Lectron - acamedia.info
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Lectron Systeme & Versuche Buchlabor Elementar-Systeme Ausbau-Systeme Experten-Systeme Versuchsbeispiele Lectron Inhaltsverzeichnis Was ist Lectron? Systemübersicht Übersicht Expertensysteme Buchlabor Einsteiger-System Einsteiger Ausbau-System Start-System Ausbau-System Kraftfahrzeug-Elektronik Ausbau-System Kraftfahrzeug-Elektronik Optoelektronik und Solartechnik Ausbau-System Optoelektronik und Solartechnik Digitaltechnik Ausbau-System Digitaltechnik Ausbau-System Zähler und Schrittmotor Ausbau-System Operationsverstärker Ausbau-System Schwellwert- und Majoritätslogik Ausbau-System PLL-Technik Ausbau-Syst. Neurophysiologie, 2. erw. Auflage Genregulation Übungssystem Elektronik AG / Übungs-Ausbau-System Elektronik AG-Ausbau Solartechnik Elektronik AG-Ausbau Magnetismus Elektronik AG-Ausbau Digitaltechnik Radiotechnik Ausbau-System Radio-Röhrentechnik Ausbau-System Schwingungen und Resonanz Radios für Lautsprecherbetrieb Versuchsbeispiele 2 1001 1002 1020 1003 1004 1009 1005 1010 1006 1011 1007 1008 1012 1013 1015 1016 1017 1102 1103/4 1105 1106 1107 1110 1120 1014 1111-13 3 4 5 6 7 7 8 9 10 11 12 13 14 16 18 20 22 24 26 28 30 31 32 33 34 36 37 38 39 40 Lectron Was ist Lectron? Lectron ist ein elektronisches Experimentier- und Lernsystem, das auf dem Bausteinprinzip mit Magnetkontakten aufbaut. Jeder Lectron-Baustein enthält ein elektronisches Bauelement oder eine Verbindungsleitung. Durch sinnvolles Aneinanderreihen der Bausteine entstehen funktionsfähige Schaltungen mit normgerechten Schaltbildern. Mit Lectron kann man elektrische und elektronische Vorgänge verstehen lernen. Zu jedem Lectron-System gehört deshalb ein Lern- und Anleitungsbuch. Die technisch einfache Handhabung macht es besonders geeignet auch für handwerkliche Laien. Da der zeitraubende Versuchsaufbau bei herkömmlichen Experimentiersystemen mit Löten, Klemmen, Stecken und sonstigen handwerklichen Fertigkeiten beim Lectron-System entfällt, kann man sich mit Lectron ganz auf die schöpferische Arbeit konzentrieren. Das seit Jahrzehnten bewährte Lectron-System wurde ständig überarbeitet und weiter entwickelt; die Bauteile und Experimente entsprechen dem aktuellen Stand der Technik. Die Baukastenreihe deckt nahezu alle Bereiche der modernen Elektronik ab und wird noch laufend erweitert. 3 Lectron Systemübersicht AusbauSysteme AusbauSystem 1004 + AusbauSysteme BuchLabor 1001 EinsteigerSystem 1002 + StartSystem 1003 = Neurophysiologie 1016 + ElementarSysteme KraftFahrzeugElektronik 1005 = KraftFahrzeugElektronik 1009 PLLTechnik 1015 = Optoelektronik & SolarTechnik 1010 Schwellwert & MajoritätsLogik 1013 = DigitalTechnik 1011 OperationsVerstärker 1012 Genregulation 1017 in Vorbereitung Zähler & Schrittmotor 1008 ÜbungsSystem 1102 + ÜbungsAusbauSystem 1104 Elektronik AG 1103 = + Optoelektronik & SolarTechnik 1006 DigitalTechnik 1007 SolarTechnik 1105 Magnetismus 1106 DigitalTechnik 1107 NeuroNeuro- physiologie I 1108 physiologie 1109 Schwingungen & Resonanz 1014 MW & UKW Radio 1113 4 Einsteiger AusbauSystem 1020 UKW Radio 1112 RadioTechnik 1110 Mittelwellen Radio 1111 RadioRöhrentechnik 1120 Radios für Lautsprecherbetrieb Labor Kfz 1202 Labor Opto-Solar 1203 Labor Digital 1204 Labor OpAmp 1205 = = = = Labor Spezial 1210 = Labor Standard 1201 = Experten-Systeme Elektronik AG 1103 ÜbungsSystem 1102 ÜbungsSystem 1102 ÜbungsSystem 1102 ÜbungsSystem 1102 ÜbungsSystem 1102 StartSystem 1003 StartSystem 1003 StartSystem 1003 StartSystem 1003 StartSystem 1003 StartSystem 1003 AusbauSystem 1004 AusbauSystem 1004 AusbauSystem 1004 AusbauSystem 1004 AusbauSystem 1004 AusbauSystem 1004 KfzElektronik 1005 KfzElektronik 1005 Opto & SolarTechnik 1006 Opto & SolarTechnik 1006 DigitalTechnik 1007 DigitalTechnik 1007 DigitalTechnik 1007 Operationsverstärker 1012 Alle Expertensysteme beinhalten das Übungs-, Start- und Ausbausystem 1004 und bieten durch entsprechende Erweiterungen unterschiedliche Schwerpunkte: Es gibt das Kfz-Labor, das Labor Opto-Solar und das Labor Digital. Das Labor Spezial enthält alle Erweiterungen. Die Ausbausysteme Zähler und Schrittmotor, Operationsverstärker, Schwellwert & Majoritätslogik, Neurophysiologie sowie PLL-Technik können zusätzlich mit dem Labor Digital und dem Labor Spezial kombiniert werden. Alle Lectron-Labore werden in einem stabilen Koffer geliefert. Das Lectron-System ist nach dem Baukastenprinzip konstruiert und daher - ausgehend vom Einsteiger- oder vom Start-System - stufenweise ausbaufähig. Speziell für Ausbildungszwecke gibt es das Übungssystem, das durch preiswerte Ausbausysteme den Erfordernissen eines modernen Unterrichts stufenweise angepasst werden kann. 5 Lectron Lectron Buchlabor Bestell-Nr.: 1001 Buchlabor Eine Besonderheit unter den LECTRON Lehr-Baukästen ist das Buchlabor »Was ist Elektronik?« mit 52 experimentellen Spielen vom einfachsten Stromkreis bis hin zu den Anfängen der Computertechnik. Das Anleitungsbuch ist mit Illustrationen des Zeichners Jules Strauber gestaltet. Die Darstellungen veranschaulichen optisch nachvollziehbar die Experimente. 10kW Das Buchlabor erhielt zahlreiche Auszeichnungen unter anderem anlässlich der Buchmesse in Frankfurt von der Stiftung Buchkunst als das »Schönste deutsche Jugendbuch 1969«. Die Stiftung Warentest bewertete das Buchlabor 1971 mit der Testnote »sehr gut«. Zubehör: 2 Widerstände 1 Kondensator 1 Ohrhörer 1 Ge - Diode 1 8 330kW 100kW 7 2 2 0,2µF 6 3 5 Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 6 4 Thema Was ist ein Stromkreis? Der Massebaustein - mit Fußkontakt Ein Papierstück soll den Stromkreis unterbrechen Vom Münzschalter zum Schalterbaustein Stromkreis mit Knick der Winkelbaustein Das vielseitige T-Stück Da geht die Lampe aus: Trenn- u. Anschlussbaustein Der Widerstand als Hindernis im Stromkreis Was die farbigen Ringe bedeuten Widerstände mit viel und mit wenig Ohm Die Bausteinkette - 2 Widerstände in Reihenschaltung Jetzt machen wir Kurzschluss Zwei Stromwege nebeneinander: Parallelschaltung von 2 Widerständen Eine Knacknuss: Der Gesamtwiderstand bei Parallel- und Reihenschaltung von 2 Widerständen Der Ohrhörer als Knackanzeiger oder Knackometer Diesmal nicht gefährlich: Ein Mensch unter Strom Vorsicht - geladen Was ein Kondensator kann Eigenbau - Kondensator aus Schokoladenpapier Einmal kurz geblitzt Lampenblitz beim Aufladen Elektronenforschung für Knobler: Was machen die Elektronen im Kondensator? Aufladen und Entladen über einen Vorwiderstand Die Diode - das elektrische Ventil Wenn die Diode sperrt Ein Problem: Der Innenwiderstand der Diode Durchgangsprüfung mit dem Großbaustein Der dreibeinige Transistor Die Basis der Steuerhebel des Transistors Nr. 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Thema Der Transistor als elektronischer Schalter Steuerstrom aus dem geladenen Kondensator Eine Kleinstbatterie steuert die Lampenhelligkeit Wir steuern 2 Transistoren Ein Wassertropfen regelt die Lampenhelligkeit Vom Innenleben des Transistors Widerstand + Kondensator Zeitschalter Wie arbeitet ein Zeitschalter? Kurzzeitschalter mit kurzen Schaltpausen Lange Einschaltzeit und lange Schaltpause Verzögertes Ausschalten Kondensatorladung auf »Stottern« Versuche mit 2 Transistoren. Tongenerator für Morsezeichen und Verstärkerschaltungen Jetzt wird gemorst Verstärker mit Lichtsignal (Lichtsender und Tonbandwiedergabe) Ein empfindlicher Verstärker Kohlemikrofon, Telefon, Lauschgerät und Radio Computergeheimnisse: Multivibratoren und logische Schaltungen Elektronischer Blinkgeber Der astabile Multivibrator Logische Schaltungen. UND; ODER; NICHT; NAND; NOR FLIP-FLOP, der elektronische Speicher Der elektronische Quakfrosch Pfeifender Piepmatz Knattermaschine mit Pfiff und andere Töne Komische Morsezeichen und sonstige Töne Elektronisches Brüllen und Quietschen Antworten auf die Fragen im Text Einsteiger-System Bestell-Nr.: 1002 Einsteiger-System Wer zunächst noch nicht sicher ist, ob ihn die Elektronik wirklich interessiert, für den ist das Einsteiger-System genau richtig. Es ist die kleine Schwester des Startsystems und dient auf preisgünstige Weise dazu, erst einmal in das Gebiet der Elektronik »hinein zu schnuppern«. Trotzdem werden mit dem Bausteinmaterial in 54 Versuchen Aufbau und Funktion der wichtigsten Elektronikbauteile Widerstand, Kondensator, Diode und Transistor ausführlich vermittelt. Schaltungen wie Feuchtigkeitsmesser, Verstärker, Morsegenerator, Füllstandsmesser, Wechselsprechanlage und zum Schluss ein kleiner Mittelwellenempfänger werden aufgebaut und man gelangt mühelos zu den elementaren Erkenntnissen der Elektronik. 100kW 10kW 0,1µF 10µF Ge 10kW Das System wird in einem stabilen Kunststoffkoffer ausgeliefert. Mit dem Einsteiger Ausbau-System 1020 ist eine Zusammenstellung aller benötigten Bausteine für die Versuche des Start-Systems sowie das zugehörige Anleitungsbuch lieferbar. 2 47pF Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Thema Stromkreis Unterbrochener Stromkreis Schalter Widerstand im Stromkreis Der Ohrhörer Hochohmwiderstand im Stromkreis Selbstgebaute Widerstände Leitfähigkeit des Wassers Leitfähigkeit von Salzwasser Kondensator im Gleichstromkreis Kondensator als Speicher Kondensator an Wechselspannung Eigenschaften des Kondensators Ein selbstgebauter Kondensator Halbleiter in Durchlassrichtung Halbleiter in Sperrrichtung Sperrstrom der Germaniumdiode Steuerung Aufbau des Transistors Der Transistor im Stromkreis npn und pnp Transistoren Steuerung des pnp Transistors Eine einfache Stromquelle Steuerbarkeit des Transistors Eine verbesserte Kleinstbatterie Transistorsteuerung durch Basisstrom Ansteuerung des npn Transistors Der menschliche Körper im Stromkreis Kondensator im Basiskreis Ladestrom des Kondensators Diode im Basisstromkreis Nr. Thema 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Ein sehr empfindlicher Stromnachweis Leitfähigkeit des Körpers Verstärkung des Kondensatorladestroms Ein Feuchtigkeitsmesser Ohrhörer als Mikrophon Transistor als Mikrophonverstärker Der Koppelkondensator Verstärker mit npn Transistor Mikrophonübertragung Akustische Rückkopplung Induktive Rückkopplung Kapazitive Rückkopplung Ein Rückkopplungsgenerator Ein Morsegenerator Ein Morse - Blinker Morsen mit Gegenstation Füllstandsanzeige Prinzip der Tonbandwiedergabe Ein Lichtsender Wechselsprechanlage Spule im Gleichstromkreis Schwingungen und Modulation 53 Detektor 54 Rundfunkempfänger 7 Lectron Lectron Start-System Bestell-Nr.: 1003 10kW 10kW Ge 0 10 10 47W 120W 560W 1,5kW 4,7kW 5,6kW 220W 220W 2,2kW 3,9kW 10kW 100kW 100kW 0,1µF 0,1µF 100µF 100µF 0,1µF 10µF 10µF 100kW 47nF Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 8 3 Thema Blinklicht-Schaltung mit Anzeige des Hellimpulses Elektrische Lichtmessung Elektrische Dunkelsteuerung Blinklicht-Schaltung mit Anzeige des Dunkelimpulses Elektrische Temperaturmessung Umkehrung der Temperaturmessung Blinklicht-Schaltung mit veränderter Blinkzeit Beeinflussung der Blinkzeit durch Licht Beeinflussung der Blinkzeit durch Temperatur Ein elektronischer Wärmewächter Elektronische Steuerung durch Licht Messung des Steuervorgangs bei Lichtänderung Messung des Steuervorgangs bei Temperaturänderung Ein empfindlicher Temperaturmesser Lichtschranke Dämmerungsschalter Nachweis der Leitfähigkeit des menschlichen Körpers Speicherung der elektrischen Energie Automatische Helligkeitssteuerung Automatische Dunkelsteuerung Wirkung d. elektrischen Stromes in einer Glühlampe Einfluss e. zusätzlichen Widerstandes im Stromkreis Einfluss eines größeren Widerstandes im Stromkreis Anzeige des elektrischen Stromes durch ein Messinstrument Die Belastung der Batterie durch einen Widerstand Der Einfluss des Vorwiderstandes auf den Ausschlag des Instrumentes Nachweis der Gleichmäßigkeit des Stromes im gesamten Stromkreis Wirkung eines ParalleIwiderstandes zum Instrument 3 Nr. 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Thema Ein Spannungsteiler aus Festwiderständen Ein stetig einstellbarer Spannungsteiler Das Verhalten eines Kondensators im Gleichstromkreis Nachweis der Energiespeicherung mit einem Kondensator Der Aufladestrom bei einem Kondensator Der Entladestrom bei einem Kondensator Das Verhalten einer Spule im Gleichstromkreis Der Durchlassstrom einer Halbleiterdiode Die Sperrwirkung einer Halbleiterdiode Nachweis der Steuerbarkeit eines Transistors Der Lautsprecher als elektroakustischer Wandler Ein einstufiger Plattenspieler-Verstärker Ein zweistufiger Plattenspieler-Verstärker mit einstellbarer Lautstärke Ein einfacher Tongenerator Die Wirkung einer Wechselspannung beim Anzeigeinstrument Gleichrichtung einer Wechselspannung mit der Diode Einfluss der Kapazität eines Kondensators im Wechselstromkreis Frequenzabhängigkeit des Wechselstromwiderstandes beim Kondensator Das Anzeigeinstrument als Aussteuerungsanzeiger beim Plattenspieler-Verstärker Ein nicht abgestimmter Rundfunkempfänger Ausbau-System Bestell-Nr.: 1004 Start- und Ausbausystem Das Startsystem enthält alle Bausteine und Anleitungen für 48 Versuche vom einfachen Stromkreis bis zum Rundfunkempfänger. Es gibt nicht nur einen Einblick in das interessante Gebiet der Elektronik; die Wirkungsweise der einzelnen Bausteine, wie Widerstand, Heißleiter, Kondensator, Diode, Transistor und Fotowiderstand wird genau erklärt und die mit ihnen aufgebauten Schaltungen sind ausführlich beschrieben. 9V 1,25V 8V~ 8V~ 1,25÷9V 1,25÷9V Mit dem Ausbausystem können die Schaltungen der Rundfunkempfänger verbessert werden. Der Schwerpunkt liegt jedoch bei den weiteren 42 Versuchen aus dem Bereich der Mess- und Regeltechnik. Multivibratoren, SchmittTrigger, Hochspannungserzeuger und Stabilisierungsschaltungen mit Z-Diode und Transistoren werden aufgebaut. Verschiedene Relaisschaltungen runden die Versuchsreihe ab. 1,5kW 10kW 2,2MW 0,47µF 47pF Dem Ausbausystem liegt ein einstellbares stabilisiertes Netzgerät bei, welches kurzschluss- und überlastfest ist und das Batterien zu sparen hilft. C5V1 250kW 3 Nr. Thema 49 Ein abgestimmter Rundfunkempfänger 50 Ein abgestimmter Rundfunkempfänger mit doppelter Ausnutzung eines Transistors 51 Spannungsverstärkung eines Transistors in Emitterschaltung 52 Stromverstärkung eines Transistors in Emitterschaltung 53 Spannungsverstärkung eines Transistors in Kollektorschaltung 54 Stromverstärkung eines Transistors in Kollektorschaltung 55 Grundschaltung eines Schmitt-Triggers 56 Ein Schmitt-Trigger mit Verstärkerstufe 57 Der Schmitt-Trigger als Zeitgeber 58 Ein einfacher Belichtungszeitgeber 59 Die Arbeitsweise eines Fotowiderstandes 60 Die Arbeitsweise eines Heißleiters 61 Der Photowiderstand als Steuerglied in einem Schmitt-Trigger 62 Ein einfacher Dämmerungsschalter 63 Eine Regelschaltung für Temperaturen 64 Nachweis der Leitfähigkeit von Wasser 65 Der Schmitt-Trigger als Feuchtigkeitsanzeiger 66 Ein astabiler Multivibrator als Blinkanlage 67 Ein astabiler Multivibrator als elektronischer Taktgeber 68 Ein astabiler Multivibrator als Tongenerator 69 Der bistabile Multivibrator 70 Der monostabile Multivibrator 71 Der monostabile Multivibrator mit umgekehrter Arbeitsweise Nr. Thema 72 Grundversuch zur Hochspannungserzeugung 73 Anzeige von Hochspannungsimpulsen mit der Glimmlampe 74 Ein elektronisches Weidezaungerät 75 Ein Spannungswandler mit Transistor 76 Anschluss des Messinstrumentes an den Spannungswandler 77 Messung einer gleichgerichteten Hochspannung 78 Betrieb einer Glimmlampe mit hoher Wechselspannung 79 Betrieb einer Glimmlampe mit gleichgerichteter Hochspannung 80 Die Glimmlampe als Spannungskonstanthalter 81 Grundschaltung eines Elektronenblitzgerätes 82 Die Wirkungsweise der Zenerdiode 83 Spannungskonstanthalter mit Zenerdiode und Transistoren 84 Regelung der Ausgangsspannung bei einem transistorisierten Spannungskonstanthalter 85 Nachweis der Belastungsunabhängigkeit eines transistorisierten Spannungskonstanthalters 86 Relaissteuerung mit Arbeitskontakt 87 Relaissteuerung mit Ruhekontakt 88 Relaissteuerung mit Selbsthaltung 89 Relaissteuerung mit Unterbrecher 90 Ein Schallpegelmesser 91 Geräuschwarnanlage mit Lichtanzeige 92 Prüfung der Bausteine Anhang Messbereichserweiterung 9 Lectron Kraftfahrzeug-Elektronik Bestell-Nr.: 1009 Kraftfahrzeug-Elektronik Der Schwerpunkt dieses weiterführenden Experimentierkastens mit seinen 55 Versuchen liegt auf Schaltungen aus dem Bereich der Kfz - Elektronik wie Ein- und Ausschaltverzögerung, Blinklicht, Dämmerungsschalter, Hochspannungskondensatorzündung; dabei werden spezielle Bauelemente wie Relais, Zener - Diode, Leuchtdiode, Unijunction, Thyristor, DIAC, TRIAC, Induktivität und Transformator in diesen Anwendungen vorgestellt. Der Spulenbaustein bringt nicht nur Erkenntnisse über das magnetische Feld, sondern erlaubt auch, verschiedene Motoren aufzubauen. Obwohl zunächst einige Versuche zu grundlegenden Dingen, wie zur Verstärkung eines Transistors, durchgeführt werden, sollte bereits ein Grundwissen über allgemeine elektronische Schaltungstechnik vorhanden sein. A2 G A1 B2 D E G B1 S Der Baukasten ist als eigenständiges Elementarsystem (Best.-Nr. 1009) und auch als Ausbau zum Start - System (Best.-Nr.: 1005) lieferbar. 4 47nF 100kW 10kW B 4 5 3 1 2 1 3 2 C5V1 4 5 250kW 10kW A Lectron 0 10 47W 120W 1,5kW 2,2kW 5,6kW 10kW 270W 560W 2,2kW 3,9kW 10kW 2,2MW 47kW 47kW 0,47µF 500µF 10µF 10µF 100kW 100kW 0,1µF 0,1µF 100µF 100µF 4 10 10 Ausbau-System Kraftfahrzeug-Elektronik Bestell-Nr.: 1005 1 5 5 1 B A 2 2 4 4 10kW 3 3 270W 2,2kW 47kW 47kW 500µF A2 G 4 A1 B2 100kW D E G B1 Nr. Thema 01 Messen mit dem Digital-Multimeter 02 Spannungsverstärkung eines Transistors in Emitterschaltung 03 Stromverstärkung eines Transistors in Emitterschaltung 04 Relaissteuerung mit Arbeitskontakt 05 Relaissteuerung mit Ruhekontakt 06 Relaissteuerung mit Selbsthaltung 07 Das Pumpenrelais 08 Die Leuchtdiode 09 Schaltungscodierung mit Dioden 10 Die Z - Diode 11 Spannungsregelung mit einer Z - Diode 12 Die Darlington - Schaltung 13 Ein hochempfindliches Spannungsprüfgerät 14 NTC - Widerstand - der Temperaturfühler im Auto 15 Vorglüh-Automatik 16 Bremsbelag Verschleißanzeige 17 Dämmerungsschalter für PKW - Parklicht 18 Lichtschranke mit Selbststeuerung 19 Einschaltverzögerung 20 Innenlicht - Ausschaltverzögerung 21 Blinklichtschaltung (astabile Kippstufe) 22 Helligkeitsregelung der Instrumentenbeleuchtung 23 Eine einfache Blinkerschaltung 24 Ein Metronom 25 Drehzahlmesserschaltung 26 Alarmanlagen im Auto 27 Eine einfache Speicherzelle 28 Eine Speicherzelle mit dynamischen Eingang 29 Konstantstromquelle mit Stromspiegel Nr. S Thema 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Konstantstromquelle mit Feldeffekttransistor Die Vierschichtdiode Sägezahngenerator mit Vierschichtdiode Der Unijunction - Transistor Ersatzschaltbild Sägezahngenerator mit Unijunction - Transistor Der Thyristor Messungen am Thyristor Einweg - Leistungsregler Hochspannungskondensatorzündung Der Triac als Leistungsschalter Der Diac Eine Dimmerschaltung Eine verbesserte Dimmerschaltung Das Magnetfeld einer Spule Die Pole eines Elektromagneten Polabhängigkeit von der Stromrichtung Addition von Magnetfeldern Spannungserzeugung mit einer Spule Das Induktionsgesetz Der Transformator Die Induktivität Die Induktivität an Wechselspannung Der Induktivgeber Ein Gleichstrommotor ohne Kollektor Gleichstrommotor ohne Kollektor mit npn - Transistor 55 Ein Synchronmotor Anhang Messbereichserweiterung 11 Lectron Lectron Optoelektronik und Solartechnik Bestell-Nr.: 1010 560W 560W 1,5kW 2,2kW 3,9kW 4,7kW 5,6kW 10kW 10kW 47kW 100kW 100kW 100kW 2,2MW 0,1µF 0,1µF 0,47µF 10µF 10µF 100µF C2V7 C5V1 Ge 4 4 0,5W 1W G 270W 47W 220W 220W In rund 50 Versuchen wird man mit der Theorie und der Anwendung von Solarzellen vertraut gemacht. Hauptbestandteil des Kastens sind die fünf auffällig blauen Solarzellen, die in vielen Versuchen als Spannungsquelle dienen. Doch zuvor lernt man, dass die Solarzelle eine Diode ist und erfährt in zahlreichen Experimenten alles Wissenswerte über andere Dioden, wie Schottky-Diode, Zenerdiode, Fotodiode und Leuchtdiode. Die moderne Technik der optischen Signalübertragung mit Leuchtdiode, Lichtwellenleiter und Fototransistor wird genauso experimentell vermittelt wie die Energiespeicherung und das Prinzip der Nachführsteuerung. D S D G S 250kW 10kW 120W Optoelektronik und Solartechnik 100kW 100W 47W Der Baukasten ist als Komplettsystem (Best.-Nr. 1010) und als Ausbausystem (Best.-Nr. 1006) lieferbar. *) Für die Versuche 10 und 11 ist ein Netzteil erforderlich, da Wechselspannung benötigt wird. Die Versuche ab Nr. 48 lassen sich nur in Verbindung mit den Kästen »Digitaltechnik« sowie »Zähler & Schrittmotor« und einem Differenzverstärker (in »Operationsverstärker« enthalten) durchführen. 0 2 12 10 10 22F Ausbau-System Optoelektronik und Solartechnik Bestell-Nr.: 1006 100kW C2V7 D G 47W 270W 560W 47kW S G S D 4 100W 2 22F 0,5W Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10* 11* 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Thema Sonne - die unendliche Energie Die Solarzelle Motor an Solarzelle Leuchtdiode an Solarzelle Glühbirne an Solarzelle Der Aufbau der Atome Die verschiedenen Zustände der Atome Die Anregung von Atomen mit Photonen Die Verteilung des Elektroniums in festen Stoffen Die Energieleiter von Feststoffen Feststoffe als Lichtquellen Elektrizitätsleitung in Feststoffen Wie man Nichtmetalle leitfähig machen kann Lichtschranke mit Selbststeuerung Ein einfaches Temperaturmessgerät mit Heißleiter Ein Temperaturwächter Die Diode Ein Spannungsverdoppler Die Kaskadenschaltung Die Diodenkennlinie Die Zener-Diode Die Leuchtdiode Farbmischung Ein hochempfindlicher Spannungsnachweis Die LED als Spannungsquelle Die Photodiode Der Phototransistor Ein astabiler Multivibrator Ein einfacher Blinker Rücklichtkontrolle mit Lichtwellenleiter Optische Thyristorzündung 1W Nr. Thema 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Eine Reflexlichtschranke Die Fernbedienung Fernbedienungs - Tester Nachweis des Zeitmultiplexes Die Solarzelle als Diode Die Kennlinie einer Solarzelle Messen mit einem Instrument Die Kennlinie bei voller Sonne Die Parallelschaltung von Solarzellen Die Reihenschaltung von Solarzellen Die Bypassdiode Bypass mit Anzeige Der Arbeitspunkt einer Solarzelle Glühlampe als Last an Solarzelle Der Glockenankermotor und Leuchtdioden als Lasten an der Solarzelle Der Glockenankermotor als Generator Ein Gleichspannungswandler »Hochspannungserzeugung« mit Solarzellen »Hochspannungserzeugung« mit Solarzellen und npn-Transistor Nickel-Cadmium-Akku als Puffer Der Goldkondensator als Puffer Blinkdiode mit Goldkondensator Der Feldeffekttransistor Eine einfache Dimmerschaltung Der CMOS Inverter Der Schrittmotor Der Differenzverstärker Eine einfache Nachführsteuerung 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49* 50* 51* 13 Lectron Digitaltechnik 14 + 2 Bestell-Nr.: 1011 11 6 E1 13 + A E1 + A E1 + A E1 + A E1 + A E1 + A A Q 12 10 E2 + A 1 E3 & E2 & E2 E2 & & E2 >1 E2 >1 10kW 5 1/5 4 9 7 + 8 3 10kW 0 10 A A E3 E3 + + A E3 + A + 10 3 Digitaltechnik Ein modernes Wirtschaftsleben ohne die »digitale Technik« ist heute kaum mehr vorstellbar. LECTRON trägt dem Rechnung mit dem großzügig ausgestatteten Experimentierkasten »Digitaltechnik«. In 60 Versuchen erfährt man alles über einfache Logikverknüpfungen, wie UND und ODER, die zunächst mit Schaltern und dann mit Halbleitern aufgebaut werden, ehe mit LECTRON eigenen Schaltgliedern auf Basis der robusten CMOS 4000 - Serie die verschiedensten logischen Verknüpfungen und FlipflopTypen in ihren Anwendungen vorgestellt werden. Nach Durcharbeiten aller Experimente ist man mit der Arbeitsweise von Binärzählern vertraut und weiß genau, wie beispielsweise ein Schieberegister funktioniert. »Digitaltechnik» ist als Elementar- (Best.-Nr. 1011) und auch als Ausbau-System (Best.-Nr. 1007) lieferbar. Zum besseren Verständnis der beschriebenen Schaltungen ist allerdings ein Grundwissen über allgemeine elektronische Schaltungstechnik sehr empfehlenswert. So werden zum Beispiel die Funktion einer Halbleiterdiode oder eines Transistors als bekannt vorausgesetzt. 3 Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 14 A E3 + 0 10 10 A E3 + E Lectron Thema Grundlagen der digitalen Elektronik Unterschied zwischen der Analog- und Digitaltechnik Aufbau und System des Experimentierkastens Logische Verknüpfungen Darstellung einer UND - Funktion mit zwei Tasten und Instrument Darstellung einer UND - Funktion mit zwei Tasten und Glühlampe Darstellung einer UND - Funktion mit einem Relais Darstellung der UND - Funktion mit Halbleitern Belastung der Halbleiter UND - Schaltung mit einer Glühlampe Stromverstärkung e. Transistors in Kollektorschaltung Die Wirkung eines Widerstandes am Eingang der Kollektorschaltung Zwei Transistoren in einer »KaskadenKollektorschaltung« Die Halbleiter - UND - Schaltung mit Impedanzwandler am Ausgang Die gegenseitige Beeinflussung der UND Schaltungseingänge Beeinflussung des anderen UND - Schaltungseingangs Darstellung einer ODER - Funktion mit Halbleiter Belastung der Halbleiter ODER - Schaltung mit einer Glühlampe Die Halbleiter ODER - Schaltung mit Impedanzwandler am Ausgang Darstellung einer NICHT - Funktion mit dem Ruhekontakt eines Relais und Anzeige durch das Instrument Lectron + + CLK + CLK + + CLK CLK E/A1 E/A11 C=1 J Q K Q J K R 10kW 100kW Nr. Q Q R J J Q K K Q R Q R E/A21 E/A10 E/A2 E/A20 C 47W 220W 1,5kW 1,5kW 220W 1,5kW 4,7kW 10kW 10µF 10µF 100µF 100µF 3 100kW Q 0,1µF 0,1µF Thema 16 Darstellung einer NICHT - Funktion mit dem Ruhekontakt eines Relais und Anzeige durch die Glühlampe 17 Darstellung einer NICHT - Funktion mit Halbleitern 18 Belastung der Halbleiter NICHT - Schaltung mit einer Glühlampe 19 Die NICHT - Schaltung mit Glühlampenanzeige über Impedanzwandler 20 Darstellung einer NAND - Funktion mit Relais und Glühlampe 21 Darstellung einer NOR - Funktion mit Relais und Glühlampe 22 Darstellung einer EXOR - Funktion mit Glühlampe 23 Erweiterung einer EXOR - Funktion mit Relais Klassifizierung der Feldeffekttransistoren Aufbau des MOSFETs Schutzmaßnahmen, Zusatzbeschaltung 24 Eingangskennlinie eines n - Kanal - MOSFETs 25 Eingangskennlinie eines p - Kanal - MOSFETs Ausgangskennlinie eines n - Kanal - MOSFETs CMOS - Inverter 26 Übertragungskennlinie eines CMOS - Inverters 27 Übertragungskennl. hintereinander geschalteter Inverter 28 Übertragungskennlinie parallel geschalteter Inverter 29 Die NAND - Verknüpfung 30 Die AND - Verknüpfung 31 Übertragungskennlinien eines AND/NAND - Bausteins 32 Die NOR - Verknüpfung 33 Die OR - Verknüpfung 34 Übertragungskennlinien eines OR/NOR - Bausteins MOSFET - Analogschalter 35 Transmission - Gate 4 Nr. 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Thema Die EXOR - Verknüpfung Der AND/NAND - Funktionsbaustein Der OR/NOR - Funktionsbaustein Umschaltkennlinien des AND/NAND - Funktionsbausteins Umschaltkennlinien des OR/NOR - Funktionsbausteins Eine einfache Speicherzelle Eine einfache Speicherzelle aus Funktionsbausteinen Eine Speicherzelle aus AND/NAND - Funktionsbausteinen Eine Speicherzelle aus OR/NOR - Funktionsbausteinen Der Funktionsbaustein »Entprellte Taste« Das getaktete RS - Flipflop Das D - Flipflop Das taktflankengesteuerte RS- Flipflop Das taktflankengesteuerte D- Flipflop Der Funktionsbaustein »Transmission Gate« Das »Master - Slave -Flipflop« Ein Frequenzteiler Das JK - Master - Slave - Flipflop Ein Binärzähler aus JK - Master -Slave - Flipflops Ein synchroner Binärzähler aus JK - Master -Slave - Flipflops Ein synchroner modulo-8-Zähler Ein synchroner modulo-16-Zähler Ein synchroner modulo-16-Rückwärtszähler Ein synchroner Dekadenzähler Ein vierstufiges Schieberegister Eine monostabile Kippstufe aus OR/NOR - Funktionsbausteinen Ein astabiler Multivibrator aus OR/NOR - Funktionsbausteinen Ein astabiler Multivibrator mit modulo-16-Zähler 15 Ausbau-System Digitaltechnik 14 + 2 Bestell-Nr.: 1007 11 6 13 A 1 A Q 12 10 10kW 1/5 7 9 4 + 8 3 + 5 E Lectron 0 10 10 1,5kW 4 3 + + CLK + CLK + + CLK E/A1 CLK E/A11 C=1 J Q K Q J K R E1 E2 Q Q J K R + & A E1 E2 J Q K Q R + & A E1 E2 Q Q E/A21 E/A10 E/A2 E/A20 R + A E1 E2 & C + & A E1 E2 + >1 A E1 E2 + A >1 7 A E3 E3 + 16 A E3 + A + A E3 E3 + A E3 + A + Lectron 17 Lectron Ausbau-System Zähler und Schrittmotor Bestell-Nr.: 1008 Ausbau-System Zähler und Schrittmotor Dieses Ausbausystem baut auf »Digitaltechnik« auf. Wer gern wissen möchte, wie man zu einem konkreten Anwendungsfall z. B. einen passenden Zähler konstruiert, der findet hier die Antwort. In 43 Versuchen wird der systematische Entwurf von Zählern vermittelt. Mit Hilfe von Karnaugh - Tafeln und Zustandsdiagrammen entwickelt man die nötigen Verknüpfungen der einzelnen Stufen und baut anschließend daraus synchrone oder asynchrone Zähler oder einfache Teiler auf. Genauso wie man von Grund auf eine Ampelsteuerung entwickelt, findet man auch geeignete Schaltungen zur Ansteuerung eines Schrittmotors; das ist ein Motor, der in vielen modernen Geräten, wie Scanner, CD-Spieler, usw. vorkommt, und dessen Eigenschaften kein Geheimnis bleiben. Da bei »Zähler und Schrittmotor« grundlegende Kenntnisse der Digitaltechnik vorausgesetzt werden, ist der Experimentierkasten nur als Ausbausystem zu »Digitaltechnik« erhältlich. 4 Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25* 26* 27 28 18 Thema Das JK-Flipflop Schieberegister aus JK-Flipflops Das D-Flipflop Ringschieberegister mit D-Flipflops Schaltungsoptimierung mit Karnaugh-Tafel Die 3-von-4-Funktion Erkennen von Pseudotetraden Der Gray-Code Die Karnaugh-Tafel einer Wechselschaltung Der synchrone modulo-16-Zähler Der synchrone modulo-10-Zähler Formelsammlung Der synchrone modulo-13-Zähler Ein synchroner modulo-16-Vorwärts-Rückwärts Zähler Übertragsbildung Eine einfache Ampelsteuerung Der asynchrone Dualzähler Der asynchrone Rückwärts-Dualzähler Der asynchrone Dezimalzähler Der asynchrone Rückwärts-Dezimalzähler Der Frequenzteiler 1:3 Der Frequenzteiler 1:5 Ein 1:5 Teiler ohne zusätzliche Verknüpfungsglieder Der Teiler 1:9 Der Teiler 1:13 Der Teiler 1:50 Ein Sekundenimpuls Generator Ein sehr empfindlicher Empfänger Der 1:15 Teiler Die Faktorenzerlegung Nr. Thema 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42* 43* Ein anderer 1:15 Teiler Der 1:129 Teiler Der Schrittmotor Der Aufbau des Schrittmotors Der Halbschrittbetrieb mit Taster Der CMOS Inverter Der Schrittmotor im Vollschrittbetrieb Ansteuerung des Schrittmotors vom Binärteiler Der Polwender Richtungsumschaltung Ansteuerschaltung für Halbschrittbetrieb Zähleransteuerung für Halbschrittbetrieb Eine Nachführsteuerung Der Differenzverstärker Der »rund« laufende Schrittmotor *) Für die Versuche Nr. 25 und 42 sind Bauteile aus »Optoelektronik und Solartechnik«, sowie ein Differenzverstärker-Baustein, der im Baukasten »Operationsverstärker« enthalten ist, erforderlich. Einige Versuche benötigen Wechselspannung, hierfür wird das Lectron Netzgerät empfohlen. Lectron + + CLK S D Q S Q + CLK S D Q S R Q R + CLK S D Q S Q R CLK S D Q S Q R + E1 + A1 E1 A1 A2 E2 A2 4 3 E2 + E/A1 + 1 2 1 4 3 C=1 + E/A2 2 C 19 Ausbau-System Operationsverstärker 2 If2 f2/Hz 0,2 200 x1 _ 1 10 100 1 Bestell-Nr.: 1012 Ausbau-System Operationsverstärker 5 4 3 sym 0,5 0 + Lectron 7 8 FSK x100 0,5 f1/Hz 9 12 1 10 100 200 0,2 6 500W 10 10kW 0,1µF 2 _7 3 100mA 3,9W _ 6 4 6 5 _ + 2 _7 8 + 5mA 80,6W 10mA 39W + 2 _7 8 3 Wenngleich man leicht den Eindruck gewinnen kann, in moderner Elektronik läuft alles digital ab, so gibt es doch ein Bauelement, das nach wie vor analog arbeitet: den Operationsverstärker. Wahrscheinlich ist er das am weitesten verbreitete Bauelement der modernen Elektronik. Deswegen gibt es bei LECTRON ein eigenes Ergänzungssystem, das sich ausschließlich ihm widmet. Das System enthält alle Spezialbauteile, mit denen man in 83 Versuchen nicht nur die Anwendungen dieses wichtigen Bauteils, sondern auch seinen genauen inneren Aufbau kennen lernt. Neben fünf Operationsverstärkern enthält der Baukasten als »Highlight« einen vielseitig einsetzbaren Funktionsgenerator. + 10mA 39W 3 +4 5 1 14 13 Sub 11 50mA 8,2W If1 100mA 3,9W Lectron + 2 _7 8 6 Dieses Ergänzungssystem ist thematisch eine Erweiterung des LECTRON »Start- und Ausbausystems«. Da jedoch für die Versuche bisweilen relativ viele Verbindungs- und Funktionsbausteine des Experimentierkastens »Digitaltechnik« benötigt werden, ist dieser ebenfalls unbedingt erforderlich. + 6 2 _7 8 3 +4 5 1 3 +4 5 1 3 +4 5 1 _ _ _ 6 Nr. Thema Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Ein einfacher Differenzverstärker Der LECTRON Transistor - Array - Baustein Eine integrierte Zenerdiode Ein verbesserter Differenzverstärker Differenzverstärker mit zwei Ausgängen Die Verstärkung eines Differenzverstärkers Differenzverstärker an zwei Betriebsspannungen Die Eingangskennlinie eines FETs Konstantstromquelle mit FET Differenzverstärker mit FET - Konstantstromquelle Die Widlar - Stromquelle Ein einfacher Stromspiegel Vielfache Stromspiegelungen Differenzverstärker mit Stromspiegel Der Wilson Stromspiegel Die Kaskodeschaltung Kombinieren von Stromquellen Eine selbstregelnde Stromquelle Aufbau eines Operationsverstärkers Ein kompletter Operationsverstärker Offsetabgleich beim Funktionsbaustein Die Strobe - Funktion Überwachung einer Kondensatorladung Ein empfindlicher Fotoverstärker Differenzverstärker mit Fotowiderständen Der »gebändigte« Operationsverstärker Der Elektrometerverstärker Umkehrverstärker mit hohem Eingangswiderstand Umkehraddierer Subtrahier - Schaltung Subtrahier - Schaltung mit Elektrometer-Eingang 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 20 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 Thema Subtrahierer mit zwei Elektrometer-Eingängen Bipolarer Koeffizient Spannungsquelle mit Umkehrverstärker Spannungsquelle mit höherer Stromaufnahme Spannungsquelle mit Elektrometerverstärker Umkehrverstärker als Konstantstromquelle Elektrometerverst. als Konstantstromquelle Konstantstromquelle mit geerdetem Verbraucher Schmitt - Trigger Rechteckgenerator Schmitt - Trigger mit nichtinvert. Verstärker Additions - Schmitt - Trigger Rechteckgenerator mit nichtinvertierendem Operationsverstärker Umkehrintegrator Anfangsbedingungen aus erdfreier Spannungsquelle Anfangsbedingungen aus geerdeter Spannungsquelle Summationsintegrator Differenzintegrator Zweifach - Integrator Ein Oszillator Einstellbare Zeitkonstante Erzeugung negativer Widerstände (NIC) Spannungsquelle mit negativem Innenwiderstand Der Gyrator Modifizierter Gyrator Phasenschieberoszillator Wien - Robinson - Oszillator Tongenerator Oszillator für Dreiecksschwingungen Präzision - Schmitt - Trigger Lectron 47W 100W 100W 120W 180W 180W 270W 560W 2,2kW 3,9kW 5,6kW 10kW 20kW 20kW 47kW 47kW 47kW 2,2MW 100µF 100µF D Ge G S C2V7 2 100µF Nr. 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 100µF Thema Multivibrator mit Präzisions - Schmitt - Trigger Erzeugung niedriger Frequenzen Einfacher Funktionsgenerator Spannungsgesteuerter Oszillator Sinus - Synthese Transkonduktanz - Verstärker (OTA) LECTRON - Funktionsgenerator Feineinstellung der Oszillatorfrequenz Frequenzmodulation Frequenzumschaltung Pulsgenerierung Sinus- und Dreieckssignalgenerierung Analog Multiplizierer Logarithmierer Temperaturkompensierter Logarithmierer Abtast - Halte - Glied Präzisions - Vollweg - Gleichrichter Präzisions - Vollweg - Gleichrichter mit Effektivwertanzeige für Gleich- und Wechselspannungen Präzisions - Vollweg - Gleichrichter mit geerdetem Ausgang Aktives Doppel - T - Filter Aktive Doppel - T -Bandsperre Bandpass mit Mehrfachgegenkopplung 21 Lectron Ausbau-System Schwellwert- und Majoritätslogik Bestell-Nr.: 1013 Ausbau-System Schwellwert- und Majoritätslogik Allgemein werden logische Verknüpfungen von Signalen in der Digitaltechnik mit NAND- und NOR- Bausteinen durchgeführt. Das Ergebnis ist dann gewöhnlich davon bestimmt, welches 1 - Signal an welchem Eingang liegt. Allerdings gibt es auch Aufgabenstellungen, bei denen das Ausgangssignal davon abhängig sein soll, wie viele 1 - Signale an den Eingängen gleichzeitig auftreten. Die Zuordnung eines Signals zu einem bestimmten Eingang ist dabei unwichtig, wichtig ist für das Ausgangssignal nur ihre Anzahl. Aufgaben dieser Art kommen vor allem bei Mustererkennungen in der statistischen Informationsverarbeitung vor und können mit den Elementen der Schwellwertlogik eleganter gelöst werden als mit konventioneller Schaltalgebra. Dieses von der Theorie her anspruchsvolle Ergänzungssystem baut thematisch auf dem »Start- und Ausbausystem« sowie auf »Digitaltechnik« auf. Wünschenswert sind Kenntnisse über den Operationsverstärker, jedoch nicht unbedingt erforderlich. Praktisch wird man Schritt für Schritt in 60 Versuchen mit Spezialbausteinen in die Eigenheiten dieser Logik eingeführt und erhält tiefere Einsichten über das Wesen logischer Verknüpfungen und der Mustererkennung. Ein Syntheseverfahren rundet den Lehrgang ab. 4 Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 22 Thema Schwellwertbaustein mit Umkehraddierer UND - Verknüpfung ODER - Verknüpfung Schwellwertbaustein mit doppelt gewichtetem Eingang UND - ODER - Funktion Mindestens - 3 - von - 4 - Funktion Mindestens - 2 - von - 4 - Funktion ODER - Funktion mit vier Variablen UND - Funktion mit vier Variablen 3 - Eingangs - Majoritätsbaustein UND - Verknüpfung mit Majoritätsbaustein ODER - Verknüpfung mit Majoritätsbaustein Volladdierer Netzwerk für Codeprüfungen Erweitertes Netzwerk für Codeprüfungen Komparator 5 - Eingangs - Majoritätsverknüpfung Optimierte 5 - Eingangs - Majoritätsverknüpfung 5 - Eingangs - Majoritätsbaustein 5 - Eingangs - Majoritätsbaustein als 3 - Eingangs - Majoritätsverknüpfung UND - Verknüpfung mit drei Variablen ODER - Verknüpfung mit drei Variablen UND - ODER - Verknüpfung ODER - UND - Verknüpfung UND - ODER - Verknüpfung für vier Variable Mindestens - 3 - von - 4 - Verknüpfung Mindestens - 2 - von - 4 - Verknüpfung Volladdierer aus zwei Majoritätsbausteinen Codeprüfungsnetzwerk aus 5 - Eingangs - Majoritätsbausteinen Nr. Thema 30 7 - Eingangs - Majoritätsverknüpfung mit minimaler Bausteinanzahl 31 Optimierte Prüfschaltung für 2 aus 5 - Code 32 Korrelation von 60%, 80%, 100% 33 Korrelation von 75% oder 100% 34 Korrelation von 100% 35 Majoritäts - Funktion als Tiefpass 36 Majoritätsfunktion als Hochpass 37 Koinzidenz - Flipflop mit 3 - Eingangs Majoritätsbaustein 38 Koinzidenz - Flipflop mit 5 - Eingangs Majoritätsbaustein 39 Taktgesteuerte Störimpulsausblendung 40 Störimpulsunterdrückung 41 Dreierzähler mit drei Majoritätsbausteinen 42 Fünferzähler mit fünf Majoritätsbausteinen 43 Zweierzähler mit zwei Majoritätsbausteinen 44 Viererzähler 45 Stabil arbeitender Zweierzähler 46 Stabil arbeitender Viererzähler 47 Dezimalzähler 48 Zähler aus 5 - Eingangs - Majoritätsbausteinen 49 Taktgesteuertes Koinzidenzflipflop 50 Taktgesteuertes Koinzidenzflipflop mit drei Eingängen 51 Koinzidenzflipflop mit D - Flipflop 52 LECTRON Koinzidenzflipflop - Baustein 53 Binärteiler 54 Teilerstufe 55 Synchroner modulo - 8 - Zähler Entwurf des modulo - 8 - Zählers 56 Modulo - 8 - Rückwärtszähler Lectron + E1 E2 + A E1 E2 m + m E4 E1 A E2 >1 >1 A E3 E3 Q E2 + + A + A E1 E2 + m A E3 + E4 Nr. 57 58 59 60 2,2kW 10kW + + E5 + + m E4 E1 A E2 + m A 2 _7 8 E5 E3 + 20kW 20kW E4 7 + 270W A R E5 E3 E3 270W CLK E2 R E2 Q A E1 m A E3 + A + Q E1 + E2 + Q E2 R E2 Q E1 CLK A E1 S Q E1 + + CLK m A E3 E3 + E2 + Q E2 A m A E1 D + Q E2 m + R + E1 S + E1 A A E3 + CLK E1 E2 m A E3 E3 + A E1 E5 + 4 6 + E 2 _7 8 3 +4 5 1 3 +4 5 1 _ _ + A E + A E/A1 A E/A2 + + + A E + + 1 C=1 6 E + 2 C Thema Modulo - 8 Vorwärts/Rückwärtszähler Voreinstellbarer modulo - 4 - Vorwärts/Rückwärtszähler Universelles Schieberegister Zähler mit dynamischen Referenzsignalen Anhang Syntheseverfahren nach Akers und Negrin 23 Lectron Ausbau-System PLL - Technik + + EN Q3 EN & R R Q2 CLK + + Q3 & Q2 + R 2,2MW RC E1 1 Komp A E1 + Ausbau-System PLL - Technik A 100pF 2 CLK Bestell-Nr.: 1015 E2 Q RT 2k+1 E2 2k+1 10nF ³1 Out Q1 Q0 Q0 R Q1 VCO R R + In C D Q S Q + 3+ S D 1 Q S R + 4 6 5 2 _7 8 6 3 +4 5 1 _ _ 4,7nF 47nF Q 20kW R 100kW 47kW D G S G 7 D S G D 470kW S 470kW Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A + CLK 2 _7 8 S + Ast/Mono + CLK A E3 E3 T 0,47µF Dieser Experimentierbaukasten zeigt in 48 Versuchen, wozu und wie man die Technik der »Phasenregelschleife«, auch »Nachlaufsynchronisation« genannt, einsetzen kann. Aufgabe dieser Schaltungstechnik ist es, die Frequenz eines Oszillators so genau zu regeln, dass sie stets in Frequenz und Phase mit der eines Bezugsoszillators exakt übereinstimmt. Welche wichtigen Anwendungen nicht nur in der Nachrichtentechnik sondern auch in Elektronikgeräten unseres Alltags daraus resultieren, ohne dass es uns bewusst ist, wird ausführlich dargestellt. Neben dem PLL - Baustein enthält der Kasten auch eine Reihe neuer Bausteine, die sehr gut in der Digitaltechnik einzusetzen sind: eine EXOR/EXNOR Verknüpfung, einen 4-Bit-Binärzähler, einen astabilen / monostabilen Multivibrator und einen Optokoppler. Dieses von der Theorie her anspruchsvolle Ergänzungssystem baut auf dem »Start- und Ausbausystem« sowie auf »Digitaltechnik« auf. Kenntnisse über die Funktion des Operationsverstärkers sind wünschenswert, jedoch nicht unbedingt erforderlich, da alles ausreichend erläutert wird. Ein Berechnungsbeispiel für das Schleifenfilter rundet den Lehrgang ab. 100W Thema Zu diesem Kasten Komparator EXOR/EXNOR Funktionsbaustein Blinkschaltung Astabiler Multivibrator Optokoppler Lectron Baustein Astabiler/Monostabiler Multivibrator Abstellbarer Oszillator Oszillator mit veränderlicher Frequenz Helligkeitsgesteuerter Oszillator Spannungsgesteuerter Oszillator Pseudo-Zufallsgenerator Pseudo-Zufallsgenerator (Version 2) Pseudo-Zufallsgenerator mit 7 Zellen Pseudo-Zufallsgenerator mit 8 Zellen Monostabile Kippstufe Retriggerbare monostabile Kippstufe Retriggerbare monostabile Kippstufe mit Differenzierglied Spannungs - Frequenz - Umsetzer PLL - Baustein Eigenschaften des Komparators Der VCO Frequenzmodulation Schwebung Nr. 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Thema Regelkreis Anzeige der VCO - Steuerspannung Das FSK-Verfahren Temperatur-Messwertfernübertragung Einrasten auf Harmonischen FM Modulation FM Demodulation Ansteuerungsvariante Modulation mit Kapazitätsdiode Flankensensitiver Komparator Vergleich der Komparatoren Flankengetriggertes RS-Flipflop (Variante) Phasenkomparator 2 Phasenkomparator 2 (Fortsetzung) Frequenzsynthese Frequenzverdopplung Binärzähler Baustein Zählen mit fallender Flanke Synchrone Zählererweiterung Asynchrone Zählererweiterung Frequenzverdopplung (Variante) Frequenzvervierfachung Rationale Teilerfrequenzen Rationale Teilerfrequenzen (Variante) Netzfrequenzvervielfachung Anhang: Berechnung des Schleifenfilters Literaturverzeichnis Lectron Versuch 68 30 120W 1,5kW 47W 10kW 0,1µF + 1 Komp 270W 100kW 2 10kW 10nF 5,6kW 100µF 2,2kW D + R 2,2MW RC Out 100pF RT VCO In S G R Q T 0,1µF 4,7nF 560W ³1 100kW 47W C 47kW 220W Ast/Mono 47W 270W FM Modulation und Demodulation Versuch 102 46 100kW 47nF 0 10 10 100kW 10kW + + 100pF 1 Komp R 2,2MW RC + RT + + CLK Q CLK CLK 2 10nF 2,2kW ³1 J T Q C Ast/Mono Q J Out Q VCO In R K 47kW J 4,7nF Q R K Q K R Q R 100kW 0,47µF 0,47µF 270W 100kW Frequenzvervielfachung 25 Ausbau-System Neurophysiologie 2. erweiterte Auflage + 0,5 0,1 t / T 0,9 Amplitude Start 100 Lectron 150 2 500 10 + 100nA + f + U + f - Schwelle Schwelle Schwelle 0,3V 0,3V 9V + 0,3V 9V + & 4,7kW 4,7kW 47nF 470kW 330pF 47kW 47kW 47kW 47kW 6 _ + 0 - 7V + Q1 5 .4 0 R 7 - 8V Ausg. 10kW -69,8 1,2kW 68W 1,2kW 56W 1,2kW mode UIN scale Nr. 69mV + Na UIN mode 10 8 6 4 2 55mV + 7 UIN UIN K 75mV + + Na K Na 20kW 20kW 20kW 20kW 20kW 20kW K 10µF -8V Ausg. 100kW 10kW -8V Ausg. 100kW 10µF 10kW 10µF UIN scale Thema Zu diesem Kasten Zu dieser Anleitung Simulation neurophysiologischer Vorgänge Wie liest man eine Schaltung? 1 Ein einfacher elektrischer Stromkreis 2 Die Beladungshöhe oder das Potenzial Das Lectron Messinstrument 3 Messung der elektrischen Stromstärke 4 Schaltungsanalyse Schaltung 1 5 Schaltungsanalyse Schaltung 2 Analyse komplizierterer Schaltungen 1 Analyse komplizierterer Schaltungen 2 Historisches Aufbau einer Nervenzelle Nervenzelle im Ruhezustand Schema einer Nervenzelle Untersuchung d. elekt. Vorgänge an Zellen Simulation neurophysiologischer Zustände Bestimmung der Bauteilewerte Die Potenzialzellen und ihre Ladung 6 Neuronmembran mit Ruhepotenzial Berechnung des Ruhepotenzials 7 Messung des Ruhepotenzials mit dem Lectron Messinstrument Der Operationsverstärkerbaustein 8 Messung des Ruhepotenzials (Variante) Der Spannungsreglerbaustein 9 Messung der Ströme beim Ruhepotenzial Der Nanoamperemeterverstärker Physik der Ionenkanäle Unterschiedliche Ionenkanäle 10 Geregelte Ionenkanäle 26 20kW + UIN 10 8 6 4 2 20kW 75W + Cl 0,47µF 3 +4 5 1 Q2 Q0 9V 2,2kW 9V 2 _7 8 Schwelle + 2,2kW Q3 R 0,3V 560W + + S EN Bestell-Nr.: 1016 S + f + U + f - t/ms 1000 + f + U + f CLK - + + + f + U + f - + + S t 250 f/Hz 200 + S + Lectron 20A A COM V/W 10kW 10µF 10kW Nr. Thema 11 Ligandengesteuerte Ionenkanäle 1 Der Fotowiderstandsbaustein 12 Ligandengesteuerte Ionenkanäle 2 Der Optokoppler Baustein Aktionspotenziale (Hodgkin-Huxley-Modell) 13 Simulation von Aktionspotenzialen 14 Aktionspotenzial, Messung der Ströme 15 Verbesserte Simulation d. Aktionspotenzials Elektrophysiologische Messmethoden Differenzverstärker 16 Intra- und extrazelluläre Spannungsmessung 17 Messung von Membranspannungen 1 18 Messung von Membranspannungen 2 19 Der Feldeffekttransistor 20 Der Differenzverstärker 21 Der LED-Anzeige Baustein 22 Kompensationsschaltungen 23 Die »Wheatstone« -Messbrücke 24 Die Spannungsklammer 25 Die Spannungsklammer (erweiterte Schaltung) 26 Simulation von Nervenzellenabschnitten 27 Simulation eines Dendritenabschnitts 28 Weiterleitung von Potenzialänderungen Messbereichserweiterung beim Instrument 29 Vereinfachte Messung 30 Berücksichtigung der Kapazität Nervensystem und Computer 31 Digitaler (Halb-) Addierer 32 Der analoge Umkehraddierer Synapsen Funktion von (chemischen) Synapsen Simulation von Synapsen Ausbau-System Neurophysiologie 2. erweiterte Auflage Bestell-Nr.: 1016 Ausbausystem Neurophysiologie Was passiert eigentlich in unserem Körper, wenn sich ein Muskel zusammenzieht, das Herz schlägt, eine Drüse ein Sekret abgibt oder unser Gehirn arbeitet? Antwort auf alle diese Fragen gibt die Zusammenstellung von Experimenten dieses Lectron Ausbausystems. Bei allen lebenswichtigen Aktivitäten entstehen im Körper elektrische Spannungen nämlich dadurch, dass sich arbeitende Organe gegenüber dem sie umgebenden Gewebe elektrisch negativ verhalten. Es entstehen sogenannte für die einzelne Aktion charakteristische »Aktionspotenziale«, die im ganzen Körper vorhanden sind und mit geeigneten Mitteln z. B. an der Haut gemessen werden können. Dieses Ausbausystem beschäftigt sich mit dem faszinierenden Thema der Funktion unseres Nervensystems. Nervenzellen funktionieren »mit Strom«, genau so wie die Elemente der elektronischen Schaltungen. Deswegen liegt es nahe, Vorgänge des Nervensystems mit elektronischen Bauelementen nachzubilden. Mit diesem Simulationsverfahren beschäftigt sich dieser Kasten. Für wen sind hier beschriebenen Experimente bestimmt? Zunächst kann sich jeder Interessierte mit diesen Versuchen Kenntnisse über das Nervensystem erarbeiten durch praktische Versuche, ohne dass er Tiere untersuchen oder das komplizierte Versuchsdesign biologischer Versuchsaufbauten beherrschen muss. Nr. 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 Thema Simul. der exzitatorischen Synapsenmembran 1 Simul. der exzitatorischen Synapsenmembran 2 Simul. der exzitatorischen Synapsenmembran 3 Simul. der inhibitorischen Synapsenmembran Simulation der exzitatorischen Synapse Funktionen einer Synapse Simulation der Axonmembran u. von erregbaren Zellen Simulation d. Axonmembran (Variante) Optisch reizbare Nervenzelle Modell einer Muskelzelle Der FHN Baustein Herzmuskelzelle Erregungsfortleitung auf dem Axon Elektrotonische Synapsen Simulation der exzitatorischen Synapse Exzitatorische Synapse mit Optokoppler Simulation der inhibitorischen Synapse Inhibitorische Synapse mit Optokoppler Elektronische Nervenzellmodelle Mehrfach - Subtrahierer Der Neuron / Axonhügel Baustein Der Binärzähler Baustein Summation / Integration Inhibition durch Integration Der Stimulator Baustein Amplitude vs. Tastverhältnis Übertragungsfunktion des Neurons Zeitliche Integration Räumliche Integration Räumlich / zeitliche Integration Räumliche Integration mit Inhibition Besonders geeignet sind die Versuche aber auch für Schüler und Studierende, die sich so in dieses Gebiet einarbeiten und die oft schwer verständlichen Erläuterungen aus Lehrbüchern, Unterrichtsstunden und Vorlesungen »mit ihren Händen« erarbeiten können. Physikalische Vorgänge sind in der Regel weniger komplex als biologische Systeme, die Grundprinzipien sind aber übertragbar. Deshalb kann die Reduktion der Komplexität beim Verständnis der Biologie helfen, indem man zunächst das physikalische System versteht und es dann auf das biologische System überträgt. Die 2. Auflage von »Neurophysiologie« ist gegenüber der ersten überarbeitet und gleichzeitig von 66 auf 86 Experimente stark erweitert worden. Hinzu gekommen sind insbesondere Kapitel zur Einführung in die Elektronik für alle diejenigen, denen vielleicht die nötigen Grundlagen nicht mehr ganz präsent sind. Außerdem wurde der bisher nur knapp gehaltene Teil mit Versuchen zum Herzen durch weitere Experimente, die bis zur Aufnahme eines EKGs reichen, erweitert. Damit der Kostenrahmen für den Experimentierkasten gewahrt bleibt, sind ihm einige neu entwickelte Spezialbausteine für diese Versuche (ab Nr. 78) nicht beigegeben. Sie müssen bei Bedarf von Lectron zugekauft werden. Eine Liste mit den entsprechenden Bestellnummern befindet sich im Anleitungsbuch. Nr. 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Thema Sinneszellen Logarithmischer Verstärker Differentiator Sinneszelle mit linearer Kennlinie Sinneszelle mit logarithmischer Kennlinie On-Off-Sinneszelle Simulation einer Lichtsinnzelle Grundschaltungen f. d. Verbindungen v. Nervenzellen Die Reflex-Prinzipschaltung Verbesserte Reflex-Prinzipschaltung Die 1:1 Verschaltung Vorzeichenumkehr Renshaw-Zellen Laterale Inhibition Die Konvergenzschaltung Die Divergenzschaltung Reziproke Vernetzung Ein einfacher Taktgeber Rekurrente Vernetzung Herz und Elektrokardiogramm Erregungsleitung im Herzen Der EKG-Simulator EKG-Simulator mit Optokoppler Der Instrumentationsverstärker Elektronische Filter Elektroden für medizinische Messungen Der EKG-Verstärker Baustein Der EKG-Verstärker mit LWL-Isolierung Aufnahme eines EKGs Stromfluss durch einen Modellmenschen Schrittspannung bei Blitzeinschlag Der Konstantstromquellen Baustein Der Defibrillator Der Defibrillator (Alternative) 27 Lectron Genregulation Grundkasten Bestell-Nr.: 1017 10kW 47kW G S G D D 1,25V ÷12V 8 8 8 A7 A7 E5 1,25V ÷12V 1,5 2 3,5 +A max 4 56 Thema Bauteileübersicht Grundkasten Zu diesem Kasten Was ist Leben? Blockschaltbild des Gen-Bausteins Aktivieren des Gen-Bausteins Oszillator mit Gen-Baustein Speicherzelle mit Gen-Baustein Speicherzelle m. Gen-Baustein (Bistabile Alternative) Mechanische Selbsthaltung & -unterbrechung Dominante Setz- und Rücksetzfunktion Koinzidenzspeicher Realisierbare Schwellwertfunktionen Zeitkonstante und Hysterese Zwei gekoppelte Gen-Bausteine (++) Zwei gekoppelte Gen-Bausteine (--) Zwei gekoppelte Gen-Bausteine (+-) Zwei Master-Slave-gekoppelte Gen-Bausteine Zwei einfach gekoppelte Oszillatoren Zwei gegenseitig gekoppelte Oszillatoren Wechselschalter Kopplung von drei Bausteinen (---) Repressilator Kopplung von drei Bausteinen (++-) Kopplungen dreier Bausteine (+--) & (+++) Doppelkopplungen dreier Bausteine (±±±) Kopplung von drei Oszillatoren Ringschaltungen mit 4 Gen-Bausteinen Ringschaltung mit 4 Gen-Bausteinen und doppelter Kopplung (±±±±) Ringschaltung mit 8 Gen-Bausteinen und doppelter Kopplung E4 Nr. 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 0 -A 0,5 9 2,5 1,5 0,6 C E1 0,4 + 0,7 A 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 E2 3,5 1 3 12V~ 2,5 E2 12V A7 4 56 E4 -A 1 3 E5 0 0,5 9 A +A max 23 28 3,5 E3 + 0,7 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 il 24 E2 0,4 tab 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 1,5 max 0,6 C E1 23 1 2 3 4 2,5 +A il Nr. -A 1 3 E4 0 0,5 9 A 23 23 3,5 E3 + 0,7 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 il il E2 0,4 tab tab max 0,6 C E1 tab 2 +A 8 A A7 E3 + 0,7 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 1,25V 0,4 4 56 0,6 C 4 56 E3 E1 S 12V~ Lectron E4 -A 1 3 E5 0 0,5 9 2,5 1,5 E5 Thema Zähler mit 5-Eingangs Majoritätsbausteinen Zähler mit 4 Gen Bausteinen Zähler mit 4 Gen-Bausteinen (Alternative) Zähler mit 6 Gen Bausteinen Der MOSFET Teilerstufe Erweiterung der Teilerstufe Teilerstufe (Alternativer Aufbau) Modellnetz für die Genregulierung der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) Modellnetz für die Genregulierung der Teilungshefe (Saccharomyces pombe) Modellnetz für die Genregulierung der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) Lichtabhängige Teilung bei der Bäckerhefe Lichtabhängige Teilung (Alternativer Aufbau) Lichtabhängige Kopplung Bausteinübersicht V1 - V33 Zusätzliche Bauteile (Erweiterung) Genregulation Erweiterung Bestell-Nr.: Genregulation 2,5 E2 3,5 E4 +A max 2,5 8 E5 0,6 0,4 3,5 E4 0 -A 0,5 9 1 2,5 1,5 E5 + 0,7 A 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 -A E2 3,5 1 1,5 E2 3 1,5 2,5 C E1 8 0 0,5 9 A7 8 2 3 E5 A7 A -A 1 E3 + 0,7 6,5 A7 8 A7 8 A7 8 4 56 8 8 A7 4 56 A7 4 56 -A E4 +A max +A max 4 56 A7 4 56 E4 1,5 0,4 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 1 3 E5 0 0,5 9 4 56 3,5 E5 0 0,5 9 A 4 56 E2 3,5 + 0,7 6,5 23 max 0,6 C E1 E2 0,4 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 il 2,5 1,5 +A max 0,6 C E1 tab E4 -A 1 3 E5 0 0,5 9 A +A 23 3,5 E3 + 0,7 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 -A 3 1,5 2,5 A 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 1 3 E4 0 0,5 9 23 E2 0,4 3,5 E3 + 0,7 6,5 0,4 il tab max 0,6 C E1 E2 0,6 C E1 23 +A max il tab 2,5 1,5 A 23 -A 1 4 56 3 E3 + 0,7 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 il tab 0 0,5 9 0,4 23 23 3,5 E4 max 0,6 C E1 il tab 2 +A 2 +A il A il tab E2 E3 + 0,7 6,5 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 A 0,8 0 b Hysterese +5 -2 -1 is 0 +4 +3 +1 9 01 +2 +2 Schwelle C +3 +1 RC/s +4 0 -1 -2 +5 0,1 tab 0,4 E3 + 0,7 6,5 0,4 23 0,6 C 0,6 C il E3 E1 E3 E1 tab Dieser Baukasten über das hochaktuelle Thema ist für den Unterricht in der Sekundarstufe II sowie für Studierende biowissenschaftlicher Studiengänge gedacht. Er ist außerdem zur Demonstration systembiologischer Fragestellungen in Forschung und Lehre bestens geeignet. Zur Durchführung der über 30 Versuche sind zunächst keine Kenntnisse in Elektronik nötig; die erforderlichen wenigen Grundkenntnisse werden bei der Durchführung der Versuche wieder aufgefrischt. Zentraler Baustein ist der Gen-Baustein, der als Schalter funktioniert. Durch Verbinden mehrerer Bausteine werden genetische Netzwerke modelliert, an denen man studieren kann, wie Wechselwirkungen in dem Netz entstehen. Diese sorgen z. B. dafür, dass eine Zelle bei ihrer Teilung die dazu benötigten Proteine, deren Baupläne im DNA-Strang gespeichert sind, zur richtigen Zeit in richtiger Konzentration herstellt, damit die einzelnen Schritte in der passenden Folge ablaufen. In der Grundausstattung sind vier Gen-Bausteine enthalten, mit denen nahezu 30 Versuche durchgeführt werden können. Lediglich für die sehr großen Modelle benötigt man bis zu zwölf Gen- und weitere Verbindungsbausteine, die als Erweiterung zugekauft werden müssen. Mit dieser Ausstattung werden dann Hefezellen-Modelle auf einer DIN A2 Platte aufgebaut, an denen man die einzelnen Schritte bei der Zellteilung sehr gut demonstrieren und variieren kann. E4 -A 1 3 E5 0 0,5 9 2,5 1,5 E5 29 Lectron Übungs-System Bestell-Nr.: 1102 Übungssystem 120W 220W 270W 270W 3,9kW 4,7kW 5,6kW 10kW 100kW 0,1µF 0,1µF 0,1µF 10µF 100µF Ge 47W Ge Lectron 100µF 100kW 330kW 0 2 10 10 47pF Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 30 10kW Thema Der Stromkreis Stromkreis mit Massebaustein Der unterbrochene Stromkreis Ein Schalter im Stromkreis Stromkreis mit Abzweigung Ein Widerstand im Stromkreis Reihenschaltung von Widerständen ParalleIschaltung von Widerständen Glühlampenhelligkeit und Messgerätausschlag Leitfähigkeit verschiedener Stoffe Das Messgerät als Voltmeter Spannungsteilerschaltung Das Messgerät als Amperemeter Das ohmsche Gesetz Der verzweigte Stromkreis Der Ohrhörer als elektro - akustischer Wandler Der Kondensator Auf- und Entladen eines Kondensators Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren Sperr- und Durchlassrichtung der Diode Der Transistor - aus Diodenstrecken zusammengesetzt Erzeugung von Wechselstrom Ein Kondensator im Gleich- und Wechselstromkreis Gleichrichten von Wechselstrom Gleichrichtung mit vier Diodenstrecken Der Transistor steuert die Helligkeit einer Glühlampe Der Transistor als Schalter Der Transistor als Verstärker Verstärkung mit zwei Transistoren Verstärker mit Glühlampe als Stromanzeiger Das Übungssystem für den Einsatz an Schulen in den Klassen 7 bis 10 ist aus dem LECTRON Trainer 1102 hervorgegangen und hat gegenüber seinem Vorgänger folgende Verbesserungen: Ein weiterer Taster gestattet, einige Schaltungen eleganter aufzubauen als bisher. Der jetzt zweipolige Batteriekasten ermöglicht es, den Plus- oder den Minuspol der 9 V Batteriespannung an die Grundplatte zu legen; durch die hauptsächliche Verwendung der beiden zusätzlichen Silizium - npn - Transistoren ist letzteres bei den meisten Versuchen geschehen. Einige Versuche benötigen den bausteininternen Basis - Kollektor - Widerstand; hier werden die bewährten pnp - Germanium - Transistoren eingesetzt und der Pluspol an die Platte gelegt. Es hätte den Umfang des Kastens gesprengt, den Widerstand extern in die jeweilige Schaltung einzufügen. Besitzer des 1102 Trainers können durch Zukauf der vier zusätzlichen Teile alle hier beschriebenen Versuche durchführen. Das System wird in einem stabilen Kunststoffkoffer ausgeliefert. Das Anleitungsbuch enthält außer den mehr als 230 Versuchsbeschreibungen über 300 Aufgaben; die Lösungen stehen neben zahlreichen weiteren Versuchen zur Vertiefung des Stoffes in dem Lehrerheft. Das Übungs-Ausbau-System 1104 (Teile siehe nächste Seite) bildet zusammen mit dem Anleitungsbuch den Übergang zum Elektronik AG Kasten. Nr. 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 Thema Schwingkreis mit induktiver Rückkopplung Rundfunkempfänger Kondensatoren werden ge- und entladen ParalleIschaltung von Kondensatoren Reihenschaltung von Kondensatoren Ladestrom und Ladezeit eines Kondensators Die Zeitkonstante Spannungsverdopplung und -vervielfachung Ein Kondensator in einem Wechselstromkreis von variabler Frequenz Ladekondensator; Glätten von welligem Gleichstrom Brückenschaltung; Messbrücke für ohmsche Widerst. Tonfrequenz - Messbrücke für Kondensatoren Kennlinien v. ohmschen Widerständen und Glühlampe Kennlinie einer Halbleiterdiode Der Heißleiter, ein temperaturabhängiger Widerstand NTC - Thermometer; Elektronik -Thermostat; Feuermelder mit Blinksignal und Alarmton Der Photowiderstand (LDR) Flammenwächter; Dämmerungsschalter; Pulsschlagzähler; Lichtschranke mit Tonsignal; Blinklicht Der bistabile Multivibrator; (Flip - Flop); Binärzähler Der astabile Multivibrator Der monostabile Multivibrator (Mono - Flop) Der Schmitt - Trigger als Schwellwertschalter und Impulsformer Zeitglied (RC - Glied) und Zeitschalter CR / RC - Phasenschieber - Generator und Wienbrücke Analoge und digitale Signale und Systeme Digitale Grundschaltungen: UND; ODER; NICHT Digitale Grundschaltungen: NAND; NOR Lectron Elektronik AG Bestell-Nr.: 1103 47W 100kW 120W 220W 270W 270W 3,9kW 4,7kW 5,6kW 10kW 100kW 0,1µF 0,1µF 0,1µF 10µF 100µF 10mA 39W 100mA 3,9W 100mA 3,9W Ge 100kW Ge 10mA 39W 47W 100µF D G S D G G S S G D 100kW S D 1104 1102 0 2 10 0 10 Die Experimente wurden speziell für den Physikunterricht der 5. Klasse zusammengestellt und sind in der Praxis erfolgreich erprobt. Lerninhalte sind einfache und verzweigte Stromkreise mit verschiedenen Schaltern, logische UND, ODER - Verknüpfungsschaltungen, Leiter und Isolatoren, Kurzschluss und Überlast im Stromkreis sowie Schmelzsicherungen auf der Basis des »Karlsruher Physikkurses«. Alle Experimente bis Nr. 18 lassen sich dafür allein mit den Bausteinen des Übungssystems ausführen. Mit den zusätzlichen Bausteinen, ebenfalls im Kunststoffkoffer, können aufbauend für interessierte Schülerinnen und Schüler anschließend in einer Elektronik AG alle weiteren Versuche bis hin zu modernen Computer - Grundschaltungen in CMOS - Technik durchgeführt werden. Größere Experimente lassen sich jeweils mit Teilen zweier Kästen aufbauen. Ein Foliensatz zu allen Experimenten ist bei LECTRON erhältlich. Thema Ein einfacher Stromkreis Das Wassermodell Messung der elektrischen Spannung Messung des elektrischen Stroms Der unterbrochene Stromkreis Die Parallelschaltung Die Parallelschaltung im Modell Die Reihenschaltung im Modell Reihenschaltung mit 3 Glühlampen Widerstand im Stromkreis Leitfähigkeit verschiedener Materialien Ein empfindlicher Nachweis Umschalter und UND - Schaltung UND - Schaltung / UND - ODER - Schaltung Wechselschaltung / Kreuzschalter Schmelzsicherung Schutzleiter Relais / Summer 2 47pF 100mA Elektronik AG Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 330kW Nr. 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 10 10 10kW Thema Logik - Verknüpfungen mit Relais Diode Leuchtdiode Kondensator Kondensator laden und entladen Kondensator an »Wechselspannung« Kondensator an Wechselspannung Ohrhörer Ohrhörer an Wechselspannung Spannungsteiler Potentiometer Aufbau des Transistors Transistor im Stromkreis Strom - Messungen an Emitterschaltung Spannungs - Messungen an Emitterschaltung Messungen an Kollektorschaltung Transistor als Verstärker Arbeitspunkteinstellung Abschaltverzögerung Anschaltverzögerung Blinkschaltung Helligkeitseinstellung Weidezaungerät Fotowiderstand Dämmerungsschalter Lichtschranke Blinkschaltung Steuerung des pnp Transistors Zweistufiger Mikrofonverstärker Rückkopplungsarten beim Verstärker Rückkopplungsgenerator Anwendungen des Rückkopplungsgenerators Magnetstreifenleser Schwingungen und Modulation Detektor Rundfunkempfänger Monostabile Kippstufe Bistabile Kippstufe (Flipflop) Zähl - Flipflop Binärzähler MOSFETs Dimmerschaltung p - Kanal MOSFET CMOS - Inverter CMOS - NAND CMOS - NOR 31 Elektronik AG Ausbau Solartechnik Bestell-Nr.: 1105 Solartechnik 0,00 A COM V/W Bild ändern + 20A _ Lectron 1W Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 32 Thema Die Sonne-eine fast unendliche Energiequelle Die Solarzelle Motor an Solarzelle Die Leuchtdiode LED Die Leuchtdiode an einer Solarzelle Die Leuchtdiode an zwei Solarzellen Aufbau der Materie Anregung von Atomen Verteilung des Elektroniums in Feststoffen Elektrizitätsleitung in Feststoffen Funktonsweise einer Leuchtdiode Die Siliziumdiode Die Schottkydiode Die Germaniumdiode Der Sperrstrom der Germaniumdiode Bauteilkennlinien Die Kennlinie eines Widerstands Die Glühlampenkennlinie Die Kennlinie einer Siliziumdiode Die Kennlinie einer Schottkydiode Die Kennlinie einer Germaniumdiode Diodenkennlinien 0,5W In 34 anschaulichen Experimenten und zusätzlichen ausführlichen Erklärungen behandelt dieser Ausbau-Kasten alles Wissenswerte über die Gewinnung und Verwendung einer Energie, der die Zukunft gehört. Energie von der Sonne ist praktisch unerschöpflich und ihre Gewinnung emissionsfrei. Von ihrem Vormarsch zeugt eine ständig wachsende Zahl an Hausdächern mit den charakteristischen blauen Fotovoltaikzellen. Zwei dieser Zellen sind in dem Kasten enthalten; an ihnen werden die Eigenschaften, aber auch die Probleme gezeigt, die beachtet bzw. gelöst werden müssen, um die Sonne effektiv »anzapfen« zu können. Für die Experimente werden zusätzlich zum Elektronik AG Kasten nur wenige Bausteine, die bereits in anderen Lectron Experimentierkästen vorkommen, benötigt: die beiden Solarzellen, ein spezieller Motor, verschiedene Dioden, Messwiderstände, ein Akku zur Speicherung und ein universell verwendbares Digitalmultimeter zur Aufnahme von Kennlinien; sie sind nicht nur in der Elektrotechnik und Elektronik ein bewährtes Mittel, wesentliche Eigenschaften von Bauteilen und ihr Zusammenspiel in Schaltungen knapp und exakt darzustellen. Das Ganze geschieht mit Modellen und auf der Basis des Karlsruher Physikkurses, der von der Abteilung für Didaktik der Physik an der Universität Karlsruhe entwickelt wurde. Nr. 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Thema Messung mit Digitalinstrumenten Messung mit einem Digitalmultimeter Die Kennlinie einer Leuchtdiode Leuchtdiode mit Vorwiderstand Ein hochempfindlicher Spannungsnachweis Die LED als Spannungsquelle Die Solarzelle als Diode Die Kennlinie einer Solarzelle Messprobleme Messen mit einem Instrument Die Kennlinie bei voller Sonne Parallelschaltung von Solarzellen Serienschaltung von Solarzellen Die Bypassdiode Eigenschaften der Lectron Solarzelle Arbeitspunkt der Solarzelle Glockenankermotor als Last an Solarzelle Glockenankermotor als Generator LED als Last an Solarzelle »Hochspannungserzeugung« mit Solarzelle Nickel Metallhydrid Akku als Puffer Elektronik AG Ausbau Magnetismus Bestell-Nr.: 1106 2 Alnico Hufeisenmagnete Kupfer/Messingrohr großer Rotor Alnico Flachstabmagnet Neodym Neodym Rundmagnet Kugelmagnet 3 1,25V ÷12V 1 12V~ 12V 2 100µF 2 0,47µF Kompass 1 3 4 2 Lectron Rundmagnete Lectron Bodenmagnet 2 Neodym Zylindermagnete B kleiner Rotor 5 1,25V 2 Neodym Ringmagnete 2 Ferrit Rundmagnete 4 1,25V ÷12V A 12V~ 5 Feldplatte Eisenkern Magnetismus Nr. In 34 Experimenten und zusätzlichen Erklärungen behandelt diese Zusammenstellung alle Erscheinungen, die mit magnetischen Feldern zu tun haben, vom Dauermagneten über den Elektromagneten mit seinen vielfältigen Anwendungen als Summer oder Motor bis hin zum Transformator. Für die Experimente auf der Basis des Karlsruher Physikkurses werden nur wenige spezielle Bausteine benötigt: der Spulenbaustein mit 2 Rotoren, die Feldplatte, um magnetische Felder sichtbar zu machen, verschiedene Dauermagnete, das Netzgerät für Wechselspannung, sowie einige andere Bausteine; alle sind auch in anderen Versuchen universell weiter einsetzbar. Zusätzlich werden für einige Versuche einige Standardbausteine benötigt, die entweder dem Elektronik AG Experimentierkasten entnommen oder einzeln von Lectron bezogen werden können. 09 Oerstedts Versuch Das Magnetfeld einer Leiterschleife 10 Der Elektromagnet 11 Das Relais 12 Selbsthaltung beim Relais 13 Der Wagnersche Hammer Die Klingel 14 Der Lectron Spulenbaustein 15 Das Magnetfeld des Spulenbausteins Spielzeugmotore von TRIX Lectron Drehspulinstrument 16 Lectron-Messinstrm. an Gleich- und Wechselstrom 17 Lectron - Messinstrument an Wechselstrom Weicheiseninstrument 18 Ohrhörer 19 Die Pole eines Elektromagneten» 20 Polabhängigkeit von der Stromrichtung 21 Addition von Magnetfeldern 22 Spannungserzeugung mit einer Spule 23 Das Induktionsgesetz 24 Der Transformator 25 Wechselspngsmess. mit Lectron Instrumenten 26 Der Hochspannungstransformator 27 Glimmlampe an Hochspannung 28 Die Induktivität 29 Die Induktivität an Wechselspannung 30 Der Induktivgeber 31 Gleichstrommotor ohne Kollektor 32 Gleichstrommotor ohne Kollektor mit npn Transistor 33 Ein Synchronmotor49 34 Wirbelströme Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 Thema Historisches Eigenschaften von Magneten Magnetpole Magnetische Ladungen Magnetisierungslinien Magnetisieren und entmagnetisieren Herstellung von Dauermagneten Das Magnetfeld Feldlinien Beispiele von Feldlinienbildern Feldlinien und Magnetisierungslinien Magnetfeld und Materie Die Energie des Magnetfeldes Das Magnetfeld eines Elektrizitätsstromes Thema 33 Lectron Lectron Elektronik AG Ausbau Digitaltechnik E1 + A E1 + + A E/A1 E1 + A E1 + Bestell-Nr.: 1107 + + CLK A + CLK CLK E/A11 C=1 E2 & E2 & + E2 E/A20 E3 E/A10 A E/A2 A E3 E3 E/A21 + >1 E2 A E3 + J >1 A Q K Q + J K R C Q Q S D Q S R Q R + E 10kW 10µF 3 Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 34 10kW 10kW + A E + A + 3 Thema Nr. Thema Zu diesem Kasten Schalterlogik Die UND - Funktion Die ODER -Funktion Die UND - ODER -Funktion Die ODER - UND -Funktion Die NICHT -Funktion Die NAND Funktion Die NOR -Funktion Die EXOR -Funktion Die Erweiterung der EXOR -Funktion CMOS Logik Elektronische Schalter: Der MOSFET Dimmerschaltung Der n - Kanal MOSFET Der CMOS - Inverter CMOS - NAND - Verknüpfung CMOS - NOR - Verknüpfung Der LECTRON CMOS - AND/NAND Baustein Der LECTRON CMOS - OR/NOR Baustein Speicherzelle aus zwei Bausteinen Speicherzelle mit dominantem R-Eingang Entprellschaltung mit OR/NOR Bausteinen Entprellschaltung mit AND/NAND Bst. / Invertern Taktflankengesteuertes RS - Flipflop Versuch einer Teilerstufe Wechseltaster Wechseltaster (alternativerAufbau) Master - Slave - RS Flipflop 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 55 D - Flipflop T - Flipflop MOSFET - Analogschalter Der LECTRON Tranmission - Gate Baustein D - Flipflop mit Transmission Gates Der LECTRON D - Flipflop Baustein Das JK - Master - Slave -Flipflop Asynchroner modulo-8- Zähler /Teiler Synchroner modulo-8-Zähler Synchroner modulo-5-Zähler Synchroner modulo-5-Teiler Asynchroner modulo-5-Teiler Asynchroner modulo-5-Zähler Schieberegister Synchroner modulo-5-Teiler Asynchroner modulo-5-Teiler Asynchroner modulo-5-Zähler Schieberegister Pseudo - Zufallsgenerator Pseudo - Zufallsgenerator (Alternative) Einfach aufgebaute Speicherzellen Monostabile Kippstufe Monostabile Kippstufe mit D - Flipflop Nachtriggerbare monostabile Kippstufe Astabiler Multivibrator aus OR/NOR Bausteinen Oszillator mit zwei Invertern Oszillator mit einstellbarem Tastverhältnis Schmitttrigger mit zwei Invertern Der LECTRON Schwellwertbaustein Elektronik AG Ausbau Digitaltechnik Bestell-Nr.: 1107 Digitaltechnik Ausbau »Digitaltechnik« behandelt in 50 Experimenten alles Wissenswerte über Logikschaltungen, angefangen von ganz einfachen UND und ODER Verknüpfungen, die zunächst mit mechanischen Schaltern sehr anschaulich aufgebaut und ausprobiert werden. Nach der Vorstellung weiterer Grundfunktionen in »Schalterlogik« folgt eine kurze Einführung in die CMOS - Technik; eine verlustleistungsarme Technik, durch die es überhaupt erst möglich wurde, auf winzigen Siliziumchips logische Verknüpfungen und Speicher herzustellen. Aus den logischen Grundfunktionen werden die verschiedenen Flipfloptypen entwickelt und weiter gezeigt, wie mit deren speziellen Eigenschaften Teiler, Zähler und Schieberegister und andere Schaltungen der Digitaltechnik realisiert werden können. Für die 50 Experimente enthält das Ausbausystem alle notwendigen Logikbausteine sowie zusätzliche Verbindungsbausteine, so dass zusammen mit den Bausteinen aus »Elektronik AG« auch aufwendigere Schaltungen aufgebaut werden können. Im zweiten Teil des Anleitungsbuchs findet man 31 weitere Versuche, die eine zu Unrecht ein bisschen in Vergessenheit geratene Technik vorstellen, nämlich Majoritäts- und Schwellwertfunktionen sowie ihre Anwendungen. Schwellwertbausteine können deswegen wieder aktuell Nr. 51 52 53 54 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 Thema Majoritätslogik Die Majoritätsfunktion Oszillator mit Majoritätsbaustein Speicherzelle mit Majoritätsbaustein Majoritätsbaustein mit 5 Eingängen Oszillator mit Schwellwertbaustein Operationsverstärker Der LECTRON Operationsverstärker Baustein Der invertierende Operationsverstärker Der Summationsverstärker Der Elektrometerverstärker Präzisionsschmitttrigger Multivibrator m. Präzisionsschmitttrigger Multivibrator mit Operationsverstärker Schwellwertlogik Speicherzelle mit Schwellwertbaustein Dominante Setz- oder Rücksetzfunktion Koinzidenzspeicher Realisierbare Schwellwertfunktionen & EXOR Bausteininterne Selbsthaltung Mechanische Selbsthaltung & Unterbrechung Zeitkonstante und Hysterese Zwei gekoppelte Schwellwertbausteine (++) Zwei gekoppelte Schwellwertbausteine (--) Zwei gekoppelte Schwellwertbausteine (+-) Master-Slave-gekoppelte Schwellwertbausteine Zwei einfach gekoppelte Oszillatoren Zwei gegenseitig gekoppelte Oszillatoren Wechselschalter Kopplung von drei Schwellwertbausteinen (---) Kopplung von drei Schwellwertbausteinen (++-) werden, weil bei der Modellierung von Genen und der Genregulation Funktionen mit Schwellen eine große Rolle spielen. Sie lassen sich deswegen auch mit entsprechenden Bausteinen einfach nachbilden. LECTRON hat eigens dafür einen Schwellwert- oder Genbaustein entwickelt, der Kernstück des demnächst erscheinenden Experimentierkastens »Genregulation« sein wird. Dieser Baustein eignet sich auch hervorragend zur Realisierung digitaler Schaltungen und er wird in den weiteren Versuchen verwendet. Dadurch, dass er die erwähnten Grundfunktionen beinhaltet, bekommt man bei seinem Einsatz einen übergeordneten Blick auf die zu lösenden logischen Probleme und gewinnt ein besseres Verständnis für die Zusammenhänge. Der Baustein enthält viele Funktionen, die mit Operationsverstärkern ausgeführt sind. Deswegen gibt es zusätzliche Versuche, die zumindest die elementaren Grundschaltungen dieses wichtigen Bauteils der modernen Elektronik zeigen. Damit der Kostenrahmen für den »Digitaltechnik« Ausbaukasten nicht gesprengt wird, sind die speziellen Bausteine (Genbaustein, Operationsverstärker u.a.) für den zweiten Teil dem Kasten nicht beigegeben; sie können bei Bedarf durch Zukauf einzeln von LECTRON in der nötigen Stückzahl (Liste im Anleitungsbuch) beschafft werden. Zur Batterieersparnis ist für die Versuche mit Schwellwertbausteinen der Einsatz des Netzgeräts empfehlenswert. Nr. Thema 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 Kopplung. von drei Schwellwertbst. (+--) & (+++) Doppelkopplungen dreier Bausteine Drei gekoppelte Oszillatoren Ringschaltungen mit vier Schwellwertbausteinen Ring mit 4 Schwellwertbaustn. & doppelter Kopplung Ring mit 8 Schwellwertbstn. & doppelter Kopplung Zähler mit 5-Eingangs Majoritätsbausteinen Zähler mit sechs Schwellwertbausteinen Zähler mit vier Schwellwertbausteinen Teilerstufe Erweiterung der Teilerstufe Teilerstufe (Alternative Aufbauten) Modellnetz für die Genregulation der Bäckerhefe Bausteine zur sinnvollen Ergänzung Bausteinübersicht V1 - V50 Bausteinübersicht V51 - V91 35 Lectron Lectron Radiotechnik Bestell-Nr.: 1110 D Ge 120W 1,5kW AM G 220W 10kW S 2x 100µF 1,5kW 100kW 330pF 100kW 330pF 100kW 330pF 10µF 4,7kW 5,6kW 10kW 100kW 100kW 330pF 4,7nF 10µF 100kW 2 47nF 0,1µF 100µF 0,1µF 47pF 0,1µF 47pF 3 330kW 0,1µF Radiotechnik Nr. Mit diesem Experimentierkasten werden ausgehend von der akustisch - elektrischen Wandlung und ihrer Rückwandlung zunächst verschiedene Verstärker mit Transistoren aufgebaut. Anschließend erfährt man, was elektrische Schwingungen sind und wie sie für die drahtlose Signalübertragung moduliert werden. Vom einfachen Detektorempfänger, der ohne Batterie betrieben wird, bis zum Verstärker mit vier Transistorfunktionsstufen und Lautsprecherbetrieb wird alles experimentell erschlossen. Spezielle Versuche zeigen, wozu eine Antenne gut ist und wie man sie zweckmäßig an die Empfängerschaltung ankoppelt. Mit allen Radios können Sender im Kurz- und im Mittelwellenbereich empfangen werden. Ein Versuchsaufbau mit dem integrierten AMEmpfänger MK484 und Ferritantenne beschließt die Experimente von »Radiotechnik«. Die Schaltungen sind erprobt und werden bei richtiger Zusammenlegung der Bausteine funktionieren. Derjenige, der überhaupt keine Elektronik - Vorkenntnisse besitzt, wird genauso funktionierende Schaltungen aufbauen können wie jemand, dem die einzelnen Funktionen der verwendeten Bauteile bereits geläufig sind. Wünschenswert sind trotzdem Vorkenntnisse über Stromkreise und die Arbeitsweise von Transistoren. Wer sich auf diesem Gebiet noch nicht so sicher fühlt und gerne vorher Grundlegendes darüber erfahren möchte, dem seien die LECTRON Experimentierkästen »Einsteiger«, »Elektronik-AG« oder »Start- und Ausbausystem« mit ihren ausführlichen und leicht verständlichen Anleitungsbüchern empfohlen. 01 02 03 04 36 680kW 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19* Thema Schallwandler Transistorverstärker Transistorverstärker mit npn - Transistor Zweistufiger Verstärker mit komplementären Transistoren Schwingungen und Modulation Detektor Abstimmkreis und Resonanz Kurzwellendetektor Antennenankopplung Einstufiger Transistorempfänger Einstufiger KW-Transistorempfänger Zweistufiger Transistorempfänger mit Rückkopplung Zweistufiger Transistorempfänger mit Rückkopplung und Lautsprecher Dreistufiger Transistorempfänger mit Lautsprecher Abstimmbarer dreistufiger Transistorempfänger mit Lautsprecher Dreistufiger Transistorempfänger mit Ferritantenne Transistorempfänger mit doppelter Ausnutzung eines Transistors Transistorempfänger mit FET MW - Empfänger mit integriertem Schaltkreis MW - Empfänger mit Solarzelle *) Im Versuch 19 werden zwei Solarzellen aus dem LECTRON Experimentierkasten »Optoelektronik und Solartechnik« eingesetzt, die es auch einzeln unter der Bestellnummer 2610 bei LECTRON als Zukaufteil gibt. Radio-Röhrentechnik Bestell-Nr.: 1120 (1,3) ~ 3û 250kW L 2û 3x 1mF 250kW 1û R 500W (2) ~ 220W 560W 10kW 20kW 20kW 47kW 47kW 100kW a a a’ g g’ a g2 g1 g1 g2 g1 s g3 6 100kW 2,2MW 47pF 330pF 4,7nF 47nF 47nF k’ k fm/s 2 D FM 0,1µF 4,7nF 10:1 k,g3 k,g3 ECC 8x f + Ant 10:1 f 3 5,6kW f k k EL95 f f g1 0 Nf 10 10 aP aT g2 g3 3,9kW 56pF UAbst Nr 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30* 31 32 33 34 35* 36 37 38* 39 40 41 42 43 44 45* 46 47 48 49 50 51 52* 53* 54* 55* 56* 57* 58* EF80 Ausg Thema Aufbau der Elektronenröhre Stromversorgung Stereo - Nf - Verstärker für Kopfhörer Stereo - Nf - Verstärker mit ECC85 Nf - Verstärker mit Ausgangsübertrager Nf - Verstärker mit Gitterstrom Zweistufiger Nf - Verstärker Nf - Verstärker mit Leistungspentode Trafolose Endstufe mit EL95 Zweistufiger Nf - Verstärker mit ECL80 Detektor mit Röhre Detektor mit Triode Audion mit Triode Zweistufiges Audion Audion mit Rückkopplung Audion mit PC86 / PC88 Audion mit Pentode EF80 Audion mit Leistungspentode EL95 Audion mit Pentode EF98 Dreistufiger Röhrenempfänger MW - Empfänger mit Abstimmdiode Abstimmdiode bei inverser Polarität Frequenzmodulation / UKW - Pendelaudion Der Lectron UKW - Baustein UKW - Baustein mit Empfangsanzeige Empfangsanzeige mit Operationsverstärker UKW - Empfänger mit Nf - Übertrager UKW - Empfänger mit Lautsprecher UKW - Empfänger mit zweistufigem Verstärker UKW - Empfänger mit Röhren Nf - Verstärker UKW - Empf. m. zwei Spannungsversorgungen Kombinierter UKW / MW Empfänger UKW / MW Empfänger für Netzbetrieb Variante des UKW / MW Empfängers MW / KW Audion m. PCL86 MW / KW Audion m. PCL86 (Variante) UKW Empfänger mit NF-Verstärker Lectron UKW - Empfänger Set Komb. MW / UKW Empf. mit PCL86 *) Für diese Versuche sind die entsprechenden Röhren sowie zusätzliche Teile erforderlich, die nicht im Experimentierkasten enthalten sind. Mute Tuning gT k,s f f ECL 80 Ausbau-System Radio-Röhrentechnik Nach erfolgreicher Durchführung der Experimente von »Radiotechnik« wird man auch die Röhrenschaltungen des Ausbausystems ab Versuch 20 mit Gewinn verstehen. Es werden entsprechende Verstärker und Empfängerschaltungen bis zum UKW - Empfänger aufgebaut, die mit »modernen« Elektronenröhren arbeiten und zwar mit niedrigen Anodenspannungen (max. 50 V), so dass man gefahrlos in die Schaltung fassen kann. Die dem Kasten beigegebenen fünf Röhren sind ungebrauchte Lagerexemplare (NOS = new old stock) aus früherer Produktion diverser Hersteller oder gebrauchte Exemplare, die für die Experimente noch eine ausreichende Emission aufweisen. Alle ihre Kenngrößen ihre Funktionsweise und Besonderheiten, die beachtet werden müssen, sind hier ausführlich erklärt und werden zusätzlich durch die Experimente vertieft. Mathematische Herleitungen der Kenngrößen sind im Anleitungsbuch optisch abgesetzt und können, ohne dass das Verständnis leidet, übergangen werden. Neben den Elektronenröhren enthalten die beiden Kästen eine ganze Reihe neuer Bausteine, wie Adapter für Cinchund für Klinkenstecker, Schwingkreisspulen und eine Kapazitätsdiode, die bei Schaltungen anderer LECTRON Experimentierkästen gut verwendbar sind. In die Fassungen der Röhrenbausteine passen auch Röhren der eigenen Sammlung, so dass mit ihnen experimentiert werden kann. Für früher weit verbreitete Röhren und für spezielle Niederspannungsröhren, wie sie im KOSMOS Radiomann verwendet wurden, sind entsprechende Experimente angegeben. Geeignet ist »Radiotechnik« für Jugendliche ab 12 und »Radio-Röhrentechnik« ab 14 Jahren. 37 Lectron Lectron Ausbau-System Schwingungen und Resonanz Bestell-Nr.: 1014 2 Schwingkreisspulen 9 Wdg. Al-Draht 2mmÆ Cu -Draht 1 m 2 Koppelspulen 4 Wdg. 120W 270W 1,5kW 100kW 47pF 47pF 0,1µF 13,56MHz 330pF Al-Draht 2mm Æ für Antennenstäbe Cu -Draht 0,5 m 500W 2 47pF 47pF Kleine Zusatzaufbauplatte Schwingungen und Resonanz Als ideale Ergänzung zu den Radiotechnik Kästen oder zur Elektronik AG hat Lectron 15 Experimente zusammen gestellt, die das Verständnis über die Arbeitsweise von Schwingkreisen vertiefen. Mit den Experimenten lassen sich die wichtigsten Grundlagen und Phänomene zur drahtlosen Energie- und Informationsübertragung leicht erarbeiten. Die meisten der dafür benötigten LECTRON Bausteine werden bereits vorhanden sein. Neu ist der Quarzbaustein mit der Frequenz 13,56 MHz, die für wissenschaftliche und experimentelle Zwecke freigegeben ist, und die superhelle rote LED, die zur Anzeige der gesendeten und der empfangenen Energie verwendet wird. Alle für die 15 Versuche benötigten Bausteine sind abgebildet, so dass man leicht feststellen kann, welche davon in der Sammlung fehlen; sie können bei LECTRON also auch problemlos als Einzelteil bezogen werden. LECTRON bietet darüber hinaus die Zusatzteile (2 Spulen, 4 Antennenstäbe, 3 Drähte mit Steckern für Koppelspulen, kleine Aufbauplatte) als Zubehörsatz (Bestell-Nr. 2912 ) an; die Spulen lassen sich aber auch nach den angegeben Bauanleitungen leicht selbst herstellen. Nach Durchführung aller Experimente weiß man, wie Schwingkreise im Rundfunk-Empfänger zur Auswahl einer bestimmten Senderfrequenz dienen und es ermöglichen, eben diesen gewünschten Sender mit seiner Information aus dem allgemeinen »Wellensalat«, den die Antenne empfängt, zu selektieren. Man durchschaut aber auch, wie moderne Zauberkünstler es schaffen, einfach in der Hand gehaltene Leuchtstoffröhren zum Leuchten zu bringen, ohne dabei selbst Schaden zu neh38 men. Wenn man es richtig anstellt, sind hochgespannte und hochfrequente Ströme für den menschlichen Körper ungefährlich. Die Energieübertragung beruht dabei durchweg auf der Energiekopplung zwischen abgestimmten Schwingkreisen. Nikola Tesla (1856 - 1943) hat in Amerika um 1900 damit in spektakulären Versuchen viel Aufsehen erregt und auch heute kann man mit Tesla Transformatoren, die nach den hier vorgestellten Prinzipien arbeiten, ein staunendes Publikum verblüffen. Solche Versuche sprengen allerdings die Möglichkeiten des LECTRON Systems und sind teilweise auch nicht ungefährlich. Wer in dieses Gebiet tiefer eindringen möchte, findet leicht weiterführende Literatur und Gleichgesinnte über das Internet. Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 Thema Quarzoszillator Schwingungsnachweis Spule Schwingkreis Schwingkreis mit verkleinerter Induktivität HF - Endstufe Auskoppeln von HF - Leistung Kurzwellen Sender Magnetisch gekoppelte Resonanzkreise Nachweis der Energieübertragung Elektrisch gekoppelte Resonanzkreise Kapazitive Kopplung Kapazitive Kopplung bei erhöhter Sendeleistung Eindraht Energieübertragung Energieübertragung über Masseleitung Radios für Lautsprecherbetrieb Bestell-Nr.: 1111/12 Erde Antenne (1,3) ~ 47pF 3û 47kW 3x 2û 1mF Sender 10kW 1,5kW 120W 10µF + 100kW 330pF 1û FM Nf 100kW (2) ~ gT aP S (+) G k,g3 kT Mute D Tuning 10kW g1 g2 aT f f PCL 86 0,1µF 20kW 1,5kW 100kW alternative Antennenankopplung Rückkopplung 10µF 250kW 100kW 47nF 500W 2,2MW 330pF 20kW 10kW Röhrenaudion für Lautsprecherbetrieb UKW - Radio für Lautsprecherbetrieb Neu von Lectron ist ein Mittelwellen - Audion mit Nf - Verstärker für Lautsprecherbetrieb, fertig aufgebaut aus den bekannten Magnetbausteinen und einer ungebrauchten PCL 86 aus altem Lagerbestand (nos) auf hochglänzender DIN A4 Edelstahlplatte. Das Gerät ist gleichermaßen interessant als Geschenk für Liebhaber nostalgischer Röhrentechnik, die einfach ein dekoratives Radio zu schätzen wissen, sowie für Besitzer der beiden neuen Lectron Experimentierkästen ‚Radiotechnik' und ‚Radio-Röhrentechnik', die ein Empfangsgerät ständig aufgebaut haben und trotzdem Experimente machen möchten. Eine PCL 86 ist im übrigen in diesen Kästen nicht enthalten. Zu dem Radio gehören Antennen- und Erdkabel sowie Steckernetzgerät mit Netzteil; letzteres stellt 12V Heizspannung und 50V Anodenspannung hochohmig und deswegen gefahrlos zur Verfügung. Kontrollanzeige der Anodenspannung erfolgt über eine LED im Netzbaustein. In der Röhrenfassung befindet sich eine weitere LED zur Heizspannungsanzeige und effektvollen Beleuchtung der Röhre. Das Gerät ist kein Kinderspielzeug und für Jugendliche ab 14 Jahren geeignet, da die Röhre bei Dauerbetrieb sehr warm wird. Die Lieferung aller Bauteile mit Aufbauanleitung erfolgt im hellgrauen Kunststoffkoffer. Bestell-Nr. ist 1111. Als weiteres »Fertigradio« neben dem Mittelwellen - Audion hat Lectron einen UKW - Empfänger mit Nf - Verstärker für Lautsprecherbetrieb heraus gebracht; ebenfalls aufgebaut auf hochglänzender circa DIN A4 großen Edelstahlplatte. Kern des UKW - Empfängers ist der FM Baustein. Er enthält neben vielen anderen elektronischen Bauteilen den integrierten Baustein TDA 7000, bei dem auf einem winzigen Siliziumkristall alle nötigen Schaltungsteile zum UKW Empfang wie Begrenzer, Filter, Verstärker und ein sogenannter PLL - Dekoder (zum Dekodieren des FM - Signals) untergebracht sind. Die Abstimmung auf einen gewünschten Sender erfolgt mit zwei Potentiometern - grob und fein - über eine interne Kapazitätsdiode. Als Senderskala dient das Lectron Messinstrument. Die genaue Abstimmung zeigt das Mute - Signal an. Es wird über einen FET so weit verstärkt, dass eine superhelle rote Leuchtdiode bei genauer Einstellung leuchtet. Das Nf - Ausgangssignal wird in zwei Germanium Transistor Verstärkerstufen weiter verstärkt, wobei die Lautstärke mit dem 10 kW Potentiometer eingestellt werden kann. Zu dem Radio gehört eine 70 cm lange Stabantenne aus Aluminiumdraht. Die Lieferung aller Bauteile mit Aufbauanleitungen erfolgt im hellgrauen Kunststoffkoffer. Bestell-Nr. ist 1112. Eine Kombination mit dem Mittelwellenaudion ist unter der Bestell-Nr. 1113 (Schaltung auf folgender Seite) erhältlich. 39 Lectron Radios für Lautsprecherbetrieb Bestell-Nr.: 1113 10kW (1,3) ~ 47pF 3û 20kW 500W 3x 2û 1mF 1,5kW 1,5kW 100kW 330pF 20kW 1û (2) ~ Tuning k,g3 kT Mute aP G gT D (+) S Nf g1 f f PCL 86 270W 100kW aT + g2 FM Lectron 10µF 250kW 100kW 47nF 2,2MW 0,1µF 330pF 10kW 10kW 47kW 10µF MW-Röhrenaudion mit UKW-Teil auf DIN A3 Platte (Bestell-Nr.1113 ) Versuch 30 10 560W Ein elektronischer Wärmewächter (Beispiel aus Startsystem) 40 Versuchsbeispiele Versuch 42 17 3,9 kW 10 kW 10 kW Dämmerungsschalter für PKW-Parklicht (Beispiel aus Kraftfahrzeug-Elektronik) Versuch 104 41 100kW 0,47µF 560W Hochspannungserzeugung aus Solarzellen (Beispiel aus Optoelektronik & Solar - Technik) 41 Lectron Versuchsbeispiele Versuch 138 47 E1 E2 + A E1 E2 & A E3 + A Q + A Q & E2 Q + A E1 A & E3 + R + & E2 S E3 Q A Q + CLK A A E3 A + + + E E1 Lectron Das getaktete RS - Flipflop (Beispiel aus Digital - Technik) Versuch 160 76 R4 R5 20kW 10kW 500W + R1 10kW uin 2 _7 8 + 100kW 2 _7 8 3 +4 5 1 R2 2 1 5 4 3 1,5kW _ 6 7 8 _ 6 3 +4 5 1 uA 5,6kW R3 20kW 9 12 11 6 10 14 13 Sub Temperaturkompensierter Logarithmierer (Beispiel aus Operationsverstärker) 42 Versuchsbeispiele Versuch 70 31 X3 X1 X2 + + m + >1 + E1 E2 E3 E1 E2 E3 A A A A + + A E2 + & + + + E4 A E E4 E3 E1 A A =2/5 A X5 + m E5 + m E5 ³2/5 E1 E2 E3 ³3/5 E1 E2 E3 X4 Optimierte Prüfschaltung für 2 aus 5 - Code (Beispiel aus Schwellwert- und Majoritätslogik) Versuch 84 35 E1 E2 + + S D >1 A E3 Q S Q + 100µF + CLK A + CLK S D S D Q S Q R CLK S D Q S R + CLK Q S Q R Q R + E3 A 100µF E2 E1 4 3 + A1 1 E1 2 A2 A1 E2 A2 + A E2 + + >1 + E1 Der Schrittmotor im Vollschrittbetrieb (Beispiel aus Zähler und Schrittmotor) 43 Lectron Reha Werkstatt Eschenheimer Tor Lectron Eschersheimer Landstraße 26a 60322 Frankfurt am Main Telefon 0 69 I 90 50 12 82 Telefax 0 69 I 90 50 12 83 email [email protected] Internet www.lectron.de Stand 1. 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