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Praktische Elektronik


Wir lernen logische Schaltungen, Schaltbilder, Versuchsaufbau, erste Bauelemente, Spannung und Strom kennen.


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Praktikum

Digitaltechnik

Schalter und LED

Erster Teil

Inhalt

Zweiter Teil


Schalter und Leuchtdiode - Erster Teil

Wir beginnen mit einer sehr einfachen Schaltung. Sie hat den Vorteil, dass wir uns auf alle Einzelheiten konzentrieren können ohne von zu vielen Details abgelenkt zu werden. Wir werden eine Reihe von Darstellung und Realitäten der Elektronik kennen lernen.

  • Digitaltechnik
  • Logische Schaltung
  • Elektrisches Schaltbild
  • Aufbau auf dem Steckbrett
  • Was wir beachten sollten (Regeln)

Was wir benötigen

Wer ernsthaft an diesem Praktikum teilnehmen will, braucht einige Bauelemente. Sie sind in der Grundausstattung zusammengestellt.

Was wir aufbauen wollen

Wir wollen einen einfachen Taster und eine Leuchtdiode - abgekürzt LED - miteinander verbinden. Wenn der Taster gedrückt wird, soll die LED leuchten.

Logische Schaltung

TasterUndLED_Log1.png
Bild 1: Logische Schaltung mit Taster und LED

Die Logische Schaltung entspricht unserer obigen Aufgabe. Die Elemente Taster und LED wurden durch Symbole ersetzt. Zwischen dem Taster und der LED wurde eine logische Verwindung hergestellt.

Wirkung der Logischen Schaltung

TasterUndLED_Log.png
Bild 2: Wirkung der Schaltung mit Taster und LED

Wenn man den Taster betätigt, leuchtet die LED.

Das ist nicht alles:

  • In der oberen Darstellung sind dem Schalter und der LED eine Null 0 zugeordnet
  • In der unteren eine Eins 1

Diese beiden Werte sind die logischen Werte:

  • Eine 0 bedeutet aus, inaktiv.
  • Eine 1 bedeutet ein, aktiv.

Schaltungen, die nur diese beiden Werte 0 und 1 annehmen können, heißen Digitalschaltungen. Sie sind selbstverständlich nicht so simpel wie die obige Schaltung, aber das Prinzip ist das gleiche. Wir werden uns demnächst weitere Schaltungen ansehen. Zunächst wollen wird diese Schaltung realisieren.

Aufbau auf dem Steckbrett

Wir springen ins kalte Wasser und wollen die obige Schaltung als Versuch aufbauen.

Wir besorgen uns einen Taster und eine LED.

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Bild 3: Der Taster
LED_3mm.png
Bild 4: Die LED

Puhh! In der Logischen Schaltung hatte der Taster einen Anschluss und ebenso die LED. Hier hat der Taster 4 Anschlüsse und die LED 2. Das ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis. Die Logische Schaltung ist ein theoretisches Konstrukt, das einfach zu verstehen ist. Wir hätten es uns hier sparen können, aber wenn wir später digitale Schaltungen aufbauen wollen, müssen wir uns auf das wesentliche beschränken. Die logischen Schaltungen werden uns das Leben sehr erleichtern. Mit ein wenig Erfahrung, Praxis, schaffen wir den Sprung von der logischen Schaltung zum Aufbau leicht. Das lernen wir jetzt.

Es ist jedem klar, wenn wir einen Anschluss des Tasters mit einem der LED verbinden, wird sich nichts tun. Wir brauchen noch Strom. Wir nehmen am besten eine Batterie mit Halter.

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Bild 5: Dieser Batteriehalter für 3 Mignon-Zellen (AA) hat außerdem einen Ein/Ausschalter

Wenn wir es schaffen, die LED mit der Batterie und dem Taster korrekt zu verbinden, würden wir enttäuscht sein: Die LED blitzt kurz auf und dann ist sie offensichtlich defekt. Sie ist durchgebrannt, weil der Strom für die LED zu groß war. Wir müssen den Strom durch die LED begrenzen. Dazu nehmen wir einen Widerstand.

Widerstand1kOhm.png
Bild 6: 1kΩ Widerstände mit 4 und 5 Ringen

Ein Widerstand hat 2 Anschlüsse und ist oft farbig gekennzeichnet. Wir verwenden einen Widerstand mit Farbringen
braun - schwarz - rot - gold oder braun - schwarz - schwarz - braun - braun.
Es ist unser Liebling mit 1 Kilo-Ohm, 1kΩ. Es gibt Widerstände mit 4 oder 5 Ringen. Wir gehen später auf Widerstände ein.

Wir könnten jetzt daran gehen, die Bauteile miteinander zu verbinden. Die Folge ist ein Chaos, durch das wir nach kurzer Zeit nicht mehr durchblicken. Wir fangen gleich systematisch an und bauen die Schaltung auf einem Steckboard auf.

SteckbrettTasterUndLED.png
Bild 7: Steckbrett mit Taster und LED

Das Steckbrett hat viele Kontaktreihen mit jeweils 5 Kontakten mit 2,54mm Abstand. Die Kontakte einer Kontaktreihe sind miteinander verbunden. Wir können die Drähte von Bauteilen unmittelbar in die Kontakte stecken. Für weitere Verbindungen gibt es Drahtbrücken. Unsere Bauteile sind bereits eingesteckt.

Nun zu unserer Schaltung.

Wir verbinden die Bauelemente miteinander. Meistens ist es kein Problem, weil die Bauteile nur zwei Anschlüsse haben. Der Taster hat zwar 4 Beinchen, aber jeweils zwei sind miteinander verbunden. Die verbundenen Beinchen liegen auf dem Bild übereinander.

TasterUndLED-Detail.png
Bild 8: Steckbrett mit Taster und LED verbunden

Die Verbindungen wurden einfach mit Drahtbrücken hergestellt.

Und jetzt kommt der große Augenblick: Wir betätigen den Schalter. Die Hälfte von uns wird enttäuscht sein, weil die LED nicht leuchtet. Die Ursache ist die LED. Sie ist falsch herum eingesteckt. Die LED herausziehen, die Beinchen vertauschen und noch einmal versuchen. Wenn sie jetzt nicht leuchtet, muss der ganze Aufbau überprüft werden: Sind alle Verbindungen wie im Bild angegeben durchgeführt? Ist der Schalter der Batterie eingeschaltet? Sind überhaupt Batterien im Halter?

Wir haben es geschafft und führen ein paar Versuche durch.

1.
Wir vertauschen die Anschlüsse des Widerstand. Was passiert.
2.
Was passiert, wenn wir den Widerstand durch einen mit einer anderen Farbkombination ersetzen
a) rot - rot - braun - gold oder rot - rot - schwarz - schwarz - braun (220Ω)
b) braun - schwarz - orange - gold oder braun - schwarz - schwarz - rot - braun (10kΩ)
3.
Wir vertauschen die Anschlüsse der LED. Was passiert?
4.
Wir vertauschen den roten und schwarzen Anschluss der Batterie. Was passiert?
Widerstand220_100k.png
Bild 9: Vier verschiedene Widerstände mit 4 oder 5 Ringen

Die Farben rot und braun bzw. rot und orange werden leicht verwechselt.

Ergebnis:

  • Offensichtlich ist es bei manchen Bauelementen wichtig, wie herum sie angeschlossen werden. Bei anderen Bauelementen ist die Richtung unerheblich.
  • Bei Dioden und der Batterie ist die Richtung von Bedeutung.
  • Die Anschlüsse von Widerständen und Tastern kann vertauscht werden.
  • Durch Widerstände kann die Helligkeit der LED verändert werden:
  • bei einem 220Ω-Widerstand leuchtet die LED am hellsten und
  • beim 10kΩ-Widerstand ist sie relativ dunkel.

Weitere Versuche

  • Den Widerstand und die LED vertauschen. Was ändert sich?
  • Die Reihenfolge der Bauelemente vertauschen. Was ändert sich?

Praktikum Schalter und Leuchtdiode