Einführung in die Grundlagen der Elektronik
Eine Einführung in die Grundlagen der Elektronik und das Erstellen eigener Projekte ist viel einfacher, als Sie vielleicht denken. In diesem Lernprogramm geben wir Ihnen einen kurzen Überblick über gängige elektronische Bauteile und erklären ihre Funktionen. Dann lernen Sie etwas über Schaltpläne und wie man sie zum Entwerfen und Bauen von Schaltungen verwendet. Und schließlich wirst du diese Informationen anwenden, indem du deine erste Grundschaltung erstellst.
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Bevor du anfängst, stelle sicher, dass deine elektronische Werkbank richtig eingerichtet ist. Der Arbeitsbereich muss nicht ausgefallen sein und du kannst sogar deine eigene elektronische Werkbank bauen.
Aufbewahrung
Elektronische Komponenten können klein sein und es ist eine gute Idee, alles organisiert zu halten. Die beliebteste Option ist die Verwendung von durchsichtigen Plastikboxen für die Aufbewahrung von Teilen. Außerdem können Sie Kunststoffbehälter verwenden, die an einem Regal hängen oder in ein Regal passen.
Werkzeuge
Nachdem Sie nun einen guten Arbeitsplatz eingerichtet haben, ist es an der Zeit, ihn mit den richtigen Werkzeugen und Geräten auszustatten. Diese Liste ist nicht vollständig, aber sie zeigt die häufigsten Gegenstände, die in der Elektronik verwendet werden.
Brettchen
Brettchen sind ein wichtiges Werkzeug für das Prototyping und den Aufbau von temporären Schaltungen. Diese Platinen enthalten Löcher zum Einsetzen von Drähten und Bauteilen. Da sie nur vorübergehend verwendet werden, kann man mit ihnen Schaltungen erstellen, ohne zu löten. Die Löcher in einem Breadboard sind sowohl horizontal als auch vertikal aneinandergereiht, wie unten gezeigt.
Digitalmultimeter
Ein Multimeter ist ein Gerät, mit dem man Strom (Ampere), Spannung (Volt) und Widerstand (Ohm) messen kann. Es eignet sich hervorragend für die Fehlersuche in Schaltkreisen und kann sowohl Wechsel- als auch Gleichspannung messen. Weitere Informationen über die Verwendung eines Multimeters finden Sie in diesem Beitrag.
Batteriehalter
Ein Batteriehalter ist ein Kunststoffgehäuse, das Batterien von 9V bis AA aufnimmt. Einige Halter sind geschlossen und haben einen Ein-/Ausschalter eingebaut.
Prüfkabel (Krokodilklemmen)
Prüfkabel sind ideal, um Komponenten miteinander zu verbinden und eine Schaltung zu testen, ohne dass man löten muss.
Drahtschneider
Drahtschneider sind unverzichtbar zum Abisolieren von Litzen und massivem Kupferdraht.
Präzisionsschraubendreher-Satz
Präzisionsschraubendreher sind auch als Juwelierschraubendreher bekannt und werden normalerweise im Set geliefert. Der Vorteil dieser Schraubendreher gegenüber normalen Schraubendrehern sind die Präzisionsspitzen der einzelnen Schraubendreher. Sie sind sehr praktisch, wenn man mit Elektronik arbeitet, die winzige Schrauben enthält.
Hilfreiche dritte Hand
Wenn man mit Elektronik arbeitet, hat man nie genug Hände, um alles zu halten. Hier kommt die helfende Hand (3. Hand) ins Spiel. Sie eignet sich hervorragend zum Festhalten von Leiterplatten oder Drähten beim Löten oder Verzinnen.
Heißluftpistole
Eine Heißluftpistole wird zum Schrumpfen von Kunststoffschläuchen verwendet, die als Schrumpfschlauch bekannt sind, um freiliegende Kabel zu schützen. Schrumpfschlauch wird als das Klebeband der Elektronik bezeichnet und ist bei einer Vielzahl von Anwendungen sehr nützlich.
Überbrückungsdraht
Diese Drähte werden mit Breadboard und Entwicklungsplatinen verwendet und sind in der Regel 22-28 AWG Vollkerndraht. Überbrückungsdrähte können männliche oder weibliche Enden haben, je nachdem, wie sie verwendet werden sollen.
Lötkolben
Wenn es an der Zeit ist, eine dauerhafte Schaltung zu erstellen, werden Sie die Teile zusammenlöten wollen. Dazu brauchst du einen Lötkolben. Natürlich taugt ein Lötkolben nichts, wenn du kein passendes Lot hast. Du kannst bleihaltiges oder bleifreies Lot in verschiedenen Durchmessern wählen.
Elektronische Komponenten
Jetzt ist es an der Zeit, über die verschiedenen Komponenten zu sprechen, die deine elektronischen Projekte zum Leben erwecken. Im Folgenden findest du eine kurze Übersicht über die gängigsten Komponenten und ihre Funktionen.
Schalter
Schalter gibt es in vielen Formen, z. B. als Druckknopf, Wippe, Momentanschalter und andere. Ihre grundlegende Funktion ist die Unterbrechung des elektrischen Stroms, indem sie einen Stromkreis ein- oder ausschalten.
Widerstand
Widerstände werden verwendet, um dem Stromfluss zu widerstehen oder die Spannung in einem Stromkreis zu kontrollieren. Der Widerstand, den ein Widerstand bietet, wird in Ohm gemessen. Die meisten Widerstände haben farbige Streifen auf der Außenseite und dieser Code gibt den Widerstandswert an. Sie können ein Multimeter oder den Digikey-Farbcode-Rechner für Widerstände verwenden, um den Wert eines Widerstands zu bestimmen.
Variabler Widerstand (Potentiometer)
Ein variabler Widerstand ist auch als Potentiometer bekannt. Diese Bauteile findet man in Geräten wie einem Lichtdimmer oder einem Lautstärkeregler für ein Radio. Wenn man die Welle eines Potentiometers dreht, ändert sich der Widerstand in der Schaltung.
Lichtabhängiger Widerstand (LDR)
Ein lichtabhängiger Widerstand ist auch ein variabler Widerstand, wird aber durch das Licht und nicht durch Drehen eines Knopfes gesteuert. Der Widerstand in der Schaltung ändert sich mit der Intensität des Lichts. Man findet sie oft in Außenleuchten, die sich bei Dämmerung automatisch ein- und bei Sonnenaufgang wieder ausschalten.
Kondensator
Kondensatoren speichern Strom und geben ihn bei einem Spannungsabfall wieder an den Stromkreis ab. Ein Kondensator ist wie eine wiederaufladbare Batterie und kann aufgeladen und wieder entladen werden. Der Wert wird in F (Farad), nano Farad (nF) oder pico Farad (pF) gemessen.
Diode
Eine Diode lässt Strom in eine Richtung fließen und sperrt ihn in die andere Richtung. Die Hauptaufgabe der Diode besteht darin, den Strom davon abzuhalten, einen unerwünschten Weg innerhalb des Stromkreises einzuschlagen.
Licht emittierende Diode (LED)
Eine Licht emittierende Diode ist wie eine normale Diode, da elektrischer Strom nur in eine Richtung fließt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass eine LED Licht ausstrahlt, wenn Strom durch sie fließt. Im Inneren einer LED gibt es eine Anode und eine Kathode. Der Strom fließt immer von der Anode (+) zur Kathode (-) und nie in die entgegengesetzte Richtung. Das längere Bein der LED ist die positive Seite (Anode).
Transistor
Transistoren sind winzige Schalter, die einen Strom ein- oder ausschalten, wenn sie durch ein elektrisches Signal ausgelöst werden. Er ist nicht nur ein Schalter, sondern kann auch zur Verstärkung von elektronischen Signalen verwendet werden. Ein Transistor ähnelt einem Relais, hat aber keine beweglichen Teile.
Relais
Ein Relais ist ein elektrisch betriebener Schalter, der sich öffnet oder schließt, wenn Strom angelegt wird. Im Inneren eines Relais befindet sich ein Elektromagnet, der einen mechanischen Schalter steuert.
Integrierte Schaltung (IC)
Eine integrierte Schaltung ist eine Schaltung, die so verkleinert wurde, dass sie in einen winzigen Chip passt. Diese Schaltung enthält elektronische Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren, aber in einem viel kleineren Maßstab. Integrierte Schaltungen gibt es in verschiedenen Varianten wie 555-Timer, Spannungsregler, Mikrocontroller und viele mehr. Jeder Pin auf einem IC ist einzigartig in Bezug auf seine Funktion.
Was ist ein Schaltkreis?
Bevor du ein elektronisches Projekt entwirfst, musst du wissen, was ein Schaltkreis ist und wie man einen richtig erstellt.
Ein elektronischer Schaltkreis ist ein kreisförmiger Pfad von Leitern, durch den elektrischer Strom fließen kann. Ein geschlossener Stromkreis ist wie ein Kreis, denn er beginnt und endet am selben Punkt und bildet eine vollständige Schleife. Außerdem kann in einem geschlossenen Stromkreis der Strom ununterbrochen von der (+)-Leitung zur (-)-Masse fließen.
Wenn dagegen der Stromfluss unterbrochen ist, spricht man von einem offenen Stromkreis. Wie unten gezeigt, kann ein Schalter in einem Stromkreis dazu führen, dass er je nach seiner Stellung offen oder geschlossen ist.
Alle Stromkreise müssen drei Grundelemente haben. Diese Elemente sind eine Spannungsquelle, eine Leiterbahn und eine Last.
Die Spannungsquelle, z. B. eine Batterie, wird benötigt, damit der Strom durch den Stromkreis fließt. Außerdem muss es einen leitenden Pfad geben, durch den der Strom fließen kann. Und schließlich braucht ein richtiger Stromkreis eine Last, die den Strom verbraucht. Die Last in der obigen Schaltung ist die Glühbirne.
Schaltplan
Wenn du mit Schaltkreisen arbeitest, wirst du oft einen sogenannten Schaltplan finden. Diese Diagramme verwenden Symbole, um zu veranschaulichen, welche elektronischen Komponenten verwendet werden und wo sie in der Schaltung platziert sind. Diese Symbole sind grafische Darstellungen der tatsächlichen elektronischen Komponenten.
Unten ist ein Beispiel für einen Schaltplan, der eine LED-Schaltung darstellt, die durch einen Schalter gesteuert wird. Es enthält Symbole für eine LED, einen Widerstand, eine Batterie und einen Schalter. Anhand eines Schaltplans kann man erkennen, welche Komponenten man verwenden und wo man sie einbauen muss. Diese Schaltpläne sind für Anfänger sehr hilfreich, wenn sie zum ersten Mal Schaltungen lernen.
Es gibt viele Arten von elektronischen Symbolen, und sie variieren leicht zwischen den Ländern. Im Folgenden finden Sie einige der in den USA am häufigsten verwendeten elektronischen Symbole.
Wie man die Größe eines Widerstands bestimmt
Widerstände werden häufig in Elektronikprojekten verwendet, und es ist wichtig zu wissen, welche Größe man verwenden muss. Um den Widerstandswert zu ermitteln, musst du die Spannung und die Stromstärke für deine LED und deine Batterie kennen.
Eine Standard-LED benötigt im Allgemeinen eine Spannung von etwa 2 V und einen Strom von 20 mA oder 0,02 A, um richtig zu funktionieren. Als nächstes musst du herausfinden, welche Spannung deine Batterie hat. In diesem Beispiel wird eine 9-V-Batterie verwendet. Um die Größe des Widerstands zu bestimmen, müssen wir eine Formel verwenden, die als Ohmsches Gesetz bekannt ist, wie unten gezeigt.
Ohmsches Gesetz – Widerstand (R) = Spannung (V) / Strom (I)
- Widerstand wird in Ohm (Ω)
- Spannung wird in Volt (V)
- Strom wird in Ampere (A)
Nach dem Ohmschen Gesetz, musst du die LED-Spannung von der Batteriespannung subtrahieren. Daraus ergibt sich eine Spannung von 7, die durch 0,02 Ampere von der LED geteilt werden muss. Diese Formel zeigt, dass du einen 350-Ω-Widerstand brauchst.
Als Hinweis: Standardwiderstände gibt es nicht in 350 Ω, sondern in 330 Ω, die gut funktionieren werden.
Elektronikprojekt Nr. 1
Jetzt ist es an der Zeit, alles, was du gelernt hast, zu kombinieren und eine grundlegende Schaltung zu erstellen. Dieses Projekt ist ein großartiges Einsteigerprojekt für Anfänger. Wir werden Messleitungen verwenden, um eine temporäre Schaltung zu erstellen, ohne sie zusammenlöten zu müssen.
Benötigte Teile:
- 9V Batterie
- Batterie-Schnapp-on Connector
- Messleitungen mit Krokodilklemmen
- 330 Ohm Widerstand
- LED – Basic Red 5mm
Schematic Diagram
Project Steps
- Bringen Sie die Batterieklemme oben an der 9V Batterie an.
- Das rote Kabel der Batterieklemme wird mit einer Krokodilklemme an der roten Messleitung verbunden.
- Das andere Ende der roten Messleitung wird an den langen Schenkel (+) der LED angeschlossen.
- Eine Krokodilklemme der schwarzen Messleitung wird an den kurzen Schenkel (-) der LED angeschlossen.
- Das andere Ende der schwarzen Messleitung wird an einen Schenkel des 330 Ω-Widerstands geklemmt.
- Eine Seite der anderen schwarzen Messleitung wird an den anderen Schenkel des 330 Ω-Widerstands geklemmt.
- Das andere Ende der schwarzen Messleitung wird mit dem schwarzen Batteriedraht verbunden.
WICHTIG – Schließen Sie eine LED niemals direkt an eine 9V-Batterie an, ohne einen Widerstand in den Stromkreis einzubauen. Dadurch kann die LED beschädigt/zerstört werden. Du kannst jedoch eine LED an eine 3V-Batterie oder eine kleinere Batterie ohne Widerstand anschließen.
Wie man ein Breadboard benutzt
Eine weitere Möglichkeit, eine Schaltung zu erstellen und zu testen, ist, sie auf einem Breadboard aufzubauen. Diese Bretter sind für das Testen und Prototyping von Schaltungen unerlässlich, da kein Löten erforderlich ist. Die Bauteile und Drähte werden in die Löcher gesteckt, um eine temporäre Schaltung zu bilden. Da sie nicht dauerhaft ist, kann man experimentieren und Änderungen vornehmen, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.
Unter den Löchern jeder Reihe befinden sich Metallklammern, die die Löcher miteinander verbinden. Die mittleren Reihen verlaufen wie gezeigt vertikal, während die äußeren Spalten horizontal verbunden sind. Diese äußeren Spalten werden Stromschienen genannt und dienen dazu, die Platine mit Strom zu versorgen.
Boardboards müssen mit Strom versorgt werden, und das kann auf verschiedene Weise geschehen. Eine der einfachsten Möglichkeiten ist, die Drähte eines Batteriehalters in die Stromschienen zu stecken. Dadurch wird nur die Schiene mit Spannung versorgt, in die sie eingesteckt ist.
Um beide Schienen mit Strom zu versorgen, musst du einen Überbrückungsdraht von der (+) und (-) zur Schiene auf der gegenüberliegenden Seite verwenden.
Elektronikprojekt #2
Nun werden wir lernen, wie man eine Schaltung auf einem Breadboard erstellt. Diese Schaltung ist genau die gleiche, die wir vorher gemacht haben, aber wir werden die Messleitungen nicht benutzen.
Benötigte Teile:
- 9V-Batterie
- Batterie-Schnellverbinder
- 330 Ohm Widerstand
- LED – Basic Rot 5mm
- Brotplatte-. Halbe Größe
Schaltplan
Projektschritte
- Batterieclip oben an der 9V-Batterie anbringen.
- Stecke den roten Draht von der Batterieklemme in F9 der Lochrasterplatine.
- Stecke den schwarzen Draht von der Batterieklemme in J21 der Lochrasterplatine.
- Biege die Schenkel des 330 Ω Widerstandes und stecke einen Schenkel in F21.
- Schließe den anderen Schenkel des Widerstands an F15 an.
- Schließe den kurzen Schenkel der LED an J15 und den langen Schenkel an J9 an.
Die roten Pfeile in der Abbildung unten helfen zu zeigen, wie der Strom in diesem Schaltkreis fließt. Alle Komponenten sind kreisförmig miteinander verbunden, genau wie bei den Messleitungen.
WICHTIG – Schließe niemals eine LED direkt an eine 9V-Batterie an, ohne einen Widerstand in den Stromkreis einzubauen. Dadurch wird die LED beschädigt/zerstört.
Löten
Wenn du deine Schaltung dauerhaft machen willst, musst du sie zusammenlöten. Eine ausführliche Anleitung zum Löten von elektronischen Bauteilen finden Sie in unserem Beitrag Löten – Schritt für Schritt.
Elektronikzubehör
Es gibt viele gute Möglichkeiten, online elektronische Bauteile, Teile und Werkzeuge zu finden. Im Folgenden finden Sie eine Liste unserer bevorzugten Einkaufsmöglichkeiten für Elektronik.
- Mouser Electronics
- DigiKey
- Newark Element 14
- Sparkfun Electronics
- Adafruit
- All Electronics
- MCM Electronics
- Jameco