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Hi,

hat jemand ein paar Minuten Zeit, um einem Vater die Schaltung im folgenden Foto zu erklären?
https://ibb.co/KxC8Z3jY

Ich arbeite mich gerade mit meiner Tochter durch den Experimentierkasten "Easy Elektro - Big Fun" von Kosmos und kann ihr diese Schaltung nicht erklären.

Der gelbe Piezo-Lautsprecher erzeugt beim Betätigten des Schalters einen Ton. Fällt Licht auf den benachbarten Lichtsensor (16), reduziert dieser seinen Widerstand und der Ton wird lauter. Entferne ich den Lichtsensor aus der Schaltung, gibt es gar keinen Ton.

Warum führt ein reduzierter Widerstand zu einem lauteren Ton?
Der Lautsprecher verhält sich meines Wissens nach wie ein Kondensator. Sinkt der parallel geschaltete Widerstand, müsste doch die am Widerstand abfallende Spannung sinken. Und dementsprechend müsste der Ton doch leiser werden, oder?

Ich verstehe es einfach nicht. Und das Anleitungsheft erklärt es leider auch nicht.

Das rote Alarm-Modul wird über den Anschluss von oben angesteuert. Je nach oben verwendetem Anschluss wird ein anderer Ton erzeugt.

Eigentlich dachte ich, meine Elektro-Kenntnisse müssten für das Set reichen. Transistoren, Widerstände, normale Lautsprecher, etc. waren alle kein Problem. Aber dieser Piezo-Lautsprecher bringt mich an meine Grenzen.

Vielen Dank!

» hat jemand ein paar Minuten Zeit
ja
» Entferne ich den Lichtsensor aus
» der Schaltung, gibt es gar keinen Ton.
Da staunt der Laie und der Fachmann wundert sich.
» Der Lautsprecher verhält sich meines Wissens nach wie ein Kondensator.
ja, näherungsweise
» Sinkt der parallel geschaltete Widerstand, müsste doch die am Widerstand
» abfallende Spannung sinken. Und dementsprechend müsste der Ton doch leiser
» werden, oder?
ja
Gibt es auch einen klassischen Lautsprecher, den man an das Alarmteil anschließen kann?
» Aber dieser Piezo-Lautsprecher bringt mich an meine Grenzen.
Ist auch didaktisch ungünstig.

» » hat jemand ein paar Minuten Zeit
» ja
Danke
» » Entferne ich den Lichtsensor aus
» » der Schaltung, gibt es gar keinen Ton.
» Da staunt der Laie und der Fachmann wundert sich.
Wenn das so ist, belege ich die Behauptung des Laien mal besser noch mit einem Video. Ich weiß ja, wie wenig ich selbst bei meiner Arbeit im IT-Support den Endanwendern glaube
Im Video simuliere ich den reduzierten Widerstand des Lichtsensors durch Parallelschaltung von 100 Ohm.
https://www.dropbox.com/scl/fi/pnyjuhx3lfgx1bnsncjp9/PXL_20250315_144649235.TS.mp4?rlkey=3yrrxm1d3ll7bzzmkw95cfbj0&st=81ijbtlu&dl=0
» Gibt es auch einen klassischen Lautsprecher, den man an das Alarmteil
» anschließen kann?
Ja, der verhält sich wie ich erwarte: Der Strom fließt durch. Habe ich gerade nochmal probiert, indem ich sowohl Lichtsensor als auch Piezo-Lautsprecher entfernt und statt dessen den klassischen Lautsprecher eingesetzt habe. Ein parallel geschalteter Widerstand ändert die Lautstärke nicht. Ein in Reihe geschalteter Widerstand reduziert die Lautstärke. Und zwar um stärker, um so hochohmiger er ist. Alles ganz logisch.
» » Aber dieser Piezo-Lautsprecher bringt mich an meine Grenzen.
» Ist auch didaktisch ungünstig.
Das sehe ich genauso und finde es sehr schade.

» Aber dieser Piezo-Lautsprecher bringt mich an meine Grenzen.
»
» Vielen Dank!

Hallo, wenn das Bauteil 1 eine Diode darstellen soll, könnte es eine Erklärung geben, aber mal mit Vorbehalt. Frage noch: Ist das ganze nur eine PC-Simulation oder wird die Schaltung mit realen Bauteilen aufgebaut? Ein Schaltbild wie das gezeigte ist mir neu, aber vielleicht doch nicht so ganz unverständlich.

» » » Aber dieser Piezo-Lautsprecher bringt mich an meine Grenzen.
» » Ist auch didaktisch ungünstig.
» Das sehe ich genauso und finde es sehr schade.

Sehe gerade, dass es eine reale Schaltung ist, die Posts haben sich zeitlich überschnitten. Meine Erklärung, ob mit oder ohne Diode:
Der Piezo-Lautsprecher bekommt aus dem roten Modul einen Impuls. Da er sich wie ein Kondensator verhält, "lädt er sich auf". Um zurückzuschwingen, braucht er eine "Entlademöglichkeit", die er im Fototransistor findet. Je heller der FT beleuchtet wird, umso freier kann der Piezo schwingen und wird dadurch lauter. Im mechanischen Vergleich: Wie ein Uhrenpendel, das auf dem Hinweg frei schwingen kann, auf dem Rückweg aber ausgebremst wird. Beseitigt man die Bremse, schwingt es freier und hat eine größere Amplitude.

Anderer Vergleich: Wenn man vor die Basis eines bipolaren Transistors einen Kondensator schaltet und gibt einen Impuls drauf, lädt sich der Kondensator auf und das war's dann. Er nimmt keine weiteren Impulse auf, weil der T halt eine Diode ist. Erst wenn man eine Entlademöglichkeit schafft, z.B. einen R gegen Masse, gehts weiter. Diese Entlademöglichkeit schafft in der gezeigten Schaltung möglicherweise der Fotowiderstand. Nur wie gesagt: Erklärung ist ein VERSUCH, mal weiß halt nicht, was sich in dem roten Teil so alles verbirgt . . .

» » Gibt es auch einen klassischen Lautsprecher, den man an das Alarmteil
» » anschließen kann?
» Ja, der verhält sich wie ich erwarte: Der Strom fließt durch
Gleiche Reaktion wenn der echte Lautsprecher an + und alternativ an - geschaltet wird?
Wie mabue schrieb, kennen wir nicht die Innenschaltung des Alarmteiles. Insgeheim rechnen wir mit kapazitiver Auskopplung eines Gegentaktsignals - muss aber nicht sein.
Kann auch sein, im Alarmteil Transistor (npn oder pnp) nur einfach so Kollektor rausgeführt - das könnte einiges erklären.
Test: vorhandene Schaltung, Fototransistor weglassen, zusätzlich Widerstand 10kohm an Ausgang Alarmteil und + , alternativ an - und uns das Ergebnis mitteilen.

» Kann auch sein, im Alarmteil Transistor (npn oder pnp) nur einfach so
» Kollektor rausgeführt - das könnte einiges erklären.

Genau das ist der Ansatz meiner Erklärung. Wobei die Impulse Low-Impuls wären, also gegen Masse geschaltet. Damit würde sich der Piezo jeweils von Plus her aufladen und über den FT wieder entladen, bei Licht stärker und damit lauter. Die Polung des FT spricht dafür, leitet vom Collector zum Emitter ab. Könnte so sein, muss nicht so sein. Testen könnte man es mit Hilfe eines Oszis, wenn man direkt über dem Piezo misst. Da müssten dann "rücklaufende" Spannungsanteile dabei sein, also unterhalb der Oszi-Nulllinie. Immerhin fällt auf, dass der FT den Piezo begrenzt kurzschließt, je heller je mehr.

Vielleicht ist bei einem versehentlichem Kurzschluß / Überlast die Hälfte des einstigen Gegentaktausgangs abgeraucht.
Eine interne Schutzschaltung sollte sowas verhindern. Wir wissen es nicht.

Auf jeden Fall vielen Dank für Eure Mühe bis hierher. Ich habe bisher noch nicht alles verstanden, bin aber gespannt, wie es weitergeht.

» Gleiche Reaktion wenn der echte Lautsprecher an + und alternativ an -
» geschaltet wird?

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das richtig verstehe. Ich habe den echten Lautsprecher jetzt an zwei Stellen eingefügt und jeweils auch verdreht (also die Polung vertauscht). In allen vier Varianten kommt das gleiche Geräusch in identischer Lautstärke.

https://ibb.co/G3BdZHxk
https://ibb.co/5XrLsNDK

» Test: vorhandene Schaltung, Fototransistor weglassen, zusätzlich
» Widerstand 10kohm an Ausgang Alarmteil und + , alternativ an - und uns das
» Ergebnis mitteilen.

Bei 10kohm hat der Piezo-Lautsprecher schon fast die maximale Lautstärke. Nutze ich 100kohm, ist er deutlich leiser.
https://ibb.co/CpbqN0s4

Beim Alternativwunsch nach Anschluss an - bin ich nicht sicher, ob ich das richtig verstehe. Ich habe mal folgendes versucht und es kommt kein Geräusch.
https://ibb.co/5gfm7qnw

Hilft Euch das weiter?

» https://ibb.co/G3BdZHxk
Nein, nicht den Lautsprecher in die Minusleitung - sondern an minus und Ausgang des Alarmteils

» https://ibb.co/5gfm7qnw
das bringt nix
Sondern R 10kohm an Ausgang des Alarmteils und an minus.
...und...
sehe ich das richtig, dass im Piezo-Signalgeber eine LED eingebaut ist? Falls zutreffend, wird's richtig kompliziert.

» » Test: vorhandene Schaltung, Fototransistor weglassen, zusätzlich
» » Widerstand 10kohm an Ausgang Alarmteil und + , alternativ an - und uns
»
» Bei 10kohm hat der Piezo-Lautsprecher schon fast die maximale Lautstärke.
» Nutze ich 100kohm, ist er deutlich leiser.

Das würde meine These stützen, dass der Piezo gewissermaßen eine Entlademöglichkeit braucht, um richtig zurückschwingen zu können.

» Beim Alternativwunsch nach Anschluss an - bin ich nicht sicher, ob ich das
» richtig verstehe. Ich habe mal folgendes versucht und es kommt kein
» Geräusch.

An dieser Stelle müsste trotzdem ein Signal kommen, Schaltung entspricht dem 2.Foto von oben, nur dass eben die Batterie etwas mehr belastet wird. Rätselhaft . . . . Wirklich sicher erscheint mir nur, dass der Strompfad von Plus über den Piezo, dann über das rote Bauteil an Minus geht. Das wird durch das 2.Foto von oben bewiesen. Anders könnte kein Signal erzeugt werden.

Mit dem vorhandenen DMM könnte man mal mit eingestelltem AC-Bereich, anschließend mit gleichem DC-Bereich direkt über dem Piezo messen. Zeigt der AC-Bereich höher an, wäre das ein Hinweis, dass es spannungsmäßig ein Wechselspiel gibt, also "Ladung" und Entladung.
Ist allerdings ebenfalls mit Unsicherheit behaftet. Besonders hoch wäre die AC-Spannung dann beim 10K-Widerstand, im Gegensatz
zum 100K. Und vergleichend noch mal ganz ohne Widerstand im AC-Bereich messen, da müsste die Anzeige ziemlich niedrig ausfallen.

Soweit die Theorie . . .

» » https://ibb.co/G3BdZHxk
» Nein, nicht den Lautsprecher in die Minusleitung - sondern an minus und
» Ausgang des Alarmteils

So?
https://ibb.co/Dg15dWdv

Der Lautsprecher machte kein Geräusch.

» » https://ibb.co/5gfm7qnw
» das bringt nix
» Sondern R 10kohm an Ausgang des Alarmteils und an minus.

https://ibb.co/G3sHZTkN

Der Piezo-Lautsprecher gibt keinen Ton von sich.

» sehe ich das richtig, dass im Piezo-Signalgeber eine LED eingebaut ist?

Hier hat wohl die Metallplatte hinter dem Loch im Plastik einfach nur ungünstig reflektiert. Da ist keine LED.

» Soweit die Theorie . . .

Na dann steuere ich mal die Praxis bei.
Schaltung wie hier, mit wechselnden Widerständen: https://ibb.co/CpbqN0s4
Messung über den Piezo-Signalgeber. Die gemessenen Spannungen schwanken mit der Tonhöhe. Ich habe deshalb das Alarm-Modul auf einen langsamer wechselnden Ton gestellt, so dass ich das zuverlässig zuordnen konnte. Unten ist jeweils der erste Wert bei tiefem Ton, der zweite bei hohem.

Bei 100Ohm:
1,4 - 1,4 V DC, 1,3 - 1,2 V AC
Bei 10kohm
1,9 - 2,3 V DC, 1,3 - 0,9 V AC
Bei 100kohm
2,8 - 3,0 V DC, 0,4 - 0,15 V AC
Ohne Widerstand (keine Entlademöglichkeit):
3,1 V DC (exakt die Batteriespannung), 0,01 V AC

Das passt doch sehr gut zu Deiner Erklärung, oder?
Um so größer der Widerstand, um so geringer die Wechselspannung. Denn die Ladung und Entladung werden durch den Widerstand behindert. Die Schwankungen in der Gleichspannung kommen dabei wohl vom reduzierten Mittelwert bei besserer Entladung (sowohl bei geringerem Widerstand als auch durch die bessere Entladung bei niedrigeren Frequenzen).

Ich betrachte das Rätsel damit für meine Zwecke als gelöst.

Vielen Dank Euch beiden!

» » Soweit die Theorie . . .
»
» Na dann steuere ich mal die Praxis bei.
» Schaltung wie hier, mit wechselnden Widerständen: https://ibb.co/CpbqN0s4

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