Tinkercad Übung 3 - Mehrere LEDs auf dem Steckbrett

Erstelle eine Schaltung auf einem Steckbrett

In dieser Übung lernst du wie du mehrere LEDs parallel schalten kannst und wie dies praktisch auf einem Steckbrett zu realisieren ist.

Empfohlenes Vorwissen: Bedienung Tinkercad Circuits, Batterie, LED, Widerstand,
Neue Inhalte: Steckbrett, Taster, mehrere Widerstände für mehrere LEDs, Schaltplan

Schritt 1 - Schaltung auf einem Steckbrett erstellen

Bisher haben wir alle Schaltungen "fliegend" verdrahtet. In der Simulation ist das ganz einfach: Eine Leitung wird einfach mit einem Widerstand oder einer LED verbunden und hält dann fest, hat guten elektrischen Kontakt. Würden wir das in echt aufbauen, wäre es aber nicht so einfach, da wir den Draht ja irgendwie an das Draht-Beinchen der LED oder des Widerstandes befestigen müssten. Man könnte sie festhalten, aber man hat ja auch nur 2 Hände und es wäre ein Rezept für Wackelkontakte...

In der Realität würde man solche Verbindungen deswegen mit einer Löt-Verbindung herstellen: Dabei erhitzt man ein elektrisch leitendes Metall (das Lötzinn) bis es flüssig ist, führt den Draht und das Bauteil zusammen und lässt das Metall wieder erkalten. Draht und Bauteil sind jetzt miteinander sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden, d.h. die Verbindung hält fest und es entsteht ein guter elektrischer Kontakt.

Abbildung 1 - Lötzinn aufschmelzen und auf einen Draht aufbringen

Abbildung 2 - Zwei Drähte werden miteinander verlötet

Das macht man immer, wenn es am Ende so bleiben soll, aber nicht, wenn man experimentiert und dabei die Schaltung viel umbaut. Eine Lötverbindung muss man nämlich wieder aufschmelzen oder durchknipsen.

Abhilfe schafft ein Steckbrett (Breadboard). Dieses hast du in Übung 1 schon mal gesehen. In ein Steckbrett kann man die Bauteile und Leitungen reinstecken. Die elektrische Verbindung erfolgt hierbei über das Steckbrett selbst. So kann die Schaltung leicht umgebaut werden.

Abbildung 3 - Vergleich simuliertes und echtes Steckbrett

Steckbretter gibt es in der Simulation in verschiedenen Größen, je nachdem wie kompliziert und damit platzaufwändig das Projekt werden soll. Wir verwenden die mittlere Größe.

Erstelle einen neuen Entwurf. Füge eine "1,5-V-Batterie" mit 2 Batterien hinzu und eine "Kleine Steckplatine".

Die Steckplatine hat viele Löcher, in die Bauteile und Leitungen gesteckt werden können. Der Sinn hierbei ist, dass die Steckplatine für uns die elektrischen Verbindungen herstellt. Gehe mit der Maus über die Steckplatine. In grün wird markiert, welche Löcher elektrisch miteinander verbunden sind.

Die Steckplatine hat oben und unten einen Bereich, wo alles waagerecht verbunden ist. Dies ist für die Spannungsversorgung gedacht, ist entsprechend auch mit (+) und (-) markiert und rot und schwarz eingefärbt.

Verbinde die Batterien mit dem Steckbrett, sodass Plus-Pol und Minus-Pol korrekt angeschlossen sind.

Die Steckplatine hat in der Mitte 2 große Bereiche, wo alles senkrecht verbunden ist.

Füge eine LED hinzu und stecke sie in einen der großen Bereiche. Verbinde die LED mit (+) und (-) wie in Abbildung 6 (das gebogene Beinchen der LED muss mit (+) verbunden werden).

Du siehst die LED ist nicht direkt mit einer Leitung verbunden, sondern mit dem Steckbrett. Aber die grün markierten Steckplätze sind miteinander verbunden und somit indirekt der Draht auch mit der LED.

Abbildung 4 - Verbindungen in einer Steckplatine

Der Stromkreis ist geschlossen. Starte die Simulation.

Rette die LED, indem du einen LED-Vorwiderstand von 100 Ω in Reihe hinzufügst. Der Widerstand ergibt jedoch nur Sinn, wenn der Strom nicht an ihm vorbei fließen kann, sondern durch ihn hindurch. Es dürfen also die 2 Beinchen des Widerstands nicht verbunden sein, da der Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes nimmt und am Widerstand vorbeifließen würde.

Abbildung 5 - Stromfluss an einem Widerstand vorbei, wenn beide Beinchen verbunden sind

Abbildung 6

Schritt 2 - Taster hinzufügen

Jetzt wollen wir wieder einen Schalter hinzufügen, um die Simulation auch beeinflussen zu können. Ein Taster ist wie ein Schalter, kann also entweder einen elektrischen Kontakt herstellen oder trennen. Man muss ihn dafür aber gedrückt halten. Er kann nicht umschalten wie der Schalter aus Übung 2, sondern nur ein (gedrückt) oder aus (nicht gedrückt).

Baue die Schaltung so um wie in Abbildung 7 gezeigt (Bauteil heißt "Drucktaster"). Der Strom fließt jetzt nicht mehr direkt durch den Widerstand in die LED hinein, sondern muss zusätzlich noch durch den Taster und dann durch die orangene Leitung.

Starte die Simulation und betätige den Taster (Maustaste gedrückt halten).

Abbildung 7

In Abbildung 7 oben ist der Widerstand am Plus-Pol der Batterie angeschlossen. Schwarzer Draht und Widerstand könnten aber auch die Plätze tauschen. Dann wäre der Widerstand am Minus-Pol der Batterie. Es ist egal wo genau im Stromkreis der Widerstand eingebaut ist, solange alles eine Masche ist.

Das ist in Abbildung 8 noch einmal als Schaltplan (oder auch Stromlaufplan) dargestellt: "VCC1" sind unsere beiden 1,5V-Batterien (3V), LED1 ist die LED-Leuchte, S1 ist der Taster und R1 ist der strombegrenzende LED-Vorwiderstand. Man erkennt: Es ist eine Masche (ein Stromkreis). Jetzt wird auch klar, wie der Taster angeschlossen werden muss. Würde man den Taster 90° rotieren, würde der Strom an ihm vorbeifließen. Auf der linken Seite ist der Widerstand am Plus-Pol der Batterie angeschlossen, auch der rechten Seite am Minus-Pol. Er könnte aber auch anstatt der orangenen Leitung zwischen LED1 und S1 eingefügt werden - das ist egal.

Abbildung 8 - Links: Schaltplan wie in der Simulation, Rechts: funktioniert genauso. Es ist egal, wo der Widerstand eingesetzt wird.

Schritt 3 - Mehrere LEDs

Erweitere die Schaltung mit 2 weiteren LEDs, die alle gleichzeitig durch den Taster eingeschaltet werden können so wie im Schaltplan in Abbildung 9 vorgegeben.

Tipp: Du kannst die LED-Farbe verändern, indem du eine LED auswählst (blaues Fenster).

In Abbildung 8 (links) oben ist der Widerstand am Plus-Pol der Batterie angeschlossen. In Abbildung 9 jedoch sind die Widerstände am Minus-Pol der Batterie angeschlossen. Das ist besser, weil dann jede LED ihren eigenen Widerstand hat. Die 3 LEDs sind nämlich parallel geschaltet und nicht in Serie. Der Stromkreis verzweigt sich am Taster in den roten, gelben und grünen Stromkreis, die getrennt voneinander jeweils durch eine LED und einen Widerstand gehen und beim Minus-Pol der Batterie wieder zusammenkommen zu einem gemeinsamen Stromkreis.

Abbildung 9 - Schaltung mit 3 LEDs

Man kann in Abbildung 9 jetzt theoretisch sogar 4 Stromkreise finden:

VCC1 → R1 → LED1 → S1 → VCC1
VCC1 → R2 → LED2 → S1 → VCC1
VCC1 → R3 → LED3 → S1 → VCC1
und noch einen großen Gesamtstromkreis VCC1 → (LEDs und Widerstände) → S1 → VCC1

Abbildung 10 zeigt ein Lösungsbeispiel.

Die Schaltung würde aber auch funktionieren, wenn du die 3 Widerstände durch Drähte ersetzen würdest und anstatt des roten Drahtes rechts am Taster einen Widerstand einbauen würdest. Der wäre dann wieder mit dem Plus-Pol der Batterie verbunden. Das wäre aber nicht genau dasselbe. Die LEDs würden in der Realität nicht genauso hell leuchten. Die abgebildete Variante ist die bessere.

Abbildung 10

Lösungsvorschlag: https://www.tinkercad.com/things/e78lBaYqmK1-kkg-robotik-ubung-3-das-steckbrett

Alternativer Lösungsvorschlag (nur ein Widerstand, also nicht optimal): https://www.tinkercad.com/things/ca4X0w8YIt4-kkg-robotik-ubung-3-das-steckbrett-alternative-1

Zusammenfassung

Du hast nun einem Schaltplan folgend eine Schaltung auf einer Steckplatine aufgebaut (wenn auch die Benutzung etwas gewöhnungsbedürftig ist) und weißt, dass jede LED ihren eigenen strombegrenzenden Widerstand benötigt.

Weiter zu Übung 4

Beiträge durchsuchen

KKG Robotik