Elektronik

Die Elektronik ist ein Teilbereich der Elektrotechnik, in dem bevorzugt Bauelemente mit elektrischer Steuerung verwendet werden.

Mechanische Bestandteile wie z. B. Schalter oder Relais fallen nicht unter die Bezeichnung Elektronik. Wichtige Teilbereiche der Elektronik sind die Analogtechnik, die Digitaltechnik und die Hochfrequenztechnik.

Als elektronische Bauelemente werden beispielsweise Elektronenröhren, Transistoren, Widerstände, Kondensatoren und Spulen verwendet. Durch Verbindung dieser Elemente – insbesondere durch ihre Integration auf einem Chip (monolithische Schaltung) – entstehen komplexere Bauteile wie Multiplexer, Operationsverstärker, Flipflops, integrierte Schaltkreise, Analog-Digital-Wandler usw.

Geschichte

Elektronik (grie. elektron = Bernstein): Anfang des 20. Jahrhunderts wurden die ersten Vakuumröhren entwickelt und in ersten Schaltungen genutzt. Mit der Triode stand zum ersten Mal ein brauchbares Bauelement zum Aufbau von Verstärkern zur Verfügung. Dadurch wurden Erfindungen wie Rundfunk, Fernsehen und Radar möglich. Im Jahr 1948 wurde dann der erste Transistor vorgestellt. Transistoren können wie Röhren als Verstärker, steuerbare Schalter oder als Oszillator eingesetzt werden. Jedoch im Gegensatz zu Vakuumröhren, die sehr viel Raum und Strom (genau genommen Spannung) brauchen, lassen sich Transistoren sehr klein fertigen, denn sie basieren auf Halbleitertechnologie. In den sechziger Jahren gelang dann die Fertigung von kompletten Schaltungen, bestehend aus mehreren Transistoren und weiteren Bauelementen, auf einem einzigen Siliziumkristall. Die dadurch eingeleitete Technik der Integrierten Schaltkreise (IC) hat seitdem zu einer stetigen Miniaturisierung geführt.

Analogelektronik

Die Analogelektronik oder Analogtechnik, speziell die Niederfrequenztechnik, beschäftigt sich vor allem mit der Manipulation von kontinuierlichen Signalen. Die wichtigste Schaltung der Analogtechnik ist der Verstärker, mit dessen Hilfe sich weitere Funktionen aufbauen lassen (Oszillator, Filter, etc.). Der Operationsverstärker ist ein universelles Bauelement mit einem differenziellen Eingang. Sein Name rührt daher, dass mit ihm mathematische Operationen (Subtraktion, Addition, Integration, etc.) ausgeführt werden können. Operationsverstärker finden in der Analogelektronik breite Anwendung. Der Genauigkeit der Signalverarbeitung sind in der Analogelektronik durch störende Effekte wie Rauschen oder Nichtlinearitäten Grenzen gesetzt.

Digitalelektronik

Die Digitalelektronik oder Digitaltechnik beschäftigt sich mit der Verarbeitung von diskreten Signalen (ausgedrückt als Zahlen oder logische Werte). Bei der Digitalelektronik werden die Signale entweder vor der Verarbeitung mit Hilfe von Analog-Digital-Wandlern digitalisiert (in Zahlen umgewandelt) oder existieren bereits als digitale Signale. Transistoren werden in der Digitaltechnik in der Regel als Schalter und nicht als Verstärker eingesetzt. Der große Vorteil der Digitalelektronik liegt in der Tatsache, dass im Anschluss an die Digitalisierung die bei der Analogelektronik erwähnten störenden Effekte keine Rolle mehr spielen. Bei der Signalverarbeitung können sich z. B. die Spannungspegel in bestimmten, vorgegebenen Bereichen ändern, ohne das entsprechende digitale Signal zu verändern. Die Digitaltechnik hat vor allem durch die immer weiter vorangetriebene Miniaturisierung weite Verbreitung erlangt. Heute lassen sich auf einem integrierten Schaltkreis eine Vielzahl von Funktionen realisieren. Siehe auch Digitaltechnik.

Hochfrequenzelektronik

Die Hochfrequenzelektronik oder Hochfrequenztechnik beschäftigt sich vorwiegend mit der Erzeugung bzw. dem Empfang von Funksignalen. Anwendungen davon sind z. B. Rundfunk, Fernsehen, Radar, Fernsteuerung, drahtlose Telefonie, Navigation. Weitere Bereiche der Hochfrequenzelektronik sind Mikrowellentechnik, kabelgebundene Informationsübertragung oder Bereiche der Medizinelektronik. Der Übergang von der Niederfrequenztechnik zur Hochfrequenzelektronik ist fließend.

Bauelemente

Wichtige Bauelemente sind: Diode, Transistor, Widerstand, Kondensator, Spule

Diese Bauelemente werden in einer großen Typenvielfalt angeboten. Darüber hinaus gibt es eine große Vielfalt an anderen Bauelementen, siehe dazu die Liste elektronischer Bauteile. In integrierten Schaltkreisen sind mehrere dieser Bauelemente auf einem Plättchen aus Halbleitermaterial (Chip, Die) zu einer Schaltung vereinigt. Solche Bauelemente werden von einer kaum überschaubaren Anzahl von Firmen hergestellt.

Weiterführende Angaben

Für freizeitmäßig betriebene Hobbyelektronik siehe Elektronikbasteln.

Siehe auch

Literatur

Horowitz, P., Hill, W., The Art of Electronics, Cambridge University Press, ISBN 0-521-37095-7
Übersetzung:
- Horowitz, P., Hill, W., Die hohe Schule der Elektronik, Elektor Verlag,
  - Bd. 1 Analogtechnik, ISBN 3-89576-024-2, Errata
  - Bd. 2 Digitaltechnik, ISBN 3-89576-025-0,
Bohler, Kähler, Weigt, Bauelemente der Elektronik und ihre Grundschaltungen, Stam-Verlag, ISBN 3-8237-0214-9
Küpfmüller, K., Kohn, G., Theoretische Elektrotechnik und Elektronik, Eine Einführung, Reihe: Springer-Lehrbuch, 16., vollst. neu bearb. u. aktualisierte Aufl., 2005, XXI, 733 S. 372 Abb., Softcover, ISBN 3-540-20792-9
Tietze, U., Schenk, C.: Halbleiter-Schaltungstechnik. ISBN 3-540-42849-6
Hering, Bressler, Gutekunst, Elektronik für Ingenieure, Springer, Berlin, 2001, ISBN 3-540-41738-9
Schnabel, Patrick, Elektronik Fibel, BoD GmbH, Norderstedt, 2003, ISBN 3-8311-4590-3

Weblinks

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