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PHILIPS PHILIPS Grundlagen moderner Bauelemente Anleitungsbuch für Elektronik-Experte 2014...
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Elektronik-Serie 2000/2001 2007 2014 2015 2005 2052 2051 2003 2041 2050 @ PhilipsGmbH,BereichTechnischeSpielwaren,Hamburg—1977/1 Wir übernehmen keine Gewähr, daß die in Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck und foto- diesem Buch enthaltenen Angaben trei von mechanische Wiedergabe —auch auszugswei- Schutzrechten Sind. se —nicht gestattet. TechnischeAnderungenvorbehalten...
Taschenrechner genannt, die ohne den Einsatz integrierter Schaltkreise und zuverlässiger Anzeigenelemente nicht möglich gewesen wäre. In diesem Philips Elektronik-Experimentierkasten werden modernste Bau- elemente vorgestellt. Durch verschiedene Anwendungsbeispiele sollen ihre Bedeutung und ihre Funktion Erklärung linden. Dabei können die...
1. Allgemeine Bauanleitung 1.6. Befestigen der Bauelemente Das Meßwerk (1218) Zum Befestigen des Meßwerks auf der Grundplatte Wird der Pultsockel (1256) benötigt. Darauf klemmt man zunächst ein Stück doppelseitiges Klebeband und drückt dann — die beiden Zapfen auf der Rückseite müs- sen in die vorstehenden Führungen passen —...
2. Grundlagen moderner Bauelemente 2.3. Allgemeine Meßtechnik Messen ist das Bestimmen von Mengen, Größen Oder anderen Einheiten, wobei eine zu messende Größe mit einer anderen der gleichen Art, der sog. MaBeinheit, verglichen wird. Der Meßvorgang selbst liefert die Meß- zahl. Aus dem Produkt einer Meßzahl und der Einheit ergibt sich die phy- sikalische Größe (MeBgröBe).
2.3.1. Das Meßwerk Am häufigsten finden Zeigerinstrumente Verwendung, deren Zeigeraus- schlag auf der magnetischen Ablenkung einer Drehspule des Meßwerkes beruht. Zur Erzeugung des magnetischen Feldes muB der Strom durch die Meßwerkspule fließen. Die Spule selbst besitzt einen elektrischen Widerstand, den Innenwiderstand, der bei Konstruktion und Anwendung des Meßgerätes von Bedeutung...
2.3.2. Spannungsmessungen Abb. 2.1. zeigt ein einfaches Spannungsmeßgerät, das für einen Bereich von 10 Volt — Vollausschlag des Zeigers im Meßgerät — konstruiert ist. 1.7 kli Abb. 2.1. Da das Meßinstrument einen Innenwiderstand (RI) von 750Q und bei Voll- ausschlag eine Stromaufnahme von ca. 200PA besitzt, ergibt sich nach Ohmschen Gesetz: 750 0,0002 [VI...
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In der Konstruktion des Meßwerkes liegt es begründet, daB das Instru- ment nicht linear arbeitet. IJm alle Spannungswerte ablesen zu können, muß man nach der folgen- den Vergleichstabelle verfahren: Teilstrich Spannung Volt Volt 2,6 Volt 3,1 Volt 3,7 Volt Volt Volt 6,4 Volt Volt...
2.3.3. Strommessungen Bei Strommessungen ist der Zeigerausschlag im MeBgerät abhängig vom Strom, der durch das MeBwerk fließt. Bei entsprechender Eichung läBt sich der zu messende Strom ohne Umrechnung direkt ablesen. Ein Strommeßgerät muß direkt in den Stromkreis hineingeschaltet wer- den. Der Innenwiderstand der Spule bewirkt eine Minderung...
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Nach Abb. 2.3. sol! der Strom durch einen Widerstand von R = 4,7 kQ gemessen werden. Bei einer Betriebsspannung von 9 Volt muß nach dem Ohmschen Gesetz 4700 0,002 A ein Strom ca. 2 mA fließen. Auf dem Anzeigeinstrument ist ein Skalenwert von 2,2 abzulesen. Da das Meßgerät aufgrund der Konstruktion nicht linear arbeitet, muß, wie bei der Spannungsmessung, eine Umrechnungstabelle benutzt wer- den.
2.3.4. Widerstandsmessungen Für das Zusammenspiel der drei elektrischen GröBen Strom, Spannung, Widerstand ist es oft wichtig, den Wert eines Widerstandes zu ermitteln. 47kn 22kfi Abb. 2.5. Bei einer Widerstandsmessung nach Abb. 2.5. muß das Anzeigeinstru- ment zunächst so abgeglichen werden, daß der Zeiger Vollausschlag auf- weist.
4. Elektronische Geräte 4.9. Elektronisches Spannungsmeßgerät Mit den bisher beschriebenen Geräten lassen sich mit geringem experi- mentellen Aufwand Messungen durchführen. Zur Erlangung genauerer Ergebnisse bedarf es elektronischer Schaltungen, die das Meßinstrument ergänzen. Sie werden im folgenden beschrieben und angewandt. 4.9.1. FET-Voltmeter Mit diesem Meßgerät können recht genaue Messungen durchgeführt wer-...
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Schaltungsbeschreibung Das elektronische Spannungsmeßgerät enthält zwei Schaltungsteile. FET-Vorsetzer mit Tl erhöht die Empfindlichkeit und macht den Eingang hochohmig. Eine sog. Brückenschaltung mit einem Operationsverstärker in einem Zweig dient der Nullpunktskorrektur. Für ein Voltmeter ist die Hochohmigkeit des Eingangs von großer Bedeu- tung.
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Die Spannung an Punkt P beträgt dann nach (1): 11 : x (Volt) 516,7 : 46,7 — 0994 Vergleicht man die angezeigten Meßwerte des hochohmigen mit denen des niederohmigen Voltmeters, nämlich O,994V mit O,19 V, erkennt man, warum der Innenwiderstand von entscheidender Bedeutung für ein Meß- gerät ist.
4.9.1.1. Eichschaltung für FET-Voltmeter Mit einer einfachen Schaltung 4.9.1.1. eicht man das Gerät durch Ver- gleich mit einer Zenerspannung. Dabei bestimmt die zulässige Span- nungstoleranz der Zenerdiode die Genauigkeit der absoluten Meßwerte. Bei dieser und den folgenden einfachen Untersuchungsschaltungen sind selbstverständlich keine Verdrahtungspläne vorgezeichnet,...
Messung I: Gesamtspannung am Spannungsteiler messen. ent- spricht der Batteriespannung. Dazu verbindet man den Pluspol des Meß- gerätes mit dem Punkt A und liest den Spannungswert am Instrument ab. Bei frischen Batterien kann die gemessene Spannung 9 Volt überschrei- ten! Messung 2: Um Teilspannungen am Spannungsteiler zu messen, verbin-...
Hoch- und niederohmiger Spannungsteiler Bei der Dimensionierung der Widerstands-Netzwerke kommt es auch dar- auf an, 0b ein Spannungsteiler hoch- Oder niederohmig ist. Die Bedin- gungen sollen an 2 Schaltungen erläutert werden. 4.9.1.4. Hochohmiger Spannungsteiler Die Schaltung besteht aus dem Spannungsteiler RI/R2 und dem zu R2 parallel geschalteten Widerstand Ra.
4.9.1.5. Niederohmiger Spannungsteiler Niederohmige Spannungsteiler sind nicht so lastabhängig hoch- ohmige. Je mehr Strom am Spannungsteiler abgenommen wird, desto niederohmiger mug er sein. Sonst würde die abgegriffene Spannung zu- sammenbrechen. Gegenüber dem hochohmigen Spannungsteiler (s. 4.9.1.4.) sind hier für RI = 22 kQ und für R2 = 10 kQ gewählt. Daraus errechnet sich nach For- mel (I) die Teilspannung wie folgt: Rges...
4.9.1.6. Widerstandsnetzwerke In Schaltungen sind Widerstände oft parallel Oder hintereinander ge- schaltet, manchmal auch beides zugleich. Die sich einstellenden Span- nungen muß man berechnen, um die sichere Funktion der Schaltung zu gewährleisten. Die Schaltung 4.9.1.6. besteht aus 2 Spannungsteilern, von denen der zweite parallel zu einem Teilwiderstand des ersten liegt: RI/R2 teilen die Gesamtspannung (Betriebsspannung).
4.9.1.7. Messungen an Dioden Diese Messung gibt Aufschluß über das Verhalten einer Diode. Die Diode ist mit einem Vorwiderstand in einen Stromkreis geschaltet. Gemessen Wird die Spannung an der Diode. Dazu legt man den Minuspol des FET- Voltmeters 4.9.1. an Punkt B, seinen Pluspol an A. 1.
4.9.1.8. Messungen an einer Zener-Diode Zener-Dioden sind speziell für das Konstanthalten von Spannungen ent- wickelte Bauelemente. Ihr elektrisches Verhalten Wird in der folgenden MeBschaltung untersucht. Die Zener-Diode liegt in Sperrichtung in einem Stromkreis, mit RI = 1 kQ in Reihe geschaltet. Legt man das Meßgerät —...
4.9.1.9. Messungen an der Kapazitäts-Diode Kapazitäts-Dioden sind Sonderformen von Halbleiterdioden. Sie verhalten sich gegenüber Spannungen wie normale Dioden, wie die nachstehend beschriebene Meßschaltung ergibt. Die Kapazitäts-Diode Wird zusammen mit einem Widerstand in einen Stromkreis geschaltet. Die Spannung an der Diode Wird gemessen. 1.
4.9.1.10. Messungen an der Leuchtdiode Leuchtdioden sind Halbleiterelemente, die sich wie normale Dioden ver- halten und zusätzlich Licht aussenden, wenn sie in Durchlaßrichtung schaltet Sind. Die nachstehenden Messungen ergeben eine Aussage über die Abhängigkeit von Lichtstärke und Spannung. 1m Schaltbild ist nicht mehr das Meßgeräte-SymboI angegeben, sondern nur noch die Spannung.
4.9.1.11. Spannungsangaben in Schaltbildern Heute werden allen elektronischen Geräten Hersteller Schaltbilder für den Service, d. h. für eine evtl. Reparatur mitgegeben. Um die Fehler- suche zu erleichtern, werden an bestimmten Meßpunkten Spannungs- werte angegeben. Die Abb. 4.3. zeigt den Ausschnitt aus einem Schaltbild. TON -ENDSTUFE T250 Bo 23702...
4.9.1.12. Messungen an Transistoren Einfach auszuführende Messungen geben bereits Aufschluß, 0b ein Tran- sistor defekt Oder in seiner Funktion beeinträchtigt ist. In der Schaltung a ist die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors zusam- men mit einem Widerstand in einen Stromkreis geschaltet. Der Kollektor bleibt offen, d.
4.9.1.13. Ausmessen einer Transistorstufe in Kollektor-Basis-Schaltung In der Schaltung a ist eine Emitterfolgestufe (Transistor in Kollektor- Basis-Schaltung) dargestellt. Die Basisvorspannung Wird über den Span- nungsteiler RI/R2 gewonnen, R3 als Arbeitswiderstand befindet sich in der Emitterleitung. Da der Spannungsteiler aus gleich groBen Widerständen besteht (RI = R2 = 22 kQ), Wird die Betriebsspannung im Verhältnis 1 : 1 geteilt, so daß...
4.9.1.14. Ausmessen einer Emitter-Basis-Schaltung 4.9.1.14. zeigt eine übliche Verstärkerstufe. RI/R2 stellt den Spannungs- teiler zur Erzeugung der Basisspannung dar, R3 den Arbeitswiderstand und R4 den Stabilisierungswiderstand im Emitter. Mit dem angegebenen Spannungsteiler befinden sich an der Basis 1,8 V. Am Emitter stehen dann 1,8 —...
4.9.1.15. Ausmessen einer Transistor-Schaltstufe Die Schaltung 4.9.1.15. enthält einen Schalttransistor Tl mit spannungs- bestimmenden Widerständen sowie einen Tastschalter Auslösen Schaltvorgangs. 1st der Tastschalter geöffnet, erhält die Basis des Transistors keine Vor- spannung. Er leitet darum nicht, und an seinem Kollektor steht die volle Betriebsspannung (+ 9 V).
4.9.2. FET-Milliamperemeter Mit diesem Gerät lassen sich Strommessungen in verschiedenen Meß- bereichen durchführen. Die Festlegung des Meßbereiches Wird mit dem Widerstand RI Oder zwei parallelen Widerständen (RI/R2) erreicht. Aufbau des Gerätes nach dem Verdrahtungsplan 4.9.2. Je nach gewünschtem Meßbereich müssen für die. Widerstände RI/R2 fol- gende Werte eingesetzt werden.
Strommessungen Bei allen Messungen der Stromstärke muß das Meßinstrument in den Stromkreis geschaltet werden. Wird das Symbol des Meßgerätes mehrfach angegeben, so soll das ln- strument nacheinander an diesen Meßpunkten eingesetzt werden. Die dabei nicht benutzten Meßpunkte müssen durch Drahtverbindungen über- brückt werden.
4.9.2.2. Stromfluß im verzweigten Stromkreis In der Schaltung 4.9.2.2. sind zwei Widerstände mit unterschiedlichen Werten parallel geschaltet. Für die Messung RI ist der Bereich 10 mA, für die Messung an R2 der Bereich 1 mA zu wählen. Bei einer Betriebsspannung von 9 Volt lassen sich folgende Meßergeb- nisse...
4.9.2.3. Stromfluß in einer Transistorschaltung In der Transistorschaltung 4.9.2.3. können die unterschiedlichen Ströme Basis eines Transistors einerseits in der Kollektor-Emitter- strecke andererseits gemessen werden. Für den Basisstromkreis muB der Meßbereich 1 mA und für die Kollektor- Emitterströme der Bereich von 30 mA gewählt werden. Messungen bei geöffnetem Tastschalter ergeben, daß...
Wechselspannungen Mit dem bisher beschriebenen Meßgerät konnten lediglich Gleichspan- nungen gemessen werden. Bei Wechselspannungen würde der Zeiger des Anzeigeinstruments dem Spannungsverlauf folgen und deshalb immer um einen Nullpunkt herum schwanken müssen. Schon bei Frequenzen ca. 20 Hz jedoch ist die Trägheit des Zeigers so groß, daß er dem Span- nungsverlauf nicht mehr folgen kann.
4.9.3.1. Signalgeber Zur Fehlersuche an Verstärkerschaltungen benötigt man ein Eingangs- signal, das im Verstärker an verschiedenen MeBpunkten nachgewiesen werden kann. Mit diesem Generator lassen sich Rechtecksignale mit Frequenzen zwi- schen 50 Hz und 10 kHz erzeugen. Die Ausgangsspannung beträgt wahl- weise 0,3 Veff, 1 Veff Oder 3 Veff.
Verschiedene Wechselspannungsmessungen In verschiedenen Schaltungen und Geräten der EE-Serien sind u. a. Hoch- pässe bzw. Tiefpässe eingesetzt und beschrieben worden. Mit dem Meß- gerät (4.9.3.) und dem Signalgeber (Gerät 4.9.3.1.) können die Frequenz- gänge dieser Schaltungen gemessen und graphisch dargestellt werden. 4.9.3.2.
4.9.3.3. TiefpaB An einem Tiefpaß ist die Spannung UA am Ausgang bei niedrigen Fre- quenzen fast so groB wie die Spannung UE am Eingang unter einer ge- gebenen Polfrequenz. Erhöht man mit dem Generator (Gerät 4.9.3.1.) die Eingangsfrequenz, so sinkt der Wert des Wechselstromwiderstands Cl immer mehr, so daß...
4.9.3.4. Emitterfolger Mit dem Wechselspannungsmeßgerät und dem Tongenerator lassen sich auch an Transistorschaltungen Messungen durchführen. Legt man an den Eingang der Schaltung 4.9.3.4. ein Wechselspannungssignal mit einer Spannung von 1 Veff, so mißt man auch am Ausgang — hier Emitter des Transistors —...
4.9.5. Widerstandsmeßgerät Dieses Gerät kann eingesetzt werden, um die Werte unbekannter Wider- stände zu ermitteln. Die zu messenden Widerstände rufen im Gerät eine Spannungsänderung hervor, die auf dem Meßinstrument angezeigt wird. Da die Spannungsänderung proportional zum Widerstandswert ist, kön- nen nach Eichung der Skala die entsprechenden Werte direkt abgelesen werden.
Mit den Widerständen R3 — R4 — R5 läßt sich durch die entsprechende Ver- bindung mit + 9 Volt der Bereich für die erforderliche Widerstands- messung festlegen. Durch diesen Widerstand im Emitterkreis Transistors fließt dann konstanter Strom, der dem im Kollektor entspricht. Bereich Konstantstrom 10 kQ...
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LM 3900 'C gel b BC 158 BF 2'5A gel b blau R 10 1 kn 1.7 kn BA318 10011 10000pF 4.9.6. Schaltungsbeschreibung: Die Zenerdiode Dl liefert eine Konstantspannung von 5,1 Volt. Da an Basis-Emitterstrecke eine Spannung von ca. Volt abfällt, liegen bei gedrücktemTastschalteran RI [RI = 470 kQ Oder120kQ] ca.
4.9.7. Transistormeßgerät für NPN-Transistoren PNP- NPN-Transistoren leisten — was ihre Funktion betrifft — das gleiche. Obwohl beide mit entgegengesetzten Stromrichtungen arbeiten, was natürlich in einer Schaltung berücksichtigt werden muß, schalten und verstärken sie elektrische Ströme. Mit diesem Meßgerät kann die Strom- verstärkung in NPN-Transistoren nachgewiesen werden.
4.9.8. Frequenzmeßgerät Frequenzmeßgeräte finden nicht nur in der Sende- und Empfangstechnik ihre Anwendung, wo Sie zur exakten Bestimmung ausgesandter Oder empfangener Signale unumgänglich Sind. Sie werden darüber hinaus überall dort eingesetzt, wo die Frequenzen periodisch ablaufender Vor- gänge — mechanischer Oder elektrischer —...
4.9.9. Kapazitätsmeßgerät Dieses Kapazitätsmeßgerät ermöglicht die Bestimmung unbekannter Ka- pazitäten. Auch Messungen über den exakten Wert bekannter Konden- satoren in Reihen- und Parallelschaltungen können durchgeführt werden. Sehr kleine Kapazitäten (mit einem Wert unter 100 pF) lassen sich aller- dings nicht feststellen. Aufbau des Gerätes nach dem Verdrahtungsplan 4.9.9.
4.9.10. Beleuchtungsstärken-Meßgerät Beleuchtungstechniker haben die Aufgabe, die Lichtverhältnisse an Ar- beitsplätzen, auf Straßen und anderen Verkehrsräumen zu prüfen und, falls notwendig, zu korrigieren. Für die Messungen Wird in jedem Fall ein Be- leuchtungsstärken-Meßgerät verwendet. Aufbau des Gerätes nach dem Verdrahtungsplan 4.9.10.
4.9.11. Elektronisches Thermometer Thermometer mit analoger Oder digitaler Anzeige werden überall dort eingesetzt, wo der Meßpunkt vom Ableseort entfernt ist. Man kann dafür einen Meßfühler, z. B. einen NTC, am gewünschten Ort installieren Zuleitungen zum Anzeigeinstrument verlegen. Auf diese Art lassen sich auch solche Temperaturen messen, die kein Flüssigkeits-Thermometer mehr aushalten...
4.9.12. %allpegelmesser Unser Ohr empfindet die einwirkenden Kräfte eines Schallerregers Lautstärke. Sie Wird allgemein in Phon angegeben und ist keine einfach zu messende Größe. Leichter meßbar dagegen ist die Schallstärke. Aufbau des Gerätes nach dem Verdrahtungsplan 4.9.12. Spricht man gegen den als Mikrofon geschalteten Lautsprecher, mug der Zeiger des Meßgerätes ausschlagen.
4.9.13. Drehzahlmesser Als Drehzahl bezeichnet man ganz allgemein die Anzahl der Umdrehun- gen eines Maschinenteils in einer bestimmten Zeiteinheit. Manche Teile einer Maschine Oder eines Autos besitzen außerdem Eigenschwingungen. Fällt nun die Drehzahl des Motors mit der Eigenfrequenz eines solchen Teils zusammen, so entstehen Resonanzschwingungen, die zu Zerstörun- gen führen können.
4.9.14. Reaktionszeitmesser Solche Geräte zum Messen der Reaktionszeit finden häufig Verwendung, um festzustellen, welche Zeit zwischen dem Auftreten eines Signals und dem Auslösen eines Kontaktes verstreicht. Dazu drückt die Testperson eine Taste, wenn ein optisches Oder akustisches Signal auftritt. Aufbau des Gerätes nach dem Verdrahtungsplan 4.9.14. Nach Schließen Kontaktes...
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Schaltsymbole Verdrahtungsplan-Symbole Meßwerk Zenerdiode c 5V1 C5Vl Technische Daten Transistor BC 158 Zenerdiode BZX79 C5 VI Maximaler Basisstrom 10 mA Zenerspannung Maximaler Kollektorstrom 100 mA Zenerstrom 10 mA Maximale Verlustleistung 200 mw Maximale Kollektor- Emitterspannung 15 v Stromverstärkungsfaktor 100-900 Anwendungsgebiet NF-und Gleich- spannungs-...
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Unsere Anschrift lautet: in Deutschland PHILIPS GMBH Bereich Technische Spielwaren Postfach 1014 20 2000 Hamburg I in Osterreich Spiel und Sport Hermann Stadlbauer 5027 Salzburg, Postfach 93 in der Schweiz Waldmeier Auf dem Wolf 4052 Basel...