Grundlagen Elektronischer Ausgabegeräte: Relais, LEDs, Summer & ICs

Ausgabegeräte: Funktion und Beispiele

Ausgabegeräte sind elektronische Komponenten, die ein Signal oder eine Information an den Benutzer oder ein anderes System ausgeben. Dies kann in verschiedenen Formen geschehen:

• Wenn das Signal akustisch ist, spricht man von Summern oder Klingeltönen.
• Wenn das Signal das Öffnen oder Schließen eines Kontakts beinhaltet, handelt es sich um Relais.
• Wenn das Signal Licht ist, spricht man von Leuchtdioden (LEDs).
• Wenn das Signal die Anzeige einer numerischen oder alphanumerischen Nachricht beinhaltet, wird ein Display oder eine Anzeige verwendet.

Elektromechanische Klingeltöne

Herkömmliche Klingeltöne sind in der Lage, ein akustisches Signal aus einem elektrischen Signal zu erzeugen. Sie bestehen typischerweise aus einem Elektromagneten, einem elastischen Stab, einem Hammer, einer Glocke und einem Unterbrecherelement.

Summer (Buzzer)

Summer sind elektrische Bauteile, die ein akustisches Signal erzeugen. Sie werden häufig in Alarmen, Bestätigungstönen oder als einfache Indikatoren eingesetzt.

Piezoelektrische Summer

Piezoelektrische Summer basieren auf dem piezoelektrischen Effekt. Materialien wie Quarz, bestimmte Kunststoffe und einige Keramiken haben die Eigenschaft, eine elektrische Spannung zu erzeugen, wenn sie mechanischem Druck ausgesetzt werden, oder sich mechanisch zu verformen, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Diese Eigenschaft wird genutzt, um akustische Signale zu generieren.

Relais: Aufbau und Funktion

Relais sind elektromagnetische Schalter, die einen oder mehrere Schaltkreise öffnen oder schließen können, je nach der Position ihrer Kontakte. Sie dienen als Schnittstelle zwischen Steuer- und Laststromkreisen.

Bestandteile eines Relais:

• Elektromagnet: Besteht aus einem massiven Stahlkern und einer Spule, die bei Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt.
• Bewegliches Element: Eine Ankerplatte, ein Stift oder ein Stab, der durch das Magnetfeld bewegt wird. Oft mit einem Dämpfungssystem versehen.
• Kontakte: Mechanisch betätigte Schaltelemente, die den Stromkreis öffnen oder schließen.

Relais können verschiedene Kontaktkonfigurationen aufweisen:

• Einpolige Relais (SPST): Verfügen über einen einzelnen Kontakt, der entweder normalerweise offen (NO) oder normalerweise geschlossen (NC) ist.
• Wechsler (SPDT): Besitzen einen Umschaltkontakt, der zwischen zwei Positionen wechselt.
• Mehrpolige Relais: Können bis zu vier oder mehr unabhängige Kontakte haben, die gleichzeitig geschaltet werden, oft als Kreuzschalter oder Umschalter verwendet.

Leuchtdioden (LEDs)

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn Strom in Durchlassrichtung durch sie fließt.

Materialien und Farben

Die Farbe des emittierten Lichts hängt von den verwendeten Halbleitermaterialien ab:

• Rot: Legierungen aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs)
• Grün: Gallium-Phosphid (GaP)
• Blau: Gallium-Nitrid (GaN) in Kombination mit Zink oder Selen

Betriebsspannung

Die typische Betriebsspannung von LEDs liegt zwischen 1,5 V und 2 V, kann aber je nach Farbe und Typ variieren.

Integrierte Schaltkreise (ICs)

Integrierte Schaltkreise (ICs), auch bekannt als Chips, sind miniaturisierte elektronische Schaltungen, die auf einem Halbleitermaterial (meist Silizium) gefertigt werden.

Anwendungsbereiche

ICs sind in nahezu allen modernen elektronischen Geräten zu finden und ermöglichen komplexe Funktionen auf kleinstem Raum. Ihre Anwendungsbereiche sind vielfältig:

• Haushaltsgeräte
• Industrieanlagen
• Digitaluhren
• Verkehrsleitsysteme
• Steuerung von Werkzeugmaschinen und viele weitere Bereiche.

Klassifizierung von ICs

ICs können grob in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:

• Analoge ICs: Funktionieren mit elektrischen Signalen, die kontinuierlich variieren, wie zum Beispiel Audiosignale oder Sensorsignale.
• Digitale ICs: Arbeiten mit diskreten, festen Werten, die als Bits bezeichnet werden. Diese Bits repräsentieren typischerweise zwei Zustände: 1 (für 'ein' oder 'geschlossen') und 0 (für 'aus' oder 'offen').