Ich habe diesen Elektronik-Kurs geschrieben, um Elektronik-Interessierten den Einstieg in die Hobby-
Elektronik zu erleichtern. Er richtet sich in erster Linie an Anfänger. Das ist auch der Grund, warum
einige Dinge nicht bis ins letzte Detail erklärt werden. Dieser Kurs soll nicht ausschließlich
"trockene" Theorie vermitteln, sondern zum Nachbauen von Schaltungen und zum Experimentieren
anregen.
Trotzdem gehört ein gewisses Maß an Theorie dazu, denn so ganz ohne Wissen kann man vielleicht
eine Schaltung aufbauen, aber man versteht nicht, wie und warum sie funktioniert. Außerdem hilft
einem dieses Wissen, falls die Schaltung mal nicht funktioniert.

Hinweise zum Umgang mit Netzspannung:

Das Berühren von Netzspannung führenden Teilen kann
tödlich enden!
Deshalb: bei Arbeiten an Schaltungen die mit Netzspannung
betrieben werden, unbedingt vorher den Netzstecker ziehen
und in die Hosentasche stecken, um ganz sicher zu sein, daß
ihn niemand versehentlich in die Steckdose steckt. Man kann
nie vorsichtig genug sein!

Hinweise zur Haftung:

Alles was ihr mit dem Wissen dieses Kurses anstellt, tut ihr auf eigene Gefahr. Ich gebe keine
Garantie auf die Funktionsfähigkeit der verwendeten Schaltpläne. Ebensowenig hafte ich für Schäden
irgendwelcher Art, die sich aus der Benutzung des Kurses bzw. der darin enthaltenen Schaltpläne
ergeben.

Um diesen Kurs auch im praktischen Teil nachvollziehen zu können, wird einiges an Zubehör
benötigt. Es ist aber nicht sehr viel und einiges von dem wird man vielleicht auch schon irgendwo
rumliegen haben. Bei den übrigen Teilen muß es für den Anfang ja auch nicht gleich die teuerste
Luxusausführung sein. Man kommt also schon relativ preiswert an dieses neues Hobby.

Das Löten, so wie es in der Elektronik angewandt wird, nennt
man auch Weichlöten. Im Gegensatz zum Hartlöten benötigt man
dazu eine wesentlich niedrigere Temperatur. Verständlich wird
dies, wenn man sich das Elektronik-Lötzinn einmal genauer
ansieht. Es handelt sich dabei nämlich keinesfalls um reines
Zinn, sondern um eine Legierung, die sich folgendermaßen
zusammensetzt:

60% Zinn (Sn), 38% Blei (Pb) und 2% Kupfer (Cu).

Mit dieser Legierung erreicht man eine sehr niedrige
Schmelztemperatur (183 Grad Celsius), die sogar unter der
Schmelztemperatur der jeweiligen Einzelelemente (Sn= 232 Grad Celsius, Pb= 327 Grad Celsius) liegt.
Aus den Kurzzeichen und den Prozentangaben ergibt sich dann die Kurzbezeichnung für unser Elektronik-
Lötzinn:

"Sn60Pb38Cu2"

Manchmal verzichten die Hersteller auch auf die Angabe des Kupfers.

"Sn60Pb38"

Beim Kauf von Lötzinn unbedingt auf diese Zusammensetzung achten!

Der Durchmesser des Lötzinns sollte 1mm nicht überschreiten. Man sollte außerdem darauf achten, daß
sich im Inneren des Lötzinns eine Seele aus Kolophonium (Flußmittel) befindet, welches dafür sorgt, daß
beim Löten das Lötzinn leichter fließt.

Auf keinen Fall zusätzliches Flußmittel (Lötfett, Löthonig) benutzen!

Die darin enthaltenen Säuren können die Platine und Leiterbahnen angreifen.

Bei der Wahl des Lötkolbens sollten wir beachten, daß wir es hier mit
elektronischen Bauelementen zu tun haben und diese recht empfindlich auf
Überhitzung reagieren. Deshalb bleibt die 100 Watt-Lötpistole, die
irgendwo im Keller verstaubt, da wo sie ist und wir schaffen uns einen
Lötkolben an, der für unser Vorhaben besser geeignet ist.

Der Lötkolben sollte eine Leistung so zwischen 15 und 30 Watt haben.
Diese Leistung ist für die anfallenden Lötarbeiten ausreichend und es
passiert nicht so schnell, daß wir die Bauteile überhitzen.

Lötspitze

Es gibt drei verschiedene Arten:

1. die einfache Ausführung aus Kupfer
2. die zunderfeste mit Aluminium-Kupfer-Legierung und
3. die Dauerlötspitze mit einer dünnen Eisen-/Chromschicht

Das Problem bei einer Lötspitze besteht darin, daß sie bei den hohen Temperaturen oxidiert und so nach
einiger Zeit an Wärmeleitfähigkeit verliert. Um hier nicht am falschen Ende zu sparen und um unnötigen
Ärger zu vermeiden, wollen wir uns für die Dauerlötspitze entscheiden. Diese bietet im Gegensatz zur
einfachen Kupferlötspitze eine etwa 10- bis 20-fach längere Lebensdauer und es entfällt das Säubern der
Spitze mit einer Feile.

Lötspitzenform

Bei der Wahl der Lötspitzenform sind wir hingegen weitgehend frei. In den meisten Fällen wird dabei
eher die persönliche Vorliebe die Entscheidung bringen. Wobei die Form auf dem Bild ganz rechts nur
bei extrem engen Platzverhältnissen benötigt wird. Für diesen Kurs würde ich eher zu einer der beiden
anderen Formen raten.

Die Anschaffung eines preiswerten Multimeters kann ich jedem nur empfehlen. Und
dabei solltet ihr euch für ein Digital-Multimeter entscheiden. Digital deshalb, weil es
gerade Anfängern sehr schwer fällt eine analoge Anzeige richtig abzulesen. Es
passiert leicht, daß man die falsche Skala beim Ablesen benutzt und so einen falschen
Wert erhält.

Die digitalen Multimeter sind in der heutigen Zeit aber auch nicht teurer als ihre
analogen Gegenstücke, weshalb es eigentlich keinen Grund mehr gibt, hier nicht dem
Digital-Gerät den Vorzug zu geben.

Für den Anfang reicht auch ein einfaches Gerät, das nur einen/mehrere Voltbereiche sowie einen/mehrere
Ohmbereiche besitzt. Solche Meßgeräte bekommt man auch schon recht günstig.

Der richtige Anschluß

Es ist sehr wichtig zu wissen, wie wir das Meßgerät richtig anschließen. Vorsicht ist auch geboten, wenn
wir die maximale Meßgröße nicht kennen. Nicht jedes Meßgerät verfügt über einen Überlastschutz. Bei
unbekannten Größen beginnen wir auf jeden Fall erstmal mit der größten Einstellung und schalten dann
ggf. runter in einen empfindlicheren Meßbereich.

Bevor ihr die folgenden Absätze lest, solltet ihr die Kapitel über die

Analog-Elektronik

gelesen haben.

Wenn wir eine Spannungsmessung vornehmen wollen, ist
es erforderlich, daß wir das Voltmeter (Multimeter in
Voltstellung) parallel zur Spannungsquelle anschließen.

Wenn wir eine Strommessung vornehmen wollen, müssen
wir eine der stromführenden Leitungen auftrennen und das
Amperemeter (Multimeter in Amperestellung)
dazwischenschalten.

Ist das nicht möglich oder zu umständlich, suchen wir nach
einem Widerstand, der sich im zu messenden Stromkreis
befindet und messen die Spannung (Voltmeter), die an
ihm abfällt (Voltmeter parallel zum Widerstand). Mit der
gemessenen Spannung und dem bekannten
Widerstandswert können wir dann den Strom berechnen.

Bei der Widerstandsmessung müssen wir beachten, daß
der Widerstand nur im stromlosen Zustand gemessen
werden darf. Das heißt, daß die Schaltung, in der sich der
Widerstand befindet, nicht an die Stromversorgung
angeschlossen sein darf. Und um unerwünschte Einflüsse
durch andere Bauteile auszuschließen, müssen wir den
Widerstand aus der Schaltung auslöten oder zumindest ein
Beinchen des Widerstands. Außerdem dürfen eure Hände
die blanken Meßenden nicht berühren, weil sonst euer
Körperwiderstand das Meßergebnis verfälscht.

Bei der Kapazitätsmessung von Kondensatoren (im
Besonderen bei Elkos) steht man vor dem Problem: Wie
messe ich den? Selbst wenn man ein teureres Multimeter
sein Eigen nennt, das über einen integrierten
Kapazitätsmeßbereich verfügt, so ist dieser Bereich oft auf
hundert mikroFarad beschränkt. Was aber, wenn man
größere Kondensatoren messen will?

Genau hier setzt die nebenstehende Schaltung an. Cx steht
für den zu messenden Kondensator. Dieser Kondensator
wird durch drücken von S1 mit der Spannungsquelle (eine
9V-Batterie) verbunden und somit aufgeladen. Wir merken
uns die Spannung, die nun auf dem Voltmeter angezeigt
wird. Gleichzeitig mit dem loslassen des Tasters S1 starten
wir eine Stoppuhr.

Jetzt beginnt die Messung. Der Kondensator wird über den
10kOhm-Widerstand langsam entladen. Wenn das
Voltmeter nur noch ein Drittel der vorher gemerkten
Spannung aufweist (bei voller Batterie also bei unter
3 Volt), stoppen wir die Uhr.

Nun haben wir einen Wert in Sekunden. Nehmen wir als
Beispiel mal 33 Sekunden. Diesen Wert müssen wir durch
den Wert des Widerstands (in Ohm) teilen und somit
haben wir die gesuchte Kapazität in Farad.
Für unser Beispiel: 33 geteilt durch 10000 = 0.0033 F (das
sind 3.3 MilliFarad oder 3300 MikroFarad).

Dieses "Meßverfahren" weist zwar einige Ungenauigkeiten
auf (z.B. spielt der tatsächliche Widerstandswert sowie die
eigene Reaktionszeit beim starten/stoppen der Uhr eine
große Rolle), aber bei derart großen Elkos ist das nicht so
schlimm. Die Toleranz ist dort sowieso recht groß. Und es
soll ja auch nur dazu dienen herauszubekommen, ob der
aufgedruckte Wert noch in etwa eingehalten wird.

Um eine Platine mit elektronischen
Bauelementen bestücken zu können,
benötigen wir auch ein paar Zangen.
Ein Seitenschneider, eine Flach- und
eine Rundzange sind beim Biegen und
Kürzen der Anschlußdrähte sowie zum
Festhalten der Bauteile ganz hilfreich.
Eine Sammlung von
Gewindeschrauben und dazu
passenden Unterlegscheiben und Muttern benötigt man nicht nur zum
Festschrauben der Platine im Gehäuse, sondern auch zum Befestigen
von Transistoren, Spannungsregler, Triacs oder anderen

Leistungshalbleitern auf dem Kühlkörper.

Auch solch ein IC-Auszieh-Werkzeug leistet recht hilfreiche Dienste und kostet
lediglich 2 bis 3 DM.

Will man seine selbstgebauten Schaltungen
außerdem auch noch in ein Gehäuse
einbauen, so braucht man zusätzlich noch
einiges an Werkzeug um das Gehäuse
entsprechend zu bearbeiten.
Dazu zählen neben Bohrmaschine und
diversen Bohrern auch noch eine (Laub-)
Säge, mehrere, verschiedene Feilen und
Schlitz- bzw. Kreuzschraubendreher.
Das hängt letztendlich aber auch davon ab,
was man an dem Gehäuse alles bearbeiten
möchte.
Besonders gut zum Ausfräsen von Langlöchern oder Recheckten usw. eignet sich solch
ein Fräsbohrer, wie er hier links zu sehen ist.

Für Reparaturen oder für die Neugierigen unter euch, die
unbedingt wissen wollen, was sich im Inneren von dem ein
oder anderen Gerät befindet, eignet sich solch ein Sortiment
mit Spezialbits, um die unterschiedlichsten Schrauben
herausdrehen zu können. Die Industrie geht ja leider immer
mehr dazu über Spezialschrauben zu verwenden, die man mit
einem normalen Kreuz-/Schlitzschraubendreher nicht lösen
kann.

Für "fliegende Verdrahtungen" oder zum Messen eignen
sich solche Kabel, wie ihr sie hier rechts seht, an deren
Enden sich sogenannte Krokodilklemmen befinden.
Ihr solltet aber darauf achten, daß ihr nicht zu der billigsten
Sorte greift. Damit habe ich schon schlechte Erfahrungen
gemacht. Entweder brechen die Kabel oder sie reißen
allzuleicht von den Klemmen ab und auch die Klemmen an
sich sind von der Verarbeitung her recht minderwertig.
Nach wenigen auf- und zuklemmen verkanten sie und
halten die Anschlußdrähte der Bauteile nur noch leidlich
fest.
Spart also nicht am falschen Ende und gebt hierfür lieber
etwas mehr Geld aus. Wer es sich leisten kann und nicht
auf die Mark achten muß, der kann sich auch richtige
Meßleitungen mit aufsteckbaren Krokodilklemmen kaufen.
Die sind dann qualitativ sehr viel hochwertiger als die hier
abgebildeten, allerdings auch deutlich teurer.

Solch ein
Gestell, hier
links im Bild,
wird auch als
"3. Hand"
bezeichnet und
steht einem
hilfreich zur
Seite, wenn
beim Löten schon beide Hände im Einsatz (Lötkolben,
Lötzinnrolle) sind und man doch eigentlich noch die Platine
sowie das Bauteil festhalten muß. Über die verschiedenen

Gelenke läßt es sich in viele Richtungen drehen und mit den beiden Krokodilklemmen an den Enden
kann man recht gut die Platine und/oder Bauteile festhalten.

Zum Anfang dieses Kurses wollen wir uns zunächst mit den Schaltzeichen beschäftigen. Sie sind
sozusagen die Buchstaben der Elektronik. Und nur, wenn wir diese Buchstaben kennen, können wir auch
einen Schaltplan lesen.

Leitungskreuzung
nicht verbunden

Leitungskreuzung
verbunden

Batterie

Schalter

Glühlampe

Wie ihr hier sehen könnt, bestehen die Schaltzeichen aus einfachen Symbolen. Diese Symbole müßt ihr
euch gut einprägen, denn sie werden uns immer wieder begegnen. Mit diesem Wissen über die
Schaltzeichen, will ich euch nun den ersten Schaltplan zeigen:

Ein Schaltplan besteht immer aus mehreren Schaltzeichen, die mit Hilfe von Linien (elektrische
Leitungen) miteinander verbunden sind. Bei obigem Beispiel fließt der Strom vom Pluspol der Batterie
über den Schalter zur Glühlampe und von dort zurück zum Minuspol der Batterie.
Allerdings fließt der Strom nur dann, wenn der Schalter geschlossen ist. Man spricht in diesem
Zusammenhang auch von einem geschlossenen Stromkreis.

Eine weitere Vorraussetzung für einen Stromfluß ist das Vorhandensein einer Spannungsquelle. In
unserem Beispiel ist das die Batterie.

Was mich gleich zum nächsten Thema bringt: Spannung - Strom, wo ist der Unterschied?

Nun am einfachsten ich verdeutliche euch das mal anhand eines Vergleichs.
Stellt euch eine Badewanne vor, bei der der Abfluß mit einem Stöpsel verschlossen ist. Die Badewanne
ist bei diesem Vergleich die Batterie. Der Wasserstand entspricht der Spannung und das Wasser, was

durch den Abfluß abläuft entspricht dem elektrischen Stromfluß. Der Stöpsel soll die Funktion des
Schalters übernehmen.

Je mehr Wasser wir in die Badewanne einfüllen, desto höher wird der Wasserstand, aber das allein führt
noch nicht zu einem Abfluß des Wassers. Erst wenn wir den Stöpsel herausziehen, fließt das Wasser ab
und der Wasserstand fällt.

Ähnlich verhält es sich mit der Batterie. Die Spannung der Batterie ist anfangs hoch, schließen wir den
Schalter, so fließt ein Strom und die Spannung der Batterie sinkt. Wobei der Strom nicht abfließt, so wie
das Wasser, sondern er fließt wieder zur Batterie zurück. Die elektrochemischen Vorgänge in der Batterie
sorgen dann aber dafür, daß die Spannung stetig abnimmt. Diese inneren Vorgänge sollen uns aber nicht
weiter interessieren. Es reicht aus, wenn ihr euch merkt, daß die Spannung der Batterie sinkt, wenn in der
Schaltung ein Strom fließt.

Die elektrische Spannung wird in Volt (Abk.: V) angegeben. In Berechnungen wird sie mit einem großen
" U " gekennzeichnet. Den elektrischen Strom geben wir in Ampere (Abk.: A) an. In Berechnungen steht
das große " I " für den Stromfluß. Eine Tabelle mit den wichtigsten Einheiten, Abkürzungen und
Formelzeichen findet ihr im Kapitel "

Formeln

Zum Schluß dieses Kapitels noch eine kurze Erklärung über den Stromfluß:

Physikalische Stromrichtung

Ich habe euch erzählt, daß der Strom vom Pluspol zum Minuspol der Batterie fließt. Das stimmt so
eigentlich nicht, denn in Wirklichkeit fließt der Strom (genauer gesagt: die Elektronen) vom Minuspol
zum Pluspol. Auf die physikalischen Zusammenhänge möchte ich aber an dieser Stelle nicht näher
eingehen, um euch nicht unnötig zu verwirren. Es genügt, wenn ihr wißt, daß man diese Stromrichtung
auch die physikalische Stromrichtung nennt.

Technische Stromrichtung

Daß man in der Elektronik dennoch von der anderen Stromrichtung ausgeht, liegt daran, daß sich diese
bereits vor dem Erkennen der physikalischen Stromrichtung "eingebürgert" hat. Man hat diese
Stromrichtung zur technischen Stromrichtung ernannt und arbeitet weiterhin mit dieser Definition.

Wir werden in diesem Kurs auch die technische Stromrichtung benutzen. Bei uns fließt demnach der
Strom vom Pluspol zum Minuspol.

Im vorherigen Kapitel haben wir die elektrische Spannung und den elektrischen Strom kennengelernt. In
diesem Kapitel wollen wir uns mit dem elektrischen Widerstand beschäftigen.

Der elektrische Widerstand ist vergleichbar mit einer Baustelle auf einer Autobahn. Der Strom muß sich
durch sie hindurchzwängen und wird dabei abgeschwächt. Und das interessante dabei ist, daß nahezu
jedes Bauteil (mit Ausnahme eines Supraleiters) dem Strom einen Widerstand entgegensetzt. Das gilt
selbst für ein einfaches Kabel.

Entscheidend für die Größe der Abschwächung ist der Wert des elektrischen Widerstands. Diesen Wert
geben wir in Ohm (Abk.: der griechische Buchstabe Omega) an. Bei Berechnungen und in Schaltplänen
wird der Widerstand mit einem großen " R " gekennzeichnet.

Das Schaltzeichen für einen elektrischen

Widerstand

seht ihr hier:

Vermutlich wird sich mancher fragen, wofür so ein Widerstand gut sein soll, wenn er doch den Strom
abschwächt. Und so ganz unberechtigt ist diese Frage nicht, denn in einigen Fällen ist der Widerstand in
der Tat unerwünscht. Das ist vor allem dann der Fall, wenn der Widerstand an der Zuleitung zu einem
elektrischen Gerät auftritt, denn dadurch steht dem elektrischen Gerät nicht mehr die volle Leistung zur
Verfügung.

Es gibt aber auch Fälle in denen ein elektrischer Widerstand durchaus seine Daseinsberechtigung hat.
Wenn wir beispielsweise eine

Leuchtdiode

an einer höheren Spannung betreiben wollen, benötigen wir

einen sogenannten

Vorwiderstand

Ein Widerstand kann aber auch dann ganz hilfreich sein, wenn man gerne wissen möchte wie groß der
Strom ist, der durch eine Schaltung fließt. An jedem Widerstand fällt nämlich eine Spannung ab, wenn
ein Strom durch ihn hindurchfließt. Wenn wir den Widerstandswert kennen und den Spannungsabfall an
dem Widerstand messen, so können wir den Stromfluß berechnen. Womit wir direkt beim Thema des
nächsten Kapitels sind.

In diesem Kapitel wird sich alles um das Ohmsche Gesetz drehen. Benannt wurde diese Gesetzmäßigkeit
nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm. Er erkannte erstmals die folgenden Zusammenhänge:

1. Der elektrische Strom nimmt im gleichen Maße zu wie die Spannung. Je größer die Spannung, um

so größer der Strom.

2. Bei gleicher Spannung verhält sich der Strom umgekehrt wie der Widerstand. Bei doppelten

Widerstand fließt nur der halbe Strom.

Diese Erkenntnisse faßte Ohm zu einer Formel zusammen:

Und durch Umstellung der Formel kann man die jeweils dritte Größe berechnen, wenn zwei Größen
bekannt sind:

(Berechnung des elektrischen Stroms)

(Berechnung des elektrischen Widerstands)

(Berechnung der elektrischen Spannung)

Am Ende des vorherigen Kapitels habe ich die Berechnung des Stromflußes in Aussicht gestellt. Mit
Hilfe des Wissens aus diesem Kapitel können wir nun auch einmal ein Beispiel durchrechnen.

Sehen wir uns dazu den folgenden Schaltplan an:

Nehmen wir an, daß der Widerstand einen Wert von 100 Ohm besitzt. Mit dem Multimeter (in
Voltstellung) messen wir am Widerstand eine Spannung von 2 Volt.

Jetzt nehmen wir uns die obige Formel:

und setzen die bekannten Werte ein:

Als Ergebnis erhalten wir den Wert des elektrischen Stroms. Oder anders ausgedrückt: In dieser
Schaltung fließt ein Strom von 0.02 A.

Bei der elektrischen Leistung handelt es sich um das Produkt aus Strom und Spannung. Die elektrische
Leistung steigt also an, sobald der Strom und/oder die Spannung ansteigt.
Die elektrische Leistung wird in Watt (Abk.: W) gemessen. In Berechnungen steht das große " P " für die
elektrische Leistung. Um das Ganze zu verdeutlichen, wollen wir nun einige Beispiele durchrechnen.

Wir beginnnen mit der Betrachtung dieses Schaltplans:

Nehmen wir einmal an, bei der Batterie handelt es sich um eine 12 V Batterie und auf dem Amperemeter
lesen wir einen Strom von 0.5 Ampere ab.

Die Formel zur Berechnung der elektrischen Leistung lautet:

Wir erinnern uns: U steht für die Spannung in Volt und I steht für den Strom in Ampere.

Wenn wir nun die obigen Werte in die Formel einsetzen...

...so erhalten wir ein Wert von 6 Watt.

Das ist aber nicht der einzige Weg, um die elektrische Leistung zu berechnen. Wir können auch anders
vorgehen. Und zwar indem wir den Widerstand der Glühlampe messen:

(Elektrisch gesehen ist eine Glühlampe auch nur ein normaler Widerstand)

Wir messen 24 Ohm und benutzen nun die folgende Formel:

Wir erinnern uns: R steht für den elektrischen Widerstand in Ohm
Diese Werte setzen wir wieder in die Formel ein...

...und erhalten ebenfalls 6 Watt. Dieser zweite Weg ist immer dann angebracht, wenn wir die Leistung
unabhängig von der Spannungsquelle berechnen wollen.

Als abschließendes Rechenbeispiel wollen wir uns den folgenden Schaltplan vornehmen:

Hier liegt eine sogenannte Parallelschaltung vor. Das heißt, daß die drei Glühlampen parallel zur
Spannungsquelle geschaltet sind. An allen drei Glühlampen liegt also eine Spannung von 12 Volt an. Der
Strom durch jede einzelne Glühlampe bleibt ebenfalls gleich (0.5 A). Allerdings steigt nun der
Gesamtstrom an, denn bei einer Parallelschaltung ist der Gesamtstrom gleich der Summe aller
Einzelströme:

Nun setzen wir die Werte in die Leistungsformel ein:

Die elektrische Gesamtleistung hat sich bei diesem Beispiel verdreifacht. Das bedeutet aber auch, daß
nun die Batterie dreimal so hoch belastet wird.

Und für die ganz eifrigen unter euch, die das Beispiel zusätzlich mit der anderen Formel (P=R*I

)

durchgerechnet haben und sich wundern, warum ihr Ergebnis nicht stimmt, will ich einen Teil des
Themas vom nächsten Kapitel vorwegnehmen:

Bei der Parallelschaltung von Widerständen ist der Gesamtwiderstand stets kleiner als der kleinste
Einzelwiderstand.

Schaltet man zwei Widerstände mit identischen Werten parallel, so halbiert sich der Gesamtwiderstand.
Bei drei gleichen Werten geht der Gesamtwiderstand auf ein Drittel zurück, bei vier auf ein Viertel und
so weiter. Das heißt: Wenn eine Glühlampe einen Widerstand von 24 Ohm aufweist, dann besitzen drei
Glühlampen in Parallelschaltung nur 8 Ohm.

Und noch ein letzter Hinweis: Im Volksmund wird gern vom elektrischen Verbraucher geredet ("Wieviel
Watt verbraucht das Gerät?"). Das ist so aber nicht ganz richtig, denn elektrische Leistung wird nicht
wirklich verbraucht. Sie wird nur in eine andere Energieform umgewandelt. Am Beispiel unserer
Glühlampe findet die Umwandlung in Licht- und Wärmeenergie statt.

Widerstandsschaltungen-Index

Im letzten Kapitel erklärte ich euch schon einen Teil der Parallelschaltung von Widerständen. Den
ausführlichen Teil findet ihr hier, allerdings erst etwas weiter unten, denn zunächst möchte ich euch die
Serien- bzw. Reihenschaltung erklären.

Noch etwas zur Aufmunterung: Dieses Kapitel ist sehr lang und durch die vielen Formeln sicherlich
auch nicht so einfach. Aber wenn ihr am Ende dieses Kapitels angekommen seit, dann habt ihr den
schwersten Teil der Etappe schonmal hinter euch gebracht.

Serienschaltung

Diese ist auch am einfachsten zu berechnen, denn bei einer Serien- oder Reihenschaltung entspricht der
Gesamtwiderstand der Summe der Einzelwiderstände. Die einzelnen Widerstandswerte werden einfach
addiert.

Als Formel sieht das dann so aus:

Hier im Schaltplan findet ihr erstmals einige merkwürdige Bezeichnungen (680R, 1k2 usw.). Auf diese
Weise werden die Widerstandswerte im Schaltplan gekennzeichnet. 680R steht für 680 Ohm, 1k2 steht
für 1 kilo-Ohm plus 200 Ohm ergibt 1200 Ohm, und so weiter. Das ist eine Kurzschreibweise, die wir
uns einprägen müssen, denn wir werden immer wieder auf sie treffen.

Jetzt aber zurück zu unserer Berechnung. Wir müssen noch die Werte in die Formel eintragen:

Hier verwende ich erstmals den griechischen Buchstaben Omega zur Kennzeichnung. Das mache ich
nicht, um euch zu verwirren, sondern um euch daran zu gewöhnen, denn auch diesen werdet ihr noch

http://www.elektronik-kurs.de/online/html/widerstandsschaltungen_index.html (1 von 6) [15.10.2002 14:24:09]

Widerstandsschaltungen-Index

öfter zu Gesicht bekommen.

Parallelschaltung

Vorweg nochmal dieser Hinweis (die Nichtbeachtung führt immer wieder zu Flüchtigkeitsfehlern bei der
Berechnung):

Bei der Parallelschaltung von Widerständen ist der Gesamtwiderstand stets kleiner als der kleinste
Einzelwiderstand.

Das ist insoweit hilfreich, weil man auf einen Blick erkennen kann, ob ein gravierender Rechenfehler
aufgetreten ist. Wenn das Ergebnis der Berechnung größer als der kleinste Einzelwiderstand ist, so liegt
auf jeden Fall ein Rechenfehler vor.

Den leichtesten Teil bei der Berechnung von Parallelschaltungen habe ich euch bereits im letzten Kapitel
erklärt. Die Parallelschaltung von zwei oder mehr identischen Widerständen. Der Gesamtwiderstand
sinkt dann auf die Hälfte, ein Drittel usw., ihr erinnert euch sicher.

Nun kommt es aber öfter vor, daß man Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten in einer
Parallelschaltung vorfindet. Die Berechnung müssen wir dann mit Hilfe einer Formel vornehmen.
Genauer gesagt gibt es dafür zwei verschiedene Formeln. Die erste Formel gilt nur für zwei
parallelgeschaltete Widerstände, mit der zweiten Formel können wir dann auch mehrere parallele
Widerstände berechnen.

Zunächst zu der ersten Formel:

Zur Verdeutlichung wieder ein Schaltplan:

http://www.elektronik-kurs.de/online/html/widerstandsschaltungen_index.html (2 von 6) [15.10.2002 14:24:09]

Widerstandsschaltungen-Index

Das Ergebnis können wir bereits auf den ersten Blick etwas eingrenzen, denn der Gesamtwiderstand wird
auf jeden Fall kleiner sein als 1200 Ohm (siehe obenstehenden Hinweis).

Tragen wir die Werte mal in die Formel ein:

Der Gesamtwiderstand beträgt bei dieser Parallelschaltung nur noch 880 Ohm.

Soweit zur ersten Formel. Wechseln wir zu der zweiten Formel:

Sieht einfach aus, nicht? Ja, wenn da nur nicht dieses unbekannte " G " wäre.

Dieses " G " steht für den elektrischen Leitwert und der wird in Siemens (Abk.: S) angegeben und ist
nichts anderes als der Kehrwert des jeweiligen Widerstands:

Wir müssen also zu jedem parallelgeschalteten Widerstand dessen Leitwert ermitteln, die einzelnen
Leitwerte addieren und dann den Kehrwert der Summe bilden. Das hört sich vielleicht etwas kompliziert
an, ist aber eigentlich recht simpel. Sehen wir uns dazu ein Beispiel an:

Zuerst ermitteln wir die einzelnen Leitwerte:

http://www.elektronik-kurs.de/online/html/widerstandsschaltungen_index.html (3 von 6) [15.10.2002 14:24:09]

Widerstandsschaltungen-Index

dann addieren wir sie:

und abschließend bilden wir daraus den Kehrwert:

Die vier Widerstände besitzen demnach einen Gesamtwiderstand von rund 425 Ohm.

gemischte Serien-/Parallelschaltung

Im letzten Teil dieses Kapitels wollen wir noch ein Beispiel durchrechnen, bei dem sowohl
parallelgeschaltete Widerstände sowie Widerstände in Reihenschaltung vorkommen.

Sehen wir uns dazu wieder den Schaltplan an:

http://www.elektronik-kurs.de/online/html/widerstandsschaltungen_index.html (4 von 6) [15.10.2002 14:24:09]

Widerstandsschaltungen-Index

So einen Schaltplan berechnen wir in mehreren Schritten. Zuerst nehmen wir uns mal R5 und R6 vor, die
wir mit der ersten Formel der Parallelschaltung berechnen können:

Damit sieht der Schaltplan nun so aus:

Jetzt liegt R4 mit R5 in Serie und bei einer Serienschaltung braucht man bloß die Einzelwiderstände
addieren:

Wo wir schon dabei sind, addieren wir auch gleich R1 und R2:

und erhalten so diesen Schaltplan:

http://www.elektronik-kurs.de/online/html/widerstandsschaltungen_index.html (5 von 6) [15.10.2002 14:24:09]

Widerstandsschaltungen-Index

Das entspricht jetzt einer Parallelschaltung, die wir mit Hilfe der Leitwerte berechnen:

Abschließend noch den Kehrwert bilden:

und schon haben wir auch diese Aufgabe gelöst.

http://www.elektronik-kurs.de/online/html/widerstandsschaltungen_index.html (6 von 6) [15.10.2002 14:24:09]

In diesem Kapitel möchte ich euch die Wechselspannung erklären. Zur Aufrischung zunächst eine kleine
Definition der Gleichspannung, die wir ja bereits kennen. Bei einer Gleichspannungsquelle (einer Batterie
beispielsweise) gibt es einen Pluspol und einen Minunspol und der Stromfluß besitzt immer die gleiche
Richtung, nämlich vom Pluspol zum Minuspol.

Ganz anders verhält sich eine Wechselspannungsquelle. Dort gibt es zwar auch zwei Pole, jedoch keinen festen
Plus- und Minuspol. Die beiden Pole wechseln ihre Polarität ständig.

Die Spannungswechsel bei einer Wechselspannung geschehen aber nicht abrupt von Plus nach Minus und wieder
zurück, sondern folgen einer Sinusfunktion. Die Spannung steigt langsam an, erreicht ihren Spitzenwert, fällt
dann bis auf Null und wechselt die Polarität, wo mit umgekehrten Vorzeichen genau das gleiche passiert. Die
weiße Linie (auch Amplitude genannt) in "Window1" zeigt uns das an:

Die Schwingungen bzw. Perioden der Wechselspannung werden in Hertz (benannt nach dem deutschen Physiker
Heinrich Hertz) gemessen, wobei ein Hertz als eine Schwingung (blaue Linie) pro Sekunde definiert ist. Man
spricht in diesem Zusammenhang auch von der Frequenz einer Wechselspannung.

Die Zeit, die die Wechselspannung für eine Schwingung benötigt, wird als Schwingungs- bzw. Periodendauer
bezeichnet und steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Frequenz. Kennen wir die Frequenz, so können
wir die Schwingungsdauer berechnen und umgekehrt.

T steht dabei für die Schwingungsdauer in Sekunden und f für die Frequenz in Hertz.

Bei Spannungsangaben zu Wechselspannungen wird meist die Effektivspannung (U

eff

) angegeben. Im oben

stehenden Beispiel sind das 12 Volt (die gelbe Linie in "Window1"). In einigen Fällen ist aber auch die
Spitzenspannung (U

) interessant, die als rote Linie in "Window1" zu sehen ist.

Diese Spitzenspannung errechnet sich wie folgt:

und damit liegt sie doch erheblich über der Effektivspannung.

So weit dieses Rechenbeispiel, doch wie erhalten wir eigentlich 12 Volt Wechselspannung? An den Steckdosen
in unserer Wohnumgebung messen wir eine (Effektiv-)Spannung von 230 Volt.

Für diese Wandlung auf ein niedrigeres Potenzial ist ein spezielles Bauteil verantwortlich und zwar der
Transformator (kurz: Trafo). Wie so ein Trafo aufgebaut ist und welche Vorgänge sich im Inneren abspielen ist
das Thema des nächsten Kapitels.

Nachdem wir im letzten Kapitel den Weg des Stroms bis zur Steckdose verfolgt haben, wollen wir in diesem
Kapitel noch etwas weitergehen. Von der Steckdose bis zu einer von uns gebauten Schaltung ist es auch noch ein
zwar relativ kurzes, aber dennoch interessantes Wegstück.

Wobei wir auch noch zwei neue Bauteile kennenlernen werden. Die

Diode

(links) und den

Kondensator

(rechts).

Von der Steckdose bis zum Trafo führt das sogenannte Netzkabel. Irgendwo auf diesem Weg ist meistens noch
eine Sicherung eingebaut, damit im Kurzschlußfall kein größerer Schaden entstehen kann. An der Primärspule
des Trafos liegen damit die 230V Wechselspannung unseres Stromnetzes an. Der Trafo erzeugt daraus (an der
Sekundärspule) eine Nieder- oder Kleinspannung, deren Höhe von dem jeweiligen Gerät abhängt. Nehmen wir
mal an, das es sich dabei um eine Spannung von 12V handelt.

Diese Spannung ist aber nach wie vor eine Wechselspannung, wie wir das in "Window1" sehen können:

Für die meisten elektronischen Schaltungen benötigt man aber eine Gleichspannung. Es muß also einen Weg
geben, wie wir aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung machen können. Und den gibt es in Form eines

elektronischen Bauteils: der Diode. Eine Diode leitet den Strom nur in eine Richtung, von der Anode zur
Kathode. In die andere Richtung sperrt die Diode den Stromfluß (schaut euch dazu bitte auch die

Bauteilseite

an).

Schalten wir nun solch eine Diode hinter den Trafo:

Damit haben wir nur noch den positiven Teil der Wechselspannungs-Schwingungen. Die negativen werden von
der Diode gesperrt (abgeschnitten). Das führt bei der relativ niedrigen Netzfrequenz zu zeitlich recht großen
Zwischenräumen und würde einen größeren Glättungskondensator (siehe unten) nötig machen. Außerdem
verschenkt man die Hälfte der zur Verfügung stehenden Leistung. Diesen unerwünschten Effekt kann man
umgehen, indem man 4 Dioden zu einer bestimmten Anordnung zusammenschaltet...

Bei dieser Anordnung der Dioden leiten, während jeder Halbwelle, jeweils 2 Dioden abwechselnd, so wie es die
Animation zeigt. Nur, daß das Ganze viel schneller passiert, nämlich 50 mal in der Sekunde. Auf diese Weise
gelangt der Pluspol jeder Halbwelle auf den Ausgangs-Pluspol, was dazu führt, daß die vorher negativen
Halbwellen "nach oben geklappt" werden, wie man im "Window3" sehr gut sehen kann.

Diese Brückenschaltung (oder auch Graetzschaltung genannt) der Dioden findet man sehr häufig in
Schaltplänen.

Wie in "Window3" zu sehen, haben wir jetzt zwar eine Gleichspannung aber die Amplitude ist keineswegs
immer gleich groß. Man kann deutlich das Pulsieren der Spannung sehen. Wir müssen also zusätzlich noch etwas
tun, um die "Spannungstäler" auszufüllen. Dazu schalten wir der Spannungsquelle einen (Elektrolyt-)
Kondensator parallel. Ein Kondensator dient als Energiespeicher, er kann elektrische Energie kurzzeitig
speichern und bei Bedarf wieder abgeben (auch dazu gibt es eine

Bauteilseite

). Dieser Kondensator wird

während der "Spannungsberge" aufgeladen und liefert in den "Spannungstälern" den Strom für die
angeschlossene Schaltung. Als

Faustformel

kann man davon ausgehen, daß pro 1Ampere Ausgangsstrom etwa

1000mikroFarad an Kondensatorkapazität zur Verfügung gestellt werden sollte. Im Schaltplan sieht das dann so
aus...

Mit Hilfe dieser Bauteile haben wir es geschafft aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung zu erzeugen.
Doch zum Abschluß dieses Kapitels fehlt uns noch die Höhe der Gleichspannung. Vielleicht erinnert ihr euch
noch an das Kapitel über die Wechselspannung. Dort erzählte ich euch, daß man bei der Wechselspannung
meistens die Effektivspannung angibt. So auch in diesem Fall. Ganz oben hatten wir 12 Volt Wechselspannung.
Der

Elektrolytkondensator

wird aber bis zur Spitzenspannung aufgeladen, was zur Folge hat, das die

Gleichspannung nun diesen höheren Wert aufweist.

Die Spitzenspannung errechnet sich wie folgt:

Um nun ein ganz korrektes Ergebnis zu erhalten müssen wir noch die Diodendurchlaßspannung
(Spannungsabfall an der Diode) abziehen. Bei einem Brückengleichrichter leiten immer zwei Dioden
gleichzeitig, sodaß man diese Durchlaßspannung (2 x 0.7 Volt) auch zweimal berücksichtigen muß.

Wir haben bereits kennengelernt, wie man eine Wechselspannung gleichrichtet. Jetzt wollen wir uns dem
Thema zuwenden, wie man eine Spannung stabilisieren kann.

Was bedeutet eigentlich eine stabile Spannung? Nehmen wir mal als Beispiel eine Taschenlampe.
Schaltet man sie ein, so leuchtet sie sehr hell, vorrausgesetzt die Batterien/Akkus sind noch voll. Nach
einiger Zeit werden die Batterien schwächer und das Lämpchen wird merklich dunkler.

Das liegt an der Spannung der Batterien, die beim Entladen ständig abnimmt. Die Spannung der Batterien
ist also nicht stabil.

Nun könnten wir diese Spannung stabilisieren (das wollen wir hier ja kennenlernen), sodaß das
Lämpchen immer gleich hell leuchtet. Eigentlich kein Problem, nur macht das bei einer Taschenlampe
keinen Sinn, denn eine Spannungsstabilisierung bedeutet auch, daß ein Teil der Energie als
Verlustleistung (in Wärme umgesetzt) auf der Strecke bleibt und das würde den Wirkungsgrad der
Batterien/Akkus wesentlich verschlechtern. Wir müssen uns also nach einem anderen Einsatzgebiet
umsehen.

Stellt euch vor, wir wollen eine Leuchtdiode an einem Modelleisenbahntrafo anschliessen.

So ein Modelleisenbahntrafo ist im allgemeinen regelbar und besitzt keine feste Spannung. Ein einfacher
Vorwiderstand würde hier wenig nützen, da die LED nicht mit konstanter Helligkeit leuchtet. Genau das
wollen wir hier aber erreichen.

Nun kommt also unsere Spannungsstabilisierung zum Zuge. Dazu wollen wir ein neues Bauteil
kennenlernen:

Die Z-Diode (manchmal auch als Zener-Diode bezeichnet).

Bevor wir hier fortfahren solltet ihr euch über die Funktionsweise einer Z-Diode auf der

Bauteile-Seite

informieren.

Zunächst ein paar grundsätzliche Dinge:

1. Die Ausgangsspannung wird durch die Z-Spannung bestimmt
2. Die Eingangsspannung muß größer als die Ausgangsspannung sein
3. Je größer die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung, umso weniger wird die

Ausgangsspannung durch Schwankungen der Eingangsspannung beeinflußt.

4. Der größte Wert der Verlustleistung der Z-Diode wird erreicht, wenn sie im Leerlauf betrieben

wird.

Wir wollen nun anhand dieses Schaltbildes die einzelnen Bauteilewerte berechnen.

Beginnen wir mit der LED. Diese soll eine rote LED sein mit einer Durchlaßspannung von 1.6 Volt und
einem Durchlaßstrom von 20 mA. Als Z-Diode nehmen wir eine mit 5.6 Volt Z-Spannung. Die Differenz
dieser beiden Spannungen (4 Volt) muß an dem Widerstand R

abfallen.

Diesen Wert geben wir in die

Widerstandsberechnung

ein und wir erhalten einen Widerstand mit

220 Ohm (E12-Reihe).

Für R

setzten wir also einen 220 Ohm Widerstand ein.

Um R

berechnen zu können, müssen wir erstmal den Gesamtstrom berechnen. Dieser setzt sich

zusammen aus dem Laststrom (der LED = 0.02 A) und dem Mindeststrom durch die Z-Diode.

Dieser Mindeststrom durch die Z-Diode ist abhängig vom Z-Dioden-Typ. Hat man kein Datenblatt zur
Hand, sollte die folgende Formel ausreichen:

Der Gesamtstrom beträgt demnach 29 mA. Nun müssen wir noch festlegen welche maximale
Eingangsspannung vorhanden sein soll. Legen wir sie mal auf 16 Volt fest. Das würde bedeuten, daß an
dem Widerstand 10.4 Volt (16 - 5.6) abfallen müssen. Die Berechnung des Widerstandswertes können
wir nun anhand des Ohmschen Gesetzes leicht durchführen:

Diesen Wert geben wir in die

Widerstandsberechnung

ein und wir erhalten einen Widerstand mit

330 Ohm (E12-Reihe).

Aber Vorsicht!

Auch die maximale Verlustleistung des Widerstands sollten wir beachten, denn:

Der standardmäßige 1/4 Watt Widerstand reicht also nicht aus. Wir müssen zum höher belastbaren
1/2 Watt Widerstand greifen.

Den Nachteil dieser Schaltung möchte ich euch aber nicht vorenthalten, denn damit die Z-Diode die
Spannung konstant halten kann, ist eine Mindestspannung in Höhe der Z-Dioden-Spannung (hier
5.6 Volt) nötig. Der "Arbeitsbereich" der Schaltung liegt demnach zwischen 5.6 und 16 Volt (siehe
oben).

Bisher haben wir uns nur mit der Analogtechnik und deren Bauelementen beschäftigt. In der
Analogtechnik verändern sich alle Größen kontinuierlich und mit unendlich vielen Zwischenwerten.
Ganz im Gegensatz zur Digitaltechnik, bei der es nur zwei feste Größen gibt und jegliche Zwischenwerte
sogar unerwünscht sind. Das Ideal besteht aus "Strom aus" und "Strom an" oder aus "0" und "1".

Dies ist dann auch die kleinste Informationseinheit in der Digitalelektronik. Man bezeichnet sie als bit
(von engl. binary digit). Um nun mit diesen Informationseinheiten auch rechnen zu können, entwickelte
der deutsche Philosoph und Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz vor rund 300 Jahren das "binäre"
(lat. bi=zwei) oder "duale" (It. duo=zwei) Zahlensystem, wobei er schon an die Verwendbarkeit in
Rechenmaschinen dachte.

Um im binären System Zahlen darzustellen, die größer als eins sind, werden mehrere Bits
zusammengefaßt, wobei die Bits von rechts nach links eine aufsteigende Wertigkeit besitzen. Jedes Bit,
daß eine Stelle weiter links steht, hat den doppelten Wert seines rechten Nachbarn. Mit 4 Bits kann man
bereits die Ziffern von 0 bis 15 darstellen:

Binär Dezimal Binär Dezimal Binär Dezimal Binär Dezimal

0000

0100

1000

1100

0001

0101

1001

1101

0010

0110

1010

1110

0011

0111

1011

1111

Besonders die Codes für die Zahlen 0 bis 9 werden in der Elektronik sehr oft verwendet um
Meßergebnisse und ähnliches darzustellen. Zum Beispiel wird die Zahl 65 in die Zehner- und Einerstelle
getrennt und dann mittels des Binärcodes so dargestellt:

0110 0101

Man verwendet also pro Dezimalstelle einen 4-stelligen Binärcode. Dieses System bezeichnet man auch
als BCD-Code (Binär Codiertes Dezimalsystem). Aufgrund der Häufigkeit, mit der dieses System in der
Elektronik auftritt, sollten wir uns zumindest die Binärcodes der Dezimalzahlen 0 bis 9 gut einprägen.

Achtung: Bevor ihr euch an diese Aufgabe wagt, solltet ihr die vorherige Seite (

Digital? Was ist das?

)

gelesen haben.

Eure Aufgabe besteht nun darin, einen Schaltplan zu zeichnen, bei dem die Dezimalzahlen 1 bis 9 mittels
Dioden in den entsprechenden BCD-Code übersetzt werden. Die Zahlen (1-9) sollen über Taster ein- und
der BCD-Code soll über 4 LEDs ausgegeben werden.

Das sollte in etwa so aussehen:

Ihr sollt nun den Schaltplan
vervollständigen, indem ihr die
Verbindungsleitungen einzeichnet. Und
nicht die Dioden vergessen, denn die
sind nötig, um den Strom in die richtigen
Leitungen fließen zu lassen.

Das Prinzip ist hoffentlich klar
geworden. Die Dioden bei den
Zahlen 1, 2, 4 und 8 könnten auch
weggelassen werden und es würde
noch immer funktionieren, aber die
LEDs würden dann heller leuchten
als die anderen, weil dort die
Diodendurchlaßspannung wegfällt.

Auch in der digitalen Elektronik gibt es Schaltzeichen, die wir uns einprägen müssen. Leider gibt es auch
hier keine einheitliche, weltweit gültige Norm und sogar laut DIN-Norm existieren noch immer zwei
Symbole pro Logikgatter. Das hat damit zu tun, daß die alte DIN-Norm der neuen die bessere
"Lesbarkeit" vorraus hat und somit lieber die alte Norm verwendet wird. Die neue Norm wurde mal
eingeführt, als Computer noch nicht so grafikfähig waren. Demzufolge bestehen die Symbole alle aus
quadratischen Kästchen mit ein oder zwei Zeichen in der Mitte.

Weil die neue Norm derart "unleserlich" ist und ich nichts davon halte, wenn sich der Mensch an die
Maschine anpassen muß, verwende ich in diesem Kurs nur die Symbole der alten DIN-Norm.
Diese haben auch den Vorteil, daß sie den Symbolen der ausländischen Darstellungsweise nach ASA
(American Standards Association), bis auf ein paar Ausnahmen, sehr ähnlich sehen.

UND (AND)

UND-NICHT (NAND)

UND mit 3 Eingängen

ODER (OR)

ODER-NICHT (NOR)

ODER mit 3 Eingängen

Treiber (Buffer)

Inverter (NOT)

Exklusiv-ODER (XOR)

Diese Tabelle der Logikgatter inklusive der jeweiligen Wahrheitstabellen sollte euch schonmal einen
Überblick über die vielfältigen Möglichkeiten der Digitalelektronik verschaffen. In der dritten Spalte der
Tabelle seht ihr, daß es diese Gatter auch mit 3 und mehr Eingängen gibt. Das, aber auch die Tatsache,
daß man mehrere (auch verschiedene) Gatter kombinieren kann, läßt erahnen welch riesiges Potential
darin steckt.

Wir kennen bereits die digitalen Schaltzeichen und wollen jetzt verschiedene Beispiele von
Kombinationen dieser Schaltzeichen kennenlernen, denn erst das Zusammenschalten der Einzelelemente
ergibt das riesige Potential der Digital-Elektronik.

Vorab einige kleine Regeln, die ihr euch unbedingt einprägen solltet:

Die Versorgungsspannung für Digital-ICs liegt meistens bei 5 Volt (4.75V-5.25V). Diese Spannung muß
relativ genau eingehalten werden, um die ICs nicht zu zerstören. Für Experimente oder Nachbauten aus
diesem Kurs müßt ihr also eine stabilisierte 5 Volt-Spannungsquelle bereitstehen haben.

Es ist zwar erlaubt Eingänge direkt miteinander zu verbinden...

...aber bei Ausgängen ist dieses nicht erlaubt.

Beginnen wir diese Lektion nun mit einem UND-Gatter, dort gibt es am Ausgang 'Q' nur
dann eine '1', wenn beide Eingänge auf '1' gesetzt sind.

Kombinieren wir nun zwei UND-Gatter miteinander, wie es die nebenstehende
Grafik zeigt, so erscheint am Ausgang 'Q' eine '1', wenn alle drei Eingänge
(A, B und C) auf '1' gesetzt werden.

Als nächstes kombinieren wir drei UND-Gatter und auch hier gilt: Erst wenn alle
Eingänge (A, B, C und D) auf '1' liegen, erscheint auch am Ausgang 'Q' eine '1'.
Hier seht ihr auch, wie man mehrere Ausgänge richtig verbindet, nämlich über ein
zusätzliches Gatter. Nur so bleiben die logischen Funktionen erhalten und die
elektrischen Werte im erlaubten Rahmen.

Gehen wir jetzt über zu einer Kombination unterschiedlicher Gatter.

Bei diesem Beispiel ist dem UND-Gatter ein ODER-Gatter nachgeschaltet, was
dazu führt, daß am Ausgang 'Q' eine '1' erscheint, wenn an den Eingängen 'A' und
'B' oder am Eingang 'C' eine '1' anliegt.

Dieses Beispiel zeigt eine Kombination aus zwei UND-Gattern und einem ODER-
Gatter. Eine '1' am Ausgang erscheint demzufolge dann, wenn 'A' und 'B' oder
'C' und 'D' auf '1' liegen.

Naürlich erscheint auch dann eine '1' am Ausgang, wenn alle Eingänge auf '1' liegen. Das liegt an der
ODER-Logik (siehe

Wahrheitstabelle

bei den digitalen Schaltzeichen). Ist das nicht erwünscht, muß man

statt des ODER-Gatters ein EXKLUSIV-ODER-Gatter (XOR) einsetzen.

Jetzt tauschen wir die Gatter einmal aus und sehen uns an, was dabei geschieht:

Eine '1' am Ausgang 'Q' erscheint, wenn an 'A' oder 'B' und an 'C' eine '1' anliegt.
'A' und 'B' also wahlweise, aber 'C' ist unbedingt erforderlich.

Bei diesem Beispiel wird es noch etwas komplizierter.
Eine '1' an 'A' oder 'B' und eine '1' an 'C' oder 'D' führt zu einer '1' am Ausgang 'Q'.

Solche Kombinationen aus mehreren Logik-Gattern werden mit zunehmender Gatteranzahl immer
komplizierter und man muß schon sehr gut aufpassen, daß man dabei noch den Überblick behält. Deshalb
möchte ich euch an dieser Stelle mal eine kleine Aufgabe stellen:

Zu dem nebenstehenden Schaltbild sollt ihr alle Kombinationen an den Eingängen
aufschreiben, die zu einer '1' am Ausgang 'Q' führen. Diese könnt ihr dann mit der

Lösung

vergleichen.

Lösung Digital-Aufgabe

Diese drei Kombinationen führen zu einer '1' am Ausgang 'Q':

A = 1 B = 0 C = 1 D = 1

A = 0 B = 1 C = 1 D = 1

A = 1 B = 1 C = 1 D = 1

Wir wollen in diesem Kapitel einmal ein Beispiel durchsprechen, wie es in der Praxis auftreten könnte.
Stellt euch einen Raum vor, indem sich eine Maschine befindet. Diese Maschine wird elektrisch
betrieben. Sie besitzt außerdem einige Sicherheitseinrichtungen:

1. Eine Schaltung überwacht, ob sich die Spannung im zulässigen Bereich befindet (Logiksignal der

Schaltung: '0' = korrekte Spannung, '1' = Fehler).

2. Eine weitere Schaltung überwacht den Ölstand der Maschine (Logiksignal der Schaltung: '0' =

Ölstand ok, '1' = Fehler).

3. Vor der Maschine befindet sich eine Lichtschranke, um den Gefahrenbereich abzusichern

(Logiksignal der Lichtschranke: '1' = keine Person, '0' = Person im Gefahrenbereich).

4. Zusätzlich soll aber eine Möglichkeit (für eventuelle Reparaturen) vorhanden sein, die

Lichtschranke mittels eines Schlüsselschalters (Logik des Schlüsselschalters: '1' = ein, '0' = aus) zu
umgehen.

5. Die Maschine produziert eine Menge an Verlustwärme, weshalb ein Lüfter vorgesehen ist

(Logiksignal des Lüfters: '1' = Lüfter läuft, '0' = Lüfter aus).

Die Frage ist nun: Wie müssen wir die Logikschaltung aufbauen, damit die Maschine nur anläuft, wenn
alle Sicherheitseinrichtungen ihr 'ok' gegeben haben?

Wenn ihr euch die Aufgabenstellung genauer anseht, so werdet ihr bemerken, daß ein 'ok' nicht bei allen
Sicherheitseinrichtungen mit einer '1' gleichzusetzen ist.

Aber fangen wir mal an:

Die beiden Punkte 1 und 2 liefern eine '0' als 'ok'. Hier müssen wir eine Invertierung des Signals
vornehmen. Wir benutzen dafür jeweils einen Inverter und schalten dann ein UND-Gatter dahinter.

Zwischen Punkt 3 und 4 der Auflistung soll eine ODER-Verknüpfung bestehen, ansonsten liefern beide
Schaltungen jeweils eine '1' als 'ok'. Das läßt sich mit einem ODER-Gatter erledigen.

Der Punkt 5 muß dann noch als UND-Verknüpfung eingebunden werden. Als fertige Schaltung könnte
das dann so aussehen:

Der Ausgang 'Q' liefert hier also nur dann eine '1', wenn alle Sicherheitseinrichtungen ein 'ok' liefern.
Und mit dieser logischen eins kann man dann mittels Transistor und Relais die Maschine ein- und
ausschalten.

Besonders in der Digital-Elektronik begegnen uns immer wieder sogenannte 7-Segment-Anzeigen. Diese
werden so genannt, weil sie aus sieben einzelnen Leuchtdioden (Segmenten) bestehen, die in einem Bauteil
vereint sind. Mit diesen sieben Segmenten kann man alle Zahlen zwischen 0 und 9 darstellen.
Auf der linken Seite seht ihr, wie die Anzeige im Inneren aufgebaut ist. Leuchten alle sieben Segmente, so
ergibt sich die Zahl 8, wie es das rechte Bild zeigt:

7-Segment-Anzeigen gibt es entweder mit gemeinsamer Anode oder mit gemeinsamer Kathode. Das heißt,
daß die Anoden (Kathoden) der sieben LEDs intern zusammengeschaltet und nur als einzelner Pin
herausgeführt sind.
Die anderen Anschlüsse sind alle als einzelne Pins nach draußen geführt. Nehmen wir an, es handelt sich um
eine Anzeige mit gemeinsamer Anode. Dann müssen wir die gemeinsame Anode an den positiven Pol der
Spannungsquelle anschließen und die, einzeln herausgeführten, Kathoden an den negativen Pol der
Spannungsquelle. Elektrisch gesehen handelt es sich bei den Segmenten um ganz normale LEDs. Wir
benötigen also auch Vorwiderstände (für jedes Segment), wenn wir die Anzeige an einer höheren Spannung
betreiben wollen.

Die einzelnen Segmente werden mit Buchstaben gekennzeichnet, um sie im Anschlußplan unterscheiden zu
können. Das ist nämlich ein Manko bei den Anzeigen: die Anschlußreihenfolge ist leider nicht genormt.
Man benötigt deshalb einen Anschlußplan oder muß umständlich die einzelnen Pins durch ausprobieren
herausfinden.

Eigentlich müßten diese Anzeigen ja 8-Segment-Anzeigen heißen, denn es sind (meistens) 8 LEDs. Die
achte LED ist für den Dezimalpunkt:

Dieser Punkt wird im Anschlußplan mit "dp" gekennzeichnet. Verhält sich aber ansonsten
genauso wie die anderen sieben Segmente.

Zur Übersicht zeige ich euch mal alle Zahlen:

Nachdem ich euch erklärt habe, was man unter einer

7-Segment-Anzeige

versteht, will ich euch nun

beibringen, wie man solch eine Anzeige mit Hilfe des BCD-Code ansteuern kann.

Unser Vorteil dabei ist, daß solch eine Schaltung so oft benötigt wird, daß es dafür ein spezielles
IC (Integregrierte Schaltung) gibt:

Dieses IC macht die Ansteuerung von 7-Segment-Anzeigen so
einfach. Es übernimmt nicht nur die Dekodierung, sondern stellt
zusätzlich noch die benötigten Anzeigentreiber bereit. Der BCD-
Code wird an die Pins 7, 1, 2 und 6 gelegt und das IC steuert über
die Ausgangs-Pins 9 bis 15 direkt die sieben Segmente an. Wobei
dieses IC noch eine Invertierung des Ausgangs-Signals vornimmt.
Das heißt, wir benötigen eine 7-Segment-Anzeige mit
gemeinsamer Anode.
Die Versorgungsspannung bei diesem IC darf zwischen
4.75 und 5.25 Volt (typisch 5.0 Volt) liegen. Wir benötigen dafür
also eine stabilisierte 5 Volt-Spannung.

Hier könnt ihr wieder interaktiv werden und den BCD-Code ändern. Ein Tip: schaut euch doch mal die
Anzeige an, wenn ihr einen BCD-Code größer als 9 einstellt.

Der Schaltplan sieht dann so aus:

In diesem Kapitel wollen wir uns mit der Generierung von Impulsen beschäftigen. Zunächst fällt da die Frage:
Was ist mit Impulsen gemeint? Nun, das ist eigentlich ganz einfach. Stellt euch einen Taster vor, den ihr in
periodischen Abständen drückt. Es entsteht eine Impulsfolge oder genauer gesagt eine Impuls-/Pausenfolge,
denn zwischen zwei Impulsen liegt ja immer auch eine Pause. Und die Zeit für einen Impuls und eine Pause
bezeichnet man auch als Periodendauer.

Über die Periodendauer habt ihr schon etwas im Kapitel über die

Wechselspannung

gelesen. Im Gegensatz zur

Wechselspannung, bei der die Polarität der Spannung ständig wechselt, ist das in diesem Fall "nur" eine
pulsierende Gleichspannung. Das heißt, die Ausgangsspannung springt zwischen der Betriebsspannung und
0 Volt (Masse) hin und her. Sie wird niemals negativ.

Im Idealfall sieht der Spannungsverlauf so aus wie hier im "Window1". Die Spannung steigt so schnell an und
fällt so schnell ab, daß sich ein Rechteck ergibt. In der Praxis wird aus diesem Rechteck eher ein Trapez werden,
weil die Bauteile für den Spannungsanstieg immer eine gewisse Zeit benötigen.

In der Rubrik "Schaltungen" befindet sich ein

LED-Wechselblinker

. Genaugenommen wird auch dort solch eine

Impuls-/Pausenfolge erzeugt.

Hier im Digitalteil möchte ich aber auf ein interessantes IC zu sprechen
kommen und zwar dem NE555, dem sogenannten Timer-IC. Es ist sehr
universell einsetzbar und findet meistens Anwendung, wenn es um
irgendwelche Zeitabläufe geht.
Das Timer-IC kann an einer Spannung von 4.5 bis 16 Volt betrieben
werden, ist sehr temperaturstabil (0.005%/Grad Celsius) und einsetzbar
von Mikrosekunden bis Stunden.

Sehen wir uns nun eine Schaltung an, bei der eine Periodendauer von knapp einer Sekunde erzeugt wird oder
anders ausgedrückt: die LED blinkt im Sekundenrythmus.

Ist der Schalter "S" geschlossen (an Pin 4 liegt Massepotential), so ist
die Impulsgenerierung unterbrochen. Öffnet man den Schalter, so wird
der Reseteingang freigegeben und die Schaltung arbeitet.
Diese Schaltung ist wieder interaktiv, ihr könnt also mit der linken
Maustaste den Schalter umschalten.

R1, R2 und C bestimmen hierbei die Periodendauer und die errechnet sich wie folgt:

Diese Formel berechnet die Impulsdauer (R in Ohm, C in Farad).

Diese Formel berechnet die Pausendauer (R in Ohm, C in Farad).

Beides zusammen ergibt die Periodendauer, die sich aber auch gleich berechnen läßt:

Diese Formel berechnet die Periodendauer (R in Ohm, C in Farad).

und der Kehrwert der Periodendauer ergibt dann die Frequenz, aber das habt ihr ja bereits gewußt.

Ein Nachteil dieser Schaltung ist das ungleiche Impuls-/Pausenverhätnis, wie ihr an dem obigen Beispiel sehen
könnt. Die Impulsdauer ist in dem Beispiel doppelt so lang wie die Pausendauer. Um das zu verringern muß man
entweder R1 so klein wie möglich machen (100 Ohm sollte man aber nicht unterschreiten, weil sonst der
Stromfluß zu groß wird) oder man fügt eine zusätzliche Diode zwischen Pin 7 und C ein (im Schaltplan
gestrichelt eingezeichnet). C wird dann über R1 und die Diode geladen und über R2 entladen. Für die
Berechnung der Impulsdauer ist dann nur noch R1 entscheidend.

R2 sollte auch nicht kleiner als 100 Ohm sein, um den Entladetransistor im Inneren des ICs nicht zu überlasten.
Beide Widerstände sollten aber auch nicht größer als 10 MOhm sein. Der Wert von C ist hingegen nahezu
beliebig. Damit bleibt genügend Spielraum für Experimente.

Auch wenn die Ergebnisse der Formeln etwas anderes vermuten lassen, solltet ihr im Bezug auf die Genauigkeit
keine so großen Ansprüche stellen, denn die hängt im wesentlichen von R1, R2 und C ab und selbst wenn man
für die Widerstände 1%-Typen verwendet, so bleibt immer noch C übrig und bei Elkos sieht es mit der
Genauigkeit bei weitem nicht so gut aus. Mit 10 bis 20% solltet ihr da schon rechnen, vor allem, wenn es sich
um solch relativ große Werte handelt.

Im schlimmsten Fall addieren sich die Toleranzen auch noch zu der einen oder anderen Seite. Wenn es aber nicht
so sehr darauf ankommt (z.B. beim Einsatz als Alarmanlagen-Scharfschaltung), so ist dieses eine nützliche
kleine Schaltung, die zudem mit wenigen Bauteilen auskommt.

Diese Tabelle stellt eine Zusammenfassung der wichtigsten Berechnungen dar. Außerdem enthält sie die
jeweilige Maßeinheit, die Abkürzung der Maßeinheit sowie das Formelzeichen.

Bereich

Grundeinheit

Abkürzung

Formelzeichen

Berechnung

Spannung

Volt

Strom

Ampere

Widerstand

Ohm

Leistung

Watt

Leitwert

Siemens

Kapazität

Farad

Frequenz

Hertz

Schwingungsdauer

Sekunden

Beachtet die unterschiedlichen Abkürzungen beim Leitwert(großes 'S') und bei den Sekunden(kleines 's').

Die wichtigsten Formeln haben wir nun kennengelernt. Wobei wir bei den Berechnungen stets die
Grundeinheiten (Volt, Ampere, Ohm, Watt, usw.) benutzt haben. Gerade in der Elektronik wird aber viel
mit Teilen bzw. Vielfachen davon gerechnet. Deshalb hier die wichtigsten Teileinheiten.

Vorsilbe

Abkürzung Wert

piko

= 0,000.000.000.001

nano

= 0,000.000.001

mikro

= 0,000.001

milli

= 0,001

Grundeinheit

= 1

kilo

= 1.000

Mega

= 1.000.000

Giga

= 1.000.000.000

Die Buchstaben in der Tabelle sind die Abkürzungen, wie sie vor der Grundeinheit verwendet werden
z.B. 20mA (20 Milliampere) oder 5kW (5 Kilowatt). Bei den Abkürzungen müßt ihr ganz schön
aufpassen, denn eine Verwechselung (z.B. milli - Mega) führt leicht zu Mißverständnissen. Und noch ein
Hinweis: die Abkürzung für piko ist ein kleines 'p'.

Der Widerstandswert und die Toleranz eines Widerstands wird durch umlaufende Farbringe auf dem
Widerstandskörper gekennzeichnet. Diese Kennzeichnung besteht aus vier (nach DIN 41429) Farbringen.
Dabei ist der Ring der Erste, der einem Ende des Widerstandskörpers am nächsten liegt.

Ausgehend von diesem ersten Ring haben die Ringe folgende Bedeutung:

Farbe

1 . Ring =
1 . Ziffer

2 . Ring =
2 . Ziffer

3 . Ring =
Multiplikator

4 . Ring =
Toleranz

keine

+-20%

silber

x 0.01

+-10%

gold

x 0.1

+-5%

schwarz

x 1

braun

x 10

+-1%

rot

x 100

+-2%

orange

x 1000

gelb

x 10000

grün

x 100000

+-0.5%

blau

x 1000000

+-0.25%

violett

x 10000000

+-0.1%

grau

x 100000000

weiß

x 1000000000

Bei den Widerständen gibt es nicht jeden beliebigen Widerstandswert zu kaufen, sondern nur die
Widerstände, die in bestimmten Normreihen (siehe unten) festgelegt wurden. Wobei man beachten muss,
daß Widerstände mit 5%-Toleranz meist nur nach der E12-Normreihe verkauft werden. Die 1%-Typen
bekommt man dann auch in der E24-Normreihe.

Die Reihen E48 und E96 sind etwas anders kodiert (mit 5 statt 4 Ringen). Dabei wird ebenfalls der
Farbcode benutzt (Ring 1 bis 3 = Ziffern, Ring 4 = Multiplikator, Ring 5 = Toleranz).

E96

E48

E24

E12

1.00

1.0

1.02

1.05

1.07

1.10

1.1

1.13

1.15

1.18

1.21

1.2

1.24

1.27

1.30

1.33

1.3

1.37

1.40

1.43

1.47

1.50

1.5

1.54

1.58

1.62

1.6

1.65

1.69

1.74

1.78

1.82

1.8

1.87

1.91

1.96

2.00

2.0

2.05

2.10

2.15

2.21

2.2

2.26

2.32

2.37

2.43

2.49

2.4

2.55

2.61

2.67

2.74

2.7

2.80

2.87

2.94

3.01

3.0

3.09

3.16

3.24

3.32

3.3

3.40

3.48

3.57

3.65

3.6

3.74

3.83

3.92

3.9

4.02

4.12

4.22

4.32

4.3

4.42

4.53

4.64

4.75

4.7

4.87

4.99

5.11

5.1

5.23

5.36

5.49

5.62

5.6

5.76

5.90

6.04

6.19

6.2

6.34

6.49

6.65

6.81

6.8

6.98

7.15

7.32

7.50

7.5

7.68

7.87

8.06

8.25

8.2

8.45

8.66

8.87

9.09

9.1

9.31

9.53

9.76

Die Werte aus der Tabelle müssen mit einem der möglichen Faktoren (3.Ring der

Widerstands-

Farbringe

) multipliziert werden, um den gewünschten Widerstandswert zu erhalten.

In einem anderen Kapitel haben wir die

Leuchtdiode

kennengelernt. Dort stand auch etwas über die

Durchlaßspannung. Dabei handelt es sich um die Spannung, die über der LED abfällt, wenn ein Strom
durch sie hindurchfließt. Das heißt aber auch, daß die angelegte Spannung ohne Vorwiderstand nicht
größer sein darf, weil es sonst zur Zerstörung der LED kommt. Wollen wir nun aber eine Leuchtdiode an
einer höheren Spannung betreiben, so benötigen wir einen Vorwiderstand.

Ein Vorwiderstand ist ein einfacher

Festwiderstand

, dessen Höhe so bemessen sein muß, daß an ihm die

überflüssige Spannung in Wärme umgesetzt wird.

Der Widerstand wird in Reihe mit der LED geschaltet. Dadurch wird der Strom auf ein zulässiges Maß
begrenzt.

Wir wollen nun so einen Vorwiderstand berechnen.

Gegeben sei eine Spannungsquelle von 12 Volt (Autobatterie) und eine rote Leuchtdiode
(1.6 Volt/0.02 Ampere).

Für die Berechnung bemühen wir wieder das

Ohmsche Gesetz

Diese Rechnung ist aber noch nicht komplett, denn wir haben die Durchlaßspannung der LED nicht mit
eingerechnet. Also müssen wir die Formel noch etwas umstellen:

= Wert des Vorwiderstands (in Ohm)

ges

= Die Spannungsquelle (in Volt)

LED

= Der Spannungsabfall an der LED (in Volt)

LED

= Der Strom durch die LED (in Ampere)

Nun muß der Vorwiderstand aber nicht unbedingt diese 520 Ohm aufweisen. Es gibt ja auch gar keinen
Widerstand mit diesem Wert zu kaufen. Deshalb geben wir den Wert in die

Widerstandsberechnung

ein

oder sehen in die

Normreihentabelle

und dort in die Spalte "E12" und finden den Wert "5.6", was uns

sagt, daß es einen Widerstand mit dem Wert 560 Ohm gibt.
Ein 560 Ohm-Widerstand mit 5% Toleranz reicht aber auch völlig aus. Diese Behauptung will ich euch
auch beweisen. Dazu stellen wir die Formel um, sodaß wir den fließenden Strom berechnen können:

Der Helligkeitsunterschied bei der LED ist demnach so gering, daß man ihn nicht bemerkt.

Den Widerstandswert des Vorwiderstandes kennen wir nun. Jetzt müssen wir noch berechnen, wieviel
Watt Leistung der Widerstand "verbraten" muß.

Dazu bemühen wir unsere Leistungsformel (P=U*I).

Die Spannung, die an dem Widerstand abfällt, beträgt (Uges-Uled) und der Strom, der durch ihn
hindurchfließt, ist gleich dem Strom der LED.
Also:

Der Widerstand muß also mit 0.208 Watt belastbar sein. Das heisst, daß ein 1/4 Watt-Widerstand völlig
ausreicht.

Resultat: Wenn ihr eine rote Leuchtdiode an 12 Volt betreiben wollt, dann müßt ihr euch zusätzlich noch

einen 560 Ohm Widerstand mit 1/4 Watt kaufen. Toleranz des Widerstandes: 5%

Dieses Kapitel ist eigentlich nur eine Ergänzung zur

Vorwiderstandsberechnung

, andererseits aber auch

ein wichtiges Thema und deshalb gibt es diese zusätzliche Seite.

Stellt euch vor, ihr wollt eine LED an der Netzwechselspannung (230Volt) betreiben. Nun gut, ihr
könntet einen Trafo nehmen und dann so vorgehen wie das bei der Vorwiderstandsberechnung
beschrieben ist. Aber nur für eine LED extra einen Trafo einbauen? Nein, das muß auch anders gehen.

Also lassen wir den Trafo weg, nehmen eine Diode, eine Leuchtdiode und einen Widerstand:

So, das sieht doch gut aus. Als Diode nehmen wir eine 1N4004 (bis 400Volt). Fehlt nur noch der
Widerstandswert und den kann man doch so errechnen:

Jetzt noch den Wert aus der Normreihe raussuchen (12kOhm) und berechnen wie hoch der Widerstand
belastet wird:

Ohje, 4.5 Watt für eine einzige LED? Nicht nur, daß ein

5 Watt-Widerstand

ziemlich groß ist, nein diese

4.5 Watt werden ja auch noch in Wärme umgewandelt, womit das Ganze ziemlich unwirtschaftlich wird.

Es gibt aber zum Glück noch eine andere Möglichkeit und zwar mit Hilfe eines

Kondensators

als

Vorwiderstand.

Ein Kondensator wird beim Einsatz im

Wechselstromkreis

wechselnd ge- und entladen. Beim Laden wird

eine elektrische Leistung aus dem Netz entnommen und beim Entladen wieder dorthin abgegeben. Bei

einem idealen Kondensator bedeutet dies, daß die durchschnittliche Leistungsaufnahme gleich Null ist.
Man spricht deshalb auch von Blindleistung und analog dazu, nennt man den Wechselstromwiderstand
eines Kondensators auch Blind- oder Scheinwiderstand.

Die Größe dieses Blindwiderstands hängt von der Kapazität des Kondensators und von der Frequenz der
Wechselspannung ab. Je größer die Kapazität und je höher die Frequenz, desto kleiner ist der
Blindwiderstand.

Berechnen können wir den Blindwiderstand mit dieser Formel:

(Rc=kapazitiver Blindwiderstand in Ohm, Pi=3.1415926, f=Frequenz in Hertz, C=Kapazität in Farad)

Nun wissen wir aber bereits, wie groß der Blindwiderstand sein muß (12kOhm). Wir wissen aber nicht,
welchen Kondensator wir dafür nehmen müssen. Dafür stellen wir jetzt die Formel um:

Das sind 0.265µF, wir nehmen den nächstgelegenen mit 0.22µF. Außerdem müssen wir auf ausreichende
Spannungsfestigkeit achten, also einen mit 230V Wechselspannung.

Jetzt wollen wir uns noch den entsprechenden Schaltplan ansehen:

R1 dient hierbei nur der Einschaltstrombegrenzung und ist ein ganz normaler 1/4-Watt-Widerstand
(560 Ohm). D1 braucht in diesem Falle auch nur eine 1N4148-Diode zu sein. Sie sorgt dafür, daß an der
LED keine zu große Sperrspannung anliegt und entlädt den Kondensator während der negativen
Halbwellen.

Und zu guter Letzt noch ein Hinweis:
Es handelt sich hierbei um Netzspannung (230V), seid also sehr
vorsichtig damit und baut die Schaltung auf jeden Fall in ein
Gehäuse ein!

Wenn wir eine Wechselspannung gleichrichten (siehe auch

Gleichrichtung

) so ergibt sich, aufgrund der

sinusförmigen Wechselspannung, eine Brummspannung. Diese Brummspannung ist abhängig vom Strom
durch den Verbraucher und der Kapazität des Kondensators. Bei dem Kondensator handelt es sich um
einen

Elektrolyt-Kondensator

(kurz: Elko). Man bezeichnet ihn auch als Lade-Elko.

Berechnen können wir die Brummspannung mit der folgenden Faustformel:

= Brummspannung in Volt, I = Strom in Milliampere, C = Kapazität in Microfarad)

Wollen wir hingegen die Kapazität des Lade-Elkos berechnen, so müssen wir die Formel umstellen:

= Brummspannung in Volt, I = Strom in Milliampere, C = Kapazität in Microfarad)

Zur Veranschaulichung wollen wir ein Beispiel durchrechnen: Wir haben einen 9V-Trafo, einen
Brückengleichrichter und einen Lade-Elko. Wie groß muß nun dessen Kapazität sein, damit bei einem
Maximalstrom von 1000mA stets mehr als 8V (Minimalspannung) am Ausgang anliegen?
So eine Forderung kann durchaus sinnvoll sein, wenn man ein Spannungsregler-IC zur Stabilisierung
einsetzt. Diese ICs benötigen eine Mindesteingangsspannung um eine konstante Ausgangsspannung zu
liefern.

Wenn wir uns die obenstehende Formel ansehen, so erkennen wir, daß uns eigentlich nur die Höhe der
Brummspannung fehlt. Dazu benötigen wir erst einmal die Spitzenspannung des Trafos:

Die Brummspannung ergibt sich dann aus der Differenz zwischen der Spitzenspannung und der
Minimalspannung:

Nun können wir alle Werte in die Formel eintragen:

Das Ergebnis runden wir noch auf den nächsten Normwert (2200µF) auf und schon haben wir diese
Aufgabe gelöst.

Anzumerken bleibt mir noch, daß es sich hierbei um eine Faustformel handelt. In der Praxis wird man
leicht abweichende Werte messen, zum einen, weil die Kapazität eines Elkos doch erheblich schwankt
(abhängig von der Umgebungstemperatur und dem Alter des Elkos) und zum anderen weil einige
Faktoren (z.B. die Diodendurchlaßspannung) unberücksichtigt blieben. Außerdem gilt diese Rechnung
nur für eine Brückengleichrichtung, bei einer Einweggleichrichtung muß man das Ergebnis noch
verdoppeln.

Zum Aufbau elektronischer Schaltungen benötigen wir immer auch mehrere Bauteile.
Unabhängig von den Einkaufslisten bei den Schaltungen kann es nicht schaden, mehrere, der
hier vorgestellten, Bauteile vorrätig zu haben, um selbst experimentieren zu können.

Die Diode ist sehr interessant in ihrer Wirkungsweise. Man kann sie vergleichen mit einem
Rückschlag-Ventil. Sie leitet den Strom nur in eine Richtung, bei Umkehrung der
Stromrichtung sperrt die Diode den Stromfluß.

Beschreibung des Bauteils:
Bei einer Diode gibt es zwei Anschlußdrähte die mit Anode und
Kathode bezeichnet werden. Der Kathodenanschluß wird mit
einem schwarzen bzw. weißen Ring rund um das Bauteil
gekennzeichnet. Es fließt nur dann ein Strom durch die Diode, wenn die Anode an Plus und die Kathode
an Minus liegt. Oder genauer gesagt muß der Anodenanschluß um 0.7V positiver sein als der
Kathodenanschluß.

Elektrische Eigenschaften:
Die Durchlaßspannung einer Diode liegt bei etwa 0.7 Volt, das ist die Spannung, die wir mit einem
Multimeter über der Diode messen können. Diese Spannung könnte man auch als Spannungsabfall
ansehen, ähnlich wie das bei Widerständen der Fall ist, mit dem Unterschied, daß hier die Spannung
relativ konstant 0.7 Volt beträgt (unabhängig vom fließenden Strom).
Eine Diode kann, je nach Ausführung, einen recht hohen Strom leiten. Im obigen Bild seht ihr von oben
nach unten eine 3-Ampere-Diode, eine 1-Ampere-Diode und eine mit 100 Milliampere (Zum
Größenvergleich noch ein 10-Pfennig-Stück). Zunächst wollen wir uns mit dem Standardtyp (100 mA)
befassen:

Die 1N4148 beispielsweise hat folgende Werte: 100V/100mA

Der linke Wert kennzeichnet die max. Sperrspannung und der rechte den max. Durchlaßstrom.

Die max. Sperrspannung sagt aus, wie hoch die Spannung sein darf, wenn die Diode in Sperrichtung
betrieben wird. Dazu später mehr.

Der max. Durchlaßstrom sagt aus, wieviel Strom durch die Diode max. fließen darf. Bei Überschreitung
dieses Stroms wird die Diode zerstört. Es gibt dann zwei Möglichkeiten, wie sich die Diode verhält:

1. Die Diodenstrecke wurde zerstört und leitet gar nicht mehr.
2. Sie hat einen Kurzschluß und leitet immer.

Funktionstest
Wollen wir testen, ob eine Diode defekt ist, so ist das am einfachsten möglich mit dem Diodentest des
Multimeters (vorrausgesetzt das Multimeter verfügt über einen solchen).
Wir schließen die Diode an das Multimeter an und das Multimeter gibt uns ein "good" zurück, wenn die
Diode noch funktionsfähig ist. Zeigt das Multimeter hingegen "open" an, so haben wir die Diode
entweder falschherum angeschlossen oder die Diodenstrecke ist hochohmig und die Diode somit defekt.
Bei einer defekten Diode kann es aber auch sein, daß das Multimeter "shrt" ausgibt, was ein Hinweis auf
einen Kurzschluß sein soll.
Die Ausgaben des Multimeters (in Anführungsstrichen) beziehen sich auf mein Multimeter (Voltcraft
VC505). Bei anderen Geräten können die Ausgaben etwas unterschiedlich sein, sollten aber auf jeden
Fall diese drei Zustände darstellen können. Das entnehmt ihr am besten der Bedienungsanleitung eures
Multimeters.

Sollte euer Multimeter nicht über einen Diodentest verfügen, so kann man die Funktionsfähigkeit einer
Diode auch anders überprüfen.

Wir schalten die Diode einfach in einen Stromkreis, sodaß durch die Diode ein Strom fließt. Der
Vorwiderstand (im obigen Beispiel: die Glühlampe) muß dabei so bemessen sein, daß die Diode nicht
überlastet wird. Gleichzeitig messen wir den Spannungsabfall an der Diode. Zeigt das Voltmeter eine
Spannung von etwa 0.7 Volt an, so ist die Diode noch funktionsfähig. Bleibt die Glühlampe dunkel bzw.
zeigt das Voltmeter einen Wert in Höhe der Batteriespannung an, so ist die Diode entweder falschherum
angeschlossen oder sie ist defekt. Und auch hier noch die dritte Möglichkeit: zeigt das Voltmeter 0 Volt
an, so besitzt die Diode einen Kurzschluß und sollte entsorgt werden.

Durch einfaches Umpolen der Batterie erreichen wir hier das Umschalten der beiden Glühlampen. Es
kann bei dieser Schaltung immer nur eine der beiden Glühlampen leuchten, weil, je nach Polung der
Batterie, eine der beiden Dioden in Sperrichtung geschaltet ist. Eine Diode leitet den Strom also nur in
eine Richtung.

Zum Schluß dieses Kapitels wollen wir uns noch mal ein mögliches Einsatzgebiet einer Diode ansehen:

Vom Aussehen her unterscheidet sich eine Z-Diode nicht von einer normalen Diode. Man
muss also schon auf die Typenbezeichnung sehen, um sie herauszufinden. Sie besitzt ebenso
wie die normale Diode auch einen Ring rund um das Bauteil. Dieser Ring kennzeichnet auch
hier den Kathodenanschluß.

Die Z-Diode ist einer normalen Diode auch sonst sehr ähnlich, genaugenommen verhält sie sich, wenn sie
in Flußrichtung geschaltet ist, genauso wie eine Diode. Einen Unterschied wird man erst feststellen, wenn
man sie in Sperrrichtung betreibt. Was das heißt sehen wir an dem folgenden Beispiel:

Das linke Schaltbild zeigt die Betriebsweise einer normalen Diode und letztlich verhält sich die Z-Diode
in dieser Schaltungsweise ja auch so.

Das rechte Schaltbild dagegen wirkt erstmal verwirrend, denn wenn man die Wirkungsweise einer Diode
vor Augen hat, sollte dort kein Strom fließen (ausgenommen vom geringen Reststrom). Und auch diese
Vermutung trifft zu, solange die Z-Spannung nicht überschritten wird.

Bei der Z-Spannung handelt es sich um die Spannung, bei der eine Z-Diode (in Sperrrichtung) von dem
sperrenden in den leitenden Zustand übergeht. Das heißt konkret, daß die Z-Diode den Strom leitet,
sobald die Z-Spannung überschritten wird. Und das besondere daran ist nun, daß die Z-Spannung
(relativ) konstant bleibt, egal wie sehr die Eingangsspannung schwankt (solange sie nur größer als die Z-
Spannung ist). Damit ist eine Z-Diode gut geeignet für Stabilisierungsschaltungen.

Diese Z-Dioden gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen. Wobei zum einen die Z-Spannung von
Bedeutung ist und zum anderen die maximale Verlustleistung. Bei den Z-Spannungen gibt es sehr viele
Werte, die man bei Bedarf auch durch Serienschaltung kombinieren kann, sodaß eigentlich alle
gewünschten Werte zur Verfügung stehen. Bei den Verlustleistungen sind es hauptsächlich die 500 mW-
sowie die 1 W-Typen, die eine breite Verwendung finden. Diese sind dementsprechend auch recht
preisgünstig.

Beachten sollte man auch den Temperaturkoeffizienten (oder Temperaturbeiwert). Das heißt, daß die Z-
Spannung temperaturabhängig ist. Bei einer Z-Spannung von 5.6 Volt ist der Temperaturkoeffizient
nahezu Null; die Temperatur hat also keinen Einfluß auf die Z-Spannung. Bei Z-Spannungen kleiner als
5.6 Volt ist er negativ (Z-Spannung wird kleiner bei steigender Temperatur) und bei Z-Spannungen

größer als 5.6 Volt ist er positiv (Z-Spannung steigt, wenn die Temperatur steigt).

Da sich Z-Dioden aber auch in Reihe schalten lassen (wobei sich die Z-Spannungen addieren), kann man
den Temperaturkoeffizienten dadurch ausgleichen, daß man eine Z-Diode mit positivem und eine mit
negativem Temperaturkoeffizienten kombiniert.

Zum Experimentieren sind Z-Dioden wenig geeignet, da man schnell die maximale Verlustleistung
überschreiten kann, was zur Zerstörung des Bauteils führt. Man sollte also stets vorher die Grenzwerte
berechnen, bevor man eine Schaltung testet (mehr dazu im Kapitel der

Spannungsstabilisierung

)

Ein Bauteil das eine fast unbegrenzte Lebensdauer hat, wenn es nicht elektrisch oder
thermisch überlastet wird.

Eine Leuchtdiode (kurz: LED) besitzt zwei Anschlußdrähte (Anode und
Kathode), von denen die Anode an den positiven Pol und die Kathode an den
negativen Pol der Spannungsquelle angeschlossen wird. Im Schaltbild auch an
dem stilisierten Pfeil, der die Stromflußrichtung (Plus => Minus) darstellen soll,
zu erkennen.

Eine LED leuchtet nur dann, wenn sie richtig angeschlossen ist. Bei Umpolung
sperrt sie den Stromfluß und leuchtet nicht. Um nun nicht auf Experimente
bezüglich der richtigen Polung angewiesen zu sein, besitzt jede LED
unterschiedlich lange Anschlußdrähte, an denen man die Belegung gut erkennen
kann. Und so kann man es sich leicht merken:

Der kurze Anschluß der LED ist die Kathode.

Für den Fall, daß die LED bereits eingebaut und die Anschlußdrähte gekürzt
wurden, gibt es noch drei andere Methoden zur Feststellung der
Anschlußbelegung:

1. das "gegen das Licht halten" der LED. Dabei kann man, im Inneren der

LED, zwei Anschlüsse erkennen, von denen der breitere die Kathode ist.

2. bei runden LEDs ist eine Seite des Gehäuses etwas abgeflacht. Der

Anschluß, der näher an dieser abgeflachten Seite liegt, ist dann die
Kathode.

3. Außerdem kann man mit einem Multimeter (sofern es einen Diodentest

beinhaltet) die Anschlußbelegung herausfinden. Die LED leuchtet, wenn
sie richtigherum (Anode an Plus, Kathode an Minus des Multimeters) angeschlossen wurde.

Leuchtdioden gibt es in unterschiedlichen Farben, Formen und Größen. Gebräuchliche Farben sind rot,
grün, gelb und inzwischen auch blau. Die Durchlaßspannung der LEDs liegt, je nach Farbe, bei 1.6 -
3.2 Volt und der benötigte Strom liegt bei ca. 0.02 Ampere (20mA). Es gibt aber auch sogenannte Low-
Current-LEDs die mit einem Strom von 0.002 Ampere (2mA) auskommen.

Die Form einer LED ist meistens rund, obwohl es auch rechteckige, dreieckige oder quadratische LEDs
gibt. Bei den Größen gibt es auch sehr viele Varianten: von 1mm bis hin zu 16mm im Durchmesser. Sehr

gebräuchlich sind hier die 3mm- und die 5mm-Typen, die deshalb auch besonders günstig zu erhalten
sind.

Der Thyristor sieht aus wie ein Transistor, was soviel heißt wie:
es gibt ihn in ähnlichen Gehäusetypen wie sie bei Transistoren
verwendet werden. Der Thyristor besitzt auch drei
Anschlußbeinchen, aber dennoch gehört er nicht zur Familie der

Transistoren, sondern eher zur Familie der Dioden, was man an seinem
Schaltbild recht deutlich erkennen kann.

Anschlußbelegung

Kathode und Anode kennen wir ja bereits von der Diode. Der Anschluß "G"
hingegen ist neu. Man bezeichnet ihn als Gate und genau wie es der englische
Ausdruck schon vermuten läßt, wird hierüber das "Strom-Tor" gesteuert.
Diese Steuerung geschieht aber eher in digitalen Dimensionen (Tor auf oder
Tor zu). Eine Steuerung wie bei Transistoren (Tor ein bißchen auf) gibt es
nicht.

Zum Öffnen des Tores genügt es, einen kurzen, positiven Impuls am Gate
anzulegen. Damit wird das Tor geöffnet und der Strom kann durch das
Bauteil fließen. Der Strom fließt auch dann noch, wenn der positive Impuls am Gate bereits vorbei ist.
Zumindest beim Gleichstrombetrieb.

Das bedeutet aber, daß man das Tor nicht so einfach wieder schliessen kann. Der Thyristor läßt sich nicht
direkt abschalten. Es gibt aber die Möglichkeit den Strom, der durch das Bauteil fließt, so sehr zu
verringern, daß der Haltestrom unterschritten wird. Beim Wechselstrombetrieb geschieht dieses
automatisch bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung. Beim Gleichstrombetrieb müssen wir selbst
dafür sorgen, daß der Strom (kurzzeitig) den Haltestrom unterschreitet:

Das ist einerseits möglich, indem man den Stromfluß unterbricht, so
wie es diese Schaltung zeigt:
Ein Druck auf den Taster "TA1" läßt den Thyristors durchschalten.
Taster "TA2" unterbricht beim Drücken den Strom und läßt den
Thyristor wieder sperren, weil kurzzeitig der Haltestrom
unterschritten wird.

Zum anderen kann man aber auch den Strom kurzzeitig am Thyristor
"vorbei" leiten, was ebenfalls zum Unterschreiten des Haltestroms
und somit zum Sperren des Thyristors führt.

Funktionstest
Diese beiden Schaltungen zeigen auch, wie man einen Thyristor testen kann. Wenn ihr diese Schaltung
aufbaut und die Anschlüsse zum Thyristor mit Prüfkabeln ausstattet, dann könnt ihr (fast) jeden
beliebigen Thyristor auf seine Funktion hin testen. Sollte ein Thyristor nicht wie oben beschrieben
funktionieren, dann ist er defekt.
Der Gate-Widerstand sollte aber nicht zu hochohmig gewählt werden, ein 10 kOhm-Widerstand sollte es
bei einer 12 Volt-Batterie maximal sein. Bei geringerer Batteriespannung müßt ihr auch den
Gatewiderstand verringern. Für die Glühlampe wählt ihr einfach eine mit rund 50mA bei entsprechender
Batteriespannung.

Der Triac ist im wesentlichen ein Wechselspannungsschalter. Er wird zum Ein-/Ausschalten sowie
zur Leistungsregelung (Phasenanschnittssteuerung) von Wechselstromverbrauchern genutzt.

Sein Schaltbild läßt schon erahnen, daß er einem Thyristor recht ähnlich ist. Es handelt sich beim Triac auch um
zwei antiparallel geschaltete Thyristoren, die in einem Gehäuse integriert wurden. Jedoch gibt es nur einen
Steueranschluß, der aber ebenfalls als Gate bezeichnet wird. Die beiden anderen Anschlüsse werden als Anode1
und Anode2 gekennzeichnet. An die Anode2 wird in der Regel der Lastwiderstand angeschlossen.

Meistens ist die Anode2 auch direkt mit dem Kühlkörper des Bauteilgehäuses verbunden. Das ist sehr
wichtig zu wissen, denn wenn der Kühlkörper in Kontakt mit dem Gerätegehäuse steht, ist eine
isolierte Montage dringend erforderlich, um zu verhindern, daß das Gehäuse unter Strom steht.

Kommen wir nun zum großen Vorteil des Triacs. Da es sich bei diesem Bauteil um zwei antiparallel geschaltete
Thyristoren handelt, können wir auch beide Halbwellen der Wechselspannung ausnutzen (Window1). Der Triac
leitet den Strom in beiden Richtungen. Man spricht deshalb auch von einer Vollwellensteuerung.

Mit einem Triac kann man aber auch die Leistung, die ein Verbraucher bekommen soll, steuern. Das geschieht,
indem man den Triac nicht im Nulldurchgang der Wechselspannung zündet, sondern erst etwas später während
einer Halbwelle. Je später dieses geschieht, desto weniger Leistung steht dem Verbraucher zur Verfügung.
Dieses Steuern des Triacs nennt man auch Phasenanschnittssteuerung.

Das funktioniert zwar auch mit einem Thyristor, ist aber mit einem Triac besonders interessant, weil man hier
den vollen Leistungsumfang (beide Halbwellen) steuern kann.

Ein Nachteil bei der Phasenanschnittssteuerung sei hier noch erwähnt: Das ständige Ein-/Ausschalten verursacht
beträchtliche Funkstörungen, weshalb man unbedingt für geeignete Entstörmaßnahmen sorgen muß.

Beim Thyristor hingegen kann man nur eine Halbwelle nutzen (Window2). Während der anderen Halbwelle
sperrt er. Dieses bezeichnet man als Halbwellensteuerung.

Ein Transistor hat stets drei Anschlüße (Basis, Emitter und
Kollektor). Bezeichnet werden diese mit den Buchstaben:
B, E und C.
Will man jedoch die Anschlußreihenfolge wissen, so benötigt

man eine Anschlußtabelle und es gibt derart viele verschiedene
Transistoren mit ebenso vielen verschiedenen Anschlußbelegungen, daß
solche Tabellen ganze Bücher füllen können. Deshalb halten wir uns hier
nicht mit den Anschlußbelegungen der einzelnen Transistoren auf,
sondern kommen lieber zu den Fähigkeiten eines Transistors.

Waren die Einsatzmöglichleiten bei den Dioden schon vielfältig, so sind
sie beim Transistor nahezu unüberschaubar. Man kann diese aber zu zwei
Grundeinsatzmöglichkeiten zusammenfassen:

1. Der Transistor als Verstärker
2. Der Transistor als Schalter

Beim ersten Punkt nutzt man die Fähigkeit des Transistors den Strom zu
steuern. Das geschieht derart, daß man dem Transistor über den
Basisanschluß einen variablen Strom zuführt und dieser (Steuer-)Strom zu
einer proportionalen Änderung des wesentlich stärkeren Kollektorstroms
führt.

Wir wollen uns an dieser Stelle aber dem zweiten Punkt (Transistor als
Schalter) zuwenden. Der Unterschied liegt darin, daß der Transistor bei
dieser Anwendung nur zwei Zustände (leiten oder nicht leiten) annehmen
soll. Beim Verstärkerbetrieb hingegen strebt man eine lineare Verstärkung
des Eingangsstroms an. Es gibt also unendlich viele Zwischenstufen.

Wenn wir an einen Schalter denken, stellen wir uns immer einen idealen
Schalter vor. Ein idealer Schalter hat nur zwei Zustände: Ein und Aus
oder anders ausgedrückt: Strom leiten und Strom unterbrochen. Nun, das
kann ein Transistor nicht. Jedenfalls nicht so ganz, denn im
durchgeschalteten Zustand fällt an dem Transistor eine (Durchlaß-)
Spannung ab und im gesperrten Zustand fließt noch ein (geringer)
Reststrom. Ein "idealer" Schalter ist der Transistor also nicht. Er erfüllt aber dennoch seine Aufgabe recht
gut.

Dazu sehen wir uns einmal das folgende Schaltbild an:

In dieser Schaltung wird der Stromfluß aufgeteilt. Zum einen fließt ein Strom vom Pluspol über den
Widerstand, den Schalter und die Basis-/Emitterstrecke zum Minuspol der Batterie und zum anderen
fließt ein Strom vom Pluspol über die Glühlampe und die Kollektor-/Emitterstrecke zum Minuspol. Beide
Ströme fließen aber nur, wenn der Schalter geschlossen ist.

Den Reststrom, der (bei gesperrtem Transistor) vom Kollektor zum Emitter fließt, können wir in dieser
Schaltung vernachlässigen, weil er so gering ist, daß er die Glühlampe nicht zum Leuchten bringen kann.
Auch der Spannungsabfall im durchgeschalteten Betrieb des Transistors spielt keine große Rolle, weil
dadurch die Glühlampe nur unwesentlich dunkler leuchtet.

Der Widerstand in der Schaltung dient zur Steuerung des Basisstroms und somit auch des
Kollektorstroms. Wie groß dieser Widerstand sein muß, das hängt von dem verwendeten Transistor und
von der Glühlampe ab.
Transistoren besitzen je nach Typ unterschiedliche Stromverstärkungsfaktoren (mit B oder ß = beta
bezeichnet). Die Höhe des Stromverstärkungsfaktors kann man Transistor-Datenbüchern entnehmen.

Nehmen wir mal als Beispiel den "BC140/16". Dabei handelt es sich um einen Kleinleistungstransistor
mit einem Stromverstärkungsfaktor von 100-250. Diese Angabe sagt uns, daß der Basisstrom (Ibe) 100-
250 mal kleiner als der Kollektorstrom (Ice) sein darf. Dieser Transistor kann außerdem einen maximalen
Strom von 1 Ampere schalten und hat eine max. Verlustleistung von 3.7 Watt.
Ergänzen wir nun auch noch die anderen Bauteile in unserer Schaltung: Als Spannungsquelle dient uns
eine 4.5 Volt Batterie und die Glühlampe hat folgende Daten: 3.7 Volt/0.3 Ampere (300mA).

Wir wählen hier eine Glühlampe mit 3.7 Volt, weil an der Kollektor-/Emitterstrecke des Transistors eine
Spannung (Uce) von 0.7 Volt abfällt. Diese müssen wir von der Gesamtspannung abziehen und erhalten
so die Spannung für die Glühlampe.

Anhand dieser Angaben können wir nun den Wert des Widerstands berechnen. Der Kollektor-/
Emitterstrom (Ice) beträgt 0.3 Ampere (Strom der Glühlampe). Wenn wir diesen Strom durch den
Verstärkungsfaktor (=100) des Transistors teilen, dann erhalten wir 0.003 Ampere (3mA). Dieser Strom
muss von der Basis zum Emitter (Ibe) fließen, damit der Kollektor-/Emitterstrom (Ice) 0.3 Ampere
(300mA) beträgt.

Dazu sehen wir uns einmal das folgende Schaltbild an:

Außerdem benötigt ein Transistor zum Durchschalten eine Basis-/Emitterspannung (Ube) von etwa 0.7
Volt.

Was suchen wir? Genau, den Wert des Basiswiderstandes. Und welche Formel wird uns jetzt wieder
einmal begegnen? Ja, richtig. Das

Ohmsche Gesetz

Wir wissen die Spannung (4.5 Volt) und kennen den Strom (0.003 Ampere). Was uns fehlt ist der
Widerstand. Also:

Wir müssen allerdings von der Gesamtspannung noch die Basis-/Emitterspannung abziehen, denn die
fällt schon am Transistor ab.

Ein Blick in die Normreihentabelle (E12) sagt uns, daß wir einen 1200 Ohm (1.2KOhm) Widerstand
benötigen (Toleranz = 5%).

Bei derart geringen Strömen (3mA) braucht man sich eigentlich keine Gedanken über die Verlustleistung
machen. Wir wollen sie aber dennoch einmal berechnen (zur Übung).

Die Leistungsformel:

Das sind nur rund 11 mW. Ein 1/10-Watt-Widerstand reicht demzufolge schon aus.

Vermutlich raucht euch jetzt der Kopf, wegen der vielen Bezeichnungen von Spannungen und Strömen
am und um den Transistor. Deshalb noch eine kurze Zusammenfassung:

= Kollektor-/Emitterspannung

Die Spannung, die im durchgeschalteten Transistor an der Kollektor-/Emitterstrecke abfällt
(beträgt etwa 0.7V).

= Basis-/Emitterspannung

Die Spannung, die zwischen Basis und Emitter vorhanden sein muß, damit der Transistor
durchschaltet (ebenfalls etwa 0.7V).

= Kollektor-/Emitterstrom

Der Strom, der als Laststrom durch den Transistor fließt (abhängig vom Steuerstrom (I

)).

= Basis-/Emitterstrom

Der Strom, der von der Basis zum Emitter fließen muß, damit der, um den Verstärkungsfaktor
größere, Laststrom (I

) fließen kann.

Verschwiegen habe ich euch bisher noch, was es mit den zwei verschiedenen Schaltzeichen und den
beiden Bezeichnungen (NPN + PNP) auf sich hat. Das möchte ich nun nachholen...

Bei den Transistoren gibt es zwei verschiedene Grundtypen:

NPN-Transistoren benötigen eine positive Basisspannung und

PNP-Transistoren eine negative.

Die Pfeile in den Schaltbildern haben zwei Bedeutungen:

1. Sie kennzeichnen den Emitter. Das heißt also, daß der Anschluß mit dem Pfeil jeweils den Emitter

darstellt.

2. Sie zeigen die Stromflußrichtung an. Ausgehend von der technischen Stromrichtung (Plus =>

Minus) fließt der Strom in die Richtung, die der Pfeil anzeigt.

Es gibt diese beiden verschiedenen Typen, damit man die freie Wahl hat mit welchen Spannungspotential
man den Transistor ansteuern möchte. Das kann sehr wichtig sein, wenn z.B. ein vorgeschalteter Baustein
nur positive Signale ausgibt, dann kann man mit einem PNP-Transistor nichts anfangen, da dieser ja mit
negativen Signalen angesteuert werden muss.

Dieses Bauteil ist viel mehr als nur ein Bauteil. Vielmehr beinhaltet es im Inneren eine
Reihe von Bauteilen und fällt somit in die Kategorie der ICs (Integrated Circuits). Dennoch
besitzt es nur drei Anschlußbeinchen, was uns das Handling enorm vereinfacht.

Mit diesem Spannungsregler und einer
Handvoll externer Bauteile ist es uns
möglich, aus einer unstabilisierten
Eingangsspannung eine stabile
Ausgangsspannung zu erzeugen die
zugleich auch noch gegen Überlast
geschützt ist. Und nicht nur das, wir
können auch noch die Ausgangsspannung
dadurch variieren, daß es verschiedene Versionen dieser Spannungsregler zu kaufen gibt.

So existieren von der 78xx-Reihe eine ganze Menge verschiedener Spannungstypen (xx= 05, 06, 08, 09,
10, 12, 15, 18 und 24 Volt), die alle einen Strom von 1 Ampere liefern können.

Als Varianten gibt es noch:

●

Die LowCost-Version, die lediglich einen Strom von 100 mA liefern kann und mit einem "L"
zwischen der "78" und dem Spannungswert gekennzeichnet wird (z.B.: 78L05).

●

Die Version mit höherem Strombereich (bis max. 2 Ampere), die mit einem "S" gekennzeichnet
wird (z.B.: 78S05).

●

Und schließlich diese ganzen Typen noch als negative Version, die zum Stabilisieren von
negativen Spannungen benötigt werden. Als besonderes Kennzeichen dient hier die "79" statt der
"78" (z.B.: 79L05, 7905, 79S05).

Wie einfach sich der Einsatz dieses Bauteils gestaltet, könnt ihr euch anhand des obigen Bildes wohl
denken. Unstabilisierte Spannung (Plus) an den Eingang, Masse an den mittleren Anschluß und am
Ausgang steht die stabile Spannung (Plus) zur Verfügung.

Eines muß man beim Einsatz eines solchen Spannungsregler-ICs allerdings beachten. Die
Eingangsspannung muß ca. 3 Volt größer sein als die Ausgangsspannung. Zumindest ist das bei diesen
Standardtypen der 78er- und 79er-Reihe der Fall. Es gibt zwar auch Spezialtypen, bei denen der
Spannungsunterschied deutlich kleiner sein darf, aber auf die möchte ich an dieser Stelle nicht näher
eingehen. Sie sind meist auch deutlich teurer.

Wenn von einem Widerstand die Rede ist, dann wird meistens der Festwiderstand gemeint
sein. "Fest" deshalb, weil er, innerhalb seiner Toleranzgrenze, einen festen Widerstandswert
besitzt.

Da ein Widerstand sehr universell einsetzbar ist, kommt dieses Bauteil in (fast) jeder elektronischen
Schaltung vor. Und je nachdem, was an dem Widerstand für Leistung abfällt, gibt es ihn in
unterschiedlichen Bauformen und Leistungsbereichen. Das geht los bei 1/10 Watt und geht bis zu
mehreren Watt Leistung. Im gleichen Maß wie die Verlustleistung steigt allerdings auch der Preis dieses
Bauteils.

Auf dem obigen Bild seht ihr sechs Widerstände mit jeweils 1kOhm. Sie unterscheiden sich nur in der
zulässigen Verlustleistung. Von oben nach unten sind das 11 Watt, 5 Watt, 4 Watt, 1 Watt, 0.25 Watt und
1/10 Watt. Das Zehnpfennigstück verdeutlicht wieder die Größenverhältnisse. Beim zweiten Widerstand
von unten handelt es sich um den Standardtypen. Dieser wird am meisten eingesetzt und ist demzufolge
preislich am günstigsten.

Bei der Wahl des richtigen Widerstandes spielen mehrere Faktoren eine Rolle:

der Widerstandswert (in Ohm)

Zur Kennzeichnung des Widerstandswertes und der Toleranz werden, bei den kleineren
Bauformen, Farbringe auf dem Widerstand angebracht. Damit wir die verschiedenen Widerstände
auch unterscheiden können, benötigen wir eine

Farbringdekodierung

Bei den Widerstandswerten gibt es sogenannte

Normreihen

, aus denen man sich den Wert

heraussucht, der dem berechneten am nächsten kommt.

die Toleranz (in Prozent)

Die Toleranz der Widerstände spielt in den meisten Schaltungen keine so große Rolle, weshalb
man zu den günstigen 5% Kohleschicht-Widerständen greift. Erst wenn eine Schaltung darauf
angewiesen ist, daß der Widerstandswert auch wirklich den berechneten Wert besitzen muß, greift
man zu 1% Metallschicht-Widerständen oder, bei Meßgeräten, sogar zu noch genaueren Werten
(0.05%). Sollte ich in einer Schaltung nicht extra auf eine bestimmte Toleranz hinweisen, dann
handelt es sich um den Standard-Typ (5% Toleranz).

die max. Verlustleistung (in Watt)

Die maximale Verlustleistung gibt eine Grenze vor, bis zu der ein Widerstand belastet werden
darf. Überschreitet man diese Grenze kann das zur Zerstörung des Bauteils führen. Die Leistung,
die ein Widerstand aufweisen muß, um in einer Schaltung einwandfrei zu funktionieren, müssen
wir in jedem Einzelfall berechnen.
Diese Berechnung basiert auf der

Leistungsformel

(P=U*I). Nehmen wir an, in einem gedachten

Stromkreis soll ein Strom von 0.125 Ampere (125mA) fließen und an dem Widerstand soll ein
Spannung von 7 Volt abfallen (Widerstandswert: 56 Ohm). Das ergibt dann eine Verlustleistung
von 0.875 Watt (875mW). Wir müssen uns also für einen Widerstand mit 1 Watt Belastbarkeit
entscheiden. Ein einfacher Standardwiderstand (250mW) würde in solch einer Schaltung in Rauch
aufgehen. Die Widerstandsbahn würde durchschmoren.

Bei einem Potentiometer (kurz: Poti) handelt es sich auch um einen Widerstand. Mit dem
entscheidenen Unterschied, daß man den Widerstandswert beliebig verändern kann.
Ein Poti besitzt in der Regel drei Anschlüsse. Zwischen den beiden äußeren Anschlüssen
gibt es eine Widerstandsbahn, die von einem Ende zum anderen den aufgedruckten

Widerstandswert aufweist. Der mittlere Anschluß ist mit einem Schleifer verbunden, der auf dieser Bahn
aufsetzt und durch den Dreh- bzw. Schiebe-Regler verändert wird. So kann man am mittleren Anschluß
einen, durch die Drehbewegung, veränderten Widerstandswert abgreifen.

Auf dem Bild seht ihr verschiedene Potis. Ganz oben ein normales Poti, darunter ein sogenanntes Stereo-
Poti (zwei Potis hintereinander) und ganz unten ein Schiebe-Poti, wie es beispielsweise in Mischpulten
eingesetzt wird.

Das Trimm-Potentiometer (kurz: Trimmer) ist eigentlich auch nur ein
Potentiometer. Das heißt: es ist genauso aufgebaut, es verhält sich
genauso und es hat ebenfalls drei Anschlüsse. Das einzige was anders
ist, ist die fehlende Achse.

Rechts auf dem Bild sehen wir die zwei unterschiedlichen Bauweisen. Oben die
stehende und unten die liegende Ausführung. Je nachdem wie man die Platine, auf
der der Trimmer gelötet wird, im Gehäuse befestigt, kommt die eine oder die andere
Version zum Einsatz.

Nun werdet ihr euch vielleicht fragen, warum einen Trimmer, wenn es doch auch
Potis gibt?

Zum einen sind die Einsatzbereiche der beiden Bauteile anders. Trimmer dienen zum
einmaligen oder wenigstens seltenen Verstellen des Widerstandswertes
(beispielsweise beim Abgleichen eines Meßgerätes). Potis hingegen sind für häufige
Dreh- bzw. Schiebebewegungen ausgelegt, wie das beispielsweise beim
Lautstärkeeinsteller eines Verstärkers der Fall ist.

Zum anderen sind Trimmer deutlich preiswerter als Potis. Das hängt wiederum mit den unterschiedlichen
Einsatzbereichen zusammen, denn ein Poti muß sehr gut gegen Staubeindringen geschützt sein, sonst
kommt es zu Widerstandssprüngen und das hört man dann im Verstärker als "knacken". Auch
die mechanische Befestigung spielt eine Rolle. Während der Trimmer sich im Inneren des Gerätes
befindet, wird das Poti an der Gehäusewand befestigt und ist somit auch größeren mechanischen Kräften
ausgesetzt. All das schlägt sich dann auf den Preis nieder.

Trotzdem gibt es auch Achsen für Trimmer, die man in der Mitte des Bauteils einstecken kann:

Solche Konstruktionen findet man recht häufig in Billig-Geräten. Über die Lebensdauer solcher
Lösungen brauche ich mich wohl nicht weiter auslassen. Man sollte sich nur darüber im Klaren sein, daß
dabei die Lötstellen des Trimmers immer wieder mechanisch beansprucht werden, was zu Ausfällen oder
Fehlfunktionen des Gerätes führen kann.

Beim LDR, oder auch Fotowiderstand genannt, handelt es sich um einen
Widerstand, dessen Widerstandswert sich ändert, sobald Licht auf das
"Fenster" fällt. Dabei wird der Widerstandswert umso geringer, je
größer der Lichteinfall ist.

In dem Bild am rechten Rand seht ihr einen Fotowiderstand, der relativ klein ist von
seiner Bauweise. Bei einer Vergößerung des Bauteils kann man die Widerstandsbahn
im inneren etwas deutlicher erkennen:

Zwischen den beiden Anschlüssen des Bauteils besteht ein bestimmter "Ruhe"-
Widerstandswert, der wiederum abhängig von der Produktion ist. Fotowiderstände
gibt es demzufolge mit sehr unterschiedlichen Werten, die man entweder beim Kauf erfragen oder später
experimentell ermitteln muß (LDR ans Ohmmeter und dann beleuchten/abdunkeln). Allen
Fotowiderständen gemeinsam ist, daß sie relativ langsam auf Helligkeitsunterschiede reagieren. Meist
dauert es einige Sekunden bis sie ihren jeweiligen Widerstandswert erreicht haben.

Deshalb werden sie auch vorwiegend dort eingesetzt, wo langsame Helligkeitsänderungen zu erwarten
sind, beispielsweise als Dämmerungsschalter.

In diesem Kapitel wollen wir gleich zwei Bauteile auf einmal behandeln. Es handelt sich bei
beiden Bauteilen um Widerstände und beide ändern ihren Widerstandswert, wenn sich die
Temperatur des Bauteils verändert.

Beide Bauteile haben auch eine ähnliche Bauform. Trotzdem gibt es einen Unterschied zwischen diesen
beiden Bauteilen.

Der Widerstandswert des PTC-Widerstandes (von Positiver Temperatur Coeffizient) steigt an, wenn die
Temperatur ansteigt. Sinkt die Temperatur sinkt auch der Widerstandswert. Der PTC-Widerstand leitet
den Strom also besser, je kälter er wird, demzufolge spricht man auch vom Kaltleiter.

Genau entgegengesetzt verhält sich der NTC-Widerstand (von Negativer Temperatur Coeffizient). Sein
Widerstandswert sinkt, wenn die Temperatur ansteigt und umgekehrt. Er leitet den Strom besser, je
heißer er wird, weshalb man ihn auch Heißleiter nennt.

Die Einsatzgebiete für PTCs liegen bei der Spannungsstabilisierung oder der Absicherung empfindlicher
Bauteile. Dazu wird das Bauteil mit einem PTC in Reihe geschaltet. Wenn nun die Spannung ansteigt,
steigt auch der Strom durch den PTC an. Der PTC erwärmt sich und sein Widerstandswert steigt. Das
führt dann wieder zu einem verringerten Strom.

Der NTC kommt beispielsweise als Temperaturfühler in Meßgeräten zum Einsatz oder um eine
Temperaturdrift bei Transistorschaltungen zu verhindern.

PTCs und NTCs gibt es mit sehr unterschiedlichen Werten. Der "Ruhe"-Widerstand wird dabei bei einer
Temperatur von 25 Grad Celsius angegeben. Das heißt: Wenn man von einem 1kOhm-NTC spricht,
meint man, daß der NTC bei 25 Grad Celsius einen Widerstandswert von 1kOhm aufweist.

Ein Kondensator dient, vereinfacht gesagt, zur
Speicherung elektrischer Ladung. Er kann für eine
(kurze) Zeit die ihm zugeführte Ladung speichern, um
sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben.

Die Speicherkapazität hängt von der Größe des Kondensators ab
und wird mit der Einheit Farad (F) bezeichnet (benannt nach dem
englischen Physiker Michael Faraday). Da 1 F aber eine sehr große
Kapazität darstellt, werden in der Praxis häufig Teileinheiten
(micro, nano, pico usw.) verwendet.

Der Kondensator besteht aus zwei leitenden Platten, die durch
einen Isolierstoff (Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Im
einfachsten Fall handelt es sich bei dem Dielektrikum um Luft. Die
beiden Platten stehen aber so eng zusammen, daß die elektrischen
Kräfte durch den Isolierstoff hindurch wirken können. Schließt man
an einen Kondensator eine Spannungsquelle an, so wird er
elektrisch aufgeladen. Die eine Seite positiv und die andere negativ.

Diese elektrische Ladung bleibt auch nach Abklemmen der
Spannungsquelle bestehen und zwar so lange bis sich der
Kondensator durch Anschließen eines Widerstandes wieder entladen
kann. Soweit zumindest die Theorie. In der Praxis sieht es so aus,
daß sich der Kondensator nach einer bestimmten Zeit selbst
entladen hat. Das hängt mit dem Dielektrikum zusammen, das einen mehr oder weniger großen
Widerstand darstellt und so einen (Leck-)Stromfluß zwischen den beiden Platten ermöglicht. Dieser Leck-
bzw. Reststrom hängt von der Bauart des Kondensators ab. Als Faustregel gilt, daß Wickel- und
keramische Kondensatoren sehr hohe, Elektrolytkondensatoren hingegen durchweg geringe
Isolationswiderstände besitzen (hoher Widerstand = geringer Leckstrom und umgekehrt).

Auf dem Bild am rechten Rand seht ihr ein paar Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten. Eine
große Bauform spricht dabei entweder für eine große Kapazität oder für eine hohe
Spannungsbelastbarkeit.

Sehr wichtig sind bei einem Kondensator die folgenden Kennwerte:

Die Kapazität

Sie wird als Nennwert auf dem Kondensator angegeben. Dieser Nennwert unterliegt aber einer
Fertigungstoleranz. Der Nennwert bezieht sich außerdem auf eine Temperatur von 20 Grad

Celsius. Die tatsächliche Kapazität ändert sich also je nach Temperatur. Einen einfachen
Kapazitätstest findest Du auf der

Meßgeräte-Seite

Die Spannungsfestigkeit

Je enger der Plattenabstand und je höher die Spannung wird, die an dem Kondensator gelegt wird,
umso schneller kann es passieren, daß der Kondensator durchschlägt. Deshalb gibt man bei jedem
Kondensator zusätzlich noch die max. Spannung an, auf die er dauernd aufgeladen werden darf.
Sie wird für Gleich- und Wechselspannung gesondert angegeben, weil sie bei Wechselspannung
deutlich niedriger ist.

Ein Elektrolytkondensator (kurz: Elko) ist eine besondere Art von Kondensator. Wichtig bei
einem Elko ist, daß man unbedingt auf die richtige Polung achtet. Im Gegensatz zu den
anderen Kondensatoren ist es bei den Elkos nämlich nicht egal, welchen Anschluß man an
Plus und welchen man an Minus anschließt. Ein falscher Anschluß kann zur Zerstörung des

Elkos führen.

Hier auf dem Bild seht ihr einige Elkos. Die unterschiedlichen Baugrößen sind auf die unterschiedliche
Kapazität oder Spannungsfestigkeit zurückzuführen. Es gibt Elkos in zwei verschiedenen Varianten. Zum
einen mit axialen Anschlüssen (die beiden oberen) und zum anderen mit radialen Anschlüssen (die drei
unteren).

Vorsicht! Das Dielektrikum in einem Elko kann stark ätzend und sehr giftig sein. Deshalb auf
keinen Fall einen Elko auseinandernehmen!

Kommen wir nun zum Verhalten eines Elkos, wenn er in einen Stromkreis eingebaut wird.
Sehen wir uns dazu erstmal ein Schaltbild an:

Wenn ein Elko parallel zu einer Spannungsquelle geschaltet wird, so beträgt seine eigene Spannung
zunächst 0 Volt. In diesem Augenblick ist die Differenz zwischen seiner Spannung und der der
Spannungsquelle am größten. Der Kondensator wirkt wie ein Kurzschluß. Es fließt der größtmögliche
Strom - begrenzt nur durch den Innenwiderstand der Spannungsquelle und dem Widerstand der
Zuleitungen. Mit der Zeit (abhängig von der Kapazität des Kondensators) steigt die
Kondensatorspannung an und die Spannungsdifferenz wird immer kleiner. Das aber bedeutet, daß (bei
gleichbleibenden Widerstand und abnehmender Spannungsdifferenz) der Strom ebenfalls abnimmt
(

Ohmsches Gesetz

Hat der Kondensator schließlich die gleiche Spannung wie die Quelle erreicht, so herrscht keine
Spannungsdifferenz mehr; folglich wird auch der Strom gleich Null.

Die Zeit, die zum Aufladen des Kondensators benötigt wird, läßt sich anhand einer Formel berechnen:

t = Zeitkonstante (in Sekunden)
R = Widerstand (in Ohm)
C = Kapazität (in Farad)

Die Zeitkonstante gibt den Zeitabschnitt an, in der die Kondensatorspannung auf etwa zwei Drittel ihres
Höchstwertes angestiegen ist. Die Zeitkurve ist aber nicht linear, sondern folgt einer mathematischen
Gesetzmäßigkeit. Sie steigt anfangs stark an und fällt dann immer mehr ab. Das führt dazu, daß der
Ladestrom theoretisch nie ganz Null wird. Man betrachtet deshalb den Ladevorgang als beendet, wenn
der Wert des Ladestroms auf unter 1% abgesunken ist. Das ist nach etwa 5 Zeitkonstanten (5 * t) der Fall.
Erst dann hat der Kondensator seine höchste Spannung erreicht.

Das Relais ist ein elektromagnetischer Schalter. Im
Inneren des Relais befindet sich eine Spule, die bei
Stromdurchfluß magnetisch wird und auf diese Weise
einen metallischen Anker anzieht. Dieser Anker

wiederum bewegt einen oder mehrere Metallzungen zwischen den
elektrischen Kontakten des Relais. Auf dem Bild am rechten Rand
kann man das beim oberen Relais recht gut erkennen.

Bei Relais gibt es keine einheitliche Bauform. Es gibt sie in
stehender Version (die beiden oberen) oder in liegender Version
(das untere). Es gibt sie mit nur einem Umschaltkontakt, mit zwei
oder noch mehr. Es gibt sie in der Größe, die ihr hier seht, aber es
gibt sie auch noch viel kleiner. Ebenso gibt es sie auch noch in
größer.

Es gibt Relais zum Einlöten (wie die auf dem Bild), es gibt aber
auch Relais mit Schraub- oder Steckanschlüssen. Auch die
Anschlußreihenfolge ist nicht genormt. Jeder Hersteller kocht da
sein eigenes Süppchen. Manchmal druckt der Hersteller die
Anschlußbelegung auf das Relais auf (beim unteren), manchmal
kann man es erkennen (beim oberen) und manchmal kann man es
erraten (beim mittleren). Mir sind aber auch schon Relais
untergekommen, wo nur ein Austesten weitergeholfen hat.

Außerdem muß man bei einem Relais auch wissen, mit welcher
Spannung es angesteuert werden kann und wie groß die
Belastbarkeit der Kontakte ist. Nicht ganz unwichtig ist auch der
Widerstand der Spule, damit man weiß, wie groß der Stromfluß
wird.

Beim Anschluß eines Relais solltet ihr immer auch eine

Diode

einplanen und zwar wird diese Diode in Sperrichtung parallel zum
Relais geschaltet:

Die Spule im Relais erzeugt ein Magnetfeld. Schaltet man nun den Strom ab, so bricht das Magnetfeld in
der Spule zusammen und erzeugt seinerseits einen elektrischen Impuls (die sogenannte
Induktionsspannung) in der Spule. Diese Induktionsspannung hat, gegenüber der vorher anliegenden
Spannung, ein umgekehrtes Vorzeichen. Die Diode liegt für diese Induktionsspannung also in
Flußrichtung, schließt demzufolge diesen Impuls kurz und verhindert damit eine mögliche Zerstörung des
Transistors.

Der Generator ist zwar kein elektronisches Bauteil, ich führe ihn aber dennoch hier mit auf,
weil er zumindest für die Stromversorgung eine Rolle spielt.
Besonders im mobilen Einsatz ist der Generator auch im häuslichen Umfeld anzutreffen.
Man denke nur an den Fahrrad-Dynamo oder die Lichtmaschine im Auto. Aber auch das

Notstromaggregat ist ein solcher Generator. Manch einer wird vielleicht auch einen Windgenerator im
Garten stehen haben. Alle funktionieren mehr oder weniger nach demselben Prinzip.

Zur Erklärung will ich mal den Fahrrad-Dynamo wählen, weil er am einfachsten aufgebaut ist:

Das Rädchen wird durch das Vorderrad des Fahrrades in Drehung versetzt. Das Rädchen sitzt auf einer
Welle an dessen anderem Ende ein Permanent-Magnet (rot=magnetischer Nordpol, blau= magnetischer
Südpol) angebracht ist. Der Magnet ist umhüllt von einer Spule. Durch die Drehung des Rädchens dreht
sich auch der Magnet in der Spule und induziert auf diese Weise eine Wechselspannung in ihr. Diese
Spannung können wir entweder mit einem Messgerät (Oszilloskop) sichtbar machen oder zum Betreiben
von Glühlampen oder anderen elektrischen Geräten benutzen.

In diesem Kapitel werden wir zwei Bauteile kennenlernen und zwar das Mikrofon (links) und den
Lautsprecher (rechts).

Bei einem Mikrofon wird eine Spule auf einer Membran befestigt und in einen Permanentmagneten
getaucht. Wird nun die Membran durch den Luftdruck bewegt, so bewegt sich auch die Spule in dem
Magnetfeld. Dadurch wird wiederum in der Spule eine Spannung induziert. Diese Spannung ist allerdings
sehr gering, weil die Spule (Membran) ja allein durch Geräusche "angetrieben" wird. Für eine weitere
Verarbeitung dieser Signale muß man die induzierten Spannungen noch verstärken (z.B. mittels
Transistoren).

Allerdings arbeiten nicht alle Mikrofone nach diesem Prinzip, es gibt auch Mikrofone auf
Kondensatorbasis. Dort bildet die Membran eine Seite eines Kondensators. Wird nun die Membran
bewegt, so verändert sich die Kondensator-Kapazität. Allerdings ist auch bei diesem Prinzip eine
Verstärkung notwendig.

Beim Lautsprecher wird das Spule/Magnet-Prizip umgedreht. Es wird zwar auch eine Spule auf einer
Membran angebracht und die Spule befindet sich auch in einem Permanentmagneten, aber das Ganze ist
doch um einiges größer. Schließlich soll ja ein großer Luftdruck erzeugt werden.

Der Lautsprecher wird dann mit einer Wechselspannung (z.B. die verstärkte Spannung eines Mikrofons)
angesteuert. Diese Aufgabe übernehmen NF-Verstärker (NF=Niederfrequenz). Durch die
Wechselspannung bewegt sich die Spule in dem Magnetfeld des Permanentmagneten. Mit der Spule
bewegt sich auch die Membran und erzeugt damit den entsprechenden Luftdruck, den wir als Rauschen,
Musik oder Sprache wahrnehmen.

In diesem Kapitel werden wir zwei neue Bauteile kennenlernen und zwar die Spule (links) und den
Transformator (rechts).

Sobald durch einen Draht ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein magnetisches Feld, das den Draht wie
einen Mantel umgibt. Wickelt man diesen Draht beispielsweise auf eine leere Kugelschreiberhülle, eine
Windung neben der anderen, so verstärkt sich das Magnetfeld. Die Stärke des magnetischen Feldes hängt
dabei von den folgenden Faktoren ab:

Die Stromstärke

Je größer der Strom ist, der die Spule durchfließt, umso größer das magnetische Feld.

Die Windungsanzahl

Je mehr Windungen, die Spule aufweist, umso größer das magnetische Feld.

Die Bauform

Je enger die einzelnen Windungen nebeneinanderliegen, umso größer das magnetische Feld.

Das Innere einer Spule

Bei einer Luftspule ist die Feldstärke relativ gering, da Luft kein sehr guter magnetischer Leiter
ist. Wickelt man die Spule hingegen auf einen Eisenkern, so erhöht sich das magnetische Feld um
ein Vielfaches.

Mit einer Spule können wir ein magnetisches Feld erzeugen, indem wir an den Drahtenden der Spule eine
Spannung anlegen und somit einen Stromfluß ermöglichen. Dieses Magnetfeld bildet an den Enden der
Spule einen magnetischen Nord- sowie einen Südpol, genauso wie bei einem Permanentmagneten. Bei
einer Spule können wir das Magnetfeld umkehren, indem wir den Stromfluß durch die Spule umkehren.
Verwenden wir dazu eine Wechselspannung, so geschieht dieser Magnetfeldwechsel bei jedem
Nulldurchgang.

So eine Spule hat aber noch eine interessante Eigenschaft. Bringen wir einen Magneten in die Nähe einer
Spule, so erzeugt das Magnetfeld in der Spule einen elektrischen Impuls. Drehen wir den Magneten,
sodaß sich Nord- und Südpol ständig abwechseln, so erhalten wir in der Spule immer wieder elektrische
Impulse. Könnten wir dieses schnell genug tun, so würden wir eine Wechselspannung erhalten. Dieses
Prinzip wird z.B. bei einem Fahrraddynamo angewendet. Das kleine Rädchen dreht über eine Welle einen
Magneten innerhalb einer Spule und erzeugt so den Strom für die Glühlampen in den Scheinwerfern.

Statt eines Permanentmagneten könnte man aber auch das Magnetfeld einer zweiten Spule benutzen. Wir

haben oben gelernt, daß wir das Magnetfeld einer Spule umkehren können, indem wir den Stromfluß
durch die Spule umkehren und das geschieht bei Wechselspannung sowieso in jedem Nulldurchgang.
Wenn wir nun die eine Spule an eine Wechselspannung anschließen würden und eine zweite Spule in die
Nähe der ersten bringen, so können wir an den Anschlüssen der zweiten Spule eine Wechselspannung
messen.

Die erste Spule hat in der zweiten eine Spannung erzeugt (induziert). Diesen Vorgang bezeichnet man
auch als magnetische Induktion. Sie wird in einem Transformator benutzt, um Spannungen umzuwandeln
(zu transformieren). Indem man die Anzahl der Windungen der beiden Spulen entsprechend anpaßt, kann
man auch höhere Spannungen erzeugen.

Dabei spielen die obigen Faktoren zur magnetischen Feldstärke eine große Rolle, denn durch Verändern
der Werte der einzelnen Faktoren kann man Transformatoren herstellen, die die unterschiedlichsten
Spannungen erzeugen. Dabei werden auch Trafos hergestellt, die sehr viel größer sind und in
sogenannten Umspannwerken die Spannung vom Kraftwerk hoch- und später wieder
heruntertransformieren.

Den Weg, den der Strom vom Kraftwerk bis zur Steckdose zurücklegt, könnt ihr anhand dieses Bildes
verfolgen:

Ein relativ langer Weg und das ist auch der Grund für die hohen Spannungen, denn wie wir bereits
kennengelernt haben, besitzt selbst ein Kabel einen elektrischen Widerstand. An diesem Widerstand fällt
eine Spannung ab, die vom fließenden Strom abhängig ist. Wenn man nun von einer konstanten,
elektrischen Leistung ausgeht, dann verringert sich der Strom, sobald die Spannung erhöht wird.
Demzufolge verringert sich auch der Spannungsabfall an dem Kabel und das hat eine geringere
Verlustleistung zur Folge.

Ein Netztrafo, wie wir ihn in elektronischen Geräten vorfinden, besitzt im allgemeinen (es gibt
Ausnahmen) zwei Spulen, von denen die Spule, die an die Netzspannung angeschlossen wird, als
Primärspule und die andere Spule als Sekundärspule bezeichnet wird. Wichtig ist, daß wir die beiden
Spulen auf keinen Fall vertauschen dürfen, da sie eine unterschiedliche Anzahl an Windungen besitzen.

Beim Anschluss eines Trafos unbedingt auf die richtige Zuordnung der beiden Spulen achten!

Operationsverstärker (Abk.: OPAMPs) gehören zu den integrierten Schaltkreisen (ICs). Von
der Funktion her sind sie Gleichspannungsverstärker mit sehr hoher Verstärkung. Wobei die
Verstärkungsfaktoren, je nach Typ und äußerer Beschaltung, zwischen 30.000 und
1.000.000 liegen.

Aufgrund der kompakten Bauweise besitzen OPAMPs ein deutlich besseres Temperaturverhalten
gegenüber dem Aufbau mit einzelnen Bauteilen. Außerdem sind sie wesentlich preiswerter und nehmen
weniger Platz auf der Platine ein.

Die Einsatzmöglichkeiten von OPAMPs sind sehr vielfältig. Sie dienen als Meß-, Differenz- und
Schaltverstärker, Rechteck-, Treppenspannungs- oder Sinusoszillatoren, Spannungsaddierer,
Niederfrequenzverstärker, Impedanzwandler und einigen anderen mehr. Kurzum: eine Aufgabenvielfalt,
wie bei kaum einem anderen Bauteil.

Der Operationsverstärker (hier als Beispiel ein 741er) besitzt zwei Eingänge (Pin 2 und 3) und einen
Ausgang (Pin 6). Die beiden Eingänge sind mit Plus und Minus gekennzeichnet. Wobei der Minus-
Eingang den invertierenden und der Plus-Eingang den nichtinvertierenden Eingang darstellt. Beim
invertierenden Eingang reagiert das Ausgangssignal mit entgegengesetzter Phasenlage gegenüber dem
Eingangssignal (Spannungsanstieg am Eingang bewirkt ein Rückgang der Spannung am Ausgang). Beim
nichtinvertierenden Eingang hingegen ist das Ausgangssignal phasengleich (ein Spannungsanstieg am
Eingang bewirkt auch ein Ansteigen der Spannung am Ausgang).

An Pin 4 kommt die negative und an Pin 7 die positive Stromversorgung. Die beiden Anschlüsse, die mit
"IO" (Pin 1 und 5) gekennzeichnet sind, dienen zur Eingangskompensation (IO= Input Offset). Pin 8 ist
beim 741er nicht beschaltet (NC= Not connected).

Wenn ich bisher in diesem Kurs von einer Batterie sprach, so machte ich keinen Unterschied zwischen
einer Batterie und einem Akkumulator (kurz: Akku). An dieser Stelle möchte ich aber etwas näher auf die
Unterschiede eingehen und auch die verschiedenen Arten von Akkus erläutern.

Zunächst aber zu den Gemeinsamkeiten. Sowohl eine Batterie als auch ein Akku bestehen aus zwei
Elektroden, die sich in einer Elektrolytflüssigkeit befinden. Die Art der Elektroden sowie die
Elektrolytflüssigkeit variieren dabei je nach Typ.

Bei den Batterien sind Zink und Kohle als Elektroden weit verbreitet. Bei Akkus verwendet man häufig
Nickel und Cadmium oder bei den Batterien (richtiger: Akkus) im Auto: Blei und Kupfer. Bei den
Bleiakkus gibt es auch noch die Bleigelakkus, bei denen die Flüssigkeit von einem Flies aufgesaugt wird
und die Akkus damit lageunabhängig machen.

Mit den genauen chemischen Vorgängen wollen wir uns hier nicht beschäftigen. Nur soviel, daß bei dem
Elektronenfluß die Elektroden chemisch zersetzt werden. Bei Batterien ist diese Zersetzung nicht mehr
rückgängig machbar, womit man sie nach Verbrauch austauschen und entsorgen muß. Bei Akkus
hingegen kann man den Vorgang einige hundert mal vornehmen, wenn man sie zwischendurch wieder
auflädt. Akkus müssen dabei aber pfleglich behandelt werden. Zum einen verringert es ihre Lebensdauer,
wenn man sie tiefentlädt (d.h.: man entlädt sie bis unter die Entladeschlußspannung), zum anderen
schadet es ihnen, wenn man sie zu lange (d.h.: bis über die Ladeschlußspannung) oder mit einem zu
hohen Strom lädt.

Nickel/Cadmium- (kurz: NiCd) und Nickel/Metallhydrid- (kurz: NiMH) Akkus sollen mit einem
konstanten Ladestrom geladen werden. Blei- bzw. Bleigelakkus (kurz: PB) hingegen werden mit einer
konstanten Spannung geladen.

Bleiben wir noch einen Moment bei den Spannungen. Handelsübliche Batterien sind meist Einzelzellen
mit einer Spannung von 1.5 Volt. Durch Reihenschaltung einzelner Zellen kann man auch Batterien mit
höheren Spannungen realisieren, wie das beispielsweise bei der 9 Volt Blockbatterie der Fall ist.

Baugleiche NiCd- bzw. NiMH-Akkus besitzen eine etwas geringere Spannung von ca. 1.2 Volt pro
Einzelzelle, was in den meisten Fällen aber vernachlässigbar ist. Bei den Bleiakkus hingegen besitzt jede
Zelle eine Spannung von 2 Volt (ein Autoakku enthält demnach 6 Einzelzellen).

Aber gehen wir die Spezifikationen der Akkus mal der Reihe nach durch:

Nickel/Cadmium (NiCd)

Nennspannung:

ca. 1.2 Volt

Ladeschlußspannung:

ca. 1.65 Volt

Entladeschlußspannung: ca. 0.95 Volt

Standard-Ladeart: 14 Stunden mit einem Konstantstrom von einem Zehntel der Nennkapazität

(Beispiel: bei einem Akku mit 500mAh (Milliamperestunden): 14 Stunden
mit 50mA.

Vorteile:

preisgünstig, etwas geringere Selbstentladung als NiMH-Akkus, geringerer
Innenwiderstand, daher höherer Spitzenstrom möglich.

Nachteile:

bei ständiger Nachladung vor der Entladeschlußspannung tritt ein
Memoryeffekt (nachlassen der Kapazität) auf, enthält Schwermetall:
Cadmium.

Nickel/Metall-Hydrid (NiMH)

Nennspannung:

ca. 1.2 Volt

Ladeschlußspannung:

ca. 1.65 Volt

Entladeschlußspannung: ca. 0.95 Volt

Standard-Ladeart: 14 Stunden mit einem Konstantstrom von einem Zehntel der Nennkapazität

(Beispiel: bei einem Akku mit 500mAh (Milliamperestunden): 14 Stunden
mit 50mA.

Vorteile: geringeres Gewicht als NiCd, kein Memoryeffekt, umweltfreundlich, da kein

Schwermetall verwendet wird.

Nachteile:

höherer Innenwiderstand als NiCd, daher geringerer Spitzenstrom möglich,
relativ hohe Selbstentladung.

Blei und Bleigel (PB)

Nennspannung:

ca. 2 Volt

Ladeschlußspannung:

ca. 2.3 Volt

Entladeschlußspannung: ca. 1.75 Volt

Standard-Ladeart: Ladung mit einer konstanten Spannung von 2.3V/Zelle, wobei der (Anfangs-)

Ladestrom auf ein Zehntel der Nennkapazität beschränkt werden sollte.

Vorteile:

sehr preiswert, einfache Ladung durch Konstantspannung, kein
Memoryeffekt, geringe Selbstentladung.

Nachteile:

hohes Gewicht, Spannung ist lastabhängig, Betrieb nur stehend möglich
(außer Bleigel = lageunabhängig), enthält Schwermetall: Blei.

NiCd- und NiMH-Akkus können auch schnell geladen werden, wenn ein spezielles Ladegerät zur
Verfügung steht. Bei den Bleiakkus sollte eine Schnelladung auf einen Ladestrom von maximal einem
Drittel der Nennkapazität beschränkt werden. Bei einer Schnelladung muß auf jeden Fall die
Ladeschlußspannung und die Temperatur des Akkus überwacht werden.

Alle Akkus sollten Zimmertemperatur (ca. 20-25 Grad Celsius) aufweisen, wenn sie geladen werden, um
Schäden durch Überladung auszuschließen. Eine Lagerung der Akkus (insbesondere bei Bleiakkus) sollte
nur im geladenen Zustand erfolgen.

Unser erstes Projekt wird dieser Dämmerungsschalter sein. Der Aufbau geschieht auf einer
Lochrasterplatine mit Lötstreifen. Dabei handelt es sich um eine Platine die in regelmäßigen (alle
2,54 mm) Abständen durchbohrt wurde. Auf der Unterseite der Platine befinden sich mehrere Streifen
aus dünnen Kupferbahnen (ebenfalls im Abstand von 2,54 mm). Diese stellen dann die elektrische
Verbindung zwischen den Bauteilen her. Die Anschlußdrähte der Bauteile werden also von oben durch
die Bohrungen gesteckt und auf der Unterseite (Kupferbahn) verlötet.

Die Aufgabe der einzelnen Bauteile:

Fangen wir links oben im Schaltplan an. Die Diode D1 hat nur die Aufgabe, den Strom zu sperren, falls
jemand die beiden Anschlußdrähte (plus und minus) verkehrtherum anschließt. Man nennt sie deshalb
scherzeshalber auch "Dummheitsdiode".

Bei dem Bauteil, das mit LDR bezeichnet ist, handelt es sich um einen lichtempfindlichen Widerstand
(Fotowiderstand). Der Widerstandswert dieses Bauteils hängt davon ab, wieviel Licht darauf trifft. Je
mehr Licht umso kleiner der Widerstand.

Der Trimmer P1 ist ein Widerstand, der zusätzlich noch über einen Mittenabgriff verfügt. Das Schaltbild
macht das eigentlich ganz gut deutlich. Zwischen den beiden äußeren Enden besteht der aufgedruckte
Widerstandswert. An dem mittleren Anschluß dagegen hängt der Wert davon ab, wie weit man den
Schleifer in die eine oder andere Richtung dreht. Zusammen mit dem Fotowiderstand und dem
Widerstand R1 sorgt er für die Basisspannung von T1.

Der Widerstand R1 dient als Strombegrenzung falls der Trimmer ganz nach Plus gedreht wird.

Die beiden Transistoren (T1 und T2) und die sechs Widerstände (R2-R7) haben die Aufgabe den

Transistor T3 sehr schnell durchzusteuern. Sie sorgen für eine schnelle Umschaltung, sobald die
Spannung am Eingang (Basis von T1) einen bestimmten Wert überschritten hat. Zusätzlich haben sie die
Aufgabe eine Hysterese zu schaffen. Als Hysterese bezeichnet man den Unterschied zwischen der Ein-
und der Ausschaltspannung. Das hat den Vorteil, daß sich die Spannung am Eingang deutlich verändern
muß, damit der Ausgangstransistor (T3) umschaltet.

Die Diode D2 erhöht etwas die Basis-/Emitterspannung von T3, damit er nicht vorzeitig umschaltet.

Der Widerstand R8 dient als Vorwiderstand für die LED und ist hier für eine Spannung von 12V
ausgelegt.

Aufbau der Schaltung:

Ich habe zusätzlich zum Schaltplan noch einen Bestückungsplan gemalt, der hoffentlich alle Fragen
bezüglich Polarität und Anschlußreihenfolge beantwortet.

Gehen wir trotzdem nochmal alle wichtigen Punkte durch. Bei den beiden Dioden darauf achten, daß der
schwarze Ring (Kathode) an der richtigen Stelle liegt. Beim Fotowiderstand ist die Polung egal. Die Lage
von dem Trimmer P1 sollte anhand des Bestückungsplans klar sein. Bei den Transistoren ist die
Anschlußreihenfolge wie folgt: Wenn man den Transistor mit der Schrift zu sich und die Anschlußdrähte
nach unten hält, dann ist der linke Anschluß der Kollektor, der mittlere die Basis und der rechte der
Emitter. Bei der LED kann man die Anschlußbelegung im Bestückungsplan leicht erkennen, wenn man
sich an das Kapitel über die Leuchtdiode erinnert: Der breitere Anschluß, im Inneren der LED, ist die
Kathode.

Auf die Widerstände will ich noch etwas genauer eingehen:

R1 und R6 = 1k Ohm, Farbringe: braun, schwarz, rot, gold

R2, R3, R5, R7 = 10k Ohm, Farbringe: braun, schwarz, orange, gold

R4 = 47 Ohm, Farbringe: gelb, violett, schwarz, gold

R8 = 560 Ohm, Farbringe: grün, blau, braun, gold

Bitte besonders auf R1 und R6 achten, denn die unterscheiden sich von R2, R3, R5 und R7 nur dadurch,
daß ihre dritten Ringe rot sind anstatt orange und das kann man doch sehr schnell verwechseln. Also
lieber zweimal hinsehen.

Es gibt außerdem noch 2 Drahtbrücken. Die kleinere von den beiden (die unmittelbar neben R4) können
wir theoretisch auch weglassen und einfach eine große Lötstelle (beide Leiterbahnen verbinden) daraus
machen. Aber bitte darauf achten, das keine weiteren Leiterbahnen davon betroffen sind.

Wir müssen aber auch noch 6 Unterbrechungen an den Leiterbahnen vornehmen. Drei davon habe ich, im
Bestückungsplan, rot umrandet. Die anderen drei befinden sich unter den markierten (rote Pfeile)
Bauteilen. Also zwischen den beiden Anschlußdrähten, dieser drei Bauteile, die Leiterbahn unterbrechen.

Einkaufsliste:

●

1 Lochrasterplatine mit Lötstreifen

●

1 Fotowiderstand

●

4 Widerstände (10k Ohm, 1/4 Watt)

●

2 Widerstände (1k Ohm, 1/4 Watt)

●

1 Widerstand (560 Ohm, 1/4 Watt)

●

1 Widerstand (47 Ohm, 1/4 Watt)

●

1 Trimmer (500k Ohm, linear)

●

1 Diode (1N4148)

●

3 Transistoren (BC337)

●

1 LED rot/grün/gelb (egal)

Reihenfolge beim Aufbau:

Wir beginnen mit den flachsten Bauteilen und arbeiten uns zu den immer höheren durch. Das heißt also,
daß zuerst die Drahtbrücken eingelötet werden, dann folgen die beiden Dioden, danach die Widerstände,
anschließend der Trimmer und schließlich die Transistoren, die Leuchtdiode und der Fotowiderstand.

Die Anschlußdrähte der Bauteile sind fast immer zu lang. Wir kürzen sie aber erst, nachdem das Bauteil
eingelötet ist. Das hat den Vorteil, daß die überstehenden Drähte noch einen Teil der, beim Löten

entstehenden, Wärme abführen. Wir gehen also so vor, daß wir ein Bauteil einlöten, die Anschlußdrähte
kürzen und uns dann das nächste Bauteil vornehmen.

Inbetriebnahme:

Nachdem wir die Schaltung soweit zusammengebaut haben, kann der Anschluß an ein Steckernetzteil
erfolgen. Es sollte sich dabei um ein Netzteil mit 9Volt oder 12Volt Ausgang handeln.

Nun können wir die Funktion der Schaltung testen. Dazu verdrehen wir den Trimmer solange, bis die
LED ausgeht. Wenn wir nun den Fotowiderstand mit der Hand abdunkeln, muss die LED leuchten.
Ziehen wir die Hand weg, sollte die LED wieder ausgehen. Test bestanden? Ja? Dann funktioniert er, der
Dämmerungsschalter. :-)

Mit dem Trimmer können wir nun den Grad der Dunkelheit bestimmen, bei dem die LED zu leuchten
anfangen soll.

Eine ziemlich einfache Schaltung, nicht wahr? Das macht aber nichts. Es geht bei diesem Projekt auch
darum, daß ihr erstmal lernt eine Schaltung zusammenzubauen. Wenn das alles gut geklappt hat, dann
habt ihr schon eine Menge gelernt.

Wenn die Schaltung nicht funktioniert:

Bitte sofort von der Stromversorgung trennen und nochmal auf Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen,
falsche Polung und/oder falsche Anschlußbelegung absuchen und gegebenenfalls beheben.

Eventuell können auch "kalte" Lötstellen ein Funktionieren der Schaltung verhindern. Zu erkennen ist so
eine "kalte" Lötstelle an ihrer matten Oberfläche. Wenn also eine Lötstelle nicht schön silbrig glänzend
ist, dann bitte nochmal nachlöten.

Bei dieser Nachbauschaltung geht es nochmal darum, daß ihr noch ein wenig mit dem Lötkolben
"rumbraten" dürft.

Auch bei dieser Schaltung handelt es sich um eine sehr einfache Schaltung. Trotzdem wird sie uns
vielleicht bei einem späteren Projekt noch einmal begegnen bzw. wir können dann diese Schaltung dafür
verwenden.

Die Aufgabe der einzelnen Bauteile:

Was wir hier sehen, ist eine Schaltung, die zwei LEDs abwechselnd ein- und ausschaltet. Solch eine
Schaltung wird auch "astabiler Mulitvibrator" genannt. Astabil deshalb, weil es in dieser Schaltung
keinen stabilen Zustand gibt. Sie schwingt zwischen zwei Zuständen hin und her.

Wozu R1 und R4 da sind, dürfte euch mittlerweile bekannt sein. Sie dienen als Vorwiderstände für die
LEDs.
Berechnung: siehe

Vorwiderstandsberechnung.

Die beiden Widerstände R2 und R3 bestimmen, zusammen mit den beiden (Elektrolyt-) Kondensatoren
C1 und C2, die Ein- bzw. Ausschaltzeit der beiden Transistoren. Diese vier Bauteile bestimmen also die
Schwingungsdauer unserer Wechselblinker-Schaltung.

Gut, beginnen wir ganz von vorn. Wenn wir die Batterie an die Schaltung anschließen, so schaltet einer
der beiden Transistoren durch. Welcher von beiden das ist, hängt von den Bauteiltoleranzen ab. Das kann
man nicht vorhersagen. Nehmen wir an, daß es Transistor T1 ist, der zuerst leitet.
Wenn nun T1 leitet, so erhält die LED1 Strom und leuchtet. Gleichzeitig stellt Kondensator C1 im ersten
Augenblick einen Kurzschluß dar. Somit wird das negative Spannungspotential auf die Basis von T2

gegeben. Bei den Transistoren handelt es sich um NPN-Typen. Sie müssen also ein positives
Spannungspotential erhalten um zu leiten. Folgerung daraus: T2 bleibt gesperrt.

Nun beginnt sich der Kondensator C1 langsam über den Widerstand R2 aufzuladen, so daß nach einiger
Zeit die Spannung an der Basis von T2 auf 0.7V angestiegen ist. In dem Kapitel über die Transistoren
haben wir bereits kennengelernt, daß 0.7V in etwa der Spannung entspricht, die ein Transistor braucht,
um in den leitenden Zustand zu gehen. Wenn also diese Spannung am Kondensator erreicht ist, schaltet
der Transistor T2 durch und läßt die LED2 aufleuchten. Und jetzt passiert das eben schon beschriebene
nochmal, nur auf der anderen Seite. Der Kondensator C2 leitet das negative Spannungspotential auf die
Basis von T1 und bewirkt damit, daß der Transistor T1 sperrt und die LED1 verlischt. Nun beginnt sich
C2 aufzuladen, bis die Spannung einen Wert von 0.7V erreicht. Dann kann T1 wieder durchschalten und
alles beginnt von vorn.

Wie oben schon geschrieben, bestimmen die Widerstände R2 und R3 sowie die Kondensatoren C1 und
C2 die Ein- bzw. Ausschaltzeit. Wollen wir die Zeiten verändern, so müssen wir die Werte dieser
Bauteile verändern. Dazu gibt es die folgende Formel:

T = Schwingungsdauer in Sekunden, t1 = Einschaltzeit von T1 in Sekunden,
t2 = Einschaltzeit von T2 in Sekunden, f = Frequenz in Hertz, R = in Ohm, C = in Farad

Das heißt also für obige Dimensionierung der Bauteile:

Jede LED leuchtet also für etwa 1.5 Sekunden. Sollen die LEDs länger leuchten, so müssen wir die Werte

der Widerstände und/oder der Kondensatoren erhöhen. Verkleinern wir die Werte, so verringern wir auch
die Leuchtdauer.

Beim Experimentieren solltet ihr aber aufpassen, daß die Werte der Widerstände R2 und R3 einen
Mindestwert von 1000 Ohm nicht unterschreiten, damit der Basisstrom für die Transistoren nicht zu
hoch ansteigt.

Einkaufsliste:

●

1 Lochrasterplatine mit Lötstreifen

●

2 Widerstände (470 Ohm, 1/4 Watt)

●

2 Widerstände (4.7k Ohm, 1/4 Watt)

●

2 Elektrolyt-Kondensatoren (470 µF, 16 V)

●

2 Transistoren (BC337)

●

2 Leuchtdioden rot/grün/gelb (egal)

Aufbau der Schaltung:

Zu dieser Schaltung erhaltet ihr keinen Bestückungsplan. Eure Aufgabe besteht nun darin, nur anhand des
Schaltplans und des folgenden kleinen Bildes (Pinbelegung der Transistoren) diese Schaltung
aufzubauen.

Da die Schaltung recht einfach ist und auch nur aus ein paar Bauteilen besteht, sollte das (hoffentlich)
keine zu schwere Aufgabe sein.

Der Aufbau selbst sollte wieder auf einer kleinen Lochrasterplatine erfolgen.

Reihenfolge beim Aufbau:

Wir beginnen wieder mit den niedrigsten Bauteilen. In diesem Falle also den vier Widerständen.
Anschließend löten wir die Transistoren ein, dann die LEDs und schließlich noch die beiden
Kondensatoren.

Bei dieser einfachen Schaltung spielt die Reihenfolge aber noch keine so große Rolle. Ihr könnt das also

auch beliebig variieren.

Damit wir die Batterie (9V-Block) anschließen können, müssen wir noch einen entsprechenden Anschluß
(gibt es fertig zu kaufen) anlöten. Zur Stromversorgung kann dann auch ein handelsübliches
Steckernetzteil Verwendung finden.

Inbetriebnahme:

Nachdem wir die Schaltung soweit zusammengebaut haben, kann der Anschluß an eine Batterie (9V-
Block) oder ein Steckernetzteil erfolgen.

Viel mehr gibt es zur Inbetriebnahme dieser einfachen Schaltung auch nicht zu sagen. Sie sollte dann
einfach funktionieren, sprich: die LEDs sollten abwechselnd aufleuchten.

Wenn die Schaltung nicht funktioniert:

Bitte sofort von der Stromversorgung trennen und nochmal auf Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen,
falsche Polung und/oder falsche Anschlußbelegung absuchen und gegebenenfalls beheben.

Jeder von euch kennt es wohl und einige besitzen sicher auch ein solches. Die Rede ist von einem
Steckernetzteil.

Zumeist irgendwo mitgenommen, weil es doch so preiswert auf einen Kunden wartete. Zu Hause
angekommen, stellt man dann fest, daß das vermeintliche Schnäppchen eher ein Reinfall war, weil die
angegebene Spannung nicht so ganz der tatsächlich vorhandenen entspricht und somit das ein oder andere
Gerät aufraucht. Oder falls man vorsorglich eine geringere Spannung eingestellt hat und man das Teil
dann trotzdem in die Ecke feuert, weil der jetzt stationäre Walkman fürchterlich am Brummen ist.

Na, kommt euch das bekannt vor? Dann habe ich was für euch.

Wir wollen solch ein Steckernetzteil umfunktionieren in ein Gerät, was wir für unsere Schaltungen
benutzen können oder das dann für andere Zwecke zur Verfügung steht.
Dazu seht euch aber bitte vorher unbedingt nochmal die Bauteilseite über den

Spannungsregler

an.

Schaltplan und Erklärung:

Fangen wir mir der Diode D1 an. Die kennt ihr sicher schon, die "Dummheitsdiode". Diesmal aber eine
1N4001, die bis zu 1 Ampere leiten kann.
Der Elektrolyt-Kondensator C1 (1000 µF) dient als Puffer-Elko, um die "Wellen" zu glätten. Vielleicht
erinnert ihr euch noch an die

Gleichrichter-Seite

. Die beiden Kondensatoren C3 und C4 sind kleine

Keramik-Kondensatoren mit jeweils 100 nF und verhindern, daß das IC (7805) anfängt zu schwingen.
Diese beiden Kondensatoren sollten demnach auch so nah wie möglich an das IC gelötet werden. Der
Elektrolyt-Kondensator C2 (100 µF) sorgt nochmal für eine Glättung der Ausgangsspannung. Und der
Widerstand R1 sowie die Diode LED1 dienen als Funktionskontrolle.

Soweit so gut. Kommen wir nun zu der Drahtbrücke DR und den beiden rot markierten Punkten A und B.
Setzen wir die Drahtbrücke ein, so erhalten wir eine Ausgangsspannung von 5 Volt, was ja auch logisch
erscheint, denn wir haben ja einen 7805 als Spannungsregler eingesetzt.

Nun könnte es aber auch sein, daß wir nicht 5 Volt als Ausgangsspannung benötigen, sondern 6, 7, 8, 9
oder 10 Volt. Und genau hier kommt der nebenstehende Trick zum Einsatz. Wenn wir nämlich zwischen
die beiden Punkte (A und B) Dioden einfügen, so erhöhen wir die Ausgangsspannung
um 0,6 bis 0,7 Volt pro Diode. Mit anderen Worten: fügen wir 2 Dioden ein, so
erhalten wir ca. 6,4 Volt. Bei 3 Dioden wären es ca. 7,1 Volt, bei 4 Dioden 7,8 Volt und
so weiter.

Möglich wäre auch der Einsatz von Z-Dioden, die ja auch in unterschiedlichen
Spannungen verfügbar sind. Nur müßt ihr dann darauf achten, daß diese in
Sperrichtung betrieben werden (Kathode nach Punkt A).
Aber warum ist das eigentlich so? Nun, das liegt daran, daß das IC davon ausgeht, daß der mittlere
Anschluß an Masse liegt. Wenn wir nun die Masse etwas positiver machen, so "rechnet" das IC mit
dieser virtuellen Masse und als Folge dessen erhöht sich die Spannung zwischen der echten Masse und
der Plusleitung. Ein kleiner Trick, der gern benutzt wird wenn kein passendes Spannungsregler-IC
verfügbar ist.

Die ganz Findigen unter euch, können ja auch einen Stufenschalter (z.B.: 6-fach) mit mehreren Dioden
bestücken und so zwischen den verschiedenen Spannungen umschalten.

Wobei wir immer beachten müssen, daß die Eingangsspannung stets um ca. 3 Volt größer als die
gewünschte Ausgangsspannung sein muß. Für die meisten Steckernetzteile bedeutet das, daß wir über ca.
10 Volt nicht hinaus kommen können, weil nur ca. 12 Volt zur Verfügung stehen.

Falls ihr aber eine höhere, stabilisierte Spannung benötigt, so müßt ihr auf ein späteres Projekt warten, wo
wir uns mit einem noch universelleren Netzteil beschäftigen wollen. Für die meisten Einsatzbereiche
reicht die vorgestellte Schaltung allerdings aus.

Die Schaltung baut ihr am besten wieder auf ein Stück Lochraster-Platine auf und könnt es anschließend
noch in ein Gehäuse einbauen. Achja, die Anschlußbelegung für das Spannungsregler-IC findet ihr auf
der entsprechenden

Bauteile-Seite

Der Anschluß des Steckernetzteils geschieht am besten folgendermaßen:

●

das Kabel vom Steckernetzteil in der Mitte durchtrennen.

●

die Drähte abisolieren und an die entsprechenden Punkte in der Schaltung anlöten (richtige Polung
beachten).

●

auch beim abgehenden Kabel auf die richtige Polung achten, wenn nicht der Mehrfachstecker ein
umpolen ermöglicht.

●

den Schalter am Steckernetzteil auf ca. 3 Volt über der gewünschten Ausgangsspannung
einstellen.

●

Steckernetzteil in die Steckdose. Jetzt muß die LED leuchten.

●

Als abschließenden Test die Ausgangsspannung nachmessen.

Einkaufsliste:

●

1 Lochrasterplatine mit Lötstreifen

●

1 Spannungsregler-IC (7805)

●

1 Diode (1N4001)

●

1 Elektrolyt-Kondensator (1000 µF, 30 V)

●

1 Elektrolyt-Kondensator (100 µF, 16 V)

●

2 Keramik-Kondensatoren (je 100 nF)

●

1 Widerstand (470 Ohm, 1/4 Watt)

●

1 Leuchtdiode rot/grün/gelb (egal)

●

x Dioden vom Typ 1N4148 (je nach Spannung)

Die übrigen Dinge, wie Aufbau, Inbetriebnahme, etc. kann ich mir inzwischen wohl sparen. Das sollte
doch mittlerweile "ins Blut übergegangen sein". :-)

In diesem Kapitel wollen wie ein Codeschloß bauen. Ganz praktisch, wenn man ein oder mehrere Geräte
nur dann ein- bzw. ausschalten kann, wenn man den entsprechenden Code kennt.

Wobei es bei dieser Schaltung zwei Einschränkungen gibt:

●

Der vierstellige Code sollte keine doppelten Zahlen direkt hintereinander enthalten. (z.B. 4493,
3551 oder ähnliche)

●

Der Code gilt nur fürs Ein- oder Ausschalten, nicht beides möglich. Das heißt, daß bei Eingabe des
Codes das Gerät ein- und beim Drücken einer beliebigen anderen, nicht zum Code gehörigen,
Taste ausgeschaltet wird.

Diese Einschränkungen dienen dazu die Schaltung nicht zu komplex werden zu lassen. Ich denke aber,
daß wir mit diesen Einschränkungen leben können, zumal sie ja nicht so gravierend sind.

Schaltplan und Erklärung:

Fangen wir wieder oben an: Das gestrichelt umrandete Feld soll die Tastatur darstellen. Diese Tastatur
besitzt einen gemeinsamen Anschluß und pro Taste einen extra Anschluß. Auf keinen Fall eine Tastatur
mit Matrix-Codierung verwenden. Die können wir hier nicht brauchen.
An den gemeinsamen Anschluß (rot markiert) kommt die Versorgungsspannung (+12V). Dann müssen
wir uns überlegen, welche Tasten wir für den Code verwenden wollen und diese an die blau markierten
Anschlüsse auf der Gegenseite anschließen (hier sind das die Tasten 2, 5, 7 und 9). Wobei die Anschluß-
Reihenfolge von links nach rechts auch die Eingabe-Reihenfolge ergibt. Alle anderen, jetzt noch übrigen
Anschlüsse (hier grün markiert) müssen auch mit der (grünen) Gegenseite verbunden werden. Das habe
ich hier zugunsten der Übersichtlichkeit weggelassen.

Kommen wir nun zur eigentlichen Schaltung: Wir verwenden hier Thyristoren zum "Speichern" der
Tastatur-Eingaben. Jeder Thyristor schaltet durch sobald die entsprechende Taste gedrückt wird. Dabei
ist die Reihenfolge der Code-Eingabe nicht egal, denn nur der Thyristor ganz links liegt mit seiner
Kathode (über den Relaiskontakt) an Masse. Das heißt, wenn nicht zuerst dieser Thyristor durchschaltet
kann auch keiner der anderen durchschalten.
Wenn nun (in unserem Fall) die Taste 2 gedrückt wird, erhält der Thyristor einen positiven Impuls auf
seinen Gate-Anschluß und schaltet durch. Über den Widerstand "R5" fließt ein geringer (Halte-) Strom,
damit der Thyristor auch im leitenden Zustand bleibt. Erst jetzt hat ein Druck auf die "5" auch ein
Durchschalten von "Th2" zur Folge. Über "R6" wird wieder ein geringer (Halte-)Strom abgeleitet und so
geht das weiter bis schließlich auch "Th4" durchgeschaltet hat und die LED zum Leuchten sowie das
Relais "Rel2" zum Anziehen bewegt.

Wenn eine der anderen, nicht zum Code gehörenen Tasten, gedrückt wird bekommt das Relais "Rel1"
Plus über die gedrückte Taste und schaltet um. Dieses Umschalten des Relais bewirkt gleichzeitig, daß die

Masseleitung zu den Thyristoren unterbrochen wird und damit alle Thyristoren sofort in den Sperrzustand
übergehen (der Haltestrom wird unterschritten). Die LED verlischt und das Relais "Rel2" fällt ab.
Der Umschaltkontakt von Relais "Rel2" kann benutzt werden, um ein Gerät ein-/auszuschalten.

Aber bitte seid sehr vorsichtig, wenn ihr Geräte schalten
wollt, die mit Netzspannung betrieben werden. Eine
Berührung von Netzspannung führenden Teilen kann
tödlich enden. Falls ihr noch zu unsicher seid, so
verzichtet lieber darauf und schaltet nur batteriebetriebene
Geräte bzw. Geräte, die von einem Steckernetzteil
versorgt werden.

Besonderheiten:

●

Aufpassen müßt ihr bei den Widerständen, denn bis auf "R8" unterscheiden sich alle anderen nur
durch den dritten Ring (braun, schwarz, rot/orange/gelb, gold). Also besonders gut hinsehen oder
im Zweifelsfall lieber nachmessen.

●

Das Relais "Rel1" ist ein 12-Volt-Relais mit Umschaltkontakt (wichtig!), während das Relais
"Rel2" ein 9-Volt-Relais mit Umschaltkontakt ist.

●

Bei Relais gibt es leider keine genormten Anschlüsse, sodaß ihr diese selbst herausfinden müßt.
Am besten geht das mit einem Multimeter im Ohm-Meßbereich. Sucht euch zwei Anschlüsse aus
und haltet die beiden Messgeräte-Anschlüsse daran. Wenn jetzt ein Wert von 100...800 Ohm
angezeigt wird, dann habt ihr die beiden Spulenanschlüsse des Relais gefunden. Wenn nicht, müßt
ihr solange andere Kombinationen ausprobieren, bis ihr die richtigen gefunden habt.
Danach müßt ihr noch beim 12-Volt-Relais den Ruhekontakt raussuchen. Dazu geht ihr wieder
genauso vor, nur sucht ihr jetzt nach zwei Anschlüssen zwischen denen ein Widerstand von 0...1
Ohm angezeigt wird. Das ist dann der Ruhekontakt an den auf der einen Seite Masse und auf der
anderen Seite die Kathode von "Th1" angeschlossen wird.

●

Bei den beiden Dioden unbedingt auf die richtige Polung (Kathoden-Ring) achten.

●

Auch bei der LED darauf achten, daß sie richtig herum eingelötet wird.

●

Die Anschlußbelegung der Thyristoren findet ihr rechts oben im Schaltplan.

Einkaufsliste:

●

1 Tastenfeld mit einem gemeinsamen Anschluß (keine Matrix)

●

1 Lochrasterplatine mit Lötstreifen

●

4 Widerstände (100k Ohm, 1/4 Watt)

●

4 Widerstände (10k Ohm, 1/4 Watt)

●

3 Widerstände (1k Ohm, 1/4 Watt)

●

1 Widerstand (470 Ohm, 1/4 Watt)

●

2 Dioden (1N4148)

●

4 Thyristoren (BRX45)

●

1 Relais (12 Volt, 1 Umschaltkontakt)

●

1 Relais (9 Volt, 1 Umschalkontakt, Belastbarkeit des Kontakts je nach einzuschaltenden Gerät)

Abschließend möchte ich noch hinzufügen, daß, gemessen an den bisherigen Schaltungen, diese nicht
ganz so einfach nachzubauen ist.

Eine Notstromversorgung ist überall dort sinnvoll, wo ein Gerät trotz Netzausfall weiterarbeiten soll. Bestes Beispiel ist
eine Alarmanlage. Zum einen soll sie bei einem echten Stromausfall weiterhin funktionieren und zum anderen eventuelle
Manipulationversuche (durchtrennen des Netzkabels) des Einbrechers ohne Funktionsverlust überstehen.

Die Notstromversorgung, die wir hier besprechen wollen setzt dabei aber nicht auf der Primärseite des Netztrafos an, was
einen Wechselrichter und großen Aufwand zur Folge hätte, sondern auf der Sekundärseite, wo wir gut einen Bleiakku
parallelschalten können. Trotzdem ist sie eher etwas für die Geübteren unter euch. Wenn ihr noch zu unsicher seid, versuch

euch lieber an anderen Schaltungen.

Sehen wir uns mal den Schaltplan an:
Sicherung, Trafo, Brückengleichrichter und Elko C1 sind eine Standardschaltung. Der Spannungsregler SR1 (7812)
dagegen ist etwas abweichend beschaltet. Und zwar mit vier zusätzlichen Dioden am mittleren Pin. Diese dienen dazu die
Ausgangsspannung auf etwa 14.8 Volt anzuheben. Diese Ausgangsspannung lädt über D8 und D1 den 12V-Akku. Wenn
man den Spannungsabfall über D8 und D1 abzieht, so liegt am Akku eine Spannung von etwa 13.4 Volt an. Mit dieser
Spannung kann der Bleiakku dauergeladen werden, ohne Schaden zu nehmen. Der Ladestrom wird von dem
Spannungsregler automatisch begrenzt. Bei mehr als 1 Ampere sinkt die Ausgangsspannung des Reglers entsprechend. Da

ist bei einem Bleiakku von mehr als 5Ah ein akzeptabler Wert.

Der Bleiakku sollte einer von den Bleigelakkus sein.

Den Spannungsabfall über D1 nutzen wir noch aus für eine Ladeanzeige, denn wenn durch D1 ein Strom fließt, fällt an ihr
eine Spannung von etwa 0.7 Volt ab, genug um den Transistor T1 durchzuschalten und somit LED 1 aufleuchten zu lassen.

Genauso verhält es sich mit D2, nur in umgekehrter Richtung. Beim Entladen des Akkus fließt der Strom durch D2 und der
Spannungsabfall schaltet T2 durch und läßt LED 2 leuchten. Auf diese Weise haben wir noch eine Lade-/Entladeanzeige
integriert.

LED 3 und der Vorwiderstand R5 dienen lediglich als Einschaltkontrolle und können auch weggelassen werden. Die
Transistoren sind PNP-Transistoren, die auch durch andere Typen ersetzt werden können. Die Widerstände R2 und R3
begrenzen den Basisstrom durch die Transistoren, im Falle eines Kurzschlusses.

Das Relais Rel1 und die Lampe La1 dienen hier als Notstrombeleuchtung. Beim Ausfall der Netzspannung fällt das Relais
ab und schaltet die Lampe ein. An Stelle der Glühlampe kann man auch eine 12 Volt Neonleuchte (gibt's als Autozubehör)
anschließen oder man läßt diesen Teil ganz weg, wenn man ihn nicht benötigt.

Einkaufsliste:

●

D1,D2,D8 = 3 x 1N4001

●

D3,D4,D5,D6,D7 = 5 x 1N4148

●

R1,R4,R5 = 3 x 560R

●

R2,R3 = 2 x 1k

●

LED1,LED2,LED3 = 3 x LEDs (beliebige Farbe)

●

T1,T2 = 2 x BC327 (oder ähnlich)

●

C1 = 1 x 1000µF/35V

●

C2 = 1 x 100µF/16V

●

Bat1 = 1 x 12V/7Ah (oder ähnlich)

●

Tr1 = 1 x 15V/1A

●

Br1 = 1 x B40 C1500/1000

●

SR1 = 1 x 7812

●

F1 = 1 x 100mA (plus Sicherungshalter)

●

Rel1 = 1 x Relais (12V / 1x Ein oder 1x Um)

●

La1 = 1 x Lampe (12V Glühlampe oder 12V Neonleuchte)

Zum Schluß noch ein Hinweis:
Vorsicht! Diese Schaltung wird mit Netzspannung betrieben.
Beim Aufbau bitte sehr sorgfältig vorgehen und die Schaltung
unbedingt in ein Kunststoff-Gehäuse einbauen.

Einkaufsliste:

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Vorwort
Werkzeug
Analog-Elektronik
Digital-Elektronik
Formeln
Bauteile
- Diode
- Z-Diode
- Leuchtdiode
- Thyristor
- Triac
- Transistor
- U-Regler
- Widerstand
- Poti
- Trimmer
- LDR
- NTC / PTC
- Kondensator
- Elko
- Relais
- Generator
- Mikrofon
- Lautsprecher
- Spule
- Trafo
- OPAMP
- Batterie
Schaltungen

elektronik kurs für anfänger 6SECXXKN6IUE4FWMEOCVEWOIQMBYYMTVQQF6AZQ

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