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Lernpaket Elektronik-Experimente Handbuch
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1 Vorbereitungen 4
1.1 Software 4
1.2 Das Steckfeld 5
1.3 Die Batterie 7
1.4 Leuchtdioden 7
1.5 Widerstände 8
1.6 Kondensatoren 9
1.7 Transistoren 9
1.8 Die Si-Dioden 10
1.9 Der Fotowiderstand 10
1.10 Der Tastschalter 10
1.11 Der Piezo-Schallwander 11
1.12 Die integrierten Schaltkreise 11

2 Versuche mit LEDs 12
2.1 LED mit Vorwiderstand 12
2.2 Farbwechsel 13
2.3 LED in Sperrrichtung 15
2.4 Parallelschaltung 15
2.5 Die Diodenkennlinie 16
2.6 Reihenschaltung 18

3 Kondensatoren 19
3.1 Ladung speichern 20
3.2 Die Zeitkonstante 21
3.3 Wechselstrom 22

4 Tansistor-Grundschaltungen 23
4.1 Stromverstärkung 23
4.2 Der PNP-Transistor 26
4.3 Sperrschichten 26
4.4 Transistor als Umschalter 28
4.5 Das Minutenlicht 29
4.6 Dämmerungsschalter 30
4.7 Die Darlington-Schaltung 31
4.8 Die Konstantstromquelle 33
4.9 Stromspiegel als Temperatursensor 36

5 NF-Verstärker 37
5.1 Der Piezo-Schallwandler 37
5.2 NPN-Verstärkerstufe 39
5.3 Zwei Stufen für mehr Verstärkung 42
5.4 Gleichstromkopplung 44
5.5 Der Emitterfolger als Sensorverstärker 46
5.6 Gegentaktverstärker 48

6 Kippschaltungen 49
6.1 RS-Flipflop 49
6.2 Die Thyristorschaltung 51
6.3 Schmitt-Trigger als Dämmerungsschalter 52
6.4 Vereinfachter Schmitt-Trigger 54

7 Blinkerschaltungen und Oszillatoren 55
7.1 Ein Wechselblinker 55
7.2 Vereinfachter Blinker 56
7.3 Lichtabhängiger Tongenerator 59
7.4 Spannungsabhängiger Oszillator 60
7.5 Kristalloszillator 62
7.6 Kippschwingungen 64

8 Operationsverstärker 66
8.1 Der Differenzverstärker 67
8.2 OPV als Komparator 69
8.3 Gegenkopplung 70
8.4 Spannungsverstärkung 72
8.5 NF-Verstärker 73
8.6 Dreieck/Rechteck-Generator 75

9 Der Timer 555 77
9.1 Tongenerator 78
9.2 Wechselblinker 80
9.3 Schwellwertschalter 81
9.4 Pulsweitensteuerung 82
9.5 Lügendetektor 84

10 Spezialanwendungen 85
10.1 Ladungspumpe 85
10.2 Breitband-Kurzwellenradio 87
10.3 Rauschgenerator 88
10.4 Ein 9-Volt-Batterietester 89
10.5 Phasenschieberoszillator 91
10.6 UKW-Oszillator 92

Material im Lernpaket 94



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175 Experimente mit dem Elektronik Design Labor
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Hinweise zur Installation 12

1 Versuche zu den Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik 13
1.1 Aufbau einer Schaltung 13
1.1.1 Erstellung einer Schaltung 15
1.1.2 Widerstand 18
1.1.3 Temperaturabhängigkeit von Widerständen 19
1.1.4 Ohmsches Gesetz 20
1.1.5 Elektrische Leistung 22
1.1.6 Reihenschaltung von Widerständen 22
1.1.7 Parallelschaltung von Widerständen 23
1.1.8 Gemischte Widerstandsschaltungen 24
1.1.9 Potentiometer 25
1.1.10 Vorwiderstand 27
1.2 Spannungen, Ströme und Frequenzen 28
1.2.1 Messen von Gleichspannung 28
1.2.2 Messen von Wechselspannung 29
1.2.3 Messen von Mischspannungen 31
1.2.4 Messen von Rechteckspannungen 32
1.2.5 Messen von Sägezahnspannungen 34
1.2.6 Messen von überlagerten Spannungen 34
1.2.7 Messen einer Phasenverschiebung 36
1.2.8 Messen der Amplitudenmodulation 37
1.2.9 Messen der Frequenzmodulation 39
1.3 Kondensatoren 40
1.3.1 Kondensator an Gleichspannung 40
1.3.2 Kondensator an Wechselspannung 42
1.3.3 RC-Tiefpass 44
1.3.4 RC-Hochpass 45
1.3.5 RC-Integrierglied 46
1.3.6 RC-Differenzierglied 47
1.4 Spulen 48
1.4.1 Spule im Gleichstromkreis 49
1.4.2 Spule an Rechteckspannung 50
1.4.3 Spule im Wechselstromkreis 51
1.4.4 Messung einer realen Spule 53
1.4.5 Transformatoren 54
1.4.6 Relais 56
1.4.7 Lautsprecher bzw. Summer 57

2 Schaltungstechnik 59
2.1 Lampensteuerung 59
2.1.1 Parallelschaltung von Lampen 60
2.1.2 Zeitgesteuerter Schalter 60
2.1.3 Spannungsgesteuerter Schalter 61
2.1.4 Stromgesteuerter Schalter 62
2.1.5 Wechselschaltung 62
2.1.6 Polumschalter 63
2.2 Logische Verknüpfungen 64
2.2.1 Schaltertechnische UND-Verknüpfung 64
2.2.2 Schaltertechnische ODER-Verknüpfung 65
2.2.3 Schaltertechnische NICHT-Verknüpfüng 66
2.2.4 Schaltertechnische NAND-Verknüpfung 66
2.2.5 Schaltertechnische NOR-Verknüpfung 67
2.3 Arbeiten mit Dioden 68
2.3.1 Diode als Schalter 69
2.3.2 Diode als Entkopplungselement 70
2.3.3 ODER-Gatter in RDL-Technik 70
2.3.4 UND-Gatter in RDL-Technik 72
2.3.5 Freilaufdiode 73
2.4 Gleichrichterschaltung 75
2.4.1 Einweggleichrichtung 75
2.4.2 Zweiweggleichrichtung 77
2.4.3 Brückengleichrichtung 79
2.4.4 Einweggleichrichterschaltung mit Ladekondensator 81
2.4.5 Brückengleichrichtung mit Ladekondensator 83

3 Schaltungen mit Transistoren 85
3.1 Kleinsignalverstärkung 87
3.1.1 Kapazitive Signalkopplung 88
3.1.2 Kapazitive Signalkopplung mit wechselstromgegengekoppelter Transistorstufe 90
3.1.3 Zweistufiger Verstärker mit komplementären Transistoren 93
3.1.4 Zweistufiger Verstärker mit kapazitiver Kopplung 94
3.1.5 Zweistufiger Verstärker mit gemeinsamer Arbeitspunktstabilisierung 96
3.1.6 Zweistufiger komplementärer Verstärker mit gemeinsamer Arbeitspunktstabilisierung 97
3.2 NF-Leistungsverstärker 99
3.2.1 Endstufe eines Eintakt-A-Verstärkers 101
3.2.2 Leistungsverstärker mit verbessertem Eintakt-A-Betrieb 103
3.2.3 Komplementärer Leistungsverstärker im B-Betrieb 105
3.2.4 Komplementärer Leistungsverstärker im AB-Betrieb 108
3.2.5 Leistungsverstärker mit Darlingtonstufe im A-Betrieb 111
3.2.6 Leistungsverstärker mit Darlingtonstufe im AB-Betrieb 114
3.3 Stabilisierungsschaltungen für Spannungen und Ströme 116
3.3.1 Einfache Serienstabilisierungsschaltung 117
3.3.2 Einstellbares Netzgerät 119
3.3.3 Geregeltes Netzgerät 120
3.3.4 Verbesserte Konstantspannungsquelle 123
3.3.5 Elektronische Netzgeräte mit Darlingtonstufe 125
3.3.6 Netzgerät mit elektronischer Sicherung 126
3.3.7 Konstantstromquellen 128
3.4 Digitale Transistorschaltungen 131
3.4.1 NICHT-Gatter 131
3.4.2 NAND-Gatter in DTL- und RTL-Technik 132
3.4.3 NOR-Gatter in DTL- und RTL-Technik 135
3.4.4 Äquivalenz-Gatter in RTL-Technik 137
3.4.5 RS-Kippglied (Flipflop) in RTL-Technik 138
3.4.6 Astabiles Kippglied (Rechteckgenerator) 139
3.4.7 Monostabiles Kippglied 141
3.4.8 Schmitt-Trigger 144
3.5 Signalgenerator 146
3.5.1 Rechteckgenerator 147
3.5.2 Blinkschaltung 148
3.5.3 LC-Oszillator 150
3.5.4 RC-Phasenschiebergenerator 154
3.5.5 Wien-Brückengenerator 155
3.6 Zeitgeberschaltung 157
3.6.1 Relais mit Anzugsverzögerung 157
3.6.2 Relais mit Abfallverzögerung 159
3.6.3 Relais mit Anzugs- und Abfallverzögerung 160
3.6.4 Periodischer Zeitgeber mit Relais 161

4 Schaltungstechnik mit Operationsverstärkern 163
4.1 Grundschaltungen 163
4.1.1 Invertierender Betrieb 163
4.1.2 Nicht invertierender Betrieb 166
4.1.3 Impedanzwandler 168
4.2 Lineare Schaltungstechnik 169
4.2.1 Addierer oder Summierer 169
4.2.2 Addierer als NF-Mischpult 171
4.2.3 Subtrahierer oder Differenzverstärker 173
4.2.4 Operationsverstärker als Komparator 174
4.2.5 Fenster-Komparator 176
4.2.6 Zweipunktregler 177
4.2.7 Dreipunktregler 178
4.3 Netzgeräte mit Operationsverstärkern 179
4.3.1 Spannungsreferenzen für Netzgeräte 179
4.3.2 Elektronische Spannungsstabilisierung 181
4.3.3 Netzgerät mit elektronischer Sicherung 182
4.3.4 Einstellbares Netzgerät 183
4.4 Aktive Filterschaltungen 185
4.4.1 Hoch- und Tiefpass 1. Ordnung 186
4.4.2 RC-Filter nach Gauß 188
4.4.3 Aktiver Tiefpass 1. Ordnung 189
4.4.4 Aktiver Hochpass 1. Ordnung 191
4.4.5 Aktive Tiefpassfilter 2. Ordnung mit Zweifachgegenkopplung 192
4.4.6 Aktive Tiefpassfilter 2. Ordnung mit Einfachmitkopplung 195
4.4.7 Aktives Hochpassfilter 2. Ordnung 197
4.4.8 Hochpassfilter 2. Ordnung mit Zweifachgegenkopplung 198
4.4.9 Selektiver Verstärker als Bandpassfilter 199
4.4.10 Selektiver Verstärker als Bandsperrfilter 200
4.5 Spannung- und Strommessung 201
4.6 Leistungsverstärker mit Operationsverstärker 204
4.7 Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler 206
4.7.1 AD-Wandler 206
4.7.2 Digital-Analog-Wandler mit Spannungsausgang 207
4.7.3 Digital-Analog-Wandler mit Stromausgang 209
4.7.4 Messkette mit AD- und DA-Wandler 211

5 Schaltungen mit TTL- und CMOS-Bausteinen 213
5.1 Versuche zur Schaltalgebra 213
5.1.1 Untersuchung eines Exklusiv-ODER 216
5.1.2 Untersuchung des integrierten NAND-Gatter-Bausteins 7400 217
5.1.3 Digitales Relais 219
5.2 Digitale Rechenschaltungen 221
5.2.1 Größer-Gleich-Kleiner-Vergleicher 221
5.2.2 Halbaddierer 222
5.2.3 Volladdierer 224
5.2.4 Halbsubtrahierer 225
5.2.5 4-Bit-Volladdierer 226
5.2.6 Addier-Subtrahier-Schaltung 228
5.3 Monostabile Kippschaltungen 229
5.3.1 Arbeiten mit Monoflops 229
5.3.2 Monoflop 74121 230
5.3.3 Verzögerungen von Impulsflanken durch ein Monoflop 231
5.4 Rechteckgeneratoren 233
5.4.1 Grundschaltungen eines Rechteckgenerators 233
5.4.2 Rechteckgenerator mit Start-Stopp-Eingang 236
5.4.3 Rechteckgenerator mit Schmitt-Trigger 237
5.4.4 Quarzstabilisierter Rechteckgenerator 238
5.5 Frequenzteiler und Zähler 240
5.5.1 Frequenzteiler 240
5.5.2 Frequenzteiler 1:8 241
5.5.3 Frequenzteiler 1:9 242
5.5.4 Frequenzteiler 1:10 mit dem 74290 243
5.5.5 Frequenzteiler 1:50 244
5.5.6 Frequenzteiler 1:1000 245
5.5.7 2-Bit-Vorwärts-Rückwärtszähler 246
5.5.8 Zähleinheit (Stundenzähler) bis 11 mit 7-Segment-Anzeigen 247
5.5.9 Zähleinheit bis 23 (Stundenzähler) mit 7-Segment-Anzeigen 249
5.5.10 Zähleinheit bis 59 mit 7-Segment-Anzeigen 250
5.5.11 Uhrenschaltung für Stunden und Minuten 251
5.5.12 Vorwärts-Rückwärts-Dezimalzähler 74190 252
5.5.13 Zähler als digitales Zeitmessgerät (Stoppuhr) 253

6 Sachverzeichnis 255