../icons/Logo.pngPraktische Elektronik


Wir bauen eine einfache elektronische Sicherung für unsere Versuche.


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Bau einer elektronischen Sicherung


Bau einer elektronischen Sicherung

Attention >

Alternativen

  • Wir springen ins kalte Wasser und beginnen hier mit dem Aufbau einer Schaltung.

Wir haben zwar eine Schaltung mit Schaltbild, aber wir ignorieren die Details der Funktion.

Dafür lernen wir,

  • wie ein Praktiker beim Aufbau vorgeht und
  • wie die Bauelemente aussehen.

Die Funktion der Bauelemente sehen wir uns dann später an.

Wer lieber von der Funktion der Bauelemente ausgehen möchte, beginnt mit

Eine elektronische Sicherung soll Schaltungen und Bauelemente vor Beschädigung schützen.

  • Für diejenigen, die an elektronischen Sicherungen für den täglichen Gebrauch interessiert sind, gibt es kleine Projekte unter Elektronische Sicherungen.

Wir verwenden nur kleine Spannungen von einer 4,5V Batterie oder 5V von einer USB-Powerbank. Diese Spannung ist für die hier verwendeten Bauelemente ungefährlich.

Aber es gibt noch den Strom.

Wenn wir beispielsweise eine LED oder sogar einen Chip falsch anschließen, kann ein zu hoher Strom das Bauteil zerstören. Eine Sicherung würde helfen.

Es gibt einige Bauelemente, die als Sicherung dienen könnten, aber leider lösen sie so spät aus, dass das zu schützende Bauteil schon den Geist aufgegeben hat.

Eine elektronische Sicherung würde helfen. Leider gibt es keine elektronische Sicherung zu kaufen, die für unsere Zwecke geeignet wäre.

  • Leider sind auch die in Labornetzgeräten eingebauten elektronischen Sicherungen für empfindliche Schaltungen nicht geeignet.

Wir bauen sie selbst.

Attention :-)

Für Einsteiger

Diese Anleitung zum Bau einer elektronischen Sicherung richtet sich an Einsteiger mit wenig Erfahrung in Elektronik.

Wer sich nicht traut:

  • Ein befreundeter Elektroniker hilft sicher weiter.
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Grundausstattung

Wir benötigen eine Reihe von Bauelementen.

Diese sind in der Grundausstattung enthalten.

  • Auch hier kann ein befreundeter Elektroniker helfen.
Attention >

Praktische Elektronik

  • Wir gehen ohne viel Theorie von der praktischen Anwendung aus,
  • betrachten die konkreten Bauelemente und
  • setzen die Bauelemente ein.
  • Wir gehen vor wie in der Praxis:
  • Wir bauen die Schaltung Schritt für Schritt auf,
  • testen die Schaltung bei jedem Schritt
  • und haben am Ende ein nützliches, selbstgebautes Gerät.
  • Wir werden Fehler machen und daraus lernen.

Die Sicherung

Die Funktion

Wir bauen eine sehr empfindliche elektronische Sicherung. Sie löst schon bei einem Fünfzigstel Ampere, 20mA aus. Die Sicherungen in unserem Haushalt sind für das Tausendfache (20A) ausgelegt. Elektronik ist sehr genügsam. An unserer elektronischen Sicherung können wir sechs LEDs betreiben. Wenn das nicht reicht, können wir sie auf 50mA für 15 LEDs umschalten. Für fast alle unsere Versuche reichen 20mA oder 50mA.

Unsere elektronische Sicherung soll mit einer LED anzeigen, ob sie ausgelöst hat.

Attention :-)

Keine Angst

Die folgenden Darstellungen (Schaltung und Aufbau) sollen nur zeigen, wie die elektronische Sicherung letztlich aussieht.

Wir werden die Sicherung dann Schritt für Schritt aufbauen.

Wer die Details noch nicht versteht, kann sie trozdem aufbauen und lernt dabei etwas über die Praxis der Elektronik.

Übrigens wird die Schaltung im Praktikum Einfache elektronische Sicherungen wieder aufgegriffen.

Die Schaltung

Doch nun zur Schaltung, dem abstrakten Bauplan der elektronischen Sicherung.

ElektronischeSicherung-einfach-1.png
Bild 1: Schaltung der einfachen elektronischen Sicherung

Die Sicherung hat zwei Eingänge U+ und U- und zwei Ausgänge Si+ und U-. Der Eingang U- und der Ausgang U- sind identisch.

Die LED1 zeigt an, ob die Sicherung ausgelöst hat:

Sie erlischt, wenn die Sicherung ausgelöst hat.

Links ist die Stromversorgung mit drei Batteriezellen dargestellt. Die LED2 zeigt an, dass die Stromversorgung angeschlossen ist.

Der Aufbau

Wir sehen hier, wie die elektronische Sicherung konkret aussieht, wie sie aufgebaut ist.

ElektronischeSicherung-einfach-Aufbau.png
Bild 2: Aufbau der Elektronischen Sicherung

Bild 2 zeigt den Aufbau der elektronischen Sicherung auf einem Steckboard.

Die Bauelemente in der Schaltung in Bild 1 finden wir im konkreten Aufbau in Bild 2 wieder.

Die Anschlüsse U+ und U- sind die Eingänge und Si+ und U- die Ausgänge der Sicherung. Über die Leitungen Bat+ und Bat- wird die Batterie angeschlossen.

Aufbau auf Steckboard

Attention attention

Kein Chaos

  • Wir bauen unsere Schaltungen auf dem Steckboard sauber strukturiert auf.
  • Damit lernen wir, wie Schaltungen später auf Platinen aufgebaut werden.
  • Wir lernen das Erstellen von Layouts von Platinen sozusagen nebenbei.

Zuerst schauen wir uns an, wie wir elektronischen Sicherung aufbauen.

Dazu benötigen wir ein Steckboard und die Bauelemente der Sicherung.

Steckboards

Steckboards eignen sich hervorragend für Versuche in der Elektronik. Wie in Bild 2 werden Bauelemente mit ihren Anschlüssen in Kontakte des Steckboards gesteckt. Verbindungen werden durch Drahtbrücken hergestellt.

Ein Steckboard enthält Gruppen von jeweils fünf Kontakten, die miteinander verbunden sind. In Bild 2 sind immer fünf übereinander liegende Kontakte verbunden. Unten befinden sind 17 Kontakt-Gruppen nebeneinander angeordnet. Alle Kontakte haben einen Abstand von 2,54mm. Das ist der Abstand vieler Bauelemente. Die festen Abstände nennt man Raster.

Das Steckboard in Bild 2 hat zwei Reihen von Kontakt-Gruppen die übereinander liegen. Sie haben einen Abstand von 7,62mm, also 3 x 2,54mm. Dieses Raster finden wir bei vielen Bauelementen.

Ein Steckboard enthält Kontakt-Gruppen mit jeweils fünf Kontakten. Die Kontakte unter jeweils fünf Löchern sind miteinander verbunden. In diese Löcher können die Anschlussdrähte der Bauelemente gesteckt werden.

Bauelemente

Jetzt betrachten wir Bauelemente, die wir für unsere elektronische Sicherung benötigen.

SteckbrettBauelemente.png
Bild 3: Bauelemente

Für unsere elektronische Sicherung benötigen wir nur drei Typen von Bauelementen:

  • Widerstände,
  • Leuchtdioden und
  • Transistoren.
  • Dazu kommen noch Drahtbrücken.
  • Ohne eine Batterie kommt die Elektronik nicht aus.
  • Alle Bauelemente sind mit Anschlussdrähten versehen.
  • Die Anschlussdrähte müssen für das Steckboard vorbereitet werden.
  • Sie werden auf eine Länge von etwa 8mm gekürzt und gegebenenfalls gebogen.

Widerstände

Widerstände haben zwei Anschlüsse. Sie können vertauscht werden. Widerstände haben einen bestimmten Wert. Die Werte der Widerstände sind durch Farbringe kodiert.

Widerstände werden meistens mit Rxx bezeichnet.

In Bild 3 sind links drei Widerstände dargestellt.

Wir verwenden für die elektronische Sicherung nur Widerstände mit 1kΩ, außer R20 mit 33Ω.

1kΩ hat braun-schwarz-schwarz-braun-braun

33Ω hat orange-orange-schwarz-gold-braun

  • Widerstände werden mit langen Anschlussdrähten geliefert. Wir biegen sie um und kürzen sie auf etwa 8mm.

Bild 3 zeigt links zwei Beispiele.

Leuchtdioden

Leuchtdioden haben zwei Anschlussdrähte. Die Anschlüsse dürfen nicht vertauscht werden. Deshalb ist ein Draht länger. Der lange Draht ist die Anode der LED, der kurze Draht ist die Kathode.

Wenn eine LED ins Steckboard gesteckt ist, kann die Anode nicht erkannt werden. In Bild 2 und Bild 3 ist die Anode jeweils mit einem Punkt markiert.

Für unser Steckboard kürzen wir die Anschlüsse der LED auf etwa 8mm. Die Anode lassen wir etwas länger. Der Abstand der Anschlüsse entspricht unserem Raster von 2,54mm.

LEDs haben eigentlich auch einen Werte, die Farbe. Meistens erkennen wir die Farbe an der Farbe des Gehäuses. Aber es gibt auch LEDs mit glasklarem Gehäuse.

LEDs werden meistens mit LEDxx aber auch mit Dxx bezeichnet.

  • Die Anschlüsse der LEDs sollten auf 8mm und 10mm gekürzt werden.
  • Der Draht für die Anode sollte länger sein als der für die Kathode. Siehe Bild 3.

Transistoren

Die Transistoren haben drei Anschlüsse. Die Anschlüsse dürfen nicht vertauscht werden. Die Anschlüsse sind durch die Form des Gehäuses vorgegeben.

Das Gehäuse des Transistors in Bild 3 ist rund mit einer flachen Seite. In Bild 3 sind die Anschlüsse nummeriert und bezeichnet.

Transistoren haben einen Wert oder Typ. Dieser ist meistens auf dem Transistor aufgedruckt. Transistoren müssen mit dem angegebenen Typ verwendet werden.

Die Belegung der Anschlüsse hängt vom Typ des Transistors ab.

Für die elektronische Sicherung benötigen wir zwei BC327.

Die Anschlüsse eines BC327 brauchen nicht gekürzt zu werden. Sie werden etwas auseinander gebogen, damit sie in das 2,54mm Raster des Steckboards passen.

Transistoren werden meistens mit Qxx aber auch mit Txx bezeichnet.

Drahtbrücken

Manche Verbindungen können direkt über eine Kontakt-Gruppe des Steckboard hergestellt werden. Oft müssen jedoch Kontakt-Gruppen miteinander verbunden werden. Dazu eignen sich Drahtbrücken. Das sind isolierte Drähte mit umgebogenen Enden. Drahtbrücken gibt es fertig konfektioniert mit verschiedenen Längen im Rastermaß. Die Längen sind meistens farblich gekennzeichnet.

Drahtbrücken sollten nicht über Bauelemente hinweg verlegt werden. Am besten werden sie nur horizontal und vertikal verlegt. So bleibt der Aufbau übersichtlich.

Batterie

Jede Elektronik braucht eine Stromversorgung. Wir verwenden eine Batterie. Unsere Batterie besteht aus drei Zellen. Sie sind hintereinander, in Reihe geschaltet.

AAA_Batteriehalter.png
Bild 4: Batteriehalter für drei Mignon-Zellen

Jede Zelle und damit auch die Batterie hat zwei Anschlüsse, die mit Plus + und Minus - bezeichnet werden.

  • Die Anschlüsse einer Batterie dürfen nicht vertauscht werden.

Am besten verwenden wir einen Batteriehalter für drei Mignon-Zellen. Der Batteriehalter in Abbildung 4 hat zusätzlich einen Schalter.

rot ist Plus +

schwarz ist Minus -.

Die folgenden Begriffe helfen uns, die Funktion einer Elektronik zu beschreiben. Wir müssen sie an dieser Stelle nicht vollständig verstehen. Im Laufe der Praxis werden wir ihnen immer wieder begegnen und werden sie immer besser verstehen.

Strom

Elektrischer Strom fließt durch elektrische Leitungen und elektronische Bauelemente. Immer wenn Elektrizität etwas bewirken soll, einen Motor antreiben, eine LED zum Leuchten bringen, wird Strom benötigt. In der Elektronik werden oft nur sehr kleine Ströme benötigt. Ein Tausendstel Ampere, 1mA, reicht aus, um eine LED zum Leuchten zu bringen. Ab 20 mA kann eine LED durchbrennen.

Unsere elektronische Sicherung soll Bauelemente vor zu hohen Strömen schützen, vor 20mA oder 50mA.

Spannung

Batterien liefern elektrische Energie. Sie können Ströme liefern. Spannungen treiben Ströme durch Bauelemente. Wir arbeiten mit Spannungen von einigen Volt (V). Eine Batteriezelle hat 1,5V. Wenn wir drei Batteriezellen hintereinander schalten, haben wir 4,5V.

Bauelemente auf dem Steckboard

Rechts im Bild 3 sind ein Widerstand und eine LED eingesteckt und mit einer Drahtbrücke verbunden. Die Batterie ist nur durch die beiden Anschlüsse angedeutet.

Liste der Bauelemente

Für den Aufbau brauchen wir eine Liste der Bauelemente, eine Stückliste.

Bauteil Typ/Wert Stück 4 Farbringe 5 Farbringe
R1, R2 R4 1,0kΩ 3 braun-schwarz-rot-gold braun-schwarz-schwarz-braun-braun
R20 33Ω 1 orange-orange-schwarz-gold orange-orange-schwarz-gold-braun
LED1 3mm, grün 1
LED2 3mm, rot 1
Q1, Q2 BC327 2
  • Die Widerstände sind durch Farbringe gekennzeichnet,
  • mit 4 Ringen und hellgelber Grundfarbe oder
  • mit 5 Ringen und der Grundfarbe hellblau.

Grundausstattung

In der Grundausstattung sind alle benötigten Bauelemente einschließlich Batterie, Steckboard und Drahtbrücken enthalten.

Attention :-)

Elektroniker sind faul

Sie geben die Werte der Bauelemente nicht immer vollständig an.

In der Schaltung in Bild 1 hat

  • R20 den Wert 33Ω
  • R1 den Wert 1k

In der Liste der Bauelemente hat

  • R20 den Wert 33Ω
  • R1 den Wert 1kΩ
  • Jeder Elektroniker weiß, dass Widerstände Werte in Ω (Ohm) haben und spart sich deshalb manchmal das Ω.

Aufbau der elektronischen Sicherung

Nachdem wir die Elemente der Schaltung kennen, beginnen wir mit dem Aufbau.

Dabei gehen wir Schritt für Schritt vor und prüfen nach jedem Schritt, ob der aufgebaute Teil funktioniert. Wir testen die Teilschaltung.

Schrittweise Vorgehensweise

Die schrittweise Vorgehensweise ist eine gute Praxis, die ein Elektroniker immer anwendet:

  • Nur ein Teil der Schaltung wird aufgebaut.
  • Dann wird geprüft, getestet , ob die bis dahin aufgebaute Schaltung korrekt funktioniert.

Dadurch

  • werden Fehler frühzeitig erkannt,
  • ist die Fehlersuche einfach und
  • fatale Fehler werden vermieden.

Ist der Test erfolgreich, wird ein weiterer Teil der Schaltung in Angriff genommen.

Tests

Oft ist es nicht möglich, direkt zu testen, ob sich eine (Teil-) Schaltung korrekt verhält.

Dann ist eine zusätzliche Testschaltung erforderlich.

Schritt 1

Meistens ist es am besten, mit der Stromversorgung zu beginnen.

ElektronischeSicherung-einfach-Stromversorgung.png

Bild 5: Teilschaltung - Stromversorgung

Die Schaltung ist einfach:

Wir haben die drei Zellen der Batterie. An die Batterie ist der Widerstand R4 angeschlossen, gefolgt von der LED2.

  • Eine LED muss immer über einen Widerstand mit der Batterie verbunden werden.
  • Der Pfeil der LED muss auf Minus - zeigen, sonst die LED leuchtet nicht.

Die Anschlüsse der Stromversorgung haben wir mit U+ und U- gekennzeichnet.

Leitungen / Verbindungen werden durch Linien dargestellt.

In einem ● Punkt sind mehrere Leitungen verbunden.

ElektronischeSicherung-einfach-Aufbau-1.png
Bild 6: Aufbau der Teilschaltung - Stromversorgung

Während des Aufbaus oder der Änderung des Aufbaus ist die Stromversorgung/Batterie immer ausgeschaltet.

Vor dem Aufbau schalten wir die Stromversorgung/Batterie aus. Wenn sich kein Schalter an der Batterie befindet, wird eine Leitung der Batterie nicht angeschlossen.

In der Kontakt-Gruppe ganz links wird die Batterie mit dem Minus-Pol angeschlossen und der Widerstand R4 eingesteckt. Die vierte Kontakt-Gruppe ist mit dem Widerstand R4 und der Kathode der LED2 verbunden. Die Anode der LED2 steckt in der fünften Kontakt-Gruppe. Über eine Drahtbrücke wird die Anode der LED2 mit dem Plus-Pol der Batterie Plus verbunden.

Test

Vor dem Einschalten der Stromversorgung, prüfen wir,

  • ob alle Bauelemente und Leitungen korrekt eingebaut sind und
  • keine Anschlüsse vertauscht wurden.

Wenn nun die Stromversorgung eingeschaltet wird, sollte die LED2 leuchten.

Leuchtet die LED nicht,

Kontrollieren wir, ob der lange Draht der LED rechts liegt.

Kontrollieren wir, ob die Anschlüsse der Batterie richtig angeschlossen sind.

Hat der Widerstand die Farbringe braun-schwarz-schwarz-braun-braun?

Dieser Teil des Aufbaus sieht einfach aus. Ist er auch. Aber er ist sehr wichtig, denn eine falsch angeschlossene Stromversorgung kann den Rest der Schaltung gefährden.

Schritt 2

Wir schalten die Stromversorgung aus.

Wir bauen die in Bild 7 dargestellte Teilschaltung auf.

ElektronischeSicherung-einfach-2.png
Bild 7: Teilschaltung mit LED1

Die Schaltung besteht aus vier weiteren Bauelementen. Im Wesentlichen wollen wir die LED1 zum Leuchten bringen.

ElektronischeSicherung-einfach-Aufbau-2.png
Bild 8: Aufbau der Teilschaltung mit LED1

Außerdem benötigen wir noch fünf Drahtbrücken.

Die Verbindung von Batt- zu R2 (im Schaltbild unten) ist blau markiert.

Test

Wir prüfen, ob alle Bauelemente und Leitungen korrekt eingebaut sind und keine Anschlüsse vertauscht wurden.

Wenn wir die Stromversorgung einschalten,

  • LED2 muss leuchten.
  • Wenn LED2 nicht leuchtet, die Stromversorgung sofort ausschalten.
  • LED1 muss leuchten.
  • Wenn LED1 nicht leuchtet:
  • Ist der neue Aufbau korrekt?
  • Ist die LED1 falsch eingebaut?
  • LED1 umdrehen.
  • Haben die Widerstände die korrekten Werte?

Schritt 3

Wir bauen die Sicherung vollständig auf.

Wir schalten die Stromversorgung aus.

Wir bauen den Widerstand R1 und den Transistor Q2 ein.

Wir haben die fertige Schaltung aus Bild 1 und den Aufbau aus Bild 2.

Test

Wir prüfen, ob alle Bauelemente und Leitungen korrekt eingebaut und keine Anschlüsse vertauscht wurden.

Wir testen die Schaltung wie in Schritt 2.

Damit wissen wir noch nicht, ob die elektronische Sicherung funktioniert.

Wir brauchen eine Testschaltung, um die Sicherung zu testen.

Dazu brauchen wir am Ausgang der Sicherung eine Schaltung, die die Sicherung auslöst.

Test

Oft ist die Testschaltung aufwendiger als die zu testende Schaltung selbst. Das ist auch bei unserer elektronischen Sicherung der Fall.

ElektronischeSicherung-einfach-Test-1_s.png
Bild 9: Testschaltung für die elektronische Sicherung

In Bild 9 ist rechts die Stromversorgung und die eigentliche elektronische Sicherung zu sehen.

An die Sicherung sind drei LEDs angeschlossen, die anzeigen, ob und wie die elektronische Sicherung funktioniert.

Ganz rechts befindet die eigentliche Testschaltung. Es können verschiedene Widerstände angeschlossen werden. Auch ein Kurzschluss ist möglich.

Wir benötigen eine Reihe von weiteren Bauelementen.

Bauteil Typ/Wert Stück 4 Farbringe 5 Farbringe
R5 ... R8 1kΩ 4 braun-schwarz-rot-gold braun-schwarz-schwarz-braun-braun
R9 470Ω 1 gelb-violett-braun-gold gelb-violett-braun-schwarz-braun
R10 220Ω 1 rot-rot-braun-gold rot-rot-schwarz-schwarz-braun
LED3 3mm, rot 1
LED4 3mm, gelb 1
LED5 3mm, blau 1
Attention work

Testen

ist die Butter und das Salz der Elektronik.

  • Kein ernsthafter Elektroniker kommt ohne Tests aus.
  • Es sei denn, er steckt vorgefertigte Module zusammen.

Aufbau der Testschaltung

Während des Aufbaus ist die Batterie natürlich ausgeschaltet.

ElektronischeSicherung-einfach-Aufbau-Test-1_s.png
Bild 10: Aufbau der Testschaltung

Bild 10 zeigt den Aufbau der Testschaltung.

Für die Testschaltung wird ein weiteres Steckboard verwendet. Es unterscheidet sich vom ersten durch mehr Kontakt-Gruppen. Außerdem hat es oben und unten je zwei Reihen mit Kontakt-Gruppen. Diese sind mit + und - gekennzeichnet. Alle Kontakt-Gruppen in den Reihen sind miteinander verbunden. Diese Reihen können sehr gut als Leitungen für die Stromversorgung verwendet werden.

Wir verwenden die beiden unteren Reihen und eine obere Reihe.

Die Bauelemente sind nicht beschriftet, da aus dem Zusammenhang zu ersichtlich ist, um welches Bauelement es sich handelt. So ist auch die Anode der LED nicht gekennzeichnet.

Wir benötigen noch die Farbringe der Widerstände.

Wert Ringe
1kΩ braun-schwarz-schwarz-braun-braun
33Ω orange-orange-schwarz-gold-braun
470Ω gelb-violet-schwarz-schwarz-braun
220Ω rot-rot-schwarz-schwarz-braun

Für die Testleitungen TP1 ... TP4 werden einfach Drahtbrücken verwendet. Sie werden gegebenenfalls mit der Reihe Si+ verbunden.

Test

Wir prüfen, ob alle Bauelemente und Leitungen korrekt eingebaut sind und keine Anschlüsse vertauscht wurden.

Beim Einschalten der Versorgungsspannung müssen alle LEDs leuchten.

Wenn LED1 und/oder LED3 bis LED5 nicht leuchten, ist die Testschaltung fehlerhaft.

Die Bauelemente und Leitungen der Testschaltung überprüfen.

Test der Funktion

Bisher haben wir nur mit einfachen Tests überprüft, ob die elektronische Sicherung überhaupt funktioniert. Jetzt prüfen wir genauer, ob sich die Sicherung tatsächlich so verhält, wie wir es erwarten.

Eigentlich haben wir nicht genau festgelegt, wie sich die elektronische Sicherung verhalten soll.

Für eine Prüfung der Schaltung müssten wir das eigentlich tun.

Wir machen es aber umgekehrt. Wir schauen uns an, wie sich die Schaltung in verschiedenen Fällen verhält, und lernen dabei etwas über Elektronik.

Testfälle

Testfälle sind verschiedene wichtige Situationen, die für das Testen einer Schaltung wichtig sind. Die Testfälle bilden sozusagen die wichtigen Eckpfeiler für den Test.

Im Folgenden schließen wir die Testleitungen TP1 ... TP4 in verschiedenen Kombinationen an.

Fall TPx schließen Folge
1 - Alle LEDs leuchten.
2 TP1 Alle LEDs leuchten.
 Keine Änderung.
3 TP1, TP2 Die grüne LED1 wird etwas dunkler.
 Die rote LED3, gelbe LED4 und blaue LED5 leuchten.
4 TP1, TP2, TP3 Die grüne LED1 und die blaue LED5 sind aus.
 Die rote LED3 leuchtet.
 Die gelbe LED4 glimmt.
5 TP2, TP3 Die grüne LED1 ist aus.
 Die rote LED3 leuchtet.
 Die gelbe LED4 und die blaue LED5 glimmen.
6 TP3 Die grüne LED1 ist aus.
 Die rote LED3 leuchtet.
 Die gelbe LED4 und die blaue LED5 leuchten heller.
7 TP4 Die grüne LED1 ist aus.
 Die rote LED3, gelbe LED4 und blaue LED5 sind aus.
8 TP1 Alle LEDs leuchten.
  • Im Fall 3 beginnt die Sicherung zu reagieren.
  • In den Fällen 4 bis 7 löst die Sicherung aus.
  • Der Fall 7 bedeutet einen Kurzschluss.
  • Im Fall 8 ist die Sicherung wieder eingeschaltet.

Verhalten der elektronischen Sicherung

Für uns reicht am Anfang aus, das Verhalten der elektronischen Sicherung zu beobachten.

Wir stellen fest, dass sie auslöst und dann automatisch wieder einschaltet.

Ob sie tatsächlich bei 20 mA auslöst, können wir an dieser Stelle nicht überprüfen,

  • aber wir nehmen es einfach mal an.
  • In den Praktika

werden wir mehr über die Funktion von elektronischen Sicherungen lernen.

Attention pin

Verhalten der elektronischen Sicherung

  • Wenn die Sicherung nicht ausgelöst hat, leuchtet die grüne LED1.
  • Wenn die Sicherung ausgelöst hat, leuchtet die grüne LED1 nicht.
  • Wenn die Sicherung ausgelöst hat, liefert sie noch Strom ab.
  • Wenn die Sicherung stärker belastet wird, reduziert sie die Ausgangsspannung.
  • Dies kann an der Helligkeit der LEDs beobachtet werden.
  • Der Ausgang der Sicherung kann kurzgeschlossen werden.
  • Wenn die Belastung der Sicherung aufgehoben wird, ist sie wieder betriebsbereit.
  • Wenn wir genau hinschauen, stellen wir fest, dass die grüne LED1 nach dem Auslösen der Sicherung noch ein wenig glimmt.
  • Wie können wir dieses Glimmen verhindern?

Elektronische Sicherung für 50mA

Oben wurde bereits eine Sicherung für 50mA erwähnt.

Dazu brauchen wir keine neue Schaltung zu bauen, sondern nur eine ganz einfache Ergänzung.

ElektronischeSicherung-einfach.png
Bild 11: Elektronische Sicherung für 20mA und 50mA

Die Schaltung in Bild 11 entspricht der im rechten Rahmen von Bild 1.

Oberhalb von R20 wurde ein weiterer Widerstand R50 eingefügt. Er kann durch eine Drahtbrücke parallel zu R20 geschaltet werden. Bei geschlossener Drahtbrücke löst die Sicherung bei 50mA aus.

Ist die Drahtbrücke offen, löst die Sicherung bei 20mA aus.

In Bild 11 zeigt eine weitere Änderung:

  • Parallel zu LED1 befindet sich der Widerstand R3.
  • Dieser Widerstand sorgt dafür, dass die LED1 nicht mehr glimmt, wenn die Sicherung ausgelöst hat.
ElektronischeSicherung-einfach-Aufbau-50mA.png
Bild 12: Aufbau der elektronische Sicherung für 20mA und 50mA

Auf dem Steckboard für die erweiterte elektronische Sicherung befindet sich der Widerstand R50 in der 7. Kontakt-Gruppe links neben R20. Er ist über eine neue Drahtbrücke unterhalb der beiden Widerstände mit R20 verbunden.

Das offene Ende zeigt auf die Kontaktgruppe, in die es für 50mA gesteckt werden muss. Darüber befindet sich die gelbe Drahtbrücke I50.

Der Widerstand R3 liegt oberhalb der grünen LED1.

Die Kennzeichnung der Widerstände ist

Widerstand Wert Ringe
R50 22Ω rot-rot-schwarz-gold-braun
R3 10kΩ braun-schwarz-schwarz-rot-braun

Die Sicherung bei 50mA testen

Wir verwenden die gleiche Schaltung wie für 20mA in Bild 9 und Bild 10.

Wir setzen jedoch die Drahtbrücke I50 ein.

Testfälle

Fall TPx schließen Folge
9 - Alle LEDs leuchten.
10 TP1, TP2, TP3 Die grüne LED1 wird etwas dunkler.
 Die rote LED3, gelbe LED4 und blaue LED5 leuchten.
11 TP4 Die grüne LED1 ist aus.
 Die rote LED3, gelbe LED4 und blaue LED5 sind aus.
12 TP1 Alle LEDs leuchten.
  • Im Fall 10 beginnt die Sicherung zu reagieren.
  • Im Fall 11 (Kurzschluss) schaltet die Sicherung aus.
  • Im Fall 12 ist die Sicherung wieder eingeschaltet.

Was ist anders?

Der Fall 10 (TP1, TP2, TP3) entspricht dem Fall 4 bei 20mA. Während bei 20mA die blaue LED aus ist, leuchtet sie bei 50mA. Bei 20mA wird die blaue LED nicht mehr mit Strom versorgt, bei 50mA bekommt sie noch Strom. Die grüne LED zeigt bei 50mA an, dass die Sicherung auszulösen beginnt.

Bei einem Kurzschluss schaltet die Sicherung auch bei 50mA aus.

Wir können noch unsere Maßnahme gegen das Glimmen der LED1 überprüfen:

  • Auch bei Kurzschluss glimmt die grüne LED1 nicht mehr.

Die Sicherung verwenden

  • Die Stromversorgung wird an die oberen Kontaktreihen angeschlossen.
  • die Polarität beachten.
  • An die unteren Kontaktreihen schließen wir unsere Schaltungen an.
  • Wenn wir uns später hier mit der Polarität versehen, hilft uns die Sicherung.
  • Wenn 50mA verwendet werden sollen,
  • beim ersten Test der Schaltung zunächst mit 20mA beginnen und
  • dann die Brücke für 50mA einsetzen.
  • Die elektronische Sicherung schaltet nicht wie eine normale Sicherung komplett ab, sondern begrenzt den Strom.
  • Deshalb leuchtet manchmal eine LED am Ausgang der Sicherung, obwohl diese ausgelöst hat.
  • Dieses ist bei der Fehlersuche hilfreich.

Elektronische Sicherungen

Attention >

Sprung ins kalte Wasser

Einsteiger können sich von neuen Begriffen überfordert fühlen.

Das ist am Anfang immer so.

Die Praktische Elektronik bietet verschiedene Einstiegsmöglichkeiten in die Elektronik.

Am einfachsten ist es, mit dem Praktikum LED Schaltungen zu beginnen.

Wer sich schon etwas mit Elektronik auskennt und verstehen möchte, wie elektronische Sicherungen funktionieren, sollte sich Einfache elektronische Sicherungen ansehen.

Die hier vorgestellte elektronische Sicherung wird uns bei den ersten Versuchen und Schaltungen gute Dienste leisten.

  • Sie kann für Spannungen zwischen 3V und 12V verwendet werden.
  • Sie kann nur Ströme von 20mA und 50mA absichern.
  • Sie hat den Nachteil, dass sie einen Spannungsabfall von bis zu 0,6V haben kann.
  • Für die ersten Praktika stört das nicht.
Attention >

Besser sind

  • Sie ist als kleines Modul aufgebaut, das auf ein Steckboard gesteckt werden kann.
  • Sie kann zwischen 3V und 18V eingesetzt werden,
  • kann Ströme von 25mA bis 500mA absichern,
  • hat einen Spannungsabfall von weniger als 0,1V und
  • reagiert etwa 1000-mal schneller als die elektronische Sicherung von Labornetzgeräten.
  • Wir können sie selbst bauen und
  • sie kosten etwa 5 Euro.