B. Kainka:

Elektronik Werkzeugkasten

Grundlagen - Projekte - Software

Franzis-Verlag 2001


Die CD Elektronik-Werkzeugkasten liegt  dem Franzis-Lernpaket Elektronik bei. Wesentliche Teile der CD gehen auf die CD "Einführung in die Elektronik" zurück, die ich 1998 noch unter Windows95 zusammengestellt habe. Auf der CD befinden sich Simulationsprogramme, die auch schon unter Windows 3.1 liefen. Lange Zeit funktionierten sie auch nicht unter den neueren Windows-Versionen, aber mit den neuen 64-Bit-Systemen ist das leider vorbei. Derzeit wird daran gearbeitet, die Simulationen mit VB.net  neu zu programmieren.

Auf der CD befanden sich außerdem Kurzvorträge in Form von Screencam-Filmen, die aber leider schon unter Windows XP nicht mehr richtig liefen. In der neuen Version des 
Elektronik-Werkzeugkasten wurden die Filme daher entfernt. Inzwischen konnte ich aber mit Hilfe meines Sohnes einen Weg finden, die alten Filme ins AVI-Format zu bringen. Und damit konnten sie nun auf Youtube hochgeladen werden. Das bedeutet, dass alle Nutzer des Lernpakets nun auch die Filme dazu ansehen können. Und auch die Simulationsprogramme kann man sich bei der Gelegenheit  in Aktion sehen.

Vor so langer Zeit habe ich diese Kurzvorträge aufgenommen, und trotzdem sind sie immer noch aktuell. Im Bereich Computertechnik und Mikrocontroller hat sich in der Zwischenzeit unendlich viel geändert. Damals hätte man z.B. nicht erwarten können, dass es einmal solche feinen Sachen wie die AVR-Controller geben würde. Aber an den Grundlagen der Elektronik selbst hat sich über Jahrzehnte nichts geändert. Manchmal hört man von Befürchtungen, dass die wichtigen Grundlagen langsam vergessen werden und verloren gehen. Ich möchte dazu beitragen, dass das nicht passiert.

Videos zum Kapitel 1:
Ladung und Strom
Erste Versuche
Die Stromrichtung

Videos zum Kapitel 2:
Ladung und Stromstärke
Leistung und Spannung
Ohmsches Gesetz
Widerstände und Farbcode
Reihenschaltung
Vorwiderstand
Wechselstrom
Der Kondensator
Die Spule
Der Schwingkreis


Videos zum Kapitel 3:
Halbleiter
Sperrschichten
Der Gleichrichter
Dioden-Bauformen


Videos zum Kapitel 4:
Grundfunktion des Transistors
Stromverstärkung
Typen von Transistoren
Transistor-Kennlininen

Videos zum Kapitel 5:
Emitterschaltung
Arbeitspunkt
Gegenkopplung
Transistor-Steilheit
Emitterfolger
Darlingtonschaltung
Differenzverstärker
Gegentaktverstärker
Konstantstromquelle 

Videos zum Kapitel 6:
Statische Flip-Flops
Monoflop
Der Schmitt-Trigger
Der Multivibrator
RC-Oszillatoren
LC-Oszillatoren

Videos zum Kapitel 7:
Innenaufbau des OPV
Nichtinvertierende Verstärker
Der invertierende Verstärker
Spannungsversorgung
NF-Verstärker mit OPV
Signalgeneratoren
Leistungsverstärker mit OPV

Videos zum Kapitel 8:
Modulation
Das Diodenradio
Das Audion
Audion Hörbeispiel
Das Pendelaudion
HF-Oszillatoren

Finden Sie den Einstieg in die angewandte Elektronik. Die CD bietet Ihnen Grundlagen vom einfachen Stromkreis bis zur Anwendung von Operationsverstärkern und zu einfachen Schaltungen der Hochfrequenztechnik. Praktische Bauvorschläge mit geringstem Aufwand ermutigen zu eigenen Versuchen. Zusätzliche Software und Informationen auf der CD ermöglichen auch tiefer gehende Studien zu speziellen Anwendungen.

Auf der CD finden Sie:


Die Inhaltes des Einführungskurses:


1 Grundlagen der Elektrizitätslehre

Eine Voraussetzung für die erfolgreiche Einarbeitung in die Elektronik sind Grundkenntnisse der Elektrizitätslehre. Elektrische Ladung, Strom und Spannung sollten mit klaren Vorstellungen verbunden werden. Dieses Kapitel will die Grundlagen anschaulich darstellen.

1.1 Ladung und Strom
1.2 Die ersten Versuche
1.3 Die elektrische Spannung
1.4 Die elektrische Stromstärke
1.5 Verwendung von Messgeräten
1.6 Arten von Verbrauchern
1.7 Die Parallelschaltung
1.8 Die Reihenschaltung
1.9 Die Richtung des elektrischen Stroms

2 Gesetze des elektrischen Stromkreises

Wer elektronische Schaltungen entwerfen möchte, muss etwas über die Gesetze des Stromkreises wissen. Vieles kann mit geringem Aufwand berechnet werden, wenn man die richtigen Formeln zur Hand hat. Dieses Kapitel will die wichtigsten Gesetze und Formeln vermitteln.

2.1 Ladung, Zeit, Strom
2.2 Leistung, Spannung und Strom
2.3 Der elektrische Widerstand, Ohmsches Gesetz
2.4 Reihenschaltung
2.5 Parallelschaltung
2.6 Vorwiderstände und Innenwiderstand
2.7 Wechselstrom und Transformatoren
2.8 Kondensatoren und Kapazität
2.9 Spulen und Induktivität

3 Halbleiter und Sperrschichten

Die Halbleitertechnik hat seit der Mitte des 20. Jahrhunderts zu einer Revolution in der Elektronik geführt. Wer mit Dioden, Transistoren und integrierten Schaltkreisen arbeiten möchte, der sollte einige grundlegende Vorstellungen von den physikalischen Grundlagen der Halbleitertechnik haben. Sie sollen hier in einfacher und anschaulicher Form vermittelt werden.

3.1 Leitfähigkeit und Dotierung
3.2 Die Diode
3.3 Anwendung der Diode als Gleichrichter
3.4 Besondere Dioden-Bauformen
3.5 Dioden-Kennlinien

4 Der Transistor

Der Transistor ist ein wichtiges Verstärker-Bauelement. Er ersetzt seit ca. 1960 die Elektronenröhre in den meisten Anwendungsbereichen. Hier soll zunächst der bipolare NPN- oder PNP-Transistor behandelt werden. Eine andere wichtige Bauform ist der Feldeffekttransistor.

4.1 Aufbau und Grundfunktion
4.2 Der Stromverstärkungsfaktor
4.3 Transistor-Kennlinien
4.4 Besondere Transistor-Bauformen

5 Verstärker-Grundschaltungen

Eine typische Aufgabe des Transistors ist die Verstärkung von Tonsignalen. Man spricht hier auch vom Niederfrequenz- (NF-) Verstärker. Das Prinzip ist, dass der kleine Basisstrom durch einen NF-Strom moduliert (vergrößert und verkleinert) wird, so dass der verstärkte Kollektorstrom entsprechend verstärkte NF-Signale enthält.

5.1 Der Verstärker in Emitterschaltung
5.2 Gegenkopplung
5.3 Steilheit und Innenwiderstand
5.4 Die Kollektorschaltung (Der Emitterfolger)
5.5 Die Basisschaltung
5.6 Die Darlington-Schaltung
5.7 Der Differenzverstärker
5.8 Der Gegentaktverstärker
5.9 Die Konstantstromquelle

6 Flip-Flops und Oszillatorschaltungen

Oszillatoren sind Schaltungen, die selbständig Signale einer definierten Frequenz erzeugen. Man verwendet sie z.B. für Schallquellen oder zu Messzwecken. Flip-Flops sind Schaltungen, die zwei stabile Zustände kennen, An und Aus. Sie sind wichtige Grundelemente der digitalen Computertechnik. Wechseln die Zustände selbständig, kann z.B. ein Blinken oder ein Tonsignal erzeugt werden.

6.1 Statische Flip-Flops
6.2 Monoflops
6.3 Schmitt-Trigger
6.4 Der Multivibrator
6.5 RC-Oszillatoren
6.6 LC-Oszillatoren

7 Operationsverstärker

Nicht jede Verstäkungsaufgabe lässt sich optimal mit einfachen Transistoren lösen. Deshalb setzt man gern fertige Verstärker ein, um die herum man eine Schaltung aufbaut. Operationsverstärker (OPV) sind integrierte Schaltungen (IC) mit mehreren Transistoren und Widerständen. Der Name des Bauteils kommt von seinem ursprünglichen Einsatz als Rechenverstärker. Analoge Rechner führten Rechenoperationen wie Addition, Multiplikation usw. mit solchen Verstärkern aus.

7.1 Prinzipschaltung und Schaltsymbol
7.2 Grundschaltungen
7.3 Invertierende Verstärker
7.4 Einfache Spannungsversorgung
7.5 NF-Vorverstärker
7.6 Oszillatoren
7.7 Leistungsverstärker

8 Hochfrequenz-Technik

Seit der Entdeckung der elektromagnetischen Wellen vor rund 100 Jahren ist die Hochfrequenz-Technik aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Die ersten eigenen Versuche können den Empfang eines starken Mittelwellen-Senders zum Ziel haben.

8.1 Modulation und Demodulation
8.2 Das Diodenradio
8.3 Das Audion
8.4 UKW-Pendelaudion
8.5 HF-Oszillatoren

Index

1N4007, 1N4148
Abgleich, Addierer, Akku, Ampere, Amplitudenmodulation, Anode, Anpassung, Antenne, Anzapfung, Arbeitspunkt, Audion, Aussteuerung
Basis, Basisschaltung, Basiswiderstand, BC548, BC558, bipolar, bistabil
C-MOS, Coulomb
Dämpfung, Darlington-Transistor, Demodulation, Differenzverstärker, Diode, Dotierung, Drain, Drehkondensator, Durchlassspannung
Effektivspannung, Einweg-Gleichrichter, Eingangswiderstand, Elektrolytkondensator (Elko), Elektron, Emitter, Emitterfolger, Emitterschaltung, Empfindlichkeit, Ersatzschaltbild, exponentiell
Farbringe, Feldeffekttransistor (FET), Flip-Flop, Frequenz, Frequenzmodulation (FM)
Gate, Gallium-Arsenid, Gegenkopplung, Gegentaktverstärker, Germanium (Ge), Germaniumdiode, Gleichrichter
Halbleiter, Halbwelle, Henry, Hochfrequenz (HF), Hochpassfilter, Hysterese
Induktion, Induktiver Widerstand, Induktivität, Innenwiderstand, invertieren
Kapazität, Kapazitätsdiode, Kapazitiver Widerstand, Kathode, Kennlinie, Kleinsignal, Kollektor, Kollektorschaltung, komplementär, Kondensator, Konstantstromquelle
Ladung, Leistung, Leistungsanpassung, Leistungsverstärker, Leitfähigkeit, Leuchtdiode (LED), LC-Oszillator, Linearität, LM358, LM324
N-Leitung, Niederfrequenz (NF), NPN-Transistor
Magnet, Masse, Meißner-Oszillator, Messverstärker, Mikroampere, Mikrofon, Milliampere, Modulation, Monoflop, MOS-FET, Motor, Multivibrator
Offset-Fehler, Ohmsches Gesetz, Operationsverstärker (OPV), Oszilloskop
Parallelschaltung, P-Leitung, PNP-Transistor, Periode, Phasenverschiebung, Potentiometer (Poti)
Rechtecksignal, Reihenschaltung, Restwelligkeit, Ruhestrom, RC-Oszillator, RC-Filter, RS-Flipflop
Sättigung, Selbstinduktion, Selektion, Schaltschwelle, Schmitt-Trigger, Schottkydiode, Siebkondensator, Sinus-Signal, Silizium (Si), Siliziumdiode, Source, Spannung, Spannungsabfall, Spannungsverstärkung, Sperrschicht, Spule, Steilheit, Strom, Stromverstärkung
TBA820M, Temperatursensor, Tonfrequenz, Thermoelement, Thyristor, Transformator, Transistor, Transistor als Schalter, Transistor-Kennlinien, Treiberstufe, Trennschärfe, Trimmer (Widerstand), Trimmer (Kondensator)
Überlastung, Übersteuerung, Ultrakurzwelle (UKW)
Verbraucher, Verlustleistung, Verstärker, Verzerrungen, Vierweg-Gleichrichter, Vorspannung, Vorverstärker, Vorwiderstand
Watt, Wechselstrom, Widerstand
Zeitschalter, Zenerdiode, zweistufig


Häufig gestellte Fragen

Frage: Wo bekommt man die Vollversion des Elektronik-Baukasten von Norbert Weig?
Antwort: Die CD wurde auch noch als Teil des "Riesen-Bauksten" von Franzis herausgegeben. Inzwischen ist sie leider nicht mehr erhältlich. Manchmal kann man bei Ebay noch Glück haben, eine gebrauchte Version zu bekommen.

Frage: Ist da nicht ein Fehler bei den Formeln im Abschnitt 2.4?
Antwort: Das stimmt leider, hier stehen richtige Formeln an den falschen Stellen. Eine berichtigte Erklärung zur Reihenschaltung findet man unter www.elexs.de/kap2_4.htm