliebig o

Aber es geht auch ohne Batterie! Schlie mit einem spitzen Gegenstand leicht auf die Membran. erst den mechanischen Druck von der Scheibe, die sich dabei elektrisch au wie Scheibe auﬂ aden, sondern auch eine Temperaturänderung. Erwärmen Sie die Scheibe bei offenem Kontakt durch Berühren. Sie lädt sich dabei au wie

Aufgabe: Stellen Sie den ganzen Versuch für einige Zeit in die Kälte nach draußen. Holen Sie ihn dann wieder ins Warme und erzeugen Sie nacheinander mindestens fünf deutlich hörbare Knackgeräusche: 3 Punkte.

en Versuch mit einem Umschalter aus blankem Draht. Der obere Anschluss des Schallwandlers

wechselnd mit dem Pluspol und dem Minuspol der Batterie verbunden werden. Ziehen Sie die

ierung des Drahts ab und schneiden Sie mit einem Seitenschneider passende Stücke des verbleibenden

ts ab, aus denen dann die Schaltkontakte gebaut werden. Alle übrigen Verbindungsdrähte und das

ür die Zugentlastung des Batteriekabels behalten ihre Isolierung im mittleren Bereich und

einer Länge von etwa 5 mm abisoliert. Die Plastikisolierung ist weich genug,

en Messer rundherum

neiden, ohne allerdings den Draht anzuritzen, der sonst leicht brechen könnte. Wenn alles korrekt

t laden und entladen, wobei jedes Mal ein Geräusch entsteht.

en Sie den Schallwandler mit dem Schalter kurz und drücken Sie

ffnen Sie den Kontakt und nehmen Sie danach

ädt. Wenn der Kontakt dann

er geschlossen wird, hört man ein deutliches Knacken. Aber nicht nur mechanischer Druck kann die Piezo

und erzeugt beim Entladen ein Geräusch. Nach einiger Zeit der Abkühlung kann

er ein Knacken erzeugt werden.

aden und entladen

(

fünf



3. Ta

Widerstand 2,2

Hinter dem dritten Türchen ﬁ nden Sie einen Widerstand mit 2,2 k (2,2 Kiloohm). Er ist mit drei Farbringen gekennzeichnet Sie diesen Widerstand parallel zum Schallwandler. Er sorgt dann immer für eine schnelle Entladung. Deshalb reicht diesmal ein einfacher Kontakt aus. Bei jedem Schließen und bei jedem Öffnen des Kontakts entsteht ein Geräusch. Lassen Sie den Schalter nicht lange geschlossen, denn der Widerstand verbraucht Energie. Die Batterie soll aber möglichst bis zum Ende der Versuche reichen.

Info: Man kann leicht abschätzen, wann die Batterie entladen wäre. Die Stromstärke beträgt 9 V geteilt durch 2,2k, also etwa 4 mA. Bei einer Kapazität einer Alkalibatterie von 500 mAh würde es 125 Stunden oder rund

Tage dauern, bis die Batterie leer ist.

Aufgabe: Bauen Sie zwei Berührungskontakte und schalten Sie Ihren Hautwiderstand in Reihe zum vorhandenen Widerstand von 2,2 sehr viel langsamer und leiser wird. Der bisherige Widerstand hat nur noch eine Schutzfunktion und begrenzt den Strom bei einem versehentlichen direkten Kontakt der Sensorkontakte. Durch mehr oder weniger starke Berührung können Sie den Widerstand verändern. Das Ziel ist, dass nur noch bei jedem Schließen des Schalters ein Knacken ertönt, nicht aber beim Öffnen: 4 Punkte.

Rot, Rot, Rot). Ein vierter, goldener Ring kennzeichnet die Genauigkeitsklasse von 5%. Schalten

. Der Hautwiderstand beträgt einige 100

, sodass die Entladung bei geringerem Strom

4 L

icht und Sound

Öffnen Sie Türchen Nummer 4, ﬁ nden Sie eine rote Leuchtdiode (LED). Bauen Sie die LED in die Plusleitung Ihres Aufbaus ein. Damit sehen Sie, wann der Schalter geschlossen ist und Strom ﬂ ießt. Beim Einbau einer LED muss man auf die Polung achten.

Die LED hat zwei unterschiedliche Anschlüsse. Der kurze Draht ist der Minuspol (Kathode), der längere Draht ist der Pluspol (Anode). Ist die LED einmal eingebaut, kann man nur noch schlecht sehen, welches der kurze Draht ist. Es gibt jedoch noch eine zweite Kennzeichnung. Der breitere 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.

Info: Bei einer Reihenschaltung teilt sich die Batteriespannung von 9V auf die einzelnen Verbraucher auf. An der LED liegt nun eine Spannung von etwa 2V, am Widerstand von 7V. Weil die Spannung am Piezo-Lautsprecher damit ebenfalls nur noch 7 V ist, ist das Knacken beim Betätigen des Schalters etwas leiser. Da unser Ohr jedoch sehr viel größere Bereiche unterschiedlicher Lautstärken gewohnt ist, bleibt dieser kleine Unterschied praktisch unhörbar.

Aufgabe: Betätigen Sie den Schaltkontakt so, dass sich beide Drähte nur ganz leicht berühren oder schwach übereinanderstreichen. Damit entsteht ein kratzendes Geräusch im Lautsprecher, wie es oft in älteren Telefonen gehört wurde. Der Kontakt ist weder zuverlässig geschlossen noch ganz geöffnet. Die LED zeigt dann ein ﬂ ackerndes Licht. Dieser Effekt ist allerdings nur mit viel Geschick zu erreichen: 4 Punkte.

4. Tag

5 Integrierte Schaltung gut gelandet?

(

–

5. Ta

Öffnen Sie das fünfte Türchen. Dahinter ﬁ nden Sie das wichtigste Bauteil dieses Kalenders, den vierfachen Operationsverstärker LM324. Dieses IC vier eigenständige Verstärker mit jeweils zwei Eingängen und einem Ausgang. Die einzelnen Verstärker sind austauschbar, aber die beiden Anschlüsse für die Betriebsspannung dürfen niemals verwechselt werden, weil das IC dadurch zerstört werden könnte. Der Plusanschluss liegt an Pin 4, der Minusanschluss an Pin 11. Auf einer Experimentierplatine ﬁ ndet man aber üblicherweise den Pluspol oben und den Minuspol unten. Das IC muss deshalb so eingesetzt werden, dass die Beschriftung auf dem Kopf steht.

Stellen Sie sich vor, der Vierfach-OPV wäre ein Raumfahrzeug, das auf dem Mars landen soll. Alle warten gespannt auf ein erstes Lebenszeichen, das beweist, dass das Raumschiff korrekt gelandet ist. In diesem Fall zeigt das Leuchten der roten LED, dass alles gut gelaufen ist. Und der Widerstand verhindert einen Schaden, Mars

önnte man jetzt alles leicht berichtigen und das Ganze neu probieren.

Info: Ein Operationsverstärker verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen seinen beiden Eingängen. Bei größeren Unterschieden ist der Ausgang entweder ganz an oder ganz aus. In

iesem Fall ist die Spannung am +-Eingang höher als die am an. Normalerweise liegt das IC an der vollen Betriebsspannung, nur diesmal liegt noch der Schutzwiderstand in der Plusleitung.

Aufgabe: Bauen Sie die Schaltung so um, dass ein anderer der vier möglichen Verstärker verwendet wird (1 Punkt). Oder probieren Sie es gleich mit allen drei anderen Verstärkern (3 Punkte).

Integrated Circuit, integrierte Schaltung) mit 14 Anschlussbeinchen enthält

alls doch ein Fehler passiert ist. Anders als auf dem

Eingang, deshalb ist die LED

6 Berührungssenso



Das Türchen Nummer 6 bringt einen Widerstand mit 330 Schaltung mit offenem OPV-Eingang. Zwei Drähte mit blankem Ende führen nach außen. Im Normalzustand ist die LED an. Verbindet man die beiden Eingangsdrähte, geht sie aus. Es reicht auch, beide Drähte mit dem Finger zu berühren, denn die Leitfähigkeit der Haut genügt schon, um den Zustand zu verändern. Berührt man nur den einen Draht am +-Eingang, kann die LED an oder aus sein und manchmal auch ﬂ ackern. Wenn sich elektrische Leitungen in der Nähe beﬁ nden, kann ein Brummen oder Summen aus dem Lautsprecher ertönen.

Info: Die Spannung zwischen den beiden Eingängen wird etwa 100.000-fach ver stärkt. In diesem Fall aber wird der invertierende Eingang (–) direkt mit dem Aus gang verbunden. Die so erzeugte Gegenkopplung reduziert die Spannungsverstär kung auf eins. Am Ausgang steht also immer fast genau die gleiche Spannung wie am nicht invertierenden Eingang (+). Die Spannungsverstärkung ist zwar nur noch 1-fach, aber der OPV liefert eine sehr große Stromverstärkung. Deshalb reagiert der Verstärker empﬁ ndlich auf schwache Störsignale

Aufgabe: Berühren Sie die LED-Anode und den Eingang nur schwach. Die LED soll dabei nicht ganz ausgehen, sondern nur schwächer leuchten: 4 Punkte.

(Orange, Orange, Gelb) zum Vorschein. Bauen Sie eine

6. Tag

Widerstand 330

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