5006-6 Conrad Adventskalender 2017_01.indd 1 15.03.
Vorwort Viele haben bereits sehnsüchtig auf die Adventszeit gewartet, denn wieder startet ein Elektronik-Kalender mit 24 Versuchen. In diesem Jahr lautet das Thema „Operationsverstärker (OPV) und Schallwandler“. Im Mittelpunkt steht der vierfache OPV LM324, der viele interessante Versuche vor allem mit dem Piezo-Schallwandler erlaubt. Es können unterschiedliche Geräusche erzeugt werden, und mit etwas Geschick kann man sich sogar ein einfaches Musikinstrument aufbauen.
Alle Versuche im Überblick 1 Elektrische Geräusche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Kontakt finden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 Laden und entladen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 Licht und Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 Elektrische Geräusche 1. Tag Piezo-Schallwandler + Draht Hinter dem ersten Türchen finden Sie ein zentrales Bauteil dieses Elektronik-Kalenders: einen Piezo-Schallwandler mit Anschlussdrähten. Außerdem befindet sich im ersten Fach etwas Draht. Eine 9-V-Batterie muss zusätzlich besorgt werden. Falls keine neue Batterie zur Verfügung steht, reicht für die ersten Versuche auch eine stark gebrauchte Batterie, die für andere Geräte schon zu schwach ist.
2 Kontakt finden Das zweite Türchen verbirgt eine Steckplatine und einen Batterieclip für die 9-V-Batterie. Die weichen Kabel des Batterieclips sind an ihren Enden abisoliert und verzinnt, sodass man sie in die Kontaktlöcher der Steckplatine stecken kann. Sie sollten allerdings nur einmal eingesteckt werden und dann immer an derselben Position bleiben. Soll alles abgeschaltet werden, nimmt man am besten die Batterie von Clip, lässt aber die Anschlussdrähte verbunden.
3 Laden und entladen 3. Tag Widerstand 2,2 k Hinter dem dritten Türchen finden Sie einen Widerstand mit 2,2 k (2,2 Kiloohm). Er ist mit drei Farbringen gekennzeichnet (Rot, Rot, Rot). Ein vierter, goldener Ring kennzeichnet die Genauigkeitsklasse von 5 %. Schalten Sie diesen Widerstand parallel zum Schallwandler. Er sorgt dann immer für eine schnelle Entladung. Deshalb reicht diesmal ein einfacher Kontakt aus. Bei jedem Schließen und bei jedem Öffnen des Kontakts entsteht ein Geräusch.
4 Licht und Sound Öffnen Sie Türchen Nummer 4, finden Sie eine rote Leuchtdiode (LED). Bauen Sie die LED in die Plusleitung Ihres Aufbaus ein. Damit sehen Sie, wann der Schalter geschlossen ist und Strom fließt. Beim Einbau einer LED muss man auf die Polung achten. 4. Tag LED rot Die LED hat zwei unterschiedliche Anschlüsse. Der kurze Draht ist der Minuspol (Kathode), der längere Draht ist der Pluspol (Anode). Ist die LED einmal eingebaut, kann man nur noch schlecht sehen, welches der kurze Draht ist.
5 Integrierte Schaltung gut gelandet? 5. Tag LM324 Öffnen Sie das fünfte Türchen. Dahinter finden Sie das wichtigste Bauteil dieses Kalenders, den vierfachen Operationsverstärker LM324. Dieses IC (Integrated Circuit, integrierte Schaltung) mit 14 Anschlussbeinchen enthält vier eigenständige Verstärker mit jeweils zwei Eingängen und einem Ausgang.
6 Berührungssensor Das Türchen Nummer 6 bringt einen Widerstand mit 330 k (Orange, Orange, Gelb) zum Vorschein. Bauen Sie eine Schaltung mit offenem OPV-Eingang. Zwei Drähte mit blankem Ende führen nach außen. Im Normalzustand ist die LED an. Verbindet man die beiden Eingangsdrähte, geht sie aus. Es reicht auch, beide Drähte mit dem Finger zu berühren, denn die Leitfähigkeit der Haut genügt schon, um den Zustand zu verändern.
7 Nachleuchten bei Berührung 7. Tag Kondensator 100 nF Das siebte Türchen verbirgt ein ganz neues Bauteil, nämlich einen Kondensator mit 100 nF (Nanofarad). Es handelt sich um einen keramischen Scheibenkondensator, der mit dem Aufdruck 104 (100.000 pF, Picofarad) gekennzeichnet ist. Bauen Sie ihn in Ihre Schaltung ein. Die LED ist diesmal gegen Plus angeschlossen, sodass sich der Ruhezustand umkehrt. Im Normalzustand ist die LED aus.
8 Lichtsteuerung Noch eine LED kommt hinter dem achten Türchen zum Vorschein. Sie ist grün und soll nun anstelle der roten LED an den Ausgang des OPV gelegt werden. Die rote LED dagegen bekommt eine neue Aufgabe: Sie wird zur Fotodiode und ist damit ein wirksamer Lichtsensor. Beachten Sie die Einbaurichtung mit der Kathode am Eingang des OPV. Wenn Sie die rote LED mit einer hellen Taschenlampe bestrahlen, geht die grüne LED an. 8.
9 Von Rot nach Grün 9. Tag Widerstand 4,7 k Hinter Türchen Nummer 9 finden Sie einen Widerstand mit 4,7 k (Gelb, Violett, Rot). Er dient hier als Vorwiderstand für die grüne LED. Weil nun beide LEDs am Ausgang liegen, bestimmt die Ausgangsspannung das Helligkeitsverhältnis zwischen beiden Farben. Wenn der Drahtschalter geschlossen wird, geht die rote LED an. Öffnet man den Schalter, wird die rote LED langsam schwächer und die grüne immer heller, bis am Ende nur noch die grüne LED leuchtet.
10 Lichtsensor Eine gelbe LED kommt hinter dem zehnten Türchen zum Vorschein. Sie eignet sich gut als Lichtsensor. In Abhängigkeit von der Helligkeit zeigt die Schaltung entweder Rot oder Grün. Info: Prinzipiell kann jede LED auch als Fotosensor eingesetzt werden. Tauschen Sie die LEDs aus und testen Sie, welche der LEDs bei einer gegebenen weißen Lichtquelle die größte Empfindlichkeit aufweist. Mit einer Taschenlampe kann man dazu die Entfernung messen, bei der der Ausgang umschaltet.
11 Farbmischer 11. Tag Elko 22 µF Hinter dem elften Türchen verbirgt sich ein Elektrolytkondensator (Elko) mit 22 µF (Mikrofarad). Achtung, bei einem Elko muss immer die Polung beachtet werden. Der Minuspol ist mit einem dicken weißen Strich gekennzeichnet. Nur in der korrekten Einbaurichtung isoliert der Kondensator gut. In der falschen Richtung fließt Strom und kann den Elko langsam zerstören. Hier wird der Elko verwendet, um einen einmal eingestellten Zustand für lange Zeit zu halten.
12 Erdbebensensor Einen Widerstand mit 330 k (Orange, Orange, Gelb) finden Sie hinter Türchen Nummer 12. Er wird nun eingesetzt, um den Piezo-Schallwandler zu einem Erschütterungssensor zu machen. Laute Geräusche und starke Erschütterungen lassen die beiden LEDs flackern. Heben und senken Sie den gesamten Aufbau, dann leuchtet abwechselnd die rote und die grüne LED. Die Piezo-Scheibe verhält sich wie ein Beschleunigungssensor. Wenn Sie damit durch den Raum gehen, wird jeder Schritt deutlich angezeigt.
13 Klatsch-Schalter 13. Tag Widerstand 100 k Einen weiteren Widerstand mit 100 k (Braun, Schwarz, Gelb) finden Sie hinter dem 13. Türchen. Damit soll ein Klatsch-Schalter gebaut werden, der die LEDs bei lauten Geräuschen oder nach einem Antippen des Sensors umschaltet. Beachten Sie beim Einbau die korrekte Polung des Elkos, dessen Minuspol an den nicht invertierenden Eingang gehört. Im Ruhezustand ist die grüne LED an.
14 Tongenerator Das 14. Türchen bringt einen weiteren Widerstand mit 100 k (Braun, Schwarz, Gelb) zum Vorschein. Bauen Sie nun einen Signalgenerator, der einen lauten Ton erzeugt. Zusätzlich wird das Ausgangssignal an der grünen LED angezeigt. Man sieht zunächst nur ein gleichförmiges Leuchten. Wenn Sie aber die Augen schnell bewegen, ist ein schnelles Ein- und Ausschalten der LED zu erkennen. 14.
15 Akustischer Temperatursensor 15. Tag Hinter Türchen Nummer 15 finden Sie einen Widerstand mit 10 k (Braun, Schwarz, Orange), der nun statt des Widerstands mit 100 k eingesetzt werden soll. Damit entsteht ein hoher Ton. Berühren Sie den Kondensator mit zwei Fingern. Er wird sich dabei leicht erwärmen, was zu einer Änderung der Tonhöhe führt. Widerstand 10 k Info: Die meisten elektrischen Bauteile ändern ihre Eigenschaften mit der Temperatur.
16 Wie ein Geigerzähler … Hinter dem 16. Türchen finden Sie einen weiteren Scheibenkondensator, diesmal mit nur 10 nF (Aufdruck 103). Bauen Sie ihn in den Tongenerator ein. Auch veränderte Widerstände kommen zum Einsatz, um die Tonhöhe anzupassen. Außerdem wird der bisher in der Gegenkopplung eingesetzte Widerstand durch eine rote LED ersetzt, die nun als Lichtsensor arbeitet. Das Ergebnis ist ein Tongenerator, dessen Frequenz von der Helligkeit abhängt.
17 Elektronenorgel 17. Tag Widerstand 100 k Hinter Türchen Nummer 17 finden Sie einen weiteren Widerstand mit 100 k (Braun, Schwarz, Gelb). Bauen Sie den Tongenerator zu einer Elektronenorgel um. Die üblichen Instrumente haben viele Tasten, dieses kommt mit zwei Kontakten aus, die als Berührungssensor fungieren. Wenn man beide Kontakte mit den Fingern berührt, bildet man einen Widerstand, der den Ton bestimmt. Ein festerer Druck erzeugt einen höheren Ton.
18 Lichtorgel Öffnen Sie Türchen Nummer 18 und nehmen Sie einen Widerstand mit 330 k (Orange, Orange, Gelb) heraus. Bauen Sie außerdem wieder die LED als Lichtsensor ein. Mit einer Taschenlampe oder einer anderen Lichtquelle könnten Sie nun den Ton verändern. Eine stärkere Annäherung der Lampe erhöht die Frequenz. Der Ausdruck „Lichtorgel“ steht meist für ein Gerät, das Licht in Abhängigkeit von Klängen steuert. Hier ist es umgekehrt: Das Licht bestimmt die Tonhöhe. 18.
19 Licht-Telegramme 19. Tag Widerstand 10 k Einen Widerstand mit 10 k (Braun, Schwarz, Orange) finden Sie hinter Türchen Nummer 19. Bauen Sie einen Tongenerator, der sich mit einer Lichtquelle einschalten lässt. Die gelbe LED dient als Lichtsensor, die rote LED als elektronischer Schalter für den Tongenerator. Die Schaltung ist ein Empfänger für Licht-Telegrafie. Senden Sie zum Beispiel einen SOS-Notruf (… --- …), der von jedem verstanden wird.
20 Sirene Öffnen Sie Türchen Nummer 20 und nehmen Sie einen Widerstand mit 33 k (Orange, Orange, Orange) heraus. Bauen Sie eine Sirene. Hier werden zum ersten Mal alle vier Verstärker des LM324 gemeinsam verwendet. Weil sehr viele Bauteile eingesetzt werden, ist der Aufbau recht komplex. 20. Tag Widerstand 33 k Info: Die Schaltung besteht aus zwei Oszillatoren unterschiedlicher Frequenz.
21 Lichtalarm 21. Tag Widerstand 3,3 M Ein Widerstand mit 3,3 M (Orange, Orange, Grün) kommt hinter Türchen Nummer 21 zum Vorschein. Er wird nun in einem langsamen Oszillator verwendet. Zusätzlich gibt es einen Lichtsensor, der den Ton einschaltet. Diese Alarmanlage kann verwendet werden, um Weihnachtsgeschenke vor der vorzeitigen Entdeckung zu schützen. Wenn jemand in den verbotenen Raum kommt und das Licht einschaltet, ertönt ein unterbrochener Alarmton.
22 Schwebungstöne Hinter Türchen Nummer 22 finden Sie einen weiteren Kondensator von 100 nF (104). Damit können zwei Oszillatoren mit gleicher Frequenz aufgebaut werden. Beide Töne gelangen zum Lautsprecher. Ändern Sie die Frequenz eines der Oszillatoren, indem Sie den Kondensator mit dem Finger erwärmen. Dabei entstehen Schwebungstöne. Nach der Abkühlung nähern sich die Frequenzen einander an, die Schwebung wird langsamer, bis sie ganz verschwindet. 22.
23 Orgel zweihändig 23. Tag Kondensator 10 nF Ein zweiter Kondensator mit 10 nF (103) findet sich hinter Türchen Nummer 23. Damit soll nun eine zweistimmige Orgel gebaut werden. Die Töne werden durch den Fingerdruck auf die Sensordrähte verändert. Zwei völlig unabhängige Töne erhält man jedoch nur, wenn die beiden Sensoren von zwei Personen berührt werden, die ansonsten gut voneinander isoliert sind. Sobald sie sich an den Händen berühren, beeinflusst jeder den Ton des anderen.
24 Funkelnde Sterne Bisher gab es immer nur relativ hochohmige Widerstände, um die Batterie zu schonen, die möglichst bis Weihnachten durchhalten sollte. Aber hinter dem letzten Türchen finden Sie einen Widerstand mit nur 1 k (Braun, Schwarz, Rot). Am Weihnachtsabend sollen keine schrägen Klänge die Stimmung trüben, deshalb wird die PiezoScheibe nicht als Lautsprecher, sondern als Schallsensor eingesetzt.
Auswertung der erzielten Punkte 0 bis 30 Punkte: Es kann nur besser werden. 31 bis 60 Punkte: Sie haben Geschick und Sachverstand bewiesen. 61 bis 100 Punkte: Sie erhalten hiermit den Titel: Meister der experimentellen Elektronik. Liebe Kunden! Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben.
