Elektronische Bauelemente: IC, Spule, Transistor, Diode & mehr

Ein integrierter Schaltkreis (IC) ist ein kleines Plättchen aus Halbleitermaterial, nur wenige Quadratmillimeter groß, auf dem elektronische Schaltungen, im Allgemeinen durch Photolithographie, hergestellt werden. Es ist in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse geschützt. Das Gehäuse verfügt über entsprechende Anschlüsse, um eine Verbindung zwischen dem Chip und einer gedruckten Schaltung herzustellen.

Typen integrierter Schaltkreise

Es gibt drei Arten von integrierten Schaltkreisen:

• Monolithische Schaltkreise: Sie werden in einem einzigen Kristall hergestellt, in der Regel Silizium, können aber auch aus Germanium, Galliumarsenid, Siliziumgermanium usw. bestehen.
• Dünnschicht-Hybridschaltungen: Diese ähneln sehr den monolithischen Schaltungen, enthalten aber auch Komponenten, die mit monolithischer Technologie schwer herzustellen sind. Viele A/D-Wandler und D/A-Wandler wurden in Hybridtechnologie hergestellt, bis Fortschritte in der Technologie die Herstellung präziser Widerstände ermöglichten.
• Dickschicht-Hybridschaltungen: Sie unterscheiden sich stark von monolithischen Schaltungen. Tatsächlich enthalten sie oft monolithische Schaltungen ohne Gehäuse (sogenannte Chips), Transistoren, Dioden usw. auf einem dielektrischen Substrat, verbunden mit Leiterbahnen. Die Widerstände werden durch Siebdruck aufgebracht und durch Laserschnitte angepasst. All dies wird je nach benötigter Verlustleistung in Kunststoff- und Metallkappen gekapselt. In vielen Fällen ist die Kapsel nicht „geprägt“, sondern besteht aus einem Epoxidharz, das die Schaltung schützt. Auf dem Markt sind Hybridschaltungen für HF-Module, Netzteile, elektrische Schaltungen für die Automobilindustrie usw. zu finden.

Klassifikation integrierter Schaltkreise

• SSI (Small Scale Integration): 10-100 Transistoren
• MSI (Medium Scale Integration): 101-1000 Transistoren
• LSI (Large Scale Integration): 1001-10.000 Transistoren
• VLSI (Very Large Scale Integration): 10.001-100.000 Transistoren
• ULSI (Ultra Large Scale Integration): 100.001-1.000.000 Transistoren
• GLSI (Giga Large Scale Integration): mehr als eine Million Transistoren

Spulen (Induktivitäten)

Sie sind passive Zweipol-Komponenten, die einen magnetischen Fluss erzeugen, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflossen werden.

Sie bestehen aus einer Drahtwicklung um einen Kern aus einem ferromagnetischen Material oder in Luft.

Die Maßeinheit im Internationalen System ist das Henry (H), aber in der Regel werden Submultiples wie mH und µH verwendet.

Arten von Spulen

Festinduktivitäten

Luftspulen

Der Leiter wird auf einen Träger gewickelt und dieser dann entfernt, sodass die Spule wie eine Feder aussieht. Sie wird bei hohen Frequenzen verwendet.

Eine Variante ist die Magnetspule, die sich durch die Isolation der Wicklungen und die Anwesenheit einer nicht zylindrischen Basis unterscheidet. Sie wird verwendet, wenn viele Windungen benötigt werden. Diese Spulen können Abgriffe haben; in diesem Fall können sie als 2 oder mehr Spulen betrachtet werden, die auf denselben Träger gewickelt und in Reihe geschaltet sind. Sie sind für hohe Frequenzen geeignet.

Spulen mit festem Kern

Induktivitätswerte sind höher als bei Luftspulen aufgrund ihrer hohen magnetischen Permeabilität. Der Kern besteht in der Regel aus einem ferromagnetischen Material. Am häufigsten werden Ferrit und Ferroxcube verwendet. Bei erheblichen Leistungen und niedrigeren Frequenzen werden Kerne verwendet, wie sie beispielsweise in Netzteilen vorkommen. Diese Kerne haben spezifische Eigenschaften. Die Querschnitte der Kerne können die Form von E, I, M, U oder L haben.

Wabenspulen werden in Schaltungen von Radio-Tunern im Mittel- und Langwellenbereich verwendet. Durch die Form der Wicklung werden hohe Induktivitätswerte bei minimalem Volumen erreicht.

Ringkernspulen zeichnen sich dadurch aus, dass sich der erzeugte Fluss nicht nach außen ausbreitet, da ein geschlossener magnetischer Fluss erzeugt wird, was ihnen eine hohe Leistung und Genauigkeit verleiht.

Ferritspulen, gewickelt auf einem meist zylindrischen Ferritkern, haben sehr interessante Anwendungen im Radio, da sie praktisch als Antenne direkt im Empfänger platziert werden können.

Auf der Leiterplatte geätzte Kupferspulen haben den Vorteil niedriger Kosten, bieten aber schwierige Anpassungsmöglichkeiten seitens des Kerns.

Transformator

Als Transformator wird eine elektrische Maschine bezeichnet, die die Spannung in einem elektrischen Wechselstromkreis erhöhen oder verringern kann, wobei die Frequenz erhalten bleibt. Die Leistung, die in einen idealen Transformator eingespeist wird (d.h. ohne Verluste), ist gleich der am Ausgang erhaltenen Leistung. Reale Transformatoren haben einen geringen Prozentsatz an Verlusten, abhängig von Design, Größe usw.

Transformatoren sind Geräte, die auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion basieren und bestehen in ihrer einfachsten Form aus zwei Spulen, die auf einen geschlossenen Kern aus Weicheisen oder Siliziumeisen gewickelt sind. Die Spulen oder Wicklungen werden als Primär- und Sekundärwicklung bezeichnet, je nachdem, ob sie den Stromkreis speisen oder versorgen. Darüber hinaus gibt es Transformatoren mit mehreren Wicklungen; in diesem Fall kann es eine „dritte“ Wicklung mit geringerer Spannung als die Sekundärwicklung geben.

Transistor

Der Transistor ist ein elektronisches Halbleiterbauelement, das als Verstärker, Oszillator, Schalter oder Gleichrichter dienen kann. Der Begriff „Transistor“ ist eine Zusammenziehung des englischen Begriffs Transfer-Widerstand. Heute sind sie in fast allen alltäglichen Geräten zu finden: Radio, TV, Video-, Audio- und Videoplayer, Mikrowellen, Waschmaschinen, Autos, Kühlanlagen, Alarmanlagen, Quarzuhren, Computer, Rechner, Drucker, Leuchtstofflampen, Röntgengeräte, CT, Ultraschallscanner, MP3-Player, Handys usw.

Diode

Eine Diode (griech.: zwei Wege) ist ein Halbleiterbauelement, das den Durchgang von elektrischem Strom in eine Richtung ermöglicht und ähnliche Eigenschaften wie ein Schalter aufweist. Vereinfacht ausgedrückt, hat die Kennlinie einer Diode (Strom-Spannungs-Kennlinie) zwei Bereiche: Unterhalb einer bestimmten Potentialdifferenz verhält sie sich wie ein offener Stromkreis (leitet nicht), und darüber wie ein geschlossener Stromkreis mit einem sehr kleinen elektrischen Widerstand.

Elektrischer Schalter

Ein elektrischer Schalter ist ein Gerät, das verwendet wird, um den Fluss des elektrischen Stroms umzuleiten oder zu unterbrechen. In der modernen Welt gibt es unzählige Anwendungen, von einem einfachen Schalter, der ein Leuchtmittel ein- oder ausschaltet, bis hin zu einem komplexen, computergesteuerten automatischen Umschalter.

Die einfachste Form besteht aus zwei Metallkontakten und einem Betätigungselement. Die Kontakte, die in der Regel getrennt sind, kommen zusammen, um den Stromfluss zu ermöglichen. Der bewegliche Kontaktarm drückt in einer Position auf die festen Kontakte, um den Stromkreis zu schließen.

Klassifikation der Schalter

Taster

Auch Taster genannt. Diese Art von Schalter erfordert, dass der Bediener Druck ausübt, damit die Kontakte geschlossen werden. Ein Beispiel für seine Verwendung finden Sie bei Türklingeln.

Polzahl

Gibt die Anzahl der Stromkreise an, die ein Schalter gleichzeitig steuern kann. Ein einpoliger Schalter, wie wir ihn zum Einschalten einer Lampe verwenden, steuert einen Stromkreis. Es gibt Schalter mit 2 oder mehr Polen. Wenn Sie beispielsweise einen 220-Volt-Motor und zusätzlich eine 12-Volt-LED schalten möchten, benötigen Sie einen 2-poligen Schalter, einen Pol für den 220-Volt-Stromkreis und einen Pol für den 12-Volt-Stromkreis.

Anzahl der Schaltstellungen

Gibt die Anzahl der Positionen an, die ein Schalter hat. Das Beispiel eines Ein/Aus-Schalters dient dazu, eine Lampe einzuschalten (eine Position) oder auszuschalten (die andere Position).

Es gibt Schalter mit 2 oder mehr Schaltstellungen. Ein Beispiel für einen Schalter mit 3 Schaltstellungen ist der, den wir zur Steuerung einer Ampel verwenden könnten, bei der in jeder Position eine andere Glühbirne (Farbe) leuchtet.

Kombinationen

Die Kriterien Polzahl und Schaltstellungen können kombiniert werden, um verschiedene Schaltertypen zu definieren. Ein Beispiel ist ein SPDT-Schalter (Single Pole Double Throw).

Elektrischer Widerstand

Als elektrischer Widerstand, gewöhnlich symbolisiert durch R, wird die Schwierigkeit oder der Widerstand bezeichnet, den ein Material dem Durchgang von elektrischem Strom entgegensetzt. Im Internationalen Einheitensystem wird der Wert in Ohm ausgedrückt, symbolisiert durch den griechischen Großbuchstaben Omega (Ω). Es gibt verschiedene Messmethoden, unter anderem die Verwendung eines Ohmmeters.

Diese Definition gilt für Gleichstrom und für Wechselstrom im Falle von rein ohmschen Elementen, d.h. ohne induktive oder kapazitive Komponenten. Wenn reaktive Komponenten vorhanden sind, wird der Widerstand gegen den Stromfluss als Impedanz bezeichnet.

Abhängig von der Größe dieses Widerstands werden Materialien als Leiter, Isolatoren und Halbleiter klassifiziert. Es gibt auch einige Materialien, bei denen unter bestimmten Temperaturbedingungen ein Phänomen namens Supraleitung auftritt, bei dem der Widerstand nahezu Null ist.

Kondensator

In der Elektrizität und Elektronik ist ein Kondensator ein Bauelement, das elektrische Energie speichert; er ist eine passive Komponente. Er besteht aus einem Paar leitfähiger Oberflächen (Elektroden), die in der Regel als Platten, Folien oder Zylinder ausgeführt sind. Diese Elektroden sind durch ein Dielektrikum (ein isolierendes Material) oder Vakuum getrennt. Wenn eine Potentialdifferenz (Spannung) an die Elektroden angelegt wird, speichern sie elektrische Ladung: eine Platte wird positiv, die andere negativ geladen (die Gesamtladung bleibt Null). Das Dielektrikum dient dazu, das elektrische Feld zu verringern und die Speicherkapazität zu erhöhen.