Halbleiterbauelemente und digitale Grundschaltungen – von der Diode bis zu Logikgattern und Wandlern.
Reines Silizium ist als Halbleiter kaum brauchbar – erst durch Dotierung entstehen die beweglichen Ladungsträger für elektronische Bauteile. Wo n- und p-dotiertes Material aufeinandertreffen, bildet sich der pn-Übergang mit seiner Sperrschicht. Wie n- und p-Dotierung funktionieren, was an der Grenzschicht passiert und wie sich der Übergang in Durchlass- und Sperrrichtung verhält, zeigt dieser Beitrag Schritt für Schritt.
Eine Diode lässt Strom nur in eine Richtung durch – klingt einfach, hat es aber in sich. Dieser Beitrag erklärt Aufbau und Schaltsymbol, Durchlass- und Sperrrichtung, die Kennlinie mit ihren drei Bereichen sowie die wichtigsten Datenblattwerte wie Schwellspannung, Sperrspannung und Verlustleistung. Mit Praxisbeispielen zu Freilaufdiode und Verpolungsschutz und Rechenaufgaben zur Dimensionierung in 24-V-DC-Steuerungen.
Die Z-Diode ist das einfachste Bauelement zur Spannungsstabilisierung in der Elektronik. Dieser Beitrag zeigt Aufbau und Schaltsymbol, erklärt Zener- und Lawinendurchbruch und führt Schritt für Schritt durch die Dimensionierung von Vorwiderstand und Verlustleistung. Mit gelösten Rechenbeispielen, dem differentiellen Widerstand als Maß für die Stabilisierungsgüte und klaren Grenzen für den praktischen Einsatz im Schaltschrank- und Embedded-Bereich.
Eine LED leuchtet erst, wenn der Strom durch einen passenden Vorwiderstand begrenzt wird. Dieser Beitrag erklärt Aufbau, Polung und Kennlinie der Leuchtdiode, zeigt Schritt für Schritt die Berechnung des Vorwiderstands inklusive Verlustleistungen und behandelt das saubere Zusammenschalten mehrerer LEDs in Reihe und parallel. Mit Rechner und vielen Beispielen aus der Praxis.
Aus dem Wechselstrom-Netz wird Gleichspannung — diese Aufgabe übernehmen Gleichrichterschaltungen. Dieser Beitrag erklärt die drei wichtigsten Topologien Einweggleichrichter, Brückengleichrichter (Graetz) und dreiphasige B6-Brücke. Mit Formeln für Mittelwert, Effektivwert und Sperrspannung, vier Online-Rechnern und einem klaren Blick auf Glättungs-Kondensator und Brummspannung — alles, was du für Auslegung und Fehlersuche in der Praxis brauchst.
Der Bipolartransistor ist das wichtigste aktive Bauelement der analogen Elektronik. Dieser Beitrag erklärt seinen inneren Aufbau, die drei Betriebsbereiche und die Bedeutung der Stromverstärkung B. Du lernst die drei Grundschaltungen mit ihren Eigenschaften kennen und siehst, wie der Arbeitspunkt einer Verstärkerstufe stabilisiert wird. Den Abschluss bildet der Schalterbetrieb mit Übersteuerungsfaktor und Freilaufdiode.
Der MOSFET ist das Standard-Schaltelement der modernen Leistungselektronik — und gleichzeitig der Baustein, der Mikroprozessoren möglich macht. Dieser Beitrag erklärt Aufbau und Anschlüsse, das Funktionsprinzip mit Inversionskanal und Schwellspannung, die Kennlinien mit Trioden- und Sättigungsbereich, den Einsatz als Schalter mit R_DS(on) und Gate-Treiber sowie den Verstärkerbetrieb — und worauf bei ESD-Schutz und Ansteuerung wirklich zu achten ist.
Thyristor und Triac sind die klassischen Halbleiterschalter der Leistungselektronik. Ein kurzer Gate-Impuls reicht zum Zünden, danach bleiben sie bis zum nächsten Stromnulldurchgang leitend. Der Beitrag zeigt Aufbau, Schaltzeichen und Kennlinie beider Bauteile, erklärt das Prinzip der Phasenanschnittsteuerung mit Formeln und einem Rechner und ordnet die wichtigsten Anwendungen vom Lichtdimmer über die Drehzahlsteuerung bis zum Solid-State-Relais ein.
Der Operationsverstärker ist einer der vielseitigsten Bausteine der Analogelektronik – mit nur wenigen externen Widerständen lassen sich völlig unterschiedliche Schaltungen aufbauen, vom invertierenden und nichtinvertierenden Verstärker über Summier- und Differenzverstärker bis zum Schmitt-Trigger. Dieser Beitrag zeigt die wichtigsten Grundschaltungen, ihre Herleitung aus den goldenen Regeln, ihre Berechnung mit Sättigungsprüfung und konkrete Praxisbeispiele aus Mess- und Audiotechnik.
