Elektronik für Anfänger - Meine · PDF fileElektronik für Anfänger S. 2...

Elektronik für Anfänger

Teil 1: Analog-Elektronik

von

Gerhard Schmidt

Kastanienallee 20

64289 Darmstadt

Zweite überarbeitete Auflage

Januar 2013

Inhaltsverzeichnis:

0. Alles auf Anfang 1. Eine LED zum Leuchten bringen 2. Eine LED mit einem Transistor schalten 3. Ein Verzögerungsschalter 4. Zwei LEDs mit bistabilem Flipflop 5. Zwei LED zum Blinken bringen 6. Sensor mit Operationsverstärker 7. Piepser mit Timer 5558. NF-Verstärker mit 3869. Spannungsregler mit 78L05

Elektronik für Anfänger S. 2

Einführung

Benötigte BauteileDie benötigten Bauteile können aus dem Laden oder vom Versandhandel bezogen werden. Die für die Grundausstattung nötigen Teile sind:

ZEGTeilebezeichnungen mit Stern sind Reichelt-Artikelbezeichnungen.

Anzahl Artikelbeschreibung ZEG-Bestell-Nr. Einzelpreis Gesamtpreis

1 Experimentierplatine 640/200 4904001130 4,99 4,99

1 Batterieanschlussclip 9V I-Form 4204000361 1,00 1,00

1 Zwillingslitze 5m rot/schwarz 4304003497 2,00 2,00

1 Batterie 9V Zink-Kohle 4204000506 0,80 0,80

1 Digitalmultimeter 4601270001 8,99 8,99

1 Abgreifklemme schwarz 4600920024 1,90 1,90

1 Abgreifklemme rot 4600920023 1,90 1,90

1 Seitenschneider 125 mm 4804000164 2,99 2,99

1 Steckerleiste, 40-polig, gerade *SL 1X40G 2,54 0,15 0,15

Summe 24,72

http://shop.zeg-shop.de/shop/index.asp



Reichelt

Anzahl Artikelbeschreibung Bezeichnung Einzelpreis Gesamtpreis

1 Experimentierplatine 640/200 STECKBOARD 1K2V 4,99 4,99

1 Batterieanschlussclip 9V I-Form CLIP 9V 0,19 0,19

1 Isolierte Litze rot, 10m LITZE RT 0,71 0,71

1 Isolierte Litze schwarz, 10m LITZE SW 0,71 0,71

1 Batterie 9V Zink-Kohle PANASONIC 9-VOLT 1,90 1,90

1 Digitalmultimeter PEAKTECH 1070 9,75 9,75

1 Abgreifklemme schwarz MA 1 SW 1,15 1,15

1 Abgreifklemme rot MA 1 RT 1,15 1,15

1 Seitenschneider 135 mm MAN10701 3,95 3,95

1 Steckerleiste, 40-polig, gerade SL 1X40G 2,54 0,15 0,15

Summe 24,65

Conrad

Anzahl Artikelbeschreibung Artikelnummer Einzelpreis Gesamtpreis

1 Steckplatine EIC-801 526819 - 62 8,93 8,93

1 Batterieanschlussclip 9V I-Form 624691 - 62 0,40 0,40

1 Litze schwarz/rot, 5m 606278 - 62 2,45 2,45

1 Batterie 9V Zink-Kohle 658014 - 62 3,50 3,50

1 Digitalmultimeter VC11 122999 - 62 6,49 6,49

1 Abgreifklemme schwarz 137650 - 62 2,49 2,49

1 Abgreifklemme rot 137642 - 62 2,49 2,49

1 Seitenschneider 135 mm 819972 - 62 5,45 5,45

1 Steckerleiste, 40-polig, gerade 749929 - 62 4,52 4,52

Summe 36,72

Wer alle Bauteile für alle Experimente auf einmal bestellen will, findet die kompletten Listen im Anhang. Diese Listen enthalten alle Bauteile, die für mehrere Experimente benötigt werden, nur einmal.

Das ExperimentierbrettDas Bild zeigt einen Ausschnitt des Breadboards ("Brütbrett"), mit dem die Experimente gemacht werden. Kleine und große Schaltungen können damit zusammengebaut werden.

http://www.conrad.de/

http://www.reichelt.de/




Die grünen Linien zeigen, wie die Löcher intern verbunden sind. Auf den beiden oberen Stromver-sorgungsleitungen sind alle Löcher einer Reihe miteinander verbunden. Die drei vertikalen Linien zeigen, wie die Spalten des Bretts verbunden sind.

Die Verbindungen werden mit bunten Drähten hergestellt, die es in verschiedenen Längen gibt.

Der Batteriestecker

Der Stecker für die Batterie wird aus einer großen Stiftleiste gebastelt. Diese gibt es nur mit ganz vielen Pins.

Von dieser Stiftleiste petzen wir zwei Stifte ab.

An die beiden Pins wird der Batterieclip angelötet. Wer keine Stift-leiste hat oder keine verwenden will, kann an die beiden Enden des Kabels vom Batterieclip auch zwei steife Drahtenden anlöten. Dann ist aber Vorsicht angesagt, um der Batterie keinen Kurzschluss zu ver-ursachen. Die wird dann sehr schnell leer.


Eine LED zum Leuchten bringen

Die Bauteile

Was ist eine LED?

Eine LED ist ein lichtemittierendes Bauelement (dafür steht das L und das E in der Abkürzung LED) und das den Strom nur in einer Richtung durchlässt (sowas bezeichnet man als Diode, das D in LED). Hier ist so eine LED abgebildet.

Sie hat einen 5 mm breiten, rot gefärbten Körper aus Plastik und zwei Anschlussdrähte aus Metall. Weil sie nur in einer Richtung den Strom leitet, ist es nicht egal, wie die beiden Anschlüsse mit einer Stromquelle verbunden werden. Der längere Draht ist die Plusseite, der kürzere die Minusseite. Manchmal wird die Plusseite der Diode auch als Anode, die Minusseite als Kathode bezeichnet. Diese Bezeichnungen stammen aus der uralten Röhrentechnik, sind aber heute noch gebräuchlich.

Hat man die Drähte mit der Petze (Seitenschneider) abgeschnitten, er-kennt man die Kathodenseite an der Abflachung im Ring des Gehäuses.

Es gibt viele Bauformen von LEDs. Gebräuchlich sind auch die kleinen 3 mm breiten runden LEDs. Daneben gibt es auch größere runde, eckige oder flächige Ausführungen.

Die Kennlinie einer LED

Eine LED ist ein eigenartiges Bauelement: ist die Spannung zu niedrig (z. B. nur 1 Volt), dann leuchtet sie gar nicht. Erst ab etwa 1,5 Volt beginnt sie Licht abzugeben. Aber Ob-acht, ist die Spannung über 2 Volt, dann fließt zu viel Strom und die LED geht ka-putt. Also niemals eine LED direkt an die 9V-Batterie an-schließen, sie leuchtet nur ganz kurz sehr hell auf und geht in Bruchteilen von Se-kunden kaputt, weil der Strom aus der Batterie viel zu hoch wäre (praktisch alles

was die Batterie an Strom liefern kann, und jedenfalls viel zu viel für die arme kleine LED).

Das Diagramm zeigt dieses eigenartige Verhalten. Unterhalb von etwa 1,5 Volt fließt überhaupt kein Strom. Wird der Strom gesteigert, dann steigt die Spannung an der LED danach nur noch sehr sanft


an. Bis zu einem Strom von 30 mA sind etwa 2,1 V erreicht.

Der Widerstand

Das Bild zeigt einen Widerstand von 470 Ohm. Ohm wird auch mit dem griechischen Zeichen für das große O, nämlich Ome-ga, Ω, abgekürzt. Wir haben also 470 Ω vor uns.

Die bunten Ringel sind der Code, um welchen Widerstand es sich handelt, da es Hunderte verschiedene Werte davon gibt. Der erste Ring ist gelb, der zweite violett, der dritte schwarz und der vierte ebenfalls schwarz. Ob die Ringfolge von links nach rechts oder von rechts nach links geht, zeigt der Abstand zum Rand: der Ring mit dem geringeren Abstand zum Rand ist der Erste.

Die Farbe der Ringe ist folgendermaßen festgelegt:

• schwarz = 0 • braun = 1 • rot = 2 • orange = 3 • gelb = 4 • grün = 5 • blau = 6 • violett = 7 • grau = 8 • weiß = 9

Die ersten drei Ringe geben die Zahl 470 an (gelb, violett, schwarz). Der vierte Ring bezeichnet die Zahl der anzuhängenden Nullen. Da er schwarz ist, also Null, kommt keine weitere Null hinzu.

Die weiteren Ringe geben an, welchen Temperaturbereich und welche Genauigkeit der Widerstand einhält. Diese Codes brauchen uns hier erst mal nicht interessieren, weil es uns nicht auf Genauig-keit ankommt.

Widerstände gibt es nicht in beliebiger Größe zu kaufen. Die Reihe 1,0 - 1,2 - 1,5 -1,8 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 4,7 - 5,6 - 6,8 - 8,2 - 9,1 heißt E-10-Reihe. Von diesen Sorten gibt es das zehn-, das hun-dert-, das tausendfache, das zehntausendfache und das hunderttausendfache an Widerstand zu kaufen. Der 470-Ohm- Widerstand stammt aus dieser Reihe (4,7 mal 100). Falls die Ringfarben mal abgerubbelt sind oder der Farbenkauder-welsch allzu undurchschaubar ist, kann man den Widerstand auch messen. Wir klemmen die bei-den Prüfspitzen an den Widerstand, schalten das Universalmessgerät ein und stellen es auf Wi-derstandsmessung 2000 Ohm. Dann sollte so was wie im Bild zu sehen sein, ein Wert um die 470 herum.


Die Bauteilliste

ZEG


1 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,10

4 Dioden 1N4148 4404001555 0,10 0,40

1 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,15

Summe 0,65

ReicheltAnzahl Artikelbeschreibung Bezeichnung Einzelpreis Gesamtpreis

1 Widerstand 470 Ohm METALL 470 0,08 0,08

4 Dioden 1N4148 1N4148 0,02 0,08

1 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,06

Summe 0,22

ConradAnzahl Artikelbeschreibung Artikelnummer Einzelpreis Gesamtpreis

1 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,11

4 Dioden 1N4148 162280 - 62 0,04 0,16

1 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,08

Summe 0,35

Die SchaltungElektroniker unterhalten sich überwiegend mit Bildern, die sie Schaltbilder nennen. Zeigt ein Elektroniker einem anderen Elektroniker so ein Schaltbild, weiß der sofort Bescheid. Jedenfalls dann, wenn es so einfach ist wie das hier. Der Elektroniker weiß sofort, dass unsere erste Schaltung aus genau drei Bauteilen besteht, ei-ner Batterie, einem Widerstand und einer Leuchtdiode. Damit der das auch ohne große Beschriftung sieht, haben alle drei Komponen-ten im Schaltbild eine spezifische Form, ge-nannt Symbol. Die Symbole sind genormt, da-her verstehen sich die zwei Elektroniker auch sofort.

Das ist das Schaltbild unserer ersten Schaltung.Das Schaltbild sagt, dass der Pluspol der Batte-








rie mit einem Widerstand verbunden ist, die andere Seite des Widerstands mit der Anode der LED und die Kathode der LED mit dem Minuspol der Batterie.

Damit ist auch schon klar, was der Widerstand so macht: er bremst den Strom durch die LED und lässt nur so viel Strom durch, dass die LED nicht kaputt geht. Er hat 470 Ohm, womit die Elektroni-ker die Größe des Widerstandes beschreiben. Ohm war ein Physiker, der sich mit dem Widerstand verschiedener Drahtsorten befasst hat und nach dem die Widerstandsgröße benannt wurde. Wir kommen gleich noch darauf zurück.

In dieser Schaltung fließen etwa 15 mA Strom durch die LED. Gemäß der obigen Kennlinie der LED hat diese bei 15 mA Strom eine Spannung von etwa 1,9 Volt. Der Rest der Batteriespannung, nämlich 9 minus 1,9, also 7,1 Volt liegen am Widerstand. Würden wir einen größeren Widerstand einbauen, würde der Strom durch die LED niedriger werden, ihre Spannung bliebe aber in etwa gleich hoch.

Aufbau der SchaltungDer Aufbau erfolgt auf unserem Experimentierbrett. Zuerst biegen wir die beiden Drahtenden des Widerstands nach unten und schneiden alles was mehr als 5 mm lang ist mit der Petze ab. Die Drahtstücke heben wir auf, wir brauchen sie bei späteren Experi-menten wieder. Dann stecken wir den Widerstand wie unten ge-zeigt in das Expermentierbrett. Er muss mit einer Seite in der Zeile stecken, die später die Plus-Batteriespannung hat.

Nun stecken wir die LED in das Experimentierboard. Der längere Anschluss kommt in die gleiche Reihe wie der Widerstand nach Plus, der kürzere in die Spalte da-neben.

Nun kommt von der Kathode eine Drahtbrücke zur Minuslei-tung.

Nun wird der Batterieclip mit den beiden Stromversorgungslei-tungen auf dem Brett verbunden. Die rote Drahtseite geht an die Plusschiene, die schwarze nach Minus.

Zuletzt stecken wir die Batterie an den Clip. Nun sollte die LED hell leuchten. Tut sie das nicht, so-fort die Batterie abklemmen, damit nicht noch mehr kaputt geht, und dann den Fehler suchen.

Ausmessen der SchaltungJetzt kann man den Strom durch die LED messen. Dazu klemmen wir eine Seite des Batterieclips von der Batterie ab und klemmen das Messgerät dazwischen. Das schalten wir in den Messbereich Strom auf 20 oder 200 mA. Jetzt zeigt das Messgerät den Strom durch die LED an. Er sollte um die


15 mA liegen.

Zur Messung der LED-Spannung klemmen wir die Batterie wieder an den Clip, schalten das Mess-gerät auf Spannungsmessung in den Messbereich 20 Volt und klemmen die Messklemmen an die LED-Anschlussdrähte an. Jetzt zeigt das Messgerät die Spannung an der LED an. Sie sollte um die 2,0 Volt liegen.

Ein wenig RechnenJetzt brauchen wir einen einfachen Taschenrechner oder das Ding, das in dem Computer als Ta-schenrechner vorhanden ist und so aussieht wie einer. Wir ziehen von der Batteriespannung (9 Volt) die 2 Volt der LED ab und teilen durch 470 Ohm. Das Ergebnis ist 0,0149. Wenn wir nun noch mit 1000 malnehmen, haben wir 14,9. Das ist genau der Strom durch die LED, wie wir ihn gemessen haben, in mA.

Jetzt noch eine Testfrage: Welchen LED-Strom kriegen wir, wenn wir statt des 470 Ω den nächst-niedrigen oder den nächsthöheren Widerstand der E-10-Reihe vor die LED schalten?

Die LED für Wechselstrom umbauenManchmal hat man es nicht mit Gleichspannung wie aus einer Batterie zu tun sondern mit Wechselstrom. Der wechselt 50 mal in der Sekunde seine Polarität. Damit die LED in Sperrrichtung nicht kaputt geht, kommt eine Diode vor die LED. Die Diode sperrt den Strom, wenn er gerade in falscher Richtung fließt.

Die Diode ist sehr klein und trotzdem mit ihrem Namen, 1N4148, beschriftet. Der schwarze Ring auf einer Seite gibt an, welche Seite die Ka-thode ist. Maximal verträgt die-se Diode einen Strom von 100 mA. Es gibt größere Di-oden, die 1 A, 10 A oder einige 100 A vertragen.


Der Umbau ist einfach: die Drahtbrücke zum Minuspol wird durch die Diode ersetzt. Nun können wir die Batterie richtig oder falsch her-um anschließen, die LED geht nicht kaputt. Sie leuchtet halt nur nicht, wenn die Batterie falsch herum angeschlossen ist.

Wenn die Leuchtdiode leuchten soll egal wie herum die Batterie ange-schlossen ist braucht es etwas mehr, nämlich vier Dioden. Sie sorgen da-für, dass der Strom immer richtig herum durch die Diode fließt. Die Anordnung heißt Graetz-Gleichrich-ter, nach seinem Erfinder.

Ist die Minusseite der Stromquelle unten angeschlossen, dann fließt der Strom durch die rechte untere Diode der Brücke, dann durch die LED und über die linke obere Diode zum Pluspol der Stromversorgung.


Ist die Stromrichtung umgekehrt, dann fließt der Strom durch die rechte obere Diode, dann durch die LED und durch die untere lin-ke Diode in die Stromquelle zu-rück.Wie auch immer die Stromquelle gepolt ist, fließt der Strom immer in der gleichen Richtung durch die LED.Dioden wie die 1N4148 haben übrigens in Durchlassrichtung auch eine Spannung, nämlich etwa 0,7 Volt. Bei der Graetz-Methode sind immer zwei Di-oden in Durchlassrichtung, die Batteriespannung erniedrigt sich also um ca. 1,4 V. Der Strom ist

also

I = 1000 * (9V - 2V - 1,4V) / 470 = 11,9 mA

Wenn 0,7 V etwas zu viel ist, nehme man Schottky-Dioden, die haben nur 0,4 V Durchlassspan-nung.

So sieht die Brücke auf dem Experimentierbrett aus.


Transistorschalter

Schaltbild des TransistorschaltersDer Transistor schaltet in dieser Schaltung die LED an oder aus. Dazu ist er am Kollektor in den Stromkreis der LED eingefügt, nur wenn die Kol-lektor-Emitter- Strecke leitend wird, bekommt die LED Strom und leuchtet.Der Trim-mer lässt uns den Strom durch die Basis des Tran-sistors regulieren. Zwischen Basis und Trimmerschleifer ist noch ein Wider-stand mit 47 kΩ

eingebaut, damit die Basis aus dem Trimmer nicht zu viel Strom zieht, falls der Trimmer auf zu hohe Spannung eingestellt ist.

Die Bauteile

Was ist ein Transistor?

Das hier ist ein Transistor vom Typ BC547B. Er hat drei Anschlüsse, von links nach rechts Kollektor, Basis und Emitter. Der Emitter geht an den Minuspol der Batterie, der Kollektor an den Pluspol. Ohne angeschlossene Basis-leitung leitet der Transistor den Strom praktisch nicht. Erst wenn vom Emitter aus durch die Basis ein Strom fließt, beginnt die Emitter-Kollektorstrecke zu leiten. Das beson-dere ist, dass der Strom durch die Emitter-Kollektorstrecke etwa 150 mal so groß ist wie der Basisstrom. Man kann

also mit einem kleinen Basisstrom den Transistor einschalten. Fließt kein Basisstrom durch, ist der Kollektorstrom aus.


Was ist ein Trimmwiderstand

Damit wir sehen wie ein Trimmer funktioniert, hier zuerst ein Exem-plar ohne Gehäuse. Der schwarze Belag ist eine Kohleschicht mit ei-nem hohen Widerstand. Sie ist mit dem linken und rechten Anschluss verbunden. Der mittlere Anschluss ist mit einem Schleifer verbunden, der links oben mit einem Auflieger auf der Kohleschicht aufliegt.Im gezeichneten Bild ist der Schleifer näher am linken Anschluss als am rechten Anschluss, er greift etwa zwei Fünftel des gesamten Wider-stands ab. Die Position des Schleifers kann mit einem Schraubendreher auf der Kohlebahn verstellt werden. Das Finden der richtigen Einstel-lung bezeichnet man als Trimmen. Mit einem Trimmer kann man Spannungen teilen. Ist eine Spannung von z.B. 9 V an die gesamte Kohleschicht angeschlossen, hat jeder kleine Teil der Schicht einen kleine Spannungsteil. Der Schleifer teilt die 9 V auf. In der gezeigten Stellung hat der Schleifer ungefähr 3,5 V Spannung. Dreht man den

Schleifer weiter auf den linken Schleifer zu, wird die Spannung am Schleifer noch niedriger. Ein Trimmer ist also ein verstellbarer Spannungsteiler.

Das hier ist ein Trimmwiderstand mit Gehäuse von oben und von der Seite. Er hat insgesamt 10.000 Ohm Wider-stand Bei Widerständen über 1.000 Ohm kürzt man die 1.000 als Kilo oder mit dem Buchstaben K ab. Obwohl das nicht ganz korrekt ist, verwendet man oft auch ein kleines k.

Der 47k-Widerstand

Das hier ist der 47k-Widerstand. Die Ringe lauten in diesem Fall gelb (4), violett (7), schwarz (0) und rot (2 Nullen). Zusammen also 47000 oder 47 kΩ.


Die Bauteilliste

ZEG


1 Transistor BC547B 4404001142 0,20 0,20

1 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,10

1 Widerstand 47 k 4304010431 0,10 0,10

1 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,15

1 Trimmer 10k liegend 4304000865 0,50 0,50

Summe 1,05

Reichelt


1 Transistor BC547B BC 547B 0,04 0,04


1 Widerstand 47 k METALL 47,0K 0,08 0,08

1 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,06

1 Trimmer 10k liegend (Reichelt) 76-10 10K 0,39 0,39

Summe 0,65

Conrad


1 Transistor BC547B 155785 - 62 0,11 0,11

1 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,11

1 Widerstand 47 k 418455 - 62 0,11 0,11

1 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,08

1 Trimmer 10k liegend 424951 - 62 0,71 0,71

Summe 1,12








Aufbau der SchaltungSo wird die Schaltung aufgebaut.Beim Transistor und der LED kommt es auf die richtige Polarität an, bei den beiden Widerstän-den nicht. Der Trimmer muss so platziert wer-den, dass seine drei Beine in jeweils eine eigene Spalte des Bretts gelangen. Wenn wir nun am Trimmer drehen, gibt es einen Bereich, in dem die LED völlig aus ist, und einen Bereich, in dem die LED voll hell leuchtet. Dazwischen gibt es einen kleinen Übergangsbereich, in dem wir die Helligkeit mit dem Trimmer regulieren kön-nen. Dieser Übergangsbereich sollte bei einem richtigen Schalter eigentlich nicht vorhanden sein, der ja nur ein oder aus kennt.

Das hier bildet den LED-Strom bei steigender Span-nung am Trimmer dar. Unter-halb von 0,5 V fließt über-haupt kein Strom durch die LED. Zwischen 0,5 und 3 V steigt der Strom gleichmäßig an. Über 3 V steigt der Strom durch die LED praktisch nicht mehr an. In diesem Bereich re-gelt der Transistor nicht mehr, er ist in der Sättigung. Der Strom durch die LED wird nur noch durch den 470 Ω-Wider-

stand begrenzt.

Wenn die Schaltung keinen Übergangsbereich mehr haben soll, muss der Transistor mehr Verstär-kung haben. Dann wird der Übergang steiler. Wir werden später sehen, wie sich das Hintereinander-schalten von Transistoren zum Erreichen höherer Verstärkung bemerkbar macht.


Verzögerungsschalter

Schaltbild des VerzögerungsschaltersIn diesem Fall laden wir den Elko mit dem Taster auf die Betriebsspannung auf. Lassen wir den Taster los, entlädt sich der Elko über den 47 kΩ-Wider-stand und die Basis des Transistors. Ist der Elko entladen, fließt kein Strom mehr durch die Ba-sis und die LED geht aus.

Die Bauteile

Was ist ein Elko?

Das hier ist ein kleiner Elko. Elkos sind Bauelemente, deren zwei Anschlussdrähte mit zwei aufgerollten Alufolien verbunden sind. Eine der Folien ist mit einer sehr dünnen nichtleitenden Ober-flächenschicht versehen. Zwischen den Folien ist eine stromleitende Flüssigkeitsschicht verteilt, der Elektrolyt. Die beiden Folien sind also nur durch die dünne Isolationsschicht voneinander getrennt.

Metallplatten, die sich nahe genug gegenüberstehen, können Ladung aufnehmen (Kapazitätseffekt). So zwei Platten können also Strom speichern. Je größer die Platten und je näher diese sich sind, de-sto mehr an Ladung passt auf die beiden Platten. Da beim Elekrolytkondensator, oder kurz Elko, die Isolationsschicht besonders dünn ist, passt auch bei sehr niedrigen Abmessungen sehr viel Ladung darauf.

Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad angegeben, Abkürzung F (nach Michael Faraday). Da ein Farad eine sehr große Kapazität wäre, gibt es in unserem Fall 47 Millionstel eines Farads oder 47 µF. Das ist immer noch recht viel Ladung.

Ein Kondensator leitet den Strom nicht wirklich, weil die Platten ja durch die Isolationsschicht ge-trennt sind. Ist ein Kondensator aber auf eine bestimmte Spannung geladen, dann bewirkt jede Spannungsänderung aber einen Strom, der bei einer Spannungserhöhung zum Laden der Platten ge-braucht wird. Umgekehrt bewirkt die Spannungssenkung einen Strom, der zum Entladen der Platten


gebraucht wird. Wechselt also die Spannung ständig, wie bei Wechselstrom, lässt der Kondensator scheinbar Strom durch.

Da in der metallenen Hülse Elektrolyt enthalten ist, der bei falscher Polarität die Isolationsschicht auflösen und einen Kurzschluss verursachen würde, muss beim Anwenden von Elkos immer auf die Polarität geachtet werden. Dazu findet sich das Minuszeichen aufgedruckt. Falsch herum nehmen sie arg krumm. Die können auch explodieren, wenn genügend Strom durch den Elektrolyt fließt und sich genügend Gas bildet.

Dasselbe passiert, wenn die Spannung am Elko zwar richtig herum angelegt ist, aber zu hoch ist. Dann bricht die Isolationsschicht unter der Spannung zusammen und es entsteht ein Kurzschluss, der Elko "brennt" durch. Das darf man ruhig wörtlich nehmen. Die Maximalspannung ist auf dem Elko aufgedruckt. Im abgebildeten Fall sind es 25 V.

Ein Taster

Das hier ist ein Taster. Er hat zwei Pole. Diese werden elektrisch geschlossen, wenn die Taste gedrückt ist. Wird die Taste losgelassen, dann leitet der Taster den Strom nicht mehr. Taster dienen dazu, kurze Stromstöße zu geben.

Die Bauteilliste

ZEG


1 Transistor BC547B 4404001142 0,20 0,20

1 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,10

1 Widerstand 47 k 4304010431 0,10 0,10

1 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,15

1 Taster 4904001245 0,30 0,30

1 Elko 47 µF / 16V radial 4304011184 0,20 0,20

Summe 1,05





1 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,06

1 Taster T 113A RT 0,24 0,24

1 Elko 47 µF / 16V radial RAD 47/16 0,04 0,04

Summe 0,54






Conrad


1 Transistor BC547B 155785 - 62 0,11 0,11

1 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,11

1 Widerstand 47 k 418455 - 62 0,11 0,11

1 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,08

1 Taster 705071 - 62 1,04 1,04

1 Elko 47 µF / 16V radial 460656 - 62 0,19 0,19

Summe 1,64

Die Verzögerungsschaltung auf dem ExperimentierboardSo sollte es auf dem Experimentierboard ausse-hen.

Beim Aufbau besonders auf die Polarität des Elko achten. Nach dem Drücken des Tasters wird die LED hell, beim Loslassen klingt die LED über Sekunden aus.

Funktionsweise

So verhält sich die Span-nungskurve am Elko (blaue Kurve): je höher die Span-nung desto höher der Strom durch die Basis.

Mit abnehmender Spannung geht die Entladung langsa-mer. Die rote Kurve zeigt den resultierenden Strom durch die LED.

Leider gibt es keine wirklich steile Abnahme des LED-Stroms, weil die Ladung so langsam abnimmt. Um das wirklich steil hin-zukriegen, braucht es andere Schaltungen.




Ein Flipflop mit TransistorenSchon mit zwei Transistoren lässt sich ein famoser Speicher bauen. Solche Speicher sind zu Milliar-den in jedem Rechner. Unser wird etwas klobiger, hat aber den Vorteil, dass wir seinen Speicherzu-stand jederzeit mit eigenen Augen sehen können.

Die Verzögerung mit einem Transistor bezeichnet man auch als Monoflop: er kennt nur einen stabi-len Zustand, und das ist Aus. Auch wenn er zeitweise durch das Laden des Elkos in den eingeschal-teten Zustand versetzt werden kann, kehrt er nach einiger Zeit wieder in seinen langweiligen Aus-Zustand zurück. So was bezeichnet man unter Kennern als "monostabilen Flipflop" oder kurz als "Monoflop", was so viel heißt wie "einziger Impuls". Das Wort "Flipflop" zeigt immerhin an, dass es zwei Zustände gibt, nämlich "flip" und "flop".

So ein Speicher mit zwei Transistoren kennt hingegen zwei verschiedene stabile Zustände, die wie-der "flip" und "flop" heißen. Hier bewegt sich aber nix, "flip" bleibt immer "flip" und "flop" bleibt immer "flop". Das bezeichnet man als "bistabil". Ganz heißt das, was wir jetzt bauen, also "bistabi-ler Flipflop".

Die SchaltungDas hier ist das Schaltbild der Schaltung:

Die Schaltung besteht aus folgenden Einzelkomponenten:

• zwei Transistoren vom Typ BC547B, • zwei Leuchtdioden (LED, 5 mm, rot), • zwei Widerständen mit 470 Ohm, • zwei Widerständen mit 47k,


• einem Taster, • der Batterie mit 9V Spannung.

Die einzelnen Bauelemente sind folgendermaßen zu erkennen.

TransistorenDen Transistor kennen wir von früher. Davon brauchen wir jetzt aber zwei. Zur Erinnerung: Links ist der Kollektor, in der Mitte die Basis, und rechts der Emitter.

Die WiderständeAuch die Widerstände kennen wir schon. Oben 470 Ω, unten 47 kΩ.

Die Bauteile

ZEG


2 Transistor BC547B 4404001142 0,20 0,40

2 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,20

2 Widerstand 47 k 4304010431 0,10 0,20

2 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,30

1 Taster 4904001245 0,30 0,30

Summe 1,40





1 Taster T 113A RT 0,24 0,24

2 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,12

Summe 0,77






Conrad


2 Transistor BC547B 155785 - 62 0,11 0,22

2 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,22

2 Widerstand 47 k 418455 - 62 0,11 0,22

2 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,16

1 Taster 705071 - 62 1,04 1,04

Summe 1,86

Aufbau der SchaltungSo werden die beiden Transistoren mit ihren Emittern zusammengeschaltet.

Und mit einer Brücke an das Minus der Stromver-sorgung angeschlossen.

Und so werden die beiden LED und die beiden 470 Ω-Widerstände angeschlossen.

Die beiden Widerstände von den Kollektoren zu den Basen und der Taster werden dazu geschal-tet. Am Schluss wird die Stromversorgung dazu geschaltet. Eine der beiden LED sollte jetzt leuchten, die andere aus sein.




Wenn die linke LED leuchtet, schließen wir den Taster an die Basis des linken Tasters an. Die andere Seite des Tasters ist mit dem Minuspol der Batterie verbunden. Wird der Taster gedrückt, müsste die linke LED erlöschen und stattdessen die rechte LED leuchten.

Leuchtet die rechte LED, muss der Taster an die Basis des rech-ten Transistors.

Wie es funktioniertDas Bild zeigt den Zustand, wenn der linke Transistor lei-tet. Die linke LED brennt. Der geringe Basisstrom aus dem linken Transistor lässt die rechte LED nicht leuchten, weil er so klein ist.

Die leitende Kollektor-Emit-terstrecke zieht die Spannung am Kollektor auf seine Sätti-

gungsspannung von ca. +0,2 V. Durch die LED links fließt Strom und sie leuchtet.

Da der Kollektor des linken Transistors auf sehr niedriger Spannung liegt, fließt aus der Basis des zweiten Transistors kein Strom zum Kollektor des Ersten, da die Basis erst ab ca. 0,6 V Strom leitet.

Der zweite Transistor leitet deshalb nicht, er sperrt. Dadurch liegt die Spannung an seinem Kollek-tor hoch, auf ca. +7 V. Gegenüber der Basis des linken Transistors liegt diese Spannung so hoch, dass über den Widerstand von 47 k Strom aus der Basis des linken Transistors fließen kann. Dieser Basisstrom lässt den linken Transistor weiter leitend sein. Dieser Zustand ist stabil: der linke Tran-sistor macht den rechten nichtleitend, der rechte Transistor den linken leitend.


Daran ändert sich erst etwas, wenn wir mit der Taste die Basis des lin-ken Transistors mit dem Minus-pol verbinden und so den Ba-sisstrom kurz unterbrechen. Das macht den linken Transis-tor nichtleitend, die Spannung an seinem Kol-lektor steigt auf ca. 7 V an. Der Spannungsan-stieg lässt nun

aber Strom durch die Basis des rechten Transistors fließen (über den 47 k-Widerstand). Die Kollek-tor-Emitter-Strecke des rechten Transistors wird jetzt leitend, die Spannung am Kollektor sinkt auf 0,2 V. Jetzt kann kein Strom mehr aus der Basis des linken Transistors fließen. Selbst wenn wir den Taster wieder loslassen, bleibt der linke Transistor nichtleitend, der rechte bleibt leitend. Das ist jetzt der neue stabile Zustand.

War die Schaltung vorher im Zustand "Flip", ist sie nun im Zustand "Flop". Und daran ändert sich erst was, wenn wir mit dem Taster die Basis des rechten Transistors auf Minus ziehen. Dann flippt der Flipflop wieder zurück.

Mit der Anordnung lässt sich der Zustand beliebig lange speichern. Es ist ein Ein-Bit-Speicher. Al-lerdings kann der Speicher nur wenig Information speichern, nämlich nur AN oder AUS bzw. LEI-TEND oder NICHTLEITEND bzw. NULL oder EINS. Weil es nur zwei Zustände haben kann, wird diese Art Speicher binär genannt. Da der gespeicherte Zustand verschwindet, wenn die Betriebss-pannung kurz weggenommen wird, ist es ein „flüchtiger Speicher“.


Zwei LED zum Blinken bringenNun bringen wir zwei LED zum wechselseitigen Blinken. Dazu brauchen wir zwei Schalter, die sich gegenseitig ein und aus schalten. Das machen in unserem Fall zwei Transistoren in einer trick-reichen Schaltung.

Die SchaltungDas hier ist das Schaltbild der Schaltung:

Die BauteileDie Schaltung besteht aus folgenden Einzelkomponenten:

• zwei Transistoren vom Typ BC547B, • zwei Elektrolytkondensatoren 10µF 16 Volt, • zwei Leuchtdioden (LED, 5 mm, rot), • zwei Widerständen mit 470 Ohm, • zwei Widerständen mit 47k, • der Batterie mit 9V Spannung.

Die einzelnen Bauelemente sind folgendermaßen zu erkennen.


Transistoren

Den Transistor kennen wir schon vom Transistorschalter her. Davon brau-chen wir jetzt gleich zwei. Zur Erinnerung: Links ist der Kollektor, in der Mitte die Basis, und rechts der Emitter.

Elektrolytkondensator

Das hier ist ein Elko mit 10µF Kapazität. Er hat also 4,7-fach weniger Kapazität als der im Verzögerungsschalter verwendete Elko. Davon brauchen wir zwei Stück, die sich wechselseitig laden und entladen.

Widerstände

Auch die Widerstände kennen wir schon. Oben 470 Ω, unten 47 kΩ.

Die Bauteilliste

ZEG


2 Transistor BC547B 4404001142 0,20 0,40

2 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,20

2 Widerstand 47 k 4304010431 0,10 0,20

2 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,30

2 Elko 10 µF / 16V radial 4304011231 0,40 0,80

Summe 1,90

Reichelt





2 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,12

2 Elko 10 µF / 16V radial SM 10/16RAD 0,05 0,10

Summe 0,63






Conrad


2 Transistor BC547B 155785 - 62 0,11 0,22

2 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,22

2 Widerstand 47 k 418455 - 62 0,11 0,22

2 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,16

1 Taster 705071 - 62 1,04 1,04

Summe 1,86

Aufbau der SchaltungSo werden die beiden Transistoren mit ihren Emittern zusammenge-schaltet.

Und mit einer Brücke an das Minus der Stromversorgung ange-schlossen.

Und so werden die beiden LED und die beiden 470 Ω-Widerstände angeschlossen. Die beiden Elkos kom-men hinzu und werden über Kreuz mit den Basen der beiden Transistoren verbunden.

Am Schluss wird die Stromversorgung dazu ge-schaltet und die beiden LED sollten jetzt im Wechsel blinken.




Sensor mit Operationsverstärker 741Diese Schaltung benutzt den Widerstand Deines Fingers um eine Lampe einzuschalten. Weil der Widerstand recht hoch ist, braucht man einen ordentlichen Verstärker: einen Operationsverstärker.

Die SchaltungDer Operationsverstärker wird in dieser Schaltung als Vergleicher verwendet. Ist die Spannung amEingang IN+ größer, geht der Ausgang OUT (Pin 6) auf hohe Spannung, ist sie kleiner, geht sie auf niedrige Spannung.

Der Eingang IN- liegt mit den beiden Widerständen von 100 kΩ auf der halben Betriebsspannung (+4,5 V). Einer der beiden Sensoranschlüsse liegt über einen Widerstand an der positiven Betriebss-pannung, der andere direkt an der negativen Betriebsspannung. Ist nichts an den Sensor angeschlos-sen, ist die Spannung am Eingang IN+ größer als am IN-, der Ausgang liegt hoch und die Leuchtdi-ode leuchtet nicht.

Die beiden Sensoren werden mit dem Finger überbrückt. Ist der Widerstand des Fingers am Sensor höher als 100 kΩ bleibt die LED aus. Ist sie niedriger (eventuell mit etwas Spucke am Finger nach-helfen), sinkt die Spannung am Eingang IN+ unter die 4,5 V am Eingang IN- und die LED leuchtet.

Der Widerstand von Fingern ist bei unterschiedlichen Menschen unterschiedlich groß und u.a. von der Jahreszeit, der Schweißabsonderung, der Aufregung, usw., abhängig.

Mit der Schaltung lässt sich auch die Leitfähigkeit anderer Objekte feststellen, z. B. von Leitungs-wasser, dem destillierten Wasser, das zum Befüllen von Dampfbügeleisen verwendet wird, Oran-gensaft, Münzen, Schlüssel, Stoff.


Die Bauteile

Der Operationsverstärker 741

So sieht der Operationsverstärker aus. Der 741 hat acht äußere An-schlüsse, vier auf beiden Seiten des Plastikgehäuses (die vier auf der anderen Seite sind hier nicht zu sehen. Diese Art von Gehäuse wird als DIL bezeichnet (DIL=Dual in line, etwa: zweireihig). Wichtig ist noch die kleine Einbuchtung auf der linken Seite des Ge-häuses. Sie zeigt, wie herum der 741 zu legen ist, wenn die Anschlüs-se zugeordnet werden müssen. Der linke untere Pin auf der Seite mit der Einbuchtung ist immer der Anschluss mit der Nummer eins. Ist keine Einbuchtung vorhanden, dann hat Pin 1 einen kleinen Klecks.

Die Pins werden von un-ten links nach rechts und weiter auf der Oberseite von rechts nach links durchgezählt. Das sieht man in dieser Darstellung besser. Links ist die Draufsicht auf den 741 von oben skizziert. Rechts sind die Anschlüsse im Schaltbild gezeigt. Der Kreis vor dem Eingang IN- zeigt an, dass der An-schluss NEGATIV oder INVERTIERT ist. Selbst wenn man keine Bezeich-

nung sieht, kann man so den nicht-invertierenden und den invertierenden Eingang unterscheiden.

Die IC-Fassung

Für alle Integrierten Schaltungen (ICs) verwendet man Fassungen, nur in der Großproduktion verzichtet man darauf. Die Fassung sieht so aus.Das IC, hier unser Operationsverstärker, wird in diese Fassung ge-steckt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Einbuchtung am IC mit der Einbuchtung in der Fassung (links im Bild) übereinstimmt, da-mit die Nummerierung stimmt. Fabrikneue ICs passen aus unerfind-lichen Gründen nicht in die Fassung, ihre Pins zeigen weiter nach außen. Beim Eindrücken des IC in die Fassung würden wir die Pins hoffnungslos verbiegen. Damit das klappt, gibt es folgenden Trick. Man fasst das IC links und rechts an und drückt die vier Pins auf einer ebenen Fläche gleich-zeitig um einen halben Millimeter nach innen. Das macht man auf beiden Seiten. Aber Vorsicht, die beiden Vierreihen nicht zu weit eindrücken.

Ist ein Pin mal zu arg verbogen, dann wieder vorsichtig mit einer Pinzette zurückbiegen. Das ma-chen die aber nicht oft mit und brechen ab. Das Teil kann dann entsorgt und muss neu beschafft werden.


Der 100nF-Kondensator

Im Schaltbild ist noch ein Kondensator von 100 nF eingezeichnet. Das Bauteil sieht so aus. Es trägt die Aufschrift "104 K". Die 104 be-deutet soviel wie eine 1, eine 0 und vier Nullen dazu, also 100000. Die Angabe der Kapazität von kleinen Kondensatoren erfolgt in Pico-Farad oder pF. Ein Picofarad sind ein millionstel millionstel Farad. 1000 pF sind ein Nano-Farad (nF). Die 100000 bedeutet also 100 nF.

Das große "K" in der Aufschrift bedeutet nicht "Kilo", sondern "Ke-ramik". Das bedeutet, dass die Isolation zwischen den Platten aus Ke-ramikmaterial ist. Die "100" in der zweiten Zeile der Beschriftung be-deutet, dass der Kondensator 100 V verträgt. Kondensatoren mit Ke-ramikisolator ist es übrigens egal, wie herum die Spannung angelegt wird. Im Gegensatz zu Elkos macht die Polarität nichts aus.

Die Widerstände

Den 470Ω-Widerstand in der Schaltung als Strombegrenzer für die LED kennen wir schon. Die drei Widerstände mit 100kΩ sehen so aus.Die Ringe von links nach rechts lauten: braun(1), schwarz(0), schwarz(0), orange(3). Den letzten können wir ignorieren, er gibt die Toleranz an (braun, 1%). Also 1-0-0 und drei Nullen, macht 100000 Ohm oder 100 Ω.

Die Bauteilliste

ZEG


1 IC LM741 4404002597 0,40 0,40

1 IC-Fassung 8-polig Präzision 4304000224 0,35 0,35

3 Widerstand 100 k 4304010468 0,10 0,30

1 Keramikkondensator 100 nF 4304010875 0,15 0,15

1 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,10

1 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,15

Summe 1,45




Reichelt


1 IC LM741 µA 741 DIP 0,19 0,19

1 IC-Fassung 8-polig Präzision GS 8P 0,19 0,19

3 Widerstand 100 k METALL 100K 0,08 0,25

1 Keramikkondensator 100 nF Z5U-2,5 100N 0,04 0,04


1 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,06

Summe 0,81

Conrad


1 IC LM741 175935 - 62 0,48 0,48

1 IC-Fassung 8-polig Präzision 184867 - 62 0,62 0,62

3 Widerstand 100 k 418498 - 62 0,11 0,33

1 Keramikkondensator 100 nF 500784 - 62 0,13 0,13

1 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,11

1 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,08

Summe 1,75

Aufbau der SchaltungDer Aufbau der Schaltung ist hier abgebildet. Wichtig ist es, den IC genau über die Riefe des Experimentierboards zu platzieren (hier die Rei-hen E und F), da sonst die acht Pins unzulässig miteinander verbunden würden.

Im rechten Bild sind noch zusätzliche Bezeich-nungen enthalten.

Die beiden orangenen Kabel verbinden die obe-ren Betriebsspannungsschienen mit den beiden unteren, so dass wir von beiden Seiten des IC gut an diese Spannung herankommen.






Die LED und der 470Ω-Widerstand sind oben platziert und an die Betriebsspannung und Pin 6 des 741 angeschlossen. Der längere Anschluss der LED geht über den Widerstand nach +9V, die kürze-re an Pin 6. Als Sensor sind zwei von den Widerständen abgeschnittene Drahtenden in die Löcher C59 und C58 eingesteckt. Das reicht zum Fingertesten. Für Tests mit anderen Objekten muss man an diese beiden Drähte ein Kabel anlöten.

Wie es funktioniert

Interner Aufbau des 741

Den inneren Aufbau zeigt die Abbildung (©2000 by Texas Instruments). Zu sehen sind 22 Transis-toren, 11 Widerstände, eine Diode und ein Kondensator.

Wenn wir das alles auf unserem Brett aufbauen müssten, würden wir ziem-lich schnell den Spaß am Basteln verlieren. Stattdes-sen stecken wir ein Plastikgehäuse mit acht Pins in eine Fassung und fertig.

Alle Anschlüsse des 741

Die Pins machen Folgendes:

Pin #Englische

BezeichnungDeutsche

BezeichnungFunktion des Anschlusses

1 Offset 1 MittenausgleichAbgleich von geringfügig abweichenden Spannungen der beiden Eingangstransistoren

2 IN- Invertierender EingangEingangsspannung, die von der Spannung am nicht-invertierenden Eingang abgezogen wird

3 IN+Nicht-invertierender Eingang

Eingangsspannung, von der die Spannung am invertierenden Eingang abgezogen wird

4 VCC-Negative Versorgungsspannung

Bei symmetrischer Versorgung aus zwei Spannungsquellen die negative Betriebsspannung, max. -18V

5 Offset 2 MittenausgleichAbgleich von geringfügig abweichenden Spannungen der beiden Eingangstransistoren


Pin #Englische

BezeichnungDeutsche


6 OUT Ausgang, max. 25 mASignalausgang, ca. 20.000 mal die Differenz der beiden Eingangsspannungen

7 VCC+Positive Versorgungsspannung

Bei symmetrischer Versorgung aus zwei Spannungsquellen die positive Betriebsspannung, max. +18V

8 NC (Nicht angeschlossen) (Intern nicht verdrahtet)

Der 741 als Verstärker

In der nachfolgenden Schaltung arbeitet der 741 als Spannungsverstärker.

Die Versorgungsspannung ist mit +/-15 V symmetrisch, so dass positive wie negative Eingangs-spannungen sowie Wechselspannungen verarbeitet werden können. Das Eingangssignal wird 100-fach verstärkt und am Ausgang ausgegeben. Der Verstärker kann z.B. geringe Wechselspannungen aus einem Mikrofon von 10 mV auf 1 V bringen.

An den beiden Offset-Anschlüssen ist ein Trimmer angeschlossen, mit dem geringe Unterschiede zwischen den Eingangstransistoren ausgeglichen werden können, so dass bei 0 V Eingangsspan-nung der Ausgang auf exakt 0 V gebracht werden kann.


Piepser mit integriertem Schaltkreis 555Es gibt noch viele andere Lösungen für die Aufgabe, eine LED zum Blinken zu bringen. Daher ma-chen wir hier mal etwas lautstarkes, wir piepsen. Die am häufigsten verwendete Methode zum Piep-sen ist ein Integrierter Schaltkreis mit Namen 555. Den gibt es jetzt hier in seiner Standardschal-tung.

Die SchaltungDie Schaltung ist rund um den Timer 555 aufgebaut.

Sie piepst auf Tasten-druck. Ist die Taste nicht gedrückt, dann zieht der 10k-Wider-stand den Reset-Ein-gang auf Minus, die Tonerzeugung stoppt. Wird die Taste ge-drückt, ist der Reset- Eingang mit der Be-triebsspannung ver-bunden und die Toner-zeugung startet. Beim Loslassen der Taste stoppt die Tonerzeu-gung wieder.

Der Kondensator 22 nF und die beiden

Widerstände mit 10 kΩ bestimmen dabei die Tonhöhe.

Der Kondensator 100 nF glättet die obere Vergleichsspannung. Man kann ihn auch weglassen, dann ändert aber eingestreute Wechselspannung die Vergleichsspannung und unser Piepser zittert. Der Kondensator schließt solche Wechselspannung kurz.

Der Ausgang des Timers ist über einen Elko mit 1 µF auf den Lautsprecher geschaltet.

Die Bauteile

Timer 555

Der 555 ist ein integrierter Schaltkreis, englisch "integrated circuit", oder kurz "IC" genannt. Integrierte Schaltkreise sind elektronische Bauteile, die intern aus ei-ner Vielzahl von einzelnen Komponenten (Transistoren, Dioden, Widerständen, usw.) bestehen. Durch das äußere Hinzuschalten von einigen wenigen Komponenten voll-


führt der integrierte Schaltkreis eine komplizierte Aufgabe.

Die Innereien eines integrierten Schaltkreises kann der Elektronik-Entwickler meistens ignorieren, solange die Funktion des Schaltkreises bekannt und beschrieben ist. Der integrierte Schaltkreis ist so eine Art "schwarzer Kasten", englisch "black box". Wichtig sind nur seine äußeren Anschlüsse und was daran angeschlossen werden muss, damit die Innereien ihre Aufgabe wie gewünscht erfül-len.

Der 555 hat acht äußere Anschlüsse. Die Pins werden wie immer von unten links nach rechts und weiter oben von rechts nach links durchgezählt. Die Pins machen Folgendes:

Pin #Englische

BezeichnungDeutsche


1 GND Negative Versorgungsspannung Betriebsspannung Minus

2 TriggerUnterer Schwellspannungssensor

Bei Unterschreitung der unteren Schwellspannung Setzen des Flipflops

3 Output Ausgang Ausgangsspannung, hohe oder niedrige Spannung

4 Reset Rücksetzen Abschalten (bei niedriger Spannung)

5 Control Steuerspannung Manipuliert die obere Schwellspannung

6 ThresholdOberer Schwellspannungssensor

Bei Überschreitung der oberen Schwellspannung Zurücksetzen des Flipflops

7 Unload EntladenBei zurückgesetztem Flipflop eingeschalteter Transistorausgang

8 VCC Positive Versorgungsspannung Betriebsspannung 4,5..15 V Plus

Wie der Schaltkreis genau funktioniert und was die einzelnen Anschlüsse bewirken, ist unten ge-nauer dargestellt.

Die IC-Fassung

Die IC-Fassung kennen wir schon. Wenn wir die Pole ein wenig einbiegen, passt der 555 genau in diese Fassung.


Die Kondensatoren

Die beiden Kondensatoren von 22 und 100 nF sehen so aus. Es gibt auch andere Bauformen solcher Kondensatoren.

Der Elko von 1 µF sieht so aus. Wie bei allen Elkos ist hier die Kenn-zeichnung des Minus-Anschlusses wichtig, weil unser Töpfchen sonst explodieren kann. Die Spannung muss über 9 V liegen, damit sie bei uns korrekt arbeitet.

Der Lautsprecher

So sieht der Lautsprecher von oben und von unten aus. So ein Lautsprecher ver-wandelt elektrische Energie in Luftbewe-gungen. Macht er das schnell genug, hören wir Töne. Damit er Luft bewegen kann, hat er eine Membran (hier aus einer Kunst-stofffolie), eine bewegliche Spule aus dün-nem Kupferdraht (von der Oberseite her zu sehen als rötlicher Ring) und einen starken

Magneten (die weiße Fläche in der Mitte).

Fließt Strom durch die Spule, entsteht ein Magnetfeld. Das gleich- oder gegenläufige Magnetfeld des Festmagneten drückt die bewegliche Spule nach außen (eine Stromrichtung) oder zieht sie nach innen (die andere Stromrichtung. Wechselt die Polarität des Stroms im Takt, dann bewegt sich auch die bewegliche Spule im Takt und zieht/drückt die Membranfolie im Takt. Das bewegt dann ein we-nig Luft vor- und rückwärts, die bei uns im Ohr als Ton wahrgenommen wird.

Lautsprecher haben eine Polarität. An den beiden Lötstellen sehen wir beim genaueren Hinschauen ein Plus- und ein Minus-Zeichen. Die geben aber nur an, in welcher Richtung die Membran schwingt, wenn wir Gleichstrom durch die Spule jagen. Das könnten wir testen, wenn wir eine 1,5-

Batterie an den Lautsprecher anschließen (unsere 9V-Batterie ist dafür zu stark), und dabei die Membran mit dem Finger befühlen. Je nach Anschluss-richtung der Batterie zieht es die Membran nach außen oder nach innen. Un-ser Ohr nimmt die Schwingrichtung nicht wahr, wir hören nur ein Knacken in dem Moment, in dem wir die Batterie anschließen. Du kannst versuchen, ob Du ein "Vorwärtsknacken" von einem "Rückwärtsknacken unterscheiden kannst.

Damit wir den Lautsprecher verbauen können, löten wir zwei Kabel an die beiden Anschlüsse und an das andere Ende einen zweipoligen Pinstecker. Das passt besser zu unserem Experimentierboard als die nackten Drähte.


Die Widerstände

Alle drei Widerstände haben 10 kΩ. Sie sehen so aus.Ein brauner (1), zwei schwarze (0) und zwei weitere Nullen wegen des roten Rings kennzeichnen diese Sorte.

Die Bauteilliste

ZEG


1 IC NE555 4404011480 1,00 1,00


3 Widerstand 10 k 4304010356 0,10 0,30

1 Kondensator 22 nF 4305100037 0,30 0,30

1 Kondensator 100 nF 4306220121 0,30 0,30

1 Elko 1 µF/16V 4304011221 0,20 0,20

1 Taster 4904001245 0,30 0,30

1 Lautsprecher 0,2W 45 Ohm 5804000147 2,50 2,50

Summe 5,25

Reichelt


1 IC NE555 NE 555 DIP 0,17 0,17



1 Kondensator 22 nF MKS-2 22N 0,10 0,10


1 Elko 1 µF/63V SM 1,0/63RAD 0,05 0,05

1 Taster T 113A RT 0,24 0,24

1 Lautsprecher 0,2W 45 Ohm BL 50A 0,93 0,93

Summe 2,01






Conrad


1 IC NE555 177113 - 62 0,27 0,27


3 Widerstand 10 k 418374 - 62 0,11 0,33

1 Kondensator 22 nF 459993 - 62 0,18 0,18

1 Kondensator 100 nF 455393 - 62 0,45 0,45

1 Elko 1 µF/63V 460460 - 62 0,14 0,14

1 Taster 705071 - 62 1,04 1,04

1 Lautsprecher 0,2W 45 Ohm 541342 - 62 2,36 2,36

Summe 5,39

Aufbau der SchaltungAls erstes plat-zieren wir den 555. Die beiden Reihen liegen wieder auf zwei Seiten der Rinne, damit die acht Pins einzeln blei-ben. Die Ein-buchtung des IC kommt nach

links. Zwei der drei Widerstände platzieren wir darüber, so dass Pin 6 mit Pin 7 und ein Loch außer-halb verbunden mit den beiden sind.

Die Verdrahtung der Betriebsspannung des IC und des Wider-stands zu Pin 7 zeigt dieses Bild. Von Pin 4 brauchen wir noch eine Brücke zur Nachbarspalte (B4 zu B3).

Nun kom-men die Kondensa-toren dran. Oben an Pin 5 kommt der 100nF-Kondensator. Seine andere Seite kommt an das Betriebsspan-nungs-Minus. Der 22nF-Kondensator kommt et-was schräg an Pin 1 und Pin 2. Von Pin 2 kommt noch eine Verbindung zu Pin 6 (roter Draht). Von Pin 3 (Ausgang) geht eine Verbin-dung zum Pluspol des 1µF-Elkos.




Pin 1 wird mit der unteren Betriebsspan-nungs-Minus-Schiene verbunden. Der Lautspre-cher (rot-weiße Zwillingslitze) kommt rechts an den Minuspol des 1µF-Elko, die andere Lauspre-cherseite wird mit Minus an der unteren Be-triebsspannungsschiene verbunden (gelber Draht). Die beiden Betriebsspannungsschienen oben und unten werden verbunden (orange Dräh-te). Zum Schluss wird der Taster an Pin 4 und die Minusleitung angeschlossen.

Wenn alles noch mal anhand des Schaltbilds kontrolliert ist, kann jetzt die Betriebsspannung ange-legt werden. Erst wenn der Taster gedrückt wird, müsste ein durchdringender Ton aus dem Laut-sprecher zu hören sein.

Wie es funktioniert

Innenarchitektur des 555

Das hier ist die etwas kompli-ziert aussehende Innenarchi-tektur des 555. Integriert sind:

– drei gleich große Wider-stände R1 .. R3, die die Betriebsspannung in zwei Teilspannungen von 1/3 und 2/3 zerteilen, bei 9V Betriebsspannung also +3V und +6V,

– zwei Operationsverstär-ker, die die Spannung an den Pins 2 und 6 mit die-sen Teilspannungen ver-gleichen,

– einer Kontrolllogik, die insbesondere aus einem Flipflop besteht,

– der Ausgangstreiberstufe, die den Zustand des Flip-

flops nach außen zur Verfügung stellt und sowohl Strom liefert (Ausgang = niedrig) als auch Strom zieht (Ausgang = hoch),

– einem Transistor, der bei gesetztem Flipflop leitend geschaltet wird und dessen Kollektor nach außen verfügbar ist (Entladeausgang).


Typische äußere Beschaltung des 555

Wie in unserer Piepserschaltung sind die beiden Eingänge Trigger und Threshhold an einen Lade-/Entlade-Kondensator angeschlossen. Über zwei Widerstände wird der Kondensator aus der Betriebsspannung geladen und über den unteren der beiden wieder entladen.

Bei dieser Simulation sind ein Konden-sator von 10µF und zwei Wider-stände von 10 und 100 kΩ an-geschlos-sen. Die Be-triebsspan-nung liegt bei 9 V.

Zu Beginn ist der Kon-densator entladen, seine La-dung erfolgt über die beiden Wi-derstände

aus der Betriebsspannung. Die LED ist eingeschaltet.

Das Bild zeigt den zeitlichen Ablauf nach dem Einschalten der Schaltung. Die Ausgangs-spannung an Pin 3 des IC ist in blauer Farbe dargestellt, sie bewegt sich rechteckförmig zwischen Null Volt und der Be-triebsspannung.

So was bezeichnet man auch als "Rechteckspannung".

Die rote Kurve zeigt die Spannung am Kondensator. Sie beginnt bei Null Volt (Kondensator voll-ständig entladen) und steigt in einer etwas krummen Kurve bis auf 6 V an, zu Beginn etwas steiler,


zum Ende hin etwas langsamer. Wird die obere Schwellspannung von 6 V erreicht, dann

1. kippt der Flipflop auf niedrige Spannung um, 2. die Ausgangsspannung des IC (blaue Kurve) geht auf Null, 3. der Entladetransistor wird angeschaltet, und 4. entlädt den Kondensator über den Widerstand von 100 kΩ langsam wieder.

Das Bild zeigt wie die Entla-dung funk-tioniert. Der Entlade-transistor entlädt so-wohl den Kondensa-tor (über den 100k-Widerstand) als auch nimmt er den Strom auf, der über den 10k-Wider-stand zur Betriebs-spannung fließt und verhindert

so die Aufladung des Kondensators.

Die dann folgende Entladekurve ist zu Beginn etwas steiler, zum Ende hin wieder weniger steil. Un-terschreitet die Spannung am Kondensator die untere Schwellspannung von 3 V, dann wird der Flip-flop wieder "getriggert", er schaltet um, sein Ausgang und auch der Ausgang am IC an Pin 3 wird auf hohe Spannung umgeschaltet.

Die Zeitdauer der beiden Impulse liegt in dieser Schaltung etwa bei 0,7 s AN plus 0,7 s AUS. Die beiden Impulse sind also etwa gleich breit.

Das passiert, wenn wir statt des 10 kΩ-Widerstands einen mit 100 kΩ einsetzen.


Die Entladedau-er bleibt mit 0,7 s etwa gleich, weil beim Entladen der Widerstand von 100 kΩ die Entladung bremst. Da beim Laden aber 100k+100 kΩ = 200 kΩ den La-destrom brem-sen und die Auf-ladung daher

langsamer vor sich geht als im ersten Fall, dauert die Ladephase mit etwa 1,4 Sekunden fast doppelt so lang. Die Ausgangsspannung ist jetzt nicht mehr symmetrisch, die Hochphasen dauern länger als die Tiefphasen.

Der 555 in unserer Schaltung

Mit anderen Bauteilen (größere oder kleinere Widerstände oder Kondensatoren lassen sich fast be-liebig lange und kurze Signale erzeugen. Bei einer Vergrößerung des Kondensators auf das 10-fache (100 µF) wird ein zehnfach langsameres Signal, bei einem Verkleinern auf ein Zehntel (1 µF) ein zehnfach schnelleres Signal erzeugt. Dasselbe gilt für die Widerstände. In unserer Schaltung verwenden wir als Kondensator 22nF und zwei 10k-Widerstände. Das Bild zeigt die Kurven, die sich daraus ergeben.

Die Zeiten sind jetzt viel kürzer geworden. Eine Schwingung dauert jetzt von 0,0005 bis 0,0009 Sekun-den, also 0,0004 Sekun-den. Um die An-zahl Schwingun-gen zu berech-nen, die in einer Sekunde ablau-fen, wird einfach der Kehrwert ge-

bildet, 1 / 0,0004. Das gibt 2.500 Schwingungen pro Sekunde, oder kurz 2.500 Hz (nach Heinrich Hertz). Das ist schon eine Menge, aber unser Ohr hört noch viel mehr Schwingungen (bei jungen Menschen bis ca. 18.000, bei alten bis ca. 12.000 Hz). Hunde hören noch höhere, Fledermäuse die höchsten Töne (ca. 40.000 Hz).


Die Anzahl Schwingungen pro Sekunde bezeichnet man als Frequenz, abgekürzt mit dem Zeichen f. Mit der Formel

f = 1.100.000 / R / C (C in nF, R in kΩ als Summe beider)

können wir die Anzahl Schwingungen pro Sekunde bei anderen Kombinationen ausrechnen. Mit der Formel R = 1.100.000 / f / C / 2

kriegen wir die Widerstände heraus, um eine ganz bestimmte Frequenz zu erzeugen, z. B für den Kammerton A mit f = 440 Hz und einem Kondensator mit 100nF:

R = 1.100.000 / 440 / 100 / 2 = 12,5 kΩ

Leider gibt es keine 12,5k-Widerstände zu kaufen, nur 12,4 oder 12,7. Da unser Kondensator von 100nF aber 10% Toleranz hat, also zwischen 90 und 110nF haben kann, brauchen wir gar nicht erst versuchen, den genauen Widerstand zu finden. In der Praxis würden wir einen Widerstand von 10k und einen Trimmer mit 4,7k (im Elektronikerplatt auch kürzer als 4k7 bezeichnet) nehmen, die Fre-quenz mit einem Frequenzzähler messen und mit dem Trimmer so lange justieren, bis auch ein ge-übter Musiker den Ton als Kammerton A akzeptiert.

Allerdings sollten die Widerstände nicht größer als 100 kΩ und nicht kleiner als 470 Ω werden, da die Schaltung sonst instabil wird und, bei zu kleinen Widerständen, der Entladetransistor kaputt ge-hen würde.


NF-Verstärker mit integrierter Schaltung 386Von den Tönen müssen wir noch wissen, dass sie nicht so eckig daherkommen wie beim 555-Piep-ser. Sie kommen schön kurvig daher wie in unserem Stromnetz. Das ist die Spannung im Stromnetz mit der Zeit.

Sie steigt zuerst steil, dann immer weniger steil und schließlich an ihrem Schei-telpunkt für ganz kurze Zeit gar nicht mehr an. Danach geht es zuerst langsam, dann immer schneller ab-wärts. Schließlich ist die Spannung kurz auf ihrem Nullpunkt. Dann kehrt sich die Spannung um, sie wird negativ und vollführt diesel-be Rundung, nun aber nach unten. Das Ganze wieder-

holt sich, und zwar 50 mal in der Sekunde.

Diese Kurven gibt es nicht nur im Stromnetz. Wenn eine Geigen- oder Gitarrenseite angeregt und dann in Ruhe gelassen wird, bewegt sich die Seite ausklingend ebenso. Unsere Stimme produziert auch solche Kurven, aber die sind nicht so rein, sondern aus mehreren verschiedenen solcher Schwingungen zusammengesetzt. Die Kurvenform heißt Sinuskurve.

Der Stromnetzsinus hat eine Spannung von 230 V, das ist deutlich mehr als unsere Batterie liefert. Viel kleinere Spannungen produzieren Mikrofone, die den Schall aufnehmen und in elektrische Spannungen umwandeln. Um das zu messen können wir den Lautsprecher aus dem letzten Experi-ment verwenden. Der produziert nämlich auch eine Spannung, wenn man ihn anschreit. Wenn das Messgerät in der Einstellung "Wechselspannung V~" fein genug misst (billige Messgeräte machen das nicht), dann sehen wir bei normaler Sprache eine Spannung von etwa 0,01 V oder 10 mV, beim Schreien bis zu 50 mV.

Damit lässt sich kein Elektromotor betreiben. Deshalb muss man diese schwachen Signale erst ver-stärken, bevor man mit ihnen was anfangen kann. Genau das macht der IC 386. Er verstärkt die ge-ringe Spannung je nach Einstellung etwa 20- oder 200-fach, macht aus 10 mV etwa 200 mV oder auch 2 V. Und treibt damit einen Lautsprecher an.

Die SchaltungDie Schaltung ist rund um den Verstärker-IC 386 aufgebaut.

Das schwache Eingangssignal wird über einen Kondensator von 470 nF (zur Abtrennung von Gleichspannung) auf den Lautstärkeregler, ein Potentiometer mit 10 kΩ, eingekoppelt. Der Regler teilt die Eingangsspannung auf und führt die geregelte Teilspannung dem positiven Verstärkerein-gang zu. Der negative Eingang liegt auf Masse (Minuspol der Stromversorgung).


Der 386 verstärkt das Eingangssignal 20-fach, bei geschlossenem Jumper und zwischen den Pins 1 und 8 angeschlossenem 10µF-Elko 200-fach. Der 100nF-Kondensator stabilisiert den Verstärker.

Das Ausgangssignal geht über einen 220µF-Elko zur Gleichstromtrennung auf den Lautsprecher. Die Kombination aus 470nF-Kondensator und 10Ω-Widerstand unterdrückt die Schwingneigung der Schaltung bei hohen Frequenzen.

Die Bauteile

NF-Verstärker-IC 386

Das hier ist das IC. Pin 1 ist hier mit einem Klecks markiert.Es hat die in der Tabelle angegebenen Anschlüsse.


Pin #

EnglischeBezeichnung

DeutscheBezeichnung

Funktion des Anschlusses

1 GAIN Verstärkung Bei Kopplung mit Pin 8 erhöhte Verstärkung

2 -INPUT Invertierter Eingang

3 +INPUTNicht-invertierter Eingang

Normales Eingangssignal wird hier eingekoppelt

4 GND Minus Negative Betriebsspannung

5 VOUT AusgangLautsprecherausgang, gleichstommäßig auf halber Betriebsspannung, daher Wechselspannung mit einem Elko abtrennen

6 Vs Plus Positive Betriebsspannung, +4 ... 12V

7 BYPASS ÜberbrückenBei erhöhter Verstärkung Abblocken des negativen Eingangs mit einem 100nF-Kondensator nach Minus

8 GAIN Verstärkung Bei Kopplung mit Pin 1 erhöhte Verstärkung

Die interne Funktion des IC ist weiter unten beschrieben.

Die Kondensatoren

Der Kondensator mit 470 nF sieht so oder ähnlich aus.

Der Kondensator mit 47 nF sieht so oder ähnlich aus.

Der Elko mit 220 µF sieht so oder ähnlich aus. Bei ihm ist der Minuspol wieder gekenn-zeichnet, damit er nicht falsch herum Span-nung kriegt.

Den 100nF-Kondensator und den 10µF-Elko kennen wir aus früheren Experimenten.

Der Widerstand

Der Widerstand von 10 Ω trägt einen braunen (= 1), zwei schwarze (zweimal 0) und einen goldenen Ring. Der goldene Ring bedeutet: tei-le den Wert durch zehn (100 / 10 = 10). Der Widerstand sieht so aus.


Der Lautsprecher

Den Lautsprecher kennen wir schon.

Das Potentiometer

Das Potentiometer ist ein regelbarer Widerstand. Es ähnelt einem Trimmer, nur ist zum Einstellen eine Achse an den Schieber angebaut. Auf die Drehachse können wir einen Drehknopf anbringen.

Der Knopf wird auf die Achse aufgeschoben und mit einem kleinen Schrau-bendreher die Schraube einge-dreht.

Solche Potis gibt es in ganz vielen Ausführungen. Das Bauteil, das wir verwenden, hat aber zwei Besonderhei-ten. Die Widerstandsschicht ist nicht gleichmäßig dick und der Widerstand ändert sich nicht gleichförmig, son-dern so:

Diese Kurve heißt "Expo-nentialkurve". Der Hörein-druck verläuft nämlich nicht linear: leise Töne nehmen wir sehr viel stärker wahr. Um den Eindruck zu haben, etwas sei doppelt so laut, braucht es mehr als das Doppelte an Span-nung. Die Kurve ist unserer Gehörempfindlichkeit angepasst.

Die zweite Besonderheit des Potentiometers ist, dass es einen angebauten Schalter hat. Den können wir benutzen, um unseren Verstärker ein- und auszuschalten. Der Schalter ist hinten angeflanscht und hat zwei Anschlüsse. Im Schaltbild ist der Schalter extra eingezeichnet, in Wirklichkeit ist er Teil des Potis.


Die Anschlüsse des Potis passen nicht in die Löcher des Expe-rimentierboards. Daher muss an alle fünf Anschlüsse ein kurzes Drahtstück angelötet werden. Dazu kann man die abgeschnitte-nen Drahtenden der Widerstände aus früheren Experimenten verwenden.

Die Bauteilliste

ZEG


1 IC LM386N 4404010920 0,50 0,50


1 Jumper 4904001154 0,20 0,20

1 Widerstand 10 Ohm 4304010041 0,10 0,10

1 Kondensator 47 nF 4306220073 0,20 0,20

1 Kondensator 100 nF 4306220121 0,30 0,30

1 Kondensator 470 nF 4306220061 0,30 0,30

1 Elko 10 µF / 16V radial 4304011231 0,40 0,40

1 Elko 220 µF/16V 4304011253 0,30 0,30

1 Potentiometer 10k log Schalter 4304750082 2,40 2,40

1 Drehknopf 6mm 4904001010 1,00 1,00


Summe 8,55




Reichelt


1 IC LM386N LM 386 DIP 0,34 0,34


1 Jumper JUMPER 2,54 RT 0,05 0,05

1 Widerstand 10 Ohm METALL 10,0 0,08 0,08





1 Elko 220 µF/16V RAD 105 220/16 0,05 0,05

1 Potentiometer 10k log Schalter PO6M+S-LOG 10K 3,50 3,50

1 Drehknopf 6mm KNOPF 28M-6 SW 1,70 1,70


Summe 7,22

Conrad


1 IC LM386N 176303 - 62 1,05 1,05


1 Jumper 739377 - 62 0,09 0,09

1 Widerstand 10 Ohm 418374 - 62 0,11 0,11

1 Kondensator 47 nF 502201 - 62 0,12 0,12

1 Kondensator 100 nF 455393 - 62 0,45 0,45

1 Kondensator 470 nF 459945 - 62 0,23 0,23

1 Elko 10 µF / 16V radial 460524 - 62 0,14 0,14

1 Elko 220 µF/16V 468312 - 62 0,42 0,42

1 Potentiometer 10k log Schalter 445806 - 62 4,45 4,45

1 Drehknopf 6mm 707977 - 62 0,57 0,57


Summe 10,61






Aufbau der SchaltungZum Aufbau beginnen wir mit dem Poti. Wir löten an alle Anschlüsse kurze Drahtstücke an und kürzen die-se dann mit der Petze auf etwa glei-che Länge.

Das so vorbereitete Poti setzen wir zusammen mit dem Batterieanschluss und zwei Brücken so auf das Experimen-tierboard.

Nun sollten die +9 V nur auf der Stromversorgungsschiene aufliegen wenn der Schalter des Poti angeschaltet ist. Wir können das mit dem Messgerät und zwei kurzen Draht-stücken in der Stromversorgungsschiene kontrollieren.

Dann setzen wir das IC in der Fassung ein und stellen die Versorgungsleitungen an Pin 6 (Plus, in obere Versor-gungsschiene) und Pin 4 (Minus, an untere Versorgungs-schiene) her.

Jetzt folgt die Be-schaltung des Ausgangs an Pin 5 des IC. Der

47nF-Kondensator geht über den 10Ω-Widerstand an Mi-nus. Den 220µF-Elko schließen wir von der Plus-Seite her über eine Drahtbrücke an Pin 5 an. Seine Minus-Seite geht an den Lautsprecheranschluss. Der zweite Lautsprecheran-schluss wird mit Minus verbunden. Damit das funktioniert, ist noch eine kleine unscheinbare Brücke eingebaut.

Jetzt kommt der Eingang des IC dran. Die Mitte des Poti-widerstands geht an den Eingang des IC an Pin 3 (roter Draht). Das Ende des Potis, das beim vollen Aufdrehen der Lautstärke erreicht wird, geht an den 470nF-Konden-sator (violetter Draht). Der dritte Potianschluss geht an Minus bei der unteren Versorgungsschiene (gelber Draht rechts). Um ein Eingangssignal anzuschließen, kann die andere Seite des 470nF-Kondensators noch mit einem 2-Pin-Anschluss verbunden werden, dessen andere Seite an Minus geht (Pin ist hier nicht gesteckt).


Jetzt kommt die Verstärkungsregelung dran. Von Pin 8 des IC geht es an die Minusseite des 10µF-Elkos. Dessen Plus-seite geht an zwei Steckpins, die mit einem Jumper verbun-den werden können (der Jumper ist nicht gesteckt). Die an-dere Seite der Steckpins geht an Pin 1 des IC.

Nun kommt der 100nF-Bypass-Kondensator dran. Er geht mit einem Anschluss an Pin 7 des IC, mit der anderen Seite nach Minus auf der oberen Schiene. Das Minus der oberen Versorgungsschiene wird noch mit dem unteren Minus der Ver-sorgungsschiene verbunden (oranger Draht).

Wenn wir jetzt noch die Batterie anschließen ist unser Verstärker erst mal komplett.

Die Schaltung testenBeim Einschalten mit dem Potischalter soll-ten wir ein Knacken aus dem Lautsprecher hören. Das ist schon mal ein gutes Zeichen.

Wenn wir jetzt die Lautstärke aufdrehen und mit dem Finger den Anschluss des 470nF-Kondensators am Eingang berühren, dann sollten wir ein mehr oder weniger lautes Brummen im Lautsprecher hören.

Das Signal ist der Netzbrumm, den unser Körper aus dem umliegenden 50Hz-Strom-netz aufnimmt und der bei einigen 10 mV

Spannung liegt. Wenn wir den Finger gleichzeitig auf beide Eingangspins legen, sollte er leiser wer-den.

Wenn uns der Brumm zu leise ist, können wir noch den Jumper stecken und damit die Verstärkung auf 200-fach erhöhen. Dann sollte der Brumm kräftig zu hören sein.

Der einfachste Aufnehmer für Schall wäre ein zweiter Lautsprecher. Den können wir direkt an den Eingang anschließen. Der Jumper sollte dabei gesetzt werden.

Wer eins hat, kann ein Mikrofon an den Verstärker anschließen. Bei dynamischen Mikrofonen funktioniert unser Verstärker bei gesetztem Jumper. Das Bild zeigt so ein Mikro, das es recht günstig bei jedem gut sortierten Elektronik-Fachhändler von sehr billig bis einige 100 € zu kaufen gibt.


Der Verstärker funktioniert auch mit einem Elektretmikrofon, wie es hier zu se-hen ist. Die gibt es auch im Elektronikhandel. Der mit dem Metallgehäuse ver-bundene Anschluss ist Minus.

Elektretmikrofone brau-chen eine Stromversor-gung über einen Vorwi-

derstand, wie in der Schaltung zu sehen. Das Signal wird am 470nF-Kondensator angekoppelt.

Das sind nur ein paar Beispiele, was man mit dem Verstärker alles anstellen kann.

Wie es funktioniertDas hier ist die etwas kompliziert ausse-hende Innenarchitektur des 386.

Integriert sind:

• zehn Transistoren, • zwei Dioden, • sieben Widerstände, • eine Konstantstromquelle.

Der 1,35k-Widerstand ist nach außen zugänglich und kann zur Erhöhung der Verstärkung über-brückt werden (GAIN-Anschlüsse).


Spannungsregulator für 5 V mit integriertem SchaltkreisBisher sind wir mit den 9 V gut gefahren, weil Transistorschaltungen und Audioverstärker gut damit arbeiten. In der Elektronik sind 9 V aber oft nicht die erste Wahl. Viele ICs verwenden Betriebss-pannungen von 5 oder 3,3 V. Diese Schaltung zeigt, wie man aus fast beliebigen Spannungen nied-rigere macht. Und wie diese sogar gleich groß gehalten werden, selbst wenn man mehr oder weni-ger Strom entnimmt. Und wie sich der IC bei einem Kurzschluss oder einer Überhitzung selbst schützt.

Die SchaltungDie Schaltung ist auf einem inte-grierten Fest-spannungsregler vom Typ 78L05 aufgebaut.

Die Beschaltung des Reglers ist denkbar einfach. An den Eingang des Bauteils kom-men die 9 V Bat-teriespannung, am Ausgang kommen

5 V heraus. Damit er regeln kann, braucht er noch einen Anschluss nach Minus. Die gleiche Minus-leitung ist auch für die 5 V zuständig.

Zwei kleine Elkos am Ein- und Ausgang sind bei jedem Spannungsregler noch sehr wichtig. Weil Spannungsregler intern sehr hohe Verstärkungen haben, würden sie ohne diese Elkos sehr schnell schwingen. Damit diese Schwingungen unterdrückt werden sind es nicht die üblichen Alumi-nium-Elko, sondern Tantal-Elkos.

Damit wir sehen, dass unsere 5 V-Versorgung funktioniert, ist noch eine LED mit einem Vorwider-stand dazugebaut.

Die Bauteile

Das Regler-IC 78L05

Das hier ist das IC. Es ist im gleichen Gehäuse eingebaut wie ein Transistor und hat ebenfalls drei Anschlüsse. Der positive Spannungseingang ist rechts, der Aus-gang links und Minus in der Mitte. Der Spannungsregler ist für Eingangsspan-nungen bis maximal 30 V spezifiziert. Er braucht mindestens 7 V Eingangsspan-nung, um 5 V zu liefern, besser 8 V. Am Ausgang liefert er eine feste Spannung zwischen 4,5 und 5,5 V, die Streuung ist für jedes Exemplar typisch. Maximal kann der Regler einen Strom von 100 mA liefern, darüber setzt die Strombegrenzung ein. Regler-ICs gibt es auch für andere Span-nungen (z.B. für 8, 9, 12, 15, 18 oder 24 V), für größere Ströme (0,5 Ampere oder 1, 2 oder 3 Am-


pere) oder auch für die Regulierung negativer Spannungen (79L05, 7905, ...).

Die Kondensatoren

Die beiden Tantal-Elkos sehen so aus. Tantal-Elkos sind aus dem seltenen Metall Tantal gebaut. Sie sind nur bis zur ausgewiesenen Spannung (hier 35 V) zu gebrauchen und ihre Polung ist einzuhalten. Schon kleine Über-schreitungen der Spannung als auch falsche Polung bestraft der Tantal-Elko mit einem Kurzschluss, der es in sich hat: sie leiten so gut wie ein dickes Stück Draht. Hat man genügend Strom durchgejagt, dann explodieren die Perlen mit einem spitzen Knall, gefolgt von einer kleinen weißen, aber sehr giftigen Dampfwolke.

Der Widerstand

Der Widerstand von 330 Ω trägt zwei orangene und zwei schwarze Bauchbinden. Orange (3), orange (3), schwarz (0) und schwarz (keine weitere 0) macht zusammen 330. Der Widerstand sieht so aus.

Die Bauteilliste

ZEG


1 Spannungsregler 78L05 4404010857 0,30 0,30

2 Tantalelko 0,1 µF/36V 4304011137 0,20 0,40

1 Widerstand 330 Ohm 4304010190 0,10 0,10

1 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,15

Summe 0,95

Reichelt


1 Spannungsregler 78L05 µA 78L05 0,12 0,12

2 Tantalelko 0,1µF/35V TANTAL 0,1/35 0,11 0,22


1 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,06

Summe 0,36






Conrad


1 Spannungsregler 78L05 183024 - 62 0,47 0,47

2 Tantalelkos 0,1µF/36V 447024 - 62 0,41 0,82

1 Widerstand 330 Ohm 418196 - 62 0,11 0,11

1 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,08

Summe 1,48

Aufbau der SchaltungDer Aufbau der wenigen Bauteile ist einfach und im Bild zu sehen. Sehr wichtig ist die richtige Polarität der beiden Tantal-Elkos.

Nach dem Anklemmen der Batterie sollte die LED leuch-ten.

Die Spannung messenZum Ausmessen der Spannung bringen wir zwei kleine Drahtenden in die Stromversorgungsschiene ein, klemmen das Messgerät daran an und schalten auf einen Messbereich von 20 V.

Die angezeigte Spannung sollte im Spezifikationsbereich des Regler-ICs liegen.




Anhang: BauteilelistenBauteilliste ZEGTeilebezeichnungen mit Stern sind Reichelt-Artikelbezeichnungen.


1 Experimentierplatine 640/200 4904001130 4,99 4,99

1 Batterieanschlussclip 9V I-Form 4204000361 1,00 1,00

1 Zwillingslitze 5m rot/schwarz 4304003497 2,00 2,00

1 Batterie 9V Zink-Kohle 4204000506 0,80 0,80

1 Digitalmultimeter 4601270001 8,99 8,99

1 Abgreifklemme schwarz 4600920024 1,90 1,90

1 Abgreifklemme rot 4600920023 1,90 1,90

1 Seitenschneider 125 mm 4804000164 2,99 2,99

1 Steckerleiste, 40-polig, gerade *SL 1X40G 2,54 0,15 0,15

2 Widerstand 470 Ohm 4304010207 0,10 0,20

4 Dioden 1N4148 4404001555 0,10 0,40

2 LED 5 mm 4404001845 0,15 0,30

2 Transistor BC547B 4404001142 0,20 0,40

2 Widerstand 47 k 4304010431 0,10 0,20

1 Trimmer 10k liegend 4304000865 0,50 0,50

1 Taster 4904001245 0,30 0,30

1 Elko 47 µF / 16V radial 4304011184 0,20 0,20

2 Elko 10 µF / 16V radial 4304011231 0,40 0,80

1 IC LM741 4404002597 0,40 0,40


3 Widerstand 100 k 4304010468 0,10 0,30

1 Keramikkondensator 100 nF 4304010875 0,15 0,15

1 IC NE555 4404011480 1,00 1,00

3 Widerstand 10 k 4304010356 0,10 0,30

1 Kondensator 22 nF 4305100037 0,30 0,30

1 Kondensator 100 nF 4306220121 0,30 0,30

1 Elko 1 µF/16V 4304011221 0,20 0,20


1 IC LM386N 4404010920 0,50 0,50

1 Jumper 4904001154 0,20 0,20

1 Widerstand 10 Ohm 4304010041 0,10 0,10

1 Kondensator 47 nF 4306220073 0,20 0,20

1 Kondensator 470 nF 4306220061 0,30 0,30

1 Elko 220 µF/16V 4304011253 0,30 0,30

1 Potentiometer 10k log Schalter 4304750082 2,40 2,40




1 Drehknopf 6mm 4904001010 1,00 1,00

1 Spannungsregler 78L05 4404010857 0,30 0,30

2 Tantalelko 0,1 µF/36V 4304011137 0,20 0,40

1 Widerstand 330 Ohm 4304010190 0,10 0,10

Gesamtsumme 39.62

Bauteilliste Reichelt


1 Experimentierplatine 640/200 STECKBOARD 1K2V 4,99 4,99

1 Batterieanschlussclip 9V I-Form CLIP 9V 0,19 0,19

1 Isolierte Litze rot, 10m LITZE RT 0,71 0,71

1 Isolierte Litze schwarz, 10m LITZE SW 0,71 0,71

1 Batterie 9V Zink-Kohle PANASONIC 9-VOLT 1,90 1,90

1 Digitalmultimeter PEAKTECH 1070 9,75 9,75

1 Abgreifklemme schwarz MA 1 SW 1,15 1,15

1 Abgreifklemme rot MA 1 RT 1,15 1,15

1 Seitenschneider 135 mm MAN10701 3,95 3,95

1 Steckerleiste, 40-polig, gerade SL 1X40G 2,54 0,15 0,15


4 Dioden 1N4148 1N4148 0,02 0,08

2 LED 5 mm LED 5MM RT 0,06 0,12



1 Trimmer 10k liegend (Reichelt) 76-10 10K 0,39 0,39

1 Taster T 113A RT 0,24 0,24

1 Elko 47 µF / 16V radial RAD 47/16 0,04 0,04


1 IC LM741 µA 741 DIP 0,19 0,19


3 Widerstand 100 k METALL 100K 0,08 0,25

1 Keramikkondensator 100 nF Z5U-2,5 100N 0,04 0,04

1 IC NE555 NE 555 DIP 0,17 0,17




1 Elko 1 µF/63V SM 1,0/63RAD 0,05 0,05


1 IC LM386N LM 386 DIP 0,34 0,34




1 Jumper JUMPER 2,54 RT 0,05 0,05

1 Widerstand 10 Ohm METALL 10,0 0,08 0,08



1 Elko 220 µF/16V RAD 105 220/16 0,05 0,05

1 Potentiometer 10k log Schalter PO6M+S-LOG 10K 3,50 3,50

1 Drehknopf 6mm KNOPF 28M-6 SW 1,70 1,70

1 Spannungsregler 78L05 µA 78L05 0,12 0,12

2 Tantalelko 0,1µF/35V TANTAL 0,1/35 0,11 0,22


Gesamtsumme 34.66

Bauteilliste Conrad


1 Steckplatine EIC-801 526819 - 62 8,93 8,93

1 Batterieanschlussclip 9V I-Form 624691 - 62 0,40 0,40

1 Litze schwarz/rot, 5m 606278 - 62 2,45 2,45

1 Batterie 9V Zink-Kohle 658014 - 62 3,50 3,50

1 Digitalmultimeter VC11 122999 - 62 6,49 6,49

1 Abgreifklemme schwarz 137650 - 62 2,49 2,49

1 Abgreifklemme rot 137642 - 62 2,49 2,49

1 Seitenschneider 135 mm 819972 - 62 5,45 5,45

1 Steckerleiste, 40-polig, gerade 749929 - 62 4,52 4,52

2 Widerstand 470 Ohm 418579 - 62 0,11 0,22

4 Dioden 1N4148 162280 - 62 0,04 0,16

2 LED 5 mm 184543 - 62 0,08 0,16

2 Transistor BC547B 155785 - 62 0,11 0,22

2 Widerstand 47 k 418455 - 62 0,11 0,22

1 Trimmer 10k liegend 424951 - 62 0,71 0,71

1 Taster 705071 - 62 1,04 1,04

1 Elko 47 µF / 16V radial 460656 - 62 0,19 0,19

2 Elko 10 µF / 16V radial 460524 - 62 0,14 0,28

1 IC LM741 175935 - 62 0,48 0,48


3 Widerstand 100 k 418498 - 62 0,11 0,33

1 Keramikkondensator 100 nF 500784 - 62 0,13 0,13




1 IC NE555 177113 - 62 0,27 0,27

3 Widerstand 10 k 418374 - 62 0,11 0,33

1 Kondensator 22 nF 459993 - 62 0,18 0,18

1 Kondensator 100 nF 455393 - 62 0,45 0,45

1 Elko 1 µF/63V 460460 - 62 0,14 0,14


1 IC LM386N 176303 - 62 1,05 1,05

1 Jumper 739377 - 62 0,09 0,09

1 Widerstand 10 Ohm 418374 - 62 0,11 0,11

1 Kondensator 47 nF 502201 - 62 0,12 0,12

1 Kondensator 470 nF 459945 - 62 0,23 0,23

1 Elko 220 µF/16V 468312 - 62 0,42 0,42

1 Potentiometer 10k log Schalter 445806 - 62 4,45 4,45

1 Drehknopf 6mm 707977 - 62 0,57 0,57

1 Spannungsregler 78L05 183024 - 62 0,47 0,47

2 Tantalelkos 0,1µF/36V 447024 - 62 0,41 0,82

1 Widerstand 330 Ohm 418196 - 62 0,11 0,11

Gesamtsumme 53.65

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