¶ Schaltungstechnik
Die elektronische Schaltungstechnik befasst sich mit der Entwicklung, dem Entwurf und der Dimensionierung von Schaltungen.
In diesem Tutorial geht es um die folgenden Fragen und Themen:
- Wie liest man einen Schaltplan
- Wie erstellt man einen Schaltplan
- Wie erstellt man eine Schaltung auf dem Steckbrett
- Simulation von Schaltungen mit TinkerCAD
Anfangen wollen wir mit einer kleinen Schaltung bestehend aus:
- einer 9V Batterie als Spannungsquelle
- einem Taster
- eine LED
- einen Widerstand als Vowiderstand für die LED
Die Funktion der Schaltung ist schnell erklärt. Drückt man den Taster, soll die LED leuchten.
Die Aufgabe für die Dimensionierung der Schaltung besteht in der Berechnung des Vorwiderstand für die LED.
Gegeben ist die Versorgungsspannun von 9V und die maximale Stromstärke von 20mA die durch die LED fliessen darf. Die Durchlassspannung der LED ist abhängig von der Farbe der LED. Für eine rote LED z.B. liegt die Durchlassspannung im Bereich 1.6 - 2.2V.
Für den Vorwiderstand bedeutet dies (gemäss der Kirchhoffschen Maschenregel):
Der Spannungsabfall über dem Widerstand beträgt
maximal: 9V - 1.6V = 7.4V
minimal: 9V - 2.2V = 6.8V
Der Wert des Vorwiderstand (gemäss Ohmschen Gesetz) ergibt sich damit:
7.4V / 0,02A = 370 Ohm
6.8V / 0.02A = 340 Ohm
Aus der E6 Reihe wäre damit ein Widerstand von 470 Ohm ideal
¶ Schaltung erstellen mit Fritzing
Weiter geht es mit der Erstellung des Schaltplanes,
Fritzing ist ein einfach zu handhabendes Tool zur Schaltplanerstellung.
Der Vorteilfür Anfänger: man kann direkt die Bauteile auf einem virtuellen Steckbrett platzieren und anschliessend daraus den eigentlichen Schaltplan und sogar ein Leiterplatten Layout erstellen. Die Verbindungen der Bauteile werden dabei bereits aus dem Steckbrett Aufbau übernommen.
Leider ist Fritzing seit einiger Zeit kostenpflichtig. Obwohl Open Source wird für den Download fertiger Pakete für die üblichen Betriebssysteme (MacOS, Linux Windows) ein Obolus von 8€ fällig.
Man kann sich auch die Mühe machen, Fritzing selbst aus den Quellen zu übersetzen. Zum Glück findet man aber auch halbwegs aktuelle Install Pakete auf GitHub, so z.B. https://github.com/TheChuckBerryPiProject/Fritzing/tree/main
Die Fritzing Oberfläche startet mit der Steckplatinen Ansicht.
Zuerst ändern wir die Breadboard Größe auf einem Full+ Board zu einem Half+ Board.
Klickt man einen Verbindungspunkt auf der Steckplatine, erhält man in Gelb die untereinander verbundenen Punkte. So erkennt man das die beiden oberen und die beiden unteren Reihen jeweils durchgehend verbunden sind. Ebenfalls jeweils 5 Punkte einer Spalte.
Wir starten mit der Batterie und verbinden diese mit der oberen roten Reihe (+9V) und der unteren blauen Reihe (GND).
Dann kommt der Taster, der Widerstand und die LED.
Zum Schluss verbinden wir noch die Kathode der LED mit GND und den Taster mit +9V. Fertig ist unsere Schaltung.
Wechselt man nun in die Schaltplanansicht sieht man die Bauteile zunächst unsortiert.
Aber mit ein paar Mausklicks bringt man den Schaltplan in die gewünschte Form
Die Schaltplanansicht ist etwas ungewohnt. Die Bauelemente werden nach IEEE Norm dargestellt, nicht nach der in Deutschland üblichen DIN Norm. Auch die Darstellung der Spannungsquelle wird man so nicht in einem professionellen Schaltplan wiederfinden.
Ein mit KiCAD erstellter Schaltplan würde z.B. folgendermaßen aussehen.
¶ Schaltplan Simulation mit TinkerCAD
Als nächstes geht es um die Simulation der Schaltung. Zwar verfügt auch Fritzing über eine Simulation. Allerdings ist diese hier nicht funktionabel. Deshalb müssen wir uns mit TinkerCAD behelfen. Leider müssen wir dafür den Schaltplan nochmal unter TinkerCAD erstellen.
Das funktioniert ähnlich wie unter Fritzing. Auch hier gibt es eine Breadboard Ansicht. Die Bedienung ist einfach wie bei Fritzing.
Dagegen lässt die Schaltplan Erstellung doch sehr zu wünschen übrig. Der Schaltplan wird einfach automatisch erzeugt und kann nicht editiert werden. Irgend etwas ist halt immer 
Die Simulation der Schaltung funktioniert hingegen in TinkerCAD einwandfrei.