Elektronik kinderleicht! E-Book

Øyvind Nydal Dahl

• Herausgeber: dpunkt.verlag
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2017

Seitenzahl: 249

Beschreibung

In diesem Buch lernst du, coole Dinge aus den gleichen Teilen zu bauen, wie du sie in Fernsehgeräten, elektronischem Spielzeug, Radios und vielen anderen technischen Geräten findest. Die Experimente und Projekte sind sowohl unterhaltsam, wie zum Beispiel ein von Zitronen betriebenes Licht, als auch nützlich (aber trotzdem unterhaltsam), wie zum Beispiel ein Einbruchsalarm und ein Musikinstrument. Teil 1 bildet die Grundlage für den Rest des Buches. Es geht um fundamentale Kenntnisse und wie Elektrizität tatsächlich funktioniert. Du lernst, wie Strom, Spannung und Stromkreise funktionieren, und wie man eine Batterie, einen Elektromagneten und sogar einen Motor baut. "Schaltungen aufbauen" ist der zweite Teil, in dem du weitere spannende Projekte wie einen Berührungssensor oder ein Musikinstrument baust. Du lernst einige der wichtigsten Elemente in der Elektronik kennen und erfährst, wie du einfache Schaltungen aufbauen und zusammenlöten kannst. Teil 3 führt dich schließlich in die digitale Elektronik ein, auf der fast alle modernen Techniken basieren. Du bastelst ein Münzwurfspiel und einen Geheimcodetester und schließlich ein ganzes Reaktionsspiel. Nach der Lektüre bist du bestens vertraut mit der Welt der Stromkreise und Elektronik und hast in 23 Projekten jede Menge Spaß gehabt.

Leseprobe

Über den Autor

Øyvind Nydal Dahl ist seit seiner Kindheit Elektronikamateur – er hat schon immer gern herausgefunden, wie die Dinge funktionieren, um sie dann selber bauen zu können. Er hat Elektronik und Informatik an der Universität von Oslo studiert, wo er einen Master-Abschluss machte, nachdem er seinen eigenen Mikrochip gebaut hatte. Dann war er Mitbegründer der Firma Intelligent Agent, die Sensoren entwickelte, mit denen Roboter durch Wände sehen konnten.

Nach einigen Jahren bei Intelligent Agent fühlte Øyvind sich berufen, der Welt die Elektronik näherzubringen. Er hält Workshops ab, entwickelt Kurse und schreibt über Elektronik und Technologie für die verschiedensten Verbreitungsmedien. Er postete Hunderte von Artikeln, Tutorials und Videos auf seinem Blog (http://www.build-electronic-circuits.com/) und betreut Ohmify (http://ohmify.com/), eine Site, um Elektronik unterhaltsam und leicht lernen zu können (Anmeldung erforderlich).

Über den Fach-Korrektor

John Hewes begann bereits in frühem Alter, elektrische Schaltungen zusammenzubauen, und ging dann als Teenager dazu über, ganze Elektronikprojekte zu realisieren. Später studierte er Physik, und mit seinem zunehmenden Interesse an der Elektronik half er Schülern bei ihren Projekten, während er als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig war.

John hat in Großbritannien Elektronik und Physik für Fortgeschrittene gelehrt und einen Schulelektronikclub für Kinder und Jugendliche im Alter von 11 bis 18 Jahren geleitet. Zur Unterstützung des Clubs hat er die Website http://www.electronicsclub.info/ eingerichtet. Er ist der Überzeugung, dass jeder in der Lage ist, elektronische Projekte aufzubauen, unabhängig von Alter oder Fertigkeiten.

Zu diesem Buch – sowie zu vielen weiteren dpunkt.büchern – können Sie auch das entsprechende E-Book im PDF-Format herunterladen. Werden Sie dazu einfach Mitglied bei dpunkt.plus+:

www.dpunkt.de/plus

Elektronik kinderleicht!

Experimente mit Elektrizität und Stromkreisen

Øyvind Nydal Dahl

Øyvind Nydal Dahl

Übersetzung: Frank Langenau, Chemnitz

Lektorat: Dr. Michael Barabas

Fachkorrektor: John Hewes

Copy-Editing: Annette Schwarz, Ditzingen

Satz: Ulrich Borstelmann, Dortmund

Herstellung: Susanne Bröckelmann

Umschlaggestaltung: Helmut Kraus, www.exclam.de

Druck und Bindung: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN:

Print   978-3-86490-416-5

PDF   978-3-96088-096-7

ePub   978-3-96088-097-4

mobi   978-3-96088-098-1

1. Auflage 2017

Translation Copyright für die deutschsprachige Ausgabe © 2017 dpunkt.verlag GmbH

Wieblinger Weg 17

69123 Heidelberg

Copyright © 2016 by Øyvind Nydal Dahl.

Title of English-language original: Electronics for Kids, ISBN 978-1-59327-725-3, published by No Starch Press.

German-language edition copyright © 2017 by dpunkt.verlag. All rights reserved.

Die vorliegende Publikation ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten. Die Verwendung der Texte und Abbildungen, auch auszugsweise, ist ohne die schriftliche Zustimmung des Verlags urheberrechtswidrig und daher strafbar. Dies gilt insbesondere für die Vervielfältigung, Übersetzung oder die Verwendung in elektronischen Systemen.

Es wird darauf hingewiesen, dass die im Buch verwendeten Soft- und Hardware-Bezeichnungen sowie Markennamen und Produktbezeichnungen der jeweiligen Firmen im Allgemeinen warenzeichen-, marken- oder patentrechtlichem Schutz unterliegen.

Alle Angaben und Programme in diesem Buch wurden mit größter Sorgfalt kontrolliert. Weder Autor noch Verlag können jedoch für Schäden haftbar gemacht werden, die in Zusammenhang mit der Verwendung dieses Buches stehen.

5 4 3 2 1 0

Inhalt

Einführung

Teil 1: Spielen mit Elektrizität

Kapitel 1: Was ist Elektrizität?

Kapitel 2: Dinge mit Elektrizität und Magneten bewegen

Kapitel 3: Wie Elektrizität erzeugt wird

Teil 2: Schaltungen aufbauen

Kapitel 4: Licht mit LEDs erzeugen

Kapitel 5: Zum ersten Mal – ein Blinklicht!

Kapitel 6: Wir löten!

Kapitel 7: Mit Elektrizität steuern

Kapitel 8: Ein Musikinstrument bauen

Teil 3: Die digitale Welt

Kapitel 9: Wie Schaltkreise Nullen und Einsen verarbeiten

Kapitel 10: Schaltungen, die Entscheidungen treffen

Kapitel 11: Schaltungen, die Informationen speichern

Kapitel 12: Lass uns spielen!

Zum Nachschlagen

Index

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Danksagungen

Einführung

Über dieses Buch

Wer dieses Buch lesen sollte

Wie du dieses Buch am besten liest

Was enthält dieses Buch?

Dein Elektroniklabor

Nützliche Materialien und Hilfsmittel

Sicherheit geht vor!

Teil 1: Spielen mit Elektrizität

Kapitel 1: Was ist Elektrizität?

Projekt #1: Ein Licht einschalten!

Einkaufszettel

Schritt 1: Die Glühlampe untersuchen

Schritt 2: Die Glühlampe mit der Batterie verbinden

Wie bringt Elektrizität eine Glühlampe zum Leuchten?

Was ist ein Elektron?

Spannung treibt Elektronen an

Strom fließt

Widerstand verringert den Strom

Die Glühlampe zum Leuchten bringen

Was hat ein Stromkreis mit einem Röhrensystem gemeinsam?

Der Schalter

Projekt #2: Einbruchsalarm

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Gibt der Summer ein Signal ab?

Schritt 2: Die Aluminiumfolie vorbereiten

Schritt 3: Die Tür mit Folie versehen

Schritt 4: Einen Auslösedraht vorbereiten

Schritt 5: Summer und Auslösedraht anschließen

Schritt 6: Summer und Auslösedraht montieren

Schritt 7: Eine Energiequelle hinzufügen

Schritt 8: Einen Einbruchsalarm inszenieren!

Schritt 9: Und wenn der Einbruchsalarm nicht funktioniert?

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 2: Dinge mit Elektrizität und Magneten bewegen

Wie Magneten funktionieren

Probiere es aus: Suche dir magnetische Objekte!

Der Elektromagnet

Projekt #3: Einen Elektromagneten bauen

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Die Schraube überprüfen

Schritt 2: Die Isolierung von einem Ende des Spulendrahtes entfernen

Schritt 3: Den Draht aufwickeln

Schritt 4: Den Minuspol der Batterie mit der Spule verbinden

Schritt 5: Den Schalter anschließen

Schritt 6: Deinen Super-Elektromagneten testen

Schritt 7: Was ist, wenn der Elektromagnet nicht funktioniert?

Der Elektromotor

Projekt #4: Einen Motor bauen

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Den Rotor bauen

Schritt 2: Das Gestell des Motors bauen

Schritt 3: Die Magneten platzieren

Schritt 4: Einen Teil der Spule wieder isolieren

Schritt 5: Den Motor in Gang bringen

Schritt 6: Was tun, wenn der Motor nicht funktioniert?

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 3: Wie Elektrizität erzeugt wird

Elektrizität mit Magneten erzeugen

Ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt Elektrizität

Wie funktioniert ein Generator?

Elektrizität aus Wasser- oder Windkraft erzeugen

Das Multimeter

Wie man die Spannung misst

Was sind AC und DC?

Projekt #5: Einen Schüttelgenerator bauen

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Das Kunststoffrohr vorbereiten

Schritt 2: Die Spule wickeln

Schritt 3: Das Multimeter anschließen

Schritt 4: Schütteln, bitte!

Schritt 5: Was ist, wenn keine Spannung entsteht?

Wie funktionieren Batterien?

Was enthält eine Batterie?

Probiere es aus: Einen Motor als Generator verwenden

Die Chemie von Batterien

Was bestimmt die Spannung einer Batterie?

Projekt #6: Ein Licht mit Zitronenkraft einschalten

Die Leuchtdiode (LED)

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Die Drähte vorbereiten

Schritt 2: Elektroden in eine Zitrone einführen

Schritt 3: Vier Zitronenbatterien erzeugen

Schritt 4: Die Zitronen in Reihe verbinden

Schritt 5: Die Zitronenbatterie testen

Schritt 6: Was tun, wenn das Zitronenlicht nicht funktioniert?

Probiere es aus: Andere Batterien aus Nahrungsmitteln!

Was kommt als Nächstes?

Teil 2: Schaltungen aufbauen

Kapitel 4: Licht mit LEDs erzeugen

Der Widerstand

Farbcodierung von Widerständen

Wie man große Werte schreibt

Woraus bestehen Widerstände?

Widerstände wirken auf Strom und Spannung

Das Ohmsche Gesetz – eine Einführung

Projekt #7: Zerstören wir eine LED!

Einkaufszettel

Schritt 1: Die Anschüsse einer LED identifizieren

Schritt 2: Zerstöre diese LED!

Schritt 3: Was ist, wenn mit der LED nichts passiert?

Wie man eine LED richtig verwendet

Die LED mit einem Widerstand schützen

Wie man kleine Werte schreibt

Den erforderlichen Widerstand berechnen

Projekt #8: Eine LED betreiben

Einkaufszettel

Schritt 1: Widerstand und LED miteinander verbinden

Schritt 2: Den Batterieclip verdrahten

Schritt 3: Es werde Licht!

Schritt 4: Was tun, wenn die LED nicht funktioniert?

Schaltungen auf einem Steckboard aufbauen

Wie man Bauelemente und Drähte verbindet

Drähte für ein Steckboard

Projekt #9: Deine erste Steckboard-Schaltung

Einkaufszettel

Schritt 1: Den Widerstand platzieren

Schritt 2: Die LED platzieren

Schritt 3: Den Batterieclip platzieren

Schritt 4: Was tun, wenn das nicht funktioniert?

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 5: Zum ersten Mal – ein Blinklicht!

Der Kondensator

Wie Kondensatoren arbeiten

Gepolte und ungepolte Kondensatoren

Kondensatorwerte

Projekt #10: Einen Kondensator testen

Einkaufszettel

Schritt 1: Mit der LED-Schaltung beginnen

Schritt 2: Den Kondensator hinzufügen

Schritt 3: Den Kondensator laden

Schritt 4: Der Kondensator lässt die LED leuchten

Schritt 5: Was ist, wenn die Schaltung nicht funktioniert?

Schaltungen mit Symbolen beschreiben

Das Relais

Mit dem Relais ein Blinklicht bauen

Die Blinkgeschwindigkeit verringern

Projekt #11: Ein Blinklicht!

Einkaufszettel

Schritt 1: Die Anschlüsse des Relais identifizieren

Schritt 2: Das Relais schnell schalten lassen

Schritt 3: Den Ein-Zustand des Relais verlängern

Schritt 4: Den Aus-Zustand des Relais verlängern

Schritt 5: LED und Widerstand hinzufügen

Probiere es aus: Die Alarmanlage wirksamer machen

Schritt 6: Was tun, wenn die LED nicht blinkt?

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 6: Wir löten!

Wie man lötet

Tipps zur Sicherheit beim Löten

Den Lötkolben anheizen

Tipp zum Reinigen des Lötkolbens

Tipp zum Verzinnen der Lötspitze

Sowohl den Pin als auch die Lötstelle erwärmen

Lötzinn zugeben

Den Lötkolben entfernen

Achte auf schlechte Lötverbindungen!

Projekt #12: Deine erste LED-Schaltung löten

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Die Bauelemente platzieren

Schritt 2: Die Bauelementeanschlüsse biegen

Wie die Platinendarstellungen zu interpretieren sind

Schritt 3: Den Lötkolben heizen und säubern

Schritt 4: Den Widerstand und die LED einlöten

Schritt 5: Die Anschlüsse kürzen

Schritt 6: Den Batterieclip anlöten

Schritt 7: Es werde Licht!

Schritt 8: Was ist, wenn die gelötete LED-Schaltung nicht funktioniert?

Hoppla! Wie entferne ich ein gelötetes Bauelement?

Projekt #13: Den Batterieclip entlöten

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Den Lötkolben anheizen

Schritt 2: Die Entlötlitze auf die Lötstelle legen

Schritt 3: Lötstelle und Lötlitze erwärmen

Schritt 4: Die benutzte Entlötlitze kürzen

Schritt 5: Den anderen Draht des Batterieclips entfernen

Probiere es aus: Mehr Lötpraxis!

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 7: Mit Elektrizität steuern

Der Transistor

Warum verwendet man einen Transistor?

Wie der Transistor arbeitet

Eine LED mit einem Transistor ansteuern

Projekt #14: Eine Schaltung, die auf Berührungen reagiert

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Bauelemente auf der Lochrasterplatine platzieren

Schritt 2: Die Anordnung der Bauelemente überprüfen

Schritt 3: Bauelemente verlöten und überstehende Anschlüsse kürzen

Schritt 4: Das Touchpad löten

Schritt 5: Einschalten!

Schritt 6: Den Sensor testen

Schritt 7: Was, wenn der Berührungssensor nicht funktioniert?

Probiere es aus: Kann der Berührungssensor verschiedene Berührungen erkennen?

Widerstände, die ihren Wert ändern können

Das Potenziometer

Der Fotowiderstand

Eine Spannung mit Widerständen teilen

Wie sieht ein Spannungsteiler aus?

Die Spannungen eines Spannungsteilers berechnen

Wie ein Spannungsteiler helfen kann, Licht zu messen

Projekt #15: Einen Sonnenaufgangsalarm bauen

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Die Bauelemente auf der Lochrasterplatine platzieren

Schritt 2: Die Bauelemente löten und die Anschlüsse kürzen

Schritt 3: Den Summer auf der Platine befestigen

Schritt 4: Die restlichen Verbindungen mit Drähten herstellen

Schritt 5: Den Batterieclip auf die Platine löten

Schritt 6: Einen Weckruf einrichten

Schritt 7: Was ist, wenn kein Ton zu hören ist?

Probiere es aus: Temperaturgesteuerter Lüfter

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 8: Ein Musikinstrument bauen

Der integrierte Schaltkreis (IC)

ICs und Datenblätter

Wie sich Schall mit Elektrizität erzeugen lässt

Töne, die der Mensch hören kann

Der 555-Timer

Die Betriebsspannung für einen IC

Die Ausgangsfrequenz des 555-Timers einstellen

Projekt #16: Eigene Töne mit dem 555-Timer erzeugen

Einkaufszettel

Schritt 1: Den 555-Timer auf dem Steckboard platzieren

Schritt 2: Die Frequenz einstellen

Schritt 3: Lautsprecher und Koppelkondensator anschließen

Schritt 4: Die Pins für Betriebsspannung und Reset verbinden

Schritt 5: Töne erzeugen!

Verbindungen im Team überprüfen

Schritt 6: Was ist, wenn kein Ton zu hören ist?

Ein nerviges Piepen in Musik umwandeln

Projekt #17: Ein Instrument, das Töne erzeugt

Einkaufszettel

Schritt 1: Den 555-Timer und die Kondensatoren anschließen

Schritt 2: Steckbrücken verbinden

Schritt 3: Einsteller für Tonhöhe und Widerstand einbauen

Schritt 4: Den »Ein«-Taster hinzufügen

Schritt 5: Den Lautsprecher hinzufügen

Schritt 6: Ein wenig musizieren!

Schritt 7: Was ist, wenn das Instrument nicht funktioniert?

Probiere es aus: Ein bewegungsgesteuertes Instrument bauen

Was kommt als Nächstes?

Teil 3: Die digitale Welt

Kapitel 9: Wie Schaltkreise Nullen und Einsen verarbeiten

Einsen und Nullen als Spannungen

Das binäre Zahlensystem

Projekt #18: Binärzahlen in Dezimalzahlen konvertieren

Werkzeuge

Schritt 1: Die Zahl zu Papier bringen

Schritt 2: Die Stellenwerte aufschreiben

Schritt 3: Den Wert jeder Ziffer ermitteln

Probiere es aus: Noch mehr Binärzahlen umwandeln

Schritt 4: Die Zahlen addieren

Bits und Bytes

Zahlen können alles Mögliche sein

Projekt #19: Farben erraten

Die RGB-LED

Einkaufszettel

Schritt 1: Die Taster für die Farbenauswahl platzieren

Schritt 2: Die RGB-LED verbinden

Schritt 3: Den Taster für die Farbenanzeige verbinden

Schritt 4: Die Farben testen

Probiere es aus: Löte die Schaltung für das Farben-Rate-Spiel

Schritt 5: Was ist, wenn das Spiel nicht funktioniert?

Wie man Wörter mit Binärzahlen darstellt

Projekt #20: Die Geheimnachrichtenmaschine

Der DIP-Schalter

Einkaufszettel

Schritt 1: Den Taster anschließen

Schritt 2: Den DIP-Schalter anschließen

Schritt 3: Die LEDs verbinden

Schritt 4: Eine geheime Nachricht senden!

Schritt 5: Was ist, wenn die Geheimnachrichtenmaschine nicht funktioniert?

Warum Computer Einsen und Nullen verwenden

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 10: Schaltungen, die Entscheidungen treffen

Es ist nur logisch

Die Logikgatter

AND-Gatter prüfen auf zwei wahre Eingänge

OR-Gatter prüfen auf einen wahren Eingang

NOT-Gatter negieren den Eingang

Ein größeres AND-Gatter

Wie man Logikschaltpläne zeichnet

Eine Logikgleichung für einen Geheimcode

Eine Logikgleichung in einen Schaltplan umwandeln

Probiere es aus: Zeichne weitere logische Aussagen als Schaltung

Logische Gatter in der Praxis verwenden

Mehr über Strom, Bauelemente und Transistoren

Projekt #21: Ein Geheimcodetester

Einkaufszettel

Werkzeuge

Wie man andere Spannungen für ein Steckboard verwendet

Schaltungen zuverlässiger machen

Schritt 1: Die Schalter und Widerstände platzieren

Schritt 2: Die ICs platzieren

Schritt 3: Den Transistor und die LED platzieren

Schritt 4: Die Logikschaltung aufbauen

Schritt 5: Den Transistor fertig verdrahten

Deine Bauelemente schützen

Schritt 6: Den Geheimcodetester mit Spannung versorgen und testen

Schritt 7: Was ist, wenn die LED nicht leuchtet?

Probiere es aus: Deinen Einbruchsalarm deaktivieren

Invertierende Logikgatter

NAND sucht nach einer falschen Eingabe

NOR sucht nach zwei falschen Eingängen

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 11: Schaltungen, die Informationen speichern

Ein Bit speichern

Eine bessere Speicherschaltung

Speicher, der sich nur zu einem bestimmten Zeitpunkt ändert

Ein Ausgang, der umschaltet

Projekt #22: Ein elektronisches Münzwurfspiel

Einkaufszettel

Schritt 1: Die Schwingschaltung aufbauen

Schritt 2: Den Start-Taster hinzufügen

Schritt 3: Die Wechselschaltung bauen

Schritt 4: Die LEDs für »Kopf oder Zahl« hinzufügen

Schritt 5: Wirf eine »Münze«!

Schritt 6: Was ist, wenn das Münzwurfspiel nicht funktioniert?

Was kommt als Nächstes?

Kapitel 12: Lass uns spielen!

Die Komponenten des Reaktionsspiels

Die Symbole UCC und GND

Warum heißt es UCC oder VCC?

Mit einem 555-Timer die Lauflichtgeschwindigkeit festlegen

Ein Zähler, um die LEDs einzuschalten

Ein Flipflop, um das Lauflicht zu starten und zu stoppen

Projekt #23: Ein LED-Reaktionsspiel

Einkaufszettel

Werkzeuge

Schritt 1: Die Schaltung mit dem 555-Timer aufbauen

Schritt 2: Die LED-Steuerung aufbauen

Schritt 3: Die Start/Stopp-Schaltung bauen

Schritt 4: Trainiere deine Reaktionszeit!

Schritt 5: Was ist, wenn das Spiel nicht funktioniert?

Probiere es aus: Die Geschwindigkeit des Lauflichts ändern

Ein Summer für das Spiel

Was kommt als Nächstes? Interessante Dinge basteln!

Zum Nachschlagen

Spickzettel für die Werte von Bauelementen und Einheiten

Farbcodierung von Widerständen

Kondensatorcodes

Standardpräfixe

Das Ohmsche Gesetz im Schnelldurchgang

Prinzipschaltung eines Spannungsteilers

Online-Elektronikhändler

Online-Quellen

Index

Vorwort

Es hat schon etwas Besonderes an sich, ein Projekt zum Leben zu erwecken, über das du in einem Buch gelesen hast oder das als Idee in deinem Kopf entstanden ist. Und manchmal sind es die einfachsten Dinge, die am meisten zufriedenstellen.

Zu meinen Lieblingsprojekten aus meiner Kindheit gehört ein gemeines und kleines Gerät aus einem einzelnen Widerstand, das zwischen die Adern einer Telefonleitung geschaltet wurde. Ich habe auf einem Stück einseitig beschichtetem Leiterplattenmaterial die Leiterzüge mithilfe von Abreibefolie aufgebracht und dann in meinem Keller das ungeschützte Kupfer mit Eisen(III)-chlorid weggeätzt. Abgehende Gespräche ließen sich mit dem Telefon ganz normal führen, doch jeder, der bei uns anrief, hörte das Besetztzeichen. Das war die perfekte Methode, um sicherzustellen, dass meine Eltern während der Mahlzeiten keine Anrufe von meinen Lehrern bekamen!

Einige Jahre später habe ich einen Garagentoröffner modifiziert, um jedes Tor derselben Marke öffnen zu können. Im normalen Betrieb wurden die Kennwörter auf dem Sender und dem Empfänger manuell mit einer Reihe von 10 DIP-Schaltern eingestellt. Wenn das gesendete Signal mit dem übereinstimmte, was der Empfänger erwartete, wurde das Garagentor geöffnet. Hierzu habe ich die Schalter auf meinem Sender ersetzt: durch einen üblichen 555-Timer-IC, um ein Taktsignal zu erzeugen, und einen 10-stufigen Binärzähler (ein Bauelement der digitalen Logikschaltungen), um automatisch jede mögliche Kombination (d.h. 210 oder 1.024 Versuche) durchzuprobieren. Nachdem ich den Taster gedrückt hatte, wurde innerhalb weniger Minuten das richtige Kennwort übertragen und das Garagentor geöffnet! Meinen universellen »Brute-Force-Garagentoröffner« habe ich niemals für böswillige Zwecke eingesetzt, doch er hat meine Hacker-Denkweise bestärkt – Probleme mit unkonventionellen Methoden lösen, die Möglichkeiten der Technologie ausreizen, niemandem zu schaden und lernen durch fortwährendes Hinterfragen und Experimentieren. Außerdem dachte ich, es wäre ziemlich cool, ein serienmäßig produziertes Gerät zu modifizieren und es zu einer Funktion zu bewegen, die die ursprünglichen Entwickler niemals vorausgeahnt hatten.

Als ich noch viel jünger war, kam ich irgendwie zu einem 6-V-Akku für Laternen und einer Feder aus einer einstellbaren Lampe. Ich fragte mich: »Was würde passieren, wenn ich die Batterieanschlüsse mit der Feder verbinde?« Natürlich habe ich es ausprobiert. Die Feder ist immer heißer geworden, bis ich sie vor Schreck losgelassen, von den Batterieklemmen heruntergerissen und ins Waschbecken geworfen habe. Ich hatte einen Kurzschluss erzeugt, indem ich Plus- und Minuspol der Batterie verbunden hatte, sodass der Strom ungehindert zwischen den beiden Polen fließen konnte. Batterien und Federn habe ich nie wieder auf die gleiche Weise betrachtet.

Ich erinnere mich noch gut daran, wie ich mein eigenes Alarmsystem für die Schlafzimmertür bauen wollte, eine vereinfachte Version des Projekts, das du in Kapitel 1 bauen wirst. Ich habe ein altes AM/FM-Radio an einen Haken an der Rückseite der Tür gehängt, auf Rauschen eingestellt, die Lautstärke auf Maximum gedreht und es »scharf gemacht«, indem ich den Einschalter – einen Schiebeschalter – mit einem Draht verbunden und diesen an der Wand befestigt hatte. Theoretisch hätte beim Öffnen der Tür der Draht am Schalter gezogen und das Radio eingeschaltet – dem Eindringling wäre weißes Rauschen entgegengetönt. So weit ist es aber nicht gekommen. Stattdessen hatte mein Vater die Tür geöffnet, das Radio ist vom Haken gerutscht und auf dem Fußboden zersplittert. Fangen wir also noch einmal von vorne an!

Diese Geschichten sollen dich inspirieren, die wundervolle, wilde Welt der Elektronen zu erkunden – und dieses Buch ist die perfekte Startrampe! Øyvind dröselt komplizierte elektronische Grundlagen in unterhaltsamer und amüsanter Weise auf. Seine Elektronikleidenschaft und seine Lust am Lehren scheinen auf jeder Seite durch. Du beginnst bei den Basics, baust darauf auf und besitzt am Ende die Fähigkeit, größere, bessere, schnellere und intelligentere Projekte in eigener Regie zu schaffen. Es gibt keine bessere Methode als Learning by Doing. Also leg los! Blättere um und beginne dein Abenteuer mit allem, was Elektronik zu bieten hat!

Joe Grand

Produktdesigner, Hardware-Hacker und Vater

Portland, Oregon

Danksagungen

Zuallererst möchte ich meinem Vater dafür danken, dass er mir als Kind die Dinge am praktischen Beispiel und nicht nur in der Theorie erklärt hat. Seine großartigen Erläuterungen waren mein Einstieg in die Welt der Elektronik. Auch meiner Mutter gebührt großer Dank, die alle diese technischen Diskussionen am Esstisch aushalten musste.

Dank an Jennifer Griffith-Delgado, Riley Hoffman, Tyler Ortman und das übrige Team bei No Starch Press – zum einen dafür, dass sie an mich geglaubt haben, aber auch dafür, mich auf so gute Art und Weise durch den redaktionellen Prozess begleitet zu haben. Ihr seid ein traumhaftes Team, mit dem man gern arbeitet!

Dank an meinen Fach-Korrektor, John Hewes, der meine Fehler korrigiert und mich bei manchen Themen angestachelt hat, bestimmte Teile des Buches noch einmal zu überarbeiten.

Schließlich geht ein besonderer Dank an Garry Booth für die Umschlaggestaltung, an Beth Middleworth für das Layout des Buches und die Hintergrundzeichnungen sowie noch einmal an Riley für das Zeichnen der technischen Darstellungen. Diese drei haben das Buch wirklich lebendig werden lassen.

Einführung

Willkommen zu Elektronik kinderleicht! In diesem Buch lernst du, coole Dinge aus den gleichen Teilen zu bauen, wie du sie in Fernsehgeräten, elektronischem Spielzeug, Radios und vielen anderen technischen Geräten findest. Die Experimente und Projekte sind sowohl unterhaltsam, wie zum Beispiel ein von Zitronen betriebenes Licht, als auch nützlich (aber trotzdem unterhaltsam), wie zum Beispiel ein Einbruchsalarm und ein Musikinstrument.

Du wirst allerdings nicht einfach nur Anweisungen befolgen: Du lernst auch, wie jedes Bauteil in jedem Projekt funktioniert.

Ich hoffe dabei darauf, dass du mit dem erworbenen Wissen auch erkennen wirst, wie du deine eigenen Erfindungen umsetzen kannst, indem du die Bauelemente auf andere Art und Weise zusammenschaltest. Zu den ersten Dingen, die ich bei meinem Einstieg in die Elektronik gelernt habe, gehört ein Blinklicht. Als ich gesehen hatte, wie es funktioniert, hat sich mir plötzlich eine ganz neue Welt eröffnet. Seitdem habe ich viele Dinge gebaut: Roboter, MP3-Player, Kleincomputer und sogar ein Gerät, das den Blick durch eine Wand ermöglicht! Mit etwas Übung kannst auch du solche Dinge bauen – und mit diesem Buch lernst du die grundlegenden Fertigkeiten, um die Reise beginnen zu können.

Über dieses Buch

Als ich etwa 14 Jahre alt war, dachte ich, Computer wären cool, doch ich hatte keine Vorstellung davon, wie sie funktionierten. Sie erschienen mir magisch, und ich ging davon aus, dass ich sie niemals verstehen oder sogar nachbauen könnte. Zum Glück war mein Vater Ingenieur, und er konnte Dinge auch verständlich erklären. Wenn ich ihm Fragen stellte, zeigte er mir nicht nur, wie die Dinge arbeiteten, sondern auch, wie ich etwas Ähnliches selbst bauen könnte.

Ich habe dies als das Buch geschrieben, das ich als Kind gern gehabt hätte, und hoffe, dass es dir gefällt!

Wer dieses Buch lesen sollte

Wenn du dir schon einmal ein elektronisches Gerät angesehen und gedacht hast: »Wie funktioniert das?« oder »Wie kann ich das auch bauen?«, dann bist du hier richtig. Ob du acht Jahre alt bist oder 100 Jahre – solange du neugierig bist und einen spielerischen Geist hast, ist das Buch wie für dich geschaffen.

Wie du dieses Buch am besten liest

Ich empfehle, das Buch der Reihe nach zu lesen, da jedes Kapitel auf den Konzepten und Fertigkeiten aufbaut, die in vorhergehenden Kapiteln behandelt wurden.

Jedes Kapitel enthält mindestens ein Praxisprojekt. Baue diese Projekte selbst nach! Elektronik verlangt praktische Fertigkeiten. Nur zu lesen, wie ein Bauelement funktioniert oder was ein Projekt tun sollte, ist etwas ganz anderes, als es selbst in der Praxis zu erfahren. Du solltest das Projekt allerdings zunächst komplett lesen, bevor du in die praktische Ausführung eintauchst, damit du von vornherein über die erforderlichen Schritte Bescheid weißt.

Sollten Probleme auftauchen, während du ein Projekt aufbaust, keine Bange: Das passiert jedem irgendwann einmal, wenn er mit Elektronik zu tun hat – auch mir. Lass nicht locker, inspiziere deine Schaltung und verdrahte das ganze Projekt gegebenenfalls neu, um es zum Laufen zu bringen. Wenn du dich schon stundenlang mit einer Schaltung herumschlägst, dann plötzlich den Fehler findest und die Schaltung funktioniert, hast du ein unbeschreibliches Erfolgserlebnis! Kommst du überhaupt nicht weiter, bitte einen Freund oder ein Familienmitglied um Hilfe.

Wenn du einzelne Teile des Buches nicht auf Anhieb verstehst, solltest du einfach weiterlesen. Lass dich nicht von Details abhalten. Du kannst später zum jeweiligen Thema zurückkehren, wenn du mehr Projekte im Griff hast.

Was enthält dieses Buch?

Wenn du dieses Buch durcharbeitest, erweiterst du deine Kenntnisse zur Elektronik allmählich. Es geht los mit grundlegenden – aber entscheidenden – Informationen und einfachen Schaltungen. Anschließend baust du komplexere Schaltungen auf und lernst Bauelemente wie zum Beispiel Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und integrierte Schaltkreise kennen. Um zu verstehen, wie die Bauelemente funktionieren und wie man sie praktisch einsetzt, baust du in jedem Kapitel unterhaltsame Projekte auf.

Am Ende des Buches findest du ein abschließendes Projekt mit einem größeren Umfang: ein Spiel, das du mit deinen Freunden spielen kannst. Bis dahin besitzt du genügend Erfahrungen und Wissen, um das Spiel zu modifizieren oder sogar ein komplett neues Spiel, das du dir selbst ausgedacht hast, aufbauen zu können!

Dieses Buch ist in drei Teile gegliedert:

Teil 1: Spielen mit Elektrizität bildet die Grundlage für den Rest des Buches. Es geht um fundamentale Kenntnisse und wie Elektrizität tatsächlich funktioniert.

Kapitel 1: Was ist Elektrizität? führt in die Wissenschaft ein, die sich mit Elektrizität befasst, und beschreibt die grundlegenden Voraussetzungen, damit eine Schaltung etwas bewirken kann.

Kapitel 2: Dinge mit Elektrizität und Magneten bewegen zeigt dir, wie du Objekte mithilfe von Elektrizität bewegen kannst. In diesem Kapitel baust du einen Motor ganz von Anfang an auf.

Kapitel 3: Wie Elektrizität erzeugt wird beschreibt, wie Batterien und Netzsteckdosen Elektrizität bereitstellen. Natürlich baust du auch deine eigenen Elektrizitätsquellen auf!

Teil 2: Schaltungen aufbauen ist der Teil, wo du dir wirklich die Hände schmutzig machst. Du lernst einige der wichtigsten Bauelemente in der Elektronik kennen und erfährst, wie du Schaltungen dauerhaft oder auch nur vorübergehend aufbauen kannst.

In Kapitel 4: Licht mit LEDs erzeugen baust du erstmals Schaltungen auf einem Steckboard zusammen, um einen Prototyp zu erstellen, der praktisch als temporäre Schaltung dient. Du lernst Widerstände und Leuchtdioden (LEDs) kennen und erfährst, wie du diese Bauelemente gemeinsam einsetzt.

Kapitel 5: Zum ersten Mal – ein Blinklicht! stellt mit dem Kondensator und dem Relais zwei neue Bauelemente vor und zeigt, wie sie arbeiten. Du schaltest sie sogar mit einer LED zusammen, um eine Blinklichtschaltung aufzubauen.

Kapitel 6: Wir löten! bringt dir eine Technik bei, mit der du Bauelemente auf eine Lochrasterplatine lötest und somit eine Schaltung von einem Prototyp zu einem richtigen Gerät machen kannst, das für die kommenden Jahre stabil funktioniert.

Kapitel 7: Mit Elektrizität steuern führt mit dem Transistor ein Bauelement ein, mit dem du andere Stromkreise steuern kannst. Du lernst, wie Transistoren arbeiten und wie du mit ihnen einen Berührungssensor und eine einfache Weckuhr aufbaust.

Kapitel 8: Ein Musikinstrument bauen macht dich mit integrierten Schaltkreisen bekannt und zeigt, wie du damit Töne erzeugen kannst. Mit diesem Wissen gerüstet baust du ein eigenes Musikinstrument auf.

Teil 3: Die digitale Welt führt dich in die digitale Elektronik ein, auf der fast alle modernen Techniken basieren.

Kapitel 9: Wie Schaltkreise Nullen und Einsen verarbeiten erläutert, wie Computer intern arbeiten und wie auf der Grundlage von Einsen und Nullen, Bits und Bytes kommuniziert wird.

Kapitel 10: Schaltungen, die Entscheidungen treffen beschreibt, wie sich intelligente Schaltungen realisieren lassen, die logische Entscheidungen treffen können. Du baust einen Geheimcodetester und kombinierst ihn mit deinem Einbruchsalarm.

Kapitel 11: Schaltungen, die Informationen speichern zeigt, wie aus Logikgattern Schaltungen entstehen, die Informationen ähnlich wie ein Computer speichern können. Damit baust du dann ein Münzwurfspiel auf.

Kapitel 12: Lass uns spielen! ist einem großen Projekt gewidmet. Du wendest alle deine neu erworbenen Fertigkeiten und Kenntnisse aus dem Buch an, um ein Reaktionsspiel zu bauen.

Schließlich gibt es am Ende des Buches einen Anhang Zum Nachschlagen, der unter anderem »Spickzettel« enthält, um die Werte von Bauelementen zu ermitteln, wichtige elektronische Berechnungen auszuführen usw. Mehr zu diesen Konzepten lernst du in den einzelnen Kapiteln des Buches, doch selbst Elektronikexperten brauchen hin und wieder eine schnelle Nachschlagemöglichkeit!

Dein Elektroniklabor

Das Schöne bei Elektronikprojekten ist, dass du dein »Labor« praktisch überall einrichten kannst – es muss weder eine Garage noch eine Werkstatt sein. Du brauchst lediglich eine ebene Arbeitsfläche mit genügend Platz für deine Werkzeuge und Bauelemente. Lege einfach die Hilfsmittel bereit, die du für deine neueste Erfindung brauchst – schon bist du eingerichtet.

Zu jedem Projekt in diesem Buch gehört eine zweckmäßige Liste der elektronischen Bauelemente und Werkzeuge, die du für den Aufbau benötigst. Bevor du in ein Projekt einsteigst, vergewisserst du dich anhand des jeweiligen Einkaufszettels, ob du alle Materialien beisammen hast. Ich habe auch eine vollständige Liste aller Bauelemente und Werkzeuge für sämtliche Projekte in diesem Buch zusammengestellt. Du findest sie über einen Link auf der Webseite zum Buch unter https://www.dpunkt.de/elektronik-kinderleicht. Diese Liste sollte immer die aktuellen Bauteilbezeichnungen und Bestellnummern sowie Links zu Bausätzen enthalten, die du mit allen erforderlichen Bauelementen kaufen kannst.

Nützliche Materialien und Hilfsmittel

Ob du nun die Projekte in diesem Buch oder eigene Projekte aufbaust, die folgenden Materialien und Hilfsmittel wirst du immer brauchen:

ein Digitalmultimeter, um Verbindungen zu testen und die korrekte Arbeitsweise eines Projekts zu überprüfen

einen Seitenschneider

eine große Spule mit isoliertem Schaltdraht

Isolierband, um blanke Drähte zu schützen oder Dinge zu befestigen

9-V-Blockbatterien – nahezu jedes Projekt in diesem Buch benötigt eine solche Batterie!

ein Sortiment von LEDs

ein Sortiment von Widerständen

eine Schutzbrille, die du auf jeden Fall tragen solltest, wenn du Anschlüsse von Bauelementen abschneidest, Drähte abisolierst oder lötest

Das meiste kannst du in deinem örtlichen Baumarkt kaufen oder von jedem Online-Elektronikhändler beziehen. Eine Liste der Bestellmöglichkeiten findest du im Abschnitt »Online-Elektronikhändler« auf Seite 288.

Darüber hinaus solltest du auch eine Schere, einen Zettelblock und Bleistifte bereithalten, um dir schnell Notizen machen zu können.

Sicherheit geht vor!

Alle Schaltungen in diesem Buch arbeiten mit einer geringen Spannung. Auch der Aufbau und Umgang mit den Schaltungen ist nicht gefährlich. Dennoch solltest du einige Sicherheitstipps beherzigen, wenn du mit Elektronikbauelementen und Werkzeugen zu tun hast:

Trage eine Schutzbrille, wenn du Bauelemente zurechtschneidest oder lötest.

Verwende Werkzeuge nur für den vorgesehenen Zweck. Lötkolben sind heiß und Seitenschneider scharf – bei missbräuchlicher Verwendung kannst du dich verletzen. Wenn du nicht genau weißt, wie ein bestimmtes Werkzeug eingesetzt wird, frage einen Erwachsenen!

Ein Erwachsener sollte jüngere Kinder beaufsichtigen, wenn sie mit kleinen Bauelementen, Lötzinn, Werkzeugen usw. zu tun haben, um ihnen den richtigen und sicheren Umgang damit zu zeigen.

Halte elektronische Bauteile außerhalb der Reichweite von Babys und Kleinkindern.

Die meisten Projekte in diesem Buch verwenden Batterien. Einige Projekte werden aber über ein Steckernetzteil versorgt. Befolge die Anweisungen für diese Schaltungen sorgfältig. Stecke niemals Bauelemente direkt in eine Steckdose, es besteht Lebensgefahr!

Bei manchen Projekten sind Schritte mit besonderer Sorgfalt auszuführen. In den Beschreibungen weise ich deutlich wie folgt darauf hin:

WARNUNG

Wenn du einen derartigen Hinweis siehst, beachte genau die Anweisungen bei den jeweiligen Schritten.

Immerhin ist Elektronik ein sicheres Hobby, sodass du nicht sehr viele solcher Warnungen sehen wirst. Doch auch wenn eine solche Warnung erscheint, solltest du dich nicht davon abhalten lassen, Spaß zu haben. Wenn du deinen gesunden Menschenverstand einsetzt und den Anweisungen folgst, brauchst du dir keine Sorgen zu machen.

Jetzt aber kann es losgehen!

Teil 1Spielen mit Elektrizität

1Was ist Elektrizität?