Elektronik

Montierti elektronischi Baudäil

Under Elektronik (Leer vo dr Stüürig vo Elektrone) verstoot mä alli Vorgäng in Stüür-, Reegel- und Versterkerschaltige und d Vorgäng in de Bauelimänt, wo drfür verwändet wärde. Zum e Spannig oder e Strom zreegle wird as Stellgröössi en elektrische Strom iigsetzt, aber es wärde drbii käini mechanischi oder elektromagnetischi Schalter verwändet. D Optoelektronik isch e Däilgebiet vo dr Elektronik und beschäftigt sich mit dr Stüürig vo Liecht oder mit Hilf vo Liecht.

D Bildig vom Wort

Dr Begriff Elektronik isch vom griechische Wort elektron (ήλεκτρον) abgläitet, wo Bärnstäi bedütet. Elektronik isch e Kofferwort, wo us de Begriff Elektron (em Elementardäili) und Technik zämmegsetzt worde isch. D Elektronik ist sozusage d Elektrone-Technik.

Gschicht

1873 het dr Willoughby Smith entdeggt, ass Selen in dr Laag isch, z läite wenn s belüüchdet wird (Photoeffekt). Dr Karl Ferdinand Braun het 1874 dr Gliichrichdereffekt entdeggt. Dr Stoney und dr Helmholtz häi dr Begriff vom Elektron as Drääger vom elektrische Strom brägt. 1883 het dr Thomas Alva Edison e Badänt uf e Gliichspannigsreegler überchoo, wo uf dr Glüeemission (em Edison-Richardson-Effekt) basiert het, und das isch e Vorussetzig für alli Vakuumrööre. 1897 het dr Karl Ferdinand Braun die Braunschi Rööre afo entwiggle. Im Joor 1899 isch d Spitzediode choo. 1904 het dr John Ambrose Fleming e Batänt uf e Vakuumdiode überchoo.

Am Aafang vom 20. Joorhundert isch d Entwigglig von Elektronerööre scho fortgschritte gsi und si sin scho in elektrische Schaltige iigsetzt worde. Mit dr Triode isch zum erste Mol e bruuchbars Bauelimänt zur Verfüegig gstande, zum Versterker z baue. Eso si Erfindige wie Radio, Färnsee und Radar mööglig worde.

Im Joor 1948 isch dr erst Dransister vorgstellt worde. Dransister chönne wie Rööre as Versterker, elektronischi Schalter oder as Oszillatore iigsetzt wärde. Im Geegesatz zu Vakuumrööre, wo seer vil Blatz und elektrischi Läistig bruuche, chönne Dransister, wo uf Halbläitertechnologie basiere, seer chlii gmacht wärde, und eso si seer vil hööcheri Stromdichtene mööglig.

In de 1960er Joor isch s glunge, kompletti Schaltige härzstelle, wo us meerere Dransister und witere Bauelimänt uf eme äinzige Siliziumkristall bestande häi. Die Technik vo de Integrierte Schaltkräis (churz IC vo ängl. integrated circuit) het sit denn zun ere Miniaturisierig gfüert, wo nonig abgschlosse isch. Hüte isch d Halbläiterelektronik dr wichdigst Zwiig vo dr Elektronik.

D Polytronik wird mänggisch as Schlüsseltechnologii für d Zuekumft aagluegt. Si bezäichnet d Kombinazioon vo kunststoffbasierte Süsteemfunkzioone zur Vision vom „intelligänte Blastigg“.

Analogelektronik

D Analogtechnik beschäftigt sich vor allem mit dr Verarbäitig vo kontinuierlige Signal. Mä nützt drbii die füsikalische Gsetz us, wo s Verhalte vo de Bauelimänte (Widerständ, Kondensatore, Dransister, Rööre, usw.) beschriibe oder mä schafft dur Schaltigsbrinzipie günstigi Vorussetzige. Tüpischi Grundschaltige sin Stromkwelle, Stromspiegel, Differänzversterker und Kaskade, und Referänzelimänt wie d Bandgap. Us deene cha mä komplizierteri Schaltige ufbaue, wie z. B. Versterker, Oszillatore, oder Filter. Dr Operazioonsversterker isch e Versterker mit eme Differänziigang (Differänzversterker). Si Naame chunnt drvoo, ass mit em mathematischi Operazioone (Subtrakzioon, Addizioon, Integrazioon etc.) chönne usgfüert wärde. Operazioonsversterker wärde withii in dr Analogelektronik aagwändet. D Gnauigkäit vo dr Signalverarbäitig wird in dr Analogelektronik dur d Härstelligstoleranze vo de Bauelimänte und deren iiri Nitidealidääte (z. B. Rusche, Nitlinearidäät, Hysterese) und dur witeri störendi Effekt wie Überspräche und Iikopplige vo Störsignal begränzt. Es git aber wit fortgschritteni Verfaare, wo sonigi Feeler kompensiere oder minimiere und eso Gnauigkäite im Beriich vo 0,1 % bis 0,001 % mööglig mache. Sonigi groossi Gnauigkäite brucht mä zum Bischbil, zum Analog-Digital-Umsetzer mit 20 Bit Uflöösig z baue.

Digitalelektronik

D Digitalelektronik oder Digitaltechnik beschäfdigt sich mit dr Verarbäitig vo diskrete Signal (usdruckt as Zaale oder logischi Wärt). D Diskretisierig betrifft drbii immer dr Wärtberiich und vilmol au no s zitlige Verhalte. In dr Braxis beschränkt mä sich uf zwäiwärtigi Süsteem, d. h.: Spannige oder Strööm solle – abgsee vo Übergangsvorgäng – nume zwäi Wärte aanee (aa/us, 1 oder 0, au high/low, churz H/L). D Änderig vo de Wärt cha bi zitdiskrete Süsteem nume zu bestimmte Zitpünkt, wo mäistens ekwidistant si, stattfinde, und wird vom ene Takt usglööst. Bi dr Digitalelektronik wärde analogi Signal äntwääder vor dr Verarbäitig mit Hilf vo Analog-Digital-Umsetzer digitalisiert, d. h. in Digitalsignal umgsetzt, oder si existiere scho vo Aafang aa as diskreti Wärt. Dransister wärde in dr Digitaltechnik im Allgemäine as Schaltversterker iigsetzt und nit as analogi Versterker.

Dr Vordäil vo dr Digitalelektronik lit in dr Daatsach, ass stüürendi Effäkt wie bi dr Analogelektronik kä Rolle me spiile, aber das chunnt uf Chöste vom Ufwand an Baudäil. Wenn z. B. en analogi Schaltig mit eme maximale Feeler vo 0,1 % schafft, so isch dä Feeler von ere Daatebräiti vo 10 Bit aa bi digitale Schaltige chliiner. En analoge Multiplizierer brucht öbbe 20 Dransister, e digitale Multiplizierer mit dr gliiche Gnauigkäit mee as zwanzig Mol so vil. Der Ufwand wird dur d Digitalisierig zerst emol gröösser, was aber dur d Miniaturisierig, wo immer sterker wird, kompensiert wird. Hüte cha mä uf eme integrierte Schaltkräis e riisigi Mängi vo Dransister broduziere. Es wird mööglig, ass mä z. B. dr Spannigspegel stark cha verändere, ooni dass d Äinser und Nuller flasch interbretiert wärde. Dorum chönne d Bauelimänt vo de integrierte Schaltigen zimlig ungenau si, und doorum cha mä sä no me verchliinere. D Äigeschafte vo dr Schaltig hängge also nume no weenig vo de füsikalische Äigeschafte vo de Bauelimänt ab.

Die veräifachti Beschriibig vo digitale Schaltige mit de bäide Zueständ H und L längt vor allem bi Gschwindigkäite und Frekwänze, wo immer hööcher wärde, nit immer, zum sä z charakterisiere oder z entwärfe. Im Gränzfall befindet sich d Schaltig die mäiste Zit im Übergang zwüsche de bäide logisch definierte Zueständ. Dorum muess mä in sonige Fäll vilmol analogi und hochfrekwänztechnischi Aspäkt berücksichtige. Au bi langsame Schaltige cha s Brobleem gee, wo mä nume verstoot, wemm mä sä analog aaluegt, wie zum Bischbil d Metastabilidäät vo Flip-Flops.

D Logik vo dr Digitalelektronik

Digitali Schaltige – au Schaltsüsteem oder logischi Schaltige gnennt – bestöön hauptsächlig us äifache Logikelimänt, wie AND, NAND, NOR, OR, NOT-Gatter und Komponänte, wo mit ene digitali Signal chönne gspäicheret wärde, z. B. Flipflops oder Zeler. Alli die logische Funkzioone löön sich mit elektronische Bauelimänt (z. B. Dransisder) lo verwirklige, wo im sogenannte Schalterbedriib funkzioniere Dur d Integrazioon vo dene Schaltige uf äim Tschip (monolithischi Schaltig) entstöön komplexi elektronischi Bauelimänte wie zum Bischbil Mikrobrozässer.

Hochfrekwänzelektronik

D Hochfrekwänzelektronik oder Hochfrekwänztechnik beschäftigt sich vor allem drmit, elektromagnetischi Wälle z erzüüge und uszstraale, bzw. z empfoo und z verarbäite. Aawändige von ere si z. B. d Funktechnik mit Radio, Färnsee, Radar, Fäärnstüürig, drootlosi Delifonii, Navigazioon aber au d Vermiidig vo unerwünschte Schwingige (Stöörig, EMV) und unkontrollierti Abstraalig (Abschirmig). Witeri Beriich vo dr Hochfrekwänzelektronik si d Mikrowälletechnik, d Überdräägig vo Informazioon über Kaabel oder Beriich vo dr Medizinelektronik. Dr Übergang vo dr Niiderfrekwänz- zur Hoochfrekwänztechnik isch fliessend.

Läistigselektronik

Läistigselektronik bezäichnet s Däilgebiet vo dr Elektrotechnik, wo elektrischi Energii mit elektronische Bauelimänt umformt. D Umformig vo elektrischer Energii mit Dransformater oder mit rotierende Maschinesätz wird hingege nit zur Läistigselektronik zelt.

Bauelimänt

Verschiideni elektronischi und elektromechanischi Bauelimänt

Wichdigi Bauelimänt si Elektroonerööre, integrierti Schaltige, Halbläiterdiode, Zener-Diode, Drabsister, Thyrister, Widerständ, Kondensatore und Induktividäät. Us wüsseschaftliger Sicht handlet es sich bi de letschte drei nit um Aaordnige, wo elektrischi Effekt daarstelle oder usnütze, die klassischi Elektrodynamik längt für die. Wil si aber vilmol zämme mit Bauelimänt, wo daatsächlig elektronisch si, verbaut und verchauft wärde, ghööre si in dr Braxis äinewääg drzue.

Mä reedet vo passive Bauelimänt, wenn primär Widerständ, Kondensatore und Induktividääte gmäint si. Under de aktive Bauelimänt verstoot mä mäistens alli Arte vo integrierte Schaltige, Halbläiterbauelimänt und Elektronerööre.

Vo alle dene Bauelimänt git s e Hufe Tüpe. Mä muess genau berächne, wie elektronischi Baudäil, wo logisch mitenand schaffe uf ere Platine aagordnet wärde, so dass en elektronische Schaltkräis entstoot.

E Räche-Operator-Tschip, wo sälbständig und logisch schafft, isch dr modärni Prozässer, wo s nit nume uf em Mainboard vo Kompiuter git, sondern wo au e Bestanddäil vo dr modärne Industrii- und Faarzüügtechnik isch.

Bedütig

D Elektronik umfasst hüte vili Gebiet, vo dr Halbläiterelektronik über d Kwanteelektronik bis zur Nanoelektronik. Sit em Siigeszuug vom Kompiuter, dr Entwigglig vo de Informazioonstechnologie und dr Automazioon, wo immer mee zuenimmt, isch d Bedütig vo dr Elektronik immer gröösser worde. D Elektronik het hüte in unserer Gsellschaft e hooche Stellewärt und in vile Beriich chönnt mä nüm ooni.

D Härstellig vo Elektronik

Im Joor 2007 ai 38 % vo alle Elektronikbrodukt, wo uf dr ganze Wält härgstellt worde si, us dr Asie-Pazifik-Region choo. Im Joor 1995 si s erst 20 % gsi. Dr Däil vo China eläi isch vo 3 % im Joor 1995 uf 16 % in 2007 gstiige. Under de Top-10-Länder befinde sich au Südkorea, Malaysia, Singapur und Thailand. Dr Däil vo Westöiropa isch 2007 no 19 % vo dr globale Brodukzioon gsi, was öbbe 192 Milliarde Euro entsproche het. 2006 häi die öiropäische Länder am mäiste elektronischi Gräät broduziert: Dütschland, Frankriich, Groossbritannie, Irland und denn erst Italie.

Litratuur

• Karsten Block, Hans J. Hölzel, Günter Weigt: Bauelemente der Elektronik und ihre Grundschaltungen, Stam-Verlag, ISBN 3-8237-0214-9
• Stefan Goßner, : Grundlagen der Elektronik. 8. Auflage, Shaker Verlag, Aachen 2011, ISBN 978-3-8265-8825-9.
• Ekbert Hering, Klaus Bressler, Jürgen Gutekunst: Elektronik für Ingenieure, Springer, Berlin 2001, ISBN 3-540-41738-9.
• P. Horowitz, W. Hill:: Die hohe Schule der Elektronik. Bd. 1 Analogtechnik, Elektor-Verlag, ISBN 978-3-89576-024-2.
• P. Horowitz, W. Hill:: Die hohe Schule der Elektronik. Bd. 2 Digitaltechnik, Elektor-Verlag, ISBN 978-3-89576-025-9.
• K. Küpfmüller, G. Kohn: Theoretische Elektrotechnik und Elektronik, Eine Einführung. 16., vollst. neu bearb. u. aktualisierte Aufl., Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20792-9.
• Patrick Schnabel, : Elektronik-Fibel, 4. vollständig überarbeitete Auflage, 320 Seiten, BoD GmbH, Norderstedt 2006, ISBN 978-3-8311-4590-4.
• U. Tietze, C. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer, Berlin, ISBN 3-540-42849-6.

Weblingg

• S.m.i.L.E. interaktives Lehr- und Lernprogramm der Professur für Elektronik an der Universität der Bundeswehr Hamburg
• Elektronik-Vorlesung, Uni Mainz 2002, Skripte, Übungsblätter
• Lehrbuch Elektronik, Prof. S. Gossner
• Elektronik für Physiker, Uni Kiel
• Das ELektronik-KOmpendium (das ELKO) (Grundkurse, Minikurse, Bauteile, Schaltungstechnik, Digitaltechnik, Lehrmaterial)

Dä Artikel basiert uff ere fräie Übersetzig vum Artikel „Elektronik“ vu de dütsche Wikipedia. E Liste vu de Autore un Versione isch do z finde.