Der Transistor in elektronischen Versuchen

Der Transistor in elektronischen Versuchen Titelbild

4 Transistoren

4. 1 Der Transistor als Schalter

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x 470Ω Widerstand
  • 1 x Taster
  • Transistor

Arduino mit einer LED, einem Transistor und einem Taster

Beim Einsetzen des Transistors musst du darauf achten, dass du ihn richtig herum einsetzt. Die abgeflachte Seite muss in diesem Versuch zur Mitte des Breadboards zeigen. Das heißt, das obere Bein ist der Kollektor (kurz C), die Mitte die Basis (auch B) und das untere Bein ist der Emitter (E). Der Transistor lässt nur dann Strom vom Kollektor zum Emitter durch, wenn eine Spannung am Basis-Pin anliegt, in der Regel mindestens 0,7V. In diesem Fall haben wir am Basis-Pin den altbekannten Taster angeschlossen. Wenn dieser gedrückt wird, liegt eine Spannung am Basis-Bein an und der Strom kann vom Kollektor zum Emitter fließen. Mit einem Transistor können wir also mit sehr kleinen Stromspannungen einen größeren Strom kontrollieren. Warum das praktisch sein kann, zeigt der nächste Versuch.

4.2 Ein Kondensator steuert einen Transistor

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x 470Ω Widerstand
  • 1 x 10KΩ Widerstand (Farbcode: Braun, Schwarz, Schwarz, Rot, Gold)
  • 1 x Schiebeschalter
  • 1 x Transistor
  • 1 x Kondensator

Arduino mit einer LED, einem Kondensator, einem Transistor und einem Schiebeschalter

Diesmal werden zwei neue Komponenten miteinander kombiniert. Der Kondensator dient als Stromspeicher, während der Transistor ein Bauteil ist, welches nur Strom durchlässt, wenn eine Spannung anliegt. Zuerst wird mit dem Schiebeschalter der Kondensator aufgeladen. Danach wird mit dem Schiebeschalter in einer anderen Position der Transistor kontrolliert. Durch die anliegende Spannung am Basis-Pin lässt der Transistor Strom durch und die LED fängt an, zu leuchten. Dadurch, dass der Kondensator nicht die LED direkt mit Strom versorgt, sondern nur den Transistor schaltet, leuchtet die LED viel länger.

4.3 Hautkontakt

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x 470Ω Widerstand
  • 2 x Transistoren

Arduino mit einer LED, zwei Transistoren, die durch den Hautkontakt aktiviert werden

Die beiden grünen Kabel sind bei diesem Aufbau nur an einem Ende mit dem Breadboard verbunden. Wenn du die beiden anderen Enden gleichzeitig mit einem Finger berührst, sollte die LED anfangen, zu leuchten. Denn auch wir Menschen können Strom leiten. Wir sind aber im Verhältnis zu einem Stück Kupferkabel nicht sehr gute Leiter. Deswegen sind hier extra zwei Transistoren eingebaut, die den sehr sehr kleinen Strom, der durch unseren Finger geht, so verstärken, dass wir damit eine LED kontrollieren können. Ein wahrhaftiges Touch-Erlebnis!

4.4 UND-Gatter

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x 470Ω Widerstand
  • 2 x Transistoren
  • 2 x Taster

Arduino mit einer LED, zwei Transistoren, zwei Tastern aufgebaut als UND Schaltung

Es gibt einige Situationen, in den es wichtig ist, dass zwei Taster für eine bestimmte Aktion gedrückt werden. Das kann zum Beispiel bei einer Müllschredder-Maschine der Fall sein, damit der Mensch bei der Bedienung der Maschine nicht aus Versehen in den Arbeitsprozess fassen kann. In diesem Fall leuchtet die LED nur dann, wenn die beiden Taster zur selben Zeit gedrückt wurden. Diese Schaltung wird auch UND-Gatter genannt. Bei einem UND-Gatter ist die Ausgabe nur dann hoch (Strom fließt), wenn die beiden Ausgaben auch hoch sind (also bei beiden Strom fließt).


4.5 ODER-Gatter

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x 470Ω Widerstand
  • 2 x Transistoren
  • 2 x Taster

Arduino mit einer LED, zwei Transistoren, zwei Tastern aufgebaut als ODER Schaltung

Dein Handy vibriert, wenn du angerufen wirst oder wenn du eine Nachricht bekommst. Mit einer ODER-Verknüpfung kannst du mehrere Bedingungen setzen und wenn nur eine der Bedingungen erfüllt wird, dann wird ein Signal an den Ausgang geliefert. Dieser Aufbau zeigt das praktisch. Es muss nur ein Taster gedrückt werden, damit die LED anfängt, zu leuchten. Beide Transistoren werden durch einen Taster kontrolliert. Doch diesmal sind beide Transistoren direkt mit der LED verbunden, sodass die LED immer dann anfängt, zu leuchten, wenn nur ein Taster gedrückt ist. Welchen Taster du drückst, spielt dabei keine Rolle.


4.6 Der Buzzer und das Morsealphabet

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x Buzzer
  • 1 x Taster

Arduino mit Taster und Buzzer zum Morsen

Der beigelegte Buzzer sieht anders aus als abgebildet, lässt sich aber genauso anbinden. Du schließt also alles so an, wie du es auf dem Bild siehst. Wenn du jetzt mit dem Taster den Stromkreis schließt, fängt der Buzzer an, Töne zu erzeugen. Der Buzzer funktioniert dabei vom Prinzip her wie die LED. Wenn Strom fließt, gibt dieser Töne von sich, wenn das nicht der Fall ist, schweigt der Buzzer. Dabei ist der Ton, der in diesem Fall erzeugt wird, nicht wirklich veränderbar. Das ermöglicht aber andere Einsatzzwecke. Unter anderem kann damit ein Ton abgegeben werden, wenn eine bestimmte Situation eintritt.

Ein möglicher Einsatzzweck ist dabei das Morsen. Das Morsen ist eine Art der Datenübertragung beziehungsweise Kommunikation, die über Lichtzeichen oder elektrische Stromimpulse möglich ist. Es gibt dabei drei unterschiedliche Befehle: Punkt = kurzer Ton, Strich = langer Ton und das Leerzeichen als eine Pause. Dazu wird nach einem Wort einfach eine längere Pause gemacht, um diese voneinander zu trennen.



4.7 Das Morsealphabet

Zeichen Code Zeichen Code Zeichen Code
A • -- B -- -- -- • C -- • -- •
D -- • • E F • • -- •
G -- -- • H • • • • I • •
J • -- -- -- -- K -- -- • -- -- L • -- • •
M -- -- N -- • O -- -- --
P • -- -- • Q -- -- • -- R • -- •
S • • • T -- U • • --
V • • • -- W • -- -- X -- • • --
Y -- • -- -- Z -- -- • •
1 • -- -- -- -- 2 • • -- -- -- 3 • • • -- --
4 • • • • -- 5 • • • • • 6 -- • • • •
7 -- -- • • • 8 -- -- -- • • 9 -- -- -- -- •
0 -- -- -- -- --

Mit der Schaltung aus 4.6 und diesem Alphabet kannst du auch schon direkt mit dem Morsen loslegen.





4.8 Die Blinkschaltung

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 2 x Kondensatoren (selbe Kapazität)
  • 2 x Transistoren
  • 2 x LEDs (selbe Farbe)
  • 2 x 470Ω Widerstände
  • 2 x 10KΩ Widerstände

Schaltplan Blinkschaltung mit dem Arduino








Elektrischer Schaltplan

Blinkschaltung Arduino Schaltplan


Wenn du die Schaltung richtig angeschlossen hast, sollte jetzt immer eine LED kurz aufblinken, während die andere nicht leuchtet, danach passiert dann genau das Gleiche, nur andersherum. Diese Schaltung wird auch Kippschaltung genannt, denn die Schaltung verändert sich immer. Wenn wir uns dabei den elektrischen Schaltplan ansehen, haben wir zwei verschiedene Transistoren, die entscheidend dafür sind, ob die LED leuchtet und ob der Kondensator sich auflädt. Gerade die Kontrolle des Kondensators ist wichtig, da dieser die Transistoren kontrolliert. Am Anfang fließt Strom beispielsweise durch Kondensator 1 und dieser lädt sich auf. Während dieser Zeit schaltet der Kondensator 1 dann den Transistor 2, da dieser direkt an dem Basis-Pin vom Transistor 2 angeschlossen ist. In der Zeit fließt Strom durch den Transistor 2 und die LED 2 leuchtet auf und Kondensator 2 kann sich entladen. Wenn Kondensator 1 voll geladen ist, fließt kein Strom mehr und der Transistor 2 ist geschlossen, es liegt auch keine Spannung mehr an dem Basis-Pin. Jetzt passiert das Ganze umgekehrt. Da sich Kondensator 2 entladen hat, lädt dieser sich jetzt wieder auf und Transistor 1 wird damit geschaltet. LED 1 fängt an, zu leuchten, Kondensator 1 kann sich entladen. Das wiederholt sich jetzt solange, wie die Schaltung Strom hat. Wichtig ist, dass sich nicht zwingend Kondensator 1 zuerst lädt. Diese Schaltung lebt stark davon, dass die Widerstände und Kondensatoren nicht zu 100 % genau sind, sondern sich die beiden Kondensatoren durch ihre Ungenauigkeit nicht gleich laden bzw. entladen.

Wenn du das jetzt nicht beim ersten Mal verstanden hast, ist das überhaupt kein Problem. Die Schaltung ist ja schon etwas komplizierter. Schau dir einfach nochmal das Bild zu dieser Schaltung an und lese den Text nochmal ganz in Ruhe. Wir sind uns sicher, dass das Ganze dann gar nicht mehr so kompliziert ist, wie du vielleicht dachtest.

Was passiert, wenn du andere Kondensatoren nimmst? Und ändert sich etwas, wenn du größere (oder mehrere in Reihe geschaltete Widerstände) für Widerstand 2 & 3 nimmst?






4.9 Die 9V-Batterie kommt zur Hilfe

Du brauchst:

  • Die Blinklichtschaltung aus 4.8
  • 9V-Batterie (liegt nicht im Kit bei)
  • 9V-Batterie Adapter Kabel

Blinklichtschaltung die mit einer 9V-Batterie betrieben wird

Gerade unsere Blinklichtschaltung ist zu schade, um diese einfach nur an einem Ort betreiben zu können. Mit einer 9V-Batterie haben wir die Möglichkeit, sie überall hin mitzunehmen. Dazu müssen wir einfach nur die 9V-Batterie an den Adapter anschließen. Dann können wir die Kabel direkt an das Breadboard anschließen, das rote Kabel an die Plus-Seite und das Schwarze an die Minus-Seite. Jetzt sollten die LEDs wieder anfangen, zu blinken. Es sollte dir auffallen, dass die LEDs jetzt schneller blinken. Das liegt daran, dass wir die Schaltung vorher nur mit 5V vom Arduino betrieben haben. Bitte achte darauf, dass der Arduino zu dem Zeitpunkt nicht mehr an das Breadboard angeschlossen ist!

4.10 Das Nachtlicht

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x Transistor
  • 1 x Photowiderstand
  • 1 x LED
  • 1x 10KΩ Widerstände

Nachlicht Schaltung

In dieser Schaltung wollen wir ein eigenes Nachtlicht bauen. Und das Beste daran ist, dass wir nur Bauteile brauchen, die wir schon kennen. Wichtig für diese Schaltung sind der Photowiderstand und der Transistor. Wie die funktionieren, hast du ja schon in den vorherigen Schaltungen gelernt. Wie bereits erklärt, nimmt der Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes. Das heißt, in einem hellen Raum fließt der Strom durch den Photowiderstand, in einem dunklen Raum aber durch den Basis-Pin des Transistors, was bedeutet, dass dann die LED zu leuchten beginnt. Wenn du dich in einem hell erleuchteten Raum befindest, kannst du die Schaltung testen , indem du den Photowiderstand einfach mit einem Finger verdeckst.

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