Wer mit Kindern und Jugendlichen, vor allem mit Jungen, etwas wirklich Kreatives und vor allem Spannendes basteln möchte, hat es oft nicht leicht. In Kooperation mit der Schule, habe ich diesen Grundkurs (Elektro Technik) einmal angefangen und ihn hier für euch etwas Dokumentiert, damit ihr das Gleiche zu Hause, in der Jungschar, in der Schule oder mit euren Freuden mal nachbauen könnt. Es gilt: Probieren geht über studieren. Durch das Nachbauen und Experimentieren, soll das Verstehen gefördert werden. Also zuerst Praxis, dann die Theorie. So macht lernen und verstehen Spaß. Alle Schaltpläne sind so gezeichnet, dass ihr sie ausdrucken, die Reißnägel durch das Papier in das Holz stecken und alles so verlöten könnt, wie auf dem Schaltplan zu sehen ist. Oder ihr verwendet Lochraster Platinen.
Tauscht die verschiedenen Widerstände, Kondensatoren und LEDs, einfach mal aus und schaut, was passiert. In den meisten Fällen könnt ihr einfach um 200-900 Ohm oder Mikrofarad tauschen. Im schlimmsten Fall brennt einmal ein Bauteil durch :-).
Die Schaltungen sind nicht nach Schwierigkeit geordnet, sondern Chronologisch, wie ich sie mir ausgedacht habe.
Es geht nicht darum den Kinder Wissen in Form von Formeln oder Gleichungen zu vermitteln, viel mehr sollen die Kinder (Grundschule Klasse und Weiterführende Schule Klasse 5 und 6) durch diese Schaltungen angeregt werden, Strom und Spannung selber zu entdecken und zu sehen was passiert, wenn ein Widerstand verändert wird.
Seit der Arduino vor einigen Jahren auf den Markt gekommen ist, kann man sich zurecht die Frage stellen, ob Transistorschaltungen überhaupt noch nötig sind. Ich würde zu 100% ja sagen, denn hat man Transistor Schaltungen verstanden, dann findet man sich beim Programmieren viel besser zurecht. Grundlagen sind immer gut zu beherrschen. Vor allem aber, kommt man ohne Transistoren auch beim Arduino oft auch nicht aus. Egal ob als Verstärker oder Schalter.
Natürlich kann man gerade Lauflichter, Dämmerungschalter oder die Alarmanlage viel einfacher und billiger mit dem Arduino bauen, doch manchmal ist es ganz gut zu löten und zu probieren. Allerdings gehört die Zukunft bei den Schaltungen dem Arduino. Gerade für Kinder, Jugendliche und Quereinsteiger, habe ich einen Grundkurs für die grafische Programmierung mit Arduino auf YouTube hochgeladen.
Hier findet ihr Video Tutorials von mir zum grafischen Programmieren mit Ardublock.
Schaltung 1, LED mit Schalter an einer 4,5 Volt Batterie:
Eine LED kann nicht einfach an eine Batterie mit 4,5 Volt angeschlossen werden, denn sie würde kurz aufleuchten und dann "durchbrennen". Es muss ein so genannter "Vorwiderstand" angeschlossen werden, der die Spannung für die LED senkt.
Ganz grob könnte man für folgende Spannungen diese Vorwiderstände verwenden.
- 3 Volt= 0-120 Ohm
- 4,5 Volt= 120-220 Ohm
- 6 Volt=220-330 Ohm
- 9 Volt=330-470 Ohm
- 12 Volt= 470-680 Ohm
Ich verwende bei meinen Schaltungen als Vorwiderstand meist einen großen Widerstand, da die meisten LEDs sonst sehr hell sind. Also nicht wundern, wenn an einer 4,5 Volt Schaltung ein 220 Ohm Widerstand eingebaut ist.
Der Schalter kann aus einer Musterklammer und einem etwas dickeren Kupferdraht gebaut werden oder aus einer Wäscheklammer in die zwei Reißnägel gelötet werden.
Die Wäscheklammer ist bestimmt die bessere Lösung, da dieser Schalter viel einfacher zu bedienen ist. Ein 6-8 mm Rundholz in der Wäscheklammer sorgt dafür das der Schalter offen bleibt.
Schaltung 1.1, LED mit Schalter und Summer an einer 4,5 Volt Batterie
In vielen Schaltungen braucht ihr nicht nur eine LED sondern auch einen Summer, einen BC548 oder ein BC547 kann so einen Summer ohne Probleme schalten. Dazu muss der Summer einfach parallel zu der LED oder anstatt der LED eingebaut werden.
Der Schaltplan ist für 9 Volt ausgelegt solltet ihr eine kleinere Spannung verwenden, dann einfach kleinere Widerstände verwenden.
Schaltung 2, LED Schalter mit einem Transistor
Eine LED verhält sich anders wie eine Glühbirne, eine Led leuchtet erst ab einer bestimmten Spannung. Deshalb ist es in vielen Fällen nötig den Strom zu verstärken. Zum Beispiel bei einem Regensensor, einem Füllmengen Anzeiger oder einem Berührungssensor. Wasser oder die Haut leiten zwar den elektrischen Strom, doch haben sie einen so großen Widerstand das nicht genug Spannung "durchkommt" um auch noch die LED leuchten zu lassen. Diese geringe Spannung lässt sich aber mit einem Transistor so weit verstärken bzw. schalten dass eine LED wieder leuchtet. Der Transistor arbeit damit aber nicht nur als Verstärker sonder vor allem auch als Schalter.
Wer statt den Transistor fest zu löten die Reißnägel frei lässt und Musterklammer auf die Reißnägel lötet, kann sich auch einen Transistor Tester bauen. Hierzu einen Transistor in die Musterklammer stecken und testen ob die LED leuchtet oder in welche Richtung er "Durchschaltet".
Schaltung 2.1, Berührungs - und Regensensor
Nun kommt die Transistorschaltung zum Einsatz. Ersetz man den Schalter durch zwei Reißnägel kann man sich einen Berührungssensor oder einen Regensensor bauen, je nachdem was man anlötet.
An die Leitung mit den grünen Punkten wird entweder der Regen-oder der Berührungssensor angeschlossen.
An die Schaltung sollte natürlich ein Summer angeschlossen werden, da wir Menschen auf Akustisches Signale nun mal einfacher reagieren können, Theoretisch kann der Summer einfach anstatt der LED und des Vorwiderstandes eingebaut werden. ES kann jedoch sein dass nur die Led leuchtet, der Summer aber nicht "summt" dann eine (Darlington Schaltung) helfen. Diese besteht aus zwei Transistoren und verstärkt den Strom noch einmal.
Als Berührungssensor kann ein Stück Lochrasterplatine, Reißnägel oder ähnliches dienen. Berührt ein Mensch oder Tier nun die beiden Kontakt, fließt ein geringen "Basisstrom" und der Transistor "schaltet" durch und die LED leuchtet.
Als Regensensor kann etwas Aluminiumfolie die mit Reißnägel auf einem Holz befestig wird dienen. Regnet es nun schließt das Wasser den Stromkreis und der "Basisstrom" "schaltet" den Transistor durch und die LED leuchtet. Alternativ kann auch ein Summer angeschlossen werden.
Schaltung 2.2, Füllstandsanzeiger
Wer die Platine oder die Alustreifen in einen Eimer klebt, kann anzeigen lassen wann die Wassertonne am Haus voll ist und den Schieber des Dachrinnenanschlußes zumachen.
Wer die Schaltung um 2-10 Stationen erweitert kann sich sogar ganz genau ansagen lassen wie viel Wasser in der Tonne ist.
Den Füllstandsanzeiger würde ich nicht auf ein Holzbrett und Reißnägel löten sondern gleich auf eine Lochrasterplatine, das ist einfach und schneller.
Bitte beachtet dass die LEDs sofort leuchten wenn Wasser auf höhe der Kontakte ist, dass es aber bis zu einem Tag dauern kann bis die LEDs aufhören zu leuchten, selbst wenn das Wasser schon gesunken ist. Da das Wasser auf den Kontakten erst verdampfen muss. Deshalb bitte keinen 39 K. Ohm Widerstand verwenden sondern einen viel höheren probiert das am besten an der fertigen Schaltung aus, wie es bei eurer Anwendung am besten funktioniert.
Hier gibt es eine Anleitung für einen richtigen Füllstandsanzeiger mit Reedkontakt.
Schaltung 3, Dämmerungsschalter
Es gibt zwei arten von Dämmerungsschalter, bei der "Hellschaltung" schaltet der Transistor durch wenn Licht auf den LDR (Photowiderstand) fällt. Bei der Dunkelschaltung, schaltet der Transistor durch wenn kein Licht mehr auf den LDR fällt. In einem
Baut die beiden Schaltungen einfach nach und probiert mit einer Taschenlampe und eurem Rolladen im Zimmer einfach mal aus wie sich die Schaltung verhält. Probiert auch verschiedene Widerstand, ihr werdet feststellen, dass der Transistor früher oder später anspricht.
Hellschaltung:
Dunkelschaltung:
Schaltung 4, Zeitschalter
Wenn der Taster für.ca 1 Sekunde gedrückt wird lädt sich der Kondensator auf, lasst ihr den Taster nun lass, schaltet die Spannung aus dem Kondensator den Transistor durch und die Led leuchtet.
Je nach Kondesator zwischen 5-90 Sekunden. Dies ist eine Wichtige Anwendung, im Treppenhaus, damit das Licht an bleibt, bei einer Alarmanlage damit Zeit ist sie auszuschalten, fallen dir noch mehr Anwendungen ein?
Schaltung 5, Lichtschranke
Aus der Hellschaltung könnt ihr euch mit einer zusätzlichen LED eine Lichtschranke bauen. Eine Lichtschranke ist wie der Name ja schon sagt eine "Schranke" aus Licht. Wir dieses Licht ausgeschaltet oder unterbrochen signalisiert das eine LED. Das Prinzip ist logisch wenn man sich die LDR Schaltung von oben anschaut.
Der Transistor schließt den Stromkreis so lange Licht auf den Photowiderstand fällt, fehlt dieses Licht, fehlt auch die Basisspannung und der Transistor schaltet nicht mehr. Der lila Bereich stellt den Bereich dar in dem sich die "Schranke aus Licht befindet.
Nachteil:
Der Nachteil bei einer Lichtschranke mit einer Led liegt klar auf der Hand, wenn die Sonne scheint oder das Licht an ist, funktioniert sie nicht da zu viel Licht auf den LDR fällt. Ist es dagegen dunkel und die Schaltung funktioniert, sieht man die Lichtschranke. Aber diese Schaltung soll ja das Prinzip verdeutlichen und keine Verbrecher verjagen.
Schaltung 6, sound to light Lichterorgel:
Ein Transistor verstärkt kleine Ströme, die machen wir uns beim Bau einer sound to light Lichterorgel zu nutze. Diese Schaltung wird an den Lautsprecher einer Stereoanlage angeschlossen. Schaltet man sie ein lässt Musik laufen, so „greift" sich der Transistor etwas von der Spannung an und verstärkt diesen Strom. So blinken die Led´s nicht nur im Takt sondern werden auch heller und dunkler.
Der 150 Ohm Widerstand dient nur der Sicherheit, den je nach Größe der Stereoanlage kann der Transistor recht schnell "durchbrennen". Sollte euch das passieren wenn ihr Laut Musik hört dann einfach den Transistor tauschen und einen größeren Widerstand einbauen. Sollte die Schaltung nicht funktionieren dann einen kleineren Widerstand einbauen.
Werden statt des einen Transistors mehrer eingebaut und mit unterschiedlichen Widerständen an der Basis ausgestattet leuchten die LEDs unterschiedlich.
Schaltung 7, Polungstester (+/- Tester)
Eine ganz ganz einfache Schaltung und doch oft ein kleiner wichtiger Helfer in der Praxis. Wer mehrer Batterien einbaut oder es nicht ganz offensichtlich ist wo bei der Batterie der plus und wo der minus Pol ist, kann es durch anklemmen an diese Schaltung schnell herausfinden.
Die Schaltung eignet sich auch um die Funktion von Dioden ganz einfach zu zeigen, da immer nur eine lED leuchtet.
An der Stelle wo die rote Krokodilklemme angeschlossen ist, liegt der Pol an, der bei von den LEDs angezeigt wird. Wenn die linke LED leuchtet ist an der roten Klemme also Minus. Wenn die rechte LED leuchtet, ist an der roten Klemme der plus Pol.
Schaltung 8, einfacher Wechselblinker
Ein einfacher Wechselblinker ist schnell gebaut, es ist eigentlich eine ganz einfache Schaltung aber im Innern der Schaltung passiert eine ganze Menge :-). Ganz vereinfacht ausgedrückt könnte man sagen, die Kondensatoren laden sich auf und die Transistoren sperren sich gegenseitig, so kann immer nur ein Transistor schalten durchschalten und diese LED leuchtet dann.
Bei dieser Schaltung kommt es ganz einfach darauf an welche Kondensatoren und welche Widerstände ihr verwendet. Ersetz die Kondensatoren und Widerstände (nicht oder nur gering die 470 Ohm) durch andere Werte, ihr werdet feststellen das sich der Blinkmodus ändert. Tauscht auch nur einzelne Bauteile aus, so ändert sich das Verhalten von einer LED zur anderen.
Schaltung 9, einstellbarer Wechselblinker
Die Bauteile zu tauschen ist aber recht aufwendig, es sei denn ihr habt Steckverbinder verwendet und müsst alle Bauteile nur einstecken.
Einfacher ist es ein Potentiometrer (Poti) zu verwenden), damit sich die Blinkfrequenz "etwas" einstellen, bzw. geringfügig verändern.
Schaltung 10, Alarmanlage
Diese kleine Schaltung dient zur Sicherung von Schubladen, Türen, Fenstern oder anderen Beweglichen Teilen. Wird der Draht durchtrennt oder durch einen Magneten ein Reedkontakt geöffnet schaltet der Transistor und die LED leuchtet.
An die beiden Reißnägel auf der linken Seite werden die Kontakte der angeschlossen. Besteht zwischen diesen beiden Reißnägeln kein Kontakt, leuchtet die LED auf. Perfekt um in eine Schublade oder ähnliches eingebaut zu werden. Damit ihr nicht jedesmal einen neuen Draht anlöten müsst verwendet ihr am besten einen Reedkontakt oder einen Taster.
Natürlich kann die Alarmanlage auch mit einem Summer und einer Led gebaut werden. Auf die Spannung des Summers achten. Die LED kann auch weg gelassen werden und nur ein Summer eingebaut werden, das ganze sieht dann so aus. Sollte der Summer nicht summen aber die LED leuchten muss der 6,8 K. Ohm Widerstand verkleinert werden oder ein Summer mit geringen Spannung eingebaut werden.
Schaltung 11, Led mono Blitzer mit und ohne einstellbarer Geschwindigkeit
Diese Schaltung bringt eine einzelne (Mono) led zum Blitzen oder blinken. Dabei kann eine Spannung von 3-6 Volt angeschlossen werden. Ideal also um leere 9 Volt Batterien noch das letze bisschen Energie abzugewinnen.
Das tolle an dieser Schaltung ist die Sparsamkeit, diese Schaltung blinkt fast ewig. Leider ändert sich je nach Spannung auch die Blinkfrequenz, je leere die Batterie wird, desto langsamer blink die Led. Durch das Tauschen von R1 oder des Kondensators kann die Blinkfrequenz ebenfalls verändert werden.
Durch den einbau eines einfachen Poti lässt sich die Blinkfrequenz (Geschwindigkeit) einstellen, dazu einfach "neben" oder parallel zu R1 ein 100 K. Poti einlöten.
Schaltung 12, LED Wechselschalter
Diese kleine Schaltung wechselt zwischen den beiden LED hin und her wenn ein Schalter geschlossen wird.
Ideal auch für Spiele um anzuzeigen welche Gruppe gerade dran ist und welche nicht. Ist eine Gruppe fertig betätig sie kurz ihren Schalter, die ein Led erlischt die anderen geht an, es klar wir sind fertig die andere Gruppe kommt dran.
Schaltung 13, Dimmer
Eine LED zu Dimmen ist in vielen sehr wichtig, bei einer Taschenlampe, einer Schreibtischlampe einem Füllstandanzeiger, einer Warnmeldung, usw. Die einfachste Schaltung ist es, einen Poti vor eine LED zu setzen und kleineren Vorwiderstand zu wählen. Hat der Poti, fungiert damit Gleichzeit als Dimmer. Habt ihr einen Poti der zwei "Ausgänge" hat könnt ihr damit sogar ganz einfach zwischen zwei LEDs hin und her Dimmer (überblenden).
Das ist nun keine sehr schöne Lösung aber vor allem in vielen Fällen auch kein Umsetzbare Lösung.
In den meisten Fällen muss die Trimmung (Dimmung) über einen Transistor hergestellt werden. Das kann dann so wie auf den unteren Schaltungen aussehen.
Und wenn ihr den Fader mit zwei LEDs auch elektronisch nachbauen wollt, dann kann das so aussehen:
So geht es auch:
Und nun viel Spaß beim nachbauen und experimentieren und immer daran denken, nur 9 Volt aus einer Batterie verwenden. Finger weg von allen Steckdosen.
