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tfa – Timer 555 für Anfänger Fortsetzung

Die Logs von meinem Blog, sowie ein paar Mails und Kommentare geben Aufschluss darüber, dass viele sich hierher mit Fragen über den NE555 verirren. Aus Zeit und Energiemangel habe ich mit der Blogserie zum Timer-IC nicht weiter gemacht. Ich werde auf jeden Fall im neuen Jahr versuchen, das wieder gut zu machen und die Serie fortführen. Über Vorschläge und Anregungen bin ich dankbar. In diesem Sinne… zum Teufel mit den guten Vorsätzen!

Franzis Lernpaket Röhrentechnik

Elektronenröhren üben immer noch eine große Faszination auf den Hobbyelektroniker aus. Im Gegensatz zu äußerlich eher puristisch daherkommenden modernen Bauteilen, wie Transistoren, Dioden oder ICs umgibt sie schon durch ihr äußeres eine geheimnisvolle Aura. Dass audiophile Zeitgenossen behaupten, Röhrenverstärker hätten einen besseren Klang kommt hinzu.


Mini Röhrenverstärker aus dem Lernpaket

Was macht eigentlich so eine Elektronenröhre, und was macht sie so besonders? Das Lernpaket von Burkhard Kainka, der jährlich auch für den Conrad Adventskalender und einige andere Lernpakete und Radiobausätze verantwortlich ist, gibt Aufschluss.

Ich habe mir das Paket zu Weihnachten gegönnt, auch weil es beim Pearl-Versand deutlich heruntergesetzt war. Endlich mal so eine Elektronenröhre zu beschalten und im besten Fall zu verstehen, was da vor sich geht, waren meine Gründe.

Neben der Röhre und einigen elektronischen Bauteilen bekommt man eine Experimentierplatine, auf der die Versuche aufgebaut werden. Im Gegensatz zur allgemein üblichen Steckplatine ist hier jede Menge Löten angesagt. Eine gute Übung. Die Versuche lassen sich so nicht ruck zuck aufbauen, dafür gibts ein wenig Bastelspaß dazu und man hat genug Zeit über die Theorie zu grübeln. Statt schnell geht es hier eher bedächtig zu. Wem das ewige an und ablöten der Drähte zuviel wird, behilft sich mit ein paar Krokoklemmen. Zumindest bei Versuchen, bei denen ein Widerstand ein paar mal ausgewechselt wird, macht es Sinn, diesen nicht andauernd an und abzulöten.

Bisher habe ich den ersten Teil durchgearbeitet, in dem die grundlegende Funktionsweise erklärt wird. Eine Elektronenröhre besteht im wesentlichen aus einer beheizten Kathode (einem Stück Metall, das mit der Masse verbunden ist), mehreren Gittern und einer Anode. Die Kathode sendet im Betrieb Elektronen ins Vakuum. Liegt an einem Gitter oder einer Anode eine positive Spannung an, wandern diese dorthin und ein Strom fließt. Über die Gitterspannung lässt sich nun der Stromfluss beeinflussen. Sie lässt sich somit am ehesten mit dem modernen Bauteil Transistor vergleichen.

Der zweite Teil beginnt mit der ersten praktischen Anwendung: Man baut einen kleinen Verstärker auf. Die Röhre dient hier als Vorverstärker, die an einen weiteren Endverstärker, in Form eines LM 386, angeschlossen ist. Beim Berühren des Eingang hatte ich sogar Radioempfang, ich habe also bereits ein einfaches Radio gebaut.

LED Weihnachtsstern

Eine nette Löterei zu Weihnachten, gefunden auf Instructables.com.

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5 LEDs werden in Reihe zu einem Stern verbunden. Ich habe das gleich mal nachgebastelt und nun ein schönes Geschenk für die Mutter meines Freundes. Statt die LEDs direkt an die 9V Batterie zu löten habe ich einen Batterieclip aus einer alten 9V Batterie genommen. Wie man an diesen rankommt, wird auch bei Instructables erklärt.

Conrad Adventskalender für Dummies

Der diesjährige Conrad Adventskalender beschäftigt sich mit MOSFETS. Zentraler Baustein ist ein CMOS 4007, in dem 6 MOSFETS integriert sind. Doch was ist eigentlich ein MOSFET?

Der beschreibende Text vergleicht ihn mit Transistoren. Dies ist nicht falsch, doch ein Laie, der keine Transistoren kennt, wird auch hier nicht schlau. Suchen wir also nach einem besseren Vergleich: ein MOSFET kann man mit einem elektronischen Schalter vergleichen.

Er hat drei Anschlüsse: D, G und S. In dem IC befinden zwei verschiedene Sorten MOSFETs: P-FETS und N-FETS. Okay. MOSFET verstehen.

nfet und schalter

Beginnen wir mit dem N-FET aus Experiment Tag 4.

Wenn wir bei dem Vergleich mit einem Schalter bleiben, ist der G (Gate) Anschluss der „Schaltknopf“. Wird an den Gate-Anschluss eine Spannung angelegt, schaltet der FET durch und Strom kann zwischen D (Drain) und S (Source) fließen. Ähnlich als würde man einen Lichtschalter umlegen. Auch wenn die Spannung am Gate-Anschluss wieder weggenommen wird, bleibt der „Schalter“ eingeschaltet. Um ihn wieder „aus“ zu schalten, muss der Gate-Anschluss kurz mit der Masseleitung (Minus-Pol) verbunden werden.

Beim Experiment am Tag 5 wird nun ein P-FET verwendet. Dieses funktioniert prinzipiell genauso, nur dass es schaltet, wenn der Gate-Anschluss mit der Masseleitung verbunden ist.

monoPong – 1D Pong gebaut mit Logik-ICs

Nachdem ich das 1-d-Pong bei Hack-A-Day gesehen habe, wollte ich unbedingt sowas basteln. Da ich von der Einfachheit digitaler Logik fasziniert bin, habe ich das Spiel mit Logik-Chips aufgebaut. Eine komplette Anleitung findest Du bei Instructables.

Instructables – monoPong

monoPong

7 Minuten Papierweihnachtsbaum

In sieben Minuten ist dieser dekorative Papierweihnachtsbaum gebastelt. Eine kleine adventliche Bastelei für Kinder. Im Video erkläre ich, wie es geht:


7 Minuten Papier Weihnachtsbaum

Adventslicht Elektronik Experimentierkasten

Das Adventslicht vom letzten Jahr habe ich beim Wettbewerb von Expli zum Thema „Licht“ eingereicht. Es handelt sich um ein schönes Adventslicht, welches gleichzeitig einen kleinen Elektronik-Experimentierkasten enthält. Die Schaltung im Inneren ist auf einer Steckplatine aufgebaut und lässt sich beliebig verändern. Ein NE555 ist das Herz der Schaltung. Mit ein paar weiteren Bauteilen lassen sich viele Experimente verwirklichen, die das Verhalten der LED verändern. Vielleicht schaffe ich es ja mal, meine kleine Blogserie zum NE555 weiterzuführen. Dann gibt es noch ein paar Grundlagen und vor allem viele Möglichkeiten zum basteln und experimentieren.


Adventslicht Elektronik-Experimentierkasten

Kühlschrank Tür-Alarm

Instructables-Nutzer herzgamma hat einen Kühlschranktür-Alarm gebastelt. Immer wenn jemand vergisst, die Kühlschranktür zu schließen, geht nach einer Weile ein Alarmton los, um zu signalisieren, dass der Kühlschrank noch offen ist.

Er benutzt dafür einen Microcontroller Attiny85 an den ein Fotowiderstand und ein Piezobuzzer angeschlossen sind. Als ich die Instructable sah, dachte ich mir, dass das auch eine gute Aufgabe für den Timerchip NE555 sein könnte. Schließlich wurde er zum Zweck des Zeitzählens und Schaltens entwickelt, also genau für die Aufgabe, die hier ein Microcontroller erledigt. Außerdem konnte ich so endlich die Bauteile aus dem Conrad-Adventskalender 2011 sinnvoll verwerten. Okay, ein paar Bauteile sind noch dazu gekommen.

Nach einigem Hin und Herdenken und probieren, stand die Idee. Der gesamte Schaltkreis besteht aus vier Komponenten.

Der erste NE555 wird hier als Lichtempfindlicher Schalter verwendet. Er ist so beschaltet, dass wenn Licht auf den Fotowiderstand fällt, am Ausgang ein HIGH (+9V) Signal anliegt. Wird es Dunkel, schaltet der Ausgang auf LOW. Dieser ist mit dem VCC Eingang des NE556 verbunden, der NE556 wird also mit Strom versorgt, wenn der NE555 auf HIGH schaltet.

Auf der einen Seite des NE556 ist eine monostabile Kippstufe aufgebaut. Dies ist eine einfache Zeitverzögerungsschaltung. Da der Trigger-Eingang über den 100nF Kondensator mit Masse (0V oder „–“) verbunden ist, beginnt der Zeitverzögerung sofort nach dem Einschalten und am Ausgang liegt ein HIGH Signal. Dieses wird über die Transistorschaltung umgekehrt, um den Reseteingang des zweiten Timers auf Masse zu ziehen. Ist die Zeitverzögerung beendet, schaltet der Ausgang auf LOW, am Reseteingang des zweiten Timers liegt nun ein HIGH-Signal an, weshalb der zweite Timer seine Arbeit aufnimmt. Dieser ist als astabile Kippstufe beschaltet, das heißt der Ausgang wechselt ständig und sehr schnell seinen Zustand von HIGH auf LOW und so weiter. Dort ist ein Piezolautsprecher angeschlossen, der aus diesem Grund zu schwingen beginnt.

Ich habe das ganze bisher nur auf einer Steckplatine aufgebaut. Hier schonmal der Schaltplan:

Schaltplan Kühlschrankalarm

Nachtrag: Ich habe heute die Zeitverzögerung gestoppt, es sind ca. 25 sekunden. Wenn Dir das zu wenig ist, kannst Du die Werte von C1 oder R4 ändern. Da R4 bereits ein sehr hoher Widerstand ist (2MOhm), denke ich, es ist Sinnvoll, C1 durch einen größeren Kondensator zu ersetzen. Die Werte lassen sich z.B. mit dem NE555-Rechner oder mit der Formel

t = R (in Ohm) * C (in µF) * 1,1

berechnen.

Hier nun ein Bild vom fertigen Projekt. Ich habe die Schaltung in eine kleine Brotbüchse eingebaut. Passt gut zum Thema und macht sich gut im Kühlschrank ;-) .

Kühlschrank Tür Alarm

Nachtrag 2: Nach einer Woche Testlauf kommt die Ernüchterung: die Batterie ist nach 5 Tagen bereits leer. Vielleicht könnte man mit einem anderen Widerstand zwischen VCC und Pin 3 und Pin 6 auf eine bessere Energieeffizienz kommen. Jedenfalls ist die jetzige Version in dieser Form nicht praktikabel.

T5A (5): Opening the Black Box

Endlich der lang erwartete 5. Teil meiner kleinen Blogserie über den Timer NE555:

Das Geheimnis wird gelüftet… Öffnen wir die Black Box. Gut, nicht im wörtlichen Sinne, denn selbst wenn wir den schwarzen Kasten aufkriegen würden, wären die Innereien so klein, dass wir nicht erkennen könnten, was im NE555 so vor sich geht. Also behelfen wir uns mit einem Blockdiagramm:

723px-NE555 Bloc Diagram

Die einzelnen Funktionsbereiche im inneren des NE555 sind hier schematisch dargestellt. Der fortgeschrittene Elektroniker kann sich nun sicher bereits zusammenreimen, was im inneren so vor sich geht. Da sich diese Serie aber bewusst an Anfänger richtet, und ich es selbst kein fortgeschrittener Elektroniker bin, werde ich versuchen alles zu verstehen und so einfach wie möglich zu erklären.

Im Blockbild sehen wir (von rechts nach links):

  • einen Spannungsteiler
  • zwei Komparatoren
  • einen Flip Flop mit einem Inverter
  • einen Transistor
  • einen Verstärker mit einem Inverter

sowie die einzelnen Pins oder Aus- und Eingänge des NE555 entsprechend numeriert und beschriftet.

Elektroniker-Chinesisch? Durchaus! Aber lass dich davon nicht entmutigen. Es ist alles weniger kompliziert als es scheint. Am besten wir beginnen mit dem einfachsten: dem Spannungsteiler, und arbeiten uns Schritt für Schritt vor.

Der Spannungsteiler

555 block spannungsteiler
(im Bild blau unterlegt)

Ein Spannungsteiler macht was sein Name verspricht: er teilt die Spannung! In der Regel besteht er aus zwei oder mehr Widerständen, die in Reihe geschaltet sind. In unserem Fall sind es drei. Die Spannung wird also gedrittelt, und zwar immer dort, wo die Widerstände sind. Aber was rede ich viel, probieren wir es einfach aus.

Für das Experiment benötigst Du neben dem Steckbrett und drei Widerständen ein Multimeter. Ein solches Meßgerät gehört in jeden Elektroniker-Haushalt und solltest Du noch keins haben, ist jetzt der Moment gekommen, eins zu besorgen. Damit kannst Du Spannungen, Ströme und Widerstände messen und es ist sehr hilfreich bei der Fehlersuche in Schaltungen. Im Prinzip reicht ein billiges Gerät aus (ab 5 EUR im Baumarkt), aber vielleicht wirst du mit einem etwas professionellerem Multimeter glücklicher. Meins war nicht sehr teuer und tut seinen Job. Nicht mehr und nicht weniger.

Aber zurück zu unserem Spannungsteiler. Bauen wir ihn auf dem Steckbrett auf.

Zunächst messen wir die gesamte Spannung, also zwischen dem (+)-Pol (VCC) und dem (-)-Pol (Masse) in unserer Schaltung: Wenn die Batterie frisch ist, zeigt das Multimeter ca 9V an.

Nun messen wir zwischen VCC und hinter dem ersten Widerstand:

Das Multimeter zeigt ca 3V an.

Die dritte Messung machen wir zwischen VCC und hinter dem zweiten Widerstand. Nun zeigt das Multimeter ca. 6V an.

Wir können auch die Spannung zwischen dem zweiten Widerstand messen, da sollte eine drei auf dem Multimeter erscheinen. Die drei Widerstände dritteln also die Spannung. Hinter dem ersten Widerstand liegen dann 1/3 Gesamtspannung (Uges) an und hinter dem zweiten 2/3 Uges.

Dasselbe macht nun auch der Spannungsteiler im NE555. Spannungsteiler verstanden? Dann kann es ja weitergehen.

Franzis Transistorradio Bausatz

Trotz Interneradio und DAB fasziniert mich die „gute alte“ Radiotechnik immer wieder aufs Neue. In der Wohltathschen Buchhandlung bin ich dann auch über den Franzis Bausatz „Transistorradio selber bauen“ gestolpert. Da er deutlich runtergesetzt war, habe ich ihn mir gekauft und das Radio aufgebaut.

In der stabilen Pappschachtel befindet sich eine Steckplatine und alle nötigen elektronischen Bauteile (diverse Widerstände, ein Empfänger-IC, Kondensatoren, Transistor, Lautsprecher, Spulen, Draht, Batteriehalter und ein Dreh-Kondensator) sowie die Bedienungsanleitung. Lediglich eine 1,5-V AA-Batterie muss extra gekauft werden, oder sie ist sowieso im Haushalt vorhanden. Die Pappschachtel dient gleichzeitig als Gehäuse für das fertige Radio.

Schritt-für Schritt wird das MW-Radio auf der Steckplatine aufgebaut. Jeder Schritt ist dabei gleichzeitig ein kleines Experiment, mit dem die Funktion der einzelnen Bauteile erläutert wird. Bis der Empfänger-IC eingebaut wird, hört man allerdings nur unterschiedliche Versionen eines Knackens. Ab ca. der Hälfte wird der Schaltkreis dann ins Gehäuse eingebaut, welches gleichzeitig als Lautsprecherbox dient und den Klang mechanisch verstärkt.

Leider kommt die grundlegende Funktionsweise des Radios zu kurz. Trotz konzentrierten Lesens wird dem Anfänger nicht deutlich, wie nun aus den elektromagnetischen Wellen das Signal eines Radiosenders herausgefiltert wird. Wer die Grundlagen des Radioempfangs verstehen möchte, bekommt hier keine Antwort (diese liefert aber z.B. ein sehr gut und verständlich geschriebener Wikipedia-Artikel).

Am Ende hat man dafür ein selbstgestecktes Mittelwellenradio. In Berlin habe ich damit allerdings nur zwei Sender empfangen (Deutschlandradio Kultur sowie einen russischen(?) Sender). Der klare Vorteil dieses Bausatzes ist, dass die gesamte Schaltung auf einer Steckplatine aufgebaut wird. Wer sich mit Radiotechnik beschäftigt oder beschäftigen will, kann die Schaltung so einfach modifizieren und an seine Bedürfnisse anpassen. Mit einigen Tricks lässt sich sicherlich die Empfangsqualität verbessern oder an die jeweiligen Empfangsverhältnisse anpassen.

Insgesamt ein schöner Bausatz und eine unterhaltsame Bastelei. Leider war in meinem Bausatz der Lautsprecher defekt, dies ein Minuspunkt, da ich zunächst dachte, ich habe etwas falsch gemacht. Trotz Nachlöten der Lötstellen brachte es keine Verbesserung, so dass ich den Lautsprecher austauschen musste.

Wer sich die Weihnachtszeit mit dem Adventskalender Radiobausatz von Conrad-Elektronik vertrieben hat, kennt diesen Transistorradio-Bausatz übrigens bereits zum größten Teil. Im Adventskalender „fehlt“ lediglich der Drehkondensator, welcher dort durch feste Kondensatoren ersetzt wird.

Denselben Bausatz gibt es übrigens auch bei Conrad Elektronik unter dem Namen „Conrad Basic-Lerpaket Transistorradio“ – deutlich billiger als bei Franzis.