Wissensdatenbank

Allgemein

Größen und Einheiten

Größe Kürzel Einheit Kürzel
Widerstand R Ohm Ω
Spannung U Volt V
Stromstärke I Ampere A
Kapazität C Farad F
Ladung Q Coulomb C
Potential φ Volt V
Leistung P Watt W
Zeit t Sekunden s
Lichtstärke Iv Candela cd
Lichtstrom Φv Lumen lm

Vorsätze für Maßeinheiten

Symbol Name Wert
Y Yotta 1024 1.000.000.000.000.000.000.000.000
Z Zetta 1021 0.001.000.000.000.000.000.000.000
E Exa 1018 0.000.001.000.000.000.000.000.000
P Peta 1015 0.000.000.001.000.000.000.000.000
T Tera 1012 0.000.000.000.001.000.000.000.000
G Giga 109 0.000.000.000.000.001.000.000.000
M Mega 106 0.000.000.000.000.000.001.000.000
k Kilo 103 0.000.000.000.000.000.000.001.000
h Hekto 102 0.000.000.000.000.000.000.000.100
da Deka 101 0.000.000.000.000.000.000.000.010
- - 100 0.000.000.000.000.000.000.000.001
d Dezi 10−1 0.000.000.000.000.000.000.000.000,1
c Zenti 10−2 0.000.000.000.000.000.000.000.000,01
m Milli 10−3 0.000.000.000.000.000.000.000.000,001
µ Mikro 10−6 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.001
n Nano 10−9 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.000.001
p Piko 10−12 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.000.000.001
f Femto 10−15 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.000.000.000.001
a Atto 10−18 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.000.000.000.000.001
z Zepto 10−21 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.000.000.000.000.000.001
y Yokto 10−24 0.000.000.000.000.000.000.000.000,000.000.000.000.000.000.000.001

Beispiel mit Ampere: 0,001 A = 1 mA = 1.000.000 µA

Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums

Quelle: Wikipedia

Elektronik

Formelrad

Formelrad für Elektronik und Elektrotechnik

Vorwiderstand für LED berechnen

RV = UR / I

Bekannt ist der Strom der Schaltung. Es fehlt die Spannung U , die am zu berechnenden Vorwiderstand abfällt.
Diese Spannung bildet sich aus der Betriebsspannung abzüglich der Spannung an der Leuchtdiode:
UR = Ugesamt - ULED

Verlustleistung P:

Durch die abfallende Spannung und den Stromfluss durch den Vorwiderstand entsteht Wärme.
Je höher die Spannung und der Strom, desto größer die Wärmeentwicklung. Da Spannung und Strom in Wärme, also auch in Leistung umgesetzt werden, muss die maximale Leistungsaufnahme des Vorwiderstands berücksichtigt werden. Bei einer zu großen Leistung brennt der Vorwiderstand durch. Die maximale Leistung wird auch P genannt, also die Leistung bei der der Widerstand zerstört wird.
Die momentane Leistung P des Vorwiderstands wird aus Spannung am Vorwiderstand und dem durchfließenden Strom berechnet. Zu beachten ist, dass mit dem tatsächlichen Strom gerechnet werden muss. Also der Strom, der tatsächlich durch den Vorwiderstand fließt:
I = UR / RV
Ist der tatsächliche Strom bekannt, dann kann zusammen mit der abfallenden Spannung U die Leistungsaufnahme P des Vorwiderstands berechnet werden:
PV = UR × I
Statt den Umweg über die Berechnung des Stroms, kann die Verlustleistung auch über die Spannung des Vorwiderstands und den Vorwiderstand berechnet werden. Was mit der Spannung funktioniert, das kann auch mit dem Strom berechnen:
PV = UR^2 / RV
PV = I^2 × RV
Bitte beachten: Wird Strom oder Spannung verdoppelt, so vervierfacht sich die Verlustleistung. Deshalb ist man in der Elektronik bemüht mit möglichst geringen Spannungen und Strömen zu arbeiten, um eine möglichst geringe Verlustleistung zu erreichen.

Leistung

P = U × I

Ohmsches Gesetz

R = U/I => U = R × I

Kirchhoffsche Regeln

Knotenpunktsatz/Knotenregel:
In einem Knotenpunkt eines elektrischen Netzwerkes ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme.
Maschensatz/Maschenregel:
Alle Teilspannungen eines Umlaufs bzw. einer Masche in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu null.

Parallelschaltung

Parallelschaltung von Batterien

Reihenschaltung

Reihenschaltung (=Serienschaltung) von Batterien:

Einfacher Stromteiler

I1 / I = R / R1 mit R = R1 || R2 = R1 × R2 / R1 + R2

Überlagerungsverfahren nach Helmholtz

Sind in einem Netzwerk nur lineare Widerstände und unabhängige Quellen (Stromquellen und/oder Spannungsquellen) vorhanden, so gilt folgende Beziehung:
"Die Wirkung (Strom oder Spannung) an einer beliebigen Stelle des Netzwerkes, die von allen Quellen hervorgerufen wird, ist gleich der Summe der Wirkungen jeder einzelnen Quelle, wenn zugleich die restlichen Quellen durch ihre idealen Innenwiderstände ersetzt werden. Ideale Spannungsquellen sind daher kurzzuschließen, ideale Stromquellen sind durch einen Leerlauf zu ersetzen."
Das Überlagerungsprinzip nach Helmholtz gilt nur für Ströme und Spannungen, nicht für Leistungen.

Verschiedene Spannungs-Stärken

Spannung (V) Verwendung Typ
1,5 Nennspannung pro Zelle einer Alkali-Mangan-Batterie/Zink-Kohle-Batterie Gleichstrom
1,5 Nennspannung pro Zelle einer Alkali-Mangan-Batterie Gleichstrom
0,75 Edison-Lalande-Element (historische Batterie) Gleichstrom
3,7 Nennspannung einer Zelle eine Lithium-Polymer-Akkus (LiPo; 1S) Gleichstrom
5 Betriebsspannung der Arduino und vieler anderer Mikrocontroller Gleichstrom
1,5 Nennspannung einer Monozelle (Alkali-Mangan bzw. Zink-Kohle) Gleichstrom
1,2 Nennspannung einer wiederaufladbaren Monozelle (Nickel-Metallhydrid bzw. Nickel-Cadmium) Gleichstrom
1,5 Nennspannung einer Babyzelle (Alkali-Mangan bzw. Zink-Kohle) Gleichstrom
1,2 Nennspannung einer wiederaufladbaren Babyzelle (Nickel-Metallhydrid bzw. Nickel-Cadmium) Gleichstrom
1,5 Nennspannung einer AA-/Mignon-Zelle (Alkali-Mangan bzw. Zink-Kohle) Gleichstrom
1,2 Nennspannung einer wiederaufladbaren AA-/Mignon-Zelle (Nickel-Metallhydrid bzw. Nickel-Cadmium) Gleichstrom
1,5 Nennspannung einer AAA-/Micro-Zelle (Alkali-Mangan bzw. Zink-Kohle) Gleichstrom
1,2 Nennspannung einer wiederaufladbaren AAA-/Micro-Zelle (Nickel-Metallhydrid bzw. Nickel-Cadmium) Gleichstrom
4,5 Nennspannung einer Flachbatterie (3R12) Gleichstrom
9 Nennspannung eines 9V-Blocks Gleichstrom
3 Nennspannung einer CR2032 bzw. CR2016 Knopfbatterie Gleichstrom
12 Autobatterie (Blei-Akkumulator) Gleichstrom
6 Fahrraddynamo Wechselstrom
120 Netzspannung der USA Wechselstrom
230 Netzspannung in Europa (± 23V) Wechselstrom
400 Netzspannung im Dreiphasensystem des europäischen Netzstroms (sog. "Starkstrom") Wechselstrom
100 Netzspannung in Japan Wechselstrom

Wechselschalter

SP
Single Pole: one circuit controlled by the switch.
DP
Double Pole: two independent circuits controlled by the switch which are mechanically linked.
ST
Single Throw: closes a circuit at only one position. The center position is off.
DT
Double Throw, closes a circuit in the up or down position (On-On). A Double Throw switch can also have a center position such as On-Off-On.

Note: "Pole" should not be confused with "Terminal". The DPST switch, for example has four terminals however is a Double Pole (DP) and not a four pole (4P) switch.

SPDT
Single pole, double throw: A simple break-before-make changeover switch: C (COM, Common) is connected either to L1 or to L2.
DPDT
Double pole, double throw: Equivalent to two SPDT switches controlled by a single mechanism.
SPST
Single pole, single throw: A simple on-off switch: The two terminals are either connected together or disconnected from each other. An example is a light switch.
DPST
Double pole, single throw: Equivalent to two SPST switches controlled by a single mechanism.

see: Switches explained PDF (152kB)

Liste gängiger Batterien und Akkus

Hinweis: Freie Felder bedeuten, dass keine spezifischen Informationen vorlagen

Bezeichnung IEC Aufladbar Abmessungen [mm] Masse [g] Nennspannung [V] Elektrochemisches System Typische Kapazität [mAh]
9V-Block 6LR61 / 6LP3146 nein 48,5 × 26,2 × 17 40 ±6 9 Alkali-Mangan 550
9V-Block 6F22 nein 48,5 × 26,2 × 17 40 ±6 9 Zink-Kohle 400
9V-Block nein 48,5 × 26,2 × 17 40 ±6 9 Lithium 1200
9V-Block 6KR61 ja 7,2, 8,4 NiCd 120
9V-Block 6HR61 ja 7,2, 8,4, 9,6 NiMH 250
9V-Block ja 7,4 Lithium polymer 520
9V-Block ja 7,4 Lithium-Ionen 620
AA-Zelle (Mignon) LR6 nein ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,5 Alkali-Mangan 2000
AA-Zelle (Mignon) R6 nein ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,5 Zink-Kohle 1200
AA-Zelle (Mignon) FR6 nein ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,5 Lithium-Eisensulfid 3000
AA-Zelle (Mignon) HR6 ja ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,2 LSD-Nickel-Metallhydrid 2000
AA-Zelle (Mignon) HR6 ja ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,2 Nickel-Metallhydrid 2500
AA-Zelle (Mignon) KR6, KR157/51 ja ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,2 Nickel-Cadmium 1000
AA-Zelle (Mignon) ja ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,5 RAM-Zellen 1800
AA-Zelle (Mignon) ja ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 3,7 Lithium-Ionen 750
AA-Zelle (Mignon) ja ø 14 ±0,5 × 49,2-50,5 1,6 Nickel-Zink 1500
Monozelle LR20 nein ø 32,3-34,2 × 59,5-61,5 1,5 Alkali-Mangan 18000
Monozelle R20 nein ø 32,3-34,2 × 59,5-61,5 1,5 Zink-Kohle 6000
Monozelle HR20 ja ø 32,3-34,2 × 59,5-61,5 1,2 Nickel-Metallhydrid 12000
Monozelle KR20 ja ø 32,3-34,2 × 59,5-61,5 1,2 Nickel-Cadmium 6000
Flachbatterie 3R12 nein 65 × 61 × 21 4,5 Zink-Kohle 4800
Flachbatterie 3LR12 nein 65 × 61 × 21 4,5 Alkali-Mangan 4800
Babyzelle LR14 nein ø 26,2 × 50 1,5 Alkali-Mangan 8000
Babyzelle HR14 ja ø 26,2 × 50 1,2 Nickel-Metallhydrid 4500
Babyzelle KR14 ja ø 26,2 × 50 1,2 Nickel-Cadmium 3000
AAA-Zelle (Micro) LR03 nein ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,5 Alkali-Mangan 1200
AAA-Zelle (Micro) R03 nein ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,5 Zink-Kohle 500
AAA-Zelle (Micro) FR03 nein ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,5 Lithium-Eisensulfid 1200
AAA-Zelle (Micro) HR03 ja ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,2 LSD-Nickel-Metallhydrid 750
AAA-Zelle (Micro) HR03 ja ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,2 Nickel-Metallhydrid 1000
AAA-Zelle (Micro) KR03 ja ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,2 Nickel-Cadmium 500
AAA-Zelle (Micro) ja ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 1,6 Nickel-Zink 550
AAA-Zelle (Micro) ja ø 9,5-10,5 × 43,3-44,5 3,7 Lithium-Ionen 450

Grundlegende Bauelemente

Anschlüsse von USB

Belegung von USB-Anschlüssen
Abb.: Belegung von USB-Anschlüssen

NE555-Taktgeber

Anschlüsse des NE555
Abb.: Anschlüsse des NE555

Batterie

AA-Batterie (Mignon)
Abb.: AA-Batterie mit beschrifteten Anschlüssen
CR2025-Knopfzelle
Abb.: CR2025-Knopfzelle mit beschrifteten Anschlüssen
Elektrisches Schaltzeichen für eine Batterie
Abb.: Elektrisches Schaltzeichen für eine Batterie

Widerstand

Metallfilmwiderstand (blau) und Kohleschichtwiderstand (braun)
Abb.: Metallfilmwiderstand (blau) und Kohleschichtwiderstand (braun)
Elektrisches Schaltzeichen eines Widerstandes
Abb.: Elektrisches Schaltzeichen eines Widerstandes

Fotowiderstand (LDR)

Fotowiderstand
Abb.: Fotowiderstand (LDR = Light Dependent Resistor)
Elektrisches Schaltzeichen eines Fotowiderstands
Abb.: Elektrisches Schaltzeichen eines Fotowiderstands

Potentiometer

Potentiometer/Variabler Widerstand mit entsprechenden Schaltzeichen
Abb.: Potentiometer/Variabler Widerstand mit entsprechenden Schaltzeichen

Diode

(Klein-)Signaldiode

Schaltzeichen einer Signaldiode
Abb.: Schaltzeichen einer Signaldiode
Diode 1N4148
Abb.: Diode 1N4148
Diode 1N4001
Abb.: Diode 1N4001
Typische Dioden
Diode VF VR
1N4148 1V 100V
1N4001 1V 50V
1N4007 1V 1000V

Zener-Diode (Z-Diode)

Zener-Diode
Abb.: Zener-Diode
Schaltzeichen einer Zener-Diode
Abb.: Schaltzeichen einer Zener-Diode

Schottky-Diode

Schottky-Diode
Abb.: Schottky-Diode
Schaltzeichen einer Schottky-Diode
Abb.: Schaltzeichen einer Schottky-Diode

Leuchtdiode (LED)

Rote LED (5mm) mit beschrifteten Anschlüssen
Abb.: Rote LED (5mm) mit beschrifteten Anschlüssen
Elektrisches Schaltzeichen einer LED
Abb.: Elektrisches Schaltzeichen einer LED

Typische LED-Eigenschaften

Halbleitermaterial Wellenlänge λ Farbe UD
GaAs, >760 infrarot 1,2V
AlGaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP 610-760 nm rot 1,6V - 2,1V
GaAsP, AlGaInP, GaP 590-610 nm goldgelb/orange 1,8V - 2,0V
GaAsP, AlGaInP, GaP 570-590 nm gelb 2,2V
InGaN/GaN, GaP, AlGaInP, AlGaP 500-570 nm grün 2,1V - 3,5V
ZnSe, InGaN, SiC 450-500 nm blau 2,2V - 3,6V
InGaN 450-450 nm violett 3,6V
AlN, AlGaN, AlGaInN, BN 450-450 nm ultraviolett 3,8V
InGaN 450 nm weiß 3,6V - 4,0V

Elektrolykondensator

3300µF Elektrolytkondensator
Abb.: 3300µF Elektrolytkondensator mit beschrifteten Anschlüssen
Elektrisches Schaltzeichen eines Elektrolytkondensators
Abb.: Elektrisches Schaltzeichen eines Elektrolytkondensators

Ferroelektrischer Lautsprecher (Piezolautsprecher)

Piezolautsprecher
Abb.: Piezolautsprecher mit beschrifteten Anschlüssen
Elektrisches Schaltzeichen eines Piezolautsprechers
Abb.: Elektrisches Schaltzeichen eines Piezolautsprechers

NPN-Transistor

Transistor hFE (β) VCE max.
BC546 110-450 65V
BC547 110-800 45V
BC547C 420-800 45V
BC548 110-800 30V
BC549C 420-800 30V
Pinout und Schaltzeichen von NPN-Transistoren der Baureihe BC54x
Abb.: Pinout und Schaltzeichen von NPN-Transistoren der Baureihe BC54x
Transistor hFE (β) VCE max.
2N2222 35-300 40V
MPSA13 (Darlington Transistor) 5000-10000 30V
SS8050 45-300 25V
S9014 60-1000 45V
Pinout und Schaltzeichen von NPN-Transistoren
Abb.: Pinout und Schaltzeichen von NPN-Transistoren

PNP-Transistor

Transistor hFE (β) VCE max.
BC556 125-475 -65V
BC557 125-800 -45V
BC557C 420-800 -45V
BC558 125-800 -30V
BC559C 420-800 -30V
Pinout und Schaltzeichen von PNP-Transistoren der Baureihe BC55x
Abb.: Pinout und Schaltzeichen von PNP-Transistoren der Baureihe BC55x

N-Channel MOSFET 2N7000

Pinout und Schaltzeichen des N-Channel MOSFET 2N7000
Abb.: Pinout und Schaltzeichen des N-Channel MOSFET 2N7000

Wichtige Daten einiger MOSFETs

VDSS: (Drain Source Voltage) Maximale Spannungsfestigkeit des Bauteiles zwischen Drain und Source
ID: (Continuous Drain Current) Maximaler Dauerstrom, der zwischen Drain und Source
VGS(th): (Gate-Source Threshold Voltage) Gatespannung, ab welcher der Transistor minimal leitend wird

MOSFET Gehäuse VGS(th) VDSS ID
IRF 1404 TO-220 2V - 4V 40V 202A
IRF Z44N TO-220 2V - 4V 55V 195A
IRF 3205 TO-220 2V - 4V 55V 110A
IRL 2505 TO-220 1V - 2V 55V 195A
IRF Z24N TO-220 2V - 4V 55V 195A
IRF 3808 TO-220 2V - 4V 75V 140A
2N7002 SOT-23 1V - 3V 60V 115mA
2N7000 TO-92 1V - 3V 60V 200mA
1N60 TO-92 2V - 4V 600V 1,2A
SI2302 SOT-23 0,65V - 1,2V 20V 2,2A
Pinout und Schaltzeichen üblicher N-Channel POWER-MOSFETs
Abb.: Pinout und Schaltzeichen üblicher N-Channel POWER-MOSFETs

Raspberry Pi

Raspberry Pi 3+ B - Pinout

Anschlüsse des Raspberry Pi 3+
Abb.: Anschlüsse des Raspberry Pi 3+ (Quelle/Copyright: raspberrypi.org)

Raspberry Pi 3+ B - GPIO-Modes

GPIO.setmode() nimmt einen Parameter entgegen:
GPIO.BOARD: Hiermit werden die Nummern der Pin so interpretiert, wie sie auf der Platine durchnummeriert sind (rund eingerahmte Zahlen im folgenden Diagramm)
GPIO.BCM: ("Broadcom SOC channel") Hiermit werden die Nummer als GPIO-Nummierung verstanden. (die Zahlen in den Kästchen im folgenden Diagramm)
Die BCM-Zahlen haben sich aber in den einzelnen Versions des RPi verändert, so dass man bei der Portierung hier aufpassen muss, so erweist es sich als etwas sicherer, die BOARD-Zahlen zu verwenden.

Raspberry Pi Pico - Pinout

Anschlüsse/Pinout des Raspberry Pi Pico
Abb.: Anschlüsse des Raspberry Pi Pico (Quelle: raspberrypi.org)

STM32

Anschlüsse des STM32
Abb.: Anschlüsse des STM32 (Quelle: -unbekannt-)

Arduino

Arduino Uno - Pinout

Anschlüsse des Arduino Uno Rev.3
Abb.: Anschlüsse des Arduino Uno Rev.3 (Quelle/Copyright: arduino.cc)

Arduino Nano - Pinout

Anschlüsse des Arduino Nano
Abb.: Anschlüsse des Arduino Nano (Quelle/Copyright: arduino.cc)

Anschlüsse des Arduino Nano RP2040 Connect - Pinout

Anschlüsse des Arduino Nano RP2040 Connect
Abb.: Anschlüsse des Anschlüsse des Arduino Nano RP2040 Connect (Quelle/Copyright: arduino.cc)

Datentypen

C STDINT Größe Minimum Maximum
void - - - -
boolean - 1 Byte - -
byte uint8_t 1 Byte 0 255
char int8_t 1 Byte -128 127
unsigned char uint8_t 1 Byte 0 255
int int16_t 2 Bytes -32768 32767
unsigned int uint16_t 2 Bytes 0 65535
word - 2 Bytes - -
long int32_t 4 Bytes -2147483648 -2147483647
unsigned long uint32_t 4 Bytes 0 4294967295
float - 4 Bytes -3.4028235E+38 3.4028235E+38
double2) - 8 Bytes -3.4028235E+308 -3.4028235E+308
string - 1 Byte + x - -
array - 1 Byte + x - -
enum - N/A - -
struct - N/A - -
pointer - N/A - -

2) doppelte Präzision nur auf Arduino Due, ansonsten gleich float

Besondere Kontrollstrukturen

Normalerweise kann man mit der Anweisung return aus einer Funktion herausspringen. Dies gilt ebenso für die Funktion loop(). Allerding bedeutet dies, das automatisch erneut loop() wieder aufgerufen und damit ausgeführt wird.
I C/C++ können Programme mit exit(0); beendet werden. Dies ist zwar ebenso auf dem Arduino möglich, allerdings gibt es kein Betriebssystem, welches auf weitere Anweisungen hören könnten, d.h. man erreicht damit einen Status, aus dem man den Arduino nur durch einen Reset wieder herausbringt.

Speicher: Flash vs. SRAM vs. EEPROM

char message[] = "Hello World!"; speichert den Inhalt dieser Variablen im SRAM. Um diesen Speicher zu sparen, kann man Variablen auch im Flash (PROGMEM) memory speichern:
const PROGMEM char message[] = "Hello World!";
oder man benutzt folgendes Makro z.B.:
Serial.print(F("Hello, World"));
Es ist auch möglich, den EEPROM zu benutzen, aber dazu braucht man die Library EEPROM

printf

int serial_putchar(char c, FILE* f)
{
    if (c == '\n') serial_putchar('\r', f);
    return Serial.write(c) == 1? 0 : 1;
}

FILE serial_stdout;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);

    // Set up stdout
    fdev_setup_stream(&serial_stdout, serial_putchar, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);
    stdout = &serial_stdout;

    printf("My favorite number is %6d!\n", 12);
}

Freien SRAM ermitteln (var. 1)

int freeRam ()
{
    extern int __heap_start, *__brkval;
    int v;
    return (int) &v - (__brkval == 0 ? (int) &__heap_start : (int) __brkval);
}

Serial.println(freeRam());

Freien SRAM ermitteln (var. 2)

int memoryTest()
{
    int byteCounter = 0;
    byte *byteArray;
    while ( (byteArray = (byte*) malloc (byteCounter * sizeof(byte))) != NULL ) {
        byteCounter++;
        free(byteArray);
    }
    free(byteArray);
    return byteCounter;
}

PWM für mehr Outputs

Ein kleiner Trick, um statt den 6 üblichen PWM-Pins auf dem Arduino quasi analogen Output zu ermöglich ist, statt die Pins mit GND zu verbinden, mit einem der PWM-Pins zu verbinden. Dadurch können alle diese Pins (auch nicht-PWM-fähige) die Möglichkeit erhalten mit analogWrite gesteuert zu werden, allerdings nur alles zusammen (siehe auch den Beitrag vom Hobbyelektroniker):

#define PIN_PWM 11

const byte leds[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7};

void setup()
{
    pinMode(PIN_PWM, OUTPUT);
    for(byte i=0; i<sizeof(leds)/sizeof(byte); i++) {
        pinMode(leds[i], OUTPUT);
        digitalWrite(leds[i], HIGH);
    }
}

void loop()
{
    for(byte b=0; b<=255; b++) {
        analogWrite(PIN_PWM, b);
        delay(10);
    }
}

Glättung von Eingangs-Signalen

Fehlerhafte bzz. sprunghafte Eingangssignale werden mit dem folgenden Sketch geglättet/gemittelt. Als Sensor an A0 dient z.B. ein Potentiometer. (Quelle: http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Smoothing)


// Define the number of samples to keep track of. The higher the number, the
// more the readings will be smoothed, but the slower the output will respond to
// the input. Using a constant rather than a normal variable lets us use this
// value to determine the size of the readings array.
const int numReadings = 10;

int readings[numReadings];      // the readings from the analog input
int readIndex = 0;              // the index of the current reading
int total = 0;                  // the running total
int average = 0;                // the average

int inputPin = A0;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    // initialize all the readings to 0:
    for (int thisReading = 0; thisReading < numReadings; thisReading++) {
        readings[thisReading] = 0;
    }
}

void loop()
{
    // subtract the last reading:
    total = total - readings[readIndex];
    // read from the sensor:
    readings[readIndex] = analogRead(inputPin);
    // add the reading to the total:
    total = total + readings[readIndex];
    // advance to the next position in the array:
    readIndex = readIndex + 1;

    // if we're at the end of the array...
    if (readIndex >= numReadings) {
        // ...wrap around to the beginning:
        readIndex = 0;
    }

    // calculate the average:
    average = total / numReadings;

    // send it to the computer as ASCII digits
    Serial.println(average);
    delay(1);
}

ATtiny

ATtiny13A - Pinout

Anschlüsse des ATtiny13A

ATtiny24/44/84 - Pinout

Anschlüsse des ATtiny24/44/84

ATtiny25/45/85 - Pinout

Anschlüsse des ATtiny25/45/85

ESP-01 (ESP-8266)

Anschlüsse des ESP-01
Abb.: Pinout/Anschlüsse des ESP-01
Nr. Pin Funktion
1 GND Masse/Ground
2 GPIO2 GPIO (mit internem Pullup-Widerstand)
3 GPIO0 GPIO (mit internem Pullup-Widerstand)
4 RXD UART0 (Dateneingang)
5 VCC Spannungsversorgung mit 3,3V (VDD)
6 RST Reset-Pin (active LOW)
7 CH_PD CHIP ENABLE (active HIGH)
8 TXD UART0 (Datenausgang)

ESP32

Anschlüsse des ESP32 DEVKIT V1 mit 30 GPIO-Pins
Abb.: Pinout/Anschlüsse des DOIT ESP32 DEVKIT V1 mit 30 GPIO-Pins

Glossar

Darlington-Schaltung
elektronische Schaltung aus zwei Bipolartransistoren, wobei der erste, kleinere Transistor als Emitterfolger auf die Basis des zweiten, größeren arbeitet. Sie wird zur Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors eines einzelnen Bipolartransistors angewendet. Befinden sich beide Transistoren in einem einzigen Gehäuse, spricht man auch vom Darlington-Transistor.
Eine ähnliche Anordnung aus komplementären Transistoren wird als Sziklai-Paar oder als Komplementär-Darlington-Schaltung bezeichnet.
Bipolartransistor
ein Transistor, bei dem im Unterschied zum Unipolartransistor beide Ladungsträgertypen – negativ geladene Elektronen und positiv geladene Defektelektronen – zum Stromtransport durch den Bipolartransistor beitragen.
Johnson-Zähler
auch Ringzähler oder Ringschieberegister genannt, ist eine elektronische Schaltung und dabei eine Sonderform eines Schieberegisters, bei dem der Ausgang des letzten Registers (Flipflops) auf den Eingang des ersten zurückgeführt wird.
Shunt
niederohmiger elektrischer Widerstand, der zur Messung des elektrischen Stromes verwendet wird (Messwiderstand). Der Strom, der durch einen Shunt fließt, verursacht einen zu ihm proportionalen Spannungsabfall, der gemessen wird.
Diac
"Diode for Alternating Current": Zweirichtungs-Diode
Triac
"Triode for Alternating Current": Zweirichtungs-Thyristortriode oder Symistor
Thyristor
Halbleiterbauelement, das aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist. Thyristoren sind einschaltbare Bauelemente, d.h., sie sind im Ausgangszustand nichtleitend und können durch einen kleinen Strom an der Gate-Elektrode eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gatestrom leitend. Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten eines Mindeststroms, des sogenannten Haltestroms.
Candela
die SI-Einheit der SI-Basisgröße Lichtstärke
Kerzenflamme 1cd
60W Haushaltsglühlampe 230V 58cd
100W Haushaltsglühlampe 230V 110cd
40W Kompaktleuchtstofflampe 180cd
Lumen
ist die physikalische Einheit des Lichtstroms, d.h. das Maß für das gesamte von einer Strahlungsquelle ausgesandte sichtbare Licht. Die Einheit gibt somit die Leistung der Lichtquelle an.
Gemessen wird ausschließlich das sichtbare Licht und zwar in Candela (Lichtstärke) mal dem Raumwinkel.
Lichtquelle Leistungsaufnahme typische Lichtausbeute
Kerzenlicht ~150W 15 lm
1W - Leuchtdiode 1W 90 lm
40W Haushaltsglühlampe 230V 40W 470 lm
60W Haushaltsglühlampe 230V 60W 806 lm
100W Haushaltsglühlampe 230V 100W 1500 lm
20W MR16 Niedervolt Halogenlampe 12V 20W 180 lm
35W MR16 Niedervolt Halogenlampe 12V 35W 300 lm
25W GU10 Hochvolt Halogenlampe 230V 25W 125 lm
50W GU10 Hochvolt Halogenlampe 230V 50W 300 lm
23W Kompaktleuchtstofflampe 23W 1300 lm
Transistor ("transfer resistor")
elektronisches Halbleiter-Bauelement zum Steuern meistens niedriger elektrischer Spannungen und Ströme.
Schwellenspannung
gibt an, bei welcher Spannung der Transistor leitend wird. Übliche Werte bei Bipolartransistoren liegen zwischen 0,6V bis 0,7V.
(Ist die Spannung, die zwischen Basis und Emitter abfällt)
Bezeichnung
erster Buchstabe: Halbleitermaterial (A=Germanium, B=Silizium
zweiter Buchstabe: Einsatzzweck (C=Universal, D=hohe Leistung, F=Hochfrequenz, U=hohe Spannung)
Typische Transistoren: 2n3055, BC337, BC547, 2N2222, S8050
Entladen von Elektrolytkondensatoren
Die Kapazität C mal den Entladewiderstand R ergibt die Zeitkonstante Tau (in Sekunden).
Nach dem fünffachen der Zeit Tau sind ca. 99% der vorherigen Ladung entladen:
5 × R × C = Entladezeit z.B.: 5 × 0,1F × 100kOhm =~ 14 Stunden
Warnung: Die max Leistung des Widerstandes darf nicht überschritten werden, sonst Brennt er durch. P = U × U/R
Warnung: Elkos können sich teilweise von selbst wieder aufladen. Vor allem wenn sie sehr schnell entladen wurden, steigt die Spannung oft wieder etwas an.
Sperrstrom
Wird eine Diode in Sperrrichtung betrieben, so fließt durch sie dennoch ein geringer Sperrstrom Übersteigt die in Sperrrichtung anliegende elektrische Spannung (Sperrspannung) die Durchbruchspannung, so steigt der Sperrstrom drastisch an, was bei Standardgleichrichterdioden zu deren Zerstörung führt. Dieser Effekt wird z. B. bei Zener-Dioden gezielt ausgenutzt.
Durchlassstrom
Der Strom, der eine pn-Diode nach Anlegen der Durchlassspannung durchfließt.
Schwellenspannung Us
ist die Spannung, die nötig ist, um Strom durch eine Diode in Durchlassrichtung fließen zu lassen:
Bei gewöhnlichen Siliziumdioden ist Us ca. 0,6 - 0,7 V.
Durchlassspannung
wird auch als Schwellspannung bezeichnet und hat das Formelzeichen Uf.
Wird Uf unterschritten, leuchtet z.B. eine Leuchtdiode nicht mehr;
wird Uf überschritten wird das Bauteil durch einen stark ansteigenden Strom evtl. zerstört.
Die Durchlassspannung bezieht sich auf einen vom Hersteller angegebenen Strom (bei LEDs: meistens 20mA).
Es empfiehlt sich eine Spannung zu wählen die ziemlich im unteren Bereich der Durchlassspannung liegt da somit die Lebensdauer überproportional erhöht wird.
Pluspol
wird idR immer mit einem roten Kabel oder Anschluss dargestellt
Minuspol
wird idR immer mit einem schwarzen bzw. blauen Kabel oder Anschluss dargestellt
Technische Stromrichtung
immer von (+) nach (-)
Physikalische Stromrichtung
immer von (-) nach (+)
Kurzschluss
nahezu widerstandslose Verbindung der beiden Pole einer elektrischen Spannungsquelle
Leerlauf
Zustand, bei dem an einer elektrischen Spannungsquelle kein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist bzw. in eingeschaltetem Zustand betrieben wird. Es fließt in diesem Fall kein elektrischer Strom.
Reihenschaltung von Batterien:
Bei einer Reihenschaltung (auch Serienschaltung genannt) erhöht sich die Betriebsspannung.
Beispiel: Werden zwei Batterien mit jeweils 200Ah (Amperestunden) und 12V (Volt) in Reihe geschaltet, ergibt sich eine Ausgangsspannung von 24V mit einer Kapazität von 200Ah.
Parallelschaltung von Batterien:
Bei der Parallelschaltung von Batterien wird der Pluspol mit dem Pluspol und der Minuspol mit dem Minuspol miteinander verbunden.
Die Ladekapazität (Ah) der einzelnen Batterien summiert sich dann während die Gesamtspannung der Spannung der Einzelbatterien entspricht.
Beispiel: Werden zwei Batterien mit jeweils 200 Ah und 12V parallel geschaltet, so ergibt sich eine Ausgangsspannung von 12V und eine Gesamtkapazität von 400Ah.
Glimmlampe
Glimmlampe ist eine Gasentladungsröhre zur Erzeugung eines schwachen, sogenannten Glimmlichtes
Batterie
Kapazität: Die in einer Batterie gespeicherte elektrische Ladung wird als Kapazität bezeichnet nicht zu verwechseln mit der elektrischen Kapazität.
Kapazität einer Batterie wird meist in Amperestunden (Einheitenzeichen: Ah) angegeben.
Leistung: Die Leistung einer Batterie ist die Menge an elektrischer Energie, die pro Zeiteinheit entnommen werden kann. Sie wird in der Regel in Watt (W) angegeben
Elektrischer Widerstand
ist in der Elektrotechnik ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (Bauelement, Stromkreis) fließen zu lassen.
Widerstand (Bauelement)
ist ein zweipoliges passives elektrisches Bauelement zur Realisierung eines ohmschen Widerstandes in elektrischen und elektronischen Schaltungen.
Kohleschichten haben einen negativen Temperaturkoeffizienten (leitet bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser als bei tiefen Temperaturen) und sind sehr ungenau.
Metallschichtwiderstände lassen sich mit höchsten Genauigkeiten und abhängig von der Legierung mit sehr geringen Temperaturkoeffizienten fertigen.
Metalle haben im Allgemeinen einen positiven Temperaturkoeffizienten.
Für sehr hohe Widerstandswerte und hohe Spannungen werden Metalloxid-Schichtwiderstände gefertig.
Nichtlinearer Widerstand
auch parameterabhängiger Widerstand genannt.
Wesentliches Merkmal ist, dass der Widerstandswert von einem oder mehreren weiteren physikalischen Parametern wie der am Widerstand anliegenden Spannung, der Temperatur, Druck, dem Lichteinfall und ähnlichen mehr abhängt. Wesentlich ist, dass bei nichtlinearen Widerständen der Zusammenhang zwischen Spannung am und Strom durch den Widerstand nicht durch die ohmsche Beziehung mit einem konstanten Widerstandswert R beschrieben werden kann.
Beispiele: Thermistor, Fotowiderstand, Varistor, druck- oder dehnungsabhängiger Widerstand
Vorwiderstand
Vorwiderstand ist ein elektrischer Widerstand, der in Reihe zu einem elektrischen Bauelement geschaltet wird, um die elektrische Spannung am bzw. die elektrische Stromstärke durch das Bauelement auf zulässige Werte zu begrenzen.
Wichtig: Vorwiderstand sollte immer pro Bauteil verwendet werden, wenn die Bauteile parallel zueinander betrieben werden, denn falls ein Bauteil ausfällt, würde der Vorwiderstand u.U. nicht mehr ausreichend dimensioniert sein und die anderen Bauteil könnten Schaden nehmen.
Vorwiderstand berechnen:
RV = UR / I RV = 7V / 20mA = 7V / 0,02A = 350 Ohm
UR = Ugesamt - ULED UR = 9V - 2V = 7V
I = UR / RV I = 7V / 350Ohm = 0,02A
PV = UR * I PV = 7V × 0,02A = 0,14W
PV = UR^2 / RV PV = 7V^2 / 350Ohm = 0,14W
Impedanz
auch Wechselstromwiderstand, gibt das Verhältnis von elektrischer Spannung an einem Verbraucher (Bauelement, Leitung usw.) zur aufgenommenen Stromstärke an.
Diode
Elektrisches Bauelement, das Strom in einer Richtung fast ungehindert passieren lässt und in der anderen Richtung fast isoliert.
Spannungsteiler
ist eine Reihenschaltung aus passiven elektrischen Zweipolen (z.B. Widerstände), durch die eine elektrische Spannung aufgeteilt wird.
Der Spannungsteiler ist eine spezielle Anwendung der Reihenschaltung von Widerständen. Er besitzt einen Abgriff (Abzweig) an der Verbindungsstelle und erlaubt eine Teilung der Gesamtspannung im Verhältnis der beiden Widerstände, sofern kein Strom an der Verbindungsstelle entnommen wird.
Kathode
=Minuspol (nur bei technischer Stromrichtung)
Anode
=Pluspol (nur bei technischer Stromrichtung)
Fotodiode
Halbleiter-Diode, die Licht (evtl. auch IR-, UV- oder Röntgenstrahlen) durch den inneren Fotoeffekt in einen elektrischen Strom umwandelt oder – in Sperrrichtung betrieben – diesem einen beleuchtungsabhängigen Widerstand bietet.
Fototransistor
Bipolartransistor, dessen pn-Übergang der Basis-Kollektor-Sperrschicht einer externen Lichtquelle zugänglich ist. Er ähnelt somit einer Fotodiode mit angeschlossenem Verstärkertransistor.

Abkürzungen

AC
"alternating current": Wechselstrom
AWG
"American Wire Gauge" ist eine Kodierung für Drahtdurchmesser und kennzeichnet elektrische Leitungen aus Litzen und massivem Draht.
BJT
"bipolar junction transistor": Bipolartransistor
BNC
"Bayonet Neill Concelman": koaxialer Steckverbinder für Hochfrequenzanwendungen
CMOS
"Complementary metal-oxide-semiconductor": Bei MOS-Logiken werden MOSFETs verwendet, bei CMOS sind diese zueinander komplementär. Es werden keine Widerstände benötigt.
Die Versorgungsspannung Ub kann bei CMOS-Bausteinen variabel zwischen +3V und +15V gewählt werden, weshalb die Pegel als Prozent von Ub angegeben werden. Ein H-Pegel am Eingang besteht bei einer Spannung von über 70% von Ub, ein L-Pegel bei unter 30%. Am Ausgang ist ungefähr Ub ein H-Pegel und 0V ein L-Pegel. Vorteilhaft bei CMOS ist die, u.a. durch fehlende Widerstände, kleine Bauart und die extrem kleine Verlustleistung bei niedrigen bis mittleren Taktfrequenzen. Dieses beruht darauf, dass kein Ruhestrom im taktfreien Zustand fließt. Bei hohen Frequenzen steigt die dynamische Verlustleistung jedoch über TTL Niveau und Außerdem ist CMOS relativ empfindlich gegenüber statischer Aufladung.
DC
"direct current": Gleichstrom
EEPROM
"Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory": nichtflüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, dessen gespeicherte Information elektrisch gelöscht werden kann.
EPROM
"Erasable Programmable Read-Only Memory": nichtflüchtiger elektronischer Speicherbaustein, der bis etwa in die Mitte der 1990er-Jahre vor allem in der Computertechnik eingesetzt wurde, inzwischen aber weitgehend durch EEPROMs abgelöst ist.
E-Reihe
Normreihe elektrischer Bauteile nach DIN IEC 60063; auch: "Vorzugsreihen für die Nennwerte von Widerständen und Kondensatoren": E3, E6, E12, E24, E48, E96 und E192
FET
Feldeffekttransistor: Gruppe von Transistoren, bei denen im Gegensatz zu den Bipolartransistoren nur ein Ladungstyp am elektrischen Strom beteiligt ist – abhängig von der Bauart: Elektronen oder Löcher bzw. Defektelektronen
GAL
"Generic Array Logic": Weiterentwicklung der PALs kamen zuerst durch die Lattice Semiconductor Corporation die wiederbeschreibbaren Generic Array Logic (kurz GAL genannt) -Bausteine auf den Markt. Sie bestehen aus einer programmierbaren UND-Matrix und einer fest verdrahteten ODER-Matrix. Im Gegensatz zum PAL sind sie elektrisch beschreibbar und entweder durch UV-Licht (EPLD) oder elektrisch (EEPLD) löschbar, wodurch eine Neuprogrammierung möglich wird.
h[FE]
Wert der Stromverstärkung eines Transistors ("current gain"): h[FE] = I[Collector] / I[Basis]

Verstärkungsfaktor Hfe eines Transistors berechnen: h[FE] (auch hfe bzw. ß) gibt die Kleinsignal-Stromverstärkung im Arbeitspunkt Ic (DC-Kollektorstrom) an.
ß = dIc/dIb
Nicht zu verwechseln mit der Gleichstromverstärkung B = Ic/Ib
ß ist abhängig von Ic und der Temperatur.

Normalerweise berechnet man sie nicht (kann es auch nicht) sondern misst sie oder entnimmt min- u. max-Werte aus dem Datenblatt.
Für grundsätzliche Überlegungen:

Ist die Kurve Ic = f(Ib) gegeben, so ist ß der Kehrwert der Tangentensteigung im Arbeitspunkt Ic.
ß = 1/(dIc/dIb)

Hat man eine Kurve für B = f(Ic) gegeben, dann kann man ß mit Hilfe der Tangentensteigung dB/dIc im Arbeitspunkt Ic ermitteln:
ß = B/(1 - Ic * dB/dIc)
Solange Ic = f(Ib) näherungsweise gerade bzw. die B-Kurve flach verläuft und bei kleinem Ic, kann man ß ~= B annehmen.

Mit der Gleichung
hfe = rbe * s
kann man arbeiten wenn der differenzielle Basis-Emitter-Widerstand rbe = dUbe/dIb gegeben ist. Dabei ist die Steilheit
s = dIc/dUbe ~= Ic/Ut
Ut = K * T ist die Temperaturspannung und beträgt bei Zimmertemperatur ca. 27mV (K = Boltzmannkonstannte, T = absolute Temperatur)

Meistens rechnet man aber andersrum: Wieviel ß soll mein Transistor haben....?
IC
"integrated circuit": Integrierter Schaltkreis
I2C (auch: i²C bzw. IIC)
von engl. "Inter-Integrated Circuit" ist ein serieller Datenbus.
IS
Integrierter Schaltkreis
IEC
Internationale Elektrotechnische Kommission: Normungsorganisation für Normen im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik.
LED
"light-emitting diode": Leuchtdiode (auch Lumineszenz-Diode genannt) --> Kathode = kurzes Bein = große flache Stelle = wird am Minuspol angeschlossen
LDR
"Light Dependent Resistor": Fotowiderstand
LiPo
(auch LiPoly) Lithium-Polymer-Akkumulator
MCU
"Microcontroller Unit": Mikrocontroller (auch µController, µC): ist ein Ein-Chip-Computersystem
MOSFET
"metal-oxide-semiconductor field-effect transistor": Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor: gehört zu den Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, auch als IGFET bezeichnet.
NPN
p- und n-dotierte Schichten (hier im Falle eines Bipolartransistors)
NTC
"Negative Temperature Coefficient Thermistor": Heißleiter
PAL
"Programmable Array Logic": elektronische Halbleiterbausteine im Bereich der Digitaltechnik, die durch Programmierung eine logische Verknüpfungsstruktur der Eingangssignale zu den Ausgangssignalen erhalten
PDIP
"Plastic Dual In-line Package": zwei Reihen von Anschlussstiften (=Pins) zur Durchsteckmontage
PCB
"printed circuit board": Leiterplatte (Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung)
PNP
p- und n-dotierte Schichten (hier im Falle eines Bipolartransistors)
PTC
"Positive Temperature Coefficient Thermistor": Kaltleiter
PWM
Pulsweitenmodulation ist eine Modulationsart, bei der eine technische Größe (z. B. elektrische Spannung) zwischen zwei Werten wechselt.
SMD
"surface-mount device": oberflächenmontiertes Bauelement
SO
"small outline": oberflächenmontierte Bauform von elektronischen Bauteilen
SPI
von engl. "Serial Peripheral Interface" ist ein Bus-System mit einem "lockeren" Standard für einen synchronen seriellen Datenbus (Synchronous Serial Port), mit dem digitale Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip miteinander verbunden werden können.
TO-92
verbeitete Art eines Halbleitergehäuses hauptsächlich für Transistoren.
TO-220
verbeitete Art eines Halbleitergehäuses (evtl. mit Kühlfahne)
TTL
Transistor-Transistor-Logik (Familie elektronischer Komponenten).
Die TTL verwendet für den Aufbau Widerstände und Transistoren. An den Eingängen ist ein H-Pegel als eine Spannung zwischen 2,0V und 4,8V und ein L-Pegel zwischen 0V und 0,8V definiert. Am Ausgang tritt bei einem H-Pegel eine Spannung von über 2,4V, bei einem L-Pegel unter 0,4V auf. Die Betriebsspannung muss 5V ±0,25V betragen.
Dieses System ist äußerst robust und schaltet, durch Einsatz von Schottky-Dioden, sehr schnell, d.h. die möglichen Taktfrequenzen sind hier relativ hoch. Ein Nachteil bei der TTL ist der ständig fließende Ruhestrom –also die Verlustleistung– und die dadurch bedingte Erwärmung, wodurch die Komplexität bzw. die Menge der verwendeten Bausteine begrenzt wird.
UART
"Universal Asynchronous Receiver Transmitter": elektronische Schaltung, die zur Realisierung digitaler serieller Schnittstellen dient. Dabei kann es sich sowohl um ein eigenständiges elektronisches Bauelement (ein UART-Chip bzw. -Baustein) oder um einen Funktionsblock eines höherintegrierten Bauteils (z. B. eines Mikrocontrollers) handeln
vu
"volume units": z.B. verwendet in "VU-Meter"
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