Bei dem Spiel Kinder Electric handelt es sich um ein Lernspiel für Kinder. Es besteht aus einer Tafel, auf der eine Reihe von Fragen und Antworten
aufgedruckt sind. Die Fragen stehen auf der linken Seite, die Antworten findet man auf der rechten Seite der Tafel. Zu jeder Frage und zu jeder Antwort gibt es auf
der Tafel vorgestanzte Löscher. Es können beliebig viele Tafeln mit Fragen und Antworten vorbereitet werden. Auch die Themen für Fragen und Antworten können frei
gewählt werden. Sie können aus dem Bereich der Mathematik, Physik, Chemie, Erdkunde, Geschichte, Astronomie oder anderen stammen. Auch Tafeln mit gemischten
Themen sind denkbar.
Vor dem Start wird eine Tafel ausgesucht und auf der Grundplatte positioniert. Nach dem Anlegen sind durch die vorgestanzten Löcher die roten (Fragen) und
schwarzen (Antworten) Buchsen sichtbar und für einen Bananenstecker erreichbar. Im oberen Teil der Tafel sind durch zwei Öffnungen zwei Leuchtdioden sichtbar. Die linke
rote Leuchtdiode steht für falsche Antwort, die rechte gelbe Leuchtdiode für die richtige.
Dem Spieler stehen zwei Stecker (rot und schwarz) zur Verfügung. Der rote Stecker wird in einer Frage-Buchse, die sich auf der linken Seite der Tafel befindet,
gesteckt. Anschließend muss der schwarze Stecker in die richtige Antwort-Buchse, die sich auf der rechten Seite der Tafel befindet, gesteckt werden. Hat man die
Frage richtig beantwortet, leuchtet die gelbe Leuchtdiode auf. Bei einer falschen Antwort leuchtet die rote Leuchtdiode auf.
Wenn man die richtige Antwort nicht kennt, kann sie durch Abtasten aller möglichen Antwort-Buchsen
gefunden werden.
Komparator LM393
Der Kern der Schaltung basiert auf dem Komparator-Baustein LM393. Diese integrierte Schaltung beinhalt zwei Komparatoren. Insgesamt benötigt die Schaltung
drei Komparatoren, weswegen zwei LM393-Bausteine zum Einsatz kommen. Ein Komparator ist in der Lage, zwei Spannungen miteinander zu vergleichen. Deswegen werden in
der Schaltung zwei Spannungen gebildet. Niedrigere Spannung nutzen wir, um bei falscher Antwort die rote Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen. Die zweite höhere
Spannung wird verwendet, um bei richtiger Antwort die gelbe Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen. Auf dem ersten Blick könnte man annehmen, dass wir in dem Fall
eigentlich nur zwei Komparatoren bräuchten. Wozu also der dritte?
Nun, der dritte Komparator muss dafür sorgen, dass die rote Leuchtdiode bei der höheren Spannung abgeschaltet wird. Ohne besondere Maßnahmen würde sie nämlich
auch dann angehen, wenn eigentlich nur die gelbe Leuchtdiode dran ist. Das würde ein wenig Verwirrung ins Spiel bringen.
Wir wollen jedoch nur eindeutige Status-Informationen: Falsche Antwort = rote LED ein, richtige Antwort = gelbe LED ein.
Während des Spiels bestehen drei mögliche Zustände, die unsere Schaltung abdecken muss. Der erste Zustand tritt dann auf, wenn der Spieler sich noch
für keine Antwort entschieden hat. In diesem Fall leuchtet keine der beiden Leuchtdioden auf. Der Stecker ST2 befindet sich in der Luft und weist dank des Widerstandes
R2 ein null Potenzial auf. Das erkennen die Komparatoren, keiner von ihnen schaltet durch und die Leuchtdioden bleiben dunkel.
Der zweite Zustand tritt auf, wenn der Spieler den Stecker ST2 in eine „falsche“ Buchse gesteckt hat. Dabei nehmen wir an, dass der Frage-Stecker ST1 bereits in
eine beliebige rote Frage-Buchse gesteckt wurde. An dem Stecker ST2 herrscht jetzt die niedrige Spannung, die von dem Potentiometer P1 bestimmt wird. Sie beträgt ca. 1 V. Diese
Spannung kann an dem Messpunkt B gemessen werden. Sie wird jetzt über den Stecker ST2 zu dem ersten Komparator des IC1 (Anschluss Pin 2) weitergeleitet. An dem zweiten
Eingang des ersten Komparators herrscht die Spannung, die mit dem Potentiometer P2 voreingestellt wurde. Sie beträgt ca. 0,5V und kann am Punkt C gemessen werden. Die
Spannung an dem Pin 2 liegt höher als die Spannung am Pin 3, der Komparator schaltet durch und die rote Leuchtdiode geht an.
Der dritte Zustand tritt dann auf, wenn der Spieler den Stecker ST2 in die „richtige“ Buchse eingesteckt hat. Sie ist intern mit einer Drahtbrücke mit der
dazugehörigen Frage-Buchse verbunden. An dem Stecker ST2 herrscht jetzt die höhere Spannung, die hinter dem Widerstand R1 abgegriffen wird und ca. 2,5V beträgt. Sie
kann bei gestecktem Stecker ST1 am Punkt A gemessen werden. Die Spannung wird an alle drei Komparatoren, die in der Schaltung mitwirken, weitergeleitet. Am ersten
Komparator (IC1) ändert sich nichts. Die Spannung am Pin 2 liegt höher als am Eingang Pin 3 und die rote Leuchtdiode geht an.
Bei dem zweiten Komparator des IC1 Eingang Pin 5 herrscht die Spannung, die mit dem Potentiometer P3 auf ca. 1,3V voreingestellt wurde. Das Signal von ST2 am
Pin 6 liegt höher, was dazu führt, dass der Komparator durchschaltet und die rote Leuchtdiode LED1 wieder ausgeschaltet wird. Dafür ist der Ausgang Pin 7 des Komparators zuständig.
Das mit dem Potentiometer P3 voreingestellte Spannung wird gleichzeitig auch dem Eingang Pin3 des dritten Komparators, der von IC2 zur Verfügung gestellt wird, zugeführt.
Auch der Komparator, da die Spannung von ST2 am Pin 2 höher liegt, schaltet durch und die gelbe
LED2 geht an.
Testschaltung
Anmerkungen
Jede Frage-Buchse ist auf der Rückseite der Grundplatte mit nur einer Antwort-Buchse mit einer Drahtbrücke verbunden. Bevor man die Frage-Antwort-Tafeln
vorbereitet, müssen diese Verbindungen bekannt sein. Nur so „findet“ der schwarze Stecker die richtige Antwort. Auf dem Plan sind diese Verbindungen mit
gestrichelten Linien dargestellt.
Die Trenndioden D1 bis D18 sorgen dafür, dass sich ein Signal von beliebiger Buchse nicht auf alle Buchsen verteilt.
Wenn ein Komparator durchschaltet, bedeutet das, dass er seinen Ausgang intern mit Masse verbindet.
Da die Spannungsversorgung in diesem Fall 4,5 V beträgt, können als Spannungsquelle drei 1,5V Batterien verwendet werden.
