Elektronik-Bauteile
Elektro Basics.

Der aufgedruckte Farbcode ist genormt und international gleich zu lesen. Bei sehr kleinen Bauteilen wird der Wert oft zusätzlich oder stattdessen als Zahlencode aufgedruckt, etwa 472 für 4,7 kΩ.

In der Praxis wird selten der exakt berechnete Wert verwendet, sondern der nächste verfügbare Normwert aus der sogenannten E-Reihe. Das genügt für die meisten einfachen Schaltungen.

1. Gewünschten Strom und vorhandene Spannungsdifferenz festlegen.
2. Mit U = R · I den benötigten Widerstandswert berechnen.
3. Nächsten passenden Normwert aus der E-Reihe wählen.
4. Belastbarkeit prüfen und Widerstand in die Schaltung einbauen.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre, wodurch sich ein Bauteil-Widerstand von der Eigenschaft „Widerstand“ unterscheidet.
• Lies einen vierbändigen Farbcode selbstständig ab.
• Berechne einen einfachen Vorwiderstand für eine LED.
• Nenne einen Grund, warum die Belastbarkeit in Watt wichtig ist.

Kontrollfrage: Warum reicht die Angabe des Widerstandswerts allein manchmal nicht aus?

Antwort: Zusätzlich zum Wert muss die Belastbarkeit in Watt passen. Ein zu klein dimensionierter Widerstand überhitzt, auch wenn der Ohm-Wert korrekt gewählt wurde.

• Reihenschaltung: Bauteile werden hintereinander angeschlossen, derselbe Strom fließt durch alle.
• Parallelschaltung: Bauteile liegen in mehreren Zweigen an derselben Spannung.
• Strom: Gerichtete Bewegung elektrischer Ladung; Formelzeichen I.

Kondensatoren unterscheiden sich stark in Bauform und Werkstoff: Keramik-, Folien- und Elektrolytkondensatoren haben unterschiedliche Kapazitätsbereiche, Genauigkeiten und Einsatzgebiete.

In Schaltplänen erkennt man gepolte Kondensatoren am zusätzlichen Plus- oder Minuszeichen neben dem Schaltzeichen. Beim Löten auf die richtige Orientierung und auf eine angemessene Spannungsfestigkeit achten.

1. Benötigte Kapazität und Spannungsfestigkeit aus der Schaltung ermitteln.
2. Bauform passend zur Anwendung wählen (Keramik, Folie oder Elko).
3. Bei gepolten Typen Plus- und Minus-Anschluss eindeutig bestimmen.
4. Kondensator einbauen und Funktion mit dem Multimeter oder in Betrieb prüfen.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre in eigenen Worten, was ein Kondensator im Gegensatz zu einem Widerstand tut.
• Nenne die Einheit der Kapazität und ihr Formelzeichen.
• Beschreibe, woran man einen gepolten Kondensator erkennt.
• Nenne einen Grund, warum ein entladener Zustand geprüft werden sollte.

Kontrollfrage: Warum kann ein ausgeschalteter Kondensator trotzdem gefährlich sein?

Antwort: Ein Kondensator kann seine gespeicherte Ladung auch nach dem Abschalten der Spannungsquelle behalten. Nur nach Unterweisung mit einer geeigneten Entladevorrichtung entladen und danach die Spannungsfreiheit messen; sonst nicht anfassen und eine Fachkraft holen.

• Isolierung: Werkstoff oder Schicht, die den Stromfluss verhindern soll.
• Gleichstrom: Elektrischer Strom mit gleichbleibender Richtung.
• Multimeter: Messgerät für mehrere elektrische Größen.

Spulen mit Eisen- oder Ferritkern erreichen eine höhere Induktivität als Luftspulen gleicher Windungszahl, weil der Kern das Magnetfeld verstärkt.

In der Wechselstromtechnik wirkt eine Spule wie ein frequenzabhängiger Widerstand: Je höher die Frequenz, desto stärker bremst sie den Stromfluss. Das nutzt man gezielt in Filterschaltungen.

1. Zweck der Spule in der Schaltung klären (Filter, Magnetfeld, Speicher).
2. Passende Induktivität und Strombelastbarkeit auswählen.
3. Bei induktiven Lasten eine Freilaufdiode oder Schutzbeschaltung einplanen.
4. Aufbau prüfen, bevor die Schaltung eingeschaltet wird.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre, wodurch in einer Spule ein Magnetfeld entsteht.
• Nenne die Einheit der Induktivität.
• Beschreibe, warum beim Abschalten einer Spule Vorsicht geboten ist.
• Nenne ein alltägliches Bauteil, in dem eine Spule steckt.

Kontrollfrage: Warum wird oft eine Diode parallel zu einer Relaisspule eingebaut?

Antwort: Beim Abschalten der Spule entsteht durch Selbstinduktion kurzzeitig eine hohe Spannungsspitze. Die parallel geschaltete Diode leitet diese Spitze sicher ab, statt andere Bauteile zu gefährden.

• Wechselstrom: Elektrischer Strom, der Richtung und Größe periodisch ändert.
• Stromkreis: Geschlossener Weg, auf dem elektrischer Strom fließen kann.
• Kurzschluss: Ungewollte, niederohmige Verbindung, die zu sehr hohem Strom führt.

Dioden bestehen aus Halbleitermaterial mit einem sogenannten pn-Übergang. Erst ab einer bestimmten Schwellenspannung – bei Silizium-Dioden etwa 0,7 V, bei LEDs je nach Farbe 1,8 bis 3,3 V – beginnt nennenswerter Stromfluss in Durchlassrichtung.

In Sperrrichtung fließt praktisch kein Strom, solange die maximale Sperrspannung nicht überschritten wird. Wird sie überschritten, kann die Diode durchbrechen und dauerhaft beschädigt werden.

1. Anode und Kathode am Bauteil anhand von Markierung oder Datenblatt bestimmen.
2. Durchlassspannung und gewünschten Strom aus dem Datenblatt ablesen.
3. Passenden Vorwiderstand berechnen und einbauen.
4. Polung ein letztes Mal prüfen, bevor die Schaltung mit Spannung versorgt wird.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre den Unterschied zwischen Durchlass- und Sperrrichtung.
• Nenne, woran man die Kathode einer Diode meist erkennt.
• Beschreibe, warum eine LED fast immer einen Vorwiderstand braucht.
• Nenne eine mögliche Folge einer falsch gepolten Diode.

Kontrollfrage: Was passiert, wenn eine Diode in Sperrrichtung an eine Spannung angeschlossen wird, die kleiner als ihre maximale Sperrspannung ist?

Antwort: Es fließt praktisch kein Strom. Die Diode sperrt zuverlässig, solange die zulässige Sperrspannung nicht überschritten wird.

• Halbleiter: Werkstoff, dessen Leitfähigkeit zwischen Leiter und Isolator liegt und gezielt beeinflusst werden kann.
• Kathode: Gegenpol zur Anode; bei Dioden häufig durch eine Markierung gekennzeichnet.
• Vorwiderstand: Widerstand, der den Strom für ein Bauteil wie eine LED auf einen sicheren Wert begrenzt.

Neben dem Bipolartransistor gibt es weitere Bauformen wie den Feldeffekttransistor (FET), der über eine Spannung statt über einen Strom gesteuert wird und in vielen modernen Schaltungen zum Einsatz kommt.

In der Digitaltechnik werden Transistoren millionenfach in integrierten Schaltkreisen kombiniert und bilden dort die Grundlage von Logikgattern, Speichern und Prozessoren.

1. Anschlussbelegung des konkreten Transistors im Datenblatt nachschlagen.
2. Passenden Basis-Vorwiderstand für das Steuersignal berechnen.
3. Last (z. B. Motor) zwischen Plus und Kollektor einplanen, Emitter an Masse (npn).
4. Schaltung mit kleiner Last testen, bevor die endgültige Last angeschlossen wird.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre in eigenen Worten, was ein Transistor grundsätzlich tut.
• Nenne die drei Anschlüsse eines Bipolartransistors.
• Beschreibe, warum die Anschlussbelegung im Datenblatt nachgeschlagen werden muss.
• Nenne einen Grund, warum Transistoren überhitzen können.

Kontrollfrage: Warum kann ein kleiner Steuerstrom an der Basis einen deutlich größeren Laststrom schalten?

Antwort: Der Transistor nutzt den kleinen Basisstrom, um die Leitfähigkeit zwischen Kollektor und Emitter zu steuern. Dadurch steuert ein schwaches Signal einen wesentlich stärkeren Stromfluss.

• Diode: Halbleiterbauteil, das Strom nur in einer Richtung durchlässt.
• Leistung: Umgesetzte Energie pro Zeit; Formelzeichen P, Einheit Watt.
• Kurzschluss: Ungewollte, niederohmige Verbindung, die zu sehr hohem Strom führt.

Bleifreies Lötzinn benötigt in der Regel eine etwas höhere Löttemperatur als bleihaltiges Lot. Die passende Temperatur an einem regelbaren Lötkolben spart Zeit und schont empfindliche Bauteile.

Beim Entlöten – etwa um ein defektes Bauteil zu tauschen – helfen Entlötlitze oder eine Entlötpumpe, um überschüssiges Lot von der Leiterbahn zu entfernen, ohne sie zu beschädigen.

1. Lötkolben aufheizen lassen und Spitze reinigen.
2. Bauteil in die vorgesehene Bohrung oder Position einsetzen.
3. Anschluss und Leiterbahn kurz gemeinsam erwärmen, dann Lötzinn zugeben.
4. Lötstelle abkühlen lassen und auf glatte, gut benetzte Form sowie feste Verbindung prüfen.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre, warum Bauteil und Leiterbahn vor dem Lötzinn erwärmt werden.
• Beschreibe das Aussehen einer guten Lötstelle.
• Nenne die Aufgabe des Flussmittels.
• Nenne eine wichtige Sicherheitsregel beim Löten.

Kontrollfrage: Woran erkennt man eine kalte Lötstelle und warum ist sie problematisch?

Antwort: Eine kalte Lötstelle wirkt körnig, krümelig oder tropfenförmig statt glatt und gut benetzt. Sie hat oft keinen zuverlässigen elektrischen Kontakt und kann im Betrieb zu Ausfällen oder Wackelkontakten führen.

• Werkzeug: Hilfsmittel, mit dem Material getrennt, umgeformt oder gefügt wird. Messschieber und Co. zählen fachlich zu den Mess- und Prüfmitteln, auch wenn sie im Werkzeugschrank liegen.
• Schaltzeichen: Genormtes Symbol, das ein Bauteil in einem Schaltplan darstellt.
• Isolierung: Werkstoff oder Schicht, die den Stromfluss verhindern soll.

Neben Bauteil-Schaltzeichen gehören auch Linienarten und Anschlussbezeichnungen zum Lesen eines Schaltplans. Durchgezogene Linien stehen für Leitungen, gestrichelte Linien werden zum Beispiel für mechanische Kopplungen verwendet.

In größeren Anlagen werden Schaltpläne durch Klemmenpläne und Betriebsmittelkennzeichnungen ergänzt, damit jedes Bauteil eindeutig im realen Schaltschrank wiedergefunden werden kann.

1. Legende und verwendete Bauteilbezeichnungen im Schaltplan sichten.
2. Versorgungsspannung und Bezugspunkte (z. B. Masse) identifizieren.
3. Schaltung Bauteil für Bauteil dem Plan folgend nachvollziehen.
4. Realen Aufbau mit dem Schaltplan vergleichen, bevor Spannung angelegt wird.

Prüfe dich selbst, bevor du zum nächsten Thema wechselst:

• Erkläre den Unterschied zwischen realem Aufbau und Schaltplan.
• Nenne die Schaltzeichen von Widerstand, Kondensator und Diode.
• Beschreibe, wie eine tatsächliche Verbindung an einer Kreuzung dargestellt wird.
• Nenne einen Grund, den Aufbau vor dem Einschalten mit dem Plan zu vergleichen.

Kontrollfrage: Warum zeigt ein Schaltplan nicht die reale Lage der Bauteile?

Antwort: Ein Schaltplan soll die elektrische Funktion und Verbindung der Bauteile klar und übersichtlich zeigen. Die tatsächliche räumliche Anordnung auf der Platine oder im Gehäuse kann davon völlig unabhängig sein.

• Werkstück: Teil, das bearbeitet oder geprüft wird.
• Multimeter: Messgerät für mehrere elektrische Größen.
• Leiterplatte (Platine): Trägerplatte mit aufgedruckten Leiterbahnen, auf der elektronische Bauteile verbunden werden.