Wissensdatenbank

Allgemein

Größen und Einheiten

Vorsätze für Maßeinheiten

Beispiel mit Ampere: 0,001 A = 1 mA = 1.000.000 µA

Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums

Elektronik

Formelrad

Vorwiderstand für LED berechnen

RV = UR / I

Bekannt ist der Strom der Schaltung. Es fehlt die Spannung U, die am zu berechnenden Vorwiderstand abfällt.
Diese Spannung bildet sich aus der Betriebsspannung abzüglich der Spannung an der Leuchtdiode:
UR = Ugesamt - ULED

Verlustleistung P:

Durch die abfallende Spannung und den Stromfluss durch den Vorwiderstand entsteht Wärme.
Je höher die Spannung und der Strom, desto größer die Wärmeentwicklung. Da Spannung und Strom in Wärme, also auch in Leistung umgesetzt werden, muss die maximale Leistungsaufnahme des Vorwiderstands berücksichtigt werden. Bei einer zu großen Leistung brennt der Vorwiderstand durch. Die maximale Leistung wird auch P genannt, also die Leistung bei der der Widerstand zerstört wird.
Die momentane Leistung P des Vorwiderstands wird aus Spannung am Vorwiderstand und dem durchfließenden Strom berechnet. Zu beachten ist, dass mit dem tatsächlichen Strom gerechnet werden muss. Also der Strom, der tatsächlich durch den Vorwiderstand fließt:
I = UR / RV
Ist der tatsächliche Strom bekannt, dann kann zusammen mit der abfallenden Spannung U die Leistungsaufnahme P des Vorwiderstands berechnet werden:
PV = UR × I
Statt den Umweg über die Berechnung des Stroms, kann die Verlustleistung auch über die Spannung des Vorwiderstands und den Vorwiderstand berechnet werden. Was mit der Spannung funktioniert, das kann auch mit dem Strom berechnen:
PV = UR^2 / RV
PV = I^2 × RV
Bitte beachten: Wird Strom oder Spannung verdoppelt, so vervierfacht sich die Verlustleistung. Deshalb ist man in der Elektronik bemüht mit möglichst geringen Spannungen und Strömen zu arbeiten, um eine möglichst geringe Verlustleistung zu erreichen.

Leistung

P = U × I

Ohmsches Gesetz

R = U/I => U = R × I

Kirchhoffsche Regeln

Knotenpunktsatz/Knotenregel:

In einem Knotenpunkt eines elektrischen Netzwerkes ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme.

Maschensatz/Maschenregel:

Alle Teilspannungen eines Umlaufs bzw. einer Masche in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu null.

Parallelschaltung

• An allen Elementen einer Parallelschaltung liegt dieselbe elektrische Spannung, auch wenn deren Stromaufnahme unterschiedlich ist.
  Uges = U1 = U2 = .... = Un
• Die Parallelschaltung mehrerer elektrischer Verbraucher mit einer idealen Spannungsquelle ist unanfällig für Ausfälle einzelner Verbraucher
• Die Stromstärke verteilt sich nach der kirchhoffschen Knotenregel auf die einzelnen Zweige. Die Summe der Teilstromstärken ist gleich der Gesamtstromstärke
  Iges = I1 + I2 + ... + In
• Die Gesamtleistung ist die Summe der Leistungen eines jeden Verbrauchers

Parallelschaltung von Batterien

• immer nur denselben Typ und selbe Kapazität verwenden!
• Spannung bleibt gleich
• Stromstärke addiert sich addiert sich, d.h. 300mAh + 300mAh => 600mAh
• Verbraucher bekommt immer noch gleiche Spannung - aber von X Spannungsquellen. Jede Batterie muss also nur 1/X der Leistung bereit stellen

Reihenschaltung

• Die Stromstärke ist für alle Verbraucher in Frequenz, Phasenwinkel und Amplitude identisch.
  Iges = I1 = I2 = ... = In
• Die Spannung verteilt sich nach der kirchhoffschen Maschenregel auf die einzelnen Verbraucher:
  Uges = U1 + U2 + ... + Un
• Bei Gleichspannung ergibt sich die Gesamtleistung aus der Summe der Leistungen eines jeden Verbrauchers

Reihenschaltung (=Serienschaltung) von Batterien:

• immer nur denselben Typ und selbe Kapazität verwenden!
• Spannung der Batterien addiert sich, d.h. 4,5V + 4,5V => 9V
• Stromstärke bleibt gleich

Einfacher Stromteiler

I1 / I = R / R1 mit R = R1 || R2 = R1 × R2 / R1 + R2

Verschiedene Spannungen

Wechselschalter

SP

Single Pole: one circuit controlled by the switch.

DP

Double Pole: two independent circuits controlled by the switch which are mechanically linked.

ST

Single Throw: closes a circuit at only one position. The center position is off.

DT

Double Throw, closes a circuit in the up or down position (On-On). A Double Throw switch can also have a center position such as On-Off-On.

Note: "Pole" should not be confused with "Terminal". The DPST switch, for example has four terminals however is a Double Pole (DP) and not a four pole (4P) switch.

SPDT

Single pole, double throw: A simple break-before-make changeover switch: C (COM, Common) is connected either to L1 or to L2.

DPDT

Double pole, double throw: Equivalent to two SPDT switches controlled by a single mechanism.

SPST

Single pole, single throw: A simple on-off switch: The two terminals are either connected together or disconnected from each other. An example is a light switch.

DPST

Double pole, single throw: Equivalent to two SPST switches controlled by a single mechanism.

see: Switches explained PDF (152kB)

Liste gängiger Batterien und Akkus

Hinweis: Freie Felder bedeuten, dass keine spezifischen Informationen vorlagen

Messungen mit Multimeter

Multimeter-Sicherung testen

Ohne das Multimeter zu öffnen, kann man die Funktionalität der eigenen Sicherung testen:
Zuerst ein Testkabel in den "VΩmA"-Anschluss stecken, dann das Multimeter in den Ω-Modus schalten (entweder auto oder höchste Stufe). Mit dem Testkabel kann nun an den beiden anderen Anschlüssen des Multimeters geprüft werden, ob sie entweder OL anzeigen (=Sicherung kaputt) oder 0Ω bzw. hochohmig sind (=Sicherung funktionsfähig)

Transistor testen

NPN

• Multimeter in DIODE-Modus umschalten.
• Testkabel an "VΩmA" mit Basis des NPN verbinden.
• Testkabel an COM sollte sowohl beim Berühren von Emitter als auch von Kollektor einen Diodendurchgang (z.B. 0,7V) anzeigen, wenn der Transistor in Ordnung ist.
• Zusätzlich wird noch der Widerstand zwischen Emitter und Kollektor gemessen: hier darf bei einem funktionstüchtigen Transistor kein Durchgang sein!

PNP

Gleiches Vorgehen, wie beim NPN-Transistor, nur dass die Kabel hier anders herum verwendet werden.

n-Channel MOSFET testen

• Alle Pins des MOSFETS (z.B. IRFZ44) werden zunächst zusammengeschlossen, damit sich Restspannungen abbauen.
• Der Widerstand zwischen DRAIN und SOURCE wird gemessen: muss OL sein.
• In DIODE-Modus umschalten
• Testkabel an "VΩmA" mit GATE und Testkabel an COM mit SOURCE für einige Sekunden verbinden.
• In Ω-Modus umschalten
• Testkabel an "VΩmA" mit DRAIN und Testkabel an COM mit SOURCE verbinden: wenn der MOSFET in Ordnung ist, dann müsste ein Widerstand von ~1Ω angezeigt werden, d.h der Channel ist leitend

LEDs testen

Die generelle Funktionalität und Polarrtät von LEDs kann man mit dem DIODE-Modus testen. Man hält die beiden Testkabel an jeweils einen Anschluss einer LED. Leuchtet sie auf oder wird eine Durchgangsspannung angezeigt (z.B. 2,4V), so kennt man die Polarität (rot=Anode; schwarz=Kathode) und deren Vorwärtsspannung U_D.

Grundlegende Bauelemente

Steckbrücken

USB-Anschlüsse

Batterie

Widerstand

Fotowiderstand (LDR)

Potentiometer

Diode

(Klein-)Signaldiode

Typische Dioden

Zener-Diode (Z-Diode)

Schottky-Diode

Leuchtdiode (LED)

Typische LED-Eigenschaften

Elektrolykondensator

Ferroelektrischer Lautsprecher (Piezolautsprecher)

NPN-Transistor

PNP-Transistor

N-Channel MOSFET 2N7000

Wichtige Daten einiger MOSFETs

V_DSS: (Drain Source Voltage) Maximale Spannungsfestigkeit des Bauteiles zwischen Drain und Source
I_D: (Continuous Drain Current) Maximaler Dauerstrom, der zwischen Drain und Source
V_GS(th): (Gate-Source Threshold Voltage) Gatespannung, ab welcher der Transistor minimal leitend wird

Schrittmotor 28BYJ-48

NE555 Taktgeber

Raspberry Pi

Raspberry Pi 3+ B - Pinout

Raspberry Pi 3+ B - GPIO-Modes

GPIO.setmode() nimmt einen Parameter entgegen:
GPIO.BOARD: Hiermit werden die Nummern der Pin so interpretiert, wie sie auf der Platine durchnummeriert sind (rund eingerahmte Zahlen im folgenden Diagramm)
GPIO.BCM: ("Broadcom SOC channel") Hiermit werden die Nummer als GPIO-Nummierung verstanden. (die Zahlen in den Kästchen im folgenden Diagramm)
Die BCM-Zahlen haben sich aber in den einzelnen Versions des RPi verändert, so dass man bei der Portierung hier aufpassen muss, so erweist es sich als etwas sicherer, die BOARD-Zahlen zu verwenden.

Raspberry Pi Pico - Pinout

STM32

Arduino

Arduino Uno - Pinout

Arduino Nano - Pinout

Anschlüsse des Arduino Nano RP2040 Connect - Pinout

Datentypen

²) doppelte Präzision nur auf Arduino Due, ansonsten gleich float

Ermittlung von Variablen-Typen

String getType(String a) { return "string"; }
String getType(int a) { return "int"; }
String getType(char *a) { return "char*"; }
String getType(float a) { return "float"; }
String getType(bool a) { return "bool"; }

Besondere Kontrollstrukturen

Normalerweise kann man mit der Anweisung return aus einer Funktion herausspringen. Dies gilt ebenso für die Funktion loop(). Allerding bedeutet dies, das automatisch erneut loop() wieder aufgerufen und damit ausgeführt wird.
I C/C++ können Programme mit exit(0); beendet werden. Dies ist zwar ebenso auf dem Arduino möglich, allerdings gibt es kein Betriebssystem, welches auf weitere Anweisungen hören könnten, d.h. man erreicht damit einen Status, aus dem man den Arduino nur durch einen Reset wieder herausbringt.

Regenbogen bei RGB-LEDs

#define PIN_RED    9
#define PIN_GREEN 10
#define PIN_BLUE  11

void setup()
{
    pinMode(PIN_RED, OUTPUT);
    pinMode(PIN_GREEN, OUTPUT);
    pinMode(PIN_BLUE, OUTPUT);
}

void loop()
{
    static int hue = 0;

    byte red = round(abs(cos((hue + 60) * PI / 180) * 255));
    byte green = round(abs(cos((hue + 180) * PI / 180) * 255));
    byte blue = round(abs(cos((hue + 300) * PI / 180) * 255));
    hue = (hue + 1) % 360;

    setColors(red, green, blue);
    delay(50);
}

void setColors(byte red, byte green, byte blue)
{
    analogWrite(PIN_RED, red);
    analogWrite(PIN_GREEN, green);
    analogWrite(PIN_BLUE, blue);
}

Speicher: Flash vs. SRAM vs. EEPROM

char message[] = "Hello World!"; speichert den Inhalt dieser Variablen im SRAM. Um diesen Speicher zu sparen, kann man Variablen auch im Flash (PROGMEM) memory speichern:
const PROGMEM char message[] = "Hello World!";
oder man benutzt folgendes Makro z.B.:
Serial.print(F("Hello, World"));
Es ist auch möglich, den EEPROM zu benutzen, aber dazu braucht man die Library EEPROM

printf

int serial_putchar(char c, FILE* f) {
    if (c == '\n') serial_putchar('\r', f);
    return Serial.write(c) == 1? 0 : 1;
}

FILE serial_stdout;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);

    // Set up stdout
    fdev_setup_stream(&serial_stdout, serial_putchar, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);
    stdout = &serial_stdout;

    printf("My favorite number is %6d!\n", 12);
}

Freien SRAM ermitteln (var. 1)

int freeRam ()
{
    extern int __heap_start, *__brkval;
    int v;
    return (int) &v - (__brkval == 0 ? (int) &__heap_start : (int) __brkval);
}

Serial.println(freeRam());

Freien SRAM ermitteln (var. 2)

int memoryTest()
{
    int byteCounter = 0;
    byte *byteArray;
    while ( (byteArray = (byte*) malloc (byteCounter * sizeof(byte))) != NULL ) {
        byteCounter++;
        free(byteArray);
    }
    free(byteArray);
    return byteCounter;
}

PWM für mehr Outputs

Ein kleiner Trick, um statt den 6 üblichen PWM-Pins auf dem Arduino quasi analogen Output zu ermöglich ist, statt die Pins mit GND zu verbinden, mit einem der PWM-Pins zu verbinden. Dadurch können alle diese Pins (auch nicht-PWM-fähige) die Möglichkeit erhalten mit analogWrite gesteuert zu werden, allerdings nur alles zusammen (siehe auch den Beitrag vom Hobbyelektroniker):

#define PIN_PWM 11

const byte leds[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7};

void setup()
{
    pinMode(PIN_PWM, OUTPUT);
    for(byte i=0; i<sizeof(leds)/sizeof(byte); i++) {
        pinMode(leds[i], OUTPUT);
        digitalWrite(leds[i], HIGH);
    }
}

void loop()
{
    for(byte b=0; b<=255; b++) {
        analogWrite(PIN_PWM, b);
        delay(10);
    }
}

Glättung von Eingangs-Signalen

Fehlerhafte bzz. sprunghafte Eingangssignale werden mit dem folgenden Sketch geglättet/gemittelt. Als Sensor an A0 dient z.B. ein Potentiometer. (Quelle: http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Smoothing)

// Define the number of samples to keep track of. The higher the number, the
// more the readings will be smoothed, but the slower the output will respond to
// the input. Using a constant rather than a normal variable lets us use this
// value to determine the size of the readings array.
const int numReadings = 10;

int readings[numReadings];      // the readings from the analog input
int readIndex = 0;              // the index of the current reading
int total = 0;                  // the running total
int average = 0;                // the average

int inputPin = A0;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    // initialize all the readings to 0:
    for (int thisReading = 0; thisReading < numReadings; thisReading++) {
        readings[thisReading] = 0;
    }
}

void loop()
{
    // subtract the last reading:
    total = total - readings[readIndex];
    // read from the sensor:
    readings[readIndex] = analogRead(inputPin);
    // add the reading to the total:
    total = total + readings[readIndex];
    // advance to the next position in the array:
    readIndex = readIndex + 1;

    // if we're at the end of the array...
    if (readIndex >= numReadings) {
        // ...wrap around to the beginning:
        readIndex = 0;
    }

    // calculate the average:
    average = total / numReadings;

    // send it to the computer as ASCII digits
    Serial.println(average);
    delay(1);
}

Alternativen für Core-Funktionen

Manchmal können die grundlegenden Arduino-Befehle nicht genutzt werden, entweder sind sie nicht verfügbar, verbauchen zuviel EEPROM/RAM oder sind zu langsam. Daher kann durch direkte Programmierung der Register zumindest für ein Teil dieser Funktionen ein Ersatz gefunden werden.
Vorsicht: Man sollte vor Verwendung der folgenden Beispiele immer erst das Datenblatt des verwendeten Mikrocontrollers zu Rate ziehen, um ungewolltes Programmverhalten zu vermeiden.

pinMode()

Um einen Port benutzen zu können, muss man ihn vorher konfigurieren. Dazu wird das Datenrichtungsregister (Data-Direction-Register) kurz DDRx benutzt. Das kleine x gibt an, welcher Port (PORTA, PORTB, ...) konfigurieren werden soll.
Eine 0 setzt den entsprechenden Pin als Eingang, eine 1 hingegen als Ausgang.
Beispiel:
// setzt Pin #1 und #3 als Ausgang und alle anderen Pins dieses Registers auf Eingang.
DDRB = 0b0101;
Wichtig beim Konfigurieren ist, dass man nur die Pins setzt, die man auch nutzt. Um ungewollte Seiteneffekte während des Programmablaufs zu vermeiden, sollte man statt alle Bits zu setzen, immer Bitmanipulation anwenden.
Beispiel:
// setzt PB0 als Eingang und PB1 als Ausgang
DDRB &= ~(1 << PB0);
DDRB |= (1 << PB1);

digitalWrite()

Um auf einen Port zu schreiben wird das PORTx Register (PORTA, PORTB, ...) benutzt. Wenn ein HIGH-Signal auf den entsprechenden Pin anliegen soll, dann muss eine logische 1 gesendet werden, und bei einem LOW-Signal eine 0.
Beispiel:
// setzen aller Pins dieses Ports (#1 und #3 mit HIGH, der Rest mit LOW)
PORTB = 0b0101;

// einzelnes Setzen eines Pins (hier PB0)
PORTB |= (1 << PB0); // PB0 auf HIGH setzen
PORTB &= ~(1 << PB0); // PB0 auf LOW setzen

digitalRead()

Der Eingangspuffer (input buffer) von AVR Mikrocontrollern befindet sich im Register PINx (z.B. PINB für PORTB). Um den aktuelle Zustand des entsprechenden Registers zu lesen, kann dieser in eine Variable geschrieben und weiterverarbeitet werden.
Beispiel:
// Zustand der Pins von PORTB auslesen:
int tmp = PINB;

ATtiny

ATtiny13A - Pinout

ATtiny24/44/84 - Pinout

ATtiny25/45/85 - Pinout

ATtiny48/88 - Pinout

ESP/Espressif

ESP-12E (ESP-8266)

ESP-12F WIFI (ESP-8266)

ESP-01 (ESP-8266)

ESP-8266: Witty Modul

ESP-8266 OLED

ESP32

LGT8F328P

Ox64/Pine64

Interrupt-fähige Pins bei Mikrocontrollern

Glossar

Darlington-Schaltung

elektronische Schaltung aus zwei Bipolartransistoren, wobei der erste, kleinere Transistor als Emitterfolger auf die Basis des zweiten, größeren arbeitet. Sie wird zur Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors eines einzelnen Bipolartransistors angewendet. Befinden sich beide Transistoren in einem einzigen Gehäuse, spricht man auch vom Darlington-Transistor.
Eine ähnliche Anordnung aus komplementären Transistoren wird als Sziklai-Paar oder als Komplementär-Darlington-Schaltung bezeichnet.

Bipolartransistor

ein Transistor, bei dem im Unterschied zum Unipolartransistor beide Ladungsträgertypen – negativ geladene Elektronen und positiv geladene Defektelektronen – zum Stromtransport durch den Bipolartransistor beitragen.

Johnson-Zähler

auch Ringzähler oder Ringschieberegister genannt, ist eine elektronische Schaltung und dabei eine Sonderform eines Schieberegisters, bei dem der Ausgang des letzten Registers (Flipflops) auf den Eingang des ersten zurückgeführt wird.

Shunt

niederohmiger elektrischer Widerstand, der zur Messung des elektrischen Stromes verwendet wird (Messwiderstand). Der Strom, der durch einen Shunt fließt, verursacht einen zu ihm proportionalen Spannungsabfall, der gemessen wird.

Diac

"Diode for Alternating Current": Zweirichtungs-Diode

Triac

"Triode for Alternating Current": Zweirichtungs-Thyristortriode oder Symistor

Thyristor

Halbleiterbauelement, das aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist. Thyristoren sind einschaltbare Bauelemente, d.h., sie sind im Ausgangszustand nichtleitend und können durch einen kleinen Strom an der Gate-Elektrode eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gatestrom leitend. Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten eines Mindeststroms, des sogenannten Haltestroms.

Candela

die SI-Einheit der SI-Basisgröße Lichtstärke

Kerzenflamme	1cd
60W Haushaltsglühlampe 230V	58cd
100W Haushaltsglühlampe 230V	110cd
40W Kompaktleuchtstofflampe	180cd

Lumen

ist die physikalische Einheit des Lichtstroms, d.h. das Maß für das gesamte von einer Strahlungsquelle ausgesandte sichtbare Licht. Die Einheit gibt somit die Leistung der Lichtquelle an.
Gemessen wird ausschließlich das sichtbare Licht und zwar in Candela (Lichtstärke) mal dem Raumwinkel.

Lichtquelle	Leistungsaufnahme	typische Lichtausbeute
Kerzenlicht	~150W	15 lm
1W - Leuchtdiode	1W	90 lm
40W Haushaltsglühlampe 230V	40W	470 lm
60W Haushaltsglühlampe 230V	60W	806 lm
100W Haushaltsglühlampe 230V	100W	1500 lm
20W MR16 Niedervolt Halogenlampe 12V	20W	180 lm
35W MR16 Niedervolt Halogenlampe 12V	35W	300 lm
25W GU10 Hochvolt Halogenlampe 230V	25W	125 lm
50W GU10 Hochvolt Halogenlampe 230V	50W	300 lm
23W Kompaktleuchtstofflampe	23W	1300 lm

Transistor ("transfer resistor")

elektronisches Halbleiter-Bauelement zum Steuern meistens niedriger elektrischer Spannungen und Ströme.

Schwellenspannung

gibt an, bei welcher Spannung der Transistor leitend wird. Übliche Werte bei Bipolartransistoren liegen zwischen 0,6V bis 0,7V.
(Ist die Spannung, die zwischen Basis und Emitter abfällt)

Bezeichnung

erster Buchstabe: Halbleitermaterial (A=Germanium, B=Silizium
zweiter Buchstabe: Einsatzzweck (C=Universal, D=hohe Leistung, F=Hochfrequenz, U=hohe Spannung)
Typische Transistoren: 2n3055, BC337, BC547, 2N2222, S8050

Entladen von Elektrolytkondensatoren

Die Kapazität C mal den Entladewiderstand R ergibt die Zeitkonstante Tau (in Sekunden).
Nach dem fünffachen der Zeit Tau sind ca. 99% der vorherigen Ladung entladen:
5 × R × C = Entladezeit z.B.: 5 × 0,1F × 100kOhm =~ 14 Stunden
Warnung: Die max Leistung des Widerstandes darf nicht überschritten werden, sonst Brennt er durch. P = U × U/R
Warnung: Elkos können sich teilweise von selbst wieder aufladen. Vor allem wenn sie sehr schnell entladen wurden, steigt die Spannung oft wieder etwas an.

Sperrstrom

Wird eine Diode in Sperrrichtung betrieben, so fließt durch sie dennoch ein geringer Sperrstrom Übersteigt die in Sperrrichtung anliegende elektrische Spannung (Sperrspannung) die Durchbruchspannung, so steigt der Sperrstrom drastisch an, was bei Standardgleichrichterdioden zu deren Zerstörung führt. Dieser Effekt wird z. B. bei Zener-Dioden gezielt ausgenutzt.

Durchlassstrom

Der Strom, der eine pn-Diode nach Anlegen der Durchlassspannung durchfließt.

Schwellenspannung U_s

ist die Spannung, die nötig ist, um Strom durch eine Diode in Durchlassrichtung fließen zu lassen:
Bei gewöhnlichen Siliziumdioden ist U_s ca. 0,6 - 0,7 V.

Durchlassspannung

wird auch als Schwellspannung bezeichnet und hat das Formelzeichen U_f.
Wird U_f unterschritten, leuchtet z.B. eine Leuchtdiode nicht mehr;
wird U_f überschritten wird das Bauteil durch einen stark ansteigenden Strom evtl. zerstört.
Die Durchlassspannung bezieht sich auf einen vom Hersteller angegebenen Strom (bei LEDs: meistens 20mA).
Es empfiehlt sich eine Spannung zu wählen die ziemlich im unteren Bereich der Durchlassspannung liegt da somit die Lebensdauer überproportional erhöht wird.

Pluspol

wird idR immer mit einem roten Kabel oder Anschluss dargestellt

Minuspol

wird idR immer mit einem schwarzen bzw. blauen Kabel oder Anschluss dargestellt

Technische Stromrichtung

immer von (+) nach (-)

Physikalische Stromrichtung

immer von (-) nach (+)

Kurzschluss

nahezu widerstandslose Verbindung der beiden Pole einer elektrischen Spannungsquelle

Leerlauf

Zustand, bei dem an einer elektrischen Spannungsquelle kein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist bzw. in eingeschaltetem Zustand betrieben wird. Es fließt in diesem Fall kein elektrischer Strom.

Reihenschaltung von Batterien:

Bei einer Reihenschaltung (auch Serienschaltung genannt) erhöht sich die Betriebsspannung.
Beispiel: Werden zwei Batterien mit jeweils 200Ah (Amperestunden) und 12V (Volt) in Reihe geschaltet, ergibt sich eine Ausgangsspannung von 24V mit einer Kapazität von 200Ah.

Parallelschaltung von Batterien:

Bei der Parallelschaltung von Batterien wird der Pluspol mit dem Pluspol und der Minuspol mit dem Minuspol miteinander verbunden.
Die Ladekapazität (Ah) der einzelnen Batterien summiert sich dann während die Gesamtspannung der Spannung der Einzelbatterien entspricht.
Beispiel: Werden zwei Batterien mit jeweils 200 Ah und 12V parallel geschaltet, so ergibt sich eine Ausgangsspannung von 12V und eine Gesamtkapazität von 400Ah.

Glimmlampe

Glimmlampe ist eine Gasentladungsröhre zur Erzeugung eines schwachen, sogenannten Glimmlichtes

Batterie

Kapazität: Die in einer Batterie gespeicherte elektrische Ladung wird als Kapazität bezeichnet nicht zu verwechseln mit der elektrischen Kapazität.
Kapazität einer Batterie wird meist in Amperestunden (Einheitenzeichen: Ah) angegeben.
Leistung: Die Leistung einer Batterie ist die Menge an elektrischer Energie, die pro Zeiteinheit entnommen werden kann. Sie wird in der Regel in Watt (W) angegeben

Elektrischer Widerstand

ist in der Elektrotechnik ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (Bauelement, Stromkreis) fließen zu lassen.

Widerstand (Bauelement)

ist ein zweipoliges passives elektrisches Bauelement zur Realisierung eines ohmschen Widerstandes in elektrischen und elektronischen Schaltungen.
Kohleschichten haben einen negativen Temperaturkoeffizienten (leitet bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser als bei tiefen Temperaturen) und sind sehr ungenau.
Metallschichtwiderstände lassen sich mit höchsten Genauigkeiten und abhängig von der Legierung mit sehr geringen Temperaturkoeffizienten fertigen.
Metalle haben im Allgemeinen einen positiven Temperaturkoeffizienten.
Für sehr hohe Widerstandswerte und hohe Spannungen werden Metalloxid-Schichtwiderstände gefertig.

Nichtlinearer Widerstand

auch parameterabhängiger Widerstand genannt.
Wesentliches Merkmal ist, dass der Widerstandswert von einem oder mehreren weiteren physikalischen Parametern wie der am Widerstand anliegenden Spannung, der Temperatur, Druck, dem Lichteinfall und ähnlichen mehr abhängt. Wesentlich ist, dass bei nichtlinearen Widerständen der Zusammenhang zwischen Spannung am und Strom durch den Widerstand nicht durch die ohmsche Beziehung mit einem konstanten Widerstandswert R beschrieben werden kann.
Beispiele: Thermistor, Fotowiderstand, Varistor, druck- oder dehnungsabhängiger Widerstand

Vorwiderstand

Vorwiderstand ist ein elektrischer Widerstand, der in Reihe zu einem elektrischen Bauelement geschaltet wird, um die elektrische Spannung am bzw. die elektrische Stromstärke durch das Bauelement auf zulässige Werte zu begrenzen.
Wichtig: Vorwiderstand sollte immer pro Bauteil verwendet werden, wenn die Bauteile parallel zueinander betrieben werden, denn falls ein Bauteil ausfällt, würde der Vorwiderstand u.U. nicht mehr ausreichend dimensioniert sein und die anderen Bauteil könnten Schaden nehmen.
Vorwiderstand berechnen:

RV = UR / I	RV = 7V / 20mA = 7V / 0,02A = 350 Ohm
UR = Ugesamt - ULED	UR = 9V - 2V = 7V
I = UR / RV	I = 7V / 350Ohm = 0,02A
PV = UR * I	PV = 7V × 0,02A = 0,14W
PV = UR^2 / RV	PV = 7V^2 / 350Ohm = 0,14W

Impedanz

auch Wechselstromwiderstand, gibt das Verhältnis von elektrischer Spannung an einem Verbraucher (Bauelement, Leitung usw.) zur aufgenommenen Stromstärke an.

Diode

Elektrisches Bauelement, das Strom in einer Richtung fast ungehindert passieren lässt und in der anderen Richtung fast isoliert.

Spannungsteiler

ist eine Reihenschaltung aus passiven elektrischen Zweipolen (z.B. Widerstände), durch die eine elektrische Spannung aufgeteilt wird.
Der Spannungsteiler ist eine spezielle Anwendung der Reihenschaltung von Widerständen. Er besitzt einen Abgriff (Abzweig) an der Verbindungsstelle und erlaubt eine Teilung der Gesamtspannung im Verhältnis der beiden Widerstände, sofern kein Strom an der Verbindungsstelle entnommen wird.

Kathode

=Minuspol (nur bei technischer Stromrichtung)

Anode

=Pluspol (nur bei technischer Stromrichtung)

Fotodiode

Halbleiter-Diode, die Licht (evtl. auch IR-, UV- oder Röntgenstrahlen) durch den inneren Fotoeffekt in einen elektrischen Strom umwandelt oder – in Sperrrichtung betrieben – diesem einen beleuchtungsabhängigen Widerstand bietet.

Fototransistor

Bipolartransistor, dessen pn-Übergang der Basis-Kollektor-Sperrschicht einer externen Lichtquelle zugänglich ist. Er ähnelt somit einer Fotodiode mit angeschlossenem Verstärkertransistor.

Abkürzungen

AC

"alternating current": Wechselstrom

AWG

"American Wire Gauge" ist eine Kodierung für Drahtdurchmesser und kennzeichnet elektrische Leitungen aus Litzen und massivem Draht.

BJT

"bipolar junction transistor": Bipolartransistor

BNC

"Bayonet Neill Concelman": koaxialer Steckverbinder für Hochfrequenzanwendungen

CMOS

"Complementary metal-oxide-semiconductor": Bei MOS-Logiken werden MOSFETs verwendet, bei CMOS sind diese zueinander komplementär. Es werden keine Widerstände benötigt.
Die Versorgungsspannung U_b kann bei CMOS-Bausteinen variabel zwischen +3V und +15V gewählt werden, weshalb die Pegel als Prozent von U_b angegeben werden. Ein H-Pegel am Eingang besteht bei einer Spannung von über 70% von U_b, ein L-Pegel bei unter 30%. Am Ausgang ist ungefähr U_b ein H-Pegel und 0V ein L-Pegel. Vorteilhaft bei CMOS ist die, u.a. durch fehlende Widerstände, kleine Bauart und die extrem kleine Verlustleistung bei niedrigen bis mittleren Taktfrequenzen. Dieses beruht darauf, dass kein Ruhestrom im taktfreien Zustand fließt. Bei hohen Frequenzen steigt die dynamische Verlustleistung jedoch über TTL Niveau und Außerdem ist CMOS relativ empfindlich gegenüber statischer Aufladung.

DC

"direct current": Gleichstrom

EEPROM

"Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory": nichtflüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, dessen gespeicherte Information elektrisch gelöscht werden kann.

EPROM

"Erasable Programmable Read-Only Memory": nichtflüchtiger elektronischer Speicherbaustein, der bis etwa in die Mitte der 1990er-Jahre vor allem in der Computertechnik eingesetzt wurde, inzwischen aber weitgehend durch EEPROMs abgelöst ist.

E-Reihe

Normreihe elektrischer Bauteile nach DIN IEC 60063; auch: "Vorzugsreihen für die Nennwerte von Widerständen und Kondensatoren": E3, E6, E12, E24, E48, E96 und E192

FET

Feldeffekttransistor: Gruppe von Transistoren, bei denen im Gegensatz zu den Bipolartransistoren nur ein Ladungstyp am elektrischen Strom beteiligt ist – abhängig von der Bauart: Elektronen oder Löcher bzw. Defektelektronen

GAL

"Generic Array Logic": Weiterentwicklung der PALs kamen zuerst durch die Lattice Semiconductor Corporation die wiederbeschreibbaren Generic Array Logic (kurz GAL genannt) -Bausteine auf den Markt. Sie bestehen aus einer programmierbaren UND-Matrix und einer fest verdrahteten ODER-Matrix. Im Gegensatz zum PAL sind sie elektrisch beschreibbar und entweder durch UV-Licht (EPLD) oder elektrisch (EEPLD) löschbar, wodurch eine Neuprogrammierung möglich wird.

h[FE]

Wert der Stromverstärkung eines Transistors ("current gain"): h[FE] = I[Collector] / I[Basis]

Verstärkungsfaktor Hfe eines Transistors berechnen: h[FE] (auch hfe bzw. ß) gibt die Kleinsignal-Stromverstärkung im Arbeitspunkt Ic (DC-Kollektorstrom) an.
ß = dIc/dIb
Nicht zu verwechseln mit der Gleichstromverstärkung B = Ic/Ib
ß ist abhängig von Ic und der Temperatur.

Normalerweise berechnet man sie nicht (kann es auch nicht) sondern misst sie oder entnimmt min- u. max-Werte aus dem Datenblatt.
Für grundsätzliche Überlegungen:

Ist die Kurve Ic = f(Ib) gegeben, so ist ß der Kehrwert der Tangentensteigung im Arbeitspunkt Ic.
ß = 1/(dIc/dIb)

Hat man eine Kurve für B = f(Ic) gegeben, dann kann man ß mit Hilfe der Tangentensteigung dB/dIc im Arbeitspunkt Ic ermitteln:
ß = B/(1 - Ic * dB/dIc)
Solange Ic = f(Ib) näherungsweise gerade bzw. die B-Kurve flach verläuft und bei kleinem Ic, kann man ß ~= B annehmen.

Mit der Gleichung
hfe = rbe * s
kann man arbeiten wenn der differenzielle Basis-Emitter-Widerstand rbe = dUbe/dIb gegeben ist. Dabei ist die Steilheit
s = dIc/dUbe ~= Ic/Ut
Ut = K * T ist die Temperaturspannung und beträgt bei Zimmertemperatur ca. 27mV (K = Boltzmannkonstannte, T = absolute Temperatur)

Meistens rechnet man aber andersrum: Wieviel ß soll mein Transistor haben....?

IC

"integrated circuit": Integrierter Schaltkreis

I2C (auch: i²C bzw. IIC)

von engl. "Inter-Integrated Circuit" ist ein serieller Datenbus.

• I2C hat 2 Leitungen: SDA (Data) + SCL (Clock)
  dazu kommt noch eine Optionale INT (Interupt) Leitung dazu, mit der Systemevents dargestellt werden können.
• SCL ist (meistens) unidirectional; SDA ist bidirectional.
• I2C ist langsamer als SPI, nur ~100-400KHz (dies kommt daher, weil mehr Signale für die Kommunikation verwendet werden; darüber hinaus werden bei I2C bestimmte Sequenzen am Anfang und Ende der Kommunikation gesendet)
• I2C ist ein "einfaches" Master/Slave Bussystem mit Adressierung und mehreren möglichen Mastern.
• I2C kennt einfache softwarebasierte Adressierung, so dass theoretisch bis zu 256 Geräte gleichzeitig von einem Mikrocontroller betrieben werden können.
• Halbduplex-Kommunikation: SDA übermittelt zur gleichen Zeit immer nur in einer Richtung

IS

Integrierter Schaltkreis

IEC

Internationale Elektrotechnische Kommission: Normungsorganisation für Normen im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik.

LED

"light-emitting diode": Leuchtdiode (auch Lumineszenz-Diode genannt) --> Kathode = kurzes Bein = große flache Stelle = wird am Minuspol angeschlossen

LDR

"Light Dependent Resistor": Fotowiderstand

LiPo

(auch LiPoly) Lithium-Polymer-Akkumulator

MCU

"Microcontroller Unit": Mikrocontroller (auch µController, µC): ist ein Ein-Chip-Computersystem

MOSFET

"metal-oxide-semiconductor field-effect transistor": Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor: gehört zu den Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, auch als IGFET bezeichnet.

NPN

p- und n-dotierte Schichten (hier im Falle eines Bipolartransistors)

NTC

"Negative Temperature Coefficient Thermistor": Heißleiter

PAL

"Programmable Array Logic": elektronische Halbleiterbausteine im Bereich der Digitaltechnik, die durch Programmierung eine logische Verknüpfungsstruktur der Eingangssignale zu den Ausgangssignalen erhalten

PDIP

"Plastic Dual In-line Package": zwei Reihen von Anschlussstiften (=Pins) zur Durchsteckmontage

PCB

"printed circuit board": Leiterplatte (Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung)

PNP

p- und n-dotierte Schichten (hier im Falle eines Bipolartransistors)

PTC

"Positive Temperature Coefficient Thermistor": Kaltleiter

PWM

Pulsweitenmodulation ist eine Modulationsart, bei der eine technische Größe (z. B. elektrische Spannung) zwischen zwei Werten wechselt.

SMD

"surface-mount device": oberflächenmontiertes Bauelement

SO

"small outline": oberflächenmontierte Bauform von elektronischen Bauteilen

SPI

von engl. "Serial Peripheral Interface" ist ein Bus-System mit einem "lockeren" Standard für einen synchronen seriellen Datenbus (Synchronous Serial Port), mit dem digitale Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip miteinander verbunden werden können.

• SPI kennt keine Adressierung.
• SPI hat 3 Leitungen:
  • MISO: Master-In-Slave-Out
  • MOSI: Master-out-Slave-In
  • CLK: Clock
  • CS: Chip select: Signal um zwischen verschiedenen slave devices hin- und herzuschalten
• SPI ist deutlich schneller als I2C (25MHz und mehr)
• Voll-Duplex-Kommunikation möglich durch getrennte Datenkanäle
• Simpleres Protokoll (im Vergleich zu I2C)

TO-92

verbeitete Art eines Halbleitergehäuses hauptsächlich für Transistoren.

TO-220

verbeitete Art eines Halbleitergehäuses (evtl. mit Kühlfahne)

TTL

Transistor-Transistor-Logik (Familie elektronischer Komponenten).
Die TTL verwendet für den Aufbau Widerstände und Transistoren. An den Eingängen ist ein H-Pegel als eine Spannung zwischen 2,0V und 4,8V und ein L-Pegel zwischen 0V und 0,8V definiert. Am Ausgang tritt bei einem H-Pegel eine Spannung von über 2,4V, bei einem L-Pegel unter 0,4V auf. Die Betriebsspannung muss 5V ±0,25V betragen.
Dieses System ist äußerst robust und schaltet, durch Einsatz von Schottky-Dioden, sehr schnell, d.h. die möglichen Taktfrequenzen sind hier relativ hoch. Ein Nachteil bei der TTL ist der ständig fließende Ruhestrom –also die Verlustleistung– und die dadurch bedingte Erwärmung, wodurch die Komplexität bzw. die Menge der verwendeten Bausteine begrenzt wird.

UART

"Universal Asynchronous Receiver Transmitter": elektronische Schaltung, die zur Realisierung digitaler serieller Schnittstellen dient. Dabei kann es sich sowohl um ein eigenständiges elektronisches Bauelement (ein UART-Chip bzw. -Baustein) oder um einen Funktionsblock eines höherintegrierten Bauteils (z. B. eines Mikrocontrollers) handeln

vu

"volume units": z.B. verwendet in "VU-Meter"