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Stand 22.05.2023Grundlagen beim Elektronik-Selbstbauvon K. Föllner
Es gibt hier sicherlich keinen Grundkurs in
Schaltungstechnik, es werden nur einige Hinweise gegeben,
die zum Aufbau von Schaltungen in der Praxis wichtig sind.
Man muss zumindest solche Sachen, wie die hier
aufgeführten, wissen, um aus einer fertigen Schaltung (auf
dem Papier) etwas halbwegs Funktionierendes in die Praxis
umsetzen zu können. Umrechnung Dezibel zu Spannungen (Absolutwerte): Für Audio-Anwendungen wird anstatt einer Spannung oft nur
der dBV- oder dBu-Wert angegeben.
* -10 dBV Referenzpegel für Home-HiFi 0 dBu Referenzpegel fürs Studio +4 dBu Referenzpegel fürs Studio +15 dBu max. Studiopegel aus ARD-Festlegung für Reserve bis Übersteuerung +22 dBu max. Studiopegel aus US-TV für Reserve bis Übersteuerung
1. Widerstände Polung (so gut wie) egal, Die Grundeinheit ist Ohm
(griech. Omega-Zeichen) und daraus abgeleitet kOhm
(Kiloohm, x1000) und MOhm (Megaohm, x1000 kOhm). Größen
von mOhm (Milli-Ohm (1/1000 Ohm) sind eher selten, sie
werden meist als Shunts zur Strommessung eingesetzt. Neben
dem elektrischen Widerstand ist die Maximalleistung der
Widerstände wichtig, üblich sind Werte zwischen 1/10 und 1
W, darüber werden sie eher groß und haben teilweise auch
Kühlkörper. Zusätzlich wird oft die Toleranz (z.B. 5 %)
und manchmal auch der der Temperaturkoeffizient (TK) in
ppm/K (parts per million pro Kelvin) angegeben. Er
bestimmt, wie stark sich der elektr. Widerstand abhängig
(proportional zueinander) von der Temperatur verändert,
z.B. bei TK100 ppm/K und einer Steigerung von 25 auf 105°C
(80 K) sind das 8000 ppm = 0,8%, die zusätzlich zur
Toleranz hinzukommen.
Bei einigen Widerständen steht der Wert direkt drauf,
z.B. 1k1 bedeutet 1,1 Kiloohm, 390R = 390 Ohm, 6R8 = 6,8
Ohm u.s.w. SMD-Widerstände sind mit einer Zahl versehen, die die
Größe direkt angibt. Sie ist wie folgt zu interpretieren:
Bei SMD-Widerständen mit 1 % Genauigkeit (Bauform 0603)
begegnete mir auch schon folgendes System aus Ziffern und
Buchstaben:
Heutzutage sind bedrahtete "Hole-Thru"-Widerstände meist
farbkodiert.
Im Zweifelsfall einfach ans Multimeter halten...;) 2. Kondensatoren Polung (je nach Typ) weitestgehend egal. Es gibt die
verschiedensten Materialien und Bauformen (z.B. Scheiben-
und Folien-C). SI-Einheit ist das Farad, jedoch sind
handhabbare Kapazitäten viel kleiner, sie liegen im
Bereich des Pico-Farad (1pF=10^-12 F), Nano-Farad (1 nF =
10^-9 F) oder Mikro-Farads (1 µF = 10^-6 F). Obwohl auch
Kondensatoren mit Kapazitäten von z.B. 47 000 µF
existieren, wird die Einheit Millifarad im allgemeinen
nicht verwendet. Ein Grund dafür ist sicher, dass neben
dem griech. Buchstaben µ (mü), auch uF, mF oder gar MF
(entgegen SI) zur Kennzeichnung benutzt werden. Es handelt
sich aber fast immer um Mikrofarad. Während z.B. bei alten Exemplaren noch direkte
Werteaufdrucke existierten, wird nun auch hier mit einer
2-, 3-stelligen Zahl gearbeitet. Wie bei Widerständen sind
die ersten 2 Zahlen der Wert, die dritte gibt die Anzahl
der Nullen an. Sie entfällt ebenfalls bei kleinen Werten.
Der Gesamtwert ist immer in pF! Der nachfolgende große
Buchstabe gibt die Toleranz an.
B...G Toleranz in pF bei C<=10 pF und in % bei C>10 pF Nachfolgend der zweite Buchstabe (klein) steht für die
Nennspannung:
Die evtl. nachfolgende Farbkennzeichnung (farbloser oder
grauer Körper) steht für den Temperaturkoeffizienten.
N für negativ, p für positiv, SMD-Keramik-Kondensatoren (Kerkos), egal welcher Baugröße
(0402 ... 1206) haben keinen Aufdruck, die auf Kapazität,
Spannung, Material (z.B. X7R, COG) oder Toleranz schließen
lassen. Zur Hilfe kann auch die Windows-Software BassCADe verwendet werden. 3. Elektrolytkondensatoren (Elkos) Polung wichtig! Nur in der Tontechnik (passive
Frequenzweichen für Lautsprecher) werden bipolare Elkos
benutzt, bei denen die Polung egal ist. Standard-Einheit
ist das Mikrofarad (µF, uF). Übliche Werte liegen zwischen
0,1 und 10 000 uF. Neben der Kapazität ist die
Maximalspannung (z.B. 63 V) entscheidend, darüber wird der
Elko (meist mit einem Knall) zerstört. Das blüht ihm auch
bei Verpolung! Bei liegenden (SMD)-Elkos gibt es noch eine abweichende
Beschriftung, bestehend aus 2 Zahlen und einem Buchstaben,
z.B. 4E7, 33F etc...
Bei stehenden SMD-Elkos ist der erste Werte die direkte Kapazität, dann folgt die Spannung. Bei Tantal-Cs ist in der Regel der Plus gekennzeichnet,
bei SMD-Elkos jedoch der Minus. Zur Hilfe kann auch die Windows-Software BassCADe verwendet werden. 4. Dioden Polung wichtig! Nur bei bidirektionalen Z- oder Bidir. Suppressor-Dioden ist die Polung egal. Eine Diode besteht aus Halbleitermaterial (Silizium) und besitzt 2 Schichten, eine p und eine n-leitende. Der Strom (techn. Richtung von + nach -) kann, wenn die Diffusionsspannung (üblich je nach Typ und Strom typ. 0,2...1,5 V) überschritten wird, nur von p nach n fließen. Der Ring auf dem Bauteil kennzeichnet die Kathode. Eine Diode wird hauptsächlich durch ihre Maximal-Strom und -Spannung definiert. Die Typen heißen z.B. 1N4xyz, oder z.B. BAY xyz, aber erst das Datenblatt gibt weitere Auskunft... auch zur Geschwindigkeit etc. Es gibt zahlreiche Spezialtypen wie z.B. Z-, PIN-, Schottky-, Tunnel- und Kapazitäts-Dioden. Bei einfachen SMD-Dioden sind ebenfalls die Kathoden
(MELF, MiniMELF, MicroMELF, SOD-123 etc.) gekennzeichnet.
Bei Dioden in SOT-23 etc. entscheidet der einzelne Typ
über die Verschaltung.
Auch Leuchtdioden (Lumineszenzdioden), üblicherweise LEDs
(Light Emitting Diode) genannt, gehören hierzu, die je
nach Typ bei einem Strom von etwa 2...40 mA voll leuchten,
nur sind ihre Diffusionsspannungen höher. Die Farbe wird
bestimmt durch das entsprechende Material.
Spezielle Niedrigstrom-Exemplare erreichen ihre maximale Leuchtkraft schon bei etwa 1/10 des üblichen Nennstroms. Niedrigstrom - Low Current (LC) Obwohl es nun auch andere Farben, sowie mehrfarbige und blaue Typen gibt, sind rot (628 nm), grün (570 nm) und gelb (590 nm) die Standardfarben vor allem wegen des wesentlich geringeren Preises. 5. Bipolartransistoren ...sind aktive Bauelemente mit 2 PN-Übergängen. Durch
einen kleinen Eingangsstrom kann ein größerer gesteuert
werden. Es gibt NPN und PNP-Exemplare. NPNs benötigen eine
positive Spannung an der Basis gegenüber dem Emitter (E),
PNP eine negative, um einen Strom über den Kollektor
fließen zu lassen. Die 3 Anschlüsse sind Basis (Base B),
Emitter (E) und Kollektor (Collector C).
Ein Transistor besitzt zahlreiche Parameter wie max.
Basisstrom (IBmax),
Kollektor-Emitterstrom (ICEmax),
max Spannung (UCE),
Stromverstärkung (hfe oder ß [beta]), Eingangswiderstand
(re) aber auch die obere
Grenzfrequenz.
Da sie sich beim Durchmessen wie zwei Dioden verhalten,
kann man sie leicht testen und die Anschlussbelegung
eindeutig bestimmen. Vor allem deshalb, da die Belegung
nicht eindeutig genormt ist. Üblich ist aber bei Kleintransistoren (Gehäuse TO-92,
Miniplast z.B. BCxyz) so etwas, wie unten links. Bei
Transistoren der Reihe 2Nwxyz sind im allgemeinen
gegenüber dem linken Bild unten Emitter und Kollektor
vertauscht. Aber auch andere Belegungen existieren, z.B.
bei HF-Transistoren oft CEB. Gezeigt wird jeweils die Draufsicht, Top-View. 6. Feldeffekt-Transistoren (FETs) Sie benutzen keinen PN-Übergang, sondern einen Kanal zum
Steuern des Stroms. So ist eine fast leistungslose
Steuerung (extrem hochohmiger Eingang) möglich. Ein FET
hat mind. 3 Anschlüsse: das Gate (G, Tor) ist
üblicherweise die Steuerelektrode, über Source (S, Quelle)
und Drain (D, Abfluss) fließt dann der gesteuerte Strom.
Neben den Sperrschicht-Typen (Junction-FET), existieren
bei den MOS-FETs (Metal Oxyd Silicium-FETs) so genannte
selbst sperrende Anreicherungs- (Enhancement-) Typen, aber
auch selbst leitende Verarmungs(-Depletions)-Typen. Bei
einigen MOSFETs existiert noch ein Bein zum Substrat (B
Bulk) oder seltener ein zweites Gate. Üblicherweise ist
Bulk aber intern mit dem Source-Anschluss verbunden. Eine übliche (z.B. BF 245, BF 256) Belegung (Ansicht von
oben, Top-view) ist links zu sehen, eine Möglichkeit für
SMD (z.B. SOT-23) ist in der Mitte. Aber auch hier tanzen
einige FETs aus der Reihe, bei denen teilweise Drain und
Gate vertauscht sind. Draufsicht / Top-View 7. ICs (Integrated Circuits, Integrierte Schaltkreise) Sie bestehen aus einer Vielzahl von Bauelementen wie
Widerstände, Dioden und Transistoren und wurden in einem
Gehäuse integriert. Ein Datenblatt ist Pflicht. 8. Induktivitäten Bei großen Spulen ist in der Regel eine genaue Typenbezeichnung oder der Induktivitätswert, max. Strom und evtl. Innenwiderstand angegeben. Bei SMD-Spulen (Bauform über 0805) gibt eine
4-stellige Kombination den Wert preis:
Bei Versionen mit 3 Zahlen und einem Buchstaben gilt: Bei den Induktivitäten hängt die Bauform stark von dem
gewünschten Einsatzzweck ab... 9. Leiterplatten Die kupferbeschichtete Leiterplatte oder engl. PCB
(printed circuit board) leitet die Ströme der Bauteile. Um
Schäden vorzubeugen dürfen die Leiterzüge mit typ.
Schichtdicken zwischen 25...105 Mikrometer nicht
überlastet werden. Also müssen die Züge auf der LP bei
entsprechenden Strom breit genug sein. Zur Hilfe bei der Leiterplatten-Dimensionierung kann das
Programm BassCADe
verwendet werden. Hinweis: Es handelt sich hierbei um kein Layout-Programm,
sondern dient zur Dimensionierung der Leiterbahnbreite und
Vias. Dies geschieht abhängig von Schichtdicke, Strom,
Layerlage und Temperatur nach Vorschlägen von IPC. Mit
FR-4-Materialien werden im industriellen Bereich sehr gute
Ergebnisse erzielt. 10. Varistoren Varistoren sind ähnlich wie Kondensatoren aufgebaut, aber durch andere Materialien verhalten sie sich wie bidirektionale Z-Dioden. Ab einer bestimmten Spannung bricht der Widerstand von Megaohm auf wenige Ohm zusammen, er leitet nun den Strom. Bezeichnung z.B.: SIOV-S10K300 dafür steht: SIOV Hersteller: Siemens S-Scheibentyp 10 - Nenndurchmesser in mm K- Toleranz der Durchbruchspannung (J=5%, K=10%, S-Spezial) 300 - maximale Betriebswechselspannung Ueff max. (bei Gleichspannung gilt etwa der doppelte Wert) 11. Sicherungen Um einen passiven Überstromschutz von Leitungen und Baugruppen zu gewährleisten, werden Sicherungen eingesetzt. Neben den im KfZ üblichen Flachsicherungen, deren Farbe auch den Sicherungswert zeigt (übliche Werte sind 1 / 2 / 3 / 4 / 5 / 7,5 / 10 / 15 / 20 / 25 / 30 / 35 / 40 A), sind daneben z.B. in HiFi-Geräten vor allem Feinsicherungen (5x20 mm) üblich. In Europa haben sie fast immer das Maß 5mm (Durchmesser) x 20mm (Länge) Die zulässige Maximalspannung beträgt 250 V (theoretisch), der "Sicherungs-Strom" ist aufgedruckt. Hinter dem Wert und der Einheit kommt meist noch ein Suffix. wie z.B. F, M, T (Flink, Mittelträge, Träge). Folgende Werte sind erhältlich: (Bevorzugte sind fett)
weiteres siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Schmelzsicherung |