Grundlagen Elektronik

Stromkreis

In einem Stromkreis fliesst Strom von einer Anode zu einer Kathode. Gemäss dem Ohmschen Gesetz stehen die Spannung $U$, der Widerstand $R$ und der Strom $I$ in folgendem Verhältnis zueinander:

$U = R\cdot I$

Formelzeichen	Grösse	Einheit
$U$	Spannung	Volt
$R$	Widerstand	Ohm
$I$	Strom	Ampère

Ein einfacher Stromkreis

Achtung

Die technische Stromrichtung ist der Bewegungsrichtung der Elektronen entgegengesetzt. In der Technik fliesst der Strom vom Plus- zum Minuspol.

Masse (GND)

Der negative Pol der Spannungsquelle wird als Masse oder GND (engl. ground) bezeichnet. Der dient als Bezugspunkt für Spannungsmessungen. Ein Teil des Stromkreises, welcher direkt mit der Masse verbunden ist, hat also immer eine Spannung 0 Volt.

Digitale Schaltung

Eine digitale Schaltung ist ein Stromkreis, bei welchem die Spannung konstant und der Strom klein ist.

Widerstand

Ein Widerstand ist ein elektronisches Bauteil, welches einen klar definierten ohmschen Widerstand in Schaltungen realisiert.

Der Widerstandswert in Ohm wird durch die Farbringe gekennzeichnet. Jeder Farbe ist eine Zahl zwischen -2 und 9 zugeordnet.

Farbcodierung des Widerstandswerts

Leuchtdiode

Eine Leuchtdiode (engl. light emitting diode, LED) erzeugt Licht, wenn Strom hindurchfliesst. Der Strom kann nur in einer Richtung durch eine Diode fliessen, von Anode zu Kathode. Eine «normale» rote Leuchtdiode benötigt eine Spannung von 1.6 V und kann einen maximalen Strom von 20 mA verkraften.

Vorwiderstand

Um den Strom klein zu halten, muss eine Schaltung mit einer Leuchtdiode durch einen Widerstand ergänzt werden.

Der benötigte Widerstand berechnet sich so:

$R_V = \frac{U - U_L}{I}$

Formelzeichen	Bedeutung
$R_V$	Widerstand
$U_V$	Spannung über dem Widerstand
$I$	Strom
$U$	Gesamtspannung
$U_L$	Spannung über der Leuchtdiode

✏️ Einfache Schaltung mit Leuchtdiode

1. Berechne den benötigten Vorwiderstand für eine rote Leuchtdiode (20 mA, 1.6 V) bei einer 3.3 V- sowie bei einer 5 V-Spannungsquelle.
2. Vergleiche Deine Lösung mit der Musterlösung.
3. Bringe eine Leuchtdiode zum Leuchten, indem Du den obenstehenden Schaltkreis realisierst.

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Der Vorwiderstand muss bei 3.3 V mindestens 77 Ohm betragen.

Bei 5 V muss der Vorwiderstand mindestens 170 Ohm betragen.

Steckplatine

Eine Steckplatine (engl. breadboard) wird verwendet, um einen Prototyp einer Schaltung aufzubauen, ohne löten zu müssen.

Schema einer Steckplatine mit Verbindungen

Auf der Steckplatine sind jeweils fünf der inneren Kontakte vertikal miteinander verbunden.

Die äusseren Kontakte sind wie oben abgebildet horizontal miteinander verbunden und mit den Farben blau bzw. rot markiert. Üblicherweise wird für die Versorgungsspannung die Farbe Rot verwendet und für die Masse die Farbe Blau.

Steckplatine mit micro:bit