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
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.
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.
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.
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.
Wozu?
Jeder elektrischer Schaltkreis benötigt mindestens eine Spannungsquelle und besitzt damit zwei Pole (Plus- und Miniuspol).
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.
Symbole für eine Spannungsquelle mit Angabe des Plus- und Minuspols. Dies könnte z.B. eine Batterie sein. |
Weiterer Bezeichnungen:
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.
Wozu?
Nahezu jede Schaltung benötigt Widerstände. Mithilfe von Widerständen kann der Strom begrenzt oder die Spannung aufgeteilt werden.
Die wichtigste Formel zur Berechnung von Strom, Spannung und Widerstand ist das Ohmsche-Gesetz:
$$ U = R \cdot I $$.
mit:
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.
grüne, gelbe und rote Led. | Schaltzeichen einer Leuchtdiode. Die Kathode muss an Masse angeschlossen werden! |
Merkspruch: Die Kathode ist kürzer (knapper).
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.
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.
Wozu?
Transistoren können Ströme verstärken, außerdem können sie als Schalter verwendet werden. Transistoren gehören zu den wichtigsten Bauelementen elektronischer Schaltungen.
Hier zeigen wir als Beispiel die Emitterschaltung (das ist eine der drei Grundschaltungen von Transistoren).
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.
Der Steuerstrom bestimmt, ob die Lampe leuchtet oder nicht.
Diese Schaltung verwendet daher einen Transistor als Schalter, um eine Lampe an- und auszuschalten.
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.
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.
Ein häufig eingesetzter Spannungsregler ist der 7805. | Das Schaltzeichen des Spannungsregler hat die Anschlüsse INPUT, OUTPUT und Masse (GND). |