Wie zuvor ist auch dieser Artikel eine Erinnerung an einige Grundlagen. Konkret geht es um die Verwendung von Transistoren zum Aufbau von Schaltungen, die sich ihren Zustand merken können!
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Ziel des siebten Teils des Lötkurses
Zum ersten Mal können wir mit buchstäblich nur einer Handvoll Komponenten eine Schaltung realisieren, die sich ihren Zustand merkt und beibehält. Wenn ein Knopf gedrückt wird, leuchtet eine der LEDs auf, während die andere erlischt. Die nächste Änderung erfolgt erst, wenn der zweite Knopf gedrückt wird.
Für die Übung verwendete Platine
Diesmal benötigen Sie die Platine mit der Bezeichnung 4/5, die sich durch zwei Stellen auszeichnet, an denen die Transistoren eingelötet werden sollen (T1 und T2):
Bistabiler Umschalter - Schaltplan
Die zusätzliche „Kreuz“-Verbindung durch die 56k-Widerstände (R2, R3) stiftet ein wenig Verwirrung – aber gerade das macht die Schaltung so interessant.
Wie und warum funktioniert diese Schaltung? Mehr dazu am Ende des Artikels!
Der Montageplan bzw. das PCB-Schema sieht dagegen wie folgt aus:
Es ist an der Zeit, zur Praxis überzugehen – d.h. die Schaltung zum Laufen zu bringen!
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Das Set enthält 5 Leiterplatten und elektronische Bauteile für den Lötkurs, darunter sind: Dioden, Widerstände, Goldpins, Schalter!
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Schritt 1. Einlöten der Widerstände
Wir beginnen mit den kleinsten Elementen, den Widerständen. Zwei von ihnen (R1, R4), mit einem Widerstand von 1k, werden verwendet, um den Strom, der durch die Leuchtdioden fließt, zu begrenzen. Die anderen, mit einem Wert von 56k, sorgen dafür, dass der kleine Strom „quer“ fließt (wie im Schaltplan zu sehen ist), so dass sich die Schaltung an zwei Zustände erinnern kann.
Schritt 2. Tasten
Kleine Tasten, gemeinhin als tact switches oder microswitches bezeichnet, sind Elemente mit 4 Beinen (zwei gegenüberliegende Paare). Wenn sie gedrückt werden, schließt eine elastische Platte die internen Kontakte kurz, so dass das Signal frei von einem Beinpaar zum anderen fließen kann.
Die Tasterleitungen sind so angeordnet, dass sie nur in einer Ausrichtung auf die Platine passen. Wichtig ist, dass ihre Füße nicht gerade sind. Die kleinen Biegungen sorgen dafür, dass die Tasten viel sicherer auf der Platine „sitzen“.
Nachdem die Taste in die Platine gedrückt wurde, sollte sie fest in der Platine sitzen und mit ihrer Kunststoffunterseite das Laminat berühren. Ordnungsgemäß eingesetzte Tasten sind auf dem Foto unten zu sehen:
Wie beim Löten anderer Bauteile mit Kunststofffragmenten ist auch hier zu beachten, dass ein zu langes Erhitzen der Leitung zu einer mechanischen Beschädigung des Knopfes führen kann.
Schritt 3. Löten des Kondensators
Um die richtige Reihenfolge einzuhalten, ist es Zeit für das Element C2, einen kleinen Keramikkondensator von 100nF. Seine Aufgabe ist es, die Versorgungsspannung zu filtern. Weitere Informationen über diese Elemente finden Sie in Teil 4 des Elektronikkurses. Ich möchte Sie daran erinnern, dass Kondensatoren dieses Typs keine gepolten Elemente sind, so dass Sie sie frei auf der Platine platzieren können.
Schritt 4. Löten der Transistoren
Bei den Transistoren haben wir keine Freiheit, was ihre Positionierung angeht. Alle Beinchen müssen genau dort landen, wo sie hingehören. Wie bei den Leuchtdioden hilft auch hier die Beschreibung auf der Platine weiter. Wie Sie sehen können, sind die Konturen der Transistoren auf der Platine auf einer Seite abgeschrägt – genau wie die Gehäuse dieser Bauteile.
Achten Sie besonders auf die Ausrichtung der Transistoren. Platzieren Sie einen mit der flachen Seite des Gehäuses in Richtung der Tasten und den anderen in die entgegengesetzte Richtung!
Die Beine der Transistoren müssen gebogen werden, sonst passen sie nicht in die vorbereiteten Löcher. Dies ist kein Fehler auf der Platine! Die Transistoren in den kleinen Gehäusen haben einen zu engen Abstand, um sie bequem auf die Platine löten zu können, daher müssen sie in 99% der Fälle leicht gebogen werden.
Schritt 5. Löten von Leuchtdioden (LEDs)
Ein Standardverfahren, wie in früheren Teilen des Kurses beschrieben. Ich erinnere Sie an die richtige Polarität! Um ein besseres Endergebnis zu erzielen, ist es ratsam, Dioden der gleichen Farbe zu verwenden.
Schritt 6. ARK-Anschluss
Der vorletzte Schritt besteht darin, den Anschluss zu löten, über den wir die Stromversorgung anschließen werden. Standardmäßig ist dies, wie in den vorherigen Teilen des Kurses, ein Schraubanschluss vom Typ ARK.
Schritt 7. Elektrolyt-Kondensator
Ganz zum Schluss bleibt noch das Einlöten des Kondensators C1 mit einer Kapazität von 220uF. Wie der Kondensator C2 ist er für die Filterung der Versorgungsspannung zuständig.
Achten Sie aber unbedingt auf die richtige Polung!
Gelötete Schaltung eines bistabilen Umschalters
Es ist ratsam, die gesamte Platine vor der Inbetriebnahme zu überprüfen. Sind alle Bauteile korrekt verlötet, sind die Leitungen abgeschnitten? In meinem Fall sah die Platine wie folgt aus:
Der bistabile Umschalter in der Praxis
Wenn alles richtig zusammengebaut ist, können Sie die Schaltung abschließend überprüfen. Schließen Sie die Stromversorgung an (achten Sie auf die Polarität). Drücken Sie dann die Tasten. Es wird sich ein gewisser Zusammenhang zeigen – zweifellos „merkt“ sich die Schaltung ihren letzten Zustand.
Warum (und wie) funktioniert diese Schaltung?
Ein Lötkurs ist nicht der richtige Ort, um über Elektronik zu schreiben, also halte ich mich kurz und einfach. Zunächst, zur Erinnerung, der Schaltplan:
Wenn kein Strom durch den Transistor T1 fließt, steigt* die Spannung an seinem Kollektor auf einen solchen Wert, dass der Strom, der durch R2 zur Basis T2 fließt, diesen auslöst und öffnet – LED2 leuchtet auf. Gleichzeitig wird die Spannung am Kollektor T2 so gering, dass der durch R3 fließende Strom den Transistor T1 nicht mehr öffnet. Das Schalten in die andere Richtung sieht genau so aus.
Auf einem Teil unseres Umschalter-Schaltplans würde das so aussehen:
Der Basisanschluss wurde weggelassen, da der Schwerpunkt auf dem „Widerstand“ zwischen Kollektor und Emitter liegt.
Kommt Ihnen das bekannt vor? Natürlich ist dies ein Spannungsteiler, der im Elektronikkurs ausführlich beschrieben wird. Ich hoffe, dies erklärt genau, warum an R2 eine höhere Spannung anliegt, wenn der Transistor nicht leitet, und eine niedrigere Spannung, wenn er leitet.
Warum leuchtet beim Einschalten des Geräts nur eine LED?
Jedes elektronische Bauteil ist anders. Zwei Widerstände mit demselben Wert oder zwei Transistoren mit demselben Wert unterscheiden sich in ihrer tatsächlichen Leistung in der Praxis. Der eine verstärkt ein wenig besser, der andere ein wenig schlechter. Der eine Widerstand leistet etwas mehr und der andere etwas weniger Widerstand.
Das ist völlig normal – man muss bedenken, dass alle von den Herstellern angegebenen Parameter eine gewisse Toleranz aufweisen.
Hätten wir Zugang zu idealen Bauteilen, würde die Schaltung vielleicht nicht so funktionieren, wie wir es im Moment wollen. Glücklicherweise wird in der Praxis ein Transistor etwas schneller leiten, was gemäß der Funktionsweise dieser Schaltung dazu führt, dass der andere Transistor blockiert wird. Infolgedessen wird nur eine Diode aufleuchten.
Zusammenfassung
Im nächsten Teil werden wir ein blinkendes, leuchtendes Gadget bauen, das den beliebten NE555-Chip verwendet. Es ist eine gute Idee, sich die Informationen aus den Teilen 8 und 9 des Elektronikkurses einzuprägen, bevor wir fortfahren.
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