Der Conrad-Adventskalender mit 24 Experimenten

Transkript

1 Der Conrad-Adventskalender mit 24 Experimenten Schluss mit langweiligen Schokoladenkalendern! Mit diesem Elektronik-Adventskalender verkürzen Sie die Wartezeit auf Weihnachten durch interessante Experimente. Jeden Tag finden Sie ein neues Bauteil hinter dem Türchen. Das beiliegende Handbuch stellt dazu jeden Tag einen neuen Versuch vor ohne Löten und perfekt geeignet für Hobby, Schule, Studium, Ausbildung und Beruf! Am 24. Dezember bauen Sie dann mit den gesammelten Bauteilen ein größeres Projekt auf, mit dem Sie Ihren Weihnachtsbaum schmücken können. Mehr wird nicht verraten, aber Sie dürfen gespannt sein! Vorkenntnisse sind nicht nötig, wenn Sie Schritt für Schritt die Anweisungen des Buches befolgen. Am Ende besitzen auch Einsteiger Grundkenntnisse in Sachen Elektronik und Schaltungen. Eine ideale Möglichkeit, auch junge Leute für dieses spannende Thema zu begeistern! Das einzige, was Sie zusätzlich benötigen, ist eine 9-Volt-Blockbatterie. Plus! Weihnachts-Bonus Das Know-how-Zertifikat 2009 Experimentieren, lernen weiterbilden! Nach dem 24. Dezember können Sie Ihr erworbenes Wissen testen und kostenlos das Jahres-Zertifikat unter erwerben. Damit bringen Sie nicht nur Ihre Freunde zum Staunen, Sie weisen damit auch Ihr Wissen in der Elektronik nach.

2 Impressum 2009 Franzis Verlag GmbH, Poing Autor: Burkhard Kainka Art & design, Satz: ISBN Produziert im Auftrag der Firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1, Hirschau Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträger oder im Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdru cklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt. Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller. Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, gepru ft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor u bernehmen fu r fehlerhafte Angaben und deren Folgen keine Haftung.

3 1 Vorwort Es muss nicht immer Schokolade sein! Dieser Kalender enthält Leuchtdioden (LEDs) und andere elektronische Bauteile, die man im Zusammenhang mit LEDs braucht. Nur eine 9-V-Blockbatterie müssen Sie noch zusätzlich besorgen. Hinter 24 Türchen verbergen sich 24 Experimente. Dabei geht es nicht nur um einfache LEDs, sondern auch um ganz besondere Typen bis hin zur automatisch wechselnden Mehrfarben-LED. Und am 24. Dezember bauen Sie einen eindrucksvollen elektronischen Schmuck für den Weihnachtsbaum. Die Türchen des Kalenders lassen sich am leichtesten öffnen, indem man sie nach innen eindrückt und dann nach außen aufklappt. Das eigentliche Bauteil befindet sich jeweils hinter einer umweltfreundlichen Abdeckung aus dünnem Karton, damit es zuverlässig an seinem Platz bleibt. Die Abdeckung lässt sich herausnehmen, nachdem man sie nach innen eingedrückt hat. Damit es gleich richtig losgehen kann, finden Sie hinter dem ersten Türchen zwei Bauteile. Später reicht dann immer genau ein Bauteil für einen neuen Versuch. Bitte gönnen Sie sich jeden Tag im Dezember eine kleine Experimentierpause und bauen Sie alle Versuche sorgfältig auf, wie es im Handbuch beschrieben ist. Heben Sie gerade nicht benötigte Bauteile gut auf, denn sie kommen bei den folgenden Versuchen wieder zum Einsatz. Übrigens sind natürlich mit den Bauteilen sehr viel mehr als 24 Versuche möglich. Vermutlich werden Ihnen noch ganz andere Schaltungsvarianten einfallen. Wir wünschen eine frohe und kreative Weihnachtszeit!

4 2 Alle Versuche im Überblick: 1.Tag: Die LED-Lampe Tag: LED auf der Steckplatine Tag: Schaltbare LED-Lampe Tag: Zweifarbi ges LED-Licht Tag: Parallel geschaltet Tag: Rotes Blinklicht Tag: Drei in einer Schaltung Tag: Dreier-Blinklicht Tag: Helligkeitsstufen Tag: Vierfach-Blinker Tag: Geldscheinprüfer Tag: Gegentaktblinker Tag: Transistor-Blinker Tag: Fünf-LED-Blinker Tag: Lichtgesteuerte LED Tag: Berührungsschalter Tag: Konstante Helligkeit Tag: Plus oder Minus? Tag: Farbwechsel-Blinker Tag: Farbiges Blitzlicht Tag: Automatik-Farbwechsel Tag: Lichtmodulation Tag: Farbspiele Tag: Festliches LED-Licht Anhang

5 3 1. Tag Die LED-Lampe Vor etwa 40 Jahren wurde die Leuchtdiode erfunden. Am Anfang gab es noch nicht sehr viele unterschiedliche Farben, und auch mit der Helligkeit stand es noch nicht zum Besten. Inzwischen aber ist diese Art der Lichtquelle aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Allerdings sind LEDs meist irgendwo eingebaut, und man sieht nicht genau, wie sie angeschlossen sind. Diese entscheidenden Punkte sollen nun in einem Versuch aufgedeckt werden. 1. Tag 1. Die LED darf nicht direkt an eine Spannungsquelle gelegt werden, sondern man braucht immer auch einen Widerstand. Ohne diesen Vorwiderstand würde die LED durch zu viel Strom zerstört! 2. Die LED muss in der korrekten Richtung eingebaut werden. Sie besitzt zwei unterschiedliche Anschlüsse. Der kurze Draht ist der Minuspol (Kathode) der längere Draht ist der Pluspol (Anode). Wenn die LED eingebaut ist, 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 abgeflacht. Hinter dem ersten Türchen finden Sie eine grüne LED und einen Widerstand. Zusätzlich benötigen Sie noch eine 9-V-Blockbatterie. Der erste Versuch muss besonders vorsichtig ausgeführt werden. Vermeiden Sie es, dass jemals beide LED-Anschlüsse gleichzeitig die Batterieanschlüsse berühren! Es muss immer der Widerstand in Reihe angeschlossen werden. Halten Sie beide Bauteile so an die Batterie, wie es die Zeichnung zeigt. Elektronische Schaltungen stellt man übersichtlich in Schaltbildern dar. Für jedes Bauteil gibt es ein spezielles Symbol. Die LED besteht aus einem Dreieck für die Anode und einem geraden Strich für die Kathode. Das deutet die Stromrichtung an. Zwei kurze Pfeile nach außen stehen für das abgegebene Licht. Der Widerstand ist als rechteckiges Kästchen gezeichnet. Jeder Widerstand hat einen bestimmten Widerstandswert. Hier sind es 1000 Ohm = 1 Kiloohm (1 kω, im Schaltbild kurz 1k). Das reale Bauteil ist mit Farbringen beschriftet (Braun, Schwarz, Rot für 1000 und Gold für +/-5 % Genauigkeit). Das Schaltbild zeigt eine Reihenschaltung. Der Strom fließt durch Batterie, Widerstand und LED. Der Widerstand hat dabei die Aufgabe, die Stromstärke auf einen sinnvollen Wert zu begrenzen. Je größer der Widerstand, desto kleiner die Stromstärke. Bei 1 kω wird die LED zwar noch unterhalb ihres maximal erlaubten Stroms betrieben, sie leuchtet aber schon recht hell. 2. Tag LED auf der Steckplatine Das zweite Türchen verbirgt einen Batterieclip und eine Laborsteckplatine. Damit vereinfacht sich der Aufbau auch relativ komplexer Schaltungen. Das Steckfeld mit insgesamt 270 Kontakten im 2,54-mm-Raster sorgt für eine sichere Verbindung der Bauteile. 2. Tag 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 je 20 Kontakten bestehen. Das Steckfeld verfügt damit über zwei unabhängige Versorgungsschienen. Das Einsetzen von Bauteilen benötigt 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, ohne sie zu knicken.

6 4 Bauen Sie die Schaltung aus dem ersten Versuch noch einmal auf der Steckplatine auf. Wieder handelt es sich um eine Reihenschaltung mit Widerstand und LED. Das Schaltbild zeigt die gleiche Schaltung wie im ersten Versuch, aber mit einer etwas anderen Anordnung der Bauteile, die dem realen Versuch möglichst ähnlich ist. Versuchen Sie einmal, die LED in einem völlig abgedunkelten Raum als Leselampe zu verwenden. Das ist sicherlich ungewohnt und etwas anstrengend. Aber diese Lampe verbraucht auch nur ein Tausendstel der elektrischen Leistung einer 60-Watt-Glühlampe. 3. Tag Schaltbare LED-Lampe 3. Tag Bauen Sie eine LED-Lampe mit Schaltkontakt. Komplexere Schaltungen benötigen Drahtverbindungen. Den passenden Schaltdraht finden Sie hinter dem dritten Türchen. Schneiden Sie mit einer Zange oder zur Not auch mit einer alten Schere ein passendes Stück von ca. 3 cm Länge ab und entfernen Sie an den Enden die Isolierung auf einer Länge von etwa 5 mm. Zum Abisolieren der Drahtenden hat es sich als praktisch erwiesen, die Isolierung mit einem scharfen Messer rundherum einzuschneiden. Achtung, dabei sollte der Draht selbst nicht angeritzt werden, weil er sonst an dieser Stelle leicht bricht. Mit dem Draht lässt sich auch ein einfacher Schalter bauen. Er besteht aus zwei blanken Drahtstücken, die sich erst mit einem Fingerdruck berühren. Schneiden Sie dazu Drahtstücke von 2 cm Länge ab und entfernen Sie die Isolierung komplett. Ein zusätzlicher kurzer Draht wird als Zugentlastung eingebaut, um die weichen Anschlussdrähte zu schonen. Der Batterieclip sollte immer verbunden bleiben, damit sich die Anschlüsse nicht übermäßig abnutzen. Noch ein Tipp zur leichteren Arbeit mit dem Steckboard: Schneiden Sie die Drähte am Ende schräg an, damit sie eine scharfe Spitze erhalten und leichter in die Kontakte gesteckt werden können. Dies ist auch für die Leuchtdioden, Widerstände und andere Bauteile sinnvoll und verhindert, dass die Anschlussdrähte beim Einstecken leicht umknicken. 4. Tag Zweifarbiges LED-Licht 4. Tag Nun wird es bunt, denn hinter dem Türchen Nr. 4 kommt eine rote LED zum Vorschein. Erweitern Sie Ihre Reihenschaltung um die rote LED. Wieder kommt es auf die korrekte Einbaurichtung an. Bei beiden LEDs erkennen Sie den Kathodenanschluss auch daran, dass er in der LED als kelchförmiger Halter für den LED-Kristall ausgeformt ist. Auch wenn nur eine der beiden LEDs falsch herum eingesetzt wird, leuchtet keine von beiden. Probieren Sie das einmal aus, denn es hilft bei der Fehlersuche in komplexeren Schaltungen, diese mögliche Fehlerursache zu erkennen.

7 5 5. Tag Parallel geschaltet Hinter der fünften Tür wartet ein weiterer Widerstand auf seinen Einsatz. Er hat nur 470 Ω (Gelb, Violett, Braun), lässt also in derselben Schaltung etwa den doppelten Strom fließen wie der schon vorhandene 1-kΩ-Widerstand. Mit zwei Widerständen und zwei LEDs ist eine andere Schaltungsvariante möglich: die Parallelschaltung. Jede LED hat nun ihren eigenen Vorwiderstand. Damit ist es möglich, den jeweiligen LED-Strom individuell einzustellen. In diesem Fall fließt der größere Strom durch die rote LED. Testen Sie die Schaltung auch einmal mit vertauschten LEDs. 5. Tag 6. Tag Rotes Blinklicht Das Bauteil hinter Fach Nr. 6 ist eigentlich gar kein einzelnes Bauteil, sondern selbst schon eine hoch komplexe Schaltung. Es handelt sich um eine rote Blink-LED. Wenn Sie sich die LED mit einer Lupe genau ansehen, erkennen Sie im LED-Gehäuse zwei Chips. Auf dem Kathodenanschluss (kurz) sitzen der relativ kleine LED-Kristall und ein deutlich größerer Siliziumchip. Die Schaltung auf dem Chip sorgt dafür, dass der LED-Strom immer wieder ein- und ausgeschaltet wird. 6. Tag Nach außen hin wird die Blink-LED wie eine normale LED angeschlossen. Ein Vorwiderstand ist unbedingt erforderlich. Und die Einbaurichtung muss stimmen. Der kürzere Anschlussdraht ist die Kathode (Minus-Anschluss). 7. Tag Drei in einer Schaltung Hinter dem siebten Türchen kommt ein weiterer Widerstand mit 1 kω (Braun, Schwarz, Rot) zum Vorschein. Damit können Sie nun alle drei vorhandenen LEDs in Parallelschaltung mit eigenen Vorwiderständen betreiben. Tauschen Sie auch einmal die Widerstände aus. Sie können damit bestimmen, welche der LEDs den größeren Strom erhalten soll. 7. Tag

8 6 8. Tag 8. Tag Dreier-Blinklicht Eine interessante Schaltungsvariante ergibt sich mit der Reihenschaltung aus einer Blink-LED und zwei normalen LEDs. Die Blink-LED schaltet dann auch die anderen LEDs. Nun blinken alle drei im gleichen Takt. Die Reihenschaltung aller drei LEDs erfordert einen kleineren Vorwiderstand, da sonst die Helligkeit zu gering ausfällt. Hinter dem achten Türchen finden Sie deshalb einen Widerstand mit 220 Ω (Rot, Rot, Braun). Testen Sie die Schaltung aber auch einmal mit den größeren Widerständen von 470 Ω und 1 kω. Die LEDs blinken dann immer noch, nur entsprechend weniger hell. 9. Tag 9. Tag Helligkeitsstufen Hinter dem neunten Türchen kommt ein weiterer Widerstand zum Vorschein. Er hat 2,2 kω (Rot, Rot, Rot) und lässt nur noch wenig Strom hindurch. Bauen Sie eine LED-Leuchte mit zwei Helligkeitsstufen. Im Grundzustand liegen zwei Widerstände mit zusammen 3,2 kω in Reihe. Wenn Sie jedoch den Schalter schließen wird der 2,2-kΩ-Widerstand überbrückt. Der LED-Strom wird dabei etwa dreifach größer und beide LEDs entsprechend heller. Testen Sie die Schaltung auch mit anderen Widerständen von 470 Ω oder 220 Ω statt des 1-kΩ-Widerstands. Die Helligkeitsunterschiede werden damit noch größer. 10. Tag Vierfach-Blinker 10. Tag Öffnen Sie das zehnte Fach. Darin kommt eine zweite Blink-LED zum Vorschein. Nun können Sie insgesamt vier LEDs in einer gemeinsamen Schaltung verwenden. Jede der beiden Blink-LEDs schaltet gleichzeitig eine normale LED ein und aus. Es blinken also alle vier LEDs. Interessant ist aber, dass die LEDs zwar ungefähr gleich schnell, nicht aber genau im gleichen Takt arbeiten. Die Siliziumchips in den Blink-LEDs unterliegen gewissen Fertigungstoleranzen und unterscheiden sich daher geringfügig in ihrer Blinkfrequenz.

9 7 11. Tag Geldscheinprüfer Hinter dem elften Türchen wartet eine ganz besondere LED auf ihren Einsatz: die UV-LED. Sie erzeugt ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 377 nm, noch unterhalb der des blauen Lichts von 400 nm. Im mechanischen Aufbau unterscheidet sich die UV-LED nicht von einer roten oder grünen LED, auch hier sitzt der LED-Kristall auf dem Kathodenanschluss und strahlt in Richtung der Gehäuseachse ab. Das Licht erscheint bläulich-violett und nicht besonders hell. Das liegt daran, dass die Wellenlänge schon außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt. Nur der transparente Kunststoff der UV-LED zeigt eine schwache blaue Fluoreszenz. 11. Tag Bestrahlen Sie unterschiedliche Gegenstände mit der UV-LED. Viele leuchten dann in einem hellen, manchmal in einem farbigen Licht. Weißes Papier leuchtet hellblau. Manche farbigen Kunststoffe leuchten gelb, rot oder grün. Diesen Vorgang nennt man Fluoreszenz. Licht mit einer kurzen Wellenlänge regt Farbstoffmoleküle zur Abgabe einer anderen Wellenlänge an. Vieles erscheint im UV-Licht ganz anders. Untersuchen Sie auch einmal Eurogeldscheine. Im Papier sind fluoreszierende Fasern enthalten, die dann hell leuchten. Gelblich-grüne Leuchtfarbe, z. B. auf den Zeigern einer Uhr, erzeugt im UV-Licht ein grünliches Leuchten, das nach der Bestrahlung noch anhält und nur allmählich schwächer wird. Ein ähnliches Nachleuchten findet man bei manchen Bildschirmen in Fernsehern und Oszilloskopen. Mit der UV-LED lässt sich eine Leuchtspur auf solchen Schirmen zeichnen. Interessent ist auch die Untersuchung von Flüssigkeiten und Lebensmitteln. Oft sind natürliche oder künstliche fluoreszierende Farbstoffe enthalten. In Bier sieht man z. B. einen gelblichen Lichtkegel, andere Flüssigkeiten leuchten hellgrün. Salzgurken können einen Farbstoff enthalten, der sie gelb-grün leuchten lässt. 12. Tag Gegentaktblinker Noch einen Widerstand finden Sie im zwölften Fach. Diesmal sind es 330 Ω (Orange, Orange, Braun). Bauen Sie einen Gegentaktblinker mit der roten Blink-LED und der UV-LED. Immer wenn die rote LED leuchtet, ist die LED-Spannung gering und reicht nicht mehr für den Betrieb der UV- LED aus. In den Aus-Phasen der Blink-LED fließt dagegen Strom durch beide Vorwiderstände und die UV-LED. Das Blinken der UV-LED wird auch an einem fluoreszierenden Gegenstand sichtbar. Damit lassen sich interessante Leuchteffekte erzielen. 12. Tag

10 8 13. Tag Transistor-Blinker 13. Tag Öffnen Sie das dreizehnte Türchen und entnehmen Sie ein Bauteil mit drei Anschlüssen, den Transistor. Ein Transistor dient zur Verstärkung von Strömen und kann auch als elektronischer Schalter eingesetzt werden. Ein kleiner Strom durch den Basisanschluss (B) reicht aus, um einen größeren Strom durch den Kollektor (C) einzuschalten. Beide Ströme fließen durch den gemeinsamen Emitteranschluss (E). Beim Einbau des Transistors muss die Anschlussfolge genau beachtet werden. Schaut man auf die Beschriftung BC547, dann sind die Anschlüsse von links nach rechts: C, B und E. Mit dem Transistor als Schalter wird hier eine Vierfach-Blinkschaltung aufgebaut. Die Blink-LED schaltet zugleich die grüne LED und den Basisstrom des Transistors ein und aus. Immer wenn Basisstrom fließt, schaltet der Transistor den Kollektorstrom ein. Die rote LED und die UV-LED blinken daher im selben Takt. 14. Tag Fünf-LED-Blinker 14. Tag Hinter dem 14. Türchen finden Sie eine weitere LED, diesmal in Gelb. Fügen Sie die gelbe LED mit in die Transistorschaltung des vorigen Versuchs ein. Nun blinken insgesamt fünf verschiedene LEDs im gleichen Takt. 15. Tag Lichtgesteuerte LED 15. Tag Ein Transistor ist gut, zwei Transistoren sind besser. Den zweiten Transistor finden Sie im Fach Nr. 15. Ein einzelner Transistor verstärkt den Basisstrom etwa 300-fach. Schaltet man zwei Transistoren zusammen, dann beträgt die Gesamtverstärkung etwa 300 * 300 = Nun reicht bereits ein winziger Steuerstrom, um eine LED einzuschalten. Diese Schaltung mit zwei Transistoren nennt man Darlington-Schaltung. In diesem Versuch wird die grüne LED falsch herum, also mit der Kathode am Pluspol eingebaut. Sie leuchtet damit nicht. Aber die LED wird auf diese Wiese zu einer Fotodiode. Wenn Licht auf die grüne LED fällt, fließt ein sehr kleiner Strom. Dieser wird durch beide Transistoren so weit verstärkt, dass die rote LED gut sichtbar leuchtet.

11 9 Testen Sie die Schaltung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Je mehr Licht auf den Lichtsensor fällt, desto heller leuchtet die rote LED. Wenn Sie die grüne LED mit der Hand abschatten, wird auch die rote LED dunkel. 16. Tag Berührungsschalter Bauen Sie die Schaltung des Lichtsensors zu einem Berührungssensor um. Zwei Drähte sollen mit dem Finger berührt werden. Durch die Haut fließt dann ein winziger Strom, der durch beide Transistoren verstärkt wird und die LED leuchten lässt. Man kann niemals zu viele unterschiedliche Widerstände haben. Im Fach Nr. 16 finden Sie den größten Widerstand im Kalender mit 100 kω (Braun, Schwarz, Gelb). In einem LED-Stromkreis reduziert er den Strom so weit, dass eine LED kaum noch leuchten kann. Aber als Steuerstrom für einen Transistor ist das noch mehr als genug. 16. Tag 17. Tag Konstante Helligkeit Im Normalfall ist die Helligkeit einer LED nicht nur vom Vorwiderstand, sondern auch vom Zustand der Batterie abhängig. Das muss aber nicht sein. Mit einer geeigneten elektronischen Schaltung, einer sogenannten Konstantstromquelle, kann man erreichen, dass der Strom durch die LED in weiten Spannungsgrenzen konstant ist. Die LED würde also auch bei sinkender Batteriespannung mit gleicher Helligkeit leuchten, bis die Batterie völlig erschöpft ist. Für die folgende Schaltung zur Stromstabilisierung wird ein mittlerer Widerstand von 10 kω (Braun, Schwarz, Orange) benötigt, den Sie im Fach Nr. 17 finden. Er liefert den Steuerstrom für den rechten Transistor, der damit die gelbe LED leuchten lässt. Der linke Transistor steuert den rechten Transistor so, dass am Emitterwiderstand immer die gleiche Spannung von ca. 0,7 V liegt. Damit wird der Strom stabilisiert. Diese Schaltung wird als Konstantstromquelle bezeichnet. 17. Tag Die Schaltung regelt nicht nur verschiedene Eingangsspannungen aus, sondern auch unterschiedliche Lasten. Ganz egal, ob eine oder zwei LEDs im Kollektorkreis liegen, der Strom bleibt gleich. Wenn Sie also den Schaltkontakt schließen, geht zwar die rote LED aus, die gelbe LED wird aber dennoch nicht heller.

12 Tag Plus oder Minus? 18. Tag Hinter dem Türchen Nr. 18 finden Sie eine weitere besondere LED, die Dual-LED. Sie enthält in einem klaren LED-Gehäuse einen roten und einen grünen LED-Kristall. Beide Dioden sind antiparallel zusammengeschaltet. Anders als bei einer normalen LED fließt daher Strom in beide Richtungen. Aber abgängig von der Stromrichtung leuchtet einmal der rote und einmal der grüne LED-Kristall. Baut man die Dual-LED wie eine Standard-LED ein, dann leuchtet sie rot. Vertauscht man die Anschlüsse, dann leuchtet sie grün. Diese Eigenschaft kann verwendet werden, um die Polarität einer Batterie zu testen. Bauen Sie die Testschaltung mit zwei Prüfkabeln. Die Farbe der LED zeigt nun an, wie die Kabel mit der Batterie verbunden wurden. Ein solches Testgerät kann nützlich sein, wenn man Steckernetzteile mit unbekannter Polarität untersuchen will. 19. Tag 19. Tag Farbwechsel-Blinker Die Dual-LED kann in der richtigen Schaltung auch automatisch ihre Farbe wechseln. Für die folgende Wechselblinkschaltung benötigen Sie einen weiteren Widerstand mit 470 Ω (Gelb. Violett, Braun) aus dem Fach Nr. 19. Die Dual-LED liegt in einer Brückenschaltung. Die Blink-LED schaltet den Transistor abwechselnd ein und aus. Damit ändert sich laufend die Richtung des LED- Stroms. Tatsächlich fließt also durch die Dual-LED ein Wechselstrom. Allerdings sind die Ströme in beiden Richtungen nicht exakt gleich groß. 20. Tag Farbiges Blitzlicht 20. Tag Das Türchen Nr. 20 verbirgt einen weiteren Widerstand mit 1 kω (Braun, Schwarz, Rot). Die folgende Schaltung ist wieder eine Brückenschaltung, diesmal gesteuert durch zwei Blink-LEDs. Durch die Dual-LED fließt also wieder ein Wechselstrom. Es gibt diesmal drei Zustände der Dual- LED: Grün, Rot und Aus, je nachdem, ob gerade die linke oder die rechte Blink-LED eingeschaltet ist oder ob beide zusammen an oder aus sind. Zufällige Abweichungen in der Blinkfrequenz lassen die Dual-LED abwechselnd in beiden Farben aufblitzen.

13 Tag Automatik-Farbwechsel Eine ganz besondere LED finden Sie im Fach Nr. 21: die automatische Farbwechsel-RGB-LED. Sie enthält drei LED-Kristalle in den Farben Rot, Grün und Blau sowie eine komplexe Steuerschaltung, die dafür sorgt, dass alle drei LEDs in einem komplizierten Muster einzeln und gemeinsam aufleuchten. Auch Mischfarben und Überblendungen werden erzeugt. Der interne LED-Controller erzeugt dazu sogenannte PWM-Signale (Pulsweitenmodulation), mit denen sich die Helligkeit jeder LED stufenlos verändern lässt. Wenn Sie die LED mit einer Lupe betrachten, erkennen Sie drei LED-Kristalle auf dem Kathodenanschluss und den Siliziumchip auf dem Anodenanschluss. Die RGB-LED wird wie eine normale LED mit einem Vorwiderstand betrieben. 21. Tag Halten Sie ein Stück weißes Papier vor die LED. Die Linse projiziert dann drei Farbkreise, die sich teilweise überschneiden. So können Sie die Farben einzeln beobachten. Eine vollständige Farbmischung gelingt mit einem trüben Medium wie Kerzenwachs. 22. Tag Lichtmodulation Entnehmen Sie einen zweiten Widerstand mit 330 Ω (Orange, Orange, Braun) aus dem Fach Nr. 22. Bauen Sie damit eine Schaltung, in der die RGB-LED die Helligkeit einer grünen LED moduliert. Das funktioniert, weil die Spannung an der RGB-LED sich laufend ändert. Sie ist gering, wenn gerade die rote LED voll eingeschaltet ist, nun ist die grüne LED aus. Die Spannung ist höher, wenn nur die blaue LED leuchtet. Wenn die blaue LED allein im PWM-Modus arbeitet, fließt für kurze Zeitabschnitte kein Strom. Dann ist die Spannung am höchsten und damit die grüne LED besonders hell. Auf diese Weise entsteht ein unregelmäßiges Flackern der grünen LED, teilweise mit weichen Übergängen zwischen zwei Helligkeitsstufen. 22 Tag

14 Tag Farbspiele 23. Tag Noch eine Farbe wartet hinter Türchen Nr. 23. Die orange LED verhält sich elektrisch wie eine gelbe oder grüne LED, ihr Farbton liegt jedoch zwischen Gelb und Rot. Diese LED wird nun von einem Transistor gesteuert, der wiederum von der RGB-LED angesteuert wird. In dieser Schaltung blinkt die grüne LED genau im Gegentakt zur roten und orangen LED. Immer wenn die RGB- LED gerade keinen Strom einschaltet, ist die grüne LED besonders hell. 24. Tag Festliches LED-Licht 24. Tag Nun sind Sie beim 24. Dezember angelangt und es sollen alle LEDs gemeinsam zum Einsatz kommen. Für diese Schaltung brauchen Sie einen weiteren Widerstand mit 470 Ω (Gelb, Violett, Braun), der hinter dem letzten Türchen wartet. Wie man sieht, wird kein Transistor benötigt. Trotzdem leuchtet keine der LEDs einfach nur mit konstanter Helligkeit. Genau betrachtet ist diese Schaltung eine Kombination verschiedener kleinerer Schaltungen aus den vorangegangenen Versuchen. Zwei Blink-LEDs und eine Farbwechsel-RGB-LED steuern gleichzeitig die Helligkeit der anderen LEDs. Es entstehen interessante Farbmuster und Farbmischungen. Wenn Ihrer Familie diese Farbeffekte gefallen, kann die LED-Schaltung vielleicht einen Platz an der Spitze Ihres Weihnachtsbaums einnehmen. Möglicherweise tauchen aber auch Änderungswünsche auf. Dann ist Ihr Erfindungsreichtum gefragt. Testen Sie unterschiedliche Widerstände, um das Verhältnis der Helligkeiten einzelner Farben zu verändern. Mit den vorhandenen Bauteilen lassen sich aber auch völlig andere Schaltungen aufbauen. Und vielleicht finden sich bald einzelne LEDs an ganz anderer Stelle wieder. Sie könnten ja z. B. besondere Beleuchtungen für eine Vitrine bauen oder einzelne LEDs in Kinderspielzeuge integrieren.

15 13 Anhang Bauteile im Kalender: 1: LED grün und Widerstand 1 kω 2: Experimentiersteckboard und Batterieclip 3: Draht 4: LED rot 5: Widerstand 470 Ω 6: Blink-LED 7: Widerstand 1 kω 8: Widerstand 220 Ω 9: Widerstand 2,2 kω 10: Blink-LED 11: UV-LED 12: Widerstand 330 Ω Zusätzlich erforderlich: eine 9-V-Batterie 13: NPN-Transistor BC547B 14: LED gelb 15: NPN-Transistor BC547B 16: Widerstand 100 kω 17: Widerstand 10 kω 18: Dual-LED 19: Widerstand 470 Ω 20: Widerstand 1 kω 21: RGB-Farbwechsel-LED 22: Widerstand 330 Ω 23: LED orange 24: Widerstand 470 Ω Der Widerstands-Farbcode Farbe Ring 1 Ring 2 Ring 3 Ring 4 1. Ziffer 2. Ziffer Multiplikator Toleranz Schwarz 0 1 Braun % Rot % Orange Gelb Grün ,5% Blau Violett Grau 8 8 Weiß 9 9 Gold 0,1 5% Silber 0,01 10% Literatur Kainka, Häßler, Straub, Grundwissen Elektronik, Franzis Verlag 2004 B. Kainka, Lernpaket Einstieg in die Elektronik, Franzis Verlag 2008 P. Lay, Selbstbauprojekte mit Leuchtdioden, Franzis Verlag 2009

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