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December 23 2013

Adventskalender 20/24

Tür 20: noch eine gelbe LED. Jetzt habe ich 6 LEDs.

Die Schaltung wird wieder ein Flip-Flop. Diesmal so: Der Ausgang schaltet eine LED ein. Die beleuchtet eine zweite LED. Diese schaltet den Transistor Strom ein. Der Transistor zieht den NOT Eingang auf Null, am Ausgang ist eine Eins. Und von Vorne.

Wenn man den Lichtrückkopplung unterbricht: Schaltet der Transistor nicht mehr durch. Am NOT Eingang ist eine Eins.. Am Ausgang eine Null. Die Beleuchter LED ist aus. Die Sensor LED ist immer noch aus. Und von Vorne.

Gibt man “von aussen” Licht drauf, Flippt das Flip-Flop auf ein und bleibt da.

Kann man beides im Video sehen:

Gelernt: Flip-Flop geht auch anders.

Adventskalender 18/24

Tür 18: Eine rote LED:

Daraus wird ein Flip-Flop.

Video:

Gibts heute nicht wirklich, ist nix geworden, ich war zu abgelenkt.

Gelernt:

Es gibt Flip-Flops, und die sind irgendwie wichtig und man sollte mehr über sie wissen.

December 19 2013

Adventskalender 17/24

Tür 17: Überraschung. Noch ein 100kOhm Widerstand.

(Foto dreist von gestern recycled)

Genau das gleiche wie vorgestern und gestern. Diesmal kommt statt des 10MOhm, oder offenem Draht ein 100kOhm Widerstand rein. Wenn man den Kondensator erwärmt, flimmert es etwas langsamer. Offensichtlich sind den Autoren hier die Ideen etwas ausgegangen.

Ergebnis: Es blinkt ganz ganz schnell.

Gelernt: Nix. Naja. Wenn man den Kondensator erwärmt, flimmert es etwas langsamer. Aber morgen gibts ein Flip-Flop!

Adventskalender 16/24

Tür 16:
Ein 100kOhm Widerstand.

Die Schaltung ändert sich gegenüber gestern fast gar nicht. Einen 10MOhm Widerstand ersetze ich durch zwei offene Drähte:

Ergebnis: Eine grüne LED blinkt langsam vor sich hin. Die andere fängt schnell an zu blinken, wenn man den Widerstand zwischen den beiden offenen Drähten verringert. Die rot/gelbe NAND Verknüpfung blinkt.

Gelernt: Nix. Das hatten wir schon.

December 17 2013

Adventskalender 15/24

Tür 15: 3,3kOhm Widerstand:

Heute: Zwei Blinker.

Und dahinter ge-nand-et eine gelbe LED. Die rote LED ist das not der gelben:

Gemäß der Logiktabelle von Tag 6, geht die gelbe Lampe immer aus, wenn die beiden grünen gleichzeitig an sind

Grün1 Grün22 UND NICHT Gelb 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0

So siehts aus:

Gelernt:

Nix. Sieht aber schön aus.

Adventskalender 14/24

Tür 14:
Ein 100nF Kondensator. Ich habe jetzt drei davon.

Die Schaltung ist wie der Blinker von Tag acht. Änderungen:

  • Der Kondensator ist kleiner, indem drei 100 nF Kondensatoren zu einem 33nF Kondensator in Reihe geschaltet sind.
  • Den Widerstand bilden jetzt zwei LEDs. Eine davon sitzt verkehrt rum.
  • Die zwei LEDs “bilden zusammen so etwas wie einen veränderlichen Widerstand” (Zitat der Anleitung).

    Wenn man die LEDs beleuchtet. Intensiv beleuchtet… *bedeutungsvolle Pause*. Ändert sich die Blinkfrequenz:

    Gelernt:
    1. Wenn man Kondensatoren Reihe schaltet, wird die Gesamtkapazität kleiner
    2. Charlotte und Elisabeth kommen wieder.

    December 15 2013

    Adventskalender 12/24

    Tür 12: Noch ein Kondensator:

    Die Schaltung ist fast die gleiche wie gestern:

    Der Unterschied ist: Der neue Kondensator sitzt parallel zum alten, die Kapazität ist also doppelt so gross, Laden und Entladen dauert länger. Ich schlussfolgere mal, dass dabei mehr Strom in die Kondensatoren passt, aber die Spannung gleich bleibt.
    Und der Widerstand wird verdoppelt. Und an den Ausgang kommt noch mal ein NOT und eine LED, damit das ganze wechselblinkt.

    Im Beweisvideo, habe ich den Kondensator mal im laufenden Betrieb rausgefummelt und wieder reingesteckt damit man sieht, dass die Blinkfrequenz sich dabei ändert.

    Viele Interessanter: Dabei habe ich die Widerstände kurzgeschlossen. Man sieht, dass es nicht blinkt, und die rote LED leuchtet. Das NOT sieht also eine Null. Aber warum werden die Kondensatoren jetzt nicht mehr geladen? Eigentlich müsste doch ohne Widerstand ein grösserer Strom reinfliessen?

    Kaputtgegangen ist offenbar nichts.

    Gelernt: Mit Hilfe eine Pinzette kann man Elektronik ganz einfach zerstören. Es sei denn man hat mehr Glück als Verstand.

    December 13 2013

    Adventskalender 11/24

    Tür 11:

    Leer! Verdammte Axt, das Fach ist leer!!!

    Entwarnung. Das Biest hatte sich nur versteckt:

    Es ist ein Kondensator, Kapazität 100nF. Daraus soll ein Blinklicht werden. Die Schaltung ist etwas einfacher als die gestrige:

    Das Ergebnis ist ein romantisches Geblinke:

    Versuch einer Erklärung:

  • Grüne Pfeile: Das NAND ist zu einem NOT geschaltet.
  • Rote Pfeile: Am Ausgang des NOT hängt die LED. Nach dem Einschalten hat das NOT am Eingang eine Null. Daher leuchtet die LED sofort auf.
  • Blaue Pfeile: Gleichzeitig erreicht Spannung vom Ausgang den Kondensator, der langsam aufgeladen wird. Dadurch steigt langsamdie Spannung am Eingang des NOTs. Wird die obere Schwelle des Schmitt-Triggers erreicht, sieht der NOT eine 1 am Eingang, die LED geht aus, der Kondensator kriegt keine Strom mehr, er entläd. Wird die untere Schwelle erreicht, schaltet er zurück und es geht von vorne los.
  • Interessant finde ich, dass man sehen kann, dass es vom Einschalten bis zum Start des Blinkens spürbar länger dauert als die darauf folgenden Blinkintervalle. Das liegt vermutlich daran, dass beim ersten Aufladen des Kondensators, von Null bis zur oberen Schwelle geladen wird. Danach nur von von der unteren Schwelle zur Oberen.

    Gelernt: Dass ich noch nicht vollständig verstanden habe, wie Kondensatoren funktionieren.

    December 12 2013

    Adventskalender 10/24

    Tür 10: Ein 3,8k Ohm Widerstand.

    Dieser Widerstand ist kleiner, als die 6,8kOhm Widerstände, die bisher immer als Schutz vor den LEDs hingen, und soll dazu dienen, die grüne LED heller leuchten zu lassen. Was mir nicht einleuchtet, die kam mir nämlich auch so schon heller vor als die anderen Widerstände.

    Die heutige Schaltung ist eine ziemliche ganz erhebliche Denksportaufgabe. Am Ende kommt ein Exklusives Oder raus, kurz XOR, und das bedeutet, die LED geht nur an, wenn die beiden Eingangschalter verschieden sind. Nach diesem Schema:

    0+0 -> 0
    1+0 -> 1
    0+1 -> 1
    1+1 -> 0

    Die Schaltung sieht so aus:

    Ich habe sie gestern Abend beim Weihnachts-OpenChaos im Noklab zusammengesetzt, mit Georgs leckerer Feuerzangenbowle im Kopf und anderen Gegenständen am Kopf und nicht wirklich verstanden, wie die funktioniert. Immerhin hat sie funktioniert:

    Wichtig ist die grüne LED. Sie hängt am letzten Ausgang und zeigt das Ergebnis der Exklusiv-Oder Verknüpfung der beiden Eingänge an. Sie leuchtet immer, wenn die Eingänge verschieden sind.

    NAND1
    Der erste NAND ist mit dem blauen Kasten markiert. Gelb und Blau sind die Eingänge, Lila ist der Ausgang, der durch die gelbe LED geht. Die gelbe LED zeigt also einfach die Nicht-Und Verknüpfung der beiden Eingänge an. Sie leuchtet immer, ausser im letzten Fall: 1+1.

    NAND2a und NAND2b
    Der Ausgang von NAND1 (Orange) verzweigt in BEIDE nachfolgende NANDs: Orangener Pfad.
    Die jeweils anderen Eingang der NAND2a und b bekommen noch mal das Signal von dem ersten Eingang: grüne Linien.

    NAND3

    Die Ausgänge von NAND2a und NAND2b gehen in die Eingänge von NAND3.
    NAND2a schickt ausserdem eine Leitung zur roten LED.
    Der Ausgang von NAND3 geht zur grünen LED.

    Schaltplan

    Der Versuch ist zu unübersichtlich, um ihn auf dem Foto nachvollziehen zu können. Daher male ich jetzt einen Plan. Und stelle zu meiner Überraschung fest, dass ich kein “Light Emitting Diode” Symbol im Unicodezeichensatz finde. Wenn man nach “Light” sucht,
    findet man aber jede Menge “Zahnmedizinische Symbole”. Zum Beispiel, das “DENTISTRY SYMBOL LIGHT DOWN AND HORIZONTAL WITH TRIANGLE”. Es sieht fast aus wie eine Diode: ⏄

    Aber von einer LED ist weit und breit nichts zu sehen. Erstaunlich. Dann nehme ich eben ein CIRCLED Times, das mich an das Symbol für eine Glühbirne erinnert, um die LEDs darzustellen:

    ⊗ CIRCLED TIMES
    Unicode: U+2297, UTF-8: E2 8A 97

    So sieht der Schaltplan aus:

    Aufmerksamen Lesern fallt sofort auf, dass ich eine blaue LED in den Plan gemogelt habe. Die brauche ich gleich für die Tabelle:

    Der Vergleich der Tabelle mit dem Video zeigt, dass das scheinbar erratische Verhalten der LEDs in Wahrheit erwartungsgemäss ist.

    Die Anleitung sagte: “Mit etwas Mühe kann man die Funktion der Schaltung nachvollziehen.” Da hat sie recht. Ich hinke jetzt aber zwei Tage hinterher.

    Gelernt:
    XOR.

    December 09 2013

    Adventskalender 9/24

    Tür 9:
    Ich bin grün!

    Und ich bin heute eigentlich überflüssig, weil den Job auch die gelbe Kollegin hätte machen können: Wir bauen uns ein ODER.

  • Diesmal nutze ich alle 4 NANDs des IC 4093. Ich habe sie blau markiert und mit 1a, 1b, 2 und 3 bezeichnet.
  • Drei von Ihnen habe ich mit den orange markierten Drahtbrücken zu NOTs umgebaut.
  • Im rechten Bereich sind zwei “Schalter”, die die Eingänge 1a und 1b von 0 auf 1 umschalten.
  • Die Ausgange der NOTs 1a und 1b gehen in den Eingang von NAND2. Der Ausgang von NAND2 wird von der grünen LED angezeigt. Und er geht weiter in den Eingang von NOT3, wo noch mal die rote LED am Ausgang hängt.

    Interessant an der Schaltung ist die Verknüpfung von zwei Mal NOT mit einem NAND. Dabei kommt nämlich was neues raus: Ein Oder. Wenn Eingang 1a ODER Eingang 1b auf 1 ist, leuchtet die grüne LED:

    Eingang NOT (1a/1b) AND (2) NOT (2) Grün 0+0 -> 1+1 -> 1 -> 0 0+1 -> 1+0 -> 0 -> 1 1+0 -> 0+1 -> 0 -> 1 1+1 -> 0+0 -> 0 -> 1

    Dass Conrad dahinter noch ein NOT gehängt hat finde ich pädagogisch nicht so wertvoll. Das lenkt vom eigentlichen Gag ab. Aber es ist natürlich bunter.

    Dem Realitätscheck widersteht die Schaltung:

    Gelernt: 2x NOT + NAND = OR

    December 08 2013

    Adventskalender 8/24

    Tür 8:

    Ooch. Keine LED. Aber noch ein kleiner Widerstand, 6.8 kOhm, wie der andere, mit dem die LEDs in Reihe geschaltet sind:

    Die heutige Schaltung erfordert einen kompletten erheblichen Umbau und ich muss noch mehr von diesen widerlichen kleinen Drahtbrücken schnitzen. Die Enden brechen ganz leicht ab. Und sie werden immer zu gross. Ich wünsche mir die Philips Federn zurück. (Nein nicht wirklich).

    So sieht sie aus:

    Im rechten Bereich gibts erstmal einen Spannungsteiler. Einmal 9Volt Plus in einen 10 Megaohm Widerstand, einmal 9Volt Minus in einem 10Megaohm Widerstand. Und dazwischen, in dem blauen Kreis, kommt die Hälfte an: 4,5Volt. Behauptet die Anleitung, und mir kommt es auch plausibel vor. Aber Nachmessen kann ich es nicht, denn mein Spannungsmessgerät zeigt was ganz anderes an.
    Parallel zu den Widerstanden gibts jeweils einen “Tastschalter”, um die Spannung in der Mitte hoch oder runter “zu ziehen”.

    Die Mitte – mit der gerecht aufgeteilten Spannung – geht in den Eingang des ersten NOTs.

    (Das NAND ist kein NAND, weil die Drahtbrücke in dem orangen Kreis beide Eingänge verbindet. Es ist deshalb nur ein NOT. Das hatten wir schon.)

    Der Ausgang des NOT geht in zwei Richtungen weiter.

  • In die gelbe LED. (Das kann man auf dem Bild nicht richtig sehen, weil die linke Seite des Widerstands von der roten LED verdeckt ist).
  • Und in den Eingang des zweiten NOTs
  • Das zweite NOT mündet in die rote LED.

    Gelb zeigt also den Ausgang des ERSTEN NOT an.
    Rot zeigt also den Ausgang des ZWEITEN NOT an.

    Wenn Gelb leuchtet, muss Rot aus sein, weil nach Gelb erstmal ein NOT kommt.

    Der eigentliche Gag an dieser Schaltung ist die “Schmitt-Trigger” Eigenschaft des 4093 IC. Das hält den Zustand am Eingang 1 nämlich bei ungefähr 4,5 Volt stabil. Die Spannung muss eine ganze Ecke nach oben oder unten verändert werden, damit es zu 0 bzw. 1 umkippt.

    Demonstration:

    Gelernt:
    Den Trick mit dem Spannungsteiler.
    Man kann den Bauplan auch frei nach Schnauze nachbauen und es klappt trotzdem und macht weniger Mühe.
    Ich möchte gerne mal genau wissen, warum mein Multimeter die Spannung an dem Spannungsteiler nicht messen kann.

    December 07 2013

    Adventskalender 7/24

    Tür 7:

    Eine rote LED. Das ist schon die zweite LED. Wenn das jetzt so weiter geht habe ich am Ende 19 LEDs. Aber vermutlich gibts morgen ja wieder was anderes:

    Die Schaltung heute baut auch wieder auf der von gestern auf. Nur bekommt die gelbe LED die rote in Reihe dazu. Und die LEDs kommen zwischen Ausgang und Minus. Das heisst sie invertieren den Ausgang nicht mehr. Wenn Ausgang 0, dann LED aus. Wenn Ausgang 1, dann LED an.

    Mitzubringende Erinnerungsleistung von einer der vorherigen Türen: LEDs umdrehen. Kathode an Minus.

    So sieht das aus:

    Wenn man beide Schalter anfasst, kriegt das NAND zweimal 1 auf die Eingänge, das ergibt 1 am Ausgang und das Ge-NOT-ted wieder Null. Die LEDs gehen aus.

    Beweis:

    Gelernt:
    Nix. Nur das schon Gesehene wiederholt.

    December 05 2013

    Adventskalender 6/24

    Tür 6:
    Das hatten wir schon. Noch ein 10 Mega Ohm Widerstand:

    Und das ist die neue Schaltung:

    Hübsch. Und pädagogisch ausgklügelt, denn es ist im Prinzip das gleiche wie gestern, aber sind lauter kleine Änderungen drin.

  • Wir verwenden ein anderes NAND Gatter auf der Rückseite des ICs
  • Die beiden Eingänge sind nicht mehr miteinander verbunden.
  • Der zweite Eingang kriegt auch einen Schalter.
  • Die Widerstände gehen jetzt zum Minuspol! Das heisst, wenn man anfasst, zieht man den Eingang von 0 auf 1. (Gestern war es umgekehrt).
  • Noch mal das Foto mit Beschriftung. Die Kamera guckt diesmal von hinten auf das Breadboard.

    Damit kann ich sehen, dass das NAND Gatter wie erwartet die LED in genau einem Fall einschaltet. Nämlich wenn beide Eingänge auf 1 stehen. Beweis:

    Ääääähm. War das nicht ein _NICHT_ UND? Müsste es also nicht genau umgekehrt sein? LED an, wenn irgendwas anderes als 1 und 1 an den Eingängen anliegt? Ich werfe einen misstrauischen Blick auf die Tabelle von gestern:

    Pin1 Pin2 UND NICHT Pin3 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0

    Tatsächlich. Also was ist hier los? Die Anleitung erklärt es freundlicherweise. Die LED hängt diesmal nicht zwischen Ausgang und GND. Sie hängt zwischen Ausgang und Plus. Das heisst sie leuchtet, wenn am Ausgang “eine Null liegt”. Ich übersetze das mit: “Wenn in den Ausgang Strom reinfliessen kann” (gelbe Pfeile oben).

    Gelernt:

  • Man kann einen Eingang nicht nur “auf Null ziehen”, es geht auch Umgekehrt “auf Eins”.
  • Eine LED kann auch mit Hilfe eines “abgeschalteten Ausgangs” zum leuchten gebracht werden.
  • Cool.

    Adventskalender 5/24

    Tür 5:

    Heute gibts einen Widerstand mit 10 Mega Ohm drin:

    Aber erstmal einen Schritt zurück. Inzwischen glaube ich nämlich zu wissen, was gestern passiert ist. An den Pins 1-3 des Chips befindet sich ein NAND Gatter. Pin 1 + 2 sind die Eingänge. Sie sind beide miteinander und ausserdem mit dem Minus Pol der Batterie verbunden. Voila:

    NAND stand für “NOT AND” und führt zwei Rechenoperationen mit den Zahlen 0 und 1 durch. Je nachdem was für Nullen und Einsen man in die Eingänge Pin 1 und 2 rein tut, kommt an Pin 3 wieder eine 0 oder eine 1 raus. Mit “Eins rein tun” ist gemeint, den Pin mit dem Plus Pol der Batterie zu verbinden, und mit “Null rein tun” ist gemeint, den Pin mit dem Minuspol zu verbinden.

    Die Schaltung berechnet aus beiden Eingängen zuerst “logisch und”. Dabei kommt immer eine 0 raus, wenn eine der beiden Zahlen 0 ist. Und darauf dann ein NOT. Das macht aus 0 eine 1 und umgekehrt.

    Also sind diese Fälle möglich:

    Pin1 Pin2 UND NICHT Pin3 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0

    Da Pin 1 und 2 in meiner Schaltung verbunden sind, gibt es nur zwei Möglichkeiten. Beide Eingänge auf 0 oder beide auf 1.
    Und dabei kommt am Ausgang immer genau das Gegenteil von dem Raus, was man reingetan hat. Aus 0 wird 1 und aus 1 wird 0. Durch das Verbinden der beiden Eingänge ist aus NAND ist ein NOT geworden.

    Heute fliegt die Verbindung der beiden NAND Eingänge zum Minus Pol raus. Dafür verbinde ich die beiden per Megaohm Widerstand mit dem Plus Pol. Die Anleitung sagt: “Nun zieht der Widerstand die Spannung auf 1 hoch.”

    Das Ergebnis am Ausgang ist 0, denn die LED leuchtet nicht.

    Und jetzt kommt die Pointe: Wenn man mit dem Finger den Widerstand mit dem blanken Draht verbindet, leuchtet die LED:

    Warum? Die Anleitung sagt, der Finger habe angeblich einen geringeren Widerstand, als der 10 Megaohm Widerstand und deshalb “zieht der Finger die Spannung auf 0″ runter. Ich staune.

    Ich möchte das sehen und versuche zu messen, wieviel Volt am Eingang liegt. Dazu verbinde ich das Spannungsmessgerät mit Pin1 und dem Minuspol. Das ist übrigens genau das was ich eben mit dem Finger gemacht habe, nur dass mein Finger keine Spannungsanzeige hat.

    Ergebnis: die LED leuchtet. Ist der Widerstand des Spannungsmessgeräts genauso wie der meines Fingers kleiner als die 10 Megaohm des Widerstands?

    Gelernt: Habe die Übersicht verloren.

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