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Impressum © 2019 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar bei München • www.franzis.de Autor: Burkhard Kainka Idee/Konzeption: Michael Büge, Burkhard Kainka Lektorat: Richard Korff Schmising Art & Design Cover: www.ideehochzwei.de Layout & Satz: Nelli Ferderer • nelli@ferderer.de ISBN 978-3-645-15062-2 2019/01 Bildnachweis Zeichnungen erstellt mit http://fritzing.org/ Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speiche rung in elektronischen Medien.
Sicherheitshinweise Achtung! Nicht für Kinder unter 3 Jahren geeignet. Es bes teht Erstickungsgefahr, da kle ine Teile verschluckt ode r eingeatmet werden kön nen. Achtung! stens on minde r Kinder v fü h ltern c li ß e gen für E Ausschli Anweisun t. e n ig e e n g rsone 8 Jahren rtliche Pe verantwo re e d n a chtet werr a ode üssen be m d n u t efüg üssen sind beig leitung m g und An n u k c a e rp den. Ve e wichtig en, da si rd e w rt h aufbewa lten.
Kinder-Elektronik-Kalender 2019 LEDs, Transistoren und der Piezo-Schallwandler Liebe Kinder, in der Zeit bis Weihnachten warten 24 Elektronik-Projekte auf euch. Im Mittelpunkt stehen Transistoren, Leuchtdioden und ein kleiner Lautsprecher. Damit kann man ganz unterschiedliche Dinge bauen. Es gibt viel zu sehen, zu hören und zu experimentieren! Und wer möchte, findet hier auch die Informationen, wie das alles funktioniert.
Fehler mehr passieren. Der Widerstand und die LED gehören zum ersten Versuch. Achte bei der LED auf die Einbaurichtung. Sie hat einen kürzeren Draht (die Kathode = Minuspol) und einen längeren Draht (die Anode = Pluspol). Im Inneren kann man an der Minusseite einen etwas größeren Halter erkennen, der den eigentlichen LED-Kristall trägt. Wenn du alles fertig aufgebaut hast, vergleiche es genau mit dem Aufbaubild.
2 Geheime Lichtzeichen Hinter Türchen Nummer 2 findest du einen Tastschalter mit vier Anschlussbeinchen. Baue ihn so in die Schaltung ein, dass er den Strom einschaltet, sobald du auf den Knopf drückst. Jeweils zwei der Anschlüsse sind im Inneren verbunden. Solltest du den Tastschalter verdreht eingebaut haben, ist der Strom immer eingeschaltet. Wenn die LED erst angeht, wenn du auf den Knopf drückst, ist er richtig eingebaut.
3 Rot und Grün Hinter Türchen Nummer 3 findest du eine grüne LED. Baue sie so in die Schaltung mit ein, wie es das Bild zeigt. Dann leuchten beide LEDs gemeinsam, die rote und die grüne. Und mit Schalter 1 kannst du beide zusammen ein- und ausschalten. Reihenschaltung Bei der Reihenschaltung fließt der gleiche Strom durch zwei oder mehr Verbraucher. Es ist ein unverzweigter Stromkreis, weil es nur einen Weg gibt. Das bedeutet, die Stromstärke ist an jeder Stelle gleich groß.
4 Grün abgeschaltet Öffne das vierte Türchen und nimm ein Kabel mit zwei Steckern heraus. Wenn du es wie im Bild zusammen mit dem Tastschalter einbaust, kannst du die grüne LED mit einem Druck auf den Knopf ausschalten. Bei geschlossenem Taster hast du einen Nebenweg für den elektrischen Strom gebaut. Er fließt dann nicht mehr durch die grüne LED, sondern durch den Schalter. Die grüne LED geht aus, aber die rote LED wird in diesem Moment etwas heller. Tatsächlich schließt der Schalter die grüne LED kurz.
5 Farbumschalter Hinter Türchen Nummer 5 findest du ein zweites Kabel. Baue damit deine Schaltung so um, dass die rote LED erst mit einem Druck auf den Tastschalter eingeschaltet wird. Im selben Moment geht die grüne LED aus. Mit diesem Schalter kannst du also die Farbe umschalten: gedrückt = Rot, losgelassen = Grün. Wenn der Schalter geschlossen ist, sind beide LEDs parallel geschaltet. Man könnte denken, dass dann durch beide Strom fließt und dass beide leuchten.
6 Gespeicherte Energie Am sechsten Tag kommt ein neues Bauteil hinter dem Türchen deines Kalenders zum Vorschein: ein Kondensator. Es handelt sich um eine kleine, hellbraune Scheibe mit zwei Drähten. Darauf findest du die Beschriftung 104, was für 100 nF (100 Nanofarad) steht. Einen Kondensator kann man aufladen und entladen. Wenn du den Hauptschalter 1 auf ON stellst, ist er aufgeladen. Dann kannst du ihn wieder ausschalten, etwas warten und auf den Taster drücken.
7 Farbige Lichtblitze Hinter dem siebten Türchen findest du ein weiteres Kabel. Baue nun deine Schaltung um und füge auch die rote LED ein. Beachte dabei die Einbaurichtung! Die rote LED wird scheinbar falsch herum eingebaut, also mit der Kathode in Richtung Pluspol der Batterie. Mit dem Tastschalter kannst du abwechselnd aufladen (Kontakt geöffnet) oder entladen (Kontakt geschlossen). Beim Aufladen entsteht ein grüner Lichtblitz, beim Entladen ein roter.
8 Elektrische Geräusche Öffne das achte Türchen und entdecke dahinter einen kleinen Piezo-Lautsprecher mit zwei Drähten. Die Anschlussdrähte sind sehr dünn und weich und müssen deshalb wie die Batteriekabel geschont werden. Stich wieder zwei Löcher in die Schutzfolie des Steckfelds und führe die Drähtchen von unten hindurch. Stecke sie dann in die vorgesehenen Löcher, wo sie bis zum letzten Versuch bleiben sollen.
9 Gebremster Strom Hinter dem neunten Türchen findest du einen neuen Widerstand mit den Farben Braun, Schwarz und Grün. Er hat 1.000 kΩ (Kiloohm), also ein 1 MΩ (Megaohm). Dieser sehr große Widerstand sorgt für einen sehr geringen Strom, der den Piezo-Schallwand- ler nur langsam auflädt. Öffne und schließe den Kontakt mehrmals. Beide LEDs zeigen ein deutliches Blinken. Aber der Piezo-Laut sprecher erzeugt nur beim Schließen des Kontakts ein Knacken.
10 Lichtblitze ohne Batterie Öffne das zehnte Türchen und nimm einen weiteren Widerstand heraus. Er hat 2,2 kΩ und trägt drei rote Farb ringe. Baue nun eine Schaltung mit dem Piezo-Lautsprecher, dem Wider stand und zwei LEDs. Die Batterie ist nicht angeschlossen und darf vom Batterieclip entfernt werden. Der Tastschalter soll beim ersten Versuch gedrückt sein. Klopfe nun leicht auf die Piezo-Scheibe. Dabei entstehen wieder schwache rote und grüne Lichtblitze.
11 Verstärkter Strom Am elften Tag erhältst du ein wichtiges Bauteil deines Kalenders: den Transistor. Der Transistor hat drei Anschlüsse, die man nicht verwechseln darf. Sie heißen Emitter (E), Basis (B) und Kollektor (C). Die Abkür zung C stammt übrigens von der englischen Schreibweise (collector). Der Emitter soll mit dem Minusanschluss der Batterie verbunden werden. Dazu muss die flache, beschriftete Seite des Transistors nach links weisen. Der Versuch zeigt das typische Verhalten eines Transistors.
12 Verstärkte Lichtblitze Hinter dem zwölften Türchen findest du einen Widerstand mit 330 kΩ (Orange, Orange, Gelb). Baue ihn in diese Verstärkerschaltung mit einem Transistor ein. Wenn du nun schwach auf die Piezo-Scheibe klopfst, zeigt die rote LED ein kräftiges Blitzen. Aber auch von der grünen LED kommen schwache Lichtblitze. Beachte bitte, dass die grüne LED anders eingebaut ist als sonst, nämlich mit der Anode (langer Draht) am Minuspol der Batterie.
13 Berührungsschalter Hinter Türchen Nummer 13 findest du e inen zweiten Transistor vom Typ BC547. Er soll nun zusammen mit dem ersten Transistor für noch mehr Verstärkung sorgen. Beide Kollektoranschlüsse sind direkt verbunden, und der Emitter des ersten Transistors führt zur Basis des zweiten. Diese Schaltung nennt man Darlington-Schaltung. Damit wird hier ein Berührungsschalter gebaut.
14 Lichtsensor Hinter Türchen Nummer 14 kommt eine gelbe LED zum Vorschein. Du könntest sie anstelle der roten oder der grünen LED in deine Schaltung einbauen und damit eine weitere Farbe ausprobieren. Sie kann aber auch eine ganz andere Aufgabe erfüllen. In diesem Versuch wird die gelbe LED als Lichtsensor verwendet. Bei Beleuchtung liefert sie ähnlich wie eine Solarzelle einen ganz kleinen Strom. Dieser wird von zwei Transistoren verstärkt und lässt die anderen beiden LEDs leuchten.
15 Bewegungsmelder Hinter dem 15. Türchen verbirgt sich ein weiteres Kabel. Du baust damit einen Infrarotbewegungsmelder. Der eigentliche Sensor ist die Piezo-Scheibe. Du weißt ja schon, dass sie bei einer Temperaturänderung eine elektrische Spannung erzeugt. Und das funktioniert auch ohne direkte Berührung, wenn man nur in die Nähe kommt. Noch besser geht es, wenn du die Silberschicht der Scheibe mit einem weichen Bleistift dunkel färbst. Deine warme Hand strahlt infrarote Wärmestrahlung ab.
16 Lichtverstärker Öffne Türchen Nummer 16 und nimm ein neues Bauteil heraus. Auf den ersten Blick sieht es aus wie eine LED in klarem Gehäuse, aber tatsächlich ist es ein Lichtsensor, genauer gesagt ein Fototransistor. Baue ihn zusammen mit einem Widerstand und einer LED ein. Beachte dabei die Einbaurichtung. Ganz anders, als du es von einer LED kennst, muss der lange Draht an den Minuspol angeschlossen werden, denn das ist der Emitter.
17 Fototransistor/LED-Flipflop Ein weiteres Kabel findest du hinter Türchen Nummer 17. Nun soll eine Schaltung mit einer LED und einem Fototransistor, die sich gegenseitig ein- oder ausschalten, gebaut werden. Biege die Drähte passend um, sodass die LED genau gegenüber dem Fototransistor eingebaut wird und ihn direkt anleuchtet. Deshalb bleibt der eingeschaltete Zustand auch im Dunkeln erhalten.
18 Tastenumschalter Hinter Türchen Nummer 18 findest du einen weiteren Widerstand mit 1 MΩ (1 MOhm, Braun, Schwarz, Grün). Damit baust du einen Tastenumschalter. Jeder Druck auf den Taster ändert den Zustand der LED in An – Aus – An – Aus und so weiter. Nach dem Loslassen bleibt der letzte Zustand erhalten. Wieder kann der Lautsprecher angeschlossen bleiben. Du hörst bei jedem Umschalten ein Klicken. Diese Schaltung bezeichnet man auch als Toggle-Flipflop (englisch to toggle = umschalten).
19 Klopfschalter Öffne das 19. Türchen und nimm einen Widerstand mit 4,7 kΩ (Gelb, Violett, Rot) heraus. Baue nun ein Flipflop, das die LED bei jedem Klopfen auf die Piezo-Scheibe für kurze Zeit einschaltet und von allein wieder ausschaltet. Oft reicht es sogar, wenn du neben dem Sensor auf den Tisch klopfst. Am Ausgang liegen diesmal zwei LEDs in Reihe. Eine Schaltung wie diese bezeichnet man als monostabiles Flipflop. Das bedeutet, dass es nur einen stabilen Zustand gibt, in diesem Fall den Aus-Zustand.
21 Tongenerator Hinter Türchen Nummer 21 verbirgt sich ein Kondensator mit 10 nF (Aufdruck 103). Baue nun einen elektronischen Tongenerator. Aus dem Lautsprecher hörst du einen gleichförmigen Ton. Berühre den Kondensator mit den Fingern, sodass er sich etwas erwärmt. Dabei ändert sich der Ton ganz langsam. Auch eine Berührung des Piezo- Wandlers ändert den Ton. Die Frequenz, also die Tonhöhe, hängt von den Bauteilen ab. Tausche einmal den kleinen Kondensator mit 10 nF gegen den größeren mit 100 nF.
22 LED-Blinker Türchen 22 verbirgt einen größeren Kondensator mit 22 µF (22 Mikrofarad). Es handelt sich um einen Elektrolytkondensator (Elko), der einen Pluspol und einen Minuspol hat. Achte beim Einbau genau auf die Richtung. Der Minuspol hat den kürzeren Draht und ist mit einem weißen Strich gekennzeichnet. Ein Mikrofarad ist 1.000-mal größer als ein Nanofarad. 22 µF ist daher 220-mal mehr als 100 nF. Setze den Elko in die Schaltung des letzten Tages ein.
23 Automatischer Farbwechsel Öffne Türchen Nummer 23 und nimm eine ganz besondere LED in klarem Gehäuse heraus. Sie enthält tatsächlich drei LED- Kristalle in den Farben Rot, Grün und Blau (RGB) sowie einen Controller, der die einzelnen Farben umschaltet und ineinander überblendet. Wenn du von vorn in die RGB-LED schaust, wenn sie ausgeschaltet ist, kannst du die Einzelteile erkennen. Wie eine normale LED braucht die RGBLED einen Widerstand in Reihe.
24 Der Vierfach-Wechselblinker Hinter dem 24. Türchen kommt ein Widerstand mit nur 1 kΩ (Braun, Schwarz, Rot) zum Vorschein. Er wird eingesetzt, um einen größeren LED-Strom und mehr Helligkeit zu erreichen. Die Schaltung verwendet alle LEDs gemeinsam. Alle zeigen ein Blinken, Blitzen und Flackern, das durch die RGB- LED und den Transistor gesteuert wird. Zusätzlich ist der Fototransistor eingebaut, um das Flackern bei großer Helligkeit abzuschalten.
15062-2 Booklet_U1+U4.qxp 05.06.19 16:13 Seite 2 ACHTUNG! Für Kinder unter 3 Jahren nicht geeignet. Erstickungsgefahr, da kleine Teile verschluckt oder eingeatmet werden können. Made in P. R. China ACHTUNG! Ausschließlich für Kinder von mindestens 8 Jahren geeignet. Anweisungen für die Eltern oder andere verantwortliche © 2019 Franzis Verlag GmbH Richard-Reitzner-Allee 2 D-85540 Haar, Germany 2019/01 Personen sind beigefügt und müssen unbedingt beachtet werden.
