Schaltungen mit Diodenmatrix. 9./10. Schuljahr · Weiter mit Unterrichtsablauf Fachtipps für Lehrer Medien und Material - Briefkasten Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an:

Schaltungen mit Diodenmatrix. 9./10. Schuljahr

Ziele

Die Schüler/innen sollen:

� das Prinzip einer Matrix kennen, � wissen, dass man Ein- und Ausgänge einer Schaltung mit

Hilfe einer Matrix kombinieren kann � das EVA-Prinzip an einer Matrix erkennen und verstehen, � den Einbau von Dioden verstehen und die Verarbeitung

innerhalb einer Diodenmatrix kennen, � die Funktion einer Diodenmatrix zeichnerisch darstellen und

das Ergebnis tabellarisch auswerten, � zwischen drei verschiedenen Anspruchsniveaus nach

eigener Einschätzung wählen, � die Darstellung der Ziffern 0 bis 9 auf einem Sieben-

Segment-Baustein kennen, � die Anschlüsse der sieben Segmente in der Reihenfolge der

Festlegung der sieben Leuchtdioden von a bis g zuordnen und tabellarisch darstellen,

� den Gesamtaufbau einer Siebensegmentanzeige, einer einfachen Ampelschaltung oder eines elektronischen Stundenplans realisieren,

� dabei eigene Vorschläge und Gestaltungsideen einbringen, planen und realisieren.

Unterrichtskonzept

� Projekt in Freiarbeit, Einzelarbeit oder Partnerarbeit � das Prinzip der Freiarbeit beinhaltet, dass jeder Schüler an

seinem Thema entsprechend seinen individuellen Fähigkeiten arbeitet

Richtlinienbezug

� Der Kultusminister des Landes NRW (Hrsg.), die Schule in NRW - Eine Schriftenreihe des Kultusministers, Richtlinien Technik Lernbereich Arbeitslehre Hauptschule, Frechen 1989

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Unterrichtsablauf

Fachtipps für Lehrer

Medien und Material

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Briefkasten Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an: [email protected]

Autoren

Wilfried Bruckmann, Jägerstr.11, 46149 Oberhausen Hauptschule Albert Schweitzer, Elpenbachstr. 112, 46119 Oberhausen [email protected]

mailto:[email protected]

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Unterrichtsablauf im Überblick

Zum Konzept Freiarbeit als Projekt, auch als Partner- oder Gruppenarbeit

Organisation des Unterrichts

Zeitlich nicht festgelegt. Bausteinsystem (evtl. nicht vorhandenes notwendiges Vorwissen eigenständig aneignen)

Merkmale der Freiarbeit, Einzelarbeit, Partnerarbeit

(Projekt)

keine Zeitvorgabe, freie Wahl der Reihenfolge bei Aneignung des Vorwissens, Sammlung der Arbeitsblätter in der Freiarbeitsmappe

Anforderungen an die Arbeitsweise der Schüler

� Eigene Vorkenntnisse überprüfen und anwenden � Zwischen drei verschiedenen Anspruchsniveaus nach eigener

Einschätzung wählen

Kontrollmöglichkeiten Arbeitsblätter überprüfen durch Lösungsblätter oder Lehrer

Teilaufgaben Tätigkeiten Ausstattung

Einführung in das Fachgebiet

Vorwissen überprüfen, evtl. ergänzen.

Bekannt machen mit der Aufgabenstellung und den notwendigen Voraussetzungen.

Vorwissen und Inhaltsverzeichnis

Arbeitsblatt Information Diodenmatrix

Kennen lernen des EVA - Prinzips am Beispiel der Diodenmatrix

Kennenlernen des EVA - Prinzips mit Hilfe des elektronischen Stundenplans.

Übungen zum EVA - Prinzip mit einer Matrix.

Grundinformationen zur Matrix erarbeiten durch Lesen.

Das EVA-Prinzip an einer Diodenmatrix erarbeiten.

Experimentiersystem Elektronischer Stundenplan

Arbeitsblatt Information Diodenmatrix

Arbeitsblatt Diodenmatrix

Werkzeuge Bauteile

Kennen lernen der Ansteuerung einer Siebensegmentanzeige

Die Funktion einer 7-Seg-Anzeige erarbeiten.

Die gesamte Anlage einer Sieben-Segment-Anzeige entwerfen, nach Anleitung bauen und die Diodenmatrix entwickeln.

Arbeitsblatt Information Siebensegment - Anzeige

Arbeitsblatt Siebensegment- Anzeige

Werkzeuge und Bauteile

Konstruktion einer Ampelsteuerung mit Diodenmatrix

Die gesamte Anlage einer Ampelsteuerung nach Anteilung bauen.

Das erworbene Wissen anwenden und vertiefen und das Entwerfen einer Diodenmatrix üben.

Arbeitsblatt Information Ampelsteuerung

Arbeitsblatt Bauanleitung Ampelsteuerung

Werkzeuge und

Bauteile

Entwicklung eines Stundenplans mit Diodenmatrix

Die gesamte Anlage eines elektronischen Stundenplanes nach Anleitung bauen.

Die richtige Diodenmatrix selbst entwerfen.

Arbeitsblatt Information elektronischer Stundenplan

Arbeitsblatt Bauanleitung elektronischer Stundenplan

Werkzeuge und Bauteile

Notwendiges Vorwissen:

Einführung in den Technikunterricht.

Sachgerechtes Löten.

Umgang mit der Bohrmaschine.

Sägen Raspeln, Feilen, Schleifen von Holz und Kunststoff.

Symbole in der Elektrotechnik und Elektronik.

Stromquellen und Netzgeräte.

Messen in der Elektrotechnik.

Strom – Spannung – Widerstand.

Ohmsches Gesetz.

Festwiderstände.

Die Halbleiterdiode

Die Leuchtdiode.

B6. Fach Technik Bereich 6: Information und Kommunikation.

Thema: Schaltungen mit der Diodenmatrix. - „Ob ich das wohl schnall?“

Fach Arbeitslehre/Technik. Bereich Information und Kommunikation.

Thema: Schaltungen mit der Diodenmatrix

18.09.01

9./10. Schuljahr.

Inhaltsverzeichnis. - „Dann weiß man Bescheid.“

1. Die Diodenmatrix. – „Gar nicht so schwer.“

2. Die Sieben-Segment-Anzeige. – „Zum Beispiel für Uhren.“

3. Die einfache Ampelsteuerung. – „Rot – gelb – grün.“

4. Der elektronische Stundenplan – „Was haben wir denn heute?“

Lösungen Arbeitsblatt 1: Diodenmatrix

Wenn du das Anschauungsmaterial Matrix anschaust, stellst du fest, dass zwei Reihen von Drähten sich überkreuzen. Die eine Drahtreihe nennen wir Eingang, weil hier bestimmt wird, auf welche Schiene der Strom geführt wird. An der Eingangsseite kann man also die Schaltung beeinflussen.

Die andere Drahtreihe nennen wir Ausgang. Von hier aus geht es zu den Bauteilen der Schaltung, die beeinflusst werden sollen.

Eingangs- und Ausgangsseite können vertauscht werden und verschieden sein, je nach Anforderung an die Schaltung.

Zwischen Ein- und Ausgang findet die Verarbeitung statt. Dazu erfährst du später mehr. So kann man sich übrigens auch den allgemeinen Aufbau eines jeden technischen Gerätes vorstellen.

Dieser Aufbau funktioniert also immer nach dem:

E V A Prinzip.

Eingabe Verarbeitung Ausgabe.

Wie du feststellst, berühren sich die quer übereinander liegenden Drähte der Matrix nicht.

Durch das Einlöten von Dioden an den Kreuzungspunkten der Drähte werden an bestimmten Stellen die längs und die quer liegenden Drähte miteinander verbunden. Über diese Stellen kann nun Strom fließen. Hier findet die Verarbeitung der Eingangsinformationen statt.

Dioden werden hier deshalb benutzt, damit der Strom nur in einer Richtung fließen kann. Sonst entstehen Fehlschaltungen.

Auf der nächsten Seite findest du zwei mal eine Diodenmatrix aufgezeichnet. Die linke zeigt dir, wie vom Eingang A aus über die dick eingezeichneten Leitungen Strom fließen kann, wie die Verarbeitung innerhalb der Matrix (jetzt der Diodenmatrix) durch den Einbau von Dioden stattfindet und welche Lampen daraufhin am Ausgang der Schaltung leuchten.

In der Tabelle darunter sind die Verhältnisse in dieser Schaltung für den gezeichneten Fall über den Eingang A

1 eingetragen.

Trage ein: Die auf der nächsten Seite abgebildete Diodenmatrix hat .6. Eingänge mit der



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Bezeichnung .A. und .8. Ausgänge mit der Bezeichnung .E.

Deine Aufgabe: Zeichne den Stromfluss über einen beliebigen Eingang A zu beliebigen Lampen E nach dem Vorbild der linken oberen Zeichnung in die rechte obere Zeichnung ein und trage das Ergebnis auch in die Tabelle darunter ein.

1. Die Diodenmatrix. – „Gar nicht so schwer.“

Nimm dir das Anschauungsmaterial elektronischer Stundenplan. zur Hand. Schließe

diesen an eine Stromquelle mit 4,5V Gleichspannung an (Batterie oder Netzgerät). Wie du weißt, ist der Anschluss für + rot, für - schwarz.

Probiere das Modell aus. Du stellst fest:

- Fünf Taster (für 5 Schultage) schalten zwölf Leuchtdioden (für 12 Schulfächer) auf verschiedene Weise.

Wie kann das gehen?

Damit wollen wir uns hier beschäftigen.

Drei verschiedene schöne Funktionsmodelle hast du dabei hier zur Auswahl. Nachdem

- du das Herzstück der drei Modelle, die Diodenmatrix kennen gelernt hast,

- baust du dir mit steigenden Schwierigkeitsgraden entweder eine Ziffernanzeige, auf der man die Ziffern von 0 - 9 darstellen kann

- oder eine Ampelschaltung, mit der man von Hand die Zeichenfolge einer Verkehrsampel

steuern kann

- oder einen elektronischen Stundenplan, der dir auf Knopfdruck die Unterrichtsstunden eines Schultages anzeigt.

Eine Matrix ist ein System von Leitungskreuzungen, das nur auf den ersten Blick kompliziert aussieht. Mit ihr schafft man es, mehrere Eingänge einer Schaltung (z.B. 5 Taster für 5 Tage) mit 12 Ausgängen (12 Leuchtdioden für 12 Schulfächer) zusammenzuschalten.

Schau dir jetzt dazu den elektronischen Stundenplan genauer an. Es sieht viel komplizierter aus, als es wirklich ist!!

Nimm dir auch das Arbeitsblatt 1. dazu. Dann wirst du sicher verstehen, wie eine Matrix

funktioniert.



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Arbeitsmaterial:

A. Bücher:

- Henzler, Siegfried, Leins, Kurt, Mensch-Technik-Umwelt für das 9 + 10 Schuljahr, Hamburg 1999, S. 65.

B. Anschauungsmaterial:

- Elektronischer Stundenplan.

- Matrix.

C. Arbeitsblatt:

- 1: Diodenmatrix

D: Sonstiges

- Flachbatterie 4,5V oder Netzgerät 30V/3A.

- 2 Klemmstrippen.

2. Die Sieben-Segment-Anzeige. – „Zum Beispiel für Uhren.“

Um zum Beispiel Digitaluhren bauen zu können, benötigt man Sieben-Segment-Anzeigen. Das ist ein Baustein, in dem sieben Leuchtdioden in Rechteckform eingebaut sind, die man einzeln beleuchten kann. Diese einzelnen Leuchtfelder nennt man Segmente. Mit ihnen kann man alle Ziffern von 0 – 9 darstellen. Auf einer Digitaluhr, die vier solcher Anzeigen benötigt, kann das dann so aussehen:

Um verstehen zu können, wie man die einzelnen Ziffern auf diese Weise darstellen kann, genügt es hier, bei einem Baustein zu bleiben.

Dazu musst du wissen:

- Welche der sieben Leuchtdioden beleuchtet werden müssen, um bestimmte Zahlen darzustellen,

- wie man die einzelnen Leuchtfelder (Leuchtdioden) kennzeichnet und

- welcher Anschluss des Bausteins für welche Leuchtdiode im Baustein zuständig ist.

Fülle jetzt auf Arbeitsblatt 2 die Sieben-Segment-Felder so aus, dass die Ziffern von 0 – 9 dargestellt werden.

Nun nimm bitte das Experimentiermaterial Sieben-Segment-Anzeige zur Hand.

Klemme mit Hilfe einer Klemmstrippe den Minuspol einer Flachbatterie an. Beachte dabei genau die Polung von Plus und Minus!

Dann klemme auch den Pluspol der Batterie eine Klemmstrippe an. Wenn du nun mit den freien Ende der Klemmstrippe die Anschlüsse 1 – 7 nacheinander anklemmst, stellst du fest, welcher dieser Anschlüsse zu welchem Segment a – g gehört.

Trage das Ergebnis deiner Untersuchung in die Tabelle des Arbeitsblattes 2 ein.

Du hast nun gelernt:

- Wie eine Diodenmatrix funktioniert und



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- wie eine Sieben-Segment-Anzeige arbeitet.

Da fehlt jetzt nur noch der Zusammenbau zu einer ganzen funktionierenden Anlage.

Noch einmal zur Verdeutlichung:

- Es muss eine Eingangsvorrichtung für eine Schaltung erfunden werden, die es ermöglicht, 10 Einstellungen

für die Ziffern von 0 – 9 einzugeben.

- Ein Ausgang, die Sieben-Segment-Anzeige, muss so angesteuert werden ,dass bei Betätigung einer der

zehn Einstellungen die sieben Leuchtdioden der Anzeige die jeweils gewünschte Ziffer abbilden.

- Die Aufgabe, diese Kombinationen von 10 Einstellungen mit 7 Anzeigesegmenten zu koppeln, übernimmt

die Diodenmatrix als Verarbeitungsteil.

Auf dem Arbeitsblatt 2 findest du noch einige Hinweise darauf, wie du die ganze Vorrichtung bauen kannst.

Lies sie bitte sorgfältig durch!

Viel Spaß!

Arbeitsmittel:

A. Experimentiermaterial:

- Sieben-Segment-Anzeige.

B. Arbeitsblatt:

- 2.: Sieben-Segment-Anzeige.

C.: Werkzeug:

- Lötkolben 15W.

- Spitzzange.

- Abisolierzange.

- Seitenschneider.

- „Dritte Hand“.

- Hebelschere zum Schneiden der Lochplatine.

- Kleinbohrmaschine.

- Holzspiralbohrer 1mm Ø.


- Stichel.

- Schere.

- Fein-, Puksäge.

- Band-, Tellerschleifmaschine.

D.: Material:

- Sperrholz-, und / oder PMMA- (Plexiglas-) platten.

- 1 Sieben-Segment-Anzeige.

- 1 Lochplatine passend für Anzeige 1mm Ø.

- Lötnägel.

- Rote und schwarze Litze.

- Lötzinn.

- Halbleiterdioden Dioden 1N4001

- 10 Ein-Taster.

- Evtl. Leim oder PMMA-Kleber.

E.: Sonstiges

- Flachbatterie 4,5V.

- 2 Klemmstrippen.

- Bleistift.

- Radiergummi.

- Lineal oder Dreieck.

- Kariertes oder Millimeterpapier.

Lösungen Arbeitsblatt 2: Die Sieben-Segment-Anzeige.

Bei drei Ziffern kann man sich streiten, wie sie genau aussehen sollen. Welche Ziffern sind das? Die Ziffern .6., .7. und 9.

Die Segmente einer Sieben-Segment-Anzeige werden mit den Buchstaben a – g gekennzeichnet.

Ordne mit Hilfe des Experimentiermaterials Sieben-Segment-Anzeige den Anschlüssen 1 – 7 die Segmente a – g zu und trage das Ergebnis in die Tabelle ein.

Fülle richtig aus:

Du stellst fest: Die Gesamtschaltung einer Sieben-Segment-Anzeige soll .10. Ziffern darstellen können. Deshalb benötigt sie .10. Eingänge in die Diodenmatrix.

Damit können .7. Segmente beleuchtet werden. Deshalb hat sie .7. Ausgänge aus der Diodenmatrix.

Tipps und Hinweise.

Den Ausgangsteil der Anlage, die Sieben-Segment-Anzeige, kannst du entweder nach dem Beispiel von Experimentiermaterial Sieben-Segment-Anzeige. nachbauen oder selber überlegen, wie und woraus du sie bauen



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Anschluss 1-7

Segment a-g

1 a

2 b

3 c

4 d

5 e

6 f

7 g

könntest.

Ebenso gibt es die Möglichkeiten, die Grundplatte der Diodenmatrix, die hier .10. Eingänge und .7. Ausgänge haben muss, aus Kunststoff oder Sperrholz zu bauen. Im ersten Fall wird die Platte erst mit dem 1mm Bohrer gebohrt. Zeichne in jedem Fall deine Matrix erst sauber auf kariertem oder Millimeterpapier auf. Dann benutze diese Zeichnung als Schablone, um die richtigen Stellen für die Lötnägel zu markieren.

An die 10 markierten Eingänge der Matrix schreibe von oben nach unten die Ziffern 0 – 9 an.

Ebenso an die sieben Ausgänge die Buchstaben a – g.

Löte dann nach dem Einsetzen der Lötnägel blanke Drähte nach dem Muster des Anschauungsmaterials

Matrix ein.

An einer Seite der sieben Ausgänge A wird dann jeweils ein ungefähr 10cm langes Stück schwarze Litze angelötet.

Du hast festgestellt, welche Anschlüsse der Sieben-Segment-Anzeige zu welchen Segmenten a - g gehören. Löte nun die Litze von a an der Matrix an den Anschluss a der Anzeige, b an b, usw.

Richte dich beim weiteren Bau deines Modells jetzt nach der unteren Zeichnung. Sie zeigt dir die gesamte Verdrahtung. An drei Stellen allerdings musst du noch selbst heraus finden, wo und wie die Dioden in die Matrix, die dadurch zur Diodenmatrix wird, eingebaut werden müssen. Ergänze an diesen Stellen die Zeichnung!

In die Schaltung muss ein Vorwidersverwendeten Betriebsspannung. Bei

Danach kannst du alle Dioden an de(Pluspole an die Eingänge E und Mibesser. Der Einbau ist ein komplizier

Fehlt jetzt noch der Eingangsteil.

Bedienteil gern bauen und gestalten

Schreibe, wenn du ihn fertig hast, au

Dann lötest du an die 10 Eingänge danschließend mit einer Seite der Tas

Alle schließlich noch frei bleibenden

tand eingebaut werden. Die Größe des Vorwiderstandes richtet sich nach der einer Betriebsspannung von 4,5 Volt reicht ein Vorwiderstand von 180 Ohm.

n richtigen Stellen sauber einlöten. Denke daran, dass sie alle richtig herum nuspole an die Ausgänge A) eingebaut werden. Vor dem Einbau kürzt du sie ter Arbeitsvorgang. Hier ist viel Geduld und Feingefühl gefordert!

Für E1 – E10 verwendest du am besten fertige Ein-Taster. Wie du diesen

möchtest, solltest du wieder selbst überlegen.

ch hier wieder der Reihe nach die Ziffern 0 bis 9 neben jeweils einen Taster.

er Matrix diesmal 10 rote Stücke Litze von 10cm Länge an. Diese werden dann ter verlötet. Wieder gilt: 0 mit 0 usw.

Anschlüsse an den 10 Tastern lötest du jetzt noch mit einem langen blanken

Stück Litze der Reihe nach zusammen. Das Ende wird mit dem Pluspol der Batterie verbunden.

Wird nun noch der Anschluss der Sieben-Segment-Anzeige mit dem –Pol der Batterie verbunden, zeigt dir das Modell auf Druck des jeweiligen Tasters die dazugehörige Ziffer an.

Wenn du jetzt noch Lust hast, baue eine schöne Verkleidung für das Ganze. Deiner Fantasie sind hierbei kaum Grenzen gesetzt!

3. Die einfache Ampelsteuerung. – „Rot – gelb – grün.“

Hier geht es darum:

- wie ein Ampelprogramm grundsätzlich mit Hilfe einer Diodenmatrix funktioniert.

Eine Verkehrsampel hat, wie du weißt, drei Leuchtzeichen: eine rote, eine gelbe und eine grüne Lampe. Diese werden zu verschiedenen Zeiten ein- und ausgeschaltet und manchmal auch noch miteinander gekoppelt.

An einer Straßenkreuzung muss immer ganz klar sein, wer fahren oder gehen darf (grün) und wer nicht (rot), wann umgeschaltet wird (von grün auf gelb und von rot auf rot/gelb). Auf diese Weise entstehen vier Möglichkeiten, wie eine einzelne Ampel anzeigt (Ampelphasen), die in der Wirklichkeit immer nacheinander ablaufen.

Natürlich kann das ganze noch viel komplizierter werden, wenn:

- noch Fußgängerampeln hinzukommen,

- Straßenbahnen und/oder Busse extra Fahrzeiten bekommen,

- Linksabbieger eine eigene Ampel haben

- oder /und der Verkehrsfluss über mehrere Kreuzungen ohne Stockung funktionieren soll (grüne Welle).

Dann kann es zum Beispiel so aussehen:

aus: Stürmann / Wessels, a.a.O., Lehrerhandbuch, Ba 1, S. 89.



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Wir bleiben hier bei einer einfachen Straßenkreuzung. Bearbeite dazu das Arbeitsblatt 3. Aufgabe 1. Bist du

damit fertig, lies bitte hier unter dem Trennstrich weiter.

Die erste praktische Arbeit ist das Anfertigen der Schaltungsausgangsseite, also der vier Ampeln.

Hier erfährst du jetzt, wie du als nächste Arbeit dafür eine Anzeigetafel bauen kannst.

Die Vorderseite zeigt dir, wo rote, gelbe und grüne Leuchtdioden hin müssen, die Rückseite, wie sie miteinander verlötet werden.

Weitere Informationen zum Bau der Anzeige stehen auf dem Arbeitsblatt 3. Aufgabe 2.

Wenn du die Anzeige fertig hast, stellst du fest, dass sie 12 Eingänge für zwölf Ampelleuchten hat. Überprüfe, ob sie alle leuchten, indem du den Minuspol einer Stromquelle mit 4,5V - an den gemeinsamen Mittelanschluss anklemmst. Mit dem Plusanschluss der Stromquelle berührst du dann jeden noch freien einzelnen Anschluss der Leuchtdioden, die dann einzeln aufleuchten müssen. Tut jede das, ist alles in Ordnung.

Schreibe noch an jede Leuchtdiode die Bezeichnungen wie oben eingetragen hin.

Die Matrix, die du jetzt noch bauen musst, benötigt also 12 Ausgänge. Die dort einzeln angeschlossenen Leuchtdioden werden in vier Phasen abwechselnd und miteinander geschaltet. Daher benötigt die Matrix vier Eingänge für 4 Ampelphasen.

Fertige dir nun eine passende Matrix an.

Achte darauf, dass die sich kreuzenden Drähte sich nicht berühren dürfen! Löte deshalb alle senkrechten

ganz unten und alle waagrechten ganz oben an die Lötnägel. Und ziehe sie möglichst straff!

Hierbei gibt es die Möglichkeiten, die Grundplatte der Matrix aus Kunststoff oder Sperrholz zu bauen. Im ersten Fall wird die Platte erst mit dem 1mm Bohrer gebohrt. Zeichne in jedem Fall deine Matrix erst sauber auf kariertem oder Millimeterpapier auf. Dann benutze diese Zeichnung als Schablone, um die richtigen Stellen für die Lötnägel zu markieren.

An die 4 Eingänge E der Matrix schreibe von oben nach unten die Bezeichnungen E1 – E

4 an.

Ebenso an die 12 Ausgänge von links nach rechts die Bezeichnungen A1 – A12.

Löte dann an die zwölf Ausgänge A jeweils ungefähr ein 10cm langes Stück schwarze Litze an.

Löte nun die Litze von A1 an der Matrix an die Leuchtdiode A1 der Anzeigetafel. Ebenso die von A2 an A2, usw.

Richte dich beim weiteren Bau deines Modells jetzt nach der Zeichnung im Arbeitsblatt 3, Aufgabe 3. Sie zeigt dir die gesamte Verdrahtung. An einigen Stellen allerdings musst du noch selbst heraus finden, wo und wie die Dioden in die Matrix, die dadurch zur Diodenmatrix wird, eingebaut werden müssen. Ergänze an diesen Stellen die Zeichnung!

Danach kannst du alle Dioden an den richtigen Stellen sauber einlöten. Denke daran, dass sie alle richtig herum (Pluspole an die Eingänge E und Minuspole an die Ausgänge A) eingebaut werden. Vor dem Einbau kürzt du sie besser. Der Einbau ist ein komplizierter Arbeitsvorgang. Hier ist viel Geduld und Feingefühl gefordert!

Fehlt jetzt noch der Eingangsteil. Für E1 – E4 verwendest du am besten fertige Ein-Taster. Wie du diesen

Bedienteil gern bauen und gestalten möchtest, solltest du wieder selbst überlegen.

Schreibe, wenn du ihn fertig hast, auch hier wieder der Reihe nach die Bezeichnungen E1 – E4 neben jeweils einen

Taster.

Dann lötest du an die 4 Eingänge der Matrix diesmal 4 rote Stücke Litze von 10cm Länge an. Diese werden dann anschließend mit einer Seite der Taster verlötet. Wieder gilt: E1 an E1 usw.

Alle schließlich noch frei bleibenden Anschlüsse an den 4 Tastern lötest du jetzt noch mit einem langen blanken Stück Litze der Reihe nach zusammen. Das Ende wird mit dem Pluspol der Batterie verbunden.

Wird nun noch der Mittelanschluss der Anzeigetafel mit dem –Pol der Batterie verbunden, zeigt dir das Modell auf Druck des jeweiligen Tasters die dazugehörige Ampelphase an.

Wenn du jetzt noch Lust hast, baue eine schöne Verkleidung für das Ganze. Deiner Fantasie sind hierbei kaum Grenzen gesetzt!

Arbeitsmaterial:

A.: Arbeitsblatt:

- 3.: Ampelanlage.

B.: Werkzeug:

- Stichel.

- Schere.

- Fein-, Puksäge.

- Band-, Tellerschleifmaschine.

- Tisch- oder Ständerbohrmaschine.



- Spiralbohrer 1mm Ø.

- Lötkolben 15W.

- Spitzzange.

- Abisolierzange.

- Seitenschneider.

D.: Material:

- Sperrholz-, und / oder PMMA- (Plexiglas-) platte 130x130x4mm.

- 1 Lötnägel oder 1 Reißnagel.

- Rote und schwarze Litze.

- 4 grüne Leuchtdioden.

- 4 rote Leuchtdioden.

- 4 gelbe Leuchtdioden.

- 4 Festwiderstände 180Ώ.

- Lötzinn.

- 32 Lötnägel.

- 4 Ein-Taster.

- Halbleiterdioden 1N4001

E.: Sonstiges

- Edding.

- Radiergummi.

- Lineal oder Dreiecke.


- 2 Klemmstrippen.

- Bleistift.

- Lineal oder Zeichendreieck.


Lösungen 3. Arbeitsblatt: Ampelschaltung

Aufgabe 1:

Die Ampelphasen an einer einfachen Straßenkreuzung müssen folgendermaßen geschaltet werden (trage die fehlenden Wörter ein. Sie stehen unter dem Lückentext):

- Die Ampeln A1 und A

2 für eine Fahrtrichtung müssen immer .gleich. anzeigen.

- Die Ampeln B1 und B

2 müssen immer genau das .Gegenteil. von A

1 und A

2 anzeigen.

- Wenn von rot auf grün umgeschaltet wird, kommt dazwischen immer .rot. und gelb .gemeinsam.

- Wenn von grün auf rot umgeschaltet wird, kommt dazwischen .gelb. allein.

Damit ergeben sich für eine Ampel .4. verschiedene Zustände (Phasen).

Lückenwörter:

Gegenteil, gelb, gemeinsam, gleich, rot, 4.

Zeichne in die unten abgebildeten Ampeln mit Farbstift die jeweiligen Kombinationen an jeder Ampel ein. Beginne mit der Phase 1 als Rotphase für A

1 und A

2).

Du stellst fest: .12. Lampen einer Ampelanlage müssen in .4. Phasen so geschaltet werden dass ein problemloser Verkehrsablauf gesichert ist.

Die Diodenmatrix muss also .vier. Eingänge und .zwölf. Ausgänge haben.



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Lückenwörter:

4, 12, vier, zwölf.

Aufgabe 2:

Beachte folgende Anweisungen zum Bau der Anzeigetafel:

- Verwende die untere Zeichnung als Schablone zum Aufzeichnen der Bohrungen.

- Bohre die Löcher für die Leuchtdioden mit dem 5mm Ø Holzspiralbohrer.

- Übertrage das Bild von der Schablone auf das gebohrte Werkstück.

- Richte dich bei der Bestückung der Anzeigetafel nach den Zeichnungen unter 3. Die einfache Ampelsteuerung. – „Rot – gelb – grün.“

- Achte hier darauf, dass:

- Lötnagel oder Reißnagel als Sammelpunkt der Minusanschlüsse genau in der Mitte sitzen,

- die Leuchtdioden alle gleich ausgerichtet sind, damit alle Minusanschlüsse verbunden

werden können,

- die Leuchtdioden vorsichtig von der Plattenrückseite aus in die Bohrungen hineingedrückt werden.

Aufgabe 3:

.4. Der elektronische Stundenplan – „Was haben wir denn heute?“

Den elektronischen Stundenplan hast du am Anfang ja schon kennen gelernt. Fünf Taster für 5 Tage steuern die Verteilung von z.B. zwölf Leuchtdioden für 12 Schulfächer.

Wie das Bedienelement für 5 Taster und das Anzeigefeld für die Schulfächer aussehen kann, bleibt deiner eigenen Fantasie überlassen. Natürlich kann auch beides zusammen auf eine Vorrichtung.

Um nun festzustellen, wie viele und welche Fächer du tatsächlich in der Woche hast, bearbeite nun das 4. Arbeitsblatt Aufgabe 1.

Dann kehre hierher zurück.

Du hast nun deine Vorgaben bestimmt. Solltest du noch Samstags Unterricht haben, musst du natürlich dies mit einem weiteren Taster berücksichtigen!

Halte dich nun im folgenden an die Anweisungen auf dem 4 Arbeitsblatt Aufgabe 2.

Richte dich beim weiteren Bau deines Modells jetzt nach der Zeichnung im Arbeitsblatt 4, Aufgabe 3. Sie zeigt dir die gesamte Verdrahtung. Jetzt allerdings sollst du selbst heraus finden, wo und wie die Dioden in die Matrix, die dadurch zur Diodenmatrix wird, eingebaut werden müssen. Ergänze an diesen Stellen die Zeichnung!

Arbeitsmaterial:

A.: Arbeitsblatt:

- 4.: Elektronischer Stundenplan.

B.: Werkzeug:

- Stichel.

- Schere.

- Tisch- oder Ständerbohrmaschine.




18.09.01


- Lötkolben 15W.

- Spitzzange.

- Abisolierzange.

- Seitenschneider.

- Spiralbohrer 1mm Ø.

D.: Material:

- Sperrholz-, und / oder PMMA- (Plexiglas-) platten.

- 15 Leuchtdioden, Farbe beliebig.

- 5(6) Ein-Taster.

- 15 Festwiderstände 180Ώ.

- Lötzinn.

- Litze, abisoliert.

- Litze, rot und grün.

- 40 (42) Lötnägel.

- Halbleiterdioden 1N4001.

Zusätzliches Material:

- 130 Lötnägel.

- Steckschuhe.

E.: Sonstiges

- Edding.

- Radiergummi.

- Lineal oder Dreiecke.

- Bleistift.



- 2 Klemmstrippen.

Lösungen 4. Arbeitsblatt: Elektronischer Stundenplan.

Aufgabe 1:

Zuerst musst du feststellen, wie viele Fächer du wirklich im Laufe einer Schulwoche in der Schule hast. Denke daran, dass einige Fächer an mehreren Wochentagen unterrichtet werden.

Nimm dazu das Stundenplanschema zu Hilfe. In ihn trage jetzt deinen persönlichen Stundenplan ein.

Streiche anschließend alle Fächer, die du mehrmals in der Woche hast, bis auf eine Ausnahme durch, damit du abzählen kannst.

Dann zähle die Anzahl der Fächer, die du im Lauf einer Woche hast. Trage Ihre Namen in das folgende Schema ein.

Es sind bei mir ..... Fächer vorhanden.

Also muss ich in diesem Schuljahr im elektronischen Stundenplan ..... Leuchtdioden



18.09.01

Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag

1. Stunde

2. Stunde

3. Stunde

4. Stunde

5. Stunde

6. Stunde

7. Stunde

8. Stunde

beschriften.

Aufgabe 2:

Nimm dir DIN A 4 Blätter und entwerfe, wie du dir dein Modell vorstellst. Dann besprich deine Vorstellung mit deinem Lehrer. Er wird dir auch die notwendigen Zuschnitte aus Sperrholz und / oder Kunststoff liefern.

Dann kannst du mit der Herstellung von Bedienfeld (Eingabe) und Anzeigefeld (Ausgabe) beginnen. Am besten fertigst du für beide eine Schablone an, mit deren Hilfe die Bohrungen sauber auf die zugeschnittene Platte übertragen kannst.

Im Bedienfeld musst du für die Tage .5. Taster einbauen (Eingänge E1 – E5), in das Anzeigefeld für jedes Schulfach eine Leuchtdiode.

Weil man nie genau weiß, welche und wie viele Fächer man im Schuljahr hat, empfiehlt es sich, 15 Leuchtdioden einzubauen. Wenn es notwendig ist, kann man dann mehr oder weniger in Betrieb nehmen.

- Bohre die Löcher für die Leuchtdioden in der Anzeige mit dem 5mm Ø

Holzspiralbohrer, für die Taster im - Bedienfeld mit dem 8mm Ø Holzspiralbohrer.

- Setze jetzt in das sauber bearbeitete Anzeige- und /oder Bedienfeld

Leuchtdioden und Taster ein.

- Achte hier darauf, dass:

- die Leuchtdioden und die Taster alle gleich ausgerichtet sind, damit alle

Minusanschlüsse der Leuchtdioden und jeweils ein Tasteranschluss sauber durch einen blanken Draht miteinander verbunden werden können,

- die Leuchtdioden vorsichtig von der Plattenrückseite aus in die Bohrungen

hineingedrückt werden.

Dann lötest du:

- Sauber alle Minusanschlüsse der Leuchtdioden nacheinander mit einem langen

blanken Draht zusammen, der noch ein Stück länger sein soll, damit man ihn später an den Minuspol der Stromquelle anschließen kann,

- an den noch freien Pluspol jeder Leuchtdiode einen Festwiderstand von 180Ώ,

- an jeweils einen Anschluss der Taster einen blanken Draht, der alle Taster

miteinander verbindet. Auch dieser Draht soll ein Stück länger sein, weil er später mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden wird.

- Die Taster werden der Reihe nach mit Montag bis Freitag (Samstag) auf der

Vorderseite und von Montag bis Freitag mit E1 – E

5(6) auf der Rückseite

bezeichnet.

Wenn du die Anzeige und Bedienfeld fertig hast, prüfst ob alle Leuchtdioden leuchten, indem du den Minuspol einer Stromquelle mit 4,5V - an den gemeinsamen Minusanschluss anklemmst. Mit dem Plusanschluss der Stromquelle berührst du dann jeden noch freien einzelnen Anschluss der Festwiderstände, deren Leuchtdioden dann einzeln aufleuchten müssen. Tut jede das, ist alles in Ordnung.

Schreibe an jede Leuchtdiode ein Schulfach und auf die Rückseite der Anzeige die Bezeichnungen A

1 – A

15. So kannst diese Bezeichnungen immer bestimmten Fächern

zuordnen.

Fehlt jetzt nur noch das Herzstück deiner Anlage, die Diodenmatrix (Verarbeitung).

Fertige dir nun eine passende Matrix an. Hier muss sie .5. ( .6. ) Eingänge E und .15.) Ausgänge A haben.

Achte darauf, dass die sich kreuzenden Drähte sich nicht berühren dürfen! Löte deshalb alle senkrechten ganz unten und alle waagrechten ganz oben an die Lötnägel. Und ziehe sie möglichst straff!

Hierbei gibt es die Möglichkeiten, die Grundplatte der Matrix aus Kunststoff oder Sperrholz zu bauen. Im ersten Fall wird die Platte erst mit dem 1mm Bohrer gebohrt. Zeichne in jedem Fall deine Matrix erst sauber auf kariertem oder Millimeterpapier auf. Dann benutze diese Zeichnung als Schablone, um die richtigen Stellen für die Lötnägel zu markieren.

An die 5 (6) Eingänge E der Matrix schreibe der Reihe nach die Bezeichnungen E1 –

E5 (6)

an.

Ebenso an die 15 Ausgänge von die Bezeichnungen A1 – A

15.

Löte dann an die 15 Ausgänge A jeweils ungefähr ein 10cm langes Stück rote Litze an.

Löte nun die Litze von A1 an der Matrix an die Leuchtdiode A

1 der Anzeigetafel.

Ebenso die von A2 an A

2, usw.

Aufgabe 3:

Danach kannst du alle Dioden an den richtigen Stellen sauber einlöten. Ergänze dazu erst die Zeichnung, damit du weißt, an welcher Stelle die Dioden eingebaut werden müssen.

Denke daran, dass sie alle richtig herum (Pluspole an die Eingänge E und Minuspole an die Ausgänge A) eingebaut werden. Vor dem Einbau kürzt du sie besser. Der Einbau ist ein komplizierter Arbeitsvorgang. Hier ist viel Geduld und Feingefühl gefordert!

Dann lötest du an die 5/(6) Eingänge der Matrix diesmal 5(6) schwarze Stücke Litze von 10cm Länge an. Diese werden dann anschließend mit jeweils einer Seite der Taster verlötet. Wieder gilt: E

1 an E

1 usw.

Alle schließlich noch frei bleibenden Anschlüsse an den 4 Tastern lötest du jetzt noch mit einem langen blanken Stück Litze der Reihe nach zusammen. Das Ende wird mit dem Pluspol der Batterie verbunden.

Wird nun noch die Leitung, die alle Minuspole der Batterie miteinander verbindet, am Minuspol der Batterie angeschlossen, zeigt dir das Modell auf Druck des jeweiligen Tasters die Fächer an, die an jedem Tag für deine Klasse erteilt werden.

Für Spezialisten noch die Aufgabe, zu erfinden, wie man den Stundenplan jedes Jahr neu programmieren kann.

Dazu den Tipp, dass alle Kreuzungen in der Matrix die Möglichkeit einer jederzeit

lösbaren Verbindung besitzen müssen. Vielleicht findest noch einen Hinweis hierzu

unter den Arbeitsmaterialien D.: Material:

Wenn du jetzt noch Lust hast, baue eine schöne Verkleidung für das ganze. Deiner Fantasie sind hierbei kaum Grenzen gesetzt!

Notwendiges Vorwissen:

Einführung in den Technikunterricht.

Sachgerechtes Löten.

Umgang mit der Bohrmaschine.

Sägen Raspeln, Feilen, Schleifen von Holz und Kunststoff.

Symbole in der Elektrotechnik und Elektronik.

Sicherer Umgang mit Stromquellen und Netzgeräten.

Messen in der Elektrotechnik.

Strom – Spannung – Widerstand.

Ohmsches Gesetz.

Festwiderstände.

Die Halbleiterdiode

Die Leuchtdiode.

Im Gesamtsystem einer ausgebauten Freiarbeit mit Bausteinen zu einzelnen Themen soll der Schüler sich bis zum 9/10. Schuljahr die oben aufgeführten Kenntnisse angeeignet haben. Entsprechend dem Prinzip der Freiarbeit staffelt sich die erforderliche Unterrichtszeit. Folgende Zeiten sind in etwa für die Lösung der Teilaufgaben erforderlich:

Teilaufgabe Zeitaufwand

7-Segmentanzeige ca. 4 Stunden

Ampelsteuerung ca. 6 Stunden

Stundenplan ca. 10 Stunden

Material und Medien

Medien und Material Bezugsquelle

Bücher:

Henzler, Siegfried, Leins, Kurt, Mensch-Technik-Umwelt für das 9 + 10 Schuljahr, Hamburg 1999, S. 65.

Anschauungsmaterial:

� Elektronischer Stundenplan � Matrix

Eigenbau nach "Arbeitsblatt Bauanleitung Matrix"

Eigenbau nach "Arbeitsblatt Bauanleitung für eine Sieben-Segment-Anzeige"

Materialien:

Flachbatterie 4,5V oder Netzgerät 30V/3A, Klemmstrippen, Sieben-Segment-Anzeige, rote und schwarze Litze, Halbleiterdioden Dioden 1N400, grüne, rote, gelbe Leuchtdioden, Festwiderstände 180?, Steckschuhe, Ein-Taster

Sperrholz-, und / oder PMMA- (Plexiglas-) platten, Lochplatinen passend für Anzeige 1mm Ø, Lötnägel, Lötzinn, Leim oder PMMA-Kleber,

Werkzeuge:

Lötkolben 15W, Spitzzange ,Abisolierzange, Seitenschneider, „Dritte Hand“, Hebelschere zum Schneiden der Lochplatine, Kleinbohrmaschine, Holzspiralbohrer Ø 1; 5; 8 mm, Stichel, Schere, Fein-, Puksäge, Band-, Tellerschleifmaschine

Sonstiges Material:

Bleistift, Radiergummi, Lineal oder Dreieck, Kariertes oder Millimeterpapier, Edding

Bauanleitung Anschauungsmaterial Elektronischer Stundenplan auf Arbeitsblatt 4.

Bauanleitung Matrix.

Kreise für Lötnägel hier für 15 Ein- und 9 Ausgänge oder umgekehrt auf einer Sperrholz- oder Kunststoffplatte (z.B. PMMA. Dann vorher mit 1mm Bohrer bohren).

Wichtig ist, darauf zu achten, dass alle waagerechten Drähte zwischen zwei Lötnägeln ganz unten und alle senkrechten Drähte ganz oben an den Lötnägeln möglichst gespannt angelötet werden oder umgekehrt, damit sie sich nicht berühren können.



18.09.01

Bauanleitung Experimentiermaterial Sieben-Segment-Anzeige.

Die Sieben-Segment-Anzeige ist auf eine PMMA-Platte aufgesetzt. Nach dem Anlöten der Anschlussdrähte an die Anschlüsse der Anzeige wird die Platte so gebohrt, dass die Drähte und die Anschlüsse durch die Platte geführt werden können. Dann kann man die Anzeige aufkleben.

Alternative Möglichkeit: Die Anzeige wird auf eine Lochplatine gelötet. Von dieser führen Drahtverbindungen von den Anschlüssen der Sieben-Segment-Anzeige zu den einzelnen Anschlüssen der Punkte 1 – 7.

Vor dem Auflöten muss festgestellt werden, welche Anschlüsse der Anzeige zu welchen Segmenten gehören. Dies kann bei verschiedenen Anzeigen unterschiedlich sein! Daher bitte erst testen!

An den Punkten 1 – 7 und – werden ebenfalls Bohrungen (1mmØ) aufgebracht. Hier werden dann Lötnägel eingesetzt. Diese sind die Anschlüsse der Punkte 1 – 7. Sie werden mit den jeweiligen Anschlüssen der Anzeige nach dem Schema 1 = a, 2 = b bis 7 = g verlötet.



18.09.01

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