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 Darstellungen und Realitäten der Elektronik kennenlernen.
- Digitaltechnik
- Logische Schaltung
- Elektrisches Schaltbild
- Aufbau auf dem Steckboard
- Was wir beachten müssen (Regeln)
Was wir benötigen
Wer ernsthaft an diesem Praktikum teilnehmen will, braucht einige Bauelemente. Sie sind in der Grundausstattung zusammengestellt.
Was wir bauen wollen
Wir wollen einen einfachen Taster und eine Leuchtdiode - abgekürzt LED - miteinander verbinden. Wenn der Taster gedrückt wird, soll die LED aufleuchten.
Logische Schaltung
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 Verknüpfung hergestellt.
Wirkung der Logischen Schaltung
Wenn wir den Taster betätigen, leuchtet die LED auf.
Aber das ist noch 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 logische Werte:
- Eine 0 bedeutet aus, inaktiv oder falsch.
- Eine 1 bedeutet ein, aktiv oder wahr.
Schaltungen, die nur diese beiden Werte 0 und 1 annehmen können, heißen Digitalschaltungen. Sie sind natürlich nicht so einfach wie die obige Schaltung, aber das Prinzip ist das Gleiche. Wir werden uns demnächst mit weiteren Schaltungen beschäftigen. Zuerst wollen wir diese Schaltung bauen.
Es gibt nur die logischen Werte
- 0 für falsch und
- 1 für wahr.
Aufbau auf dem Steckboard
Wir springen ins kalte Wasser und bauen die obige Schaltung als Versuch auf.
Bauelemente
Wir besorgen uns einen Taster und eine LED.
In der logischen Schaltung hatte der Taster einen Anschluss und die LED auch. Hier hat der Taster vier Anschlüsse und die LED zwei. Das ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis. Die logische Schaltung ist ein theoretisches Konstrukt, das leicht zu verstehen ist. Wir hätten hier darauf verzichten 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 etwas Erfahrung und Übung werden wir den Sprung von der logischen Schaltung zum Aufbau leicht schaffen.
Es ist klar, wenn wir einen Anschluss des Tasters mit einem der LED verbinden, passiert nichts. Wir brauchen noch Strom. Am besten nehmen wir eine Batterie mit Halter.
4,5V
Einsteiger sollten nur mit 4,5V arbeiten. Wir können auch eine 4,5V-Block-Batterie verwenden.
- Eine 9V-Block-Batterie ist ungeeignet.
Wenn es uns gelingt, die LED mit der Batterie und dem Taster zu verbinden, sind wir enttäuscht: Die LED leuchtet kurz auf, und dann ist sie offensichtlich defekt. Sie ist durchgebrannt, weil der Strom, der durch die LED fließt, zu hoch ist. Wir müssen den Strom durch die LED begrenzen. Dazu verwenden wir einen Widerstand.
Ein Widerstand hat zwei Anschlüsse und ist oft farblich gekennzeichnet. Es gibt Widerstände mit vier oder fünf Ringen. Wir verwenden einen Widerstand mit den farbigen Ringen:
- braun - schwarz - rot - gold
oder
- braun - schwarz - schwarz - braun - braun.
Es ist unser Favorit mit 1 Kilo-Ohm, 1kΩ. Wir gehen später auf Widerstände ein.
Bauelemente verbinden
Jetzt könnten wir anfangen, die Bauteile miteinander zu verbinden. Das Ergebnis wäre ein Chaos, das wir nach kurzer Zeit nicht mehr durchblicken würden. Wir fangen gleich systematisch an und bauen die Schaltung auf einem Steckboard auf.
Das Steckboard hat viele Kontaktspalten mit jeweils fünf Kontakten im Abstand von 2,54mm. Die fünf übereinander liegenden Kontakte einer Kontaktspalte sind miteinander verbunden. In der Mitte befinden sich zwei Blöcke mit senkrechten Kontaktspalten.
Manche Steckboards haben horizontale Kontaktreihen. Sie befinden sich meistens oberhalb und unterhalb der beiden Blöcke. Alle Kontakte einer horizontalen Kontaktreihe sind miteinander verbunden.
Wir können die Drähte der Bauelemente direkt in die Kontakte stecken. Die LED und der Taster haben Anschlüsse, die in das Raster des Steckboards passen. Die Anschlüsse des Widerstands müssen wir zurechtbiegen. Für weitere Verbindungen gibt es Drahtbrücken. Unsere Bauelemente sind bereits eingesteckt.
Unsere Schaltung.
Wir verbinden die Bauelemente miteinander. Meistens ist das kein Problem, weil die Bauelemente nur zwei Anschlüsse haben. Der Taster hat zwar vier Beinchen, aber jeweils zwei sind miteinander verbunden. Die verbundenen Beinchen liegen auf dem Bild übereinander.
Die Verbindungen wurden einfach mit Drahtbrücken hergestellt.
Und jetzt kommt der große Moment: Wir drücken den Schalter. Die Hälfte von uns wird enttäuscht sein, denn die LED leuchtet nicht. Das liegt an der LED. Sie ist falsch herum eingesteckt. Die LED herausziehen, die Beinchen vertauschen und es noch einmal versuchen. Wenn sie jetzt nicht leuchtet, muss der gesamte Aufbau überprüft werden: Sind alle Verbindungen wie im Bild durchgeführt? Ist der Batterieschalter eingeschaltet? Sind überhaupt Batterien im Halter?
Erste Versuche
Wir haben es geschafft und führen ein paar Versuche durch.
- rot - rot - braun - gold oder rot - rot - schwarz - schwarz - braun (220Ω)
- braun - schwarz - orange - gold oder braun - schwarz - schwarz - rot - braun (10kΩ)
Widerstände
werden mit Farbringen gekennzeichnet.
Es gibt sie mit vier oder fünf Ringen.
Ergebnis:
- Offensichtlich ist es bei manchen Bauelementen wichtig, in welche Richtung sie angeschlossen werden. Bei anderen Bauelementen spielt die Richtung keine Rolle.
- Bei LEDs und der Batterie ist die Richtung wichtig.
- Die Anschlüsse von Widerständen und Tastern können vertauscht werden.
- Mit Widerständen kann die Helligkeit der LED verändert werden:
- mit einem 220Ω-Widerstand leuchtet die LED am hellsten und
- mit einem 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?