Elektrisches Bauelement

Ein elektrisches Bauelement bezeichnet in der Elektrotechnik den kleinsten grundlegenden, als Einheit betrachteten Bestandteil einer elektrischen Schaltung sowohl als mathematisch-physikalisches Phänomen als auch in der Form eines idealisierten Bauelementes, als reales (diskretes) Bauelement oder als Baugruppe. Das elektrische Bauelement als Einheit kann im Einzelfall aus mehreren Bauteilen bestehen, Beispiel: Spulenkörper + Draht + Kern = Spule, mit der elektrischen Eigenschaft Induktivität. Wichtige elektrische Bauelemente sind Elektronenröhre, Halbleiterdiode, Transistor, integrierte Schaltungen, Widerstand, Kondensator und Induktivität.

Im allgemeinen Sprachgebrauch, insbesondere auch im industriellen Bereich, werden reale (diskrete sowie integrierte) elektrische Bauelemente, elektromechanische und mechanische Bauelemente üblicherweise „Elektronische Bauelemente“ genannt. Damit werden Bauelemente und Bauteile klassifiziert, die für elektronische Geräte und Anlagen geeignet sind sowie industriell hergestellt, vertrieben und eingesetzt werden.

Verschiedene elektrische Bauelemente

Einteilung

Siehe auch: Bauelemente der Elektronik

Es ist üblich, elektrische Bauelemente in verschiedene Klassen zu unterteilen:

Ideale und reale Bauelemente

Ideale Bauelemente sind fiktive Bauteile mit idealisierten Eigenschaften. Eine Zusammenschaltung von idealen elektrischen Bauelementen wird zur Berechnung und Simulation realer Bauteile benötigt, welche sich zur Schaltungssimulation eignen.

Reale Bauelemente sind physikalische Realisierungen von elektrischen Bauelementen. Sie bilden mechanisch eine Einheit und können auch aus mehreren Bauelementen zusammengesetzt sein, also in elektrischer Hinsicht selbst eine Schaltung darstellen (z. B. integrierte Schaltungen oder eine Funkenlöschkombination).

Passive und aktive Bauelemente

Passive Bauelemente sind jene, die keine Verstärkerwirkung zeigen und keine Steuerungsfunktion besitzen (z. B. Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und Memristoren).

Aktive Bauelemente zeigen in irgendeiner Form eine Verstärkerwirkung des Nutzsignals oder erlauben eine Steuerung (z. B. Transistoren, Optokoppler, Relais).

Lineare und nichtlineare Bauelemente

Lineare Bauelemente genügen dem Superpositionsprinzip. Diese Bauelemente weisen einen im Wesentlichen linearen Zusammenhang zwischen bestimmten elektrischen Größen (meist Strom und Spannung oder deren zeitlichen Ableitungen) unter den spezifizierten Anwendungsbedingungen auf. Beim Betrieb mit Wechselspannung oder -strom wirkt sich das z. B. so aus, dass im Ausgangssignal keine weiteren Frequenzen vorkommen als im Eingangssignal.

Nichtlineare Bauelemente haben eine erwünschte Nichtlinearität. Zum Beispiel leitet eine Gleichrichterdiode nur in einer Richtung Strom, während sie sich bei entgegengesetzter Polarität der anliegenden Spannung nahezu wie ein Isolator verhält.

Diskrete und integrierte Bauelemente

Ein elektrisches Bauelement, welches nur aus einer einzigen Funktionseinheit besteht, bezeichnet man als diskret. Demgegenüber sind u. a. in integrierten Schaltkreisen mehrere gleichartige oder unterschiedliche Funktionseinheiten zu einem komplexen Bauelement integriert, also zusammengefasst. Beispielsweise kann ein Transistor sowohl als diskretes Bauelement als auch als Bestandteil eines integrierten Schaltkreises vorkommen.

In manchen Fällen, wie in Verkaufskatalogen, werden Bauelemente auch nach dem Ursprungsland eingeteilt und beispielsweise als „Japan-Halbleiter“ oder als „Fernost-Halbleiter“ bezeichnet.

Funktionsprinzipien

Elektrische Bauelemente nutzen elektrische Felder und magnetische Felder sowie mechanische Schwingungen, Bewegungen und Kräfte, um bestimmte, gewünschte funktionale Zusammenhänge zwischen der elektrischen Spannung und der elektrischen Stromstärke herzustellen.

Viele Bauelemente nutzen dazu den magnetischen Fluss stromdurchflossener Leiter, den elektrischen Widerstand, festkörperphysikalische Eigenschaften von Halbleitermaterialien oder die Hin- und Zurückwandlung elektrischen Stromes in Infrarot oder Körperschall.

Weitere elektrische Bauelemente dienen der Wandlung von oder in nichtelektrische Größen (z. B. Licht, Schall, Magnetismus, Kraft, Temperatur). Beispiele sind Fotodioden, Leuchtdioden, Signalgeber, Relais, Thermistoren, Piezoelemente oder Dehnmessstreifen.

Die Zusammenschaltung von Bauelementen und elektrischen Leitungen ergibt eine elektrische Schaltung, Platine oder Baugruppe. Daher wird vielfach auch von einem Bauelement als kleinstem funktionalen Element einer elektrischen Schaltung gesprochen – die Innenschaltung und Funktion enthaltener integrierter Schaltkreise wird nicht ausführlich dargestellt, sondern lässt sich nur anhand ihrer Typenbezeichnung spezifizieren.

Siehe auch

• Liste elektrischer Bauelemente

Weblinks

• Werkstattunterricht zum Thema "Passive Bauelemente"
• Werkstattunterricht zum Thema "Aktive Bauelemente"
• N. Fliege, Universität Mannheim: Vorlesung Elektrotechnik I, Kapitel 2: Elektrische Bauelemente und Netzwerke (PDF, 1,5 MB).

Einzelnachweise