Beim Thema Stromkreis kommen Widerstände und Glühlampen vor, wenn es um die Bauteile in einer Schaltung geht. Schaust Du Dir jedoch eine Platine in der Praxis an, wirst Du verschiedene Komponenten darauf finden. Um komplexe Schaltungen zu ermöglichen, sind also verschiedene Bauteile nötig.
Elektrische Bauteile Übersicht
Bevor Du Dir die einzelnen Bauteile genauer anschaust, lernst Du hier über die gemeinsamen Eigenschaften von elektrischen Bauteilen. Die meisten Komponenten der sehr großen Vielfalt an möglichen Bauteilen lassen sich durch ein paar Parameter besser einordnen.
Passive und aktive elektrische Bauteile
Generell kannst Du Komponenten (Bauteile) in zwei Gruppen allgemein einteilen: Passive und aktive Komponenten.
Passive Bauelemente sind jene Komponenten, die nicht zur Leistungsverstärkung in der Lage sind und nicht als Energiequelle dienen, beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und Spulen.
Aktive Bauelemente hingegen verändern ihre elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von physikalischen Effekten. Dazu zählen alle Halbleiterkomponenten wie Dioden oder Transistoren.
Alle Komponenten können, unabhängig von ihrer Art, in Schaltungen verwendet werden.
Elektrische Bauteile Symbole und Schaltzeichen
Um die verschiedenen Bauteile im Schaltdiagramm darstellen zu können, haben sie jeweils verschiedene Schaltzeichen. Hier eine Übersicht der Symbole von oft verwendenden Komponenten.
Manchmal findest Du jedoch abweichende Darstellungen, je nachdem, welcher Standard für die Schaltzeichen genutzt wird.
Die einzelnen Bauteile werden dabei mit Leitern verbunden, die als schwarze Striche symbolisiert sind. Du kannst Dir nun einige der Bauteile im Detail anschauen.
Zu diesen findest Du auch ausführliche Artikel auf StudySmarter.
Elektrische Bauteile Bezeichnung und Erklärung
Nachdem Du jetzt weißt, dass es mehr als nur Widerstände als Bauteile in elektrischen Schaltungen gibt, findest Du nun eine Auflistung einiger wichtigeren Bauteile.
Wenn Du mehr zu dem jeweiligen Bauteil lernen möchtest, findest Du jeweils einen Artikel dazu.
Elektronische Bauteile, die Bewegung erzeugen: Generator und Motor
Ein Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Dafür verwendet er Leiter, die in einem magnetischen Feld rotiert werden. Mittels Induktion wird dann in dem Leiter ein elektrischer Strom erzeugt. Beispielsweise der Dynamo an Deinem Fahrrad erzeugt so den Strom für die Fahrradlichter.
Wenn Du mehr über den genauen Prozess der Induktion lernen möchtest, kannst Du in den entsprechenden Artikel darüber lesen.
Ähnlich funktioniert auch ein Elektromotor. Hier wird elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt, die als Rotation der Motorachse nutzbar ist. So kannst Du mithilfe von Strom Bewegung erzeugen!
Transformator
Um den Strom aus der Steckdose mit 230V zu nutzen, muss die Spannung verringert werden. Dein Handy benötigt 5V zum Laden. Genau das kann der Transformator: Wechselspannungen ineinander umwandeln, ohne dass sich die Leiter berühren müssen.
Der Aufbau eines Transformators besteht aus zwei Spulen mit verschiedenen Windungszahlen, die nebeneinander angeordnet werden, oft mit einem Eisenkern. Auf die erste Spule wird eine Spannung aufgeschaltet und je nach Windungszahl der Spulen stellt sich eine Ausgangsspannung an der zweiten Spule ein.
Durch die Induktion wird die elektrische Energie von einem Leiter auf den anderen übertragen. Die Anzahl der Wicklungen der beiden Leiter bestimmt dabei die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung. Denn während in Deinem Handyladegerät eine niedrige Spannung von 5V erzeugt wird, benötigt eine Mikrowelle über 1000V!
Du kannst die Spannungen auf beiden Seiten des Transformators für den idealen unbelasteten Transformator so berechnen:
Dabei sind und die Spannung und die Windungszahl auf der ersten Seite der Spule und
und die Spannung und Windungszahl auf der zweiten Seite der Spule.
Um die Spannung, die von einem Transformator zu glätten, kannst Du einen Kondensator verwenden.
Kondensator
Möchtest Du elektrische Energie speichern, fällt Dir eventuell zuerst eine Batterie ein. Jedoch wird in einer Batterie die elektrische Energie chemisch gespeichert. Du hast aber auch die Möglichkeit, elektrische Ladungen mit einem Kondensator zu speichern.
Ein Kondensator besteht aus zwei gegenüberliegenden, isolierten Leitern. Das isolierende Material zwischen den Leitern wird als Dielektrikum bezeichnet. Du kannst die Kapazität (also die Maßzahl, wie viel Energie gespeichert werden kann) von Kondensatoren berechnen, wenn Du die Ladung und Spannung im Kondensator kennst.
Das Schaltzeichen für einen
Kondensator sind zwei gleich lange parallele Linien.
Die Kapazität C eines Kondensators berechnet sich durch die Ladung Q geteilt durch die Spannung U
Dabei wird die Einheit Farad F für die Kapazität verwendet. Ein Farad ist dabei ein Coulomb durch ein Volt.
Meistens ist jedoch die Kapazität eines Kondensators recht klein und ergibt nur einen Bruchteil eines Farads.
Auflade- und Entladevorgang beim Kondensator sind nicht linear.
Aufladen und Entladen
Sowohl das Aufladen als auch das Entladen eines Kondensators in einem Gleichstromkreis folgt dem mathematischen Bild der e-Funktion.
Abbildung 3: Lade- und Entladevorgang eines Kondensators
Dabei steigt die Spannung am Kondensator beim Laden schnell an und der Anstieg verlangsamt sich, je weiter der Kondensator geladen ist. Der Strom, der in den Kondensator fließt, ist anfangs sehr hoch und der Stromfluss verringert sich, je weiter der Kondensator geladen ist. Beim Entladevorgang eines Kondensators ist das Verhalten andersherum.
Ein weiteres Bauteil, um Energie zu speichern, sind Batterien.
Batterie
Batterien speichern elektrische Energie in chemischen Prozessen ab. Dabei gibt es zwei Arten von Batterien:
- Primärbatterien, welche nur ein mal entladen werden können.
- Sekundärbatterien, welche wiederaufladbar sind. Du findest sie unter anderem in Deinem Handy oder Laptop. Sie werden auch Akkumulatoren (daher auch der Begriff Akku) genannt.
Bei einer Batterie wird die Spannung zwischen zwei Elektroden, die aus verschiedenen Materialien bestehen, aufgebaut. Dazwischen befindet sich ein Elektrolyt, in dem Ladungen wandern können. Je nach verwendeten Elektrodenmaterial variiert auch die Spannung der Batterie. Blei-Akkus haben beispielsweise eine Spannung von zwei Volt.
Wenn Du mehr über Batterien und ihre Funktion oder Verwendung lernen willst, kannst Du den Artikel zur Batterie anschauen.
Elektrische Bauteile, die Töne erzeugen – Spule
Eine Spule besteht zunächst aus einem Leiter, der aufgewickelt wurde. Dabei kann das Innere der Spule entweder luftgefüllt sein oder es wird ein Eisenkern genutzt, um die Eigenschaften der Spule zu verändern.
Durch Induktion wird ein Magnetfeld durch die Spule erzeugt. Diesem Magnetfeld wirkt, begründet durch die Induktionsgesetze, eine Induktionsspannung in der Spule entgegen. Dieser Effekt wird in verschiedenen Schaltungen genutzt, beispielsweise in Schwingkreisen in Kombination mit einem Kondensator.
Das Schaltzeichen einer Spule ist ein gekringelter Leiter.
Die Spannung , die in einer Spule induziert wird, kannst Du mit der Induktivität L der Spule und der Änderungsrate des Stroms berechnen:
Die Einheit der Induktivität ist dabei Henry H
Spulen werden in vielen verschiedenen anderen Komponenten verwenden wie dem Generator, Elektromotor oder dem Transformator.
Auch in Lautsprechern oder Mikrofonen sind Spulen vorhanden: bei dem Mikrofon wird eine Membran in Schwingung versetzt, welche mit einer Spule verbunden ist. Mit einem in der Mitte der Spule platzierten Permanentmagnet wird durch die Bewegung eine Spannung in der Spule induziert, welche als elektrisches Abbild der Schallwellen, die die Membran getroffen haben, dient.
Ein Lautsprecher funktioniert andersherum: Durch eine Spannung, die durch die Spule in der gleichen Konstellation fließt, wird die Membran bewegt, welche dann Schallwellen erzeugt. So können also Spulen als elektrische Bauteile Töne erzeugen.
Besonders die Interaktionen der magnetischen Felder sind hierbei interessant. Wenn Du mehr erfahren willst, schau im Artikel zur Spule vorbei!
Elektronische Bauteile, die Licht erzeugen – Dioden
Wusstest Du, dass LEDs aus leuchtenden Dioden bestehen? Doch nicht nur dafür werden Dioden genutzt, denn auch zum Gleichrichten von Strom oder auch in Solarzellen zur Stromerzeugung sind Dioden im Einsatz.
Dioden sind Halbleiter und bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter. Dabei ist eine Diode nur in eine Richtung stromdurchlässig: liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode durchlässig. Liegt der Pluspol jedoch an der n-Schicht, so kann kein Strom durch die Diode fließen, sie sperrt.
Um mehr zu dieser Dotierung von Halbleitern zu lernen, kannst Du den entsprechenden Artikel lesen.
Als Schaltzeichen hat eine Diode ein Dreieck mit einem Strich am negativen Pol.
Die positive Seite, hier links, nennst Du Anode. Die negative Seite, hier rechts, nennst Du Kathode.
Strom kann lediglich in eine Richtung eine Diode passieren, nämlich von Anode zu Kathode oder von der positiven zur negativen Seite der Diode.
Dioden können durch ihre einzigartigen Eigenschaften unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Hier sind zwei verschiedene Diodentypen.
Gleichrichterdioden
Dioden können durch ihre einzigartigen Eigenschaften verschiedene Aufgaben übernehmen. Ihre Fähigkeit, Strom nur in eine Richtung passieren zu lassen, kannst Du nutzen, um eine Spannung gleichzurichten.
Hierbei wird eine oft sinusförmige Wechselspannung, die abwechselnd positive und negative Spannungswerte aufweist, durch eine Diode auf den positiven Teil reduziert. Bei einer Schaltung aus vier Dioden, der Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung, kann der negative Teil der Spannungskurve in einen positiven Teil umgekehrt werden.
Leuchtdioden (LEDs)
Durch die Halbleitereigenschaften ist es Dioden möglich, elektrische Energie in Licht umzuwandeln. Dabei ist der Vorgang effizienter als bei einer Glühbirne, welche nur durch Erhitzung Licht ausstrahlen kann. Diese Dioden nennst Du Leuchtdioden oder im englischen Light Emitting Diodes, kurz LEDs.
Das Schaltzeichen für Leuchtdioden ist dem der normalen Diode ähnlich, zwei Pfeile über der Diode verdeutlichen ihre Fähigkeit, Licht abzugeben.
Dioden können auch Licht in elektrische Energie umwandeln. Die Eigenschaft wird von Fotodioden als Lichtsensoren genutzt und auch Solarzellen machen sich diesen Effekt von Halbleitern zu Nutze, um elektrische Energie zu liefern.
Neben Dioden gibt es auch Transistoren als Halbleiter.
Transistor
Transistoren bestehen aus drei Halbleiterschichten, wobei die mittlere Schicht anders dotiert ist als die beiden äußeren. Nun ist an jedem der drei Halbleiterschichten ein elektrischer Kontakt angeschlossen.
Fließt nun am mittleren Kontakt ein Strom, kannst Du den Stromfluss zwischen den beiden anderen Kontakten an- oder ausschalten. Durch Verwenden von mehreren Transistoren lassen sich dann komplexere Schaltungen und sogar logische Operationen vornehmen. So werden am Ende nach Millionen von Transistoren Schaltungen möglich, wie Handys oder Computer!
Transistoren nutzen ein Schaltzeichen mit den drei Kontakten oben links und unten.
Oben befindet sich der Kollektor, links mittig befindet sich die Basis, mit welchem der Transistor angesteuert wird.
Unten ist der Emitter, auf dem Schaltzeichen ist darüber ist ein Pfeil auf dem Leiter.
Je nach dem, in welche Richtung der Pfeil am Emitter zeigt, handelt es sich um einen NPN Transistor, bei Pfeil nach unten, oder einen PNP Transistor, bei Pfeil nach oben, wie hier in dem Schaltbild.
Vereinfacht kannst Du Dir also Transistoren wie Schalter vorstellen, mit dem Du den Stromfluss an- und ausschalten kannst.
Schuko-Stecker
Der Fachbegriff für Steckdosen im europäischen Raum ist der Schuko-Stecker. Du findest ihn in der femininen Version an allen Haushaltssteckdosen und Steckerleisten. Er ist kompatibel mit allen Haushaltsgeräten mit dem entsprechenden maskulinen Stecker.
An Steckdosen in Deutschland liegen 230V an. Der Schuko-Stecker, so heißt bei uns die Steckdose, hat zwei Leiter. Einen blauen Neutralleiter und braunen Außenleiter. Zu dem eine gelb-grüne Schutzerde, die vor Kurzschlüssen schützt.
Dabei liegen die 230V an der Steckdose als Wechselstrom an.
Mehr über den Unterschied zum Gleichstrom kannst Du im entsprechenden Artikel nachlesen.
Elektrische Bauteile - Das Wichtigste
- Generell kannst Du Komponenten in zwei Gruppen allgemein einteilen. Passive und aktive Komponenten.
- Bauteile besitzen Schaltzeichen, um sie visuell im Schaltplan darstellen zu können.
- Generatoren wandeln kinetischer Energie in elektrische Energie um. Elektromotoren wandeln elektrische Energie in kinetische Energie.
- Transformatoren wandeln Spannungen in höhere oder niedrigere Ausgangsspannungen um. Die Windungszahl korreliert mit der Spannung der beiden Seiten:
- Kondensatoren speichern elektrische Energie zwischen zwei Leitern. Du kannst die Kapazität berechnen mit:
- Spulen sind aufgewickelte Leiter. Sie erzeugen bei einer Änderung des Stroms eine Induktionsspannung:
- Dioden sind Halbleiter mit einer p- und n-Schicht. Sie sind nur in eine Richtung stromdurchlässig.
- Transistoren sind Halbleiter aus drei Schichten. Mit ihnen kannst Du den Stromfluss elektrisch steuern.
- Batterien speichern elektrische Energie in chemischen Prozessen.
Erklärungen 
Magazine 
