Bauelemente

Navigationshilfe

Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsention. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.

Navigation

Zwischen den Folien und Abschnitten lässt sich mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu lassen sich auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.

Pfeil runter und hoch: Nächste / Vorherige Folie
Pfeil rechts und links: Nächster / Vorheriger Abschnitt
Leertaste oder „n“: Der Reihe nach alle Elemente in Folien aufdecken oder zur nächsten Folie blättern
Shift-Leertaste oder „p“: Der Reihe nach Elemente rückwärts zudecken oder zur vorherigen Folie blättern

Weitere Funktionen

Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:

F1: Help / Hilfe
o: Overview / Übersicht aller Folien
s: Speaker View / Referentenansicht
f: Full Screen / Vollbildmodus
b: Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
Alt-Click: In die Folie hin- oder herauszoomen

Übersicht

Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.

Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des Foliensatzes. Das hilft, sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefüht hat, sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.

Durch Anklicken einer Folie wird diese präsentiert.

Referentenansicht

Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.

Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.

Die Referentenansicht bietet folgende Elemente:

Links sieht man die aktuelle Folie
Rechts oben sieht man die nächste Folie
Rechts in der Mitte Hilfsmittel zur Zeiteinteilung
Rechts unten, die „Notizen für den Vortragenden“
Unten die Pfeile zur Navigation

Praxistipps zur Referentenansicht

Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de, präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.

Vollbild

Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man das Vollbild wieder verlassen.

Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.

Ausblenden

Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.

Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:

Durch Klicken in das Fenster.
Durch nochmaliges Drücken von „b“.
Durch Klicken der Schaltfläche „Resume presentation“.

Zoom

Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.

Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit der Präsenationsansicht gesynct.

Kondensator I

Kapazität

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

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

mit $Q$ als elektrische Ladung
Einheit: $\unit{\ampere\second\per\volt}$ bzw. Farad $\unit{\farad}$
Die Kapazität ist die elektrische Ladung pro Volt

Kapazität durch Bauart

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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.

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. — Abbildung ES-5.1.1: Prinzipieller Aufbau eines Kondensators

Die Kapazität kann durch die Bauart erreicht werden

$$C = \dfrac{\varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot A}{d}$$

$\rightarrow$ Kapazität ist größer bei größerer Fläche, kleinem Abstand oder anderem Dielektrikum

$\varepsilon_0 = \qty{0,855e-11}{\ampere\second\per\volt\meter}$: elektrische Feldkonstante
$\varepsilon_r$: relative Dielektrizitätszahl, abhängig vom Dielektrikum (ohne Einheit)
$A$: Fläche der Kondensatorplatten
$d$: Abstand der Platten

EA101: Welche Einheit wird üblicherweise für die Kapazität verwendet?

A: Ohm ($\Omega$)

B: Farad (F)

C: Henry (H)

D: Amperestunden (Ah)

EC205: Von welcher der nachfolgenden Größen ist die Kapazität eines Plattenkondensators nicht abhängig?

A: Plattenabstand

B: Plattenfläche

C: Spannung

D: Dielektrikum

EC203: Wodurch verringert sich die Kapazität eines Plattenkondensators? Durch ...

A: eine größere Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums.

B: größere Plattenflächen.

C: eine größere Spannung.

D: einen größeren Plattenabstand.

EC204: In welchem Fall sinkt die Kapazität eines Plattenkondensators?

A: Bei Erhöhung der angelegten Spannung

B: Bei Vergrößerung der Plattenoberfläche

C: Bei Vergrößerung der Dielektrizitätszahl

D: Bei Vergrößerung des Plattenabstandes

Drehkondensator

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

EC206: Wie nennt man ein Bauelement, bei dem sich Platten auf einer isolierten Achse befinden, die zwischen fest stehenden Platten rotiert werden können?

A: Keramischer Kondensator

B: Rotorkondensator

C: Drehkondensator

D: Styroflexkondensator

Elektrolytkondensator

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

EC207: Bei welcher der folgenden Bauformen von Kondensatoren muss beim Einbau auf die Polarität geachtet werden?

A: Elektrolytkondensator

B: Styroflexkondensator

C: Keramikkondensator

D: Plattenkondensator

Ladekurve

Ein leerer Kondensator wird an Gleichspannung angeschlossen
Die Spannung steigt steil an und flacht dann zur angelegten Spannung ab

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.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „U“. Eine Kurve beginnt im Nullpunkt unten links, führt zunächst steil nach oben und nähert sich dann allmählich einem konstanten Wert an. Es sind keine weiteren Beschriftungen oder Maße vorhanden. — Abbildung ES-5.1.4: Ladekurve eines Kondensators

EC201: Welchen zeitlichen Verlauf hat die Spannung an einem entladenen Kondensator, wenn dieser über einen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen wird?

Kondensator im Wechselstrom

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

EC202: Welches Verhalten zeigt der Wechselstromwiderstand eines idealen Kondensators mit zunehmender Frequenz?

A: Er sinkt.

B: Er steigt.

C: Er steigt bis zu einem Maximum und sinkt dann wieder.

D: Er sinkt bis zu einem Minimum und steigt dann wieder.

Spule I

Induktivität

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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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 — Abbildung ES-5.2.1: Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter

EC304: Hat ein gerades Leiterstück eine Induktivität?

A: Ja, jeder Leiter besitzt, unabhängig von der Form, eine Induktivität.

B: Nein, der Leiter muss wenigstens eine Krümmung (eine viertel, halbe oder ganze Windung) haben.

C: Ja, solange der Blindwiderstand 0 Ohm beträgt.

D: Nein, beispielsweise im Vakuum entstehen keine Induktivitäten.

Spule und Induktivität

Eine Spule optimiert die Induktivität eines Leiters
Wichtigste Eigenschaft der Spule: Energie speichern

$$L = \dfrac{N\cdot \Phi}{I}$$

mit $N$ Anzahl Windungen und $\Phi$ als magnetischer Fluss
Einheit: $\unit{\volt\second\per\ampere}$ bzw. Henry $\unit{\henry}$
Die Induktivität ist der magnetische Fluss pro Ampere

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

$\mu_0 = \qty{1,2566e-6}{\henry\per\meter}$: 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

EA102: Welche Einheit wird üblicherweise für die Induktivität verwendet?

A: Amperestunden (Ah)

B: Ohm ($\Omega$)

C: Henry (H)

D: Farad (F)

EC307: Wie ändert sich die Induktivität einer Spule von 12 μH, wenn die Windungszahl bei gleicher Wickellänge verdoppelt wird?

A: Die Induktivität steigt auf 48 μH.

B: Die Induktivität sinkt auf 3 μH.

C: Die Induktivität steigt auf 24 μH.

D: Die Induktivität sinkt auf 6 μH.

EC306: Vorausgesetzt sind zwei Spulen in gleicher Umgebung, mit gleicher Windungszahl und mit gleicher Querschnittsfläche. Die erste Spule hat eine Induktivität von 12 μH. Die zweite Spule hat die doppelte Länge der ersten Spule. Wie hoch ist die Induktivität der zweiten Spule?

A: 48 μH

B: 24 μH

C: 3 μH

D: 6 μH

EC305: Wie kann man die Induktivität einer zylindrischen Spule vergrößern?

A: Durch Stauchen der Spule in Längsrichtung.

B: Durch Auseinanderziehen der Spule in Längsrichtung.

C: Durch Einbau der Spule in einen Abschirmbecher.

D: Durch Einführen eines Kupferkerns in die Spule.

EB205: Welcher Effekt verringert die Induktivität einer von hochfrequentem Strom durchflossenen Spule beim Einführen eines Kupfer- oder Aluminiumkerns?

A: Kupfer und Aluminium sind ferromagnetisch und schwächen das Feld ab.

B: Kupfer und Aluminium sind nicht magnetisch und haben keinen Einfluss auf das Feld.

C: Das leitfähige Metall schließt das Feld kurz, sodass es im Inneren der Spule verschwindet.

D: Das hochfrequente Magnetfeld kann nicht in den Kern eindringen, was den Querschnitt des Feldes verringert.

EB204: Welcher der nachfolgenden Werkstoffe ist bei Raumtemperatur ein ferromagnetischer Stoff?

A: Chrom

B: Eisen

C: Aluminium

D: Kupfer

Stromfluss über eine Spule

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.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern. Auf der linken, vertikalen Seite ist eine Spannungsquelle als Zellensymbol mit einer längeren parallelen Linie oben und einer kürzeren Linie unten eingezeichnet. In der Mitte des oberen horizontalen Leiters gibt es einen geöffneten Schalter, von dem ein vertikaler Leiter nach unten abzweigt. In diesem Leiter befindet sich oben ein verstellbarer Widerstand (Rechteck mit diagonalem Pfeil und Querlinie am Ende des Pfeiles) und darunter ein Lampensymbol mit kreuzförmigem Glühfaden, daneben beschriftet mit „Lampe_1“. Parallel zu diesem vertikalen Leiter verläuft ein zweiter vertikaler Leiter, in dem sich oben eine vertikale Spule mit Eisenkern (mehrere halbrunde Windungen und senkrechte Linie entlang den Halbbögen) befindet, darunter ein zweites Lampensymbol mit kreuzförmigem Glühfaden, daneben beschriftet mit „Lampe_2“. Beide Lampen sind über den unteren horizontalen Leiter mit der Spannungsquelle verbunden. Es sind keine Werte enthalten. — Abbildung ES-5.2.2: Stromkreis mit Spule

EC302: Schaltet man zwei Leuchtmittel gleichzeitig an eine Gleichspannungsquelle, wobei ein Leuchtmittel, Lampe 1, zum Helligkeitsausgleich über einen Widerstand und das andere, Lampe 2, über eine Spule mit vielen Windungen und Eisenkern angeschlossen ist, so ...

A: leuchtet Lampe 1 zuerst.

B: leuchtet Lampe 2 kurz auf und geht wieder aus. Lampe 1 leuchtet.

C: leuchten Lampe 1 und Lampe 2 genau gleichzeitig.

D: leuchtet Lampe 2 zuerst.

Einschaltkurve 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.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „U“. Eine Kurve beginnt oben links, führt zunächst steil nach unten und nähert sich dann allmählich der „t“-Achse an. Es sind keine weiteren Beschriftungen oder Maße vorhanden. — Abbildung ES-5.2.3: Zeitlicher Verlauf einer Gleichspannung über eine Spule

EC301: An eine Spule wird über einen Widerstand eine Gleichspannung angelegt. Welches der nachfolgenden Diagramme zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung über der Spule?

Spule im Wechselstrom

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 Selbstinduktionspannung, die entgegengerichtet ist und stört
Je höher die Frequenz, umso höher ist der Wechselstromwiderstand der Spule

EC303: Welches Verhalten zeigt der Wechselstromwiderstand einer idealen Spule mit zunehmender Frequenz?

A: Er steigt.

B: Er sinkt.

C: Er sinkt bis zu einem Minimum und steigt dann wieder.

D: Er steigt bis zu einem Maximum und sinkt dann wieder.

Übertrager I

Zwei Spulen auf gemeinsamen Kern magnetisch gekoppelt
Energie wird darüber übertragen
Ändern von Spannungen und Strömen ist möglich
Übertrager oder Transformator kurz Trafo

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan eines Transformators mit zwei Anschlüssen links, beschriftet mit „230 V“ und einer Wellenlinie, und zwei Anschlüssen rechts, beschriftet mit „a“ und „b“.

2) Ausführliche Beschreibung: Schaltplan eines Transformators bestehend aus zwei vertikalen Spulen, die linke mit nach rechts gerichteten Halbbögen und die rechte mit nach links gerichteten Halbbögen, dazwischen zwei vertikale Linien. Die Spulen haben an beiden Enden jeweils einen Anschluss. Die Anschlüsse der linken Spule sind mit „230 V“ und einer Wellenlinie beschriftet, die Anschlüsse der rechten Spule mit „a“ und „b“. — Abbildung ES-5.3.1: Schemazeichnung eines Übertragers

Übersetzungverhältnis

Spannungen an den Anschlüssen des Übertragers verhalten sich wie zur Anzahl der Wicklungen

$$ü = \dfrac{N_P}{N_S} = \dfrac{U_P}{U_S}$$

$N_P$: Wicklungen auf der Primärseite
$N_S$: Wicklungen auf der Sekundärseite
$U_P$: Spannung an der Primärseite
$U_S$: Spannung an der Sekundärseite

EC401: Wie hoch ist die Spannung zwischen den Punkten a und b in dieser Schaltung für ein Transformationsverhältnis von 15:1?

A: Etwa 22 V

B: Etwa 1 V

C: Etwa 15 V

D: Etwa 11 V

EC402: Die Primärspule eines Übertragers hat die fünffache Anzahl von Windungen der Sekundärspule. Wie hoch ist die erwartete Sekundärspannung, wenn die Primärspule an eine 230 V Spannungsversorgung angeschlossen wird?

A: 46 V

B: 1150 V

C: 9,2 V

D: 23 V

EC403: An der Primärwicklung eines Transformators mit 600 Windungen liegt eine Spannung von 230 V an. Die Sekundärspannung beträgt 11,5 V. Wie groß ist die Sekundärwindungszahl?

A: 30 Windungen

B: 180 Windungen

C: 20 Windungen

D: 52 Windungen

EC404: An der Primärwicklung eines Transformators mit 150 Windungen liegt eine Spannung von 45 V an. Die Sekundärspannung beträgt 180 V. Wie groß ist die Sekundärwindungszahl?

A: 38 Windungen

B: 850 Windungen

C: 30 Windungen

D: 600 Windungen

Diode I

Anwendung

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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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 — Abbildung ES-5.4.1: Diverse LED in verschiedenen Bauformen und Farben

EC501: Eine in Sperrrichtung betriebene Diode zeichnet sich insbesondere aus durch ...

A: eine hohe Induktivität.

B: eine hohe Kapazität.

C: eine geringe Impedanz.

D: einen hohen Widerstand.

EC502: Wofür können Halbleiterdioden beispielsweise verwendet werden?

A: als Widerstand in Netzteilen

B: als Verstärker in Stromversorgungen

C: zur Gleichrichtung von Wechselspannung

D: zur Speicherung von Wechselströmen

Schwellenspannung

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: $\qtyrange{0,2}{0,4}{\volt}$
Silizium: $\qtyrange{0,6}{0,8}{\volt}$
LED (Rot): $\qtyrange{1,6}{2,2}{\volt}$
LED (Gelb, Grün): $\qtyrange{1,9}{2,5}{\volt}$
LED (Blau, Weiß): $\qtyrange{2,7}{3,5}{\volt}$

EC503: Welche typischen Schwellspannungen haben Germanium- und Siliziumdioden? Sie liegen bei ...

A: Germanium zwischen 0,2 bis 0,4 V, bei Silizium zwischen 0,6 bis 0,8 V.

B: Germanium zwischen 1,4 bis 1,6 V, bei Silizium 0,6 bis 0,8 V.

C: Germanium zwischen 0,6 bis 0,8 V, bei Silizium zwischen 0,2 bis 0,4 V.

D: Germanium zwischen 0,6 bis 0,8 V, bei Silizium 1,4 bis 1,6 V.

Schottky-Diode

Erlaubt eine hohe Schaltfrequenz
Nur eine sehr niedrige Schwellenspannung von $\qty{0,4}{\volt}$ bis unter $\qty{0,1}{\volt}$ ist nötig

EC504: Welches sind die Haupteigenschaften einer Schottkydiode?

A: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

B: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

C: Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

D: Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

Kennlinien

EC506: Welche Diode wird durch Kennlinie 2 charakterisiert?

A: Schottkydiode

B: Siliziumdiode

C: Leuchtdiode

D: Germaniumdiode

EC507: Welche Diode wird durch Kennlinie 3 charakterisiert?

A: Schottkydiode

B: Siliziumdiode

C: Leuchtdiode

D: Germaniumdiode

EC508: Welche Diode wird durch Kennlinie 4 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Siliziumdiode

C: Leuchtdiode

D: Schottkydiode

EC505: Welche Diode wird durch Kennlinie 1 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Siliziumdiode

C: Leuchtdiode

D: Schottkydiode

Leitende Diode

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 $\qty{0,7}{\volt}$ 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“.

2) Ausführliche Beschreibung: Eine horizontale Linie ist in der Mitte durch das Schaltzeichen für eine Diode mit einem nach links zeigenden Dreieck und einer vertikalen Linie an der Dreiecksspitze unterbrochen. Links der horizontalen Linie steht der Wert „0,6 V“, rechts davon „1,3 V“. — Abbildung ES-5.4.2: Spannungen an einer leitenden Siliziumdiode

EC513: Bei welcher Bedingung wird eine Siliziumdiode leitend?

A: An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,1 V an.

B: An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 5,0 V an.

C: An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,7 V an.

D: An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 6,4 V an.

EC510: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

EC509: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

EC511: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

EC512: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

LED Anwendung

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.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern. Im oberen horizontalen Leiter ist links ein Anschlusspunkt eingezeichnet. Rechts davon befindet sich ein Schaltzeichen bestehend aus einem Rechteck (Widerstand). Es schließt sich ein vertikaler Leiter an, in dessen Mitte ein Schaltzeichen mit einem auf der Spitze stehenden Dreieck, einem horizontalen Strich darunter und zwei schräg nach unten rechts zeigenden Pfeilen eingezeichnet ist. Es folgt ein unterer horizontaler Leiter mit einem Anschlusspunkt am linken Ende. — Abbildung ES-5.4.3: LED mit Vorwiderstand

EC514: Wozu dient die folgende Schaltung?

A: Spannungserhöhung

B: Leuchtanzeige

C: Leistungsüberwachung

D: Stromgewinnung

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

Berechnung: $R = \dfrac{U_q – U_{LED}}{I_D}$
$U_q$: Spannungsquelle
$U_{LED}$: Schwellenspannung LED
$I_D$: Durchlassstrom

EC515: Eine Leuchtdiode mit einer Durchlassspannung von 1,4 V und einem Durchlassstrom von 20 mA soll an eine Spannungsquelle von 5,0 V angeschlossen werden. Berechnen Sie den Vorwiderstand. Die Größe des benötigten Vorwiderstandes beträgt ...

A: 180 Ohm.

B: 70 Ohm.

C: 250 Ohm.

D: 320 Ohm.

EC516: Folgende Schaltung einer Leuchtdiode wird an einer Betriebsspannung von 5,5 V betrieben. Der Strom durch die Leuchtdiode soll 25 mA betragen, wobei die Durchlassspannung 1,75 V beträgt. Der notwendige Vorwiderstand muss folgende Werte haben:

A: 70 Ohm/0,1 W

B: 150 Ohm/0,06 W

C: 150 Ohm/0,1 W

D: 70 Ohm/0,06 W

Z-Diode

Normalerweise liegt die maximale Sperrspannung einer Diode bei ca. $\qty{1000}{\volt}$
Bei Z-Dioden erfolgt ein Spannungsdurchbruch je nach Bauart zwischen $\qty{3}{\volt}$ und $\qty{100}{\volt}$
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.

2) Ausführliche Beschreibung: In der Mitte einer horizontalen Linie befindet sich ein nach rechts zeigendes, gleichschenkliges Dreieck; die Linie führt durch das Dreieck hindurch. An der Dreiecksspitze gibt es eine kurze vertikale Linie, die am oberen Ende einen nach links zeigenden, kurzen Strich aufweist. Es sind keine Beschriftungen, Maße, Achsen oder weiteren Bauteile vorhanden. — Abbildung ES-5.4.5: Schaltzeichen Z-Diode

Polung

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.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält zwei gerade, parallele Leiter. Im oberen Leiter befindet sich ein Widerstand. Rechts davon gibt es einen vertikalen Abzweig zum unteren Leiter mit einer Zener-Diode in der Mitte. An den Enden der beiden Leiter befinden sich jeweils Anschlussklemmen. Es sind keine Beschriftungen, Maße, Achsen oder weiteren Bauteile vorhanden. — Abbildung ES-5.4.6: Z-Diode korrekt in Sperrichtung eingesetzt

EC517: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

A: Kapazitätsdiode

B: Z-Diode

C: Freilaufdiode

D: Leuchtdiode

EC518: Für welchen Zweck werden Z-Dioden primär eingesetzt?

A: Zur Zweiwegstabilisierung

B: Zur Spannungsstabilisierung

C: Zur Stromstabilisierung

D: Zur Leistungsstabilisierung

EC519: Wozu dient folgende Schaltung?

A: Leuchtanzeige

B: Spannungsstabilisierung

C: Spannungserhöhung

D: Stromgewinnung

EC520: In welcher der folgenden Schaltungen ist die Z-Diode zur Spannungsstabilisierung richtig eingesetzt?

Vorwiderstand

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“.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan besteht aus zwei parallelen horizontalen Leitern. Der obere Leiter enthält ein Schaltzeichen bestehend aus einem Rechteck (Widerstand), beschriftet mit „R_V“. Rechts des Widerstands zweigt ein Leiter ab mit einem Schaltzeichen bestehend aus einem nach oben gerichteten Dreieck und darüber einem horizontalen Strich mit kleinem Strich nach unten am rechten Ende (Zener-Diode oder Z-Diode). In diesem vertikalen Leiter gibt es oberhalb der Z-Diode die Beschriftung „I_Z“ mit Pfeil nach unten. Der vertikale Leiter führt auf den unteren horizontalen Leiter. Der obere horizontale Leiter hat zwei Anschlusspunkte, links mit „+13,8 V“ und rechts mit „+5 V“ beschriftet. Der untere horizontale Leiter hat ebenfalls zwei Anschlusspunkte, links mit „0 V“ beschriftet und rechts ohne Beschriftung. Im linken Teil der Abbildung ist ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_1“ zu sehen, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_Z“. — Abbildung ES-5.4.7: Z-Diode zur Spannungsstabilisierung

$U_Z$ ist die Spannung, auf die die Z-Diode stabiliert
$$U_V = U_1 - U_Z = \qty{13,8}{\volt} - \qty{5}{\volt} = \qty{8,8}{\volt}$$
$$R_V = \frac{U_V}{I} = \frac{\qty{8,8}{\volt}}{\qty{30}{\milli\ampere}} \approx \qty{293}{\ohm}$$

EC521: Eine unbelastete Z-Diode soll eine 13,8 V Betriebsspannung auf 5 V stabilisieren. Dabei soll ein Strom von 30 mA durch die Z-Diode fließen. Der Ausgang der Schaltung soll nicht belastet werden. Berechnen Sie den Wert des Vorwiderstands.

A: ca. 293 Ohm

B: ca. 460 Ohm

C: ca. 167 Ohm

D: ca. 3,41 \milliOhm

EC522: Folgende Schaltung einer Stabilisierungsschaltung mit Z-Diode ist gegeben. Der Strom durch die Z-Diode soll 25 mA betragen und der Laststrom ist 20 mA. Der Wert des notwendigen Vorwiderstandes beträgt ...

A: ca. 202 Ohm.

B: ca. 364 Ohm.

C: ca. 188 Ohm.

D: ca. 235 Ohm.

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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1. 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.

2. 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. — Abbildung ES-5.5.1: Steuerkanal schließt Wehr komplett

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

Fließt etwas Wasser im Steuerkanal, öffnet das Wehr zur Hälfte

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1) 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.

2) 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. — Abbildung ES-5.5.2: Steuerkanal öffnet Wehr halb

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

Fließt mehr Wasser im Steuerkanal, ist das Wehr ganz geöffnet

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Kurz: Isometrische Zeichnung einer langen, halbrunden Rinne mit blau markierter Innenfläche und einer darüber an einem Gelenk befestigten, löffelförmigen Klappe.

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. — Abbildung ES-5.5.3: Steuerkanal öffnet Wehr komplett

EC602: Ein Transistor ist ...

A: ein Halbleiterbauelement.

B: ein Kaltleiterbauelement.

C: ein Laserbauelement.

D: ein Nichtleiterbauelement.

EC608: Wie lauten die Bezeichnungen der Anschlüsse eines bipolaren Transistors?

A: Emitter, Basis, Kollektor

B: Gate, Source, Kollektor

C: Emitter, Drain, Source

D: Drain, Gate, Source

Bipolarer Transistor und Schaltbild

Merksatz für PNP $\rightarrow$ Pfeil Nach Platte

1) Kurzbeschreibung: Schaltzeichen mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Schaltzeichen besteht aus einem Kreis mit einer vertikalen Linie links im Kreis. Von links führt ein Anschluss horizontal in den Kreis und trifft auf diese vertikale Linie. Von dieser Linie gehen zwei Linien nach rechts. Die obere verläuft schräg nach rechts oben und endet an einem kurzen vertikalen Anschluss. Die untere verläuft schräg nach rechts unten. Sie hat am Ende einen ausgefüllten dreieckigen Pfeil, dessen Spitze zu einem kurzen vertikalen Anschluss zeigt. Es gibt keine Text- oder Achsbeschriftungen. — Abbildung ES-5.5.4: Schaltbild NPN-Transistor

EC607: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: PNP-Transistor.

B: N-Kanal-FET.

C: NPN-Transistor.

D: P-Kanal-FET.

EC606: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: N-Kanal-FET.

B: NPN-Transistor.

C: P-Kanal-FET.

D: PNP-Transistor.

EC605: Welches Schaltzeichen stellt einen bipolaren Transistor dar?

EC609: Wie bezeichnet man die Anschlüsse des abgebildeten Transistors?

A: 1 = Basis, 2 = Emitter, 3 = Kollektor

B: 1 = Kollektor, 2 = Emitter, 3 = Basis

C: 1 = Kollektor, 2 = Basis, 3 = Emitter

D: 1 = Emitter, 2 = Basis, 3 = Kollektor

Schalter oder Verstärker?

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.

EC601: Welches Bauteil kann als Schalter, Verstärker oder Widerstand eingesetzt werden?

A: Diode

B: Transistor

C: Transformator

D: Kondensator

EC603: Was versteht man unter Stromverstärkung beim Transistor?

A: Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Kollektorstrom gesteuert.

B: Mit einem geringen Kollektorstrom wird ein großer Emitterstrom gesteuert.

C: Mit einem geringen Basisstrom wird ein großer Kollektorstrom gesteuert.

D: Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Basisstrom gesteuert.

Ansteuerspannung und deren Polarität

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 $\qty{0,6}{\volt}$.

EC610: Wie groß muss die Spannung $U_{BE}$ in etwa sein, sodass sich der Transistor im leitenden Betriebszustand befindet?

A: 0,6 V

B: 0,6 V oder -0,6 V

C: 0 V

D: -0,6 V

Da neben dem Kollektorstrom auch der Basisstrom durch den Transistor fließt, fließt durch den Emitteranschluss der größte Strom.

EC611: Durch welchen Transistoranschluss fliesst im leitenden Zustand der größte Strom?

A: Gehäuse

B: Kollektor

C: Basis

D: Emitter

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

Entweder erkennet man das intuitiv oder man rechnet es (unter Beachtung der Vorzeichen) aus.

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

EC612: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?

EC613: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?

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

Entweder erkennet man das intuitiv oder man rechnet es (unter Beachtung der Vorzeichen) aus.

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

EC614: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?

EC615: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?

Typen von Transistoren

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.

EC604: Welche Transistortypen sind bipolare Transistoren?

A: NPN- und PNP-Transistoren

B: Dual-Gate-MOS-FETs

C: Sperrschicht-FETs

D: Isolierschicht-FETs

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