Die Halbleiterdiode lässt den Strom in einer Richtung durch und sperrt Ihn in der anderen Richtung.

Transkript

1 Beschreibung der verwendeten Bauelemente Elektrischer Widerstand 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 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 Die Halbleiterdiode lässt den Strom in einer Richtung durch und sperrt Ihn in der anderen Richtung. Z Diode Mit einer Zenerdiode lassen sich Gleichspannung stabilisieren. Z-dioden werden in Sperrichtung und mit Vorwiderstand betrieben. Transistor - 1 -

2 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) 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: Aufbau: Wickelt man einen Draht zu einer oder mehreren Windungen zusammen, erhält man eine Spule. Eine Stromdurchflossene Spule entwickelt ein kräftiges Magnetfeld. Dieses Ist im Inneren der Spule homogen und erstreckt sich weit in den freien Raum. Relais Elektromagnetische Relais sind elektromagnetisch angetriebene Schalter für kleine Schaltleistungen. Spannungsregler 7805 Eigenschaften: Um die Gleichspannung von 12V auf 5V herunter zu transformieren benötigt man den 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 Ausgangs- Beschaltungen kombiniert werden kann. Mit dem IC können u. a. zeitabhängige Schaltungen (Frequenzen von 0,001 Hz Hz) sowie Schwellwert- Schaltungen ohne großen Aufwand aufgebaut werden. Als Ausgangs- Beschaltungen des ICs sind Lautsprecher, Leuchtdioden, Relais und Glühlampen möglich - 2 -

3 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 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)

4 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.. 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

5 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. 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: 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%

6 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 MKC/MKM MKU/MKL MKS/MKY Polyethylenterephthalat Polykarbonat Zelluloseazetat 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

7 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