Die Kreuzung zweier Leiter - rechts mit elektrischer Verbindung
Verschiedene Schaltsymbole (Lämpchen, Taster, Klingel, Motor, Spule, Schalter, Batterie)
Einfache Reihenschaltung mit zwei Lämpchen
Einfache Parallelschaltung mit zwei Lämpchen
Parallelschaltung mit zwei Lämpchen und je einem Schalter
Ein Schaltplan (früher "Schaltbild", "Stromlaufplan" genannt, heute auch "Schaltung" oder "Schaltskizze") repräsentiert einen Stromkreis. Er stellt mit graphischen Symbolen den Fluß des elektrischen Stroms dar. Für elektrische Bauteile gibt es Symbole, die Schaltzeichen. Eine geschlossene Linie von einem Schaltzeichen zum nächsten symbolisiert eine elektrische Verbindung (auch "Leitung"). Dabei ist es egal, ob diese Verbindung durch einen Schaltdraht, eine Kupferlitze oder ein Stück Blech realisiert ist. Die Linie ist, ebenso wie die Schaltzeichen, ein Symbol.
Wenn sich zwei elektrische Leiter kreuzen, ohne daß sie an der Kreuzungsstelle elektrisch verbunden sind, dann werden die Linien im Schaltplan durchgehend glatt gezeichnet. Man kann sich das wie zwei isolierte Schaltdrähte vorstellen, die einfach übereinander liegen und durch die Isolierung keinen elektrischen Kontakt haben. Haben die Leiter an der Kreuzungsstelle aber eine elektrische Verbindung, dann wird im Schaltplan ein Punkt auf die Kreuzung gezeichnet. Man kann sich das wie zwei blanke, abisolierte Schaltdrähte vorstellen, die übereinander liegen und durch einen Tropfen Lötzinn fest verbunden sind - der Punkt symbolisiert den Tropfen.
Beim Verfolgen eines Stromkreises beginnt man üblicherweise mit dem Pluspol der Spannungsquelle. Man hat durch Definition festgelegt, daß der Strom vom Pluspol der Spannungsquelle durch die Schaltung zum Minuspol fließt (technische Stromrichtung). Diese Betrachtungsweise ist physikalisch nicht richtig, denn tatsächlich wandern die Ladungsträger (Elektronen) vom Minus- zum Pluspol (physikalische Stromrichtung).
Stromfluß ist in einer Schaltung nur möglich, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Ein wichtiger Punkt beim Lesen und Verstehen eines Schaltplanes ist also, zu überprüfen, ob es sich um einen geschlossenen Stromkreis handelt. Stromkreise lassen sich meist als eine Reihen- oder Parallelschaltung oder eine Kombination der beiden identifizieren.
Einen Schaltplan verstehen
Um den Schaltplan zu verstehen, muß man
-die Spannungsquelle identifizieren (z.B. anhand des Batteriesymbols),
-den Weg des Stromes (Reihen- oder Parallelschaltung?) verfolgen,
-die einzelnen Schaltsymbole erkennen und um deren Wirkung wissen.
Nach dem Prinzip von Ursache und Wirkung kann man nun versuchen, herauszufinden, was mit der jeweiligen Schaltung passieren wird, wenn Strom fließt. Dabei muß man entweder wissen, welche Bedeutung die Schaltbilder haben oder man schlägt in entsprechenden Übersichten nach.
Beispiele:
-in einem Stromkreis mit Batterie und Lampe: Die Ursache ist Stromfluß, die Wirkung: eine Lampe leuchtet.
-in einer Reihenschaltung von Batterie, Schalter und Motor: Wenn der Schalter geschlossen wird, dann fließt Strom. Wenn Strom fließt, dann dreht sich der Motor.
-in einer Parallelschaltung aus Batterie und 3 Lämpchen: alle 3 Lämpchen werden leuchten, aber wahrscheinlich schwächer, als wäre nur ein Lämpchen in Reihe mit der gleichen Batterie geschaltet.
Vom Schaltplan zur aufgebauten Schaltung
Möchte man eine Schaltung nach einem Schaltplan nachbauen, dann kann man damit beginnen, die Bauteile analog zum Schaltplan vor sich zu platzieren und sie, an einem Pol der Spannungsquelle beginnend, zu "verdrahten". Die Anordnung der Bauteile wie auf dem Plan erleichtert vielen den Übergang vom Schaltbild auf dem Papier zur realen Schaltung. Im weiteren Lernprozeß wird man dann verstehen, daß die reale Anordnung der Bauteile nicht immer genau dem Schaltplan folgen muß, sondern beliebig erfolgen kann, solange die elektrischen Verbindungen dem Plan folgen. Man kann auch ein Brettchen oder sehr festen dicken Karton verwenden und einzelne Bauelemente mit Reißzwecken fixieren.
Man stellt elektrische Verbindungen durch Schaltdraht oder Litze her, indem man vorhandene Schraubkontakte nutzt oder den Draht an die Bauteile lötet. Dabei wird man im Laufe der Zeit Erfahrungen sammeln, die den Aufbau von Schaltungen erleichtern. Viele Schaltungen werden nur für Versuche aufgebaut, es kommt also nicht auf Schönheit, sondern lediglich auf die Funktion an. Es gibt elektrische Bauteile, die nicht direkt angeschlossen werden, sondern man benutzt Hilfsmittel. So gibt es für Lämpchen Fassungen, die den Anschluß eines Schaltdrahtes über Schraubkontakte ermöglichen. Meist werden solche provisorischen Schaltungen für Versuche benutzt, man sagt daher auch "Versuchs- oder Experimentierschaltung".
Von der Schaltung zur Platine (Layout)
Bei komplexen elektronischen Schaltungen möchte man nach Abschluß der Versuchsphase eine fertige Schaltung auf einer Leiterplatte (Platine, Leiterkarte) herstellen. Dazu zeichnet man ein "Layout" der Schaltung oder man entwirft dieses mit Hilfe eine Computerprogramms. Auch hier beginnen viele damit, zunächst die elektronischen Bauelemente auf der Platine anzuordnen und im zweiten Schritt wird überlegt, wie man die Bauelemente auf der Leiterseite der Platine mit Kupferbahnen verbindet. Dabei müssen Kreuzungen verhindert werden, denn diese wären elektrisch leitend. Nach Abschluß des Layouts werden durch ein chemisches Ätzverfahren alle nicht benötigten Kupferbeschichtungen entfernt, es bleiben nur die Leiterbahnen übrig. Die Bauelemente werden durch Bohrlöcher gesteckt und auf der Leiterseite mit den Lötaugen verlötet.
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Kategorie Elektrizität (Experimentierkästen, Elektromotor-Bausätze, Grundschaltungen der Elektrotechnik, Batteriebausätze)
Kategorie Elektronik (Bauteile, Elektronikschaltungen, Lötkolben, Kabel, Litze)
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