Category Archives: Elektronik

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Lichtschranke (mit dem Arduino)

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k153pDer Aufbau einer Lichtschranke ist nicht sehr schwer. Vereinfacht ausgedrückt haben wir nur zwei Zustände: Der Infrarotstrahl ist nicht unterbrochen (=0), oder der Strahl wurde unterbrochen (=1).

Ich habe für den Aufbau zuerst den Temic K153P-Lichtsensor verwendet (siehe Bild rechts), den gibt es ganz günstig bei Pollin (Infrarot-Lichtschrankenpaare Temic K153P – 10 Paare für 0,95 EUR).

Die Schwierigkeit mit diesem Sensor war, dass ich kein korrektes 0- oder 1-Signal bekam, dass ich mit dem Controller verarbeiten konnte.

analogWrite() mit Pi mal Daumen rechnen mag zwar gehen, aber ich wollte ein sauberes, digitales Signal.

Bei microcontroller.net fand ich dann eine wunderbare Schaltung, die diesem Wunsch nachgekommen ist.

Da ich keinen CD4093N-IC zur Hand habe, habe ich hierfür einen 74HC132N genommen.
Tut ebenfalls, was er soll und preislich ist er sogar wenige Cent günstiger.

Den Rest hat man ja eh daheim und dann geht es auch schon los.

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Schieberegister – Was ist das?

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74hc595Das Schieberegister erweitert zum Beispiel die Eingangs- und/oder die Ausgangspins eines Mikrocontrollers.

Hierbei gilt zu beachten, dass man für Eingangs- und Ausgangspins das jeweilig passende Schieberegister verwendet.

Das wohl bekannteste Schieberegister trägt die Bezeichnung „74HC595“ und ist ein Schieberegister des SIPO-Typs (SIPO steht für Serial in, Parallel out, was bedeutet, dass es ein Ausgaberegister ist).

Das Pendant hierzu – beispielsweise ein „74LS299“ – ist ein Schieberegister des Typs PISO (PISO steht für Parallel in, Serial out). Mit diesem kann man den Status eines Pins des Schieberegisters abfragen.

Diese beiden Schieberegister gehören zu der Klasse der 8Bit-Schieberegister. Das heißt, man kann mit diesem Baustein 8 Pins (jeweils Ein- oder Ausgang des verwendeten Typs) ansteuern.

Es gibt auch eine Mischform, den „74LS194A“. Dieser ist ein 4bit-Schieberegister und besitzt 4 Ein- und 4 Ausgabepins in einem Baustein.

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Widerstände – der kleinste Nenner

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Der elektrische Widerstand ist, wie der Name schon sagt, ein Widerstand gegen die Spannung.
An jedem Widerstand wird die Spannung geringer, sprich, sie fällt ab.

Somit ist es uns möglich, Bedingungen für andere Bauteile herzustellen, beispielsweise eine LED zum Leuchten zu bringen, ohne dass sie kaputt geht. Das geht mit einem (Vor-)Widerstand, der die Spannung bremst.

Das Ganze hat aber auch einen Haken. Ein Widerstand ist ja wie eine Bremse am Fahrrad, oder am Auto. Durch die Bremswirkung entsteht Wärme.
Viel Wärme, wenn aus hoher Geschwindigkeit heruntergebremst wird und wenig Wärme im anderen Fall.
In der Elektronik ist es genau so. Je höher die Eingangsspannung und je geringer die Ausgangsspannung, desto höher die Wärmeentwicklung.

Ziehen wir das obig genannte Beispiel mit der LED noch einmal heran:

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Temperatursensor LM 35

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LM35_small

Es gibt verschiedene Sensortypen, um einen Temperaturwert auszulesen.

Verwendung findet hier heute der Feld-, Wald- und Wiesen-Temperatursensor LM 35 und zwar um genau zu sein, der LM 35 DZ.
Es gäbe beispielsweise noch einen CZ-Typen, der einen anderen Temperaturbereich auslesen kann, so wie einen DT-Typ mit anderem Gehäuse.

Alternativen wären auch noch der LM75, so wie der LM 335 (rechnet in Kelvin, statt in °C) da, die beide zur Messung von Minustemperaturen besser geeignet sind als der LM35.

Es gibt viele unterschiedliche Typen, auch preislich weichen sie enorm voneinander ab. Unseren LM 35 DZ-Typ bekommt man schon so für rund 1 EUR und man kann mit ihm viele schöne Dinge machen in Verbindung mit anderen Bauteilen und/oder einem Microcontroller wie dem Arduino.

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Schaltungstechnik: Reihen- und Parallelschaltung Kondensatoren

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Schaltungstechnik Kondensator

In diesem Teil wollen wir uns die Kondensatoren anschauen und wie sie sich im Reihen- und Parallelschaltungsbetrieb verhalten.

Beginnen wir mit der Reihenschaltung.

 

Reihenschaltung

 

Die Kapazität eines Kondensators bezeichnet man als C und in einer Reihenschaltung ist Cges – also die Gesamtkapazität aller in Reihe geschalteter Kondensatoren – kleiner als die kleinste Einzelkapazität der Reihe. Mit jedem weiteren Kondensator in Reihe sinkt die Gesamtkapazität.

Die Formel ist bis auf C statt R die gleiche, wie wir sie bereits in der Parallelschaltung für Widerstände verwendet haben:

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Schaltungstechnik: Reihen- und Parallelschaltung Batterien

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Schaltungstechnik Batterie

Es gibt verschiedene Reihen- und Parallelschaltungen und eine habt Ihr mit Sicherheit schon mehr als ein Mal in Eurem Leben gesehen und zwar in elektronischen Geräten, in welche man mehrere Batterien packen muss.

 

Reihenschaltung Batterien

 

Bei einer Reihenschaltung bleibt die Gesamtkapazität (Ah) aller Batterien gleich unter Beibehaltung der Nennkapazität der einzelnen Batterie.

Haben wir beispielsweise 4 AA-Batterien mit 1,5 V/1.000 mAh in Reihe geschaltet, so haben wir eine Gesamtspannung von 6 Volt zur Verfügung und können ein Gerät betreiben, das beispielsweise mit einer dieser Batterien nicht laufen würde, weil es eine höhere Spannung benötigt.

Die Gesamtkapazität (Ah) der Batterien bleibt gleich, in unserem Fall also 1.000 mAh.

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Schaltungstechnik: Reihen- und Parallelschaltung Widerstände

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Widerstand

Im vorherigen Kapitel haben wir uns mit den Batterien beschäftigt, jetzt wird es eine Nummer kleiner. Wir beschäftigen uns jetzt mit den Widerständen und ihrem Verhalten in Reihen- und Parallelschaltung.

 

Reihenschaltung Widerstände

 

Die Formel ist ganz einfach: Wir haben eine Anzahl von n-Widerständen. Somit ist  Rges gleich die Summe der Einzelwiderstände der Reihe Rn.

Rges = R1 + R2 + . . . + Rn

Beispiel:
Widerstände Reihenschaltung

Haben wir 3 Widerstände mit jeweils 2 x 220 Ω und 1 x 1.000 Ω, so ist der Gesamtwiderstand der Reihe 1.440 Ω, denn es gilt folgende Formel:

Rges = R1 +R2 + R3,  oder ausgedrückt mit Zahlen
Rges = 220 Ω + 1.000 Ω + 220 Ω = 1.440 Ω aufgerundet 1.500 Ω

Bauen wir beispielsweise eine Schaltung, in der wir einen 220 Ω-Widerstand benötigen und findet sich solch einer nicht (mehr) in unserem Sortiment, dafür aber 2 * 100 Ω und 2 * 10 Ω, so könnten wir nun diese vier Widerstände in Reihe schalten und haben genau unsere 220 Ω abzgl. der prozentualen Toleranzen des jeweiligen Widerstands.

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Pullup- und Pulldown Widerstand

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PullupPulldown-HeaderHeute mal ein kurzer Beitrag zum Thema Pullup- und Pulldown-Widerstände in Verbindung mit Buttons, sprich Tastern.

Aber auch beim Einsatz von Transistoren kommen recht häufig auch Pulldown-Widerstände vor. Das ist nicht sehr verwunderlich, sind Transistoren ja auch eine Art Schalter, die schalten, sobald an der Basis genug Strom anliegt und der Transistor dann Collector und Emitter durchschaltet.

Wofür brauchen wir aber diese Pullup-/Pulldown-Widerstände?
In knappen Worten: Um einen unbestimmten Zustand bestimmt zu machen. Mit den Worten eines Programmierers: Wir initialisieren die Variable „Taste“ mit dem Wert „HIGH“ oder „LOW“.

Stellen wir uns folgendes vor:

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Breadboard – Steckplatine

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Steckplatine MiniDas Breadboard, oder auch Steckplatine genannt ist die Basis, um sinnvoll elektronische Schaltungen zu erstellen, oder sie zu testen.

Es gibt eine einfache Logik, wie ein Breadboard „tickt“, sprich, wo der Strom später langläuft und wo nicht.

Breadboards gibt es in diversen Ausführungen und im Zweifelsfall sollte man mit einem Durchgangsprüfer testen, wo die Verbindungen verlaufen.

 

Messspitzen Multimeter

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Das ist ganz einfach. Nehmt Euer Multimeter und nehmt zwei Stücke blanken starren Draht von der Länge von rund 20 mm und wickelt sie auf die Prüfspitzen Eures Multimeters. So kommt Ihr problemlos in das Lochraster des Breadboards.
Stellt Euer Multimeter nun auf Durchgangsprüfung Diode/DurchgangsprüfungDurchgangsprüfung und wenn der Strom fließt, zeigt Euch das das Gerät an, oder es ertönt ein Signal. (Handbuch beachten.)

In der Regel hat ein Breadboard in der Mitte eine Aussparung. Wenn wir uns das Breadboard nun so hinlegen, dass diese Nut (Foto siehe weiter unten) in der Mitte waagerecht verläuft, so fließt der Strom von den einzelnen Pins immer Reihenweise bis zur Nut. Wir haben also zwei durch diese Nut getrennte Bereiche. Dies ist dann ganz besonders interessant, wenn man Bausteine mit vielen Beinchen dran hat, wie beispielsweise einen Mikrocontroller. Ohne diese Nut wäre es nicht möglich ihn auf dem Breadboard aufzusetzten, ohne das immer zwei gegenüberliegende Beinchen auf derselben Leitung sitzen.

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Ohmsches Gesetz leicht gemerkt

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Das ohmsche Gesetz ist die Basis, um für unsere Schaltungen beispielsweise die passenden Widerstände für LEDs oder andere Bauteile zu berechnen.

Hierbei gilt: Wenn an einem Stromkreis eine elektrische Spannung angelegt wird, verändert sich der hindurchfließende elektrische Strom in seiner Stärke proportional zur Spannung. Dafür gibt es eine einfache Formel, genannt die URI-Formel.

Man kann sich diese URI-Formel leicht merken, in dem man sich die folgende URI-Pyramide als Bild im Kopf abspeichert.

Hierbei steht die Variable „U“ für die Spannung, die Variable „R“ für den Widerstand und die Variable „I“ für die Stromstärke.

 

URI_Pyramide

 

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