4 Bauteile kennenlernen
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HSR Hochschule für Technik Rapperswil 4 Bauteile kennenlernen 4.1 Widerstand Widerstände sind Bauteile mit einem gewünschten Widerstandsverhalten. Sie setzen der Elektronenströmung Widerstand entgegen. Man unterscheidet zwischen linearen und nichtlinearen Widerständen. Lineare Widerstände werden auch als ohmsche Widerstände bezeichnet, weil das Ohmsche Gesetz damit anwendbar ist. Widerstände haben einen Widerstandswert und eine Belastbarkeit. Die Belastbarkeit gibt an, welche elektrische Leistung der Widerstand dauernd in Wärmeleistung umsetzen kann. Zur Kennzeichnung von Widerständen verwendet man den internationalen Farbcode. Man unterscheidet zwischen 4-Ring-Code und 5-Ring-Code. Bei Widerständen mit nur einem 4-RingCode entfällt die dritte Ziffer. Der Ring für die Toleranzangabe ist breiter. Farbe schwarz braun rot orange gelb grün blau violett grau weiss gold silber ohne Farbring 1. Ziffer 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2. Ziffer 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. Ziffer 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Multiplikator ×1 ×10 ×100 ×1k ×10k ×100k ×1M ×10M ×100M ×1 ×0.1 ×0.01 Toleranz — 1% 2% — — 0.5% 0.25% 0.1% 0.05% — 5% 10% 20% Tabelle 4.1: Farbtabelle für Widerstände mit 5-Ring-Code. 21 HSR Hochschule für Technik Rapperswil Widerstände werden nicht mit jedem beliebigen Widerstandswert hergestellt, sondern sind nach bestimmten Normreihen abgestuft, sogenannte E-Reihen (z.B. E6, E12, E24, ...). E6 (±20%) 1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8 E12 (±10%) 1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2 E24 (±5%) 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1 Tabelle 4.2: IEC-Widerstands-Normreihen E6, E12 und E24 Folgende Bauformen werden für Widerstände üblicherweise eingesetzt: Diskreter Schichtwiderstand Chipwiderstand MELF-Widerstand 4.1.1 Serie- und Parallelschaltung von Widerständen R1 Rs R3 R4 Rp R2 RS = RP = 4.2 Potentiometer Ein Potentiometer ist ein einstellbarer Widerstand, dessen Widerstandswert durch Drehen einer Achse verändert wird. Der gewünschte Widerstandswert wird mit Hilfe eines Schleifkontaktes abgegriffen, der über eine Widerstandsbahn (z.B. Kohleschicht) bewegt wird. Der einstellbare Widerstandswert geht von einem Kleinstwert (z.B. 0 Ω) bis zum Maximalwert (z.B. 10 kΩ). 22 HSR Hochschule für Technik Rapperswil a) b) Abbildung 4.1: a) Schaltzeichen eines Potentiometers; b) Kohleschicht-Potentiometer 4.3 Kondensator Kondensatoren sind Bauelemente, die elektrische Energie speichern können. Der einfachste Kondensator besteht aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten und einem Dielektrikum (Isolator). Legt man am Kondensator eine Spannung an, so entsteht zwischen den Platten ein elektrisches Feld und der Kondensator “lädt” sich auf. Die Kapazität eines Kondensator besitzt das Formelzeichen und die Masseinheit ist (Farad). Kapazität ist die Eigenschaft, unter dem Einfluss einer Spannung elektrische Ladungen speichern zu können. Die elektrische Ladung hat das Formelzeichen Q und die Einheit Amperesekunden (As). Kondensatorplatten Formelzeichen: C Dielektrikum (z.B. Luft, Keramik) 4.3.1 Serie- und Parallelschaltung von Kondensatoren C1 Cs C3 C4 C2 CS = CP = 23 Cp HSR Hochschule für Technik Rapperswil Ladevorgang R Entladevorgang Ic C U Ic Uc Uc UC C R UC t t IC IC t t Abbildung 4.2: Lade- und Entladevorgang eines Kondensators Aluminium-Elko Tantal-Elko Keramik Folien Abbildung 4.3: Verschiedene Kondensatortypen 4.4 Diode Eine Diode lässt den elektrischen Strom in einer Richtung durch und sperrt ihn in der angepolt, so hat die deren Richtung. Wird die Diode in Diode einen sehr niedrigen Widerstandswert und ein Strom kann fliessen. Ist die Diode in gepolt, so hat sie einen sehr grossen Widerstandswert und sperrt den Strom. Das Schaltzeichen einer Diode sieht wie folgt aus: Anode Kathode Die zwei Diodenanschlüsse heissen Anode und Kathode. Die in Leitungsrichtung zeigende Spitze gibt die Stromrichtung im Durchlasszustand an. Nun wollen wir die Abhängigkeit zwischen 24 HSR Hochschule für Technik Rapperswil Strom und Spannung einer Diode mittels Messreihen genauer untersuchen. Der Messaufbau sieht wie folgt aus: A 100R + Netzgerät 0...10V V - Aufgabe: Baue den Messaufbau auf und vervollständige die untenstehende Tabelle mit den gemessenen Werte. Tip: Eine negative Spannung an der Diode kann einfach erzeugt werden, indem man die zwei Kabel (+/-) am Netzgerät vertauscht. Diodenspannung 0V 0.3 V 0.4 V 0.5 V Diodenstrom 1 mA Diodenspannung -0.2 V -0.6 V -1.0 V -1.4 V 5 mA -1.6 V 10 mA 20 mA 50 mA -2.0 V Diodenstrom Aufgabe: Trage nun die Werte im untenstehenden Diagramm ein und verbinde sie miteinander. ID mA 50 40 30 20 10 −2.0 −1.8 −1.6 −1.4 −1.2 −1.0 −0.8 −0.6 −0.4 0.2 −0.2 −10 25 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 UD V
