Diverse elektronische Schaltungen

In Zeiten der Microcontroller werden viele Schaltungen nicht mehr diskret mit ICs, Transistoren, Widerständen und Kondensatoren aufgebaut. Ich möchte hier aber dennoch einige für den einen oder anderen nützliche old school Schaltungen präsentieren. Sie eignen sich meiner Meinung nach gut auch für schulische Projekte mit Praxisbezug. Also Lötkolben einstecken und los löten…

1.) Dämmerungsschalter – Lichtschranke

Diese Schaltung habe ich schon in einigen meiner Projekte als Lichtschranke eingebaut. Mit dem Potentiometer stellt man jene Grenzhelligkeit ein, unter der das Relais anzieht.

Die Lötvorlage (Ansicht von unten):

2.) Ampel

Ampelschaltungen sind für den Einstieg sehr beliebt, sei es etwa mit Arduino oder hier ganz ohne Microcontroller, dafür mit dem IC 4017. Mit dem Potentiometer stellt man die Schnelligkeit der Abfolge ein. Wenn man zum Beispiel möchte, dass die Grünphase nur 0.5 sek dauert 😉

3.) Klatschschalter

Wie es der Name bereits verrät, kann man mit dieser Schaltung per Händeklatschen ein Relais schalten. Es ist ebenfalls eine beliebte Einsteigerschaltung.

Das Elektretmikrofon:

4.) Orgel

Für die musisch Interessierten hier eine einfache Orgel, basierend auf einer variablen astabilen Kippschaltung. Je nachdem welche Taste gedrückt wird, ändert sich der Widerstand in der Schaltung und demzufolge auch die Frequenz des Tons. Die Klangqualität ist nicht berauschend, aber fürs erste Kennenlernen von astabilen Schaltungen mit Transistor & Co ist diese dennoch gut geeignet. Zumal der Schüler dann auch noch selbst die Tonleiter einstellen muss…

5.) Lügendetektor

Hier hätte ich gleich zwei unterschiedliche Schaltungen im Angebot. Ausgewertet wird bei beiden immer der veränderte Hautwiderstand, der dann eine LED oder eben die rote bzw. grüne LED zum Leuchten bringt, wenn gelogen wurde. Sehr gut geeignet im Verhör eines Schülers um herauszufinden, ob dieser geschummelt hat oder nicht 😉

6.) Tongenerator

Mit dieser einfache Schaltung auf Basis des Timer-ICs NE555 kann man einige Versuche etwa zum Thema Hörgrenzen machen. Mit dem Potentiometer lässt sich die Tonhöhe verändern. Dieses wird zum Beispiel so lange verdreht, bis der Schüler keinen Ton mehr wahrnimmt. Mit einer Handy-App kann dann auch genau diese Grenze in Hertz (z.B. 20 kHz) bestimmt werden. Der Lehrer wird aufgrund seines Alters wohl schon bei einer tieferen Grenze nichts mehr hören. Dies aber rein zum Selbstschutz, damit er beim Klassenlärm nicht durchdreht 😉

Mit dem Kondensator C kann der überstrichene Frequenzbereich verändert werden. Je größer die Kapazität C, desto niedriger wird die maximal einstellbare Frequenz! Konkret ist ein Kondensator mit C = 1 nF verbaut.

Der fertige Tongenerator, schön eingebaut in ein Gehäuse:

7.) Metalldetektor

Hier ein sehr einfacher Metalldetektor mit einem Ferritstab. Nicht vergessen, die Enden des Kupferlackdrahts abzuisolieren. Die Reichweite des Detektors ist aber sehr bescheiden, also eine richtige Schatzsuche in der Natur ist eher nicht durchführbar…

8.) Temperaturschalter

Benötigt man eine Schaltung, welche oberhalb einer einstellbaren Temperatur auslöst und zum Beispiel dann ein Relais durchschaltet, dem kann ich diese einfache Schaltung ans Herz legen. Verwendet wird ein Temperatursensor vom Typ KTY81. Mit dem Potentiometer R1 stellt man die Temperaturschwelle ein, ab der das Relais anzieht, mit dem Potentiometer R2 die sog. Hysterese.

Erster Funktionstest mit dem Feuerzeug:

9.) Abstandswarner

Dieser einfache Abstandswarner macht den Benützer auf eine zu geringe Distanz (z.B. Auto – Hausmauer) aufmerksam. Herzstück sind zwei Ultraschallkapseln. Ist der Abstand zu gering, so ist auch die Laufzeit des Ultraschallpulses vom Sender zum Empfänger niedriger. Dies wird dann ausgenützt, um ein Relais zu schalten.

Die LED leuchtet, da der Abstand (zur Hand) zu gering geworden ist:

10.) VU-Meter

Mit einem VU-Meter kann die Stärke eines Signals/die Höhe einer Eingangsspannung angezeigt werden. Schließt man das VU-Meter zum Beispiel an den Lautsprecherausgang einer Stereoanlage, so zeigen die LEDs die Lautstärke an. Man kann aber auch einfach eine Batterie an den Eingang schließen und überprüfen, ob diese noch genügend Spannung besitzt…

Erster Test mit einem Audiosignal/Lied:

11.) Alkoholtester

Hat ein Schüler einmal zu viele Rumkugeln verspeist, so kann man seinen Alkoholgehalt im Atem mit einem einfachen Alkoholtester überprüfen und ihn ggf. vom Unterricht ausschließen 😉

Herzstück der Schaltung ist ein billiger Gassensor. Dessen Ausgang steuert über ein Potentiometer ein VU-Meter mit LED-Reihe an. Das Potentiometer stellt man so ein, dass noch ohne Alkohol in der Luft die ersten beiden grünen LEDs leuchten. Ohne VU-Meter wird laut Schaltplan ein fixer 10 kOhm Widerstand verwendet und der Pin B am Sensor mit dem analogen input pin des Arduino verbunden.

Zum Testen habe ich keinen Rum für mich gekauft und mich im wahrsten Sinne des Wortes besoffen, sondern auf Brennspiritus zurück gegriffen. Das funktioniert mit dem Sensor auch sehr gut:

Ohne Alkohol:

Mit Alkohol:

Es werden auch kleine Module für einen sehr geringen Preis angeboten. Diese besitzen einen digitalen Ausgang (DOUT), dessen Schwelle man mit einem Potentiometer auf dem Board einstellt. Zudem haben sie noch einen analogen Ausgang (AOUT), den man z.B. direkt mit einem der analogen Eingänge eines Arduinos verbindet. Einen zusätzlichen externen 10 kΩ-Widerstand wie im Schaltplan weiter oben benötigt man dann nicht mehr.