Teil II: Schaltzeichen, Spannung und Strom sowie etwas Theorie Teil III: Jetzt geht es endlich an die Praxis planen, aufbauen und messen...

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1 Auf einen Blick Über den Autor Einführung Teil I: Bauteile, Werkzeuge und was sonst noch benötigt wird Kapitel 1: Grundbegriffe und die wichtigsten Bauelemente: IC, Transistor & Co Kapitel 2: Werkzeuge und wichtige Utensilien fürs Elektronikbasteln frisch ans Werk Kapitel 3: Batterien, Netzteile und andere Stromquellen denn ohne Saft läuft nichts Kapitel 4: Kaufen kann jeder hier werden auch Bauteile aus alten Schätzchen verwendet Teil II: Schaltzeichen, Spannung und Strom sowie etwas Theorie Kapitel 5: Viel mehr als Hieroglyphen: Schaltzeichen in Schaltbildern Kapitel 6: Der elektrische Stromkreis: Jetzt geht es rund Kapitel 7: Spannung, Strom und Widerstand Kapitel 8: Einige Formeln und weitere wichtige Größen Teil III: Jetzt geht es endlich an die Praxis planen, aufbauen und messen Kapitel 9: Erste einfache Stromkreise und Schaltungen aufbauen Kapitel 10: Messen von Spannungen, Strömen und Widerständen in Schaltungen Kapitel 11: Einfache Transistorschaltungen zum Nachbauen und Experimentieren Kapitel 12: Blinken, schalten und tönen mit Transistoren Kapitel 13: Starke Sache: Signale und Ströme mit Transistoren verstärken Kapitel 14: Tausendfüßler und Tausendsassa: integrierte Schaltungen Kapitel 15: Digitaltechnik und Digitale ICs: an oder aus, entweder oder Teil IV: Einige Projekte zum Nachbauen und Experimentieren Kapitel 16: Ein paar Schaltungen mit dem Timer-IC NE Kapitel 17: Strom und Magnetismus: Elektromagneten und die elektromagnetische Induktion Kapitel 18: Einige interessante Schaltungen zum Nachbauen und Experimentieren ftoc.indd 13

2 14 Auf einen Blick Teil V: Weitere interessante Bauteile und Komponenten Kapitel 19: Widerstände für spezielle Einsatzgebiete Kapitel 20: Unterschiedliche Arten von Dioden und Transistoren und deren Einsatz Kapitel 21: Diac, Triac und Co.: weitere wichtige Bauteile Teil VI: Der Top-Ten-Teil Kapitel 22: Zehn Dinge und weitere Informationen für (Hobby-)Elektroniker Stichwortverzeichnis ftoc.indd 14

3 Inhaltsverzeichnis Über den Autor Einführung Über dieses Buch Konventionen in diesem Buch Was Sie nicht lesen müssen Törichte Annahmen über den Leser Wie dieses Buch aufgebaut ist Teil 1: Bauteile, Werkzeuge und sonstige benötigte Dinge Teil 2: Schaltzeichen und etwas Theorie Teil 3: Die ersten praktischen Erfahrungen Teil 4: Schaltungen zum Nachbauen und Experimentieren Teil 5: Weitere Bauteile und Komponenten zum Elektronikbasteln Teil 6: Der Top-Ten-Teil Symbole, die in diesem Buch verwendet werden TEIL I BAUTEILE, WERKZEUGE UND WAS SONST NOCH BENÖTIGT WIRD Kapitel 1 Grundbegriffe und die wichtigsten Bauelemente: IC, Transistor & Co Vorweg ein paar Grundbegriffe Aktive und passive Bauteile Die wichtigsten Bauteile einzeln vorgestellt Widerstand leisten Kondensator Richtungsweisend: die Diode Aktiv schalten und verstärken mit dem Transistor Leistungsstark: der Thyristor Diac und Konsorten Es werde Licht: die Leuchtdiode Alles in einem: die integrierte Schaltung (kurz IC) Integrierte Spannungsregler Als kleiner Vorgeschmack: Schaltzeichen einiger elektronischer Bauteile ftoc.indd 15

4 16 Inhaltsverzeichnis Kapitel 2 Werkzeuge und wichtige Utensilien fürs Elektronik basteln frisch ans Werk Vorweg ein paar Worte zu den Werkzeugen Schraubendreher damit es auch rund geht Die wichtigsten Arten von Zangen Löten und entlöten, eine heiße Sache Mit Multimeter und Oszilloskop messen, prüfen und testen Kompakt und vielseitig einsetzbar: das Multimeter Das Oszilloskop sorgt für den richtigen Durchblick Bauteiletester für Kondensatoren, Transistoren und mehr Weitere praktische Handwerkzeuge Die wichtigsten Werkzeuge und Utensilien für den Anfang Die Werkzeuge einschließlich Lötwerkzeugen Messwerkzeuge & Co Steckplatinen, Lochrasterplatinen und Zubehör Der Stromverlauf auf einer Steckplatine Kapitel 3 Batterien, Netzteile und andere Stromquellen denn ohne Saft läuft nichts Die richtige Stromversorgung für Elektronikschaltungen Akkus und Batterien mit begrenzter Lebensdauer Netzgeräte als zuverlässige und sichere Stromquellen Wann ist elektrischer Strom gefährlich? Sauer macht (nicht nur) lustig: die Zitronenbatterie Kapitel 4 Kaufen kann jeder hier werden auch Bauteile aus alten Schätzchen verwendet Elektronische Bauteile einzeln und in Sortimenten kaufen Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und mehr - vielfältig, aber nicht wahllos Andere Quellen für Bauteile, denn kaufen kann ja schließlich jeder Safety first: einige notwendige Warnhinweise Bei welchen Geräten sich das Ausschlachten lohnt und wo eher nicht Was für Bauteile Sie für Schaltungen aus diesem Buch benötigen TEIL II SCHALTZEICHEN, SPANNUNG UND STROM SOWIE ETWAS THEORIE Kapitel 5 Viel mehr als Hieroglyphen: Schaltzeichen in Schaltbildern. 87 Schaltbilder die Sprache der Elektroniker Was sind eigentlich Schaltzeichen und wofür werden sie benötigt? Die ersten Hieroglyphen: Schaltzeichen der wichtigsten Bauteile ftoc.indd 16

5 Inhaltsverzeichnis 17 Wie Schaltbilder aufgebaut sind Schluss mit den Hieroglyphen: Schaltbilder lesen lernen für technische Laien Hinweise und Hilfen zum Lesen von Schaltbildern Beispielschaltbild eines Lauflichts wenn Lichter laufen lernen Übung macht den Meister: Schaltbilder selber anfertigen Computergestützte Schaltbilderstellung mit Freeware oder kommerzieller Software Kapitel 6 Der elektrische Stromkreis: Jetzt geht es rund Was ist ein elektrischer Stromkreis? Der offene und der geschlossene Stromkreis Es werde Licht: Stromkreis mit Batterie, Schalter und Lampe oder LED Ursache und Wirkung: Spannung, Strom und Widerstand im elektrischen Stromkreis Alles zusammen: die Gesetzmäßigkeiten im Stromkreis Immer schön der Reihe nach: die Stromrichtung im Stromkreis Manchmal führen mehrere Wege zum Ziel: Parallelschaltungen in elektrischen Stromkreisen Stromkreise mit Reihenschaltungen Alles sicher: die Sicherung im Stromkreis Wechselspannung und Wechselstrom im Stromkreis Kapitel 7 Spannung, Strom und Widerstand Auf oder ab: die elektrische Spannung und das Spannungsgefälle Spannende Sache: Spannungsunterschiede und Spannungsgleichheiten bei mehreren Spannungsquellen Stromquellen und Ströme in Stromkreisen Alles hängt zusammen: Strom, Spannung, Widerstand und Leistung Widerstand regt sich überall: Leiter, Nichtleiter und Etwas-abernicht-ganz-so-gut-Leiter Leistungsstark: Spannung, Strom und die elektrische Leistung Von Knoten und Maschen: die kirchhoffschen Regeln Spannungsquellen mit eingebautem Stromklau: der Innenwiderstand von Spannungsquellen Stromfluss nach Maß: Strom und Spannung mit einem Widerstand gezielt beeinflussen Kapitel 8 Einige Formeln und weitere wichtige Größen Einheitlich und übersichtlich: die wichtigsten Einheiten und dazugehörigen Formelzeichen Spannung, Strom, Widerstand und Leistung die»basics« Ein Kapitel für sich: Widerstandsberechnungen in Reihen-, Parallel- und Mischschaltungen von Widerständen Ladung, Kapazität, Induktivität und Leitfähigkeit weitere wichtige Größen ftoc.indd 17

6 18 Inhaltsverzeichnis Leiter oder nicht - Stoffe und ihre elektrische Leitfähigkeit Leistungsstark: verschiedene Arten von Leistung Leistungen in Stromkreisen berechnen TEIL III JETZT GEHT ES ENDLICH AN DIE PRAXIS PLANEN, AUFBAUEN UND MESSEN Kapitel 9 Erste einfache Stromkreise und Schaltungen aufbauen Stromkreise im Schaltbild Verdrahtungen in Geräten der Unterhaltungselektronik aus verschiedenen Epochen Einige Grundschaltungen zum Ausprobieren und Experimentieren Spannungsbegrenzer: die Z-Diode Kapitel 10 Messen von Spannungen, Strömen und Widerständen in Schaltungen Die wichtigsten elektrischen Größen durch Messungen feststellen mit analogen und digitalen Messgeräten Mittel zum Zweck: analoge und digitale Messgeräte und ihre Eigenheiten Sicherheitshalber: einige grundsätzliche Hinweise zu den Messungen Grundlegend: erste Messungen an elektronischen Schaltungen Mittendrin statt nur dabei: Ströme in elektronischen Schaltungen messen Weitere Messungen und Prüfungen, die Sie mit dem Multimeter durchführen können Das Multimeter als Durchgangsprüfer: Bahn frei für den elektrischen Strom Dioden überprüfen mit dem Diodentester im Multimeter Der Transistortest mit dem Multimeter Multifunktional: weitere Messbereiche an modernen Multimetern Dinge, die Messungen und Bauteileprüfungen erleichtern können Nicht von der Stange: selbst angefertigte Messleitungen und Prüfadapter Universell einsetzbar: Testgeräte für unterschiedliche Bauteile Kapitel 11 Einfache Transistorschaltungen zum Nachbauen und Experimentieren Zur Grundfunktion eines Transistors Anwendungsbereiche und unterschiedliche Arten von Transistoren Vielseitig: Schalten, regeln oder verstärken mit dem Transistor Vielfältig: die wichtigsten Arten von Transistoren Bauformen beziehungsweise Gehäuseformen von Transistoren Vielfältig einsetzbar: Transistortypen und ihre Eigenschaften Schalten und walten: Transistoren als elektronische Schalter ftoc.indd 18

7 Inhaltsverzeichnis 19 Dimmer selbstgemacht: stufenlos regeln statt schalten Hochempfindlich: Sensortaster mit dem Transistor Eile mit Weile: LED mit einem NPN-Transistor langsam hochund herunterregeln Zwei NPN-Transistoren in der Darlingtonschaltung: Zwei sind besser als einer Der Stromfluss bei PNP-Transistoren mit Beispielen Kapitel 12 Blinken, schalten und tönen mit Transistoren Auf der Kippe: monostabile, bistabile und astabile Kippschaltungen Die bistabile Kippstufe: entweder oder Die monostabile Kippstufe: nur einseitig stabil Die astabile Kippstufe: eine unstete Sache Beispielschaltungen zur astabilen Kippstufe als Blink- und Blitzlicht Schluss mit der Ruhe: astabile Kippstufen zur Tonerzeugung verwenden Mit Licht und Transistoren schalten Einfache Lichtschranke mit LDR Dreifach-Lauflicht mit LEDs Zur Beschaltung von PNP-Transistoren Kapitel 13 Starke Sache: Signale und Ströme mit Transistoren verstärken Vielseitig: verschiedene Anwendungsgebiete für Verstärkerschaltungen Aufbau einer Verstärkerschaltung mit einem Transistor Einfache Verstärkerschaltungen mit Transistoren Aus leise wird laut: Audiosignale und Wechselspannungen verstärken Ein konkretes Beispiel für eine Verstärkerschaltung Gemeinsam sind sie stark: mehrere Verstärkerstufen in einer Verstärkerschaltung Einfache Geräuschanzeige mit Mikrofon und LED Darf es etwas mehr Leistung sein? Gegentaktverstärker mit Transistoren Einfach praktisch: der Gegentaktverstärker für den Batteriebetrieb Verstärkerschaltungen mit Feldeffekttransistoren (FETs) Kapitel 14 Tausendfüßler und Tausendsassa: integrierte Schaltungen Vor- und Nachteile integrierter Schaltungen Analoge und digitale ICs Wie sehen integrierte Schaltungen aus? Richtig identifiziert: die Anschlüsse von integrierten Schaltungen Deutlich gekennzeichnet: ICs in Schaltbildern Einfach stark: Verstärkerschaltungen mit ICs ftoc.indd 19

8 20 Inhaltsverzeichnis Zeitmaschine: das Timer-IC NE Zu den wichtigsten Anschlüssen des NE Monostabil, bistabil und astabil schalten mit dem NE Weitere Möglichkeiten, die der NE555 bietet Die Tonerzeugung mit dem NE Kapitel 15 Digitaltechnik und Digitale ICs: an oder aus, entweder oder Und-, Oder-, Nicht-Schaltungen und deren buckelige Verwandtschaft Von UND-, ODER- und NICHT-Verknüpfungen die einfachsten Digitalgatter Bits und Bytes: 1 und 0, an oder aus IC-Logikgatter: logische Funktionen in einem Gehäuse Starke Familien: TTL- und CMOS-ICs Logik-ICs in der Praxis einsetzen Logikgatter in Schaltbildern TEIL IV EINIGE PROJEKTE ZUM NACHBAUEN UND EXPERIMENTIEREN Kapitel 16 Ein paar Schaltungen mit dem Timer-IC NE Bezeichnungen und Gehäuseformen des NE Der NE555 hört auf viele Namen und Bezeichnungen Andere Ausführungen des NE Damit alles reibungslos funktioniert: wichtige Hinweise zum Einsatz der Timerbausteine Schaltungen mit dem NE555 bauen Effektvoll: Blink- und Lauflichter mit dem NE Empfindlich: Sensortaster mit dem NE Immer in Bewegung: Lauflicht mit NE555 und CMOS-IC Effektvolles Fünffach-Lauflicht Zweckentfremdet: NE555 als Verstärker Schmitt-Trigger mit dem NE555: an und aus statt viel und wenig Lautstark: Beispiele für Tongeneratoren mit dem NE NE555 mit Nachbrenner: hohe Lasten und Lautsprecher mit dem IC ansteuern Kapitel 17 Strom und Magnetismus: Elektromagneten und die elektromagnetische Induktion Anziehend und abstoßend: der Elektromagnetismus Ein einfacher selbst gebauter Elektromagnet Praktische Sache: Elektromagneten in der Praxis Die elektromagnetische Induktion: Strom aus Magneten Allgegenwärtig: elektrischer Strom und Magnetismus ftoc.indd 20

9 Inhaltsverzeichnis 21 Tonempfindlich: das Mikrofon Wandlungsfähig: Transformatoren als Spannungswandler Kraftwerk für die Hosentasche: Elektromotor als Stromgenerator Aus weniger wird mehr: Spulen als Energiespeicher Die Induktivität von Spulen Was es mit dem induktiven Widerstand auf sich hat Spannungsvervielfachung durch Selbstinduktion Der elektrische Schwingkreis Gute Schwingungen: der Schwingkreis im Oszillator Oszillatorschwingungen einfach erzeugt mit dem Differenzverstärker- Oszillator Drahtlose Energieübertragung Kapitel 18 Einige interessante Schaltungen zum Nachbauen und Experimentieren Lichtblick: Audiosignale mithilfe von Licht übertragen Ohne Sender kein Empfang: der optische Sender Allzeit guten Empfang: die Empfängerschaltung Die Reichweite dieser Schaltung und weitere Versuche Unsichtbar: Infrarot-LEDs statt superheller LEDs verwenden Experimentieren Sie ruhig mit dieser Schaltung Warum so umständlich? Warum Modulationsverfahren angewandt werden Kommunikationsfreudig: Sprechanlage für mehrere Teilnehmer Zur Sternverteilung und Busverteilung Die Sprechanlage bietet flexible Anschlussmöglichkeiten Kommunikation ist alles: senden und empfangen mit der Sprechanlage Wenn die Schaltung mit weiteren Sprechstellen versehen wird Musikalische Bastelei: Tonfolgegenerator mit NE555 und Zählerbaustein Mögliche Modifikationen dieser Schaltung Die Tonhöhe für jeden Ton stufenlos einstellen TEIL V WEITERE INTERESSANTE BAUTEILE UND KOMPONENTEN Kapitel 19 Widerstände für spezielle Einsatzgebiete Unscheinbar und unverzichtbar:»normale«widerstände Verschiedene Materialien bedeuten unterschiedliche Eigenschaften Ganz speziell: Widerstände mit besonderen Eigenschaften Heiß und kalt: temperaturabhängige Widerstände Licht und Widerstand: Fotowiderstände oder auch lichtempfindliche Widerstände Spannung und Widerstand: spannungsabhängige Widerstände Künstliche Last für Energiequellen: Lastwiderstände ftoc.indd 21 7/10/ :26:13 PM

10 22 Inhaltsverzeichnis Hochpräzise Bauteile: Messwiderstände Widerstand mit Sicherheit: Sicherheitswiderstände Widerstandsnetzwerke - mehrere auf einmal Anwendungsbeispiele für Spezialwiderstände Temperaturabhängig schalten mit einem NTC Spannungsabhängige Widerstände als Schutzelemente Kapitel 20 Unterschiedliche Arten von Dioden und Transistoren und deren Einsatz Zur Funktion der Diode als Gleichrichterbauteil Die Ventilwirkung der Diode bei Wechselstrom Spannungsimpulse glätten mit einem Ladekondensator Viel effektiver: die Zweiweggleichrichtung mit der Graetzbrücke Eine weitere Möglichkeit: der Mittelpunktgleichrichter Stabile Sache: die Spannungsstabilisierung mithilfe einer Z-Diode Spannungsbegrenzung und Spannungsstabilisierung mit der Z-Diode Nur gemeinsam stark: Z-Dioden und Vorwiderstand Wichtige Kenndaten einer Z-Diode Die Berechnung des Vorwiderstandes Die Verlustleistung am Vorwiderstand Schnelle Dioden: Schottky-Dioden und ihre speziellen Eigenschaften Der Unterschied zu herkömmlichen Dioden Was beim Einsatz von Dioden zu beachten ist Bauformen von Transistoren Wichtige Arten von Transistoren für spezielle Einsatzgebiete Leistungsstark: Transistoren für hohe Leistungen Immer cool bleiben: Leistungstransistoren mit Kühlkörpern Wichtig für die Wärmeableitung: Wärmeleitpaste Leistungstransistoren ansteuern Kapitel 21 Diac, Triac und Co.: weitere wichtige Bauteile Der Diac: unscheinbar und oft nicht beachtet Der Durchbruch: die Durchbruchspannung bzw. Zündspannung von einem Diac Der Haltestrom: was es damit auf sich hat Der Triac: anschlussfreudiger als ein Diac Einsatzbereit: der Triac und seine Funktion in einer Schaltung Einen Triac in Betrieb nehmen Der Triac und der Gleichstrom Die Schaltung funktioniert nicht? Schalten mit Licht: der Optotriac oder auch Fototriac Der Thyristor als elektronischer Schalter Das Abschalten des Thyristors Einsatzgebiete von Thyristoren Ersatzweise: die Thyristor-Ersatzschaltung mit Transistoren Eine kleine Versuchsschaltung mit Transistoren ftoc.indd 22 7/10/ :26:13 PM

11 Inhaltsverzeichnis 23 TEIL VI DER TOP-TEN-TEIL Kapitel 22 Zehn Dinge und weitere Informationen für (Hobby-) Elektroniker Entdeckungsreise: das Internet als Informations- und Ideenquelle nutzen (Bewegte) Bilder sagen mehr als 1000 Worte: Elektronikvideos Simulant: Elektroniksimulationen helfen beim Verstehen Die Elektroniksimulation online Die Klassiker: mit Elektronikbaukästen Theorie und Praxis lernen Ohne Handbuch geht es (vorerst) nicht Schnellstart für Ungeduldige: Bausätze und Elektronikkits nutzen Genügend Spielraum zum Experimentieren Ausschlachten und (nicht nur) elektronische Bauteile gewinnen Bei welchen Geräten lohnt es sich? Klein, kleiner, SMD Sichere Erkenntnis: Messungen helfen beim Verstehen von elektronischen Schaltungen Auch Widerstandsmessungen und Strommessungen sind wichtig Bilder sagen mehr als 1000 Worte: Oszillogramme lesen (und) lernen Wann Oszillogramme für Sie besonders interessant sein können Für alle Fälle gewappnet: die Fehlersuche mit Signalgebern Signale mit dem NE555 erzeugen Spezielle ICs als Signalgeneratoren nutzen Den Computer als Signalgenerator verwenden Mikrocontroller verwenden Mikrocontroller als kleine und unsichtbare Helfer Vorteile von Mikrocontrollern Zu guter Letzt: testen, testen, testen Ein bisschen Schwund gibt s immer Stichwortverzeichnis ftoc.indd 23 7/10/ :26:13 PM

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