Elektronik-Lehrgang in drei Teilen

Transkript

1 Fritz Löler lektronik-lehrgang in drei Teilen on der Praxis zum erständnis Reihe Hintergründe estellnummer

2 Inhaltsverzeichnis orwort... 4 Ü ersi ht... 5 Teil 1 Schaltungen sicher aubauen... 6 Leu htdiode it or idersta d... 6 Tra sistors haltu g it Taster i der asisleitu g Steuerstro kreis... 7 Tra sistors haltu g it Fühler i der asisleitu g... 8 i s halt erzögeru g... 9 Auss halt erzögeru g ista ile Kippstufe Mo osta ile Kippstufe Asta ile Kippstufe Du kels haltu g Hells haltu g Teil 2 In Schaltungen messen Leu htdiode it or idersta d Tra sistors haltu g it Taster i der asisleitu g Steuerstro kreis Tra sistors haltu g it Fühler i der asisleitu g i s halt erzögeru g Auss halt erzögeru g ista ile Kippstufe Mo osta ile Kippstufe Asta ile Kippstufe Du kels haltu g Hells haltu g Stro stärke esse Stro stärke esse Teil 3 Schaltungen verstehen Leu htdiode it or idersta d Tra sistors haltu g it Taster i der asisleitu g Steuerstro kreis Tra sistors haltu g it Fühler i der asisleitu g i s halt erzögeru g Auss halt erzögeru g ista ile Kippstufe Mo osta ile Kippstufe Asta ile Kippstufe Spa u gsteiler Du kels haltu g Hells haltu g eispiele von kombinierten Schaltungen Hells haltu g it o osta iler Kippstufe Du kels haltu g it i s halt erzögeru g Lösungen lektro ik-lehrga g Fritz Löler

3 4 or ort Mit der lektro ik ist es so ei e Sa he. We a si h da it ei iss he auske t, ka a fast u e dli h iele i teressa te S haltu ge auf aue. Auf der a dere Seite ist die Materie erst al re ht tro ke u d a uss a h al ei e z eite u d dritte S hritt de ke kö e, as u s Me s he häufig s h er fällt. Aus diese Gru d ha e i h ersu ht, diese lektro iklehrga g zu e tzerre u d ögli hst iel praktis hes Ar eite ei zu i de. Glei hzeitig soll der Lehrga g i ögli hst großer Sel ststä digkeit zu e ältige sei. Mit ei e gute Part er stellt si h der rfolg fast o allei e ei. Wo ögli h a ht die Ar eit gar o h Spaß! Der Lehrga g e thält S haltu ge. Diese solle i erste Teil ur aufge aut erde, oh e dass a glei h alles erstehe uss. We a si h da ei et as it der Fu ktio der auteile ertraut a ht, ka das atürli h kei Fehler sei. Dazu fi dest du kurze rkläru ge zu de auteile. Der Lehrer ird si h freue, e er o h ei e ig I put dazu ge e darf. I z eite Teil erde die S haltu ge o h ei al aufge aut u d siehe da, es geht s ho iel lei hter. Das Hauptthe a ist jetzt das Messe. Natürli h erfährst du zuerst, o du das Messgerät ü erhaupt hi halte sollst. We du da die S haltu ge a de a gege e e Pu kte ge esse hast, s hlei ht si h irge d a die rke t is ei, dass si h die Spa u g a de auteile aufteilt, die i ei e Stra g liege. e so egeg et a öfters der agis he Spa u gsre ze o, olt, die u sere Tra sistor s halte lässt, oder e e i ht. Je a hde o ir u ter oder ü er dieser Gre ze liege. rst i dritte Teil - ir dürfe die S haltu ge o h ei al auf aue, as s ho fast li d geli gt - geht es u das Waru ei S halt erhalte. Die rkläru ge i Lehrga g si d so k app ie ögli h gehalte, gerade ge ug u zu isse, as i der S haltu g passiert. Jetzt geht es also tatsä hli h u das erstehe. We du dies alles e ältigt hast, irst du i der Lage sei, die S haltu ge für ei e esti te ) e k ei zusetze oder z ei, iellei ht drei S haltu ge itei a der zu ko i iere. Der Lehrga g ist ereits ehrfa h erfolgrei h getestet. Dieser Lehrga g ka sehr gut i u ters hiedli he Ni eau-stufe ei gesetzt erde : G-Ni eau: Lehrga g Teil, S haltu ge si her auf aue M-Ni eau: Lehrga g Teil - -Ni eau: Lehrga g Teil it ko i ierte S haltu ge lektro ik-lehrga g Fritz Löler

4 5 lektronik-lehrgang in drei Teilen: on der Praxis zum erständnis in Lehrgang, der 10 Transistor-Grundschaltungen in drei Durchgängen wiederholt. Aus einem sicheren Umgang mit elektronischen auteilen führt der Weg zu einem fundierten erständnis für die Grundlagen der lektronik. Teil 1. Schaltungen sicher aufbauen Im ersten Teil sollen die Schüler die Schaltungen nur aufbauen, dabei lernen sie einen sicheren Umgang mit elektronischen auteilen und dem aukasten. lektronische auteile richtig einsetzen Kurzschlüsse vermeiden Kontakte prüfen Schaltungen testen Teil 2. In Schaltungen messen Messen können in Schaltungen ist oraussetzung für einen fundierten Umgang mit der lektronik. Der Umgang mit dem Messgerät ist Grundlage für die Fehlersuche und die Dimensionierung von Schaltungen. Spannungen messen Widerstände messen Ströme messen Teil 3. Schaltungen verstehen Gestärkt durch die beiden ersten Teile ist es nicht mehr so schwer die Geheimnisse der lektronik zu verstehen und mit ihnen umzugehen. infache Transistorschaltungen erzögerungsschaltungen Kippstufen Spannungsteilerschaltungen lektro ik-lehrga g Fritz Löler

5 6 Teil 1: Schaltungen sicher aubauen 1.1 Leuchtdiode mit orwiderstand 4,5 0 LD aue die Schaltung auf. Die Schaltung... funktioniert... funktioniert nicht rste Informationen zur Schaltung. Widerstände (hier R1; Ohm) begrenzen die Stromstärke und setzen die Spannung herunter. Sie sind polungsunabhängig. Leuchtdiode (LD; light emitting diode) Dioden lassen den Strom nur in eine Richtung durchfließen, in die andere Richtung sperren sie den Strom. Da LDs nur ca. 1,5 aushalten, muss man immer einen orwiderstand einbauen. Ihre Stromstärke beträgt ca. 20 ma. - Überprüfe, ob Spannung anliegt - - Überprüfe, alle ob Kontakte Spannung und anliegt Lötstellen - Kontrolliere - Überprüfe die alle Polung Kontakte der und auteile Lötstellen - Kontrolliere - Kontrolliere die die richtige Polung Anordnung der auteile der auteile - Kontrolliere die richtige Anordnung der auteile eschreibe die Funktion der Schaltung. Überlege, wie oder wo man diese Schaltung einsetzen könnte. lektro ik-lehrga g Fritz Löler

6 Teil 1: Schaltungen sicher aubauen Transistorschaltung mit Taster in der asisleitung (Steuerstromkreis) 0 4,5 Taster 1k LD aue die Schaltung auf. Die Schaltung... funktioniert... funktioniert nicht rste Informationen zur Schaltung. npn -Transistor Polung beachten! asis Transistoren immer mit orwiderstand anschließen! Den Strom, der vom Pluspol zur asis des Transistors fließt, nennt man asis- oder Steuerstrom. Den Strom, der vom Pluspol durch R, die LD und die Kollektor-mitter-Strecke des Transistors zum Minuspol fließt, nennt man Kollektor- oder Arbeitsstrom... ollector mitter- - Überprüfe, ob Spannung anliegt - Überprüfe alle Kontakte und Lötstellen - Kontrolliere die Polung der auteile - Kontrolliere die richtige Anordnung der auteile eschreibe die Funktion der Schaltung. Überlege, wie oder wo man diese Schaltung einsetzen könnte. lektro ik-lehrga g Fritz Löler

7 16 Teil 2: In Schaltungen messen 2.1 Leuchtdiode mit orwiderstand 4,5 0 LD U 1 U 2 aue die Schaltung auf. Die Schaltung... funktioniert... funktioniert nicht Notiere deine Messergebnisse: U1 = U2 = Uges = U ges Information! Wichtig! Das Formelzeichen der Spannung ist das U, gemessen wird in (olt). Die Spannung wird parallel zum auteil gemessen, d.h. man hält die Messfühler einfach vor und hinter das auteil, an dem man messen will. Das rote Messkabel zeigt immer zum Pluspol, das schwarze Messkabel immer zum Minuspol. - Überprüfe, ob Spannung anliegt - - Überprüfe, alle ob Kontakte Spannung und anliegt Lötstellen - Kontrolliere - Überprüfe die alle Polung Kontakte der und auteile Lötstellen - Kontrolliere - Kontrolliere die die richtige Polung Anordnung der auteile der auteile - Kontrolliere die richtige Anordnung der auteile emerkungen: lektro ik-lehrga g Fritz Löler

8 Teil 2: In Schaltungen messen Transistorschaltung mit Taster in der asisleitung (Steuerstromkreis) 4,5 0 1k LD aue die Schaltung auf. Die Schaltung... funktioniert... funktioniert nicht Notiere deine Messergebnisse: U1 = U2 = U3 = Uges = U1 U2 U3 U ges Information Wenn sich drei auteile in einer Leiterbahn befinden, teilt sich die Spannung entsprechend in drei Teile. U1 = Spannung am Widerstand U2 = Spannung an der LD U3 = Spannung an der Kollektor- mitter- Strecke des Transistors eim Messen den Taster drücken! - Überprüfe, ob Spannung anliegt - - Überprüfe, alle ob Kontakte Spannung und anliegt Lötstellen - Kontrolliere - Überprüfe die alle Polung Kontakte der und auteile Lötstellen - Kontrolliere - Kontrolliere die die richtige Polung Anordnung der auteile der auteile - Kontrolliere die richtige Anordnung der auteile emerkungen: lektro ik-lehrga g Fritz Löler

9 28 Teil 3: Schaltungen verstehen 3.1 Transistorschaltung Leuchtdiode mit orwiderstand mit Taster in der asisleitung (Steuerstromkreis) 4,5 0 LD aue die Schaltung auf! Messe und notiere: U 1 U 2 U ges Information: Zur rinnerung: Das Formelzeichen der Spannung ist das U, gemessen wird in (olt). Die Spannung wird parallel zum auteil gemessen, d.h. man hält die Messfühler einfach vor und hinter das auteil, an dem man messen will. Das rote Messkabel zeigt immer zum Pluspol, das schwarze Messkabel immer zum Minuspol. U1 = _ U2 = _ Uges = _ Jeder Widerstand in einer Schaltung reduziert die Spannung und begrenzt den Strom. Man sagt, die Spannung fällt über dem Widerstand ab. Da eine LD nur mit ca. 1,5 betrieben werden darf, muss die restliche Spannung über einem orwiderstand abfallen. Gleichzeitig begrenzt der Widerstand auch die Stromstärke. ine LD wird mit einem Strom von ca. 20mA betrieben. Nach dem Ohmschen Gesetz berechnet, sieht das so aus: orwiderstand = Gesamtspannung (4,5) minus LD-Spannung(1,5), geteilt durch die Stromstärke(20 ma) Formel Ohmsches Gesetz ergleiche das berechnete rgebnis mit deinen gemessenen Werten: _ lektro ik-lehrga g Fritz Löler

10 Teil 3: Schaltungen verstehen Transistorschaltung mit Taster in der asisleitung (Steuerstromkreis) 4,5 0 1k LD aue die Schaltung auf! Information zum Transistor npn Im Arbeitskreis eines Transistors (s.1.2) können bis etwa 100mA fließen. Die oraussetzung für einen Stromfluss im Arbeitskreis ist ein Strom im Steuerstromkreis, also vom Pluspol durch den Taster, durch den orwiderstand dann durch die asis-mitter-strecke zum Minuspol. Hier reicht ein Strom von ca. 1mA, um den Arbeitsstrom zu schalten. in viel größerer Strom würde den Transistor zerstören, deshalb liegt vor der asis immer ein Schutzwiderstand (1k). asis Kollektor mitter - Das genaue Schaltverhalten eines Transistors, lässt sich über die asisspannung am besten beschreiben. Durch den technischen Aufbau des Transistors schaltet dieser ab einer asisspannung von ca. 0,7. Daraus folgt: Unter 0,7 asisspannung sperrt der Transistor den Arbeitsstromkreis, die LD leuchtet nicht. Über 0,7 asisspannung gibt der Transistor seinen Arbeitsstromkreis (Kollektor-mitter-Strecke) frei, die LD leuchtet. Markiere mit einem roten Stift den Steuerstromkreis vom Pluspol bis zum Minuspol. Mache dasselbe mit einem blauen Stift für den Arbeitsstromkreis! Überprüfe die asisspannung (Messfühler zwischen asis und Minuspol) an der aufgebauten Schaltung, bei gedrücktem und nicht gedrücktem Taster. Notiere die Spannungswerte: lektro ik-lehrga g Fritz Löler

11 39 Kombinierte Schaltungen (2 eispiele) Dunkelschaltung mit inschaltverzögerung Wenn es dunkel wird, schaltet der linke Transistor. Sein Arbeitsstrom lädt den Kondensator langsam (100k). Wenn der Kondensator 0,7 erreicht hat, schaltet der rechte Transistor. Die rechte LD beginnt also verzögert zu leuchten. 4, k LDR LDR 1 k 1k 1k Hellschaltung mit monostabiler Kippstufe LD Wenn es hell wird, schaltet der linke Transistor. Dadurch wird die asisspannung von Transistor 2 der monostabilen Kippstufe abgesenkt (der asisstrom wird abgeleitet).die Hellschaltung übernimmt somit die Funktion des Tasters (aus 3.7). Somit schaltet Transistor1 der monostabilen Kippstufe. Wenn es wieder dunkel wird, schaltet nach einer Weile T2. T1 220uF 36k 100k 1k 100k LD T2 lektro ik-lehrga g Fritz Löler

12 40 Lösu ge Lösu ge Teil Nr. Fu ktio A e du gs eispiele ei a gelegter Spa u g, leu htet die LD etrie sa zeige, Dur hga gsprüfer We der Taster etätigt ird, leu htet die LD s.o. We der Fühler it leitfähige Material Wasser, Haut, Metall us leu htet die LD We der Taster lä ger etätigt ird, leu htet die LD We der Taster losgelasse ird, leu htet die LD o h eiter Füllsta dsa zeige, Alar a lage us. erspätetes S halte er ü s ht, z.. Alar a lage ei s halte z.. Autotür-I e li ht Je a h Taster leu htet die li ke oder re hte LD )uga gsregelu g S h i ad Re hte LD leu htet. Na h de etätige des Tasters leu htet die li ke LD, kurz da a h ieder die re hte. Spielzeit egre zer LDs li ke a e hsel d li kli ht, To ge erator We a gedu kelt ird, leu htet die LD Auto atis hes Na htli ht We es hell ird, leu htet die LD S halte it Li ht Messerge isse Lösu ge Teil e erku ge U =, ; U =, ; Uges =, Teilspa u ge addiere si h zur Gesa tspa u g U =, ; U =, ; U =, ; Uges =, U =, ; U =, ; U =, Uges =, ; U =, ; U =, ; U =, ; Uges =, Taster : U steigt la gsa auf, U si kt auf a., Taster u d : U =, ; U = U si kt o, auf u ter, or de A tippe des Tasters liegt die je eilige Spa u g ei,, da a h ei I jede Stra g addiere si h die Teilspa u ge zur Gesa tspa u g. Ko de sator lädt, Spa u g steigt. T u d T : Ko de sator ird ü er rü kt. Der Taster er i det die asis it de Mi uspol lektro ik-lehrga g Fritz Löler

13 Fotos lektro ik-aukaste lektro ik-lehrga g Fritz Löler