Grundlagen der Elektronik: Bauteile und Schaltungen

Was ist eine Diode?

Eine Diode ist ein elektronisches Bauelement, das den elektrischen Strom steuert und nur in eine Richtung durchlässt. Sie besteht aus der Verbindung zweier Halbleiterkristalle: einer N-Typ-Kathode (gibt Elektronen ab) und einer P-Typ-Anode (nimmt Elektronen auf).

Sperrspannung einer Diode

In Sperrrichtung verhält sich die Diode wie ein Isolator und lässt keinen Strom durch. Dies geschieht, wenn der Minuspol der Stromversorgung an die Anode und der Pluspol an die Kathode angeschlossen wird. Zum Schutz wird üblicherweise ein Widerstand in Serie geschaltet.

Durchlassrichtung

In Durchlassrichtung verhält sich die Diode wie ein Leiter. Hierbei wird der Pluspol der Stromversorgung an die Anode und der Minuspol an die Kathode angeschlossen.

Was sind Halbleiter?

Halbleiter sind Komponenten, die bei hohen Temperaturen als Leiter und bei niedrigen Temperaturen als Isolatoren fungieren. Man unterscheidet:

• Intrinsische Halbleiter: Bestehen aus reinem Silizium oder Germanium.
• Extrinsische Halbleiter: Bestehen aus Silizium oder Germanium, dotiert mit Arsen oder Bor.

Kondensatoren: Funktion und Messung

Ein Kondensator besteht aus zwei leitfähigen Platten, die durch einen Isolator, das sogenannte Dielektrikum, getrennt sind. Seine Aufgabe ist das Speichern elektrischer Ladung. Die Kapazität wird in Farad (F) gemessen, wobei in der Praxis meist kleinere Einheiten verwendet werden:

• Picofarad (10^-12 F)
• Nanofarad (10^-9 F)
• Mikrofarad (10^-6 F)

Spulen: Aufbau und Induktivität

Eine Spule wird durch das Wickeln eines Drahtes auf einen Zylinder (aus Luft, Metall oder Ferrit) hergestellt. Die Induktivität beschreibt den Widerstand der Spule gegen Stromänderungen durch das erzeugte Magnetfeld. Die Einheit ist Henry (H), wobei oft Mikrohenry (µH) oder Millihenry (mH) genutzt werden.

Integrierte Schaltungen und Chips

Was ist eine integrierte Schaltung (IC)?

Ein IC ist ein auf einem Kunststoffträger montierter Mikrochip, der komplexe elektronische Verbindungen enthält. Sie werden durch eingravierte Buchstaben und Zahlen identifiziert.

Was ist ein Chip?

Ein Chip ist eine miniaturisierte elektrische Schaltung, die eine Vielzahl einzelner elektronischer Komponenten ersetzt.

Leiterplatten

Die Leiterplatte dient als Träger und Verbindungselement für alle elektronischen Komponenten.

Die Planartechnik

Die Planartechnik wurde von Robert Noyce geprägt. Dabei wird ein Silizium-Wafer (P-Typ) in einem photolithographischen Prozess bearbeitet. Mittels fotografischer Masken werden Schicht für Schicht die Strukturen des Chip-Designs aufgetragen.

Historie

Der erste Chip wurde 1958 von Jack S. Kilby entwickelt.