Grundlagen der Elektronik: Widerstände, Kondensatoren, Halbleiter

Grundlagen der Elektronik: Bauteile und Materialien

Widerstand

Der Widerstand behindert den Durchgang von elektrischem Strom in einem Stromkreis. Er wird in Ohm (Ω) gemessen.

Ohmscher Widerstand

Ein ohmscher Widerstand ist ein passives Bauelement, das den Stromfluss begrenzt.

Feste Widerstände

Feste Widerstände bestehen typischerweise aus einem zylindrischen, isolierenden Träger, auf dem eine Schicht aus resistivem Material (z.B. Kohlepulver, gemischt mit Bindemittel) abgelagert wird. Ihr Widerstandswert ist fixiert.

Variable Widerstände

Bei variablen Widerständen schwankt der ohmsche Wert innerhalb bestimmter Grenzen, meist durch die Verschiebung eines Kontakts. Es gibt sowohl variable Widerstände mit Winkelversatz (Drehpotentiometer) als auch solche mit linearer Verschiebung. Beim Drehen oder Verschieben des Potentiometers variiert der Widerstand.

Spezielle Widerstandstypen

• NTC (Negative Temperature Coefficient): Der innere Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab.
• PTC (Positive Temperature Coefficient): Der innere Widerstand steigt mit zunehmender Temperatur.
• LDR (Light Dependent Resistor): Der Widerstand variiert mit der Intensität des Lichts, das auf ihn trifft (Photoleitfähigkeit). Bei zunehmendem Lichteinfall verringert sich sein Widerstand, was zu einem erhöhten Stromfluss führt.
• VDR (Voltage Dependent Resistor): Der ohmsche Wert nimmt mit zunehmender elektrischer Spannung über ihn ab.

Kondensator

Ein Kondensator ist ein Bauteil zur Speicherung elektrischer Ladung, um diese bei Bedarf abzugeben. Er besteht typischerweise aus zwei parallelen Metallplatten (z.B. Aluminium), die durch ein Dielektrikum (Isoliermaterial) getrennt sind. Die Platten sind mit zwei Leitern verbunden, die als Anschlussklemmen dienen.

Elektrische Materialien

Dämmstoffe (Isolatoren)

Dämmstoffe sind Materialien, die den Durchgang von elektrischem Strom nicht zulassen. Sie besitzen typischerweise acht Valenzelektronen (8e-).

Leitfähige Materialien (Leiter)

Leitfähige Materialien sind solche, die elektrischen Strom sehr leicht leiten. Sie besitzen typischerweise ein oder sieben Valenzelektronen (1e- oder 7e-).

Halbleitermaterialien

Halbleitermaterialien sind jene, die unter bestimmten Bedingungen leiten und unter anderen isolieren. Sie haben typischerweise vier Valenzelektronen (4e-).

Halbleiter im Detail

Halbleiter sind Materialien, die unter normalen Bedingungen Isolatoren sind, aber zu Leitern werden können, wenn sie dotiert oder einer Quelle von elektrischer Energie, Wärme oder Licht ausgesetzt werden. Ein Silizium-Kristall ist beispielsweise bei Raumtemperatur fast ein perfekter Isolator. Mit steigender Temperatur nimmt seine Leitfähigkeit jedoch zu.

Intrinsische Halbleiter

Intrinsische (reine) Halbleiter wie Silizium (mit einer Bandlücke von ca. 0,7 V) und Germanium (mit einer Bandlücke von ca. 0,3 V) verringern ihren Widerstand mit steigender Temperatur, im Gegensatz zu Metallen.

Extrinsische Halbleiter (Dotierung)

Abhängig vom Dotierungsmaterial unterscheidet man extrinsische Halbleiter:

• n-Typ Halbleiter: Hier werden fünfwertige Verunreinigungen (mit 5 Valenzelektronen, z.B. Phosphor oder Arsen) eingebracht. Dadurch entsteht ein überschüssiges, freies Elektron, das zur Leitfähigkeit beiträgt.
• p-Typ Halbleiter: Hier werden dreiwertige Verunreinigungen (mit 3 Valenzelektronen, z.B. Bor oder Gallium) eingebracht. Dies führt zu einem Elektronenmangel, der als "Loch" bezeichnet wird und ebenfalls zur Leitfähigkeit beiträgt.