Elektronische Bauteile in mechanische 'Übersetzen'

Hallo,

kennt jemand ein Buch oder eine Literaturquelle in der ich folgendes finde?

Ich möchte aus Anschauungsgründen elektronische Bauteile in einer (einfachen) Schaltung durch mechanische Bauteile ersetzen. Bei einem Stofffluß (Wasser) ist das einfach, einfach das Rohr bei einem konstantem Druck verjüngen und schon habe ich einen ohmschen Widerstand abgebildet (glaube ich zumindest).

Wie sieht das aber mit Dioden, Kondensatoren oder abstrakten Verzögerungsgliedern aus?

Danke für jeden Hinweis.

Sven

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Sven Schulz
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Am 24.04.2011 12:25, schrieb Sven Schulz:

Diode -> Rückflussverhinderer (muss den meinen auch wieder mal gängig machen). Kondensator -> Ausdehnungsgefäß (naja, hinkt schon stark aber so in etwa). Abstrakte Verzögerungsglieder, puuh, eine lange Leitung, wo das Wasser erst nach gewisser Zeit rauskommt? Vielleicht sind andere ja kreativer als ich :-)

Wolfgang

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Wolfgang Lindner

Sven Schulz schrieb:

Nee. Damit hast du einen ohmschen Widerstand an einer Konstantstromquelle. Verjüng einfach das Rohr - das ist Pendant zum Widerstand.

Wasserdruck entspricht der Spannung, Wasserfluss entspricht dem Strom.

Rückschlagventil. Die Kraft, die notwendig ist, das Ventil zu öffnen, ist die Flussspannung. Ist der Wasserdurck in Gegenrichtung zu groß, reißt das Rückschlagventil ab und die Diode ist in beiden Richtungen durchlässig.

Rohr, was in der Mitte mit einer Membran verschlossen ist. Der Rohrdurchmesser entspricht dem ohmschen Widerstand des Kondensators. Die Dehnbarkeit der Membran enstpricht der Kapaziät.

Transistor: BE-Strecke ist ein Rückschlagventil, das mechanisch mit einem Schieber gekoppelt ist, der die CE-Strecke freigibt.

frei aus dem Bauch geherkelt...

Gruß Christian

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Christian Müller

Die Anschauung verbaut den Blick auf die richtige Theorie. Wer sich da reinbeißt, rafft am Ende gar nichts mehr.

Es gibt parallelen in den Gleichungen

Spannung -> Druckdifferenz Ladung-> Volumen Strom -> Volumenstrom

Volumenstrom = Rohrkonstannte * Druckdifferenz paßt.

Flatterventil

Voratsgefäß

Induktivität: Träge Masse des Wassers im Rohr. Induktion: ???

U.U. über die Schallgeschwindigkeit, wird nicht einfach.

Trafo, Antenne: Vergiß es.

--
Gruß, Raimund
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Raimund Nisius

Es gab ehedem eher den umgekehrten Ansatz: mechanisches System durch Analogrechner simulieren. Aus der Zeit stammt Literatur a la

Murphy, Shippy ,Luo "Engineering Analogies" Iowa State College Press 1963

Olson "Solutions of Engineering Problems By Dynamical Analogies" Van Nostrand, 1966

Aber heute auch antiquarisch nur mühsam zu beschaffen.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Am 24.04.2011 12:25, schrieb Sven Schulz:

NEIN!

Das glaubst du falsch.

Siehe Venturirohr.

Solange du die Reibung nicht mit"denkst" hast du nichts erreicht, denke lieber an Stahlwolle im Rohr oder einen Schwamm oder einen porösen Ziegel.

Gl

--
Der Zeitgeist ist das, was grad die Mehrheit unter der
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Franz Glaser

Hallo Raimund.

Ohne Anschauung bleibt Theorie stures Auswendiglernen. Das Lernen f=E4llt schwer und es bleibt nichts dauerhaft h=E4ngen.

Bei Leuten, die erfolgsorientiert Denken, mag das vieleicht anders sein, aber bei mir halt nicht, und ich kann mir halt auch nicht aussuchen, wie ich denke.

Wenn Du ohne Kr=FCcke auskommst, sei froh, aber versuche nicht, Einbeinigen das Vorhandensein des fehlenden Beines einzureden. :-/

Allerdings hast Du insofern Recht, das es wichtig ist, immer im Blick zu haben, da=DF es NUR ein Modell ist.

Das k=F6nnte man machen, in dem man z.B. Sch=FClern, die den Wechselstromkreis mit Spule, Kondensator und Widerstand gut verstanden haben, z.B. eine Lecherleitung vorf=FChrt und sie r=E4tseln l=E4st. ;-)

Die geht kaum.....aber Trafo ginge trozdem. Z.B. als Getriebe. Wenn Du die Hydraulik nimmst, passt es auch wieder mit dem Wassermodell. Wenn Du eine Wasserturbine nimmst, die wiederum =FCber ein mechanisches Getriebe eine Pumpe antreibt, hast Du sogar Potentialtrennung.

Eine Stepupwandler w=E4re z.B. ein hydraulischer Widder.

Wenn die Verz=F6gerungsglieder abstrakt sein sollen, warum dann eine mechanische Anschauung? Also die Verz=F6gerung konkret machen mit RC-Glied z.B.

Das w=E4ren Laufzeitglieder, passen w=FCrde es aber auch mit der Verz=F6gerung.

Antenne? Aber doch. Irgendetwas, das periodisch Wellen in einem Wasserbecken macht, als Sender, und als Empf=E4nger etwas, das die Wellen registriert.

Es lassen sich nirgendwo so sch=F6n Beugungsmuster erkl=E4ren wie mit einer Wellenwanne, und nachdem ich damit mal einen Nachmittag rumgespielt hatte, konnte ich sogar Beugungsmuster in Hafenbecken erkennen. ;-)

Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Wiebus

Besser geht so eine Veranschaulichung mit Luft. Pneumatikelemente sind billiger, schneller und einfacher zu montieren und wenn mal was undicht ist, macht's auch keine Sauerei. In den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden sogar ganze Rechnersysteme auf Pneumatikbasis gebaut, auch Analogrechner.

Rückschlagventil

Druckluft-Pulle

Schlauch/Rohr

Es gibt eine Riesenauswahl pneumatischer Bauelemente. Damit lassen sich auch Transistoren und sogar Induktivitäten recht gut veranschaulichen.

Aber Vorsicht: die Mathematik ist nicht 1:1 übertragbar, auch wenn es erhebliche Analogien gibt.

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Heiko Nocon

Am 24.04.11 18.40, schrieb Wiebus:

W. Edwards Deming: "Wissen entsteht durch Theorie."

Die Theorie selber bleibt niemals stures Auswendiglernen, sondern liefert letztlich auch nur ein Modell - nämlich ein analytisches mathematisches Modell, das auf einer Analyse der inneren Zusammenhänge des zu modellierenden Systems beruht. So etwas wäre ein typisches "glass box"-Modell.

Was man auswendig lernen muss, sind gewisse elementare Zusammenhänge der Modellbildung, z.B. in der Elektrotechnik den Zusammenhang zwischen Spannung und Strom an einem idealen Kondensator oder das Induktionsgesetz. Damit kann man dann ganz gut elektrische Systeme (immer in den Grenzen der Gültigkeit des Modells selbstverständlich) verstehen.

Das Auswendiglernen wird oft auch völlig überschätzt: wenn man sich mit einer Materie gedanklich beschäftigt, dann kann man sich eigentlich kaum dagegen wehren, dass sich bestimmte Dinge im Gehirn festbrennen. Und Blupp: "Hier werden Sie gelernt." Auswendiglernen ist nur der Fetisch, an den sich der innere Schweinehund klammert.

Was nützt es, wenn ich mir bspw. einen Transformator in Analogie zur Hydraulik als gekoppelte Turbinen vorstelle oder in Analogie zur Mechanik als Getriebe? Liefern mir diese Modelle irgendwelche hilfreichen Hinweise darauf, was mit einem Transformator passiert, wenn ich ihn ohne Eisenkreis nur mit den nackten Wicklungen in Betrieb zu nehmen versuche? Oder darauf, was passiert, wenn die Primärspannung einen dicken DC-Offset hat? Eher nicht.

So etwas aus der Elektrotechnik oder Elektronik in andere gedankliche Sphären z.B. der Mechanik oder Hydraulik abzubilden, bedeutet i.d.R., aus einem "guten" Modell ein "schlechteres" zu machen. "Schlechte" bzw. "gute" Modelle stellen in Bezug auf eine bestimmte Fragestellung eine stärker oder weniger stark von der Realität abweichende Beschreibung realer Systeme zur Verfügung. Für einfache Fragestellungen ist ein simples Analogiemodell vielleicht ausreichend. Aber man stößt - wie ich oben skizziert habe - eben auch schnell an die Grenzen der Analogien: so würde die Vorstellung der gekoppelten Turbinen auch bei Gleichstrom funktionieren. Wollen wir ein solches Modell akzeptieren?

Blöd dabei ist: man weiß oft nicht einmal, wo diese Grenzen der Gültigkeit des Analogiemodells liegen!

Irgendwann muss man also ohnehin "richtig einsteigen" und lernt dann doppelt: einmal simpel, einmal ordentlich. Der "simple" Weg ist oft nur auf den ersten Blick einfacher.

Einstein soll einmal sinngemäß gesagt haben "Ich bin unbedingt dafür, die Dinge so weit wie möglich zu vereinfachen. Aber nicht weiter."

Das Ganze hat übrigens auch einen evolutionären entwicklungsgeschichtlichen Hintergrund: die Modellvorstellungen, die wir heute vorfinden, haben sich in der Vergangenheit eben bewährt. Deswegen gibt es sie - sie haben einfach alle schlechteren Alternativen überlebt. Und deswegen ist jeder, der Elektrotechnik betreiben möchte, zunächst einmal gut beraten, wenn er sich mit Knoten- und Maschengleichungen etc. abfindet und nicht in irgendwelchen obskuren Wasserschlauch-Analogien denkt.

V.

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Volker Staben

Haha, das ist ein lustiges Thema.

Auch wenn manche schreien, es geht nicht, geht es doch mit fast allem. Stell dir eine Welt vor in der Elektrizität nicht erfunden ist. So wie etwa vor 150 Jahren.

Dann gäbs heute eine hochentwickelte Mikro-Feinmechanik. Computer würden surren und Lochstreifen einlesen wie gehabt, angetrieben mit Wasserkraft per Treibriemen vom Bach da unten. Lokale Energiegewinnung durch micro Stirlingmotoren.

Mechanisches Internet mittels Stoßwellen auf gespannten Drähten. Das gute alte Teletype würd in jedem Home stehen, latürnich feinst ziseliert und miniaturisiert. Für was hammer die Japaner. Mußt nur 1 Spiritustablette untern Stirlingantrieb legen.

Adventurespiele? Kein Problem.

w.

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Helmut Wabnig

Hallo Volker.

Das ist weder falsch noch ein Widerspruch. Wo mein Modell nicht mehr funktioniert, muss ich mir halt Gedanken machen. Und da ist durchaus die Theorie wichtig.

Schon. Aber die Mathematik als Modell ist ersteinmal genauso unanschaulich wie das Original, f=FCr das man sich wegen der unanschaulichichkeit ein Modell heranholt. Auch die Mathematik wird erst r=FCckw=E4rtz betrachtet =FCber die Modelle anschaulich.

Und genau dieses Auswendiglernen wird wiederum durch die mechanischen Modelle erleichtert bzw. durch "begreifen" ersetzt.. Es geht in dem Zusamenhang wohl kaum um lernen auf Hochschulniveau, sondern f=FCr Jugendliche oder f=FCr Fachfremde.

Unvollst=E4ndig....das Lernen braucht irgendwas, das man schon kennt, um daran angekn=FCpft zu werden. Lernen ist auch einordnen in eine Matrix. Das geht um so leichter, je mehr m=F6gliche Verkn=FCpfungspunkte schon existieren. Analogien sind solche Verkn=FCpfungspunkte.

Wenn ich das nirgendwo ankn=FCpfen kann, bleibt mir letztlich nichts anderes als auswendiglernen =FCber.

Ja. Das w=E4re z.B. ein Getriebe mit Zahnr=E4dern aus Gummi. ;-)

Oder darauf, was passiert, wenn die

Richtig. Da versagt das Modell. Aber auch mathematische Modelle haben Grenzen.

Durchaus. Es ist f=FCr viele Bereiche ad=E4quat.

Bl=F6d ist, wenn man vergisst, das es nur ein Modell ist. Gilt aber f=FCr mathematische Modelle auch.

Lernen lebt auch von Wiederholung. Darauf beruht der =DCbergang vom Langzeit ins Kurzzeitged=E4chnis. Ich muss also sowieso mehrmals lernen, damit es wirklich richtig sitzt. Besser ich fange simpel an, und setzte schrittweise immer etwas obenauf. Wenn ich direkt "ordentlich" anfange, habe ich sofort ordentlich nichts kapiert, und das kann ich unendlich oft wiederholen, ohne etwas zu kapieren. ;-)

Selbsterkenntnis ist der erste Schritt zur Depression..... Ich kann mir an Einstein kein Vorbild nehmen. So intelligent bin ich nicht. Ich muss mir einen anderen, f=FCr mich gangbaren Weg suchen.

Das ist nicht falsch, hilft mir aber auch nicht weiter. Wenn ich feststelle, das ich zu doof bin, ist es frustrierend, die Schlauen nachzumachen. Weil so wie die das machen, krieg ich das ja nicht hin. Also muss ich mir einen anderen Weg suchen.

Gerade das ist ein schlechtes Beispiel. Weil Knoten und Maschen sowohl f=FCr elektrische als auch f=FCr Rohrleitungssysteme passen. Auch wenn in Rohren der der Str=F6mungswiderstand komplizierter als der Widerstand elektrischer Leitungen ist. Wenn das System geschlossen ist, muss alles, was in einen Knoten hineingeht, auch wieder heraus, und ein Maschenumlauf muss immer Null ergeben.

Letztlich h=E4ngt beides =FCber den Gau=DFchen Integralsatz zusammen.

Ich tue, wenn ich einigermassen gut im Transferdenken bin, gut daran, wenn ich mich auf meine Kernkopetenz zur=FCckziehe und mit Modellen und Analogien arbeite. Mag sein, das andere Methoden besser sind, aber Erfahrungsgem=E4=DF falle ich nur =FCber die eigenen F=FC=DFe, wenn ich versuche, sie anzuwenden. Und das ist es dann auch nicht.

Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Wiebus

Hallo Helmut.

Ich denke mir, da=DF der "Fortschritt", vermulich w=E4re "Ver=E4nderung" da= s bessere Wort, der letzten 40 Jahre letztlich eher "kulturell" als "technisch" ist, auch wenn die Technik ihn erst erm=F6glicht.

Der Unterschied in der Technik ist nur graduell, aber der in der Kultur substanziell.

Wobei ich hier "Kultur" ausdr=FCcklich Wertneutral meine. Schliesslich bin ich ein Aussenseiter und betrachte das ganze sozusagen als am=FCsierter Beobachter.

Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Wiebus

Wiebus wrote on Sun, 11-04-24 18:40:

Oder andersherum. Den Widder zu verstehen fiel mir nur deshalb leicht, weil ich in Sperrwandlern bereits zu Hause war.

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Axel Berger

Am 24.04.2011 22:54, schrieb Wiebus:

Meine Erfahrung zeigt allerdings, daß auch die anschaulichsten Demos mit gefärbtem Wasser mit CO2-Blasen zur Bewegungsanzeige nur von so intelligenten Jugendlichen richtig verstanden worden sind, die die Analogien "eigentlich" gar nicht gebraucht hätten.

Die andern kapieren weder das eine noch das andere, zB. wenn es mal zum Speichern geht, zu Induktivität und Kapazität, zum Schnellentladen und zum gedämpften Schwingkreis.

Gl

--
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Franz Glaser

Heiko Nocon schrieb:

Problem Komplexität. Gehe mal davon aus, daß eine elektronische Schaltung billiger und kleiner ist.

--

Alzheimer ist ganz toll. Man lernt ständig neue Leute kennen.
Reply to
Holger

Moin Bernd,

Am 24.04.11 22.54, schrieb Wiebus:

Das ist auch Übungssache. Modellbildung (und Simulation) stellt oft erst die Basis für ein vertieftes Systemverständnis her: man modelliert und simuliert etwas, sieht die Ergebnisse an und sagt sich "aha, so ist das also (denk, denk, denk): Stimmt, das ist eigentlich logisch: so muss das im Rahmen der Gültigkeitsgrenzen des Modells sein."

"Begreifen" im wortwörtlichen Sinne ist schon hilfreich, keine Frage. Aber auch das ist reine Übungssache. Als E-Techniker sollte man sich schon in die Rolle eines Elektrons im elektrischen Feld hineinversetzen können. Und als Maschinenbauer in die Rolle eines Massepunkts, an dem Kräfte zerren.

Ich würde da nicht von unterschiedlichen "Niveaus" reden wollen. Sondern eher von adäquaten oder eben nicht adäquaten Methoden der Modellbildung. Das alles kann man durchaus alters- oder vorbildungsadäquat (ggf. phänomenologisch) aufbereiten, ohne z.B. gleich die Differenzialrechnung o.ä. bemühen zu müssen.

Da habe ich immer den Satz von Jan Lunze aus dem Vorwort seines Buches Regelungstechnik 1 im Ohr: "?Die wichtigsten Ideen der Regelungstechnik lassen sich in Formeln kurz und prägnant ausdrücken (1). Dennoch besteht das regelungstechnische Wissen nicht aus einer Formelsammlung, sondern aus dem Verständnis dieser Formeln." Oder: Denken hilft.

(1) Anmerkung VS: ... und auswendig lernen.

Fast. Blöderweise raucht der Trafo auch im ausgangsseitigen Leerlauf ab :-(

Klar. Aber man sieht sie - ein entscheidender Vorteil. Ich stochere nicht im Nebel irgendwelcher Analogien.

Mag sein. Jedes Modell dient einem Zweck und muss nur so "gut" sein, dass es diesen erfüllt. ich finde es nur schlüssiger, an irgendeiner Stelle nicht sagen zu müssen "Und jetzt vergessen wir alles, was wir über Analogien von Wasserschläuchen und elektrischen Leitungen gelernt haben und machen es mal ordentlich."

Genau. Und gerade deswegen bitte von Anfang an

u = L * di/dt

und nicht erstmal eine obskure Massenträgheit von Wasser im Schlauch.

Niemand ist zu doof (meistens jedenfalls). Es ist das Schicksal aller zukünftigen Generationen (auch unserer), das nachholen zu müssen, was unsere Vorfahren erarbeitet haben. Dann ist es gut, wenn man jemanden fragen kann "In dem Buch habe ich das und das an jener Stelle nicht verstanden." Und dann darf man auch zu Recht eine hilfreiche Antwort erwarten. Aber sich mit wenig ausgeprägtem Selbstbewusstsein selbst in irgendwelche schwiemeligen Analogien zu verkriechen, auf dass man ja nichts ordentlich lerne, hilft der Welt nicht weiter.

Manchmal ist es hilfreich, die eigenen Ansprüche zu reduzieren. Ich bin oft schon froh, die Gedanken Anderer nachzuvollziehen und weitergeben zu können. In einem Jahr das gelernt zu haben, wofür unsere Vorfahren 50 Jahre gebraucht haben, ist definitiv ein Erfolg.

Grüße aus dem Norden!

V.

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Volker Staben

Am 25.04.2011 00:54, schrieb Holger:

IMHO ist das für absoluten Ex-Schutz vorgesehen: Mehl ...

Langsam ist es halt.

Gl

--
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Franz Glaser

Hallo Franz.

t

Na. Eigentlich beschreibe ich meine eigenen Vorgehensweisen, und ich brauchte halt diese Umwege. Oder anders ausgedr=FCckt: Der Lehrer hat damals die reine Theorie geliefert, und mich hat das halt nicht befriedigt.....

d

Nun, in der Zeit, wo die Thematik in der Schule relevant wird, haben die Sch=FCler wegen der einsetztenden Adoleszenz andere Probleme. Bis auf die Nerds halt. ;-) Sp=E4ter dreht sich das um. Als Nerd habe ich dann ein Kommunikationsproblem.

Mit den meisten Lehrb=FCchern h=E4tte ich heute auch Probleme. Die damaligen hatten es auch Leichter, Praxisbeispiele zu finden. Es wurde ja noch mehr mit der Hand gemacht oder war offen sichtbar, was heute ein Rechner erledigt oder in einem schalld=E4mmenden Designergeh=E4use abl=E4uft. Was mir damals sehr geholfen hat, war der "Barkhausen". Den gab es aber nicht in der Schule, sondern aus der Stadtbibliothek. Er war damals schon veraltet, wegen seiner starken R=F6hrenlastikkeit, aber als Lehrbuch ist er eigentlich ideal.

Mit Mathematik hatte ich eher ein Problem. Nicht mit Trigonometrie oder Algebra und Kurvendiskussion, sondern mit Folgen, Reihen und der vfollst=E4ndigen Induktion. Die vollst=E4ndige Induktion habe ich erst lange nach dem Abi w=E4hrend meiner Lehre begriffen, weil es mich doch interessierte und ich mich dann mit einem passendem Buch hingesetzt habe. Im Nachinein konnte ich dann selber nicht verstehen, wo der H=E4nger war.

Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic

Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Wiebus

Hallo Holger.

.

Eine elektronische Logik kann aber nicht direkt Klappen =F6ffnen, Zangen und Hubvorrichtungen bet=E4tigen..... Es sei, Du baust die Logik direkt aus Transistorem mit TO247 Geh=E4use und fetten Solenoidspulenantrieben auf. Die Direktheit kann auch Vorteile bei Sicherheitsverriegelungen haben.

Im Ex gesch=FCtzten Bereich hast Du keine Probleme mit m=F6glichen elektrischen Funken oder =DCberhitzung.....im Zweifel kannst Du die Pneumatik auch mit einem inerten Gas betreiben. EMV ist auch kein Thema.....

Es wird erstaunlich viel pneumatisch gemacht. Auch wenn nicht mehr komplette Ofensteuerungen mit pneumatischen Analogrechnern gemacht werden, wie ich das noch anno 1985 bei Thyssen gesehen habe.

Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Wiebus

Natürlich, bei weitem sogar. Wäre es anders, würde man ja wahrscheinlich heute noch Pneumatikrechner bauen.

Es ist aber schon sehr anschaulich, z.B. einen Sperrwandler oder einen Detektorempfänger mit pneumatischen Bauelementen aufzubauen. Auf jeden Fall für Leute, denen Oszillogramme wenig sagen. Und um so eine Zielgruppe geht's ja vermutlich bei dem Projekt des OP.

Ich brauch' sowas nicht und du auch nicht, aber ich könnte mir gut vorstellen, daß sogar meine Schwester anhand so eines Modells die Wirkungsweise eines Sperrwandlers verstehen könnte. Nur mit Schaltung und Oszillogrammen hingegen eher nicht.

Reply to
Heiko Nocon

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