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Inhaltsverzeichnis
1
Elektronik-Start mit Leuchtdioden
1.1
Bauteile
1.2
Leuchtdioden
1.3
Widerstände
1.4
Transistoren
1.5
Elektrolytkondensatoren
4
4
4
5
7
8
2
Schaltungsbeschreibung
9
3
Löten
10
4
Bestückung der Platine
11
5
Funktionstest
14
6
Einsatz der Platine
14
3
1 Elektronik-Start mit Leuchtdioden
Bauen Sie eine dekorative LED-Beleuchtung mit sechs LEDs. Der Aufbau des
Bausatzes in 20 einfachen Arbeitsschritten macht nicht nur Spaß, sondern vermittelt
zugleich auch interessante Einblicke in die Elektronik. Drei Transistoren und weitere
Bauteile sorgen für eine sich ständig ändernde Helligkeit. Das sanft modulierte, gelbe
LED-Licht vermittelt den Eindruck rotierender Lichtpunkte. Die Platine kann auch
praktisch eingesetzt werden und z. B. als Orientierungspunkt, Notbeleuchtung oder
Batterietester dienen.
Abb. 1: Fertig aufgebaute Platine
1.1 Bauteile
Miniplatine
6 gelbe LEDs
3 Transistoren BC547C
3 Widerstände 2,2 kΩ
3 Widerstände 100 kΩ
3 Elkos 47 µF
Batterieclip für 9-V-Batterie
Zusätzlich erforderlich: Lötkolben, Lötzinn, 9-V-Batterie
1.2 Leuchtdioden
Der Bausatz enthält sechs Leuchtdioden (LEDs). Bei allen LEDs muss grundsätzlich
die Polung beachtet werden. Der Minus-Anschluss heißt Kathode und liegt am
kürzeren Anschlussdraht. Der längere Plus-Anschluss ist die Anode. Die
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Kathodenseite ist zusätzlich durch eine Abflachung am LED-Gehäuse gekennzeichnet.
Achtung: Anders als Glühlämpchen dürfen LEDs niemals direkt mit einer 9-V-Batterie
verbunden werden. Es ist immer ein Vorwiderstand erforderlich.
Abb. 2: Leuchtdiode
1.3 Widerstände
Die Widerstände im Bausatz sind Kohleschichtwiderstände mit Toleranzen von ±5 %.
Das Widerstandsmaterial ist auf einen Keramikstab aufgebracht und mit einer
Schutzschicht überzogen. Die Beschriftung erfolgt in Form von Farbringen. Neben
dem Widerstandswert ist auch die Genauigkeitsklasse angegeben.
Abb. 3: Widerstand
Widerstände mit einer Toleranz von ±5 % gibt es in den Werten der E24-Reihe, wobei
jede Dekade 24 Werte mit etwa gleichmäßigem Abstand zum Nachbarwert enthält.
Tabelle 1: Widerstandswerte nach der Normreihe E24
1,0
1,1
1,2
1,3
1,5
1,8
2,0
2,2
2,4
2,7
1,6
3,0
3,3
3,6
3,9
4,3
4,7
5,1
5,6
6,2
6,8
7,5
8,2
9,1
Der Farbcode wird ausgehend von dem Ring gelesen, der näher am Rand des Widerstands liegt. Die ersten beiden Ringe stehen für 2 Ziffern, der dritte für einen Multiplikator des Widerstandswerts in Ohm. Ein vierter Ring gibt die Toleranz an.
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Tabelle 2: Der Widerstands-Farbcode
Farbe
Ring 1
1. Ziffer
Schwarz
Ring 2
2. Ziffer
Ring 3
Multiplikator
0
1
Ring 4
Toleranz
Braun
1
1
10
1%
Rot
2
2
100
2%
Orange
3
3
1.000
Gelb
4
4
10.000
Grün
5
5
100.000
Blau
6
6
1.000.000
Violett
7
7
10.000.000
Grau
8
8
Weiß
9
9
0,5 %
Gold
0,1
5%
Silber
0,01
10 %
Ein Widerstand mit den Farbringen Gelb, Violett, Braun und Gold hat den Wert 470
Ohm bei einer Toleranz von 5 %. Im Lernpaket befinden sich jeweils 3 Widerstände
der folgenden Werte:
2,2 kΩ
100 kΩ
6
Rot, Rot, Rot
Braun, Schwarz, Gelb
Widerstände dienen dazu, die Stromstärke zu reduzieren oder eine bestimmte
Stromstärke einzustellen. Der kleinere Widerstand mit 2,2 kΩ legt die Stromstärke
durch die LEDs fest und bestimmt damit ihre Grundhelligkeit. Der größere Widerstand mit 100 kΩ sorgt in der Schaltung für einen kleinen Basisstrom eines Transistors.
1.4 Transistoren
Transistoren sind Bauelemente zur Verstärkung kleiner Ströme. Der Bausatz enthält
3 Silizium-NPN-Transistoren BC547C. Die Anschlüsse des Transistors heißen Emitter
(E), Basis (B) und Kollektor (C). Der Basisanschluss liegt in der Mitte. Der Emitter liegt
rechts, wenn Sie auf die Beschriftung sehen und die Anschlüsse nach unten zeigen.
Abb. 4: NPN-Transistor BC547
Die folgende Schaltung zeigt die Grundfunktion eines NPN-Transistors. Es gibt
2 Stromkreise. Im Steuerstromkreis fließt bei geschlossenem Schalter ein kleiner
Basisstrom, im Laststromkreis ein größerer Kollektorstrom. Beide Ströme gemeinsam
fließen durch den Emitter. Der Emitterstrom ist nur unwesentlich (nämlich um den
kleinen Basisstrom) größer als der Kollektorstrom. Da der Emitter hier am gemeinsamen Bezugspunkt der Schaltung liegt, nennt man diese Schaltung auch
Emitterschaltung. Sobald der Basisstromkreis geöffnet wird, fließt auch kein Laststrom mehr. Der Basisstrom ist sehr viel kleiner als der Kollektorstrom. Der kleine
Basisstrom wird also zu einem größeren Kollektorstrom verstärkt.
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Abb. 5: Prinzip der Stromverstärkung
Der Stromverstärkungsfaktor eines Transistors ist vom Typ abhängig und darüber
hinaus gewissen Toleranzen unterworfen. Der NPN-Transistor BC547 wird in 3
Verstärkungsgruppen hergestellt, die mit A, B und C gekennzeichnet sind. Der BC547C
besitzt die größte Verstärkung und erreicht eine 400- bis 800-fache Stromverstärkung.
1.5 Elektrolytkondensatoren
Ein Kondensator besteht aus zwei Metallflächen und einer Isolierschicht. Legt man
elektrische Spannung an, bildet sich zwischen den Kondensatorplatten ein elektrisches Kraftfeld, in dem Energie gespeichert ist. Ein Kondensator mit großer Plattenfläche und kleinem Plattenabstand hat eine große Kapazität, speichert also bei einer
gegebenen Spannung viel Ladung. Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad (F)
gemessen.
Große Kapazitäten erreicht man mit Elektrolytkondensatoren (Elkos). Die Isolierung
besteht aus einer sehr dünnen Schicht Aluminiumoxid. Der Elko enthält einen flüssigen Elektrolyten und aufgewickelte Aluminiumfolien mit großer Oberfläche. Die
Spannung darf nur in einer Richtung angelegt werden. In der falschen Richtung fließt
ein Leckstrom und baut die Isolationsschicht allmählich ab, was zur Zerstörung des
Bauteils führt. Der Minuspol ist durch einen weißen Streifen gekennzeichnet und hat
einen kürzeren Anschlussdraht.
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Abb. 6: Elektrolytkondensator
2 Schaltungsbeschreibung
Das Schaltbild zeigt einen dreistufigen Phasenschieber-Oszillator. Eine Welle pflanzt
sich laufend durch alle drei Stufen fort. Drei Widerstands-Kondensator-Tiefpassfilter
mit jeweils 100 kΩ und 47 μF bestimmen die Zeitverzögerung und damit die
Frequenz. Insgesamt scheinen die LEDs zu rotieren. Beide LEDs an einem Transistor
zeigen zu jeder Zeit die gleiche Helligkeit, weil der Emitterstrom praktisch gleich dem
Kollektorstrom ist. Auf der Platine liegen die zusammengehörenden LEDs jeweils
einander gegenüber.
Abb. 7: Schaltbild der Platine
Die Stromaufnahme der Schaltung hängt im Wesentlichen von den verwendeten
Vorwiderständen ab. Mit den eingesetzten 2,2-kΩ-Widerständen ist der Strom relativ
klein und liegt bei ca. 2 mA pro LED. Die durchschnittliche Stromaufnahme der
gesamten Schaltung beträgt ca. 5 mA bei einer Betriebsspannung von 9 V. Eine
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Alkalibatterie mit einer typischen Kapazität von 500 mAh bringt damit eine Betriebsdauer von ca. 100 Stunden.
3 Löten
Die Platine des Bausatzes ist eine doppelseitige und durchkontaktierte GlasfaserEpoxyd-Platine höchster Qualität, wie sie auch für Hightech-Anwendungen üblich ist.
Das Material zeichnet sich dadurch aus, dass auch bei wiederholten Änderungen an
der Platine kaum Gefahr besteht, dass sich Lötbahnen ablösen.
Sorgfältiges Löten ist die Voraussetzung für den erfolgreichen Aufbau. Der Bausatz
gehört wegen des kompakten Aufbaus zu den schwierigeren Lötprojekten. Wer dieses
Projekt erfolgreich durchführt, ist auch fit für größere Aufgaben. Falls Sie noch keine
Löterfahrung haben, sehen Sie sich bitte den kleinen Lötkurs auf www.elo-web.de
an. Auch das Conrad-Lernpaket „Löten lernen“ ist für den ersten Einstieg zu empfehlen. Wenn Sie noch nicht viel mit dem Lötkolben gearbeitet haben, können die
folgenden Hinweise nützlich sein.
Beim Löten müssen gleichzeitig die Kupferfläche der Platine, der Draht des Bauteils
und das Lötzinn erhitzt werden. Die Gefahr einer „kalten Lötstelle“ ohne gute
Verbindung besteht darin, dass nur der Draht erhitzt wird und beim Löten eine
Zinnperle entsteht, die nicht vollständig mit der Kupferfläche verschmolzen ist.
Solche Fehler können passieren, wenn eine zu grobe Lötspitze verwendet oder wenn
der Lötvorgang zu schnell abgebrochen wird.
Abb. 8: Optimale Position für Lötkolbenspitze und Lötzinn
Wegen der kleinen Lötpunkte eignet sich am besten eine Lötspitze in Bleistiftform.
Berühren Sie die Lötstelle nicht mit der Vorderseite der Spitze, sondern im Interesse
der besseren Wärmeübertragung mit der Seite – so, dass der Draht und die Kupferfläche gleichzeitig erwärmt werden. Führen Sie nach einem kurzen Moment etwas
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Lötzinn zu, in dem Sie wiederum seitlich den Lötdraht an die Lötspitze halten. Das
heiße, geschmolzene Lötzinn legt sich dann gleichmäßig um die Lötstelle. Sobald die
Lötstelle vollständig umschmolzen ist, muss der Lötkolben entfernt werden. Mit dem
richtigen Zeitablauf erreicht man gleichmäßig zuverlässige Lötstellen. Dass die Lötstelle die richtige Temperatur erreicht hat, erkennt man bei einer doppelseitigen
durchkontaktierten Platine auch daran, dass das Lötzinn durch das Lötauge hindurch
auch auf der Bestückungsseite den Draht umschließt. Übung macht den Meister!
Abb. 9: Eine kalte Lötstelle
Abb. 10: Eine gute Lötstelle
4 Bestückung der Platine
Löten Sie die Bauteile in der vorgeschlagenen Reihenfolge ein, um die Verwechselungsgefahr gering zu halten und damit die eingebauten Bauteile möglichst wenig im
Weg stehen. Alle Bauelemente sollen dicht an der Platine eingelötet werden. Die LEDs
aber können auch mit möglichst langen Anschlüssen eingebaut werden, weil sie
später umgebogen werden können. Die kleine Platine bildet dann zusammen mit den
LEDs ein größeres Gebilde, das an einen Käfer erinnert.
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Abb. 11: Bestückungsplan
1.
Löten Sie die 3 Transistoren BC547C (T1 bis T3) ein. Der Bestückungsaufdruck
zeigt die Einbaurichtung.
2. Bauen Sie die Widerstände R1, R3 und R5 nahe den Transistoren ein. Alle drei
haben 100 kΩ (Schwarz, Braun, Gelb).
4. Montieren Sie die Widerstände R2, R4 und R6 am rechten Rand der Platine und
oben ein. Sie haben jeweils 2,2 kΩ (Rot, Rot, Rot).
5. Setzen Sie die 3 Elkos mit 47 µF ein. Achten Sie auf die Polung. Der
Platinenaufdruck zeigt jeweils den Plusanschluss, der am längeren Anschlussdraht liegt. Der Minusanschluss ist zusätzlich mit einem weißen Strich auf dem
Elko gekennzeichnet. Alle Minusanschlüsse weisen zum Rand der Platine.
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Abb. 12: Alle Bauteile ohne die LEDs
6. Löten Sie die 6 LEDs entweder kurz oder mit möglichst langen Anschlüssen ein.
Achten Sie auf die Einbaurichtung. Der Minuspol der LED (Kathode) ist beim
Aufdruck an der abgeflachten Gehäuseseite erkennbar. Außerdem erkennt man
den Minusanschluss am kürzeren Anschlussdraht der LED. Bitte biegen Sie die
lang eingebauten LEDs noch nicht um, denn zuerst soll die Schaltung getestet
werden.
7.
Schließen Sie den Batterieclip an. Der Minuspol liegt am schwarzen, der Pluspol
am roten Kabel.
Abb. 13: LEDs mit Abstand eingelötet
13
5 Funktionstest
Nun folgt der erste Test. Schließen Sie eine 9-V-Batterie an. Alle LEDs sollten leuchten
und nach einigen Sekunden weich blinken, also laufend ihre Helligkeit ändern. Falls
die Platine nicht funktioniert, überprüfen Sie noch einmal alle Lötstellen und die
Einbaurichtung der LEDs, der Elkos und der Transistoren.
Die Blinkfrequenz ist stark von der Batteriespannung abhängig. Bei kleinerer
Spannung läuft der Blinker langsamer. Außerdem kommen die einzelnen LEDs näher
an den Dunkelzustand heran, während die Helligkeit bei voller Spannung nur etwa
bis zur Hälfte schwankt.
Experimentieren Sie auch mit anderen Batterien und geringeren Betriebsspannungen
ab ca. 4,5 V. Alternativ können Sie auch einen Vorwiderstand bis maximal 10 kΩ in
die positive Versorgungsleitung einfügen. Mit dieser Maßnahme wird die Blinkfrequenz verlangsamt und der Stromverbrauch deutlich reduziert.
6 Einsatz der Platine
Falls Sie die LEDs mit langen Anschlüssen eingelötet haben, biegen Sie sie nach
außen um, sodass sie in einem größeren Kreis nach unten stehen. Die Platine wirkt
dann wie ein großer Käfer. Legt man sie mit den LEDs nach unten auf eine Holzfläche, entstehen besonders dekorative Lichteffekte.
Abb. 14: Fertige Platine mit umgebogenen LEDs
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Abb. 15: Platine mit kurz eingelöteten LEDs
Sie können das Gerät auch als Batterietester einsetzen. Eine frische Batterie lässt die
LEDs schneller blinken. Darüber hinaus lassen sich auch weitgehend verbrauchte
Batterien mit der Schaltung noch gut einsetzen. Die Schaltung holt auch noch den
letzten Rest Energie aus einer Batterie. Lassen Sie aber keine völlig entleerte Batterie
an der Schaltung, denn sie könnte auslaufen.
Eine andere Einsatzmöglichkeit ergibt sich im Zusammenhang mit Zimmerpflanzen.
Verstecken Sie die Platine im dichten Blätterwald. Am Abend wirken die Lichteffekte
besonders gut. Auch der Einsatz in Vitrinen und Regalen oder zur Beleuchtung von
Kunstgegenständen ist möglich. Lassen Sie Ihrer Fantasie freien Lauf!
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Impressum
© 2011 Franzis Verlag GmbH, 85540 Haar bei München
www.elo-web.de
Autor: Burkhard Kainka
ISBN 978-3-645-10089-2
Produziert im Auftrag der Firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1, 92240 Hirschau
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begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz gegeben ist.
Elektrische und elektronische Geräte dürfen nicht über den Hausmüll entsorgt werden!
Entsorgen Sie das Produkt am Ende seiner Lebensdauer gemäß den geltenden gesetzlichen
Vorschriften. Zur Rückgabe sind Sammelstellen eingerichtet worden, an denen Sie Elektrogeräte
kostenlos abgeben konnen. Ihre Kommune informiert Sie, wo sich solche Sammelstellen befinden.
Dieses Produkt ist konform zu den einschlagigen CE-Richtlinien, soweit Sie es gemäß der
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