Beschreibung der verwendeten Bauelemente Elektrischer

Beschreibung der verwendeten Bauelemente
Elektrischer Widerstand
Schaltzeichen:
Definition:
Das Wort Widerstand wird in der Funktechnik und Elektronik in zweifacher
Bedeutung gebraucht. Einmal ist Widerstand die Eigenschaft von Materialien,
den Fluss der Elektronen im (Leiter oder Isolator) zu bremsen oder zu
hemmen, ihm also einen Widerstand entgegenzusetzen. Zum anderen Mal
wird mit Widerstand ein Schaltelement der Elektrotechnik bezeichnet.
Potenziometer
Schaltzeichen:
Definition:
Einstellbare Widerstände, deren Widerstandswert meistens von null bis zum
angeschriebenen Höchstwert stetig verändert werden kann, nennt man
Potentiometer. Diese Veränderung (Einstellung) des Widerstandswertes erfolgt von außen z.B mit Hilfe eines Drehknopfes oder eines Schiebers.
Diode
Schaltzeichen:
Eigenschaft:
Die Halbleiterdiode lässt den Strom in einer Richtung durch und sperrt
Ihn in der anderen Richtung.
Z –Diode
Schaltzeichen:
Eigenschaft:
Mit einer Zenerdiode lassen sich Gleichspannung stabilisieren.
Z-dioden werden in Sperrichtung und mit Vorwiderstand betrieben.
Transistor
Schaltzeichen:
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Aufbau:
Transistoren sind Halbleiter aus Ge oder Si die mit Fremdelementen
verunreinigt wurden .Zwischen zwei Schichten, deren man als
Emitter, die andere als Kollektor bezeichnet, befindet sich eine dünne
Schicht,
die man Basis nennt .Es gibt zwei prinzipiell verschiedene Arten. Solche, die
von einer negativen Spannung gesteuert werden (PNP-Transistoren) und
solche, die von einer Positiven Spannung gesteuert werden (NPNtransistoren)
Eigenschaft:
Mit einem Transistor kann man mit den Strom über die Basis/Emitterstrecke
den Strom über die Kollektor/Emitterstrecke steuern. Neben dieser
Stromverstärkung erzielt man aber mit einem Transistor bei einer
entsprechenden Schaltung auch eine Spannungsverstärkung.
Spule:
Schaltzeichen:
Aufbau:
Wickelt man einen Draht zu einer oder mehreren Windungen zusammen,
erhält man eine Spule.
Eigenschaft:
Eine Stromdurchflossene Spule entwickelt ein kräftiges Magnetfeld. Dieses
Ist im Inneren der Spule „homogen“ und erstreckt sich weit in den freien
Raum.
Relais
Schaltzeichen:
Eigenschaft: Elektromagnetische Relais sind elektromagnetisch angetriebene Schalter
für kleine Schaltleistungen.
Spannungsregler 7805
Schaltzeichen:
Eigenschaften: Um die Gleichspannung von 12V auf 5V herunter zu transformieren
benötigt man den 7805. Diese Spannung darf auch bei wechselnden
Belastungen nicht schwanken und muss auch dann ihre 5 Volt einhalten.
IC NE 555
Das IC NE 555 ist ein Timer- Baustein, der mit unterschiedlichen Eingangs- und AusgangsBeschaltungen kombiniert werden kann. Mit dem IC können u. a. zeitabhängige Schaltungen
(Frequenzen von 0,001 Hz - 1000000 Hz) sowie Schwellwert- Schaltungen ohne großen
Aufwand aufgebaut werden. Als Ausgangs- Beschaltungen des ICs sind Lautsprecher,
Leuchtdioden, Relais und Glühlampen möglich
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Schaltzeichen
Die wesentlichen Merkmale des ICs 555 sind:
Geringer äußerer Schaltungsaufwand
- Geringer Platzbedarf
- Großzügiger Betriebsspannungsbereich von 4,5 V bis 15 V
- Präzise Zeitgebung von Mikrosekunden bis zu einigen Minuten
- Große Temperaturstabilität
- Große Temperaturstabilität
Schaltplan
Kondensatoren
Schaltzeichen:
Kondensatoren sind Bauelemente, welche elektrische Ladungen bzw. elektrische
Energie speichern können. Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei
gegenüberliegenden Metallplatten. Dazwischen befindet sich ein Dielektrikum
welches keine elektrische Verbindung zwischen den Metallplatten zulässt(Isolator).
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Legt man an einen Kondensator eine Spannung an, so entsteht zwischen den beiden
metallischen Platten ein elektrisches Feld:
Elektrolytkondensatoren
Ein Elektrolytkondensator (auch Elko) ist ein Kondensator, bei dem der Kondensatorbelag
aus einem Elektrolyt besteht.
Die meisten Kondensatoren haben feste Kondensatorbeläge. Meistens sind es Folien aus
metallischen Werkstoffen.
Das Elektrolyt ist ebenfalls ein Kondensatorbelag. Es ist eine leitende Flüssigkeit. Dieses
Elektrolyt hat den Vorteil, das damit sehr hohe Kapazitäten erreicht werden können.
Allerdings hat es wie andere Flüssigkeiten den Nachteil, das es trotz fest verschlossenem
Kondensatorgehäuse im laufe der Jahrzehnte austrocknet oder ausläuft. Außerdem ist die
Toleranz der Kapazität sehr hoch. Der aufgedruckte Kapazitätswert auf einem
Elektrolytkondensator stellt ein ungefährer Schätzwert dar.
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Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Eine Aluminiumfolie wird mit einer Oxidschicht überzogen. Diese Oxidschicht stellt das
Dielektrikum dar, welches auch bei einer geringen Dicke eine hohe Spannungsfestigkeit hat.
Die Aluminiumfolie ist der eine Kondensatorbelag. Das Elektrolyt, eine elektrisch leitende
Flüssigkeit, ist der andere Kondensatorbelag.
Um die Kapazität zu erhöhen, wird die Aluminiumfolie aufgeraut. Die Kapazität hat dann
jedoch eine Toleranz von -20% bis +100%.
Der Aluminium-Elektrolytkondensator muss gepolt betrieben werden. Die Aluminiumfolie ist
der positive Pol, das Elektrolyt der negative Pol.
In der Regel ist der Kondensatorbecher an einer Seite mit einem Plus gekennzeichnet,
woran man die Polung erkennen kann.
Wird der Aluminium-Elektrolytkondensator oberhalb von 2V falsch herum gepolt, baut sich
die Oxidschicht ab. Das Elektrolyt erwärmt sich. Es kommt zur Gasbildung, und dann zur
Explosion des Kondensators.
Anwendung findet er als Ladekondensator im Gleichstromkreis und zur Entkopplung
elektronischer Baugruppe.
Die Funktion eines Elkos kann man am besten mit einem Widerstandsmeßgerät überprüfen.
So steigt der Widerstandswert am Meßgerät langsam bis unendlich.
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Tantal-Elektrolytkondensatoren
Das Tantal eignet sich sehr gut zur Herstellung von Elektrolytkondensatoren. Das
Dielektrikum Tantalpentoxid ist sehr Spannungsfest, und baut sich auch bei längerer
Lagerung nicht ab.
Die Kapazität bei Tantal-Elektrolytkondensatoren bewegt sich im Mikrofarad-Bereich.
Abweichungen liegen zwischen -20% und +20%.
Sie finden überall dort Anwendung, wenn große Kapazitäten mit kleiner Bauform gefordert
sind.
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Tantalfolien-Elektrolytkondensatoren(Bauart F)
Tantal-Elektrolytkondensator mit Sinteranode und flüssigem Elektrolyt(Bauart S)
Tantal-Elektrolytkondensator mit Sinteranode und festem Elektrolyt(Bauart SF)
Vorsicht ist beim Laden und Entladen von Tantal-Elektrolytkondensatoren geboten. Sie sind
sehr empfindlich gegen hohe Stromstärke. Das Laden und Entladen sollte immer über
Vorwiderstände erfolgen.
Wickelkondensatoren/Folienkondensatoren
Um eine hohe Kapazität zu erreichen, wird zwischen zwei Metallfolien ein Dilektrikum
gewickelt oder aufgedampft. Der Wickel wird mit Anschlüssen versehen, und in einen Becher
aus Kunststoff, Keramik oder Metall eingesetzt und vergossen. Damit keine Feuchtigkeit in
den Becher gelangt, wird er luftdicht verschlossen.
Beim Dielektrikum wird zwischen Papier und Kunststoff unterschieden:
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Papier hat viele ungünstige Eigenschaften, wie Feuchtigkeitsaufnahme und
mechanische Schrumpfung.
Kunststoffe können bei gleicher Kapazität und gleicher Spannungsfestigkeit kleiner
gebaut werden.
Wegen des Materials werden sie auch als Folienkondensatoren bezeichnet.
Bei einigen dieser Typen besteht die Möglichkeit nach einem Durchschlag zur Selbstheilung.
Metall-Papier-Kondensator (MP-Kondensator)
Bei MP-Kondensatoren werden die Metallbeläge auf das Papier(Dielektrikum) aufgedampft.
Die Dicke der Metallschicht beträgt etwa 0,05 µm(Die Dicke der Metallbeläge hat keinen
Einfluß auf die Kapazität). Die erforderliche Dicke des Papiers hängt von der Nennspannung
ab.
Kommt es bei einem MP-Kondensator zu einem Durschlag durch eine zu hohe Spannung,
so entsteht am Durchschlagspunkt eine große Stromdichte. Die dünne Metallschicht
verdampft an dieser Stelle. Das Dielektrikum wird dabei nicht beschädigt.
Der Ausheilvorgang dauert etwa 10 µs bis 50 µs und macht sich in elektronischen Schaltung
als Störimpuls bemerkbar.
Nach 1000 Ausheilvorgängen sinkt die Kapazität eines MP-Kondensators um etwa 1%.
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Metall-Kunststoff-Kondensator (MK-Kondensator)
Bei Metall-Kunststoff-Kondensatoren werden die Metallbeläge auf die Kunststofffolie
aufgedampft. Die Dicke der Metallschicht beträgt etwa 0,02 µm bis 0,05 µm. Die Folie wird
zu Rund- oder zu Flachwickel gerollt. Manchmal werden die Folienstücke auch aufeinander
geschichtet.
Eine Selbstheilung wie bei Metall-Papier-Kondensatoren ist ebenfalls möglich.
Bei MK-Kondensatoren unterscheidet man zwischen folgenden
Typen:
MKT/MKH
Polyethylenterephthalat
MKC/MKM
Polykarbonat
MKU/MKL
Zelluloseazetat
MKS/MKY
Polystyrol
Kunststofffolien-Kondensator
Der Kunststofffolien-Kondensator besteht aus je zwei Lagen Metallfolie und
Kunststofffolie. Diese sind abwechselnd geschichtet und üblicherweise aufgerollt. Entweder
werden sie so gewickelt, dass auf jeder Seite des Wickels eine der Metallfolien übersteht,
der dann großflächig mit dem Anschluss kontaktiert wird, oder die beiden Anschlüsse
werden beim Wickeln eingelegt.
Diese Kondensatoren gibt es in stehender oder liegender (axialer) Bauweise. Exemplare für
höhere elektrische Spannungen haben an einem Anschluss eine Kennzeichnung, die die
Außenlage kennzeichnet.
Je nach Anwendung werden diese Kondensatoren aus verschieden Folien hergestellt:
Polypropylenfolie für enge Toleranzen und kleine dielektrische Verluste.
Polyätylenterepfthalatfolie (Polyester) für Wickel- und Schichtbauweise und für kleine
Abmessungen bei großen Kapazitäten. Der Isolationswiderstand ist höher und der
Temperaturkoeffizient niedriger, als bei der Polypropylenfolie.
Polycarbonatfolie für hochwertige Kondensatoren in Filter- und Zeitgliederschaltungen.
Polytetraflurätylenfolie (Teflon) für hohe Temperaturen bis 350° C.
Polystyrolfolie für Kondensatoren (Styroflexkondensatoren) mit äußerst geringen
Leckströmen, kleinem Temperaturkoeffizienten und einer hohen Stabilität, allerdings verträgt
dieses Material keine so hohen Temperaturen, wie Polypropylen oder Polyester.
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Da Polystyrol eine niedrige Dielektrizitätskonstante besitzt, können nur Kondensatoren mit
kleinen Kapazitätswerten hergestellt werden. Verwendet werden diese Kondensatoren etwa
in Fernmelde- und Filterschaltungen.
Keramikkondensatoren
Keramikkondensatoren haben Kapazitäten von einigen Picofarad bis einige Nanofarad.
Ihren Namen führen sie wegen des Keramiks als Dielektrikum. Dessen
Durchschlagsfestigkeit ist besonders hoch, so daß man an Keramikkondensatoren eine hohe
Spannung anlegen kann.
Verwendung finden sie in modernen Digital-Schaltungen als Zwischenspeicher, wenn der IC
kurzzeitig viel Energie benötigt und zum Abschneiden von Spannungsspitzen in der
Betriebsspannung.
Hier werden Kapazitäten zwischen 47 und 100 nF verwendet.
Man unterscheidet zwischen zwei Keramik-Gruppen:
Gruppe 1:
Kondensatoren mit Keramik der Gruppe 1 eignen sich gut zur Herstellung von
Kondensatoren mit präziser Kapazität. Sie eignen sich deshalb gut für
Schwingkreiskondensatoren.
Gruppe 2:
Mit Keramik der Gruppe 2 lassen sich kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität herstellen.
Es handelt sich dabei um erbsengroße Kondensatoren mit 10 µF und bis ca. 30V
Durchschlagsfestigkeit.
Sie werden meistens als Koppelkondensatoren eingesetzt