Elektronische Schaltungen entmystifiziert: Der komplette Einsteiger-Leitfaden

Eine elektronische Schaltung ist schlicht ein Pfad für Elektronen. Schaltungen sind Durchgänge für elektrischen Strom. Daher benötigt die Glühbirne einen geschlossenen Pfad, damit Strom fließen und sie leuchten kann.

Elektronische Entwickler nutzen Leiterplatten in verschiedenen elektrischen Geräten – von Taschenlampen bis zu Supercomputern, die komplexere Schaltungen erfordern. Dieser Artikel hilft Ihnen zu verstehen, wie Schaltungen elektrische Geräte zum Laufen bringen.

Einführung in elektrische Schaltungen

Eine geschlossene Schaltung mit verschiedenen elektronischen Bauteilen stellt eine vollständige Verbindung her. Solche Komponenten umfassen Widerstände, Kondensatoren, LEDs, Transistoren, Induktivitäten und integrierte Schaltungen. Ein Widerstand stellt häufig den korrekten Strom- und Spannungspegel ein. Ein Transistor kann Ihr Signal verstärken oder invertieren.

Die Erstellung jedes Objekts erfordert Design. Schaltungsdesign erfolgt zunächst mittels Schaltplan – einer Zeichnung des elektrischen Pfads. Hersteller erstellen Schaltungen mit verschiedenen Komponenten, und es gibt diverse Verbindungsmöglichkeiten. Schaltpläne helfen auch, elektronische Schaltungen besser zu verstehen.

(Eine elektronische Schaltungsplatine)

Häufigste elektrische Schaltungen für Einsteiger

Verstärkerschaltungen (Amplifier Circuits)

Geräte, deren Aufgabe die Erhöhung der Amplitude des Eingangssignals ist, nutzen hauptsächlich Verstärkerschaltungen. Beispiel: Ein kleines Tonsignal an einem Radiosensor wird zu einem größeren Ausgangssignal an einem Lautsprecher verstärkt. Die Veränderung, die ein Verstärker bewirkt – von 1 Volt Eingang auf 50 Volt Ausgang – nennt man Verstärkung (Gain).

Ein guter Verstärker hat eine Verstärkung, die unabhängig vom Wert des Eingangssignals konstant bleibt.

Ein einfaches Elektronikprojekt – ein 100-Watt-Subwoofer-Verstärker – hat einen kurzen Schaltkreis, den Sie erstellen können. Er besteht nur aus Transistoren, ist daher günstig und einfach zu montieren. Der Verstärker ermöglicht bis zu 100 Watt Leistung.

(Bild eines nicht-invertierenden Verstärkers)

Alarm-Schaltungen

Ein Regenalarm ist eine einfache Schaltung zur Regenerkennung. Er hilft Menschen, die Regenwasser sammeln, und warnt Personen mit empfindlichen Gegenständen im Freien vor Regen.

Ein einfaches Regenalarm-Projekt benötigt nur drei Komponenten: einen Regenwassersensor, einen 555-Timer-IC und einen Summer. Der Sensor erkennt Regen, sendet ein Signal an den 555-Timer, der den Summer aktiviert – der in anderen Fällen als Alarm dienen kann.

Ein komplexerer Regenalarm benötigt Sonden als Komponenten: BC548 und BC558 Transistoren, 10k und 330k Widerstände, 0,1 µF Kondensator, 3V-Batterie und Lautsprecher.

Regenwasser kontaktiert die Sonde auf der Schaltung, wodurch Strom fließt. Daraufhin schaltet Transistor Q1 ein und aktiviert Q2 (PNP). Die Leitung von Q2 lässt Strom durch den Lautsprecher fließen und erzeugt ein Summergeräusch.

Solange die Sonde mit Regenwasser in Kontakt ist, wiederholt sich der Vorgang.

(Einfacher Regensensor-Alarm-Schaltkreis)

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Simple_Rain_Sensor_Alarm_Circuit_using_a_Single_Transistor.jpg

Beleuchtungsschaltungen (Lighting Circuits)

Beleuchtungsschaltungen gehören zu den beliebtesten elektronischen Pfaden, da Licht ein großer Teil unseres Lebens ist. Sie finden sich in automatischen LED-Notleuchten und Straßenbeleuchtungsschaltungen.

In einer DC-Beleuchtungsschaltung legt man Strom an eine LED mit Anode (+) und Kathode (-) an. Der Pfad hat eine Birne zur Anzeige des Ausgangssignals und einen Schalter, der die DC-Eingangsspannung zur LED-Birne lässt. Die Birne hat ebenfalls Plus- und Minuspol. Die Pluspole aller Komponenten sind miteinander verbunden, ebenso die Minuspole.

Für eine LED-Notlichtschaltung benötigen Sie LEDs, LM317 IC, zwei Transistoren und weitere gängige Bauteile.

Ein DC-Beleuchtungsschaltungsschema

Ladeschaltung (Charging Circuit)

Ladeschaltungen kommen häufig in Blei-Säure-Batterien vor. Sie können beispielsweise leicht eine Batterieladeschaltung mit BC148 Transistor, SCR und anderen Basis-Komponenten erstellen. Sie kann 12-Volt-Blei-Säure-Autobatterien mit 30–40 Ah Kapazität laden.

(Bild eines Ladens, erzwungenen Entladens einer RC-Schaltung für Wikibooks Schaltungstheorie)

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6e/Example30b.png

Wechselrichter- / Konverter-Schaltung (Inverter or Converter Circuit)

Ingenieure nutzen Inverter-Schaltungen, um DC-Leistung in AC-Spannungen umzuwandeln. Das Grundprinzip: DC-Eingang erzeugt Oszillationen, die durch den Transformator geleitet werden, indem der Strom verstärkt wird. Eine Erhöhung der ursprünglichen Spannung führt zu höherer Spannung, abhängig von der Windungszahl von Primär- und Sekundärspule.

(Bild eines Stromresonanz-Inverters für Leuchtstofflampe: vereinfachter Schaltkreis)

Steuerungsschaltungen (Controller Circuits)

Steuerungsschaltungen sind einzigartig, da sie den Betrieb separater Leistungsschaltungen steuern. Beispiel: Ein 1000-PS-Motor an einer 2.400-Volt-Hochspannungsversorgung, der eine Wasserpumpe antreibt.

(Bild einer Signalsteuerungsschaltung)

Temperaturüberwachung (Temperature Monitor)

Auch als Thermistor bekannt, wird ein Temperaturmonitor verwendet, indem man den Spannungsabfall einer „kalten“ Diode (T1) mit der Basis-Emitter-Spannung eines „warmen“ Transistors (T2) vergleicht. Transistoren sollten physisch mit der Wärmequelle in Kontakt sein, wie dem Kühlkörper der Leistungstransistoren. Die effektive Funktion hängt vom Basisanschluss des T1-Transistors ab.

Tragbare Geräte und Einbruchmeldeanlagen nutzen Temperaturüberwachungsschaltungen. Ein Temperaturüberwachungs-Schaltkreisboard nutzt eine LED. Sie signalisiert, wenn die Batteriespannung unter 9 Volt fällt. Liegt die Spannung über 9 Volt, bleibt die Basis-Emitter-Spannung gleich, beide Transistoren und die LED bleiben aus.

(Bild einer Thermospannungsmessschaltung mit Wärmequelle, Kaltstelle und Voltmeter)

Berührungssensor-Schaltung (Touch Sensor Circuit)

Hersteller nutzen Berührungssensoren zur Erkennung von Berührung, Kraft oder Druck. Die Schaltung erfasst physische Berührung oder Druck am Gerät; Nutzer können so ihre Umgebung in Bezug auf Nähe identifizieren.

Ein Widerstand und eine Leuchtdiode sind die Komponenten für den Schaltungsaufbau.

Schaltbild einer Berührungssensor-Schaltung

Multimeter-Schaltung (Multimeter Circuit)

Ein Multimeter misst Spannung, Widerstand und Strom mit einem Galvanometer, das mit einem Widerstand auf dem Pfad verbunden ist. Sonden sind mit dem Multimeter-Schaltkreis verbunden, um die durchgehende Spannung zu messen. Daher nutzen Sie Multimeter-Schaltungen zur Messung von DC- und AC-Parametern. Eine gute Anwendung ist die kontinuierliche Überwachung von Wickelmotoren.

(Bild einer Multimeter-Schaltung)

Elektronisches Auge (Electronic Eye)

Ein elektrisches Auge ist ein großartiger Ersatz für Klingeln. Sie können Electronic-Eye-Schaltungen nutzen, um Personen an Ihrem Haus- oder Büroeingang zu überwachen. Versucht eine unbefugte Person, die Tür zu öffnen, fällt ihr Schatten auf den LDR, was die Schaltung aktiviert. Der Alarm läutet und warnt den Nutzer.

Es ist ein großartiges Sicherheitssystem, das mit LDR an Tür oder Tor angeschlossen ist.

Electronic Eye Schaltbild

Zusammenfassung

Zusammenfassend hat dieser Artikel Ihnen grundlegendes und ausreichendes Wissen zu Schaltungen und Basis-Elektronikkonzepten vermittelt. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil unserer täglichen Geräte, daher müssen wir verstehen, wie sie funktionieren.

Kontaktieren Sie uns bei Fragen zu Schaltungen oder beim Schaltungsaufbau.