Professor Pollino Teil 10: Schaltungen

15. Juli 2019

Hallo meine lieben Elektronikfreunde!

In unserer heutigen Ausgabe möchte ich euch erzählen, welche Umweltsignale elektronische Schaltungen verarbeiten können.

Menschen haben 5 Sinne. Sie können sehen, hören, riechen, schmecken und tasten (Formen, Oberflächen, Temperatur und Feuchte).

In der Elektronik ist es ähnlich. Dazu habe ich euch heute ein paar Versuche ausgearbeitet, die Ihr mit Euren Lehrern aufbauen könnt.

Der Sehsinn, also die Empfindlichkeit auf Licht wird mit sogenannten CCD-Elementen (Verwendung in allen Kameras) realisiert. Das sind flächig angeordnete vielzellige Fotozellen, die bei Lichteinstrahlung eine elektrische Ladung erzeugen. Damit lassen sich Bilder in eine Punktmatrix aus verschieden starken Ladungen zerlegen, elektronisch abfragen und weiterverarbeiten. Ein einfacheres Lichtempfindliches Bauteil ist z.B. der Fototransistor. Bei diesem kann Licht in die Basis-Steuerelektrode fallen und so den Laststrom vom Kollektor zum Emitter steuern. Noch einfacher funktionieren Fotowiderstände. Das sind Bauteile mit einer lichtempfindlichen Schicht aus Cadmiumsulfid, welche bei Lichteinfall ihren elektrischen Widerstand ändert.

Schaltskizze „Dämmerungsschalter“

Bei einer Diode ist der elektrische Stromfluss ebenfalls nur in eine Richtung möglich.

Dazu muss der Pluspol einer Spannungsquelle mit der Anode der Diode und der Minuspol mit der Kathode verbunden werden.

Die Kathode ist mit einem weißen Ring markiert.

Bauform einer Diode im schwarzen Kunststoffgehäuse

Innerer Aufbau einer Diode

Die Diode besteht aus zwei nacheinander geschalteten, verschieden behandelten Zonen eines Siliziumkristalles. Durch gezielte Platzierung von unterschiedlichen Fremdatomen werden positive und negative Ladungsträger im Kristall erzeugt.

Damit die Diode leitend wird, muss die Anode mit dem Pluspol und die Kathode mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden werden. Weil sich gleichnamige Ladungen abstoßen, werden die positiven und die negativen Ladungen von den Batteriepolen auf die Trennfläche von N- und P-Schicht aufeinander zugetrieben, wo sie sich gegenseitig aufheben und so den Nachschub von weiteren positiven und negativen Ladungsträgern ermöglichen.

So wird der Stromfluss am Laufen gehalten.

Diode leitend

Polt man die Diode andersherum, so saugen die Pole der Spannungsquelle die positiven und negativen Ladungsträger nach außen ab, also von der Trennschicht weg.

Dadurch bildet sich um die Trennschicht herum eine isolierende Zone und der Stromfluss wird unterbrochen.

Diode sperrend

Eine sehr einfache Anwendung von Dioden sind z. B. Verpolungsschutz-Schaltungen. Diese setzen wir gerne in unseren Bausätzen ein.

Sie verhindern, dass bei einem falsch gepolten Anschluss der Batteriespannung empfindliche Bauteile im Bausatz kaputt gehen.

Batteriespannung richtig gepolt >> LED leuchtet!

Batteriespannung falsch gepolt >> LED leuchtet nicht!

Beachte:

Eine leitende Diode behält rund 0,6 Volt der Betriebsspannung für sich (kann mit einem Multimeter gemessen werden), so ähnlich wie auch ein Wasserventil einen gewissen Mindestdruck benötigt um zu öffnen.