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Elektrische Bauelemente
Bauelemente im Anfängerpraktikum
Im Anfängerpraktikum werdet ihr mit verschiedenen elektrischen Bauelementen umgehen müssen. Um beim Erstellen einer elektrischen Schaltung den Überblick zu behalten und das erwünschte Ergebnis zu erzielen sollen hier die Bauelemente kurz aufgelistet und knapp erklärt werden. Letzteres dient dem Überblick, es ist unerlässlich, sich näher mit dem Aufbau und der Funktionsweise der Bauteile zu befassen.
Ein wenig Theorie
Lineare Bauelemente weisen im Wesentlichen einen linearen Zusammenhang zwischen elektrischen Größen, z.B. Strom und Spannung, auf. Beim Betrieb mit Wechselspannung sieht das z. B. so aus, dass im Ausgangssignal gegenüber dem Eingangssignal keine weiteren Frequenzen vorkommen.
Nichtlineare Bauelemente haben eine erwünschte Nichtlinearität. So leitet eine Diode den Strom nur in einer Richtung, während sie sich bei entgegengesetzter Polarität nahezu wie ein Isolator verhält. Kennlinien elektrischer Bauelemente
Mit Hilfe der Kennlinien eines Bauelements kann das Leistungsverhalten eines elektrischen Bauelements grafisch dargestellt werden. Dabei wird häufig die Stromstärke-Spannungs-Kennlinie (I-U-Kennlinie) betrachtet, das heißt, man stellt den Strom in Abhängigkeit der Spannung dar, welcher durch ein Bauelement fließt. Passive Bauelemente sind jene, die keine Verstärkerwirkung zeigen und keine Steuerungsfunktion besitzen. Aktive Bauelemente zeigen in irgendeiner Form eine Verstärkerwirkung des Nutzsignals oder erlauben eine Steuerung.
Passive Bauelemente
Widerstand
Bei der Messung von Widerständen kann man das Ohmsche Gesetz ausnutzen. $U=R\cdot I \Rightarrow R = \frac{U}{I}$ Ist also Stromstärke $I$ und Spannung $U$ bekannt, kann der Widerstand $R$ einfach berechnet werden.
Spannungsquellen
Als Spannungsquelle fassen wir eine elektrische Energiequelle auf, die in Abhängigkeit der angeschlossenen Verbraucher elektrischen Strom liefert. Dies sind zum Beispiel Batterien, Solarzellen oder Generatoren.
Stromquellen
Damit ein elektrischer Strom fließen kann, muss eine elektrische Spannung anliegen.
Kondensator
Kondensatoren sind Baulemente, die elektrische Energie (Ladung) Speichern können. Im Prinzip besteht ein Kondensator aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten, getrennt durch eine isolierende Schicht (auch Dielektrikum genannt). Wird nun eine Spannung angelegt, einsteht ein elektrisches Feld. Eine Platte nimmt dabei negative Ladungsträger auf, die andere hingegen positive, sodass das Verhältnis gleich groß ist.
Transformator
Ein Transformator dient dem Zweck Spannungen $U$, Ströme $I$ und Widerstände $R$ in Wechselstromkreisen zu erhöhen bzw. zu verringerrn. Man spricht von herauf- und heruntertransformieren.
Glühlampe
Bei einer Glühlampe heizt ein elektrischer Strom ein elektrischer Leiter auf, wodurch er zum Leuchten angeregt wird.
Oszilloskop
Das Oszilloskop ist ein Messinstrument, welches in der Lage dazu ist, Spannungen gegeneinander und vorallem auch im zeitlichen Verlauf darzustellen. Mit einem Oszi, lässt sich jede Größe darstellen, die durch ein Spannung gemessen werden kann.
Aktive Bauelemente
Diode
Eine herkömmliche Halbleiter-Diode lässt den Strom nur in eine Richtung durch. Es wird zwischen Sperrrichtung und Durchlassrichtung unterschieden.
Transistor
Ein bipolarer Transistor besteht aus zwei entgegengesetzt angeordneten PN-Übergängen. Ein bipolarer Transistor kann mit einem kleinen Strom einen großen Strom steuern.
Operationsverstärker
Ein Operationsverstärker ist ein elektronischer Verstärker, mit dem man ein schwaches Signal um einen Faktor vergrößern kann. Damit kann man beispielsweise Verluste in Schwingkreisen ausgleichen
Hochpass
Ein Hochpass ist im Prinzip ein Filter, der Frequenzen oberhalb eines bestimmten Werts (Grenzfrequenz) annähernd ungeschwächt passieren lässt. Tiefere Frequenzen werden hingegen gedämpft.
Tiefpass
Der Tiefpass ist im Prinzip das Gegenstück zum Hochpass. Frequenzen ab einer Grenzfrequenz werden gedämpft und darunter näherungsweise ungeschwächt durchgelassen.