Bauelemente

Gesamtkurs A

Kondensator I

Wichtigste Eigenschaft des Kondensators: Ladung speichern
$\rightarrow$ Kapazität

$C = \dfrac{Q}{U}$

mit $Q$ als elektrische Ladung
Einheit: $As/V$ bzw. Farad $F$
Die Kapazität ist die elektrische Ladung pro Volt

Kapazität durch Bauart

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<p>Kurzfassung: Schematische 3D-Darstellung eines quaderförmigen Blocks mit mittigem blauem Streifen „Dielektrikum“ zwischen zwei grauen Schichten „Elektrode“, links und rechts je eine horizontale Anschlusslinie mit kleinem offenem Kreis.</p>
<p>Detaillierte Beschreibung: In der Bildmitte steht ein quaderförmiger Körper in perspektivischer Ansicht. Auf der Frontseite ist ein senkrechter blauer Mittelstreifen zu sehen, der beidseitig von dunkelgrauen Streifen flankiert wird; die übrigen sichtbaren Außenflächen des Quaders sind hellgrau. Oben zeigt ein Pfeil mit der Beschriftung „Dielektrikum“ auf den blauen Streifen; zwei weitere Pfeile mit der Beschriftung „Elektrode“ zeigen auf die beiden grauen Schichten. Aus der linken und rechten Seitenfläche des Quaders führt jeweils eine dünne horizontale Linie nach außen; an den äußeren Enden dieser Linien befindet sich jeweils ein kleiner offener Kreis. Der Hintergrund ist weiß; es gibt keine Achsen, Skalen oder weiteren Beschriftungen.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.1.1: Prinzipieller Aufbau eines Kondensators</figcaption></p>
</figure>
<ul>
<li>Die Kapazität kann durch die Bauart erreicht werden</li>
</ul>
<p>$C = \dfrac{\varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot A}{d}$</p>
<ul>
<li>$\rightarrow$ Kapazität ist größer bei größerer Fläche, kleinem Abstand oder anderem Dielektrikum</li>
</ul>
</div>
<div class=

* Eine Platte ist feststehend, die andere Platte kann drehend bewegt werden * Nur dort, wo die Platten sich überlappen, wirkt der Kondensator * Die Fläche wird durch Drehung verändert $\rightarrow$ Änderung der Kapazität

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<p>Zusammenfassung: Isometrische Strichzeichnung eines offenen Drehkondensators mit ineinandergreifenden Platten und einer herausragenden Antriebswelle zwischen zwei rechteckigen Endplatten.</p>
<p>Details: Zwischen zwei rechteckigen, an den Ecken abgerundeten Endplatten sitzt ein Paket vieler dünner, parallel angeordneter Metallplatten. Ein Teil der Platten ist auf einer zylindrischen Achse in der Mitte befestigt; diese Achse ragt links durch die Frontplatte nach außen. Die übrigen Platten sind fest mit dem Rahmen/den Endplatten verbunden. Beide Plattensätze greifen in gleichmäßigem Abstand abwechselnd ineinander, ohne sich zu berühren. Auf der linken Frontplatte sind zwei runde Öffnungen sichtbar: eine große um die Achse und eine kleinere unten. Die rechte Endplatte erscheint geschlossen. Es sind keine Beschriftungen, Skalen oder Maße vorhanden.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.1.1: Drehkondensator</figcaption></p>
</figure>
</div>
<aside class=

* Spezielle Bauform * Ermöglicht große Kapazität * Nur für Gleichspannung * Polarität muss beachtet werden

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<p>Kurzfassung: Zwei liegende Elektrolytkondensatoren mit Drahtanschlüssen auf einer dunklen, rauen Arbeitsfläche.</p>
<p>Detailbeschreibung: Oben ein größerer, zylindrischer Kondensator mit schwarzem Gehäuse und grauem Ring am unteren Ende; in weißer Schrift steht mehrfach „6200 µF 16 V“, die beiden Anschlussdrähte ragen nach rechts heraus. Darunter ein etwas kleinerer, dunkelgrüner Kondensator mit gelb-goldener Aufschrift „2200 µF 25 V“ und zusätzlichen Markierungen auf einem olivfarbenen Streifen; auch hier führen zwei Drähte nach rechts. Die Oberfläche zeigt Kratzer und Staub, das Licht erzeugt glänzende Reflexe auf den Kondensatoren, die nahezu parallel zueinander liegen.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.1.1: Elektrolytkondensatoren mit Markierung des Minus-Pols</figcaption></p>
</figure>
</div>
</section>
<section></section>
<section><div class=

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U“. Eine Kurve beginnt im Nullpunkt unten links, führt zunächst steil nach oben und nähert sich dann allmählich einem konstanten Wert an.
<ol start= — Abbildung NEA-8.1.1: Ladekurve eines Kondensators

Im Gleichstromkreis lädt der Kondensator sich auf, wirkt dann aber wie ein unendlich großer Widerstand
Bei Wechselstrom wird der Kondensator ständig Auf- und Entladen
Je höher die Frequenz, umso geringer ist der Wechselstromwiderstand des Kondensators

Phase

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<p>Zusammenfassung: Die Grafik zeigt links einen Kreis mit mehreren farbigen Pfeilen und rechts eine graue Sinuskurve U(t) mit Zeitachse sowie darunter Skalen für Drehwinkel φ in Grad und im Bogenmaß.</p>
<p>Details: Links ist ein dünn gezeichneter grauer Kreis mit einem schwarzen Mittelpunkt. Vom Mittelpunkt gehen farbige Pfeile aus: ein gelber Pfeil „A“ zeigt schräg nach oben rechts, ein grüner Pfeil „B“ zeigt nach oben, ein cyanfarbener Pfeil „D“ nach unten, und ein orangefarbener Pfeil „C“ nach links; die Buchstaben „A“, „B“, „C“, „D“ stehen farblich passend neben den Pfeilspitzen. Von der oberen und unteren Kreisposition führen dort ansetzende, punktierte horizontale Linien (grün oben, cyan unten) nach rechts; eine orange punktierte Linie verläuft mittig horizontal nach rechts. Rechts daneben beginnt ein Koordinatensystem mit senkrechter Achse „U“ (Pfeil nach oben) bei t = 0 und einer waagerechten Zeitachse „t“ (beschriftet „Zeit“, Pfeil nach rechts). Auf der Zeitachse sind Markierungen mit Beschriftungen 0, T/4, T/2, 3T/4, T, 5T/4. Eine graue Sinuskurve startet bei t = 0 bei U = 0, steigt zum positiven Maximum nahe T/4, fällt durch 0 bei T/2 zum negativen Minimum nahe 3T/4 und kehrt bei T wieder zu 0 zurück; rechts deutet ein Pfeil die Fortsetzung an. Unter der Zeitachse sind zwei weitere waagerechte Skalen mit Pfeilen nach rechts: „Drehwinkel φ“ mit Teilungen und Beschriftungen 0°, 90°, 180°, 270°, 360°, 450°, sowie darunter „Bogenmaß φ“ mit 0, π/2, π, 3π/2, 2π, 5π/2.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.2.1: Phasenwinkel in Grad und Bogenmaß oder Periodendauerangabe</figcaption></p>
</figure>
</div>
<div class=

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ („0“, danach acht Markierungen nach rechts ohne Beschriftung) und einer vertikalen Achse „U“ (keine Markierungen); zwei Sinuskurven mit gleicher Amplitude um die Nulllinie; Sinuskurve „a“ oberhalb der Nulllinie beginnend mit Maximum bei der ersten Markierung und Minimum bei der fünften Markierung); Sinuskurve „b“ im Nullpunkt beginnend mit Maximum bei der zweiten Markierung und Minimum bei der sechsten Markierung.
<ol start= — Abbildung NEA-8.2.1: Phasenverschiebung zwischen zwei Sinus-Signalen

* Phasenverschiebung beschreibt den zeitlichen Versatz zwischen zwei periodischen Signalen gleicher Frequenz * Sie wird meist in Grad (°) oder Radiant angegeben * Eine Phasenverschiebung von Strom und Spannung kann z. B. durch Bauteile wie Kondensatoren oder Spulen entstehen

Kondensator II

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<ol>
<li>
<p>Zusammenfassung: Ein analoges Oszilloskop zeigt zwei phasenverschobene Sinuskurven auf blauem Raster, daneben sind zahlreiche Drehknöpfe und Tasten der Frontplatte sichtbar.</p>
</li>
<li>
<p>Details: Das Gerät ist frontal zu sehen, links der rechteckige CRT-Bildschirm mit feinem, hellblauem Gitter. Auf dem Schirm verlaufen zwei hellblaue Sinuskurven; die obere ist mit „I“ beschriftet und liegt zeitlich vor der unteren, die mit „U“ markiert ist. Eine horizontale Referenzlinie mit Pfeil nach rechts ist mit „t“ gekennzeichnet. Am unteren Bildschirmrand steht der Text „I eilt U um 90 Grad voraus!“. Rechts vom Bildschirm befindet sich die Bedieneinheit mit einem Schalter „POWER on/off“, Drehknöpfen „X-POS.“ und „Y-POS. I“, Tastenfeldern und einem Bereich „CH. I“. Unten rechts ist eine Eingangsbuchse mit der Beschriftung „INPUT 1 MΩ 25 pF“ zu sehen, unten links mehrere Regler wie „INTEN“, „FOCUS“, „MAG.“, „CAL 0.2V“ sowie ein Feld „COMPONENT TESTER“. Das Gehäuse ist hellgrau, die Bedienelemente sind überwiegend in Grau- und Grüntönen."></p>
<figcaption>Abbildung NEA-8.3.1: Phasenverschiebung am Kondensator zwischen Spannung und Strom</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</left>
<div class=

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<p>Kurzfassung: Diagramm mit drei sinusförmigen Kurven über der Zeit t; eine blaue, eine orange und eine grüne Kurve, zu denen rechts oben eine Legende mit den Beschriftungen „P“, „I“ und „U“ gehört; die grüne Kurve ist zusätzlich halbtransparent schattiert.</p>
<p>Detailbeschreibung: Ein kartesisches Koordinatensystem zeigt eine horizontale Achse mit Pfeil nach rechts und der Beschriftung „t“ sowie eine vertikale Achse mit Pfeil nach oben; es gibt kurze, unbeschriftete Teilstriche, aber keine Zahlenwerte. Rechts oben steht eine Legende: ein kurzer grüner Linienzug mit „P“, ein orangefarbener Linienzug mit „I“ und ein blauer Linienzug mit „U“. Drei glatte Sinuskurven verlaufen über die Breite: Die blaue Kurve hat die größte Amplitude und die längste Wellenlänge; sie startet links nahe bei Null und steigt an. Die orange Kurve hat etwas kleinere Amplitude und eine ähnliche Wellenlänge wie die blaue, ist jedoch phasenverschoben; links befindet sie sich über der Nulllinie und fällt ab, während die blaue steigt. Die grüne Kurve hat die kleinste Amplitude und eine kürzere Wellenlänge (sie schwingt häufiger als die blaue und orange Kurve); die Fläche zwischen der grünen Kurve und der horizontalen Nulllinie ist halbtransparent grün schattiert, sowohl oberhalb als auch unterhalb der Nulllinie, entsprechend dem Vorzeichen der Kurve.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.3.1: Das Produkt von $U \cdot I$ ergibt die grüne Leistungskurve</figcaption></p>
</figure>
</div>
<div class=

Blindwiderstand nimmt keine Wirkenergie auf
Wird deshalb nicht warm
Ein warmer Kondensator bei Hochfrequenz hat einen ohmschen Anteil und sollte ersetzt werden

Kapazitiver Blindwiderstand $X_{\textrm{C}}$

Kondensator wird an Wechselspannung angeschlossen ständig geladen und entladen $\rightarrow$ Wechselstromwiderstand / kapazitiver Blindwiderstand

1. Wenn die Frequenz der Wechselspannung an einem Kondensator erhöht wird, dann fließt mehr Strom; dies bedeutet, der kapazitive Blindwiderstand ist kleiner geworden.

2. Wenn die Kapazität des Kondensators erhöht wird, dann steigt auch der Strom, d.h. der Blindwiderstand wird auch kleiner.

$X_{\textrm{C}} = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}$

gegeben: $C = 10 pF$
gegeben: $f = 100 MHz$
gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100 MHz \cdot 10 pF}\\ &\approx 159 Ω \end{split}$

gegeben: $C = 50 pF$
gegeben: $f = 145 MHz$
gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 145 MHz \cdot 50 pF}\\ &\approx 22 Ω \end{split}$

gegeben: $C = 100 pF$
gegeben: $f = 100 MHz$
gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100 MHz \cdot 100 pF}\\ &\approx 15,9 Ω \end{split}$

gegeben: $C = 100 pF$
gegeben: $f = 435 MHz$
gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 435 MHz \cdot 100 pF}\\ &\approx 3,7 Ω \end{split}$

* gegeben: $U = 16 V$ * gegeben: $I = 32 mA$

* gegeben: $f = 50 Hz$ * gesucht: $C$

$X_{\textrm{C}} = \frac{U}{I} = \frac{16 V}{32 mA} = 500 Ω$

$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} \\ \Rightarrow C &= \frac{1}{\omega \cdot X_{\textrm{C}}} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot X_{\textrm{C}}}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 50 Hz \cdot 500 Ω}\\ &\approx 6,37 µF\end{split}$

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<ol>
<li>
<p>Kurzfassung: Schemazeichnung eines realen Kondensators mit parallel geschaltetem Isolationswiderstand sowie in Serie angeordnetem Widerstand und einer Induktivität, begleitet von erklärendem Text.</p>
</li>
<li>
<p>Detaillierte Beschreibung: Auf weißem Hintergrund steht oben groß „Ersatzschaltbild eines realen Kondensators!“. Rechts daneben/ darunter steht in Klammern „(Equivalent Series Resistance)“, wobei „ESR“ farblich hervorgehoben und wellig unterstrichen ist. Links zeigt ein Schaltbild zwei Anschlussklemmen mit einem Kondensatorsymbol „C“, parallel dazu ein Widerstand mit der Beschriftung „Risol“; dieser Teil ist mit einem roten Kreis markiert. Rechts davon sind in Serie ein Widerstand „RESR“ und eine Spule „LESL“ angeordnet; dieser Teil ist mit einem blauen Kreis markiert. Unten rechts erscheint roter Text: „Ideal: tan δ = 0 bei ESR = 0 Ω!“. Alle Schaltlinien und Bauteilsymbole sind schwarz."></p>
<figcaption>Abbildung NEA-8.3.1: Ersatzschaltbild eines realen Kondensators mit einem seriellen Verlustwiderstand (ESR).</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</div>
<div class=

Spule I

* Jeder stromdurchflossene Leiter hat eine Induktivität * Um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld * In einem Leiter entsteht ein Strom, wenn dieser durch ein Magnetfeld bewegt wird

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<p>Ein schwarzer Pfeil verläuft diagonal von links unten nach rechts oben. Um den Pfeil sind grüne ovale Linien, die ihn konzentrisch umschließen. An den Linien befinden sich kleine grüne Pfeile, die die Richtung andeuten. Neben dem schwarzen Pfeil steht der Buchstabe "I", neben einer der grünen Linien der Buchstabe "H".">
<figcaption>Abbildung NEA-8.4.1: Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter</figcaption></p>
</figure>
</div>
</section>
<section><h2>Spule und Induktivität</h2>
<ul>
<li>Eine Spule optimiert die Induktivität eines Leiters</li>
<li>Wichtigste Eigenschaft der Spule: Energie speichern</li>
</ul>
<p>$L = \dfrac{N\cdot \Phi}{I}$</p>
<ul>
<li>mit $N$ Anzahl Windungen und $\Phi$ als magnetischer Fluss</li>
<li>Einheit: $Vs/A$ bzw. Henry $\henry$</li>
<li>Die Induktivität ist der magnetische Fluss pro Ampere</li>
</ul>
<aside class=

Induktivität durch Bauart

* Die Induktivität einer Ringspule kann durch die Bauart erreicht werden

$L = \dfrac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot N^2 \cdot A_S}{l}$

$\rightarrow$ Induktivität ist größer bei größerem Querschnitt, anderem Kern oder kleinerer Länge
$\rightarrow$ Induktivität ist viel größer bei höherer Windungszahl

* $\mu_0 = 1,2566e-6 \henry/m$: magnetische Feldkonstante * $\mu_r$: relative Permeabilität, abhängig vom Spulenkern (Luft $\approx 1$) * $N$: Windungszahl * $A_S$: Querschnittsfläche der Spule * $l$: Länge der Spule bzw. mittlere Feldlinienlänge

* Strom braucht länger durch die Spule * Erst leuchtet Lampe$_1$ * Später leuchtet Lampe$_2$

1) Kurzbeschreibung: Reihenschaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit Spannungsquelle links, oben im horizontalen Leiter ein Schalter, im vertikalen Leiter in der Mitte ein verstellbarer Widerstand und eine Lampe und parallel dazu in einem vertikalen Leiter rechts eine Spule und eine zweite Lampe. Beide Lampen sind im unteren, horizontalen Teil mit der Spannungsquelle verbunden.
<ol start= — Abbildung NEA-8.4.1: Stromkreis mit Spule

* Eine Spule wird an Gleichspannung angeschlossen * Die Spannung nimmt steil ab und gleicht sich mit der Zeit 0 an

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U“. Eine Kurve beginnt oben links, führt zunächst steil nach unten und nähert sich dann allmählich der „t“-Achse an.
<ol start= — Abbildung NEA-8.4.1: Zeitlicher Verlauf einer Gleichspannung über eine Spule

Im Gleichstromkreis wirkt eine Spule erst wie ein unendlich großer Widerstand, wird dann aber nach dem Einschaltvorgang so groß wie der Widerstand des Leiters
Bei Wechselstrom wird das Magnetfeld in der Spule ständig umgepolt
Dadurch entsteht eine Selbstinduktionsspannung, die entgegengerichtet ist und stört
Je höher die Frequenz, umso höher ist der Wechselstromwiderstand der Spule

Spule II

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<ol>
<li>
<p>Kurze Zusammenfassung:
Ein analoges Oszilloskop zeigt auf einem blauen Gitter zwei phasenverschobene Sinuskurven mit den Beschriftungen „U“ und „I“, daneben sind diverse Bedienelemente und ein BNC‑Eingang sichtbar.</p>
</li>
<li>
<p>Detaillierte Beschreibung:
Das Gerät ist beige/grau, links die rechteckige Bildröhre mit blauem Graticule. Auf dem Schirm verlaufen zwei helle, cyanfarbene Sinuskurven mit gleicher Amplitude; über den Kurven stehen die Buchstaben „U“ (links) und „I“ (rechts). Eine schwarze horizontale Linie mit Pfeil nach rechts trägt die Beschriftung „t“. Unterhalb des Bildschirms steht in kleiner Schrift „U eilt I um 90 Grad voraus!“. Rechts neben dem Schirm befindet sich ein Bedienfeld mit Drehknöpfen, Schaltern und Tastern; gut lesbar sind u. a. „Y-POS. I“, „CH.1“ mit einem Kippschalter „AC / GD / DC“, sowie unten ein Anschlussfeld „INPUT 1 MΩ 25 pF“ mit BNC-Buchse. Unter dem Schirm sind weitere Regler mit Beschriftungen wie „FOCUS“, „INTEN“, „CAL 0.2V / 2V“ und ein Bereich „COMPONENT TESTER“. Die Front enthält mehrere Skalenringe, Kippschalter und farbige Tasten, insgesamt deutet alles auf ein klassisches, analoges Messgerät."></p>
<figcaption>Abbildung NEA-8.5.1: Phasenverschiebung an einer Spule zwischen Spannung und Strom</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</left>
<div class=

Übertrager II

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<p>Kurzbeschreibung: Ein Transformator mit zwei Wicklungen und seitlichen Anschlussleisten, von oben auf weißem Hintergrund fotografiert.</p>
<p>Detaillierte Beschreibung: Das Gerät besteht aus einem rechteckigen Blechkern mit zwei nebeneinander liegenden Spulenkörpern, die mit blaugrünem Isoliermaterial umwickelt sind. Auf der oberen Spule klebt mittig ein gelber Streifen, auf der unteren Spule ein hellblaues Etikett mit der Aufschrift „Trafo SU 60 b“ und „Material-Nr. 31-024“. An beiden Stirnseiten befinden sich helle Kunststoffträger mit Reihen von metallischen Lötfahnen; daran sind feine, lackierte Kupferdrähte angeschlossen, teils mit sichtbaren Lötstellen und leichten Anlaufspuren. Links führen zwei rote flexible Leitungen zu einer Anschlussseite; daneben ist ein kleines blaues zylindrisches Element zu sehen. Unten sind Montagewinkel mit Schrauben erkennbar. Der Hintergrund ist einheitlich weiß, das Foto zeigt das Bauteil leicht von oben.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.7.1: Trafo mit sichtbar getrennten Wicklungen</figcaption></p>
</figure>
</div>
<div class=

Das Verhältnis der Windungen zwischen Primär- und Sekundärseite ist wie das Verhältnis der Spannung zwischen Primär- zu Sekundärseite, aber wie das Verhältnis der Ströme zwischen Sekundär- zu Primärseite:

$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P}$

Das Verhältnis der Primär- zur Sekundärimpedanz ist wie die obigen Verhältnisse zum Quadrat:

$ü^2 = \frac{Z_P}{Z_S} = \left(\frac{N_P}{N_S}\right)^2 = \left(\frac{U_P}{U_S}\right)^2 = \left(\frac{I_S}{I_P}\right)^2$

Oder nach ziehen der Wurzel:

$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P} = \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}}$

gegeben: $U_P = 230 V$
gegeben: $U_S = 6 V$
gegeben: $I_S = 1,15 A$
gesucht: $I_P$

$\begin{split} \frac{U_P}{U_S} &= \frac{I_S}{I_P} \\ \Rightarrow I_P &= \frac{I_S \cdot U_S}{U_P} = \frac{1,15 A \cdot 6 V}{230 V} \\ &= 30 mA \end{split}$

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<p>Ein Schaltplan zeigt eine Anordnung elektrischer Bauteile. Links verläuft eine Leitung mit 50 Ohm, gefolgt von einer Spule, die als MWS beschriftet ist. Eine weitere Spule und ein Kondensator sind parallel angeordnet. Rechts ist eine größere Spule abgebildet, deren Umwicklungsverhältnis mit "ü = 1 : 7" angegeben ist. Darüber steht ein Abstand, der mit "0,05·λ" markiert ist. Oben ist ein Pfeil mit der Beschriftung "≈ λ/2" dargestellt, der sich über der großen Spule erstreckt.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.7.1: Anpassung von $2450 Ω$ an $50 Ω$ mit einem Übertrager mit einem Windungsverhältnis von 1 zu 7</figcaption></p>
</figure>
</div>
<div class= — Abbildung NEA-8.7.2: Beispiel für einen Unun-Übertrager mit einem Windungsverhältnis von 2 zu 14, wobei die Primärseite und Sekundärseite zusammen bifilar (verdrillt) gewickelt sind

TODO — Abbildung NEA-8.7.2: Beispiel für einen Unun-Übertrager mit einem Windungsverhältnis von 2 zu 14, wobei die Primärseite und Sekundärseite zusammen bifilar (verdrillt) gewickelt sind

gegeben: $Z_P = 50 Ω$
gegeben: $Z_S = 2,5 kΩ$
gesucht: $ü$

$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{50 Ω}{2,5 kΩ}} \\ &= \sqrt{\frac{1}{50}} \approx \frac{1}{7} \end{split}$

gegeben: $Z_S = 16 kΩ$
gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
gesucht: $Z_P$

$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 16 kΩ \\ &= \frac{16 kΩ}{16} = 1 kΩ \end{split}$

gegeben: $Z_S = 6,4 kΩ$
gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
gesucht: $Z_P$

$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 6,4 kΩ \\ &= \frac{6,4 kΩ}{16} = 0,4 kΩ \end{split}$

gegeben: $Z_P = 450 Ω$
gegeben: $Z_S = 50 Ω$
gesucht: $ü$

$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{450 Ω}{50 Ω}} \\ &= \sqrt{\frac{9}{1}} = \frac{3}{1} \end{split}$

* Leitung darf nicht zu warm werden * Sonst schmilzt die Isolation * Oder der Leiter glüht * $\rightarrow$ zulässige Stromdichte in Stromstärke bezogen auf den Leiterquerschnitt

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<p>Kurzfassung: Offenes, graues Kunststoffgehäuse mit einem orange umwickelten ringförmigen Kern und zwei schwarzen Anschlüssen an der Unterseite.</p>
<p>Detaillierte Beschreibung: Das quadratische Gehäuse ist von oben auf weißem Hintergrund fotografiert und zeigt innen einen großen, dunkelgrauen Ringkern, der eng mit einem orangefarbenen Draht spiralförmig bewickelt ist. Der Ringkern ist mittig mit einer Schraube und Mutter fixiert; die Drahtenden führen zur Mitte und sind an dortigen Lötpunkten befestigt, ein kleiner Kabelbinder hält eine Drahtschlaufe. Links und rechts im Gehäuseinneren sind Metallschrauben mit Lötösen zu sehen, außerdem Kleber- oder Lötspuren sowie leichte Verschmutzungen und Kratzer. An den Innenwänden sind handschriftliche Markierungen in Grün und Blau, darunter „1:7“ und eine kleine Skizze. Die Ecken haben Schraublöcher mit Messinggewinden. Unten am Gehäuse ragen zwei gerändelte, schwarze Anschlüsse nach außen.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.7.1: HF-Übertrager (BALUN), der bei zu viel Leistung schmelzen kann</figcaption></p>
</figure>
</div>
</div>
<aside class=

nach VDE

Frei verlegte Leiter aus Kupfer: $\frac{12 A}{0,75 mm\squared}$
Schmelzsicherungen: bis zu $3000 A/mm\squared$
Transformatoren: $2,5 A/mm\squared$ (schlechte Wärmeabstrahlung der Wicklungen)

gegeben: $d = 0,5 mm$
gegeben: Stromdichte $\frac{I}{A} = \frac{2,5 A}{1 mm\squared}$
gesucht: $I_{\mathrm{max}}$

$A_{Dr} = \frac{d^2 \cdot \pi}{4} = \frac{(0,5 mm)^2 \cdot \pi}{4} \approx 0,196 mm\squared$

$I_{\mathrm{max}} = \frac{I}{A} \cdot A_{Dr} = \frac{2,5 A}{1 mm\squared} \cdot 0,196 mm\squared = 0,49 A$

Diode I

* Eine Diode lässt den Stromfluss nur in eine Richtung durch * In die andere Richtung wirkt sie wie ein hoher Widerstand * Dioden werden u.a. zur Gleichrichtung von Wechselspannung eingesetzt

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<p>Das Bild zeigt vier LED-Komponenten unterschiedlicher Größe und Farbe: eine winzige SMD-LED, eine kleine grüne LED, eine mittelgroße gelbe LED und eine große rote LED. Links oben ist ein Schaltsymbol einer Diode mit Pfeil und Text "D" abgebildet. Horizontale und vertikale Linien messen Abstände mit Beschriftungen "1 cm" und "3 mm". Am oberen Rand stehen die Begriffe "Rot", "Gelb" und "Grün"; unten rechts "10 mm".">
<figcaption>Abbildung NEA-8.8.1: Diverse LED in verschiedenen Bauformen und Farben</figcaption></p>
</figure>
</div>
<aside class=

* Damit eine Diode in Durchlassrichtung leitet, muss eine bestimmte Spannung – die Schwellenspannung oder Durchlassspannung – überschritten werden * Je nach Basis des chemischen Elements ist die Schwellenspannung unterschiedlich hoch

* Germanium: $0,2-0,4 V$ * Silizium: $0,6-0,8 V$ * LED (Rot): $1,6-2,2 V$ * LED (Gelb, Grün): $1,9-2,5 V$ * LED (Blau, Weiß): $2,7-3,5 V$

Erlaubt eine hohe Schaltfrequenz
Nur eine sehr niedrige Schwellenspannung von $0,4 V$ bis unter $0,1 V$ ist nötig

* Eine Diode leitet immer dann, wenn die Spannung an der Anode um die Schwellenspannung positiver ist als an der Kathode * Gilt auch für negative Spannungen * In der Prüfung kommen nur Siliziumdioden mit $0,7 V$ Schwellenspannung vor

1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit dem Schaltzeichen für eine Diode (nach links zeigendes Dreieck mit einer vertikalen Linie an der Dreiecksspitze). Links der horizontalen Linie steht „0,6 V“, rechts davon „1,3 V“.
<ol start= — Abbildung NEA-8.8.1: Spannungen an einer leitenden Siliziumdiode

* Eine LED dient als Leuchtanzeige

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung; im oberen horizontalen Leiter links Anschlusspunkt, rechts davon Schaltzeichen für einen Widerstand, anschließend vertikaler Leiter mit Schaltzeichen für eine Leuchtdiode; darunter unterer horizontaler Leiter mit Anschlusspunkt links.
<ol start= — Abbildung NEA-8.8.1: LED mit Vorwiderstand

* Da die LED selbst kaum einen Widerstand hat, würde sie bei einem direkten Anschluss an eine Spannungsquelle wie ein Kurzschluss wirken * Mit einem Vorwiderstand wird der Durchlassstrom begrenzt

$U_q$: Spannungsquelle
$U_{\mathrm{LED}}$: Schwellenspannung LED
$I_D$: Durchlassstrom

* Normalerweise liegt die maximale Sperrspannung einer Diode bei ca. $1000 V$ * Bei Z-Dioden erfolgt ein Spannungsdurchbruch je nach Bauart zwischen $3 V$ und $100 V$ * Dienen zur Spannungsstabilisierung

1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit einem Schaltzeichen aus einem nach rechts zeigenden Dreieck in der Mitte und einer kurzen vertikalen Linie an der Dreiecksspitze. Die Linie hat am oberen Ende einen nach links zeigenden, kurzen Strich.
<ol start= — Abbildung NEA-8.8.1: Schaltzeichen Z-Diode

* Z-Dioden werden mit Vorwiderstand in Sperrrichtung betrieben

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit einem Widerstand im oberen Leiter und einer Zener-Diode in einem vertikalen Abzweig zwischen oberem und unterem Leiter sowie je zwei Anschlussklemmen links und rechts.
<ol start= — Abbildung NEA-8.8.1: Z-Diode korrekt in Sperrichtung eingesetzt

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan mit zwei parallelen horizontalen Leitern; der obere mit einem Schaltzeichen für einen Widerstand „R_V“. Rechts des Widerstands zweigt ein vertikaler Leiter mit einem Schaltzeichen für eine Zener-Diode (Z-Diode) ab. In diesem Leiter oberhalb der Z-Diode Beschriftung „I_Z“ mit Pfeil nach unten. Dieser Leiter führt auf den unteren horizontalen Leiter. Oberer horizontaler Leiter mit Anschlusspunkten links „+13,8 V“ und rechts „+5 V“. Unterer horizontaler Leiter mit Anschlusspunkten links „0 V“ und rechts ohne Beschriftung. Im linken Teil der Abbildung ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_1“, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_Z“.
<ol start= — Abbildung NEA-8.8.1: Z-Diode zur Spannungsstabilisierung

* $U_Z$ ist die Spannung, auf die die Z-Diode stabilisiert * $U_V = U_1 - U_Z = 13,8 V - 5 V = 8,8 V$ * $R_V = \frac{U_V}{I} = \frac{8,8 V}{30 mA} \approx 293 Ω$

Transistor I

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen: * Mittels eines Steuerkanals wird der Durchfluss eines Wehrs geregelt * Fließt kein Wasser im Steuerkanal ist das Wehr geschlossen

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<ol>
<li>
<p>Kurzzusammenfassung: Isometrische Zeichnung eines länglichen, halbrund geöffneten Kanals mit einer drehbaren, halbkreisförmigen Platte an einer Querachse und einer rechteckigen, blau gefüllten Abdeckung auf der rechten Seite.</p>
</li>
<li>
<p>Detailbeschreibung: Das Bild zeigt einen langen, trogförmigen Körper mit halbkreisförmigem Querschnitt und nach außen gerollten oberen Rändern; die linke Hälfte ist weiß dargestellt, die rechte Hälfte ist oben durch eine rechteckige Fläche vollständig abgedeckt und flächig blau eingefärbt. Etwa im Übergang zwischen linker und rechter Bildhälfte verläuft eine horizontale Achse quer über den Trog, die an zwei kleinen blockartigen Lagern auf einem Bügel/Steg gelagert ist; oben auf der Achse sitzt ein kleiner zylindrischer Körper. An der Achse ist eine dünne Stange befestigt, die nach rechts unten führt und eine halbkreisförmige Platte hält, deren gekrümmter Rand der Innenkontur des Trogs folgt; der gerade Rand der Platte steht annähernd vertikal. Links der Achse sind zwei schmale, parallele Schienen oder Leisten sichtbar, die über den Trog führen. Die blaue rechteckige Fläche liegt rahmenartig auf den oberen Rändern des Trogs auf und deckt den rechten Teil vollständig ab. Es gibt keine Beschriftungen, Skalen oder Textangaben; Konturen sind schwarz, die Fläche rechts ist blau, der Rest ist weiß."></p>
<figcaption>Abbildung NEA-8.11.1: Steuerkanal schließt Wehr komplett</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</div>
</section>
<section><h2>Von der Diode zum Transistor</h2>
<div class=

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<ol>
<li>
<p>Kurze Zusammenfassung: Isometrische Zeichnung eines offenen, halbrunden Kanals mit blau dargestelltem Wasser und einer quer montierten Mechanik mit löffelförmigem Bauteil im Wasser; links oben ein kleiner seitlicher Zulauf.</p>
</li>
<li>
<p>Detaillierte Beschreibung: Ein U‑förmiger, nach rechts verlaufender offener Kanal ist bis über die Hälfte mit Blau ausgefüllt; am linken Schnittende ist die Wasserfüllung dunkler schattiert. Die Kanalränder sind als nach außen gebördelte Kanten gezeichnet. Links oben mündet ein schmaler, rechteckiger Nebenkanal mit ebenfalls blauem Wasser auf den Hauptkanal zu. Auf der linken Kanalwand ist eine Halterung mit Band-/Schellenbefestigung montiert; darauf sitzen ein kleiner Zylinder sowie ein Gelenkblock, aus dem ein gerader Hebelarm über die Wasseroberfläche ragt. Am Ende des Hebelarms hängt ein löffel- bzw. schaufelförmiges Element, das in das Wasser eintaucht. Unter diesem Element sind zwei halbkreisförmige, nach oben gewölbte Einbauten im Kanalboden zu sehen. Es sind keine Achsen, Maße oder Textbeschriftungen vorhanden."></p>
<figcaption>Abbildung NEA-8.11.1: Steuerkanal öffnet Wehr halb</figcaption>
</li>
</ol>
</figure>
</div>
</section>
<section><h2>Von der Diode zum Transistor</h2>
<div class=

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<p>Kurz: Isometrische Zeichnung einer langen, halbrunden Rinne mit blau markierter Innenfläche und einer darüber an einem Gelenk befestigten, löffelförmigen Klappe.</p>
<p>Detail: Die Rinne verläuft diagonal von links unten nach rechts oben; am linken Ende ist der halbrunde Querschnitt sichtbar, innen dunkelblau schattiert, die restliche Innenfläche ist hellblau eingefärbt. Die oberen Kanten der Rinne sind nach außen eingerollt. Entlang der linken oberen Rinnenkante befindet sich eine querliegende Trägerleiste mit einer kleinen, rechteckigen Halterung und einem zylindrischen Lager. Daran ist ein dünner Arm befestigt, der eine weiße, tropfen- bis löffelförmige Klappe trägt; diese hängt über der blauen Innenfläche der Rinne und ist nahe der oberen Kante mit einem kleinen Gelenkpunkt verbunden. Auf der rechten Seite setzt sich die Rinne perspektivisch fort; es sind keine Skalen, Texte oder Beschriftungen zu sehen.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.11.1: Steuerkanal öffnet Wehr komplett</figcaption></p>
</figure>
</div>
</section>
<section><div class=

1) Kurzbeschreibung: Schaltzeichen mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts.
<ol start= — Abbildung NEA-8.11.1: Schaltbild NPN-Transistor

Die Ansteuerung kann so eingestellt werden, dass der Transistor sperrt oder voll durchsteuert, dann spricht man von einem Schalttransistor.
Die Ansteuerung kann so eingestellt werden, dass der Transistor stufenlos gesteuert wird, dann spricht man von einem Verstärker.

Je Art des bipolaren Transistor hat man verschiedene Polaritäten.

Bei einem NPN-Transistor benötigt man zum Durchschalten eine positive Steuerspannung.
Bei einem PNP-Transistor benötigt man zum Durchschalten eine negative Steuerspannung.

Die Steuerspannung liegt wie bei einer Siliziumdiode bei etwa $0,6 V$.

Wann schaltet der NPN Transistor durch?

Ist die Basis-Emitter-Spannung ausreichend und liegt sie im positiven Potential vor? Hier muss man auf die Vorzeichen achten und bei negativen Vorzeichen umdenken, Beispiele:

Basis $+2 V$ und Emitter $+1,4 V \rightarrow$ Die Basis-Emitter-Spannung ist positiv und beträgt $+0,6 V$
Basis $-5,6 V$ und Emitter $-6,2 V \rightarrow$ Die Basis-Emitter-Spannung ist positiv und beträgt $+0,6 V$

$U_{ BE } = U_{ B } - U_{ E }$

Wann schaltet der PNP Transistor durch?

Ist die Basis-Emitter-Spannung ausreichend und liegt sie im negativen Potential vor? Hier muss man auf die Vorzeichen achten und bei negativen Vorzeichen umdenken, Beispiele:

Basis $+5,6 V$ und Emitter $+6,2 V \rightarrow$ Die Basis-Emitter-Spannung ist negativ und beträgt $-0,6 V$
Basis $-2 V$ und Emitter $-1,4 V \rightarrow$ Die Basis-Emitter-Spannung ist negativ und beträgt $-0,6 V$

$U_{ BE } = U_{ B } - U_{ E }$

Die bisher behandelten Transistoren nennt man Bipolare Transistoren. Sie sind die Art der Transistoren, die in den 50er Jahren eine technische Revolution einläuteten und die Elektronenröhre ablösten. Im Gegensatz zu den stromgesteuerten Bipolartransistoren sind Feldeffekttransistoren (FET) spannungsgesteuert, es fließt also kein Steuerstrom in ihn hinein. Mit diesen werden wir uns im Klasse A Kurs intensiver auseinandersetzen.

Transistor II

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<p>Kurzfassung: Zwei nebeneinander stehende Transistorsymbole im Kreis, links mit der Beschriftung „NPN“, rechts „PNP“, jeweils mit den Anschlussbuchstaben „B“, „C“ und „E“.</p>
<p>Detailbeschreibung: Auf weißem Hintergrund sind zwei identische Kreis-Symbole mit Transistordarstellungen gezeigt, links das Symbol mit der darunter stehenden Beschriftung „NPN“, rechts das Symbol mit „PNP“. Bei beiden Symbolen ist links am Kreis ein horizontaler Anschluss mit der Buchstabenbeschriftung „B“, oben ein kurzer senkrechter Anschluss mit „C“ und unten ein kurzer senkrechter Anschluss mit „E“ (die Buchstaben „B“, „C“ und „E“ sind hellgrau dargestellt). Im Inneren beider Kreise verläuft eine kurze senkrechte Linie vom linken Rand (Basis) nach innen; von dieser Linie zweigt oben eine schräge Leitung zum oberen Anschluss (Kollektor) ab und unten eine schräge Leitung zum unteren Anschluss (Emitter). Beim linken Symbol („NPN“) befindet sich am unteren schrägen Zweig ein Pfeil, der vom inneren Knoten in Richtung des unteren Anschlusses „E“ zeigt (nach außen). Beim rechten Symbol („PNP“) zeigt der Pfeil am unteren schrägen Zweig in die entgegengesetzte Richtung, also vom unteren Anschluss „E“ zum inneren Knoten (nach innen). Zwischen den beiden Symbolen ist ein deutlicher horizontaler Abstand.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.12.1: Schaltbild eines npn- und pnp-Bipolartransistors mit Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E)</figcaption></p>
</figure>
<ul>
<li>Drei Halbleiterzonen</li>
<li>Abwechselnd n- und p-dotiert</li>
<li>npn-Transistor und pnp-Transistor</li>
</ul>
</section>
<section></section>
<section></section>
<section><ul>
<li>Basis-Emitter-Spannung $U_{\textrm{BE}}$ steuert Kollektorstrom $I_{\textrm{C}}$ exponentiell</li>
<li>Beim Bipolartransistor fließt immer ein exponentiell von $U_{\textrm{BE}}$ abhängiger Basisstrom $I_{\textrm{B}}$</li>
<li>Faktor $B$ ist der <em>Stromverstärkungsfaktor</em> des Transistors</li>
<li>Liegt bei ca. 20 bis 500</li>
</ul>
<div class=

Signifikanter Kollektorstrom fließt
Basis-Emitter-Diode in Durchlassrichtung
Kollektor-Basis-Diode sperrt, damit keine Ladungsträger aus dem Kollektor in die Basis gelangen

Die Größe von $R_1$ stellt den Basisstrom $I_B$ ein
$I_B$ ist um 298 kleiner als $I_C$
Für die Spannung an $R_1$ muss der Transistorverlust abgezogen werden

gegeben: $I_{\textrm{C}} = 5 mA$
gegeben: $B = 298$
gegeben: $U_{\textrm{BE}} = 0,6 V$
gesucht: $R_1$

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{5 mA}{298} = 16,779 µA$

$R_1 = \frac{U-U_{\textrm{BE}}}{I_{\textrm{B}}} = \frac{12 V - 0,6 V}{16,779 µA} \approx 680 kΩ$

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<p>Schaltplan mit einem Transistor in der Mitte, markiert mit einem Pfeil für den Strom IC. Links davon befinden sich zwei vertikale Widerstände, R1 und R2, sowie ein horizontaler Kondensator C1. Rechts oben vom Transistor ist ein weiterer Widerstand RC und rechts daneben ein Kondensator C2. Eine Spannungsquelle ist oben links eingezeichnet und zeigt positive und negative Anschlüsse. Ein Pfeil zeigt 0,6 V an einem Punkt zwischen R2 und dem Transistor.">
<figcaption>Abbildung NEA-8.12.1: Transistorschaltung mit Basisspannungsteiler</figcaption></p>
</figure>
</div>
<div class=

Lösungsweg

* gegeben: $U = 10 V$ * gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2 mA$ * gegeben: $B = 200$

* gegeben: $U_{\textrm{R2}} = 0,6 V$ * gegeben: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$ * gesucht: $R_1$

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{2 mA}{200} = 10 µA$

$U_{\textrm{R1}} = U - U_{\textrm{R2}} = 10 V - 0,6 V = 9,4 V$

$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = 110 µA$

$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{9,4 V}{110 µA} \approx 85,5 kΩ$

$U_{\textrm{R2}}$ ist gleich groß wie $U_{\textrm{BE}} + U_{\textrm{RE}}$
Kollektorstrom wird vor allem durch $R_{\textrm{E}}$ festgelegt
Sehr stabile Schaltung

* gegeben: $U = 10 V$ * gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2 mA$ * gegeben: $B = 200$

* gegeben: $U_{\textrm{BE}} = 0,6 V$ * gegeben: $U_{\textrm{RE}} = 1 V$ * gegeben: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$

* gesucht: $R_1$

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{2 mA}{200} = 10 µA$

$U_{\textrm{R2}} = U_{\textrm{BE}} + U_{R_{\textrm{E}}} = 0,6 V + 1 V = 1,6 V$

$U_{\textrm{R1}} = U - U_{\textrm{R2}} = 10 V - 1,6 V = 8,4 V$

$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = 110 µA$

$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{8,4 V}{110 µA} \approx 76,4 kΩ$

Kein Strom durch $R_1 \rightarrow$ keine Spannung über $R_2$
Basis liegt auf Massepotential $\rightarrow$ Transistor ist stromlos
Kein Spannungsabfall an $R_{\textrm{C}} \rightarrow$ Kollektorpotential steigt auf Betriebsspannung

$R_2$ ist stromlos $\rightarrow$ Basis ist über $R_1$ ist mit der Betriebsspannung verbunden
Aufgrund der Dimensionierung ist der Basisstrom nun 11-fach höher als geplant
Kollektorstrom wird stark ansteigen $\rightarrow$ Spannungsabfall an $R_{\textrm{C}}$ steigt stark
$U_{\textrm{CE}}$ sinkt auf den Sättigungswert von ca. $0,1 V$

1) Kurzbeschreibung: Zwei Schaltzeichen („1“ und „2“), jeweils mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts; linker Anschluss beim linken Schaltzeichen mit Pfeil nach rechts, beim rechten Schaltzeichen mit Pfeil nach links.
<ol start= — Abbildung NEA-8.12.1: Schaltbilder für Feldeffekttransistoren

Anderer Aufbau
Es besteht ein Halbleiterkanal
Der Stromfluss wird über ein elektrisches Feld gesteuert
Dadurch spannungsgesteuert

Source Quelle für die Ladungsträger im Kanal
Drain Abfluss der Ladungsträger im Kanal
Gate steuert den Fluss der Ladungsträger im Kanal

selbstleitend: Ohne Gate-Source-Spannung ist der FET leitend
selbstsperrend: Ohne Gate-Source-Spannung ist der FET sperrend
n-Kanal-FET: Strom im Kanal wird von Elektronen getragen
p-Kanal-FET: Strom im Kanal wird von Löchern getragen
Sperrschicht-FET: Gate ist eine Diode
Isolierschicht-FET: Gate ist eine Kondensator-Struktur (z.B. MOSFET)

1) Kurzbeschreibung: Schaltzeichen mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts sowie einem Pfeil nach rechts.
<ol start= — Abbildung NEA-8.12.1: Selbstleitender p-Kanal MOSFET

1) Kurzbeschreibung: Schaltzeichen mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts sowie einem Pfeil zur Mitte.
<ol start= — Abbildung NEA-8.12.2: Selbstsperrender n-Kanal MOSFET

* *selbstleitend*/*selbstsperrend*: Gate durchgehend/gestrichelt * *p-*/*n-Kanal*: Pfeil zeigt weg vom/hin zum Kanal * *Isolierschicht* (MOSFET): Gate und Kanal als Kondensator

* gegeben: $U_{\textrm{B}} = 44 V$ * gegeben: $R_1 = 10 kΩ$ * gegeben: $R_2 = 1 kΩ$ * gegeben: $R_3 = 2,2 kΩ$ * gesucht: $U_{\textrm{GS}}$ * Ansatz: Unbelasteter Spannungsteiler über $R_1$ und $R_2$, mit $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}}$

$\begin{split} \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2}\\ \Rightarrow U_{\textrm{R2}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2} \cdot U_{\textrm{B}}\\ &= \frac{1 kΩ}{10 kΩ+1 kΩ} \cdot 44 V\\ &= \frac{1}{11} \cdot 44 V = 4 V \end{split}$

* gegeben: $U_{\textrm{B}} = 44 V$ * gegeben: $R_1 = 10 kΩ$ * gegeben: $R_3 = 2,2 kΩ$ * gegeben: $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}} = 2,8 V$ * gegeben: $U_{\textrm{B}} = U_{\textrm{R1}} + U_{\textrm{R2}}$ * gesucht: $R_2$

$\begin{split} \frac{U_{\textrm{R1}}}{U_{\textrm{R2}}} &= \frac{R_1}{R_2}\\ \Rightarrow R_2 &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{R1}}}\\ &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}-U_{\textrm{GS}}}\\ &= 10 kΩ \cdot \frac{2,8 V}{44 V-2,8 V}\\ &\approx 680 Ω \end{split}$

gegeben: $R_{\textrm{DSon}} = 4 mΩ$
gegeben: $I = 25 A$
gesucht: $P$

$P = I^2 \cdot R = (25 A)^2 \cdot 4 mΩ = 2,5 W$

Relais wird über einen in Serie geschalteten Bipolartransistor betrieben
Transistor schaltet ein $\rightarrow$ Strom fließt durch die Relaisspule
Transistor schaltet ab $\rightarrow$ Strom in der Spule induziert negative Spannung am Transistor
Kann zur Zerstörung des Transistors führen
Verhindern: Freilaufdiode parallel zum Relais in Sperrichtung verbauen
Induktionsspannung wird auf Diodenspannung begrenzt

Bauelemente

Kondensator I

Kapazität durch Bauart

Phase

Kondensator II

Kapazitiver Blindwiderstand $X_{\textrm{C}}$

Spule I

Induktivität durch Bauart

Spule II

Induktiver Blindwiderstand $X_{\textrm{L}}$

Übertrager I

Übertrager II

Diode I

Halbleiter II

Kombination

Das folgende Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Halbleiterdiode. Wie entsteht die Sperrschicht?

pn-Diode in Durchlassrichtung

Diode II

Das folgende Signal wird als $U_1$ an den Eingang der Schaltung mit Siliziumdioden gelegt. Wie sieht das zugehörige Ausgangssignal $U_2$ aus?

Das folgende Signal wird als $U_1$ an den Eingang der Schaltung mit Germaniumdioden gelegt. Wie sieht das zugehörige Ausgangssignal $U_2$ aus?