Dazu versteckt man die Schaltung einfach im Zimmer des Opfers.
Wird das Licht ausgeschaltet fängt der Piezo an zu summen ,springt das Opfer nun verärgert aus dem Bett
und schaltet das Licht an, um der Sache auf den Grund zu gehen, ist die Schaltung binnen Sekundenbruchteile wieder still,
da der Summer sofort wieder Ruhe gibt sobald Licht auf den Fotowiderstand fällt.
kann man ohne allzu großen Aufwand so einiges an Experimente anstellen. Er ist so etwas wie ein Universal Baustein mit den Vorteilen
das er relativ gut zu bekommen ist , eine geringe Stromaufnahme hat , große Eingangswiderstände auf weist ,einigermaßen robust ist
und mit einen großen Betriebsspannungsbereich auskommt und natürlich relativ Preiswert zu bekommen ist( aktuell 0,20 Euro).
Eingangswiderstand ca 10 000 Mega Ohm
Ausgangsstrom bis 10 mA pro Ausgang
Betriebsspannungbereich 3 - 16 Volt je nach Typ
damit sind die Anschlussbeinchen gemeint.)
In diesem Baustein , der gemeinhin als IC ( IC ist die Abkürzung für Integrated Circuit
und bedeutet Integrierter Schaltkreis)
bezeichnet wird befinden sich mehrere sogenannte Gatter.
Als Gatter werden die einzelnen Elektronischen Einheiten genannt von denen sich meist mehrere in einem IC befinden die einer eindeutigen Logik folgen , z B.
wenn beide Eingänge Plus aufweisen ist auch der Ausgang Plus , es gibt also in diesen Bausteinen keine Zwischenwerte sondern nur Plus oder Masse oder
auch Spannung vorhanden oder keine Spannung .
Man bezeichnet eine vorhanden Spannung auch als 1 oder HIGH und eine nicht vorhandenen Spannung als O oder LOW .
Falls benötigt benutzt man einen von diesen oder evtl. auch gleich mehrere.
Der großer Vorteil dieser IC's ist die Betriebsspannung die obwohl 4 Schmitt Trigger integriert nur einmal benötigt wird.
Diese CMOS IC's haben den Vorteil das die Eingänge sehr hochohmig sind und somit auch zum ansteuern sehr wenig Strom benötigen
( ca 5 pA), das wiederum birgt aber auch gewisse Nachteile auf die ich später noch drauf zurück komme.
Es gibt eine Menge andere IC's die auch sogenannte Gatter beinhalten, also auch integrierte Bausteine haben die mit irgend welche Zeichen versehen sind.
Diese Zeichen sind aber nicht willkürlich gewählt damit die Schaltung schöner aussieht, sonder jedes dieser Zeichen sagt etwas über die Funktion dieser Gatter aus.
Das Zeichen welches wir im Bild sehen ist ein genormtes Zeichen für einen Schmitt Trigger, wenn wir uns den markierten Schmitt Trigger ( Anschluss 1-2-3) betrachten erkennen wir am Ausgang einen kleinen Punkt oder Kreis, der auch eine Bedeutung hat, der besagt nämlich das dass Ausgangssignal negiert wird, aus Plus wird also Null und aus Null wird Plus.
Um das zu verstehen gibt es sogenannte Wahrheitstabellen, der ein oder andere hat bestimmt schon einmal so etwas gesehen wusste aber vielleicht nicht so recht etwas damit anzufangen.
Eine Wahrheitstabelle gibt die Funktion des Gatter ( hier Schmitt Trigger ) genau wieder.
Diese kann man mit Relais durchaus vergleichen, also Spannung vorhanden = Relais zieht an oder keine Spannung vorhanden = Relais fällt ab.
Da man CMOS IC's nicht wie beispielsweise TTL IC's nur mit einer festen Betriebspannung betreiben kann,sondern hier kann die Betriebsspannung zwischen 3 und ca 16 Volt liegen , betrachtet man alles in der unteren Hälfte der verwendeten Betriebsspannung als Null und alles in der oberen Hälfte als 1 .
Beispiel:
Ich verwende als Betriebsspannung 9 Volt dann wird alles unterhalb von 4,5 Volt als Null betrachtet und alles oberhalb von 4,5 Volt als 1 betrachtet.
Diese Betriebszustände nennt man also Null und Eins, gleichbedeutend mit Spannung nicht vorhanden und Spannung vorhanden, oder manchen sagen auch LOW oder High, kommt aus dem englischen und bedeutet LOW = niedrig und HIGH = hoch .
Diese Schaltschwelle ändert sich also mit der Höhe der Betriebsspannung, ist aber Prozentual immer gleich.
Man erkennt in Zeile 1 der Tabelle das wenn der Eingang 1 Aus ist und der Eingang 2 aus ist ,der Ausgang dann An ist (Plus).
Da wir zwei Schalter oder besser gesagt zwei Eingänge zu Verfügung haben gibt es insgesamt vier Möglichkeiten der Schalterstellungen.
Nach dem gleichen Prinzip funktioniert ein Schmitt Trigger Gatter Bild-4
| Wahrheitstabelle |
|||
| Möglichkeit |
Eingang
1 |
Eingang
2 |
Ausgang |
| 1 |
Aus (0) |
Aus (0) |
Plus oder 1 |
| 2 |
Ein (1) |
Aus (0) |
Plus oder 1 |
| 3 |
Aus (0) |
Ein (1) |
Plus oder 1 |
| 4 |
Ein (1) |
Ein (1) |
Minus oder 0 |
Bild
41 Stk. Fotowiderstand
2 Stk. Trimmwiderstände
1 Stk. Kondensator
1 Stk. Piezo
1 IC mit 4 Schmitt Trigger davon werden aber nur zwei Gatter benötigt.
Der Ton kann im gewissen Bereich mit R1 eingestellt werden und die Schaltschwelle , also der Übergang von dunkel zu hell
kann mit P1 eingestellt werden.
Block Batterie benutzen dann teilt sich die Betriebsspannung im Verhältnis der Widerstande auf .
Also 9 Volt aufgeteilt auf 25 + 1 Kilo Ohm macht gleich 9 Volt geteilt durch 26 Kilo Ohm.
Somit würden pro Kilo Ohm 0,34 Volt abfallen, und damit liegt am oberen Eingang des ersten Schmitt Trigger weniger als
die Hälfte der Betriebsspannung an und wird vom Schmitt Trigger als 0 gewertet.
Sehen wir jetzt in der Wahrheitstabelle nach, erkennen wir das sobald am Eingang 1 eine O erkannt wird am Ausgang eine
0 ausgegeben wird unabhängig davon was am Eingang 2 anliegt.
Somit hat die Schaltung erst einmal keine Funktion.
Spannungsverhältnisse völlig anders aus.
Nehmen wir wieder unsere 9 Volt Versorgungsspannung und teilen sie durch 25 Kilo + 36 Kilo, so kommen wir auf 9 Volt
durch 61 Kilo.
Somit fallen pro Kilo Ohm 0,14 Volt ab .
Nehmen wir den jetzt erhöhten Fotowiderstand von 36 Kilo Ohm mal 0,14 Volt so kommen wir am Fotowiderstand auf 5,3 Volt.
Damit wurde mehr als die Hälfte der Betriebsspannung erreicht und unsere Schmitt Trigger erkennt diesen Zustand als 1.
Sehen wir jetzt in die Wahrheitstabelle stellen wir fest das sobald eine 1 am Eingang 1 oder am Eingang 2 erkannt wird
der Ausgang auch auf 1 umgeschaltet,
Also liegt am Ausgang fast die volle Betriebsspannung an .
Über diese Betriebsspannung wird jetzt der Kondensator über den Trimmer R1 langsam aufgeladen wobei langsam relativ ist.
Sobald der Kondensator aufgeladen ist liegt auch am Eingang 2 des Schmitt Trigger die Positive Betriebsspannung an also eine 1.
Jetzt sehen wir wieder in die Wahrheitstabelle und schauen was passiert wenn am Eingang 1 und am Eingang 2 eine 1 anliegt.
In Zeile 4 der Tabelle erkennen wir das sobald an beiden Eingängen eine 1 anliegt der Ausgang automatisch auf 0 springt.
Ist aber der Ausgang auf Null so entlädt sich der Kondensator über den Schmitt Trigger bis er fast leer ist und damit liegt
wieder eine 0 am Eingang 2 und der Vorgang beginnt von neu.
Der Schmitt Trigger Oszilliert also jetzt mit einer gewissen Frequenz die abhängig ist von der Größe des Kondensators und des
Trimmer R1.
Mit dieser Frequenz wird der Piezo angeregt und gibt nun einen hörbaren Ton von sich der verstummt sobald Licht
auf den Fotowiderstand fällt.
Der zweite Schmitt Trigger ist nicht zwangsläufig notwendig sondern entkoppelt den Piezo nur vom ersten Schmitt Trigger
der dadurch in seiner Frequenz stabiler läuft und erhöht gleichzeitig die Leistung für den Piezo der dann etwas lauter ertönt.
Am zweiten Schmitt Trigger erkennen wir dass man Eingänge auch parallel schalten kann und auch bei Ausgängen
ist es Prinzipiell möglich.
Mit P1 können wir die Schaltschwelle zum Umschalten von Hell auf Dunkel einstellen.
Und mit R1 können wird die Frequenz des Piezo ändern also den Ton in seiner Frequenz ändern.
Durch einfaches vertauschen von P1 und LDR1 kehrt sich die Funktion um , somit ertönt dann ein Ton wenn es Hell ist
und verstummt wenn der Fotowiderstand abgedunkelt wird.
Eingänge durch Umwelteinflüsse ( Elektro Statik ) ungewollt Werte von 0 oder 1 annehmen können.
Es können dadurch Fehlfunktionen ausgelöst werden oder zumindest aber können Gatter dadurch aktiviert werden die somit
unnützen Strom verbrauchen.
Aber Achtung !
Nur Eingänge und auf keinen Fall die Ausgänge auf Plus oder Minus legen.
Und
so
sieht das ganze Experiment komplett aus.