Grundlagen der Elektronik

1. Grundlagen der Elektronik von Rainer Ultsch

2. Ein Stoff ist elektrisch leitend, wenn er frei bewegliche geladene Teilchen enthält

3. Das Eisenatom (Elementarzelle) Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen Auf den verschiedenen Hüllen kreisen die Elektronen

4. Grundbegriffe • Elektrische Spannung • Elektrische Stromstärke • Elektrischer Widerstand • Elektrische Leistung • Elektrischer Leitwert

5. Spannung • Formelzeichen U (urgere = drücken) • Einheit Volt (V) • Die Spannung ist die Kraft, die in einer Stromquelle steckt

6. Stromstärke • Formelzeichen I • Einheit Ampere (A) • Ist die Menge an Elektronen, die bewegt werden1 A = 6,24150948 * 10 18 Elektronen/Sekunde

7. Widerstand • Formelzeichen R • Einheit Ohm ( ) • Der Widerstand ist die Kraft, die dem Elektronenstrom entgegen wirkt.

8. Widerstandsbestimmung (4 Ringe) bei Kohleschichtwiderständen

9. Widerstandsbestimmung (5 Ringe) bei Metallschichtwiderständen

10. Leistung • Formelzeichen P • Einheit Watt ( W ) • Ist die Energie je Zeit

11. Leitwert • Formelzeichen G • Einheit Siemens ( S ) • Der Leitwert ist der Kehrwert des Widerstandes

12. Wirkung des elektrischen Stroms • Elektrischer Strom ist eine Wanderung von negativ geladenen Elektronen von einem Atom zum nächsten.

13. Der Stromfluss + Pol mit Elektronen- mangel - Pol mit Elektronen- überschuss Wenn der Stromkreis geschlossen wird, kann der Strom so lange fließen, wie Elektronenüberschuss herrscht.

14. Der Stromfluß Ein Elektron wandert nicht durch den Leiter. Vielmehr werden die Nachbarelektronen „geschubst“

15. Wirkung des elektrischen Stroms • Wärmewirkung (Lötkolben) • Magnetische Wirkung (Elektromotor) • Lichtwirkung (Glühlampe) • Chemische Wirkung (Verchromen) • Physiologische Wirkung (Herzschrittmacher)

16. Der einfache Stromkreis benötigt : • eine Spannungsquelle (Gleich- oder Wechselspannung) • einen Verbraucher (Widerstand) • elektrische Leitungen (Verbindungen)

17. Stromrichtung • Technische Stromrichtung von + nach - • Physikalische Stromrichtung von – nach +

18. A Messgeräte • Strommesser (Amperemeter) werden in Reihe geschalten

19. V Messgeräte • Spannungsmesser (Voltmeter) werden parallel geschalten

20. Reihenschaltung Zwei oder mehr Bestandteile sind hintereinander geschaltet, d. h. Ausgang des einen ist mit dem Eingang des anderen verbunden.

21. Reihenschaltung In der Reihenschaltung ist … • … der Strom überall gleich • … der Gesamtwiderstand die Summe der Teilwiderstände • … die Gesamtspannung die Summe der Teilspannungen • … die Gesamtleistung die Summe der Teilleistungen

22. Parallelschaltung - + Zwei Bauteile sind parallel, wenn alle ihre gleichnamigen Pole verbunden sind.

23. Parallelschaltung In der Parallelschaltung ist … • … die Spannung überall gleich • … der Gesamtwiderstand kleiner als der kleinste Teilwiderstand • … der Gesamtstrom die Summe der Teilströme • … die Gesamtleistung die Summe der Teilleistungen

24. Das Ohm´sche Gesetz U = R * I R = U / I I = U / R U R I *

25. P U I * Die Leistung (Watt) P = U * I U = P / I I = P / U

26. Beide Formeln verbinden U wird in der zweiten Formel durch R*I ersetzt

28. Diagramm • Aufgabe: Erstellen Sie ein Diagramm, welches folgende Frage grafisch beantworten kann. • Wie verhält sich der Strom, wenn wir bei gleicher Spannung den Widerstand verändern?

29. Stromverlauf bei gleicher Spannung

30. Berechne folgende Schaltung 30 V R1 10 Ω R2 40 Ω

31. Berechne folgende Schaltung 30 V R1 10 Ω R2 40 Ω

32. 32 V R1 R2 R3 88 Ω 88 W 16 A Berechne folgende Schaltung

33. 32 V R1 R2 R3 88 Ω 88 W 16 A Aufgabe

34. 32 V R1 R2 R3 88 Ω 88 W 16 A Aufgabe

35. Wir schalten die vorhergehende Schaltung in Reihe! Berechnen Sie! 32 V R1 R2 R3 88 Ω 11,636 Ω 2 Ω

37. 5 Sicherheitsregeln (DIN VDE 0105) • Freischalten • Gegen Wiedereinschalten sichern • Spannungsfreiheit feststellen • Erden und kurzschließen • Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

38. Stromerzeugung

40. 400 V 230 V

41. Sicherungen • Eine Sicherung ist eine Überstrom-schutzeinrichtung, die einen Stromkreis bei zu hoher Stromstärke unterbricht

42. Aufgabe: • Wir schließen eine normale 230 V, 60 VA Glühlampe mit einem 200 Ohm Widerstand in Reihe und stecken den Stecker in die Steckdose. Wie viel Watt hat die Lampe noch? • Lösung: ca. 40 Watt

43. Sicherungen • … schützen Leitungen und Geräte vor Überlastung und Kurzschluss • …dürfen weder überbrückt, noch geflickt werden • … dürfen nicht zu groß eingebaut werden • Motorschutzschalter müssen am Anfang der Motorzuleitung eingebaut sein

44. Schmelzsicherungen • …enthalten einen dünnen Draht der bei zu hohem Strom schmilzt

45. Leitungsschutzschalter • … haben einen Bimetallschalter (löst mit Verzögerung aus) • … haben zusätzlich einen magnetischen Schalter, der bei Kurzschluss sofort unterbricht

46. Aufgabe • Stellen Sie den Leistungsverlauf einer 230V / 80 Watt Glühlampe bei einer Ansteuerung von 0 bis 230 Volt grafisch dar. Datentabelle

47. Lösung

48. Aufgabe • Stellen Sie den Stromverlauf einer 230V / 80 Watt Glühlampe bei einer Ansteuerung von 0 bis 230 Volt grafisch dar. Datentabelle

49. Lösung

50. Aufgabe: Wie hoch ist die Leistung in diesem Stromkreis? Lösung: 5,76 W 24 V 80 Ω 20 Ω