Elektronik kinderleicht!

Experimente mit Elektrizität und Stromkreisen

Øyvind Nydal Dahl, Frank Langenau

• Verlag: dpunkt.verlag
• Jahr: 2017
• ISBN drucken: 9783864904165
• eBook-ISBN: 9783960880974
• Thema: Technology & Engineering
• Thema: Electrical Engineering & Telecommunications

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.

Teil 3
Die digitale Welt

9
Wie Schaltkreise Nullen und Einsen verarbeiten

Mobiltelefone, Computer, Fernsehgeräte, Videospielkonsolen und fast alle anderen technischen Dinge, die dich umgeben, sind mit digitaler Elektronik aufgebaut. Wenn du schon einmal einen Blick in einen Computer geworfen hast, mögen dir die Schaltungen kompliziert vorkommen, doch wenn du die Hardware in kleinere Teile aufgliederst, ist es eigentlich ganz einfach: Jede Aktion, die ein Computer ausführt, basiert darauf, ob ein bestimmter Schaltungsteil eine hohe oder niedrige Spannung erkennt.

Du hast bereits mit Transistoren Schaltungen aufgebaut, die andere Dinge steuern. Dieses Kapitel erläutert nun die Grundlagen, wie mithilfe der digitalen Elektronik richtig intelligente Schaltungen entstehen. Dabei lernst du auch ein neues Zahlensystem kennen, erfährst, was Bits und Bytes sind und wie du in diesen Bits und Bytes elektronische Nachrichten verschicken kannst.

Einsen und Nullen als Spannungen

In der Schule habe ich zwar gelernt, dass Computer mit Einsen und Nullen kommunizieren, doch wie das genau geht, wurde nicht weiter erklärt. Ich wollte mehr wissen und habe meinen Vater gefragt. Da Computer sehr komplexe Maschinen sind, hatte ich angenommen, dass es auch sehr kompliziert ist, wie sie mit Nullen und Einsen umgehen. Doch mein Vater hat mir gesagt: »In einem Computer ist eine Eins einfach ein Draht mit Spannung und eine Null ein Draht ohne Spannung.« (Mit dem Ausdruck »ohne Spannung« hat mein Vater eine Spannung von null Volt gemeint.)

Im Abschnitt »Die Ausgangsfrequenz des 555-Timers einstellen« auf Seite 166 habe ich kurz erwähnt, dass die Pins des 555-Timers entweder High oder Low sein können. Bei den Pins der ICs in einem Computer verhält es sich genauso: High ist 1 und Low ist 0. Die Arbeitsweise digitaler Schaltungen beruht darauf, dass Spannungen auf verschiedenen Leitungen zwischen High und Low umgeschaltet werden.

Das binäre Zahlensystem

Wenn es um Zahlen geht, sind normalerweise Dezimalzahlen gemeint, d.h. Zahlen in einem Zahlensystem mit der Basis 10. Im Dezimalsystem kann eine Ziffer einen von 10 möglichen Werten haben, von 0 bis 9. Digitale Schaltungen können aber nur mit zwei Spannungen (High und Low) arbeiten und verstehen deshalb nur Binärzahlen. Die Basis des Binärsystems ist 2, und die Ziffern einer Binärzahl haben deshalb nur zwei mögliche Werte: 0 und 1. Die folgende Tabelle zeigt, wie du sowohl dezimal als auch binär von null bis zehn zählst:

Dezimalzahl	Binärzahl
0	0
1	1
2	10
3	11
4	100
5	101
6	110
7	111
8	1000
9	1001
10	1010

Was ist hier los? Die Dezimalzahl 2 ist 10 im Binärsystem und 4 im Dezimalsystem ist 100 in Binärdarstellung!

Der Wert einer Zahl in einem Zahlensystem ergibt sich aus den Ziffern und ihren Positionen in der Zahl. Die ganz rechts stehende Ziffer wird immer mit 1 multipliziert. Geht man von hier aus nach links weiter, ist der Wert an jeder Position – auch Stellenwert genannt – gleich der Basis mal dem Wert der vorhergehenden Position. Im Dezimalsystem ist die Basis 10. Somit ist der Wert der zweiten Position 10 oder 10 × 1, der Wert der dritten Position 100 oder 10 × 10, der Wert der vierten Position ist 1000 oder 10 × 100 usw. Hierzu ein Beispiel:

In der Zahl 181 ist die erste Ziffer 1, die zweite Ziffer 8 und die dritte Ziffer 1. Nachdem du diese Ziffern mit ihren Stellenwerten multipliziert hast, addierst du die Ergebniswerte und bekommst 181. Bei den uns vertrauten Dezimalzahlen brauchst du den Wert der Zahl natürlich nicht nach dieser Methode zu ermitteln. Es liegt auf der Hand, dass 181 gleich 181 ist! Jedoch ist diese Methode sehr ...

Inhaltsverzeichnis

• Über den Autor
• Elektronik kinderleicht!
• Teil 1Spielen mit Elektrizität
• Teil 2Schaltungen aufbauen
• Teil 3Die digitale Welt