Projektlabor Robotik MINTgrün

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Themen:
  * Elektronische Bauteile
    * Kondensator
    * Spule
    * Widerstand
    * Diode
     * Photodiode
     * Leuchtdiode
    * Mosfet/Transistor
    * Servo Motoren -> Hinweise im ISIS Kurs
  * Tipps für Hausaufgaben
    * Bei der Kondensatoraufgabe erst die Messwerte in ein Array schreiben und nach Ende der Messung ausgeben.

=====Elektronische Bauteile=====
====Kondensator====
Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauteil welches im Wesentlichen aus zwei sich gegenüberliegenden Leiterplatten(Elektroden) besteht. Legt man nun eine Spannung an diese Platten an so entsteht ein elektrisches Feld zwischen diesen Platten. Mikroskopisch wird dies dadurch hervorgerufen, dass sich die Ladungsträger in einer der Platten ansammeln und im anderen ein Ladungsträgermangel erzeugt wird. Auf diese Weise speichern Kondensatoren Energie. Wir benutzen Kondensatoren üblicherweise zum Glätten von Spannungen.\\
Z.B. wenn wir einen Motor über den Arduino mit Strom versorgen kann es sein, dass der Motor für kurze Zeit mehr Leistung benötigt als der Arduino liefern kann. In so einem Fall würde der Motor sich nicht wie gewollt drehen sondern stottern oder einfach nichts tun. Wir können nun einen Kondensator Parallel zur Spannungsversorgung schalten (vgl. Abbildung 1). Dieser wird nun in Phasen in denen der Motor die Stromversorgung nicht auslastet geladen, in Phasen in denen der Motor nun mehr Leistung benötigt als der Arduino liefern kann entläd sich der Kondensator und fungiert als eine Kurzzeitbatterie und verhindert so ein absacken der Spannung.\\
Kondensatoren sind geeignet große Ströme in kurzer Zeit abzugeben. Dafür können sie nur wenig Energie Speichern im Vergleich zu einer Batterie und sind deshalb nicht geeignet dauerhaft einen Verbraucher zu versorgen.\\ \\
ACHTUNG: Wir benutzen Elektrolykondensatoren. Diese können explodieren wenn sie verpolt werden. Achtet deshalb darauf, dass der Minuspol immer an GND ist.\\
{{ :start:skript:tut2_kondensator.png?500 |Abbildung 1: Schaltbild eines Kondensators zur Spannungsstabilisierung.}}
Skizze Eines Kondensators: https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#/media/File:Plate_Capacitor_DE.svg\\
In der Skizze befindet sich ein Elektrolyt zwischen den Platten, dies ist ein dielektrisches Material welches die Kapazität des Kondensators erhöht.
====Spule====
Eine Spule ist prinzipiell nichts anderes als ein aufgewickelter Draht. Wenn dieser Draht von einem Strom durchflossen wir ensteht ein magnetisches Feld um ihn herum. Dieses Feld wirkt immer dem Strom, durch den es induziert wird, entgegen. Spulen sind in fast jedem elektronischen Gerät vorhanden und werden vielseitig eingesetzt (Wechselstromwiderstand, Elektromagnete, Spannungswandler, ... ). Bei uns im Labor werdet ihr aber vermutlich nicht direkt mit Spulen arbeiten, deshalb reicht es eine Idee davon zu haben was eine Spule ist.
====Widerstände====
Widerstände sind einfach Leiterbahnen aus bestimmten Materialien mit einem bestimmten Widerstand, der unter möglichst allen Bedingungen (z.B. Wechselstrom, Gleichstrom) den gleichen Widerstand hat.
====Dioden====
Eine Diode ist allgemein ein elektrisches Bauteil, welches Strom nur in eine Richtung leitet.
===Photodiode===
Photodioden sind spezielle Dioden, welche einen Lichtabhängigen Widerstand haben. Der Widerstand von Photodioden verringert sich in beide Richtungen bei Lichteinstrahlung. Deswegen ist es bei der Schaltung zum messen von Helligkeit, welche ihr kennen gelernt habt, egal wie herum ihr die Diode einsteckt. Wobei ihr in der einen Richtung (Durchlassrichtung) eine höhere Empfindlichkeit festellen werdet als in die andere (Sperrrichtung).
===Leuchtdiode===
LEDs sind Dioden, welche Licht emittieren wenn sie von Strom in Durchlassrichtung durchflossen werden. In Durchlassrichtung ist ihr Widerstand beinahe 0 sodass man aufpassen muss wenn man sie mit mehr Spannung als vorgegeben betreibt (Vorwiderstand). Um die Größe des Vorwiderstands zu berechnen Stellen wir folgende Gleichungen auf:
<code> Uges = U_L + U_R</code>
wobei U_L die Spannung ist, welche an der LED abfallen soll (ca. 1.7 bis 2 V) und U_ges die angelegte Spannung (zB. beim Arduino 5V).
Daraus können wir nun U_R berechnen:
<code> Uges-U_L = U_R</code>
Wir setzen nun das Ohmsche Gesetz für U_R ein.
<code> Uges-U_L = R_R * I_R</code>
Wir Kennen I_R (0,5A bei 5V-Pin ud 0,04A bei Digitalpin) und können nun R_R berechnen. Beachtet, dass es Widerstände nur in bestimmten Größen gibt und ihr deshalb am besten einfach den nächst größeren Widerstand ausprobiert.
====Transistoren====
Transistoren sind Schalter welche durch eine Spannung steuerbar sind. 
===Mosfet===
Mosfet steht für Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor und stellt lediglich eine bestimmte Bauform von Transistoren dar. Solche Transistoren besitzen drei Pins mit den Bezeichnungen Gate (G), Drain (D) und Source (S). Um herauszufinden welcher Pin welcher ist müsst ihr mithilfe des kleinen Codes auf dem Transistor das Datenblatt suchen und nachlesen, da die Pinbelegung unterschiedlich sein kann.\\
**Das übliche Usecase:**\\
Ihr wollt einen Verbraucher, welcher mehr Leistung benötigt als der Arduino Leisten kann anschliessen (Motor, Linearaktuator, Glühbirne usw.).
[[techniken:schalten|Transistor als Schalter]]
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