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====== Hardware-Überlebensregeln  ======
Wer das erste Mal mit elektronischen Schaltungen in Berührung kommt, muss lernen, dass man einiges falsch machen kann. Wer bereits viel Erfahrung mit elektronischen Schaltungen hat, hat gelernt, dass man immer mal wieder etwas falsch macht :-)


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Durch falsche Aufbauten können z.B. zu hohe Spannungen oder Ströme entstehen und die Bauteile schnell zerstören, so dass, wenn endlich der richtige Aufbau steht, gar nichts mehr geht. 
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<note>
 Dieser Abschnitt stellt einige wichtige Überlebensregeln zusammen, die man kennen sollte, bevor man sich an elektronischen Schaltungen heranwagt. </note> 

Die genaue Funktionsweise der Bauteile und elektronisches Fachwissen sind dabei erst einmal unwichtig. Wir werden die Bauteile nur soweit behandeln, wie es für das Messen, Steuern und Regeln im Rahmen der Informatik notwendig ist. In den Projekten werden die Bauteile ausführlich erläutert.



===== Datenblätter =====

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**Wozu?** \\
Für jedes elektrische Bauteil erstellt der Hersteller in der Regel ein **Datenblatt**.\\
Mithilfe des Datenblattes ist man in der Lage das Bauteil fachgerecht einzusetzen. 

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 Einige Datenblätter sind sehr kurz (lediglich eine Seite lang), während andere Datenblätter eher Bücher sind. \\ \\ //So ist z.B. das Datenblatt für den Mikroprozessor ATmega32 über 350 Seiten lang.// \\ \\ Immer wenn Sie sich fragen, woher jemand so viele Details über ein Bauteil kennt, sollten Sie daran denken, dass es neben dem Internet, Foren und dem eigenen Experimentieren auch noch das Datenblatt gibt.


=====  Versorgungsspannung und Masse=====

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**Wozu?** \\
Jeder elektrischer Schaltkreis benötigt mindestens eine Spannungsquelle und besitzt damit zwei Pole (Plus- und Miniuspol).
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 Das Vertauschen der Pole kann zur Zerstörung der Schaltung führen. Mikroprozessoren sind in der Regeln nicht Verpolungssicher. Jede Schaltung sollte zweimal auf richtige Polung untersucht werden, bevor man sie verwendet.
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=== In Kürze... ===


|{{ :inf:msr:vcc_source2.png?200 |}}|{{ :inf:msr:vcc_source1.png?200 |}} |{{ :inf:msr:vcc_source3.jpg?200 |}} |
|Symbole für eine Spannungsquelle mit Angabe des Plus- und Minuspols. //Dies könnte z.B. eine Batterie sein.//|||

  * Spannung (Formelzeichen **U**). Die Einheit der Spannung ist **Volt** (Spannung engl. //voltage//).
  * **<color #ed1c24>+</color>** VCC ist der Anschluss für die Versorgungsspannung (<color #ed1c24>Pluspol</color>) einer Schaltung.
          * Falls eine Schaltung mehrere unterschiedliche Spannungen benötigt, wird häufig statt VCC das + Symbol mit der Spannungsangabe verwendet. Bsp.: +5V, +12V,  usw.
  * **-** Masse (engl. //ground// (Abkürzung GND)) (Minuspol)

|<color #ed1c24>PLUSPOL</color>|MINUSPOL|MINUSPOL |
| {{ :inf:msr:vcc.jpg? |}}|{{ :inf:msr:gnd.jpg? |}} | {{ :inf:msr:symbol_ground_common_horizontal.svg.png? |}}|
|Symbol für die Versorgungsspannung VCC |Ground Symbol |anderes Ground Symbol|
Weiterer Bezeichnungen:

  * Positive Spannung: **VDD**, **VCC**       (D engl. //drain//, C engl. //collector//)
  * Negative Spannung: **VSS**, **VEE**     (S engl. //source//, E  engl. //emitter//)




===== Kondensatoren =====


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**Wozu?**\\
Kondensatoren speichern Energie (eigentlich speichern sie Ladung (damit indirekt auch Energie)). Die gespeicherte Energie kann natürlich auch wieder abgegeben werden, dadurch sind sie z.B. in der Lage Spannungsschwankungen auszugleichen.
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=== In Kürze...===

  * Als Kapazität bezeichnet man die Fähigkeit eines Kondensators, eine bestimmte Menge an Energie (Ladung) zu speichern. Die Einheit der Kapazität ist das Farad.
  * Bei **Folienkondensatoren** oder **Keramikkondensatoren** braucht man nichts weiter beachten, d.h. sie besitzen keine bestimmte Einbaurichtung.

|{{ :inf:msr:foko.jpg? |}} |{{ :inf:msr:kerko.jpg? |}} | {{ :inf:msr:kerkosz.jpg? |}}|
|Folienkondensator|Keramikkodensator| Schaltzeichen für ungepolte Kondensatoren|

  * **Elektrolytkondensatoren** haben eine Polarität, d.h. hier ist die Einbaurichtung unbedingt zu beachten (Explosionsgefahr bei Missachtung! -.-). Das kurze Beinchen des Kondensators ist der Minuspol. Der Kondensator besitzt außerdem einen Aufdruck mit Minuszeichen.

|{{ :inf:msr:elko.jpg? |}} |{{ :inf:msr:elkosz.jpg? |}} |
|Elektrolytkondensator|Schaltzeichen für Kondensatoren bei der die Einbaurichtung (Polarität) beachtet werden muss! |




===== Widerstände =====

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**Wozu?** \\

Nahezu jede Schaltung benötigt Widerstände. Mithilfe von Widerständen kann der Strom begrenzt oder die Spannung aufgeteilt werden.
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=== In Kürze...===

  * Widerstand engl. **Resistance**, daher die Abkürzung R für den Widerstand.
  * Die Einheit des Widerstandes ist das Ohm  Ω (griech. Omega).
  * Die Einbaurichtung braucht nicht beachtet zu werden.


Die wichtigste Formel zur Berechnung von Strom, Spannung und Widerstand ist das Ohmsche-Gesetz:

$$ U = R \cdot I $$.  
 
mit:  
  * U ist die Spannung (Einheit Volt, V)
  * R ist der Widerstand (Einheit Ohm, Ω)
  * I ist der Strom (Einheit Ampere, A)
       

|{{ :inf:msr:r.jpg?100 |}}|{{ :inf:msr:resistor_symbol_iec.svg.png?}}|{{:inf:msr:resistor_symbol_america.svg.png? |}} |
| |Schaltzeichen des elektrischen Widerstandes |(alternatives Schaltzeichen)|

  * Um den Widerstandswert zu ermitteln kann man entweder ein Multimeter benutzen, oder aber die Reihenfolge der farbigen Ringe bestimmen.  Die Farbkodierung der Widerständen kann im Internet nachgeschlagen werden.



===== Leuchtdioden =====

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**Wozu?** \\
Leuchtdioden  //"leuchten"//.  Weil sie zum Leuchten aber nur sehr wenig Strom (typischerweise 10-20 mA) brauchen sind sie bestens dafür geeignet, als Signal oder Statuslampen ihren Dienst zu tun.
</WRAP>


=== In Kürze...===


|{{ :inf:msr:images.jpeg? |}} |{{ :inf:msr:ledsz.jpg? |}} |
|<color #22b14c>grüne</color>, <color #ffc90e>gelbe</color> und <color #ed1c24>rote</color> Led. |Schaltzeichen einer Leuchtdiode. Die Kathode muss an Masse angeschlossen werden! |

  * Leuchtdioden (kurz **LED** engl. //light-emitting diode, dt//. Licht-emittierende Diode)
  * Leuchtdioden besitzen eine Polarität, d.h. die Einbaurichtung muss beachtet werden.
  * Leuchtdioden benötigen nur wenig Strom (10-20 mA), zu viel Strom zerstört sie! Deswegen müssen immer  Widerstände verwendet werden, wenn Leuchtdioden zum Einsatz kommen sollen.
  * Das Kurze Beinchen der LED ist die Kathode (-) und muss mit Masse verbunden werden.

<WRAP center round tip 100%>
Merkspruch: Die <color #00a2e8>**K**</color>athode ist <color #00a2e8>k</color>ürzer (<color #00a2e8>k</color>napper).
</WRAP>

| {{ :inf:msr:led_kante.jpg?100 |}}|
|Sind die Anschlüsse schon gekürzt, betrachtet man das Plastikgehäuse der LED. Bei der <color #00a2e8>**K**</color>athode ist es <color #00a2e8>k</color>napper (abgeflacht) - siehe Pfeil. |

=== Beispiel: Schaltkreis LED und Widerstand ===
| {{ :inf:msr:led_sk.png? |}}| 
|<WRAP> Eine LED benötigt immer einen Widerstand, um den Strom auf eine für die LED notwendige Stromstärke (10-20 mA) zu beschränken. \\
Der Widerstand kann zwischen Pluspol und Anode (Bild oben),\\
oder zwischen Kathode und Minuspol (Bild unten) eingebaut werden.
\\ Welche Spannung bzw. wie viel Strom genau benötigt wird, kann dem Datenblatt des jeweiligen Herstellers entnommen werden.</WRAP> |



===== Dioden =====

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**Wozu?** \\
Immer wenn man sicherstellen muss, dass der Strom nur in einer Richtung fließen darf, verwendet man Dioden. Dadurch lassen sich z.B. andere Bauteile vor Fehlspannungen (Strömen) schützen.
</WRAP>

=== In Kürze...===

|{{ :inf:msr:diode.png? |}} |{{ :inf:msr:diodesz.jpg? |}} | 
|Eine häufig benutze Diode ist z.B. die Diode: **1N4148**.|Schaltzeichen einer Diode. Im Unterschied zum Schaltzeichen für LEDs fehlen hier die Pfeile. |
  * Bei Dioden muss die Einbaurichtung beachtet werden.
  * Die Kathode (-) ist durch den Balken gekennzeichnet.
  * Der Strom fließt nur in eine Richtung (Plus nach Minus), in die andere Richtung versperrt die Diode den Weg.

===== Transistor =====
<WRAP center round help 100%>
**Wozu?** \\
Transistoren können Ströme verstärken, außerdem können sie als Schalter verwendet werden. Transistoren gehören zu den wichtigsten Bauelementen elektronischer Schaltungen.
</WRAP>


|{{ :inf:msr:trans.png? |}}|{{ :inf:msr:transis.jpeg?150 |}}|{{ :inf:msr:bc548-pinout.jpg? |}}| 
|<WRAP>Das Schaltsymbol eines Transistors.

Jeder Transistor hat drei Anschlüsse. 

  * Basis
  * Emitter
  * Collector 
</WRAP>|<WRAP>Der **BC548B** ein häufig verwendeter Transistor.
 

Er kann Ströme ≈ 300 Fach verstärken!</WRAP>|<WRAP>Eine Seite ist abgeflacht, um die Anschlüsse unterscheiden zu können.</WRAP>|

=== In Kürze...===
Hier zeigen wir als Beispiel die **Emitterschaltung** (das ist eine der drei Grundschaltungen von Transistoren).

|{{ :inf:msr:transistor-emitter.png? |}}|
|Ein Transistor in Emitterschaltung. //Beachte, der Emitter ist mit der Masse verbunden!//|

  * Bei der Emitterschaltung ist der Emitter mit Masse verbunden.
          * //Die Emitterschaltung kann z.B. benutzt werden um die Lampe (L) zum Leuchten zu bringen.//

Damit sie leuchtet, muss ein Strom zwischen Collector (**C**) und Emitter (**E**) fließen. Dieser Strom kann aber nur fließen, wenn zwischen der Basis (**B**) und dem Emitter (**E**) ein viel kleinerer sogenannter **Steuerstrom** fließt. Fließt nun dieser Steuerstrom, dann sagt man, 'der Transistor schaltet durch', d.h., die Lampe leuchtet. Fließt kein Steuerstrom, dann sperrt der Transistor und die Lampe leuchtet nicht.\\

**<color #00a2e8>Der Steuerstrom bestimmt, ob die Lampe leuchtet oder nicht.</color>**\\

Diese Schaltung verwendet daher einen Transistor als Schalter, um eine Lampe an- und auszuschalten.

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Das besondere beim Transistor ist, dass der Steuerstrom nur wenige mA beträgt. Der Strom, der aber im Stromkreis der Lampe fließt (der sogenannte Arbeitskreis) ist viel größer.

**Faustregel:** Der Strom im Arbeitskreis ist ca. 10 mal größer als im Steuerkreis.
</WRAP>

===== Spannungsregler =====


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**Wozu?** \\
Häufig benötigen elektronische Schaltungen eine Spannung, die nur wenig schwankt, da ansonsten die Bauteile nicht exakt arbeiten können. Spannungsregler dienen dazu, stabile Spannungen zu erzeugen, indem sie die Schwankungen der angeschlossenen Spannungsquelle (Batterie oder Netzspannung) ausgleichen.
</WRAP>

=== In Kürze...===

|{{ :inf:msr:7805.png? |}}|{{ :inf:msr:vccreglersz2.jpg? |}} |
|<WRAP>Ein häufig eingesetzter Spannungsregler ist der **7805**.\\  Er erzeugt eine stabile Ausgangsspannung von **5 Volt**.</WRAP>|Das Schaltzeichen des Spannungsregler hat die Anschlüsse **INPUT**, **OUTPUT** und Masse (**GND**). |



  * Die Eingangspannung liegt zwischen IN und GND an. Die stabilisierte Ausgangsspannung liegt dann zwischen OUT und GND an.
  * Die genauen Anschlüsse sind dem Datenblatt des jeweiligen Bausteins zu entnehmen.
  * In der Praxis werden zum Betrieb noch Schutzdioden und Abblockkondensatoren eingebaut.