Test-, Experimentier- und Lernsystem

[JohannesSüd]

Hallo,

ich bin gerade dabei, ein Test-, Experimentier- und Lernsystem zusammen zu stellen und möchte hier mal meine ersten Ergebnisse zeigen und zur Diskussion stellen.

Wie so etwas aussehen soll, da gibt es die unterschiedlichsten Ansichten, denn die Zielsetzungen sind schon einmal sehr verschieden.
Mein System soll mehreren, weit auseinander liegenden Anwendungen dienen können.
Ich will damit zunächst einmal Schaltungen testen, bevor ich ein Funktionsmuster zusammenlöte.
Es soll aber auch möglich sein, die Grundbegriffe der Elektronik und Elektrotechnik spielerisch und experimentell zu erfahren.
Und schliesslich soll es möglich sein, alle Arbeitsschritte der Entwicklung einer Schaltung und des Bauens des entsprechenden Gerätes zu erfahren, zu üben oder zumindest sich darauf vorzubereiten.

An gewünschten Eigenschaften ist zumindest klar:
Es soll so wenig kosten, dass sich auch ein Schüler mit wenig Taschengeld den Anfang leisten kann.
Allgemein erhältliche Bauteile sollen verwendbar sein.
Es soll ein rasches direktes Arbeiten möglich sein. Die Bauteile sollen von der Tüte gleich auf das Klemmbrett marschieren können, Gehäuse oder Subplatinen für Einzelbauteile werden als nicht sinnvoll erachtet.
Platz soll grosszügiger vorhanden sein, als auf den konventionellen Breadboards.
Man soll intuitiv nach einem Schaltplan (bei sehr komplexen Schaltungen nach einem Layout) verdrahtet werden. Dabei ist unbedingt eine zweidimensionale Gestaltungsmöglichkeit nötig. Der Aufbau soll dann in seiner Struktur den Schaltplan abbilden.
Das System soll klein beginnen können und beliebig erweiterbar sein.

Als erstes hab ich mich nach einem Verbindungssystem umgesehen. Zunächst sah es so aus, dass etwas wie Federn aus den Philips Elektronik Kästen EE20 und folgenden nicht mehr gibt. Was für ein Irrtum, es gibt die Federn, sogar in verbesserter Form gegenüber dem, was ich als Kind verwendet habe. Winkler Schulbedarf liefert Federn und Grundplatten unter dem Begriff Winkler Klemmsystem. Die Federn habe etwas Optimierungsspielraum und ich habe sie mit einer kleinen Zange kurzerhand nachgebogen, sodass das System wirklich flutscht und auch für Grundschüler bedienbar geworden ist.

Bevor ich nun einen ganzen Roman schreibe, poste ich zunächst ein kleines Beispiel und schaue dann, nach welchen weiteren Details des Systems Interesse besteht.

Lauflicht-AVM3-oe6jbg-kl.jpg (50.1 KiB) 7903 mal betrachtet

Lauflicht-AVM3-oe6jbg-kl.jpg (50.1 KiB) 7903 mal betrachtet

Da habe ich drei Transistorstufen mit LEDs zu einer Art Lauflicht verschaltet. Das Beispiel soll zeigen, dass ein Aufbau die Struktur des entsprechenden Schaltplans gut abbilden kann.

Das Verbindungssystem ist nur die Basis. Die weit reichenden Zielsetzungen, die oben erwähnt wurden, werden dann mit Hilfe von Ergänzungen und vor allem durch ein Sytem von Arbeitsvorschägen und Hilfestellungen, die von Lernenden selbständig in Anspruch genommen werden können, verfolgt. Dieses System ist unter anderem systemisch, lern- und wahrnehmungspsychologisch fundiert und ist so umfangreich, dass es an dieser Stelle nicht dargestellt werden kann.

Hier gibts noch mehr Info: http://jbergsmann.at/klemmfederbrett.htm (wird laufend fortgesetzt)

herzliche Grüsse und viel Spass beim Basteln,
Johannes

[JohannesSüd]

Hallo Bastler und Entwickler,

inzwischen habe ich das System für Versuchsaufbauten weiter getestet. Für den Eigenbedarf habe ich mir einen Musikverstärker mit Gegentaktendstufe auf das Experimentierboard gesteckt. Der Verstärker soll später als Aktivbox an einem kleinen CD-Player laufen. Der Versuchsaufbau hat wenig Strom verbraucht und bei gut ausreichender Lautstärke sehr gut geklungen. Ich wollte ihn schon auf Platine Löten, da ist mir eine Variante eingefallen, die noch mehr Aussteuerbarkeit erlaubt. Diese Variante der elektronischen Schaltung will ich aber erst auf dem Experimentierbrett testen und anhören, und dann entscheiden, was gebaut wird. Genau für solche Entscheidungsprozesse hab ich mir das Experimentiersystem gewünscht und zurechtgelegt. Im Bild ist die erste Variante der Schaltung zu sehen. Die Arbeitspunkte von Treiber und Endstufe, so wie die Gegenkopplung über alles werden unabhängig von einander durch die Dimensionierung eingestellt. Das macht die Funktion unabhängig von den unvermeidlich auftretenden Exemplarstreuungen. Gesucht war eine Elektronik mit wenig Bauteilen (3 Transistoren) und einem sparsamen Energiebedarf.

Gegentakt-Endstufe-Aktivbox-CDPlayer.jpg (185.16 KiB) 7855 mal betrachtet

Gegentakt-Endstufe-Aktivbox-CDPlayer.jpg (185.16 KiB) 7855 mal betrachtet

Anschliessend habe ich den zweiten Einsatzzweck näher angesehen: Sehr einfache Stromkreise für selbständiges Lernen durch Schüler in Schule und Freizeitbetreuung. Dabei sollen Kinder einfache elektrische Schaltungen selbst aufbauen können und so beispielsweise im Rahmen von Sachkunde Unterricht erste praktische Einblicke in die Elektrizitätslehre finden. In diesem Rahmen werden dann für mich ungeahnte Datails wie Drahtdurchmesser und Kontaktabstände wichtig. Es sollen ja keine Probleme mit der Feinmotorik vom Hauptthema ablenken. Also hab ich wieder ein ganz einfaches Bespiel mit zwei Stromkreisen entworfen: Ein Buzzer mit Druckknopf und ein LED Lämpchen mit Schalter.

Einfache-Stromkreise-Schüler-Experimentierbrett.jpg (156.87 KiB) 7855 mal betrachtet

Einfache-Stromkreise-Schüler-Experimentierbrett.jpg (156.87 KiB) 7855 mal betrachtet

Fragen und Vorschläge sind immer willkommen.

grüsse, Johannes

[TKRoth]

Schaue dir mal mein DEB-System an:

viewtopic.php?f=26&t=1182

[JohannesSüd]

Hallo, ihr Bastler und Entwickler,

oben habe ich schon einige Zielsetzungen und Anforderungen an das System definiert.

Im Widerspruch zu den beschriebenen Grundlagen dieses Projekts, ist das, worauf Thomas verweist, ist viel zu aufwändig, und zwar in mehrfacher Hinsicht.

*) Als Entwickler habe ich nicht die Zeit zur Verfügung, so ein aufwändiges System zu erstellen. Das muss viel flexibler und schneller gehen.

*) Für junge Hobbyisten ist das zu teuer, wenns vorproduziert wird.

*) Und eine viel zu grosse Hürde für den Einsteiger, wenn Subplatinen auch noch angefertigt werden sollen.

Aus ganz realen Gründen hat Philips das Vorbild aufgegeben.

Was aber sinnvoll ist, das ist folgendes:

Transistor-Klemmbrett-Montage-kl.jpg (24.01 KiB) 7807 mal betrachtet

Transistor-Klemmbrett-Montage-kl.jpg (24.01 KiB) 7807 mal betrachtet

So kommt das Bauteil aus der Tüte auf das Klemmbrett.
20 Cent zahlt der Bastler für 5 Stück Transistoren. Für das 4 ct Teil soll er noch eine Subplatine kaufen? Das kann wohl niemand ernsthaft befürworten.
Wer schon eine LED und einen Widerstand montiert hat, der schafft es auch mit Leichtigkeit, den Dreibeiner zu platzieren und sicher zu kontaktieren.

grüsse und wünsche euren Projekten gutes Funktionieren,
Johannes

[JohannesSüd]

So, das Experimentieren auf dem Klemmbrett hat gelohnt.

Es war sehr einfach, verschiedene Schaltungsvarianten durch zu probieren, und verschiedene Dimensionierungen zu testen. Die Klemmfedern sind immer noch gute und stabile Kontakte. Und vor allem sind sie leicht und schnell handzuhaben.

Wie bereits geschrieben, baue ich einen enfachen Audioverstärker mit Gegentakt Endstufe. Von Varianten dieser Schaltung sind die Lehrbücher und auch das Internet voll. Aber nicht alles was an Schaltungen zu finden ist, ist auch eine funktionssichere und nachbausichere Schaltung. Vielfach werden stark reduzierte Funktionsskizzen als Schaltungen bezeichnet, und dann findet man Gegentaktstufen, die einen mangelnden Aussteuerbereich haben und thermisch nicht stabil sind. Massnahmen für das Ermöglichen von guter Zimmerlautstärke bei gleichzeitiger Absicherung gegen thermischen Transistorschaden sollten schon getroffen werden. Da sind mir die Entwickler von Philips ein Vorbild. Wenn man die Vorlagen beispielsweise des EE20 analysiert, dann sieht man zwar sehr einfache aber fertig entwickelte Geräte.

Für die thermische Stabilität wurden in meinem Projektchen wurden 3 Massnahmen ergriffen:
Die Gleichspannungsgegenkopplung haben eh fast alle Vorschläge. Gegenüber manchen Einfachvarianten habe ich noch den Diodenstrom etwas zurückgenommen. Bei 9V Betriebsspannung ist das schon nötig. Und drittens habe ich den Endstufen Transistoren Emitterwiderstände spendiert. Das tut ihnen gut, wenns heiss her geht.

Für die Aussteuerbarkeit habe ich eine Bootstrap Schaltung vorgesehen. Damit ist es leichter, den nötigen Basisstrom für die Endstufe bei grosser Aussteuerung zur Verfügung zu haben. die Bootstrap ist ja wirklich nicht aufwändig, 1 Kondensator und 1 Widerstand das ist wenig Aufwand für den grossen Nutzen.

Da die Verstärkung mehr als ausreichend ist, habe ich noch eine zusätzliche Wechselspannungs Gegenkopplung eingebaut. Das verbessert den Klang hörbar.

Und gegenüber den Prinzipskizzen habe ich noch eine Bandbreiten Begrenzung hinzugefügt. Die liegt ausserhalb des Höbereichs, ist aber auch eine Massnahme für Funktionssicherheit. Den einen weiteren Kondensator kann man sich schon leisten.

Das hat dann dabei herausgeschaut:

Audio-Gegentakt-Verstärker-Platine-kl.jpg (55.18 KiB) 7795 mal betrachtet

Audio-Gegentakt-Verstärker-Platine-kl.jpg (55.18 KiB) 7795 mal betrachtet

Klein, aber fein, klangschön und kräftig.
So stelle ich mir auch die Nachbauvorschläge für junge Bastler vor: geringe Kosten und wenn man eine vorhandene Box anschliesst, dass soll das mit einem guten Industrieprodukt vergleichbar sein und Stolz und Freude verbreiten.

[JohannesSüd]

Nachdem die Platine ganz hübsch geworden ist, hat sie auch eine schöne Behausung verdient. Darum habe ich sie gemeinsam mit dem Lautsprecher in eine selbst angefertigte Box montiert.

Lautsprecherbox-Selbstbau-kl.jpg (16.41 KiB) 7759 mal betrachtet

Lautsprecherbox-Selbstbau-kl.jpg (16.41 KiB) 7759 mal betrachtet

Die Lautsprecherbox ist als Regalbox konzipiert. So hat sich eine Anordnung der Bedienelemente in der Rückwand angeboten.

Aktivbox-Bedienung-kl.jpg (20.43 KiB) 7759 mal betrachtet

Aktivbox-Bedienung-kl.jpg (20.43 KiB) 7759 mal betrachtet

Erst der nahtlose Übergang vom Experimentiersystem zu fertigen Geräten rundet den Nutzen und den Erfolg des Systems ab.

Viel Spass beim Experimentieren, Basteln und Gerätebau

wünscht Johannes

[JohannesSüd]

Hallo Bastler und Experimentatoren,

Winkler Schulbedarf hat die Lochbretter verbessert und ich hatte das Vergnügen, heute die neue Variante zu testen:

Die Federn können jetzt viel leichter auf ihre Plätze gesteckt werden - wirklich kinderleicht. Damit ist ein Nacharbeiten der Federn nicht mehr nötig. Auch der Rand der Bretter ist neu gestaltet worden, so dass die Löcher am Rand nicht mehr eingeengt sind. Das sind zwei sehr angenehme Verbesserungen, die vor Allem die Arbeit mit Kindern und Jugendlichen erleichtern.

Liebe Grüsse und viel Spass und Erfolg,
Johannes