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Der Widerstand: Wer braucht „dicke Dinger“?

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Artikelfoto Widerstand - www.michael-floessel.deIch schreibe diesen Artikel vornehmlich wieder für all jene Elektronikbegeisterte, die gerne mit diesem Hobby ihre Freizeit verbringen. Die gerne löten und sich an kleinen Schaltungen erfreuen, welche man eben im eigenen Hobbykeller realisieren kann. Soweit möglich, umgehe ich die tiefe Theorie der Physik. Es geht mir, wie oft, eher darum, etwas Transparenz zu schaffen. Na, zumindest einen kleinen Teil dazu beizutragen ;-)

Ehrlich ist es doch auch so: Um eine LED leuchten zu lassen, muss nicht unbedingt ein Elektronenmodell bemüht werden. Kann man machen, muss man aber nicht. Umgekehrt ist es aber leider auch so, dass ständiges „Try & Error“ eher frustrierend und unter Umständen auch gefährlich ist. Meist kommt man über einen gewissen Grad an Zufallserfolgen nicht hinaus.

Ist auch ziemlich egal, ich schreib‘ das jetzt hier mal auf. Auslöser für den Gedanken diesen Blogpost nun zu tippen, sind mal wieder die Frage- und Kritikmails. Um genau zu sein, eine bestimmte.

Über die Weihnachtstage habe ich erneut die elektrische Post etwas sortiert und bemerkt, dass neben den Leuchtdioden, auch die Widerstände mit einigen Fehleinschätzungen verwendet werden. Im Gegensatz zur LED, quittiert ein Widerstand nicht gleich den Dienst bei fehlerhaftem Einsatz, weshalb falsche Anwendungen oder Dimensionierungen oft unbemerkt bleiben. Die Ausnahme bildet natürlich eine extreme Überlastung, dann haben auch diese Bauelemente keine Chance :-) Die lange Vorgeschichte schreibe ich jetzt übrigens nur, weil ich natürlich wieder die, sicherlich manchmal angebrachten aber zum Artikelumfang unpassenden, Bemerkungen in der Art von „…wer das nicht weiß, sollte die Finger von der Elektronik lassen“ vor mir sehe. Ihr versteht vielleicht, was ich meine…

Leider sind viele Fehlinformationen sehr tief verankert, wie ich mit dem folgendem Beispiel mal anführen möchte.

KFZ Buchse mit USB-AdapterDas Ding mit der Dimensionierung

 

Der Beginn eines längeren Nachrichtenaustausches, war in etwa der folgende Satz: „… da ja die Batterie im Auto so viele Ampere hat, muss ein Widerstand rein, der eben auch sehr groß sein dürfte.“

Planerisch war vom Schreiber der permanente Anschluss eines USB-Ladeadapters beabsichtigt der, parallel zum Zigarettenanzünder, fest angeschlossen werden sollte. Als sozusagen „Spannungsreglung“, hatte der Schreiber einen Hochlastwiderstand in Reihe zum Ladeadapter vorgesehen. Weil die zu ladenden Geräte keine 46 Ampere benötigen und seine Batterie ja immer soviel Power bringt, muss man wohl was gegen den Strom unternehmen. Kern der Frage war eine Bezugsquelle für entsprechende, in den Abmessungen kleine, Hochlastwiderstände. Besser mit noch mehr Power, eben wegen der vielen Ampere. Das der wohl bereits vorhandene Ladeadapter schon alles notwendige mitbringt, ging zunächst völlig unter.

Der Schreiber hatte schon in diversen (Facebook?) Gruppen gefragt, war aber mit den Antworten nicht einverstanden. Ich kann mir natürlich gut vorstellen, was da los war.

Die Fehleinschätzung, dass eine Autobatterie zu viel Strom für orgnungsgemäß betriebene und dafür vorgesehene Geräte liefert, ließ sich noch gut mit Erklärungen korrigieren. Das aber grundsätzlich nicht die Belastungsfähigkeit einzelner Bauteile, der Leitsungsfähigkeit der Stromquelle überlegen sein muss, wollte er mir nicht glauben.

Lediglich die Erkenntnis, dass ja der Ladeadapter schon die Wandlung von 12V zu 5V vornimmt, leuchtete ein. Ebenso der Umstand, dass es doch ein wenig anderer Technik bedarf, wenn die bekannten Adapter größenmäßig durchaus in die geschlossene Faust passen. Pure Widerstände können das nicht sein.

Der Gedankenfehler lag eher bei der Tatsache, dass das Teil eben nicht an der Steckbuchse des Autos, sonder fest verdrahtet montiert werden sollte. Irgendwie war da wohl etwas Verwirrung über die Regelelekronik entstanden. Prinzipiell kam der Fehler eben daher, dass er eigentlich nicht über einen Laderegler, sondern über einen Vorwiderstand nachgegrübelt hat, die von ihm gefundenen Bauteile aber bestenfalls zum Maschinenraum der Titanic gepasst hätten. Da lief dann alles irgendwann durcheinander. Im Grunde sollte eigentlich nur das besagte Ladegerät aus dem Gehäuse entfernt und irgendwo im Fahrzeug montiert werden. Die Diskussion zog sich allerdings über einige Tage hin, immer wieder endete alles mit Fragen zum Vorwiderstand.

Klar, wenn die Grundvoraussetzungen falsch interpretiert werden, kann man sogar mit unpassenden Zahlen zu überprüfbaren Rechenergebnissen kommen.

In der Rechnung des Schreibers, liefert eben die Batterie besagte 46 Ampere bei 12 Volt. USB-Schnittstellen in solchen Ladeadaptern stellen 5V zur Verfügung, sein Adapter maximal 2 Ampere pro Port, 2 Ports besitzt das Teil. Er ging nun von folgendem aus:

12V – 5V = 7V, die zuviel sind. Die Batterie bringt 46 Ampere, bleiben abzüglich der 2 x 2 Ampere für die beiden Ladebuchsen 42 Ampere übrig. U * I = P soll also konkret bedeuten: 7V  * 42 A = 294 Watt. Tja, und er suchte eben Widerstände, die das „verpacken“. Uff! Am Ende ist das Projekt übrigens gescheitert, die eckigen Löcher für die USB-Buchsen waren wohl doch die ärgste Hürde, nun gut.

Um die Sache abzurunden noch eine kleine Erläuterung, wo welcher Wert bei solchen Berechnungen hingehört. Der Stom muss dem entsprechen, was im Maximalfall fließen kann. Daneben ist entscheidend, welche Spannung dann real am Widerstand abfällt.

Einfache LED Schaltung mit VorwiderstandBeispiel:

Eine klassische grüne LED, max. 20mA

Spannung an der LED = 2V

Speisespannung 12V

Spannungsabfall am Vorwiderstand dann folgerichtig 10V

Bei U * I = P, sind dies dann 10V x 0,02A = 0,2W = 200mW. Der klassische 1/4 Watt Widerstand, würde bestens passen. Man muss eben das in die Berechnung einbeziehen, was auch real ist.

Würde der Vorwiderstand so gewählt, dass nur 10mA fließen, wäre auch die Leistung halbiert, welche in dem Widerstand in Wärme umgesetzt wird. Dann sind es eben nur noch 100mW, die das Bauteil an Belastung ertragen muss. Völlig unabhängig davon, ob die Batterie oder das Netzteil nun 1 oder 10 Ampere liefern könnten.

Es käme ja auch niemand auf die Idee, Widerstände in die Zuleitungen zum Fernseher zu installieren, nur weil der Power auf der Leitung, auch für die Waschmaschine ausreicht, oder?

Ich habe schon des öfteren ausführlichere Hinweise zur Berechnung von Bauteilen hier veröffentlicht, zum Abschluss eine kleine Liste, bzw. die Links dazu:

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 1

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 2

Lampen, LEDs, Helligkeit, Poti, Trimmer…

Berechnung des Stromverbrauchs mal zerlegt

Eselsbrücke: Farbcodes auf Widerständen

 

 

 

Elektronik – Der Widerstand – Der Kurzschluss

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Ich muss mal ein paar Worte zum Thema „Kurzschluss“ in Text fassen.

Gerade zu meinen Beiträgen über die Vorwiderstände von Leuchtdioden und NPN-Transistoren, werden gerne mal Anfragen gesendet, welche im Kern Missverständnisse bei der Verwendung von Widerständen im Allgemeinen deutlich machen. Oft fehlt auch einfach das Gefühl dafür, in welchen Bereichen der elektrischen Werte man sich bewegt. Sehr oft wird mir pauschal für Probleme der Begriff „Kurzschluss“ entgegengeworfen, da muss man aber gelegentlich etwas differenzierter herangehen.

Konkret ging es in einer Mail um einen Kurzschluss, der immer dann aufgetreten ist, wenn ein Mikrocontroller einen bestimmten Teil einer Schaltung gestartet hat. Der betroffene Part der Steuerung sollte über einen PIC-Controller mehrere Spulen einer Carsystemsteuerung einschalten, dabei brach augenscheinlich die Spannung zusammen, der Controller hat einen Reset durchgeführt und das Spiel begann von vorne. Es wurden Spulen getauscht, Transistoren gewechselt, neue Controller verbaut – keine Besserung. Irgendwann hat der Betreffende mich dann angeschrieben und gefragt, ob ich da helfen könnte. Grundtenor war jedesmal „Beim Einschalten gibt’s immer Kurzschluss…!“.

Später hat sich herausgestellt, dass nicht die Schaltung den Fehler produziert hat, lediglich das Labornetzteil hat sich bei Strömen über 1 Ampere abgeschaltet, was irrtümlich als Kurzschluss gewertet wurde.Leider wurden keine Messungen durchgeführt, eher so eine „Bauteiltausch auf Verdacht“ – Diagnose, die „Try & Error“-Fehlersuche führt aber doch oft zu falschen Rückschlüssen.Mit gezielten Messungen und ein paar Modifikationen haben wir das dann in den Griff bekommen.

Wie auch immer, ein plötzlich auftretender höherer Stromfluss muss nicht immer ein Kurzschluss sein. Im vorliegenden Fall war es völlig ausreichend, die Spulen mit 27 Ohm Vorwiderständen zu versehen und um einige Millisekunden versetzt einzuschalten.,

Es kommt oft einfach auf den Strom an, der zum Zeitpunkt der maximalen Belastung fließen kann und da spielen ja gerne mal Widerstandswerte eine Rolle,

Sind 10 Ohm als Vorwiderstand bei gängigen Versorgungsspannungen von 5V oder 12V für eine LED viel zu wenig, ist dies beim Widerstand von z. B. Glühlampen im Modellbau durchaus ein realer oder sogar hoher Wert. Zusätzlich gibt es oft Verwirrung bei der Einschätzung der Leistungsfähigkeit und des Leistungsbedarfs von verwendeten Netzteilen, gerne auch am und mit dem PC, für ein Labornetzteil bzw. die Stromversorgung im Hobbykeller gilt das natürlich ebenso. Es kommt eben immer darauf an, welche Komponenten ich zu welchem Zweck kombiniere.

Die Berechnung von Widerständen an sich habe ich hier schon erwähnt, vielleicht einfach mal „drüberlesen“… ;-)

Decoder einer Modellbahnlokomotive. Hier war kein kompletter Kurzschluss aufgetreten, der maximale Strom war aber über einen längeren Zeitraum knapp unter dem Limit der Sicherung.

Der Kurzschluss

Nun werfe ich also mal einen Blick auf den Begriff „Kurzschluss“. Was passiert hier?

Mal angenommen, im klassischen Fall einer (2 x 1,5V = 3V) Batterie in einer Taschenlampe ist etwas defekt und ein Stückchen Metall verbindet Plus und Minus der in Reihe geschalteten Batterien direkt.. In diesem Fall wird die Lampe mit ziemlicher Sicherheit dunkel bleiben, obwohl ein Strom fließt bzw. sie eingeschaltet ist.

Warum ist das nun so?

Die Leistungsfähigkeit der Batterie ist begrenzt. Fließt nun durch die Überbrückung der höchstmögliche Strom, können die Batterien die 3V nicht mehr zur Verfügung stellen, die Spannung bricht zusammen. Technisch gesehen hat man der LED oder dem Lämpchen in der Taschenlampe einen sehr niedrigen Widerstand parallel geschaltet, eben das Stück Metall, was den in diesem Fall echten Kurzschluss verursacht. So ein Fitzelchen Blech oder ein verirrtes Stück Kabel hat einen Widerstand von wenigen Milliohm, die Batterie wird überlastet, sie kann ihre Nennspannung von 1,5V pro Zelle einfach nicht mehr liefern.

Hätte man nun eine Stromversorgung, die genügend Leistung bietet, um die 3V aufrecht zu erhalten, würde trotz der fehlerhaften Verbindung, welche den Kurzschluss darstellt, auch die Lampe leuchten. Dummerweise würde man also zunächst keine Fehlfunktion bemerken, die Lampe funktioniert ja. Durch den extremen Stromfluss, bedingt durch den immer noch vorhandenen niedrigen Widerstand an der Fehlerstelle, wird sich diese Stelle aber in kurzer Zeit sehr stark erhitzen, hier wird der elektrische Strom einfach völlig nutzlos in Wärme umgewandelt. Irgendwann passiert dann irgendetwas. Vielleicht verkokelt die ganze Lampe oder die schwächste Stelle in der Kette der elektrisch verbundenen Bauteile gibt auf, wahrscheinlich irgend ein kleines Stückchen dünne Leitung..

Im Idealfall existiert in einem elektrischen Gerät eine Sicherung, die immer dann den Stromkreis öffnet, wenn irgendwo in der Schaltung ein Umstand auftritt, der ein ungewöhnliches Verhalten verursacht. In den meisten Fällen einen zu hohen Stromfluss. Hier würde die Sicherung ansprechen, was bei simplen Lämpchen aber, mangels Beuteil, eher nicht zu erwarten ist. Unter Umständen lohnt es sich vielleicht, bei kleineren Geräten über einen Polyswitch als rückstellende Sicherung nachzudenken ;-)

In der umgekehrten Situation kann es aber auch durchaus Kurzschlüsse geben, die nicht sofort bemerkt werden. Gerade bei durchgescheuerten Leitungen oder in schmutzigen Umgebungen sind die leitenden Materialien nicht immer metallisch blank. Hier berühren sich zwar die Leiter, durch Schmutz oder auch Oxydation ist aber ein unberechenbarer Widerstand entstanden, welcher das eigentliche Gerät an sich problemlos funktionieren lässt, trotz allem aber ein Kurzschluss vorhanden ist. Meist bemerkt man eher einen bedenklichen Geruch, kann aber bis zum Totalausfall (gerne auch auftretendem Rauch) nichts feststellen.Im Prinzip ist hier der Kurzschluss eben nicht um 0 Ohm herum zu suchen, er liegt irgendwo in einem kritischen Bereich, welcher aber die hoffentlich vorhandenen Sicherungsmaßnahmen nicht auslösen lässt. Im Zweifel kann hier eine Messung der Stromaufnahme helfen, sollte der Verdacht eines Fehlers vorhanden sein.

Lange Rede, kurzer Sinn: Nicht jeder Fehler ist ein Kurzschluss, nicht jeder Kurzschluss führt zum Fehlverhalten :-)

 

 

 

 

Lampen, LEDs, Helligkeit, Poti, Trimmer…

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MFB-Poti-SammlungStell mich ein!

Mit einer gewissen Regelmäßigkeit bekomme ich Mails, in denen über Probleme bei der Einstellung der Helligkeit von LEDs und Glühlampen im Bereich Modellbahn berichtet wird.

In fast allen Fällen liegt die Ursache beim Anschluss des einstellbaren Widerstandes, der fast ausschließlich von den Fragestellern in solchen Anwendungsfällen benutzt wird.

Natürlich gibt es auch ‚edlere‘ Lösungen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die Frage ist eben, ob ein solcher Aufwand lohnt, um einen Wagen oder eine Lok oder sonst was zu beleuchten.

Die typischen Fragen:

Auf Platz 1:

Wenn ich die Helligkeit voll aufdrehe, werden die Leuchtdioden zerstört.

Auf Platz 2:

Mir brennt oft das Poti durch.

Auf Platz 3:

Immer noch zu hell.

Kurz zum Thema durchgebrannte LED:

Sie wird zerstört, weil einfach zu viel Strom geflossen ist. Ich habe an anderer Stelle schon etwas dazu geschrieben und verweise, der Vollständigkeit halber, noch einmal auf den Beitrag. Diese Grundregeln gelten natürlich auch dann, wenn der Widerstand veränderlich ist.

Dies & Das

Zuerst einige Informationen zum Aufbau gängiger Potis bzw. Trimmer.

Nebenbei ist in oder bei der Funktion eigentlich kein Unterschied, es sind eben einstellbare Widerstände. Geläufig ist die Bezeichnung Poti, wenn der Benutzer ständig Zugriff auf das Bauteil besitzt (z. B. mit einer Achse und Bedienknopf) oder einmalig justiert wird und anschließend in dieser Position verbleibt, hier spricht man vom Trimmer.

Es gibt neben der Belastbarkeit und den verwendeten Materialien noch die Charakteristik als Unterscheidungsmerkmal. In der Linearversion (lin,B) ist der Einstellwert gleichmäßig linear über die Schleiffläche verteilt, die lograrithmische (log,A) Variante stellt die Aufteilung eben logarithmisch (welch Wunder :mrgreen: ) zur Verfügung.

trimmer

Das Foto zeigt einen Trimmer in klassischer Bauform.

Hat er beispielsweise einen Wert von 1000 Ohm, sind diese fest zwischen den Beinen „A“ und „C“ zu messen. Dieser Wert wird sich nicht ändern, wenn der Einstellschlitz in der Mitte verdreht wird.

 

Anders sieht dies beim Anschluss „B“ aus. An ihm ist der Schleifer herausgeführt, der mechanisch verschiedene Positionen auf dem Festwiderstand abgreift. Steht der Regler in der Mitte, wird man also rund 500 Ohm zwischen den Punkten „A“/“B“ und auch „B“/“C“ messen.

Verstellt man nun den Winkel mehr in die eine oder andere Richtung, entstehen unterschiedliche Werte. Da sich die 1000 Ohm an sich nicht ändern, wird der Wert sich immer so ändern, dass in der Summe eben diese 1000 Ohm erscheinen. Weiter in Richtung „A“ gedreht, wird der Widerstand zwischen „A“ / „B“ kleiner, zeitgleich „B“/“C“ größer, umgekehrt in der Gegenrichtung.

 

trimmer-schemaIn der schematischen Darstellung lässt sich das Verhalten recht gut erkennen. So wird natürlich auch klar, dass es bei maximaler Einstellung in die ‚falsche‘ Richtung möglich ist, einen Widerstand von annähernd 0 Ohm zu erzeugen, der Schleifer liegt direkt am Einspeisepunkt und die Wirkung ist die gleiche, als hätte man einen einfachen Draht verwendet.

Wird also der Trimmer als Vorwiderstand einer LED genutzt, ist in diesem Fall die Leuchtdiode unter Umständen direkt mit der Versorgungsspannung verbunden – sie wird zerstört. Natürlich kann dies auch passieren, wenn der Wert einfach zu gering eingestellt ist, der Strom zum Leuchtmittel ist zu hoch. Im ungünstigsten Fall kann auch der einstellbare Widerstand gleich mit ruiniert werden.

Ist der nun fließende Strom aus irgendeinem Grund sehr hoch, kann der Übergangspunkt Schleifer/Widerstandsbahn nicht mehr standhalten und wird, zumindest an dieser Stelle, zerstört. Hat es den Schleifer erwischt, kann er nicht mehr vernünftig über die Bahn gleiten und eine sensible Justierung wird nahezu unmöglich.

Womit auch gleich der zweite Punkt zu nennen ist, der den Trimmer killen kann, die maximale Belastung.

Jetzt kann man fragen, wie man mit den paar Lämpchen ein doch recht solides Bauteil wie einen Widerstand kaputt bekommen soll. Nun ja, die Menge macht’s!

Der geschilderte Vorgang ist zwar eher nicht die Regel, kann aber doch vorkommen wie ich sehe. Beschrieben wurde ein Waggon, welcher mit Stromabnahme von den Gleisen versehen ist, welcher auch gleich den Rest des Zuges (also die Wagenbeleuchtung) mit Strom versorgt. Leider konnte nicht mehr sicher geklärt werden, auf welche Weise alles miteinander verschaltet war. Wahrscheinlich waren aber nur der Schleifabgriff und einer der Festanschlüsse eines 470 Ohm Trimmers angeschlossen, also ein einstellbarer Vorwiderstand von 0-470 Ohm.

In den insg. 4 Waggons saßen allerdings keine Leuchtdioden, sondern jeweils 4 Stück der altbekannten Glühlämpchen. Jede dieser Lampen hat wohl eine Stromaufnahme von rund 60 mA. 4 x 4 Lampen x 60 mA = 960 mA Maximalstromaufnahme. OK, der Strom sinkt, wenn der Widerstand steigt, leider liegen keine Messwerte vor. Aber wenn man einmal davon ausgeht, dass bei einem Spannungsabfall am Trimmer von geschätzt 3V und einem Strom von überschlagen 600 mA immer noch eine Leistung von rund 1,8 W  in Wärme umgesetzt werden will, ist das für einen gängigen Trimmer auf Dauer einfach zu viel. Selbst wenn jeder Wagen einen eigenen Einstellwiderstand hätte, kommt doch einiges Zusammen.

Fazit: Auch Kleinvieh macht Mist ;-)

Mit LEDs wäre die Gefahr zwar kleiner, aber immer noch gegeben. Gerade wenn aus Miniaturisierungsgründen SMD-Trimmer genutzt werden, würde ich nicht von 0,5 W Belastbarkeit ausgehen. Bei einer Spannung von 15V DC auf dem Gleis und rund 3V LED Spannung, müssen am Trimmer  12V abfallen. Angenommen durch die Einstellung fließen noch 10 mA/LED, sind das 40 mA x 12V = 480 mW Leistung bei Parallelschaltund der Leuchtdioden und diese dann in Reihe zum Einstellwiderstand. Hat man nun einen 1/4 Watt SMD Trimmer, also max. 250mW, kann man sich leicht ausrechnen, das dies schiefgehen wird. Wahrscheinlich nicht sofort, aber irgendwann…

Zu helles Licht in den Häusern und Wagen…

Tja, die modernen Leuchtdioden… :-D In den meisten Fällen hatten die Schreiber der Mailbeiträge Vorwiderstände um etwa 1 kOhm vor ihren LEDs. Überschlagen sind dies bei 15V auf dem Gleis rund 12 mA, die durch die LED fließen. Bei den aktuellen LED-Typen reicht allerdings ein Bruchteil davon völlig aus. Ich würde, auch im Hinblick auf die Belastung, immer generell einen 2,2 kOhm Widerstand in Reihe zu JEDER LED schalten, dies sorgt auf jeden Fall dafür, dass auch bei voller Spannung keine Zerstörung erfolgen kann. Diese ‚LED+Widerstand‘-Schaltung(en) dann parallel schalten und anschließend in Reihe an einen 10 kOhm Trimmer gelegt, sollten einen brauchbaren Einstellbereich bieten. Noch günstiger ist es, mehrere LEDs in Reihe zu schalten, so wird der Spannungsabfall am Poti reduziert, eine reine Rechengeschichte ;-)

So, dieses zu vielen Worten um ein einfaches Bauteil :-) Ich weiß, dass einige Beispiele am Maximum gewählt sind. Die an mich herangetragenen Nachrichten zeigen mir aber, dass so etwas durchaus vorkommt. Immerhin ist z. B. das ‚Modellbahnen‘ für die meisten Menschen eine Freizeitbeschäftiigung, keine Wissenschaft, dennoch aber sehr stark mit der Elektronik verbunden. Niemand kann aber von jedem Modellbahner verlangen, dass er sämtliche Schaltungskniffe und Bauteile kennt, weil er eben dieses Hobby hat. Nebenbei habe ich für den Interessierten hier noch einige Tipps zum Umgang mit Leuchtdioden.

 

 

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 1

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IRUStrom, Spannung und Namen

Bei relativ vielen Anfragen die ich bekomme, werden die Begriffe Strom und Spannung bunt durcheinander gemischt. Nebenbei, in Radio + TV kommt das auch gern‘ vor :-D

Jedenfalls ist es sinnvoll, diese Begriffe richtig einzuordnen. Wenn man selber etwas elektronisches aufbauen möchte und dazu vielleicht auch eine kleinere Berechnung nötig ist, kommt man um ein sauberes trennen der Begriffe nicht herum. Es ist nicht möglich einen Vorwiderstand zu berechnen, wenn der Unterschied zwischen Strom, Spannung und Widerstand nicht klar ist.

In einer der letzten Emails stand z.B. in etwa das folgende:

‚In meiner Platine fließen 12 Volt bei 2 Ampere‘.

Laut mitgesendetem Stromlaufplan war es ein mit dem NE555 aufgebautes Lauflicht. 3x NE 555 mit jeweils 2 LEDs parallel, einfach Schaltung für Schaltung hintereinander geschaltet, kaskadierbar. Kann man so machen, sollte auch funktionieren, braucht aber niemals 2 Ampere, jedenfalls nicht, wenn alles richtig aufgebaut ist. Gemeint war, wie so oft, es stehen 2 A zur Versorgung zur Verfügung. Deswegen benötigt die Schaltung diese aber nicht. Man KANN dann die Stromversorgung bis zu 2 Ampere belasten, das heißt nicht, dass die Elektronik diese auch braucht. Gilt übrigens auch für PC-Netzteile! Ein 400W Netzteil KANN diese Leistung bringen, muss aber nicht. Braucht der PC weniger Strom, wird auch das Netzteil nur das liefern, was benötigt wird.

Jedenfalls ist es dann auch per Ferndiagnose via Email schwierig, den richtigen Faden zu finden. Wenn 2 LEDs 2 Ampere ziehen (mehr als 2 sind nie gleichzeitig in der Schaltung aktiv), denke ich zuerst an Kurzschluss oder ähnliches. War da aber nicht der Fall, es waren einfach falsch verbaute LEDs.

Ich versuche, URI mal aufzudröseln:

  • Die Spannung ist das, was in einer Schaltung zwischen 2 Punkten zur Verfügung steht. Die Betriebsspannung z.B. liegt nach dem Einschalten an. Dort, wo sie in die Schaltung eingespeist wird. Egal, ob schon ein Strom fließt oder nicht. Sie wird in Volt angegeben, in den Formeln kurz ‚U‘.
  • Der Strom fließt innerhalb einer Schaltung. Er kann niemals fließen, wenn kein geschlossener Stromkreis zur Verfügung steht. Würde man z. B. die Leiterbahn unterbrechen, die von den Klemmen der Stromversorgung zur eigentlichen Elektronik führt, wird auch kein Strom durch die Schaltung fließen. Die Spannung würde an den Einspeisepunkten aber trotzdem zur Verfügung stehen. Der Strom wird in Ampere gemessen, in Formeln ‚I‘.
  • Der Widerstand reduziert den Stromfluss! Je höher ein Widerstand ist, desto weniger Strom wird fließen. Das können auch lange oder dünne Leitungen sein, es muss nicht unbedingt der Widerstand als Bauteil sein. Sobald ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird vom Eingang zum Ausgang des Widerstandes auch ein Spannungsabfall messbar sein. Das ist physikalisch einfach so, wenn man sich nicht näher mit dem Elektronenfluss beschäftigen möchte, einfach so hinnehmen :-D Der Widerstand hat die Einheit Ohm, Formelzeichen ‚R‘. Zum Thema Rechnen & Elektronik steht auch immer wieder was hier im Blog, einfach die Suche nutzen oder in der Kategorie ‚Elektronik‘ schauen.

O.K., soviel wollte ich gar nicht schreiben. Aber zur Verdeutlichung schicke ich nachher wohl noch einen Artikel hinterher :mrgreen:

 

 

Eselsbrücke: Farbcodes auf Widerständen

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Artikelfoto Widerstand - www.michael-floessel.deStützen für’s Gehirn

Wenn man wenig Übung hat, kann es vorkommen, dass die Bestimmung eines Widerstandwertes anhand der Farbkennung länger dauert, als diesen einzulöten :-D

Gerade, wenn mehrere Exemplare aus einer Wühlkiste zusammengesucht werden müssen, kann das richtig nerven und auch reichlich Zeit beanspruchen.

 

Eine Alternative zum Lernen kann ich auch nicht bieten

Allerdings gibt eine Eselsbrücke, welche das Lernen der Farben (vielleicht) erleichtert.

  • 1 = braun = Ein brauner Pfennig (jetzt wohl Cent :-D)
  • 2 = rot = Zwei rote Lippen
  • 3 = orange = Drei orange Orangen (Geistreich, nicht?)
  • 4 = gelb = Vier Räder an einem gelben Postauto
  • 5 = grün = Ein grüner Fünf Markschein (Äh, nochmal Euro!)
  • 6 = blau = Eine blaue Fliege, hat sechs Beine
  • 7 = violett = Sieben violette Veilchen (OK, hinkt ein wenig, der Vergleich
  • 8 = grau = Ein Achtzig jähriger hat graue Haare
  • 9 = weiß = Neunundvierzig weiße Lottokugeln
  • 0 = schwarz = Kein Vergleich bekannt, kann man sich aber auch so merken, oder? (Hier habe ich den Text aufgrund der Farbgebung des Blogs natürlich nicht geändert ;-) )

Ein kleiner Tipp von Leser Burkhard:
für Schwarz/0: Ein schwarzes Nichts ;-)

OK, mir hat’s seinerzeit geholfen! Da kann ich mal wieder sehen, wie lange das her ist, werde ich alt?

 

 

Emails und Erklärungen zu elektronischen Bauteilen

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Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deSo, nach ein paar Tagen Nachlässigkeit zu dem Thema, habe ich mir mal wieder die Nachrichten im Maileingang vorgenommen.Einiges ist wie immer der Rubrik ‚Vermischtes‘ zuzuordnen, oben in der Liste stehen aber seit ein paar Wochen die Probleme rund um elektronische Bauteile, deren Einsatz und vor allem deren Funktion. Eien extremen Anstieg verzeichne ich nach dem ‚LED Lauflicht‘ Artikel. Sehr viele Blogleser wollen doch mehr als eine LED pro Pin am µController betreiben, der PIC schafft das aber eben nicht bzw. kann/soll nicht so viel Strom liefern.

Ich kann sehr gut verstehen, dass der Frust riesig sein muss, wenn man mit viel Zeit und Mühe eine Schaltung aufgebaut hat und diese am Ende nicht funktioniert. Noch schlimmer, man hat richtig Geld investiert und das Ganze geht in Rauch auf. Ich mache einfach mal eine kleine Aufzählung der Topthemen, also der Probleme, die wenigstens zwei mal aufgeschlagen sind:

  • Transistor schaltet/arbeitet nicht
  • Richtigen Anschlusspin finden
  • Widerstand wird sehr warm
  • Diode blitzt nurkurz auf (1N4148,LED)
  • Elko bekommt dicke Backen/stinkt/wird warm
  • PIC/IC/xxx wird sehr warm
  • Spannung zu hoch, zu niedrig
  • Größeren Verbraucher mit Controller schalten
  • +/- umschalten ohne Schalter, Relais

Das Problem ist natürlich, dass man, um mit Elektronik arbeiten zu können, gewisse Kenntnisse haben muss, um erfolgreich selber nach Bedarf seine Schaltungen bauen zu können. Nun kann aber nicht jeder Modellbahner, Modellbauer, Hobbylöter etc. auch Elektroniker sein oder ‚mal eben‘ eine Ausbildung nachschieben :-) Für die meisten elektronischen Eigenlösungen ist dies aber auch gar nicht nötig. Ein wenig technisches Interesse reicht oft aus.

Aus diesen Gründen werde ich versuchen, hier eine Art Mini-Bauteil-Kurs aufzubauen. Die grundlegenden Funktionen mit, wenn möglich, Tipps zur Fehlervermeidung und auch ein wenig Theorie. Ohne Anspruch auf Perfektion und wahrscheinlich auch mit Beispielen, die einem professionellen Ausbilder die Tränen in die Augen treiben könnten ;-) Es geht ja auch nicht darum, eine Prüfung mit diesem Wissen zu bestehen oder seinen Lebensunterhalt damit zu verdienen, es geht einfach darum, die Bauteile mit denen man werkeln möchte, ein wenig besser kennen zu lernen. Nebenbei findet man vielleicht auch einen Tipp, wie man ein Vorhaben realisieren könnte, das bisher nur an der der passenden Elektronik gescheitert ist. Alles nur im Bereich bis 24V, also nichts wirklich gefährliches. Trotzdem schon einmal der Hinweis: KLICK!

In vielen Büchern und auch während meiner Ausbildung startet das Thema Elektronik oft mit den physikalischen Grundlagen. Elektronen und Protonen, negatives und positives, geladenes und ungeladenes. Diese Dinge lasse ich aus! Wenn man nicht gerade sehr spezielle Vorhaben angehen möchte, spielt z.B. das Wissen über einen P/N Übergang keine große Rolle. Da soll ein Transistor schalten oder verstärken, eine Diode leiten oder sperren. In einigen Fällen geht es nicht ganz ohne Hintergrundtheorie, ich versuche dieses aber so kurz wie möglich zu halten. Wer verstärktes Interesse an der Elektronik verspürt, kann sich ja immer noch tiefer in die Materie einarbeiten, interessante Themen gibt es reichlich.

Die lose und ohne Reihenfolge auftretenden Beiträge kommen übrigens in die Rubrik ‚Tipps und Tricks‘. Wie oft und umfangreich die Beiträge erscheinen werden weis ich noch nicht. Das erstellen der Artikel ist recht aufwändig, auch werden zu vielen Bauteilen mehrere Teilartikel erscheinen, manchmal ist es eben viel Stoff. Ich werde mit dem NPN Transistor beginnen und habe bei der Vorbereitung schon bemerkt, dass diese Themen nicht in 10 Minuten zu behandeln sind.

Bitte nehmt diesen Artikel auch als Ausgleich für die Antworten in den Mails, in denen nur ‚ich versuche mich darum zu kümmern‚ stand :mrgreen: