Grundlagen der Elektronik: Digitale Logik, Widerstände und Kondensatoren

Kombinatorische vs. Sequentielle Systeme

Kombinatorische Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Ausgänge nur vom aktuellen Wert ihrer Eingänge abhängen. Sequentielle Systeme hingegen hängen nicht nur von den aktuellen Eingängen ab, sondern auch vom Zustand (Speicher), in dem sie sich befinden.

Multiplexer (MUX)

Ein Multiplexer ist eine Schaltung, die über eine Steuereingabe (Select) eine von mehreren Datenleitungen auswählt und diese auf einer einzigen Ausgangsleitung erscheinen lässt. Die Hauptanwendung ist das Senden mehrerer Datenströme über eine einzige Leitung.

Demultiplexer (DEMUX)

Ein Demultiplexer hat einen einzigen Eingang und mehrere Ausgänge (n). Er leitet die Daten vom Eingang basierend auf einer bestimmten Konfiguration (Steuereingabe) an einen der Ausgänge weiter.

Decoder

Decoder sind kombinatorische Logikschaltungen, die dazu dienen, kodierte binäre Informationen in ein anderes Format zu transformieren.

BCD-zu-7-Segment-Decoder

Dieser spezielle Decoder ist in der Lage, die benötigten Daten zu erzeugen, um eine 7-Segment-Anzeige anzusteuern. Für die korrekte Konfiguration ist oft ein hoher Ausgangspegel (High) erforderlich, um die Segmente zu beleuchten.

Encoder

Ein Encoder ist ein kombinatorischer Schaltkreis mit einer Reihe von Eingängen, der die eingehenden Informationen in einen kodierten digitalen Ausgang umwandelt.

Elektrische Widerstände (Resistoren)

Widerstände (Resistoren) haben die Aufgabe, den Durchfluss des elektrischen Stroms zu begrenzen und elektrische Energie in Wärme umzuwandeln (Joule-Effekt). Sie spielen eine wichtige Rolle bei der korrekten Verteilung von Spannung und Strom in einer Schaltung.

Toleranz des Widerstands

Die Toleranz gibt die maximalen und minimalen Abweichungen vom Nennwert an, die der Widerstand aufweisen darf. Sie wird in Ohm ausgedrückt, meist jedoch als Prozentsatz des Nennwerts angegeben.

Verlustleistung (P_diss)

Je größer die Leistung ist, die der Widerstand verarbeiten muss, desto stärker erwärmt er sich. Bei falscher Auslegung besteht die Gefahr der Überhitzung oder Zerstörung des Bauteils.

Feste Widerstände (Bauformen)

• Agglomerierte Widerstände: Bestehen aus einer Mischung von Graphit und einem isolierenden Material.
• Kohleschicht-Widerstände: Werden hauptsächlich für kleinere Leistungen eingesetzt.
• Metallfilmwiderstände: Ähnlich den Kohleschicht-Widerständen, jedoch mit einer Metalllegierungsschicht, die sie sehr temperaturstabil macht.
• Drahtwiderstände: Sie sind aus Widerstandsdraht hergestellt und dienen zur Bewältigung großer Leistungen.

Variable Widerstände (Potenziometer)

Variable Widerstände werden verwendet, um elektrische Größen in Schaltungen anzupassen. Ihre Struktur besteht aus einer festen Widerstandsbahn auf einem Träger, über die ein beweglicher Kontakt (Schleifer oder Cursor) gleitet.

Lichtabhängige Widerstände (LDR)

LDRs sind Komponenten, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Lichtintensität ändert, die auf ihre Oberfläche trifft.

Kondensatoren (Kapazitoren)

Ein Kondensator ist ein in der Elektrotechnik weit verbreitetes Bauteil. Er kann elektrische Energie speichern und diese bei Bedarf wieder abgeben. Wichtige Anwendungen sind:

• Erzeugung von Verzögerungseffekten in Schaltungen, basierend auf der Ladezeit.
• Verwendung als Filter in Gleichrichterschaltungen.
• Realisierung von Schwingkreisen und Resonanzphänomenen.
• Entfernung von Störsignalen (Parasiten) in der Funktechnik.
• Korrektur des Leistungsfaktors in Wechselstromsystemen.

Kapazität eines Kondensators

Die Menge der Ladung, die ein Kondensator speichern kann, hängt von der Spannung V zwischen seinen Platten und seinen konstruktiven Merkmalen ab. Die Beziehung wird durch die Formel Q = C * V beschrieben.

Die Einheit der Kapazität ist das Farad (F).

Bauformen von Kondensatoren

Imprägnierte Papier-Kondensatoren

Diese werden hergestellt, indem zwei dünne Aluminiumfolien, getrennt durch zwei Lagen Papier, die mit Öl oder Wachs imprägniert sind, aufgewickelt werden. Durch diese Wicklung wird die Kapazität vergrößert.

Folien-Kondensatoren

Bei Folien-Kondensatoren dient metallisiertes Papier als Dielektrikum, um die Bildung von Lücken zwischen den Platten zu verhindern. Die gewünschte Kapazitätsgröße wird durch die Abmessungen der Folie erreicht.

Kunststoff-Kondensatoren

Kunststoff-Kondensatoren sind weit verbreitet und verwenden in der Regel Polyester als Dielektrikum. Sie bieten den Vorteil, relativ hohe Kapazitäten zu erreichen und Spannungen bis zu 1.000 V standzuhalten.

Keramik-Kondensatoren

Keramik-Kondensatoren verwenden Keramik als Dielektrikum, das eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweist. Sie unterstützen jedoch oft nur geringere Spannungen.

Glimmerkondensatoren

Glimmerkondensatoren unterscheiden sich aufgrund ihrer konstruktiven Merkmale deutlich von den anderen Bauformen.