1. Gelb-violett-grün = 4.700.000 (4,7 M), braun-schwarz-schwarz = 10 , orange-orange-rot = 3.300 (3,3 k)

2. Wenn du das ohmsche Gesetz umstellst, ergibt sich:

3. Die Sperrspannung ist unwichtig und sollte dich gemeinerweise nur verwirren. Du musst zuerst die Spannung ausrechnen, die am Widerstand abfallen soll. Dann kannst du diesen Wert zusammen mit dem Strom durch die LED benutzen, um den Widerstand zu berechnen. Dabei musst du darauf achten, alle Werte zuvor in die Grundeinheit umzurechnen.

4. Strom wird in Ampere gemessen.

5. Relais, Lautsprecher, Motor, Spule, Elektromagnet

6. Es handelt sich um eine Wechselschaltung. Diese Schaltung findest du vielleicht auch bei dir zu Hause im Flur. Egal, welchen Wechselschalter du umlegst, das Licht wird immer in den anderen Zustand geschaltet. Ist es gerade an, geht es aus; ist es aus, wird es eingeschaltet.

7. Der Merksatz lautet: »Tut der Pfeil der Basis weh, handelt’s sich um PNP«, und hilft zu unterscheiden, welches Schaltzeichen für einen PNP-Transistor benutzt wird.

   Schaltzeichen für PNP-Transistor

8. Eine Freilaufdiode wäre parallel zur Erregerspule des Relais sinnvoll. Wenn ein Relais abfällt (weil die steuernde Spannung an der Spule ausgeschaltet wird), neigt es zur Selbstinduktion. Diese kann Bauteile beschädigen, die im Stromkreis zusammen mit der Spule verbaut sind.

   Freilaufdiode parallel zur Erregerspule eines Relais

9. Es muss ein Wert im Messbereich für Gleichstrom ausgewählt werden (blau umrandet). Der Strom aus der Aufgabe beträgt 15 mA und ist damit kleiner als 200 mA (Pfeil), der als maximaler Messwertbereich eingestellt werden kann. 20 µA und 2 mA darfst du nicht wählen, weil diese Maximalwerte kleiner sind als der auftretende Strom und das Multimeter beschädigt werden kann. Du darfst auch den Bereich für 10 A einstellen, bekommst dann aber weniger genaue Ergebnisse. Bei den meisten Multimetern muss zudem das rote Messkabel umgesteckt werden.

1. Wenn deine Tabelle die gleichen Werte enthält, hast du alles richtig gemacht:

   Wert	umgerechnet in ...
   1,2 A	1.200 mA
   5,6 k	5.600
   120 mV	0,12 V
   4,7 M	4.700 k
   80 mA	0,08 A

2. R2 könnte auch dort sein, wo der grüne Widerstand eingezeichnet ist. Er darf aber nicht an der Stelle des roten liegen. Wenn du eine Standard-LED benutzt, dann passen die angegebenen Widerstandswerte. Bei geöffnetem Schalter fließt der Strom über die LED und durch den Widerstand R2, der somit auch als Vorwiderstand für die LED dient. Wird der Schalter geschlossen, fließt ein Strom durch R1 (der als Vorwiderstand für den Transistor dient) an die Basis des Transistors. Dadurch steuert der Transistor durch und seine CE-Strecke wird leitend. Damit schließt er die LED im Grunde kurz. Der Strom fließt von der Batterie über CE durch R2 und die LED erlischt. R2 begrenzt diesen Strom, da ohne R2 die Batterie kurzgeschlossen wäre. Deshalb darf R2 auch nicht an der roten Stelle liegen.

3. Die Schaltung macht genau das Gleiche wie die aus Aufgabe 2 und es handelt sich um einen Inverter. Der Unterschied ist, dass diesmal ein PNP-Transistor benutzt wurde. Dieser wird mit einer negativen Spannung geschaltet, weshalb die Batteriepole anders als sonst üblich angeschlossen wurden. Wieder dürfte der Vorwiderstand für die LED (hier: R1) an der grünen Position, nicht aber an den roten eingebaut werden.

   Inverter mit PNP-Transistor

4. Welche Werte du genau messen kannst, hängt vor allem von deiner Batterie ab. Die folgenden Werte sind idealisiert für eine volle Batterie. Du wirst aber hoffentlich ähnliche Werte gemessen haben. Zumindest die ungefähre Größenordnung sollte die gleiche sein. Wichtig bei der Aufgabe war, dass du wiederholt hast, wann du Strom und wann du Spannung misst und wie das Messgerät dazu angeschlossen sein muss. Die Abbildung zeigt noch mal, wie es aussehen würde, wenn du gleichzeitig alle sieben Messgeräte eingebaut hättest. Die Spannungen U_R1 und U_R2 müssen gleich sein, da bei einer Parallelschaltung die Spannung überall gleich ist. Du hättest also nur einen der beiden Werte messen müssen. Die Summe von I_R1 und I_R2 muss I_R3 ergeben, da bei einer Parallelschaltung sich die Ströme addieren und der Strom in einer Reihenschaltung (Ersatzwiderstand R_P und R3) überall gleich ist.

   Wenn du noch mal nachschauen willst, wie du das auch alles ausrechnen kannst, findest du bei den Fragen im Kapitel übers Löten eine passende Aufgabe.

   Messpunkt	ideale Werte
   UG	9,00 V
   UR1	2,42 V
   UR2	2,42 V
   UR3	6,58 V
   IR1	0,011 A (11 mA)
   IR2	0,003 A (3 mA)
   IR3	0,014 A (14 mA)

5. Der mittlere Anschluss eines dreipoligen Umschalters ist immer mit dem Kontakt verbunden, der an dem beweglichen Element liegt, das im Schaltbild durch einen schwarz ausgefüllten Punkt markiert ist. Die beiden äußeren Anschlüsse sind die dem gegenüberliegenden. Es ist dabei egal, um welchen der zwei es sich handelt. Somit ergibt sich:

   Schaltbild	echter Schalter
   1	A (oder C)
   2	C (oder A)
   3	B

6. Im Normalzustand ist das Relais abgefallen und dadurch der Schaltkreis mit der Lampe geschlossen, sodass diese leuchtet. Wird der Taster gedrückt, bekommt die Spule Spannung und zieht an, sodass der Umschalter betätigt wird und der Motor läuft.

1. Am Anfang ist der Elko entladen und weist einen sehr kleinen Innenwiderstand auf, sodass ein großer Strom durch ihn fließen kann; fast so, als wäre die LED mit ihrem Vorwiderstand direkt an die Batterie angeschlossen. Sobald der Kondensator aufgeladen ist, stellt er dem Gleichstrom einen unendlich großen Widerstand entgegen, so als wäre die Schaltung an dieser Stelle unterbrochen. Jetzt kann der Strom nur noch über R2 und D2 fließen und in R2 addiert sich R1 zum Reihengesamtwiderstand.

2. Weil beide Rs und Cs gleich sind, kann man die Formel etwas vereinfachen. Hast du auch so gerechnet?

3. Es ist nicht wichtig. Allerdings gibt es große Kapazitäten oft nur als gepolte Elektrolyt- oder Tantalkondensatoren.

4. »Elko« ist die umgangssprachliche Kurzform für Elektrolytkondensator und »Kerko« steht für Keramikkondensator.

5. Die Spannungsfestigkeit ist wichtig. Sie muss größer als die maximal auftretende Spannung sein.

Am Gerät muss ein Spannungswert pro Teilstrich eingestellt sein, der geeignet ist, dass die ca. 9 V auf die Anzeige passen. 2 V/Div dürfte zu klein sein. Als Ergebnis deiner Messung siehst du einen waagerechten Strich. Da sich die Spannung nicht ändert, verändert sich die Höhe des Strichs nicht. An der senkrechten Skala kannst du die Spannung ablesen.

1. Für bleifreies Lötzinn werden etwa 350 °C und für bleifreies ca. 300 °C eingestellt.

2. Zum (gelegentlichen) Reinigen der Lötspitze.

3. Der Schwamm sollte feucht, aber nicht triefend nass sein. Trocken darf er nicht benutzt werden.

4. Eine Schutzbrille und Einweghandschuhe sind Pflicht. Schmutzkleidung ist zusätzlich sinnvoll.

5. Die Flasche darf nicht fest verschlossen werden. Auch bei der Lagerung bildet sich Gas, das austreten können muss.

6. Natriumpersulfat (wird auch Feinätzkristall genannt).

7. Die Notrufnummer lautet 112 und ist von jedem Telefon (auch Handy) kostenlos erreichbar.

1. Die Ausrichtung der LED kannst du an der abgeflachten Seite (links) und der großen Kathodenfläche im Inneren erkennen. Die beiden Füße sollen verbunden sein. Der abstehende Arm (ohne Stab) hat elektrisch keine Bedeutung, da sein eines Ende nicht angeschlossen ist.

   Ein paar Orientierungspunkte, damit du diese im Schaltplan wiederfindest

   Die Batterie ist auf dem Foto nicht abgebildet, weshalb du sie nicht hättest zeichnen müssen. Ihre notwendige Polung ergibt sich aber aus der Durchlassrichtung für die LED. Natürlich hättest du die Widerstände auch anders durchnummerieren können.

2. Das ist jetzt ganz schön aufwendig. Zuerst werden die Widerstände in Reihe zu einem Ersatzwiderstand zusammengefasst, dann die parallelen und dann wird der Gesamtwiderstand berechnet:

3. Der Strom ist überall in der Reihenschaltung gleich und wird durch die Diode bestimmt:

4. In der Parallelschaltung fließt der gleiche Strom durch den Ersatzwiderstand R₄₅. Damit können die Spannungen berechnet werden:

5. In der Parallelschaltung liegt an beiden einzelnen Widerständen die gleiche Spannung U_R45. Damit kann dann der Strom berechnet werden:

6. Weil die Widerstände gleich groß sind, teilt sich der Strom logischerweise zu gleichen Teilen auf. Der Gesamtstrom des Ersatzwiderstandes muss natürlich genau so groß sein wie der Strom, der in der restlichen Schaltung fließt, und wie er von der Diode bestimmt wird.

7. An der LED fallen laut Aufgabenstellung 2,2 V ab. So kann die erforderliche Batteriespannung errechnet werden:

8. Alternativ hätte auch mit den Widerstandswerten und dem Strom gerechnet werden können:

9. Dies ist aber nur die Spannung, die an den Widerständen abfällt. Deshalb muss für die notwendige Batteriespannung noch die Spannung der Diode addiert werden, sodass das gleiche Ergebnis herauskommt:

   Das war’s. Hoffentlich wurde nichts vergessen. Wer hätte gedacht, dass so ein langweiliger Schaltplan auch eine lustige Figur symbolisieren kann? Wie sieht deine Hundefigur aus Aufgabe 4 aus?

10. Es gibt viele Möglichkeiten, wie ein Platinenlayout aussehen kann. Hier ein Vorschlag:

11. Der Entwurf wurde mit einem speziellen Layoutprogramm erstellt. Die sich beim astabilen Multivibrator kreuzenden zwei Leitungen dürfen sich auf der Platine nicht berühren. Deshalb wurde wieder der Kniff angewendet, eine Leiterbahn unterhalb anderer Bauteile (in dem Fall R2, R3 und R4) zu verlegen. Ob die Leiterbahn dann an der Lötfläche von R2 oder der Minusseite von C1 anstößt, ist elektrisch betrachtet egal. Wenn du es gleich ätzen willst, denke daran, die Vorlage seitenverkehrt auf die Platine zu übertragen.

1. Der Wert entspricht der Z-Spannung. An der Diode fallen 8,2 V ab.

2. Breakdown voltage.

3. Dafür musst du nach einem Datenblatt im Internet suchen. Dort findest du die Angabe 6,2 V. Die Typenbezeichnung lässt keinen direkten Rückschluss zu.

4. Am Ausgang liegen 9 V an.

5. Ohne Blick ins Datenblatt solltest du davon ausgehen, dass die Eingangsspannung 2,5 V höher als die Ausgangsspannung von 12 V sein muss. Also mindestens 14,5 V.

6. Die Ausgangsspannung sollte nicht an eine Schaltung angeschlossen sein, damit Spannungsschwankungen beim Einschalten nicht den Aufbau beschädigen.

7. Eine LED ist kein ohmscher Widerstand. Mehrere LEDs parallel geschaltet benötigen in etwa nur so viel Strom wie eine LED: ca. 25 mA.

8. Weil ein Widerstand nur 0,25 W Leistung verkraftet. Die Schaltung aber deutlich mehr Leistung erfordert, wie die noch folgende Rechnung zeigen wird. Ein Widerstand alleine würde sehr heiß werden. So teilt sich die Last wenigstens auf zwei Widerstände, was auch noch nicht optimal ist, aber für das Experiment ausreicht.

1. Die Berechnungen sollten dir altem Hasen keine Probleme bereiten:

2. Du wirst vermutlich keine Änderung messen können. Wie schon erwähnt, kann ein Festspannungsregler auch notfalls ohne Kondensatoren arbeiten. Selber messen ist besser, als blind zu vertrauen. Besser, man hat sie aber verbaut.

3. Als Erstes brauchst du wieder ein Datenblatt aus dem Internet. Darin findest du dann die notwendigen Parameter und kannst losrechnen. Wir gehen sicherheitshalber auch wieder von einer Umgebungstemperatur von 50 °C aus und dass wir die maximal erlaubte Temperatur um 50 °C unterschreiten wollen. Die Leistungsaufnahme der Schaltung wird berechnet und welche Leistung der Baustein ohne Kühlung verkraftet. Weil dies weniger ist, als wir brauchen, muss ein Kühlkörper her, der einen thermischen Widerstand von 4,6 °C/W oder geringer aufweisen muss.

   Symbol	Parameter	Wert
   TOP TJmax	Temperatur: Operation (Betrieb) Junction (Befestigung/Kühlfahne)	0 ... 125 °C
   RthJC	Thermischer Widerstand Junction-Case (Befestigung zu Gehäuse)	5 °C/W
   RthJA	Thermischer Widerstand Junction-Ambient (Befestigung-Umgebung)	65 °C/W
   TA	Temperatur Umgebung (Ambient), steht nicht im Datenblatt	50 °C

1. Die 4000er-CMOS kannst du bei unserer üblichen Batteriespannung von 9 V betreiben. Die 74er nur bei 5 V. Tatsächlich gibt es noch weitere erlaubte Spannungen, die du im jeweiligen Datenblatt findest. Während die 4000er auch 12 V und mehr abkönnen, sind die 74er eher empfindlich und sind nur für kleinere Spannungen geeignet.

2. Die allermeisten ICs benötigen eine Betriebsspannung. Diese wird an den Anschlüssen VCC und GND zugeführt. Weil das allgemein bekannt sein soll, werden diese Anschlüsse oft nicht im Schaltplan eingezeichnet, ohne funktioniert es aber nicht.

3. Mit Pinout ist die Anschlussbelegung eines ICs gemeint, also welcher Pin welche Funktion hat. Die Anschlüsse (Pins) im Schaltplan werden oft anders angeordnet, als sie am echten IC angeordnet sind, um den Plan übersichtlicher zeichnen zu können.

4. Drei Widerstände sind gleichzeitig messbar: Von einem Ende der Schleifbahn zum anderen misst du den Gesamtwiderstand des Potis, der auch auf dem Poti angegeben ist. Zwischen dem einen Ende und dem Mittelabnehmer ergibt sich der zweite Widerstandswert je nach Schleiferstellung. Zwischen dem anderen Ende der Bahn und wieder dem Mittelabnehmer ergibt sich der dritte Widerstand. Diese beiden Widerstände ergeben in der Summe den Gesamtwiderstand.

5. Die Negationsstrich bedeutet, dass ein Eingang Low-Aktiv ist, also bei Verbindung mit dem Minuspol seine Aktion ausführt. Bei Ausgängen wird er genutzt, um anzuzeigen, dass dieser Ausgang einen Wert negiert (invertiert) darstellt.

6. Beide Eingänge High sind nicht definiert, weil das RS-Flip-Flop dann nicht weiß, was es machen soll. Bei manchen Flip-Flops wird aber trotzdem ein definierter Zustand eingenommen.

7. Ein prellender Taster erzeugt mehrere Impulse, wenn er betätigt wird.

8. Das Dualsystem oder Binärsystem kennt nur zwei Zustände, die üblicherweise mit 0 und 1 oder High und Low bezeichnet werden.

1. Der Eingang dient dazu, die angeschlossene Anzeige zu testen. Alle LED-Segmente werden eingeschaltet, egal wie der Zählerstand lautet.

2. Der Pull-Up-Widerstand sorgt dafür, dass der Signaleingang auf High liegt, wenn der Taster geöffnet ist. Das ist notwendig, weil das Set-Signal über den invertierenden Eingang des integrierten Komparators geführt wird. Um zu verdeutlichen, dass der Set-Eingang mit einer negativen Flanke geschaltet wird, steht auch »S1« anstatt »1S« im Schaltsymbol für das Flip-Flop.

• Bei der Reihenschaltung von Kondensatoren ist die Gesamtkapazität kleiner als die kleinste Einzelkapazität.

• Bei der Parallelschaltung von Kondensatoren addieren sich die Kapazitäten.

• Ein Kondensator ist nach der Zeit T_1/2 zu 50 %, nach zu 63 % und nach 5 x zu 99 % geladen.