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Elektrotechnik – Einführung in passive Bauelemente

In der Elektrotechnik redet man immer dann von passiven Bauelementen, wenn man Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren meint. Diese haben keine eigene Spannungsversorgung und besitzen keine eigene Steuerung. Sie sind im wahrsten Sinne des Wortes passiv und verhalten sich einfach immer gemäß der Spannung, die gerade durch sie durchfließt. Passive Bauelemente gehören zu den elektrischen Bauelementen, welche man als die kleinsten Bauteile eines elektrischen Aufbaus beschreiben könnte. Dabei kann jedes Bauelement durchaus auch aus mehreren kleineren Bauelementen bestehen, aber man schaut sich eben nur das Verhalten aller Bauteile in Kombination an. Der Markt für solche Bauelemente ist gigantisch und Firmen wie Intel generieren durch den Verkauf hochspezialisierter Hardware jährliche Milliardengewinne. Onlineshops bieten für jeden, der an einer eigenen elektrischen Schaltung arbeitet, die passenden Bauteile. Angefangen bei Widerständen und Dioden, bis hin zu Thermistoren und Dehnmeßstreifen, kann man dort alles erwerben. Nehmen wir uns einfach mal den typischsten aller passiven Bauelemente heraus und schauen uns sein Verhalten an. Der Widerstand ist ein Paradebeispiel für ein solches Bauelement und es wird in jeder komplexen Schaltung auf der Welt verwendet. Man kann mit ihnen den elektrischen Strom begrenzen, elektrische Spannungen in Schaltungen aufteilen und elektrische Energie „meist unfreiwillig“ in Wärmeenergie umwandeln. Betrachtet man sich die Elektrizität als einen Fluss, dann kann man die elektrischen Widerstände als Felsen betrachten, die man in seinen Weg wirft. Der Durchgang wird kleiner und der Wasserstrom wird nur noch durch eine kleine Öffnung gezwängt, durch die das Wasser nun mit einer enormen Kraft durchfließt. Ganz ähnlich verhält es sich auch in elektrischen Schaltungen. Die Widerstände erhöhen die Spannung von Systemen und bereiten sie auf diese Weise für nachfolgende Bauteile, wie z.B. Dioden auf, die durch zu hohe oder zu niedrige Spannungswerte nicht funktionieren würden. Dabei ist die vom Widerstand ausgehende Spannung immer abhängig vom Widerstandswert Ohm und natürlich der eingehenden Spannung. Interessanterweise ändert sich das Verhalten eines Widerstandes vollkommen, je nachdem ob man eine sogenannte Wechselspannung anlegt oder aber eine lineare Spannung. Dies ist ein ganz typisches Verhalten für passive Bauelemente und deswegen wird es in Lehrbüchern auch so gerne als Beispiel genommen. Ein weiteres Beispiel sind Kalt- bzw. Heißleiter. Diese stellen eine ganz besondere Form von Widerständen da, denn sie verändern ihr Verhalten nicht nur bei unterschiedlichen Spannungen, sondern verändern ihren eigenen Widerstandswert je nach Temperatur. So können mit diesen Bauteilen auf einfache Weise Temperaturmesser gebaut werden oder eine Art Überstromschutz, der ausgelöst wird, wenn die Temperatur in den umliegenden Bauteilen zu groß wird. Ein weiteres prominenteres Beispiel für einen Heißleiter sind die Lichterketten an unseren Tannenbäumen. Diese haben nach jeder Glühlampe immer einen Heißleiter nachgeschaltet. Fällt eine Lampe aus wird weniger Strom verbraucht und Spannung in den restlichen Lampen und Leitungen steigt. Dadurch steigt natürlich auch die Wärmeentwicklung und der Heißleiter verändert seinen Widerstand dementsprechend. Die Spannung wird so automatisch herunter geregelt und die anderen Lampen können weiter normal leuchten.