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Was sind passive elektronische Bauelemente?

Passive elektronische Bauelemente sind Komponenten eines Elektronik- bzw. Computer-Systems, die keine Steuerfunktion besitzen. Sie besitzen auch keine Verstärkerfunktion. Zu den verschiedenen Arten dieser Komponenten zählen Kondensatoren, Festwiderstände, Induktivitäten und Geräte zum Schutz vor Überspannungen.

All diese Komponenten sind nicht in der Lage, die Leistung von Signalen zu verstärken oder zu verringern. Passive Bauelemente können jedoch den Strom oder die Spannung über einen LC-Schaltkreis verstärken, der elektrische Energie speichert. Allgemein werden passive Bauelemente in zwei Kategorien unterteilt – dissipative zum einen, verlustfreie zum anderen.

·          Dissipative  – diese Komponenten sind nicht in der Lage, Leistung aus externen Schaltkreisen dauerhaft aufzunehmen. Bei dem Stichwort dissipative passive Bauelemente denken viele oftmals zuallererst an Widerstände.

·         Verlustfrei – diese Komponenten verfügen nicht über einen Netto-Leistungsfluss in die jeweilige Komponente hinein bzw. aus ihr heraus. Hierzu zählen unter anderem Oszillatoren, Transformatoren, Kondensatoren und Induktivitäten.

Die meisten dieser Komponenten verfügen über zwei Anschlüsse, die über ein elektronisches Netzwerk miteinander verbunden sind. Beispiele hierfür sind elektronische Filter und Transistoren. Andere passive Bauelemente basieren auf bestimmten Schaltkreisarchitekturen. Beispiele hierfür sind Kondensatoren und Transformatoren.

Wie unterscheiden sich passive Bauelemente von nicht-passiven Bauelementen?

Alle elektronischen Bauelemente fallen unter eine von zwei Kategorien – aktiv oder passiv. Den Unterschied zwischen diesen beiden Kategorien zu verstehen, ist einer der Schlüssel zu tiefgreifendem Verständnis der Funktion der meisten elektronischen Geräte.

Der größte Unterschied zwischen passiven und nicht-passiven bzw. aktiven Bauelemente liegt in der Frage, ob diese Komponenten eine externe Stromquelle benötigen oder nicht. Passive Bauelemente benötigen keine externe Stromquelle, aktive Bauelemente hingegen schon. Komponenten und Geräte, die Energie erzeugen – in Form von Spannung bzw. Strom – sind aktiv. Passive Bauelemente speichern bzw. halten Energie stattdessen aufrecht. Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, dass aktive Bauelemente in der Lage sind, den Energie- bzw. Stromfluss in einem Schaltkreis zu regulieren. Passive Bauelemente können dies in den meisten Fällen nicht – sie sind jedoch in der Lage, den Stromfluss einzuschränken.

Welches Prinzip steckt hinter passiven Bauelementen?

Das Grundprinzip hinter passiven Bauelemente beschreibt, dass sie Energie senken, anstatt sie wie ihre aktiven Pendants zu erzeugen. Passive Komponenten sind in der Lage, ohne externe Stromversorgung zu arbeiten, und viele von ihnen sind auf verschiedenste Arten von Funktionen ausgelegt. Sie waren bereits in der Vergangenheit für viele verschiedene elektronische Geräte von großer Bedeutung und spielen auch heute noch eine wichtige Rolle im Bereich Elektronik.

Wofür werden passive Bauelemente verwendet?

Eingesetzt werden passive Bauelemente heutzutage alsWiderstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Steckverbinder und weitere. Dabei stellen Widerstände tatsächlich eine der simpelsten Arten elektronischer Bauelemente dar. Wie ihr Name vermuten lässt, leisten sie dem Stromfluss innerhalb eines Schaltkreises Widerstand. Sämtliche elektronische Geräte – selbst Kabel – sind mit einem bestimmten Widerstand ausgestattet. Dieser Widerstand bestimmt, inwiefern die Spannung abgesenkt wird. Kondensatoren sind anders und bieten andere Anwendungen. Sie können DC-Schaltkreise glätten, Leistung speichern, Signale koppeln und entkoppeln, Störgeräusche filtern und Schaltkreise abstimmen.

Welche modernen Geräte benötigen passive Bauelemente für ihre Funktion?

Zahlreiche verschiedene Geräte benötigen passive Bauelemente um ordnungsgemäß zu funktionieren. Widerstände zum Beispiel, eine der grundlegendsten Formen passiver Bauelemente, sind erforderlich für Sicherungen, Sensoren und Heizgeräte sowie für viele verschiedene Lichtanlagen. Auch findet man sie in vielen modernen Elektronikgeräten rundum den Haushalt, darunter Computer, Mikrowellen, Spielekonsolen, Digitalkameras, MP3-Player, Handys und TV-Geräte. Mit Stellwiderständen verwenden auch Thermostate und Rheostate passive Bauelemente.

Welche Anwendungen benötigen passive Bauelemente?

Eine Vielzahl verschiedenster Anwendungen benötigen passive Bauelemente für eine ordnungsgemäße Funktion. Ein Teil davon sind Filter-Anwendungen. Hierbei kommen sowohl Widerstände als auch Kondensatoren zum Einsatz; zudem können Designs erarbeitet werden, die exakt die benötigten Frequenzen und Leistungsdaten bieten. Zu solchen Filtern gehören Hoch- und Tiefpassfilter, Bandpass- und Bandsperrfilter, Allpassfilter sowie Kerb- und Ausgleichsfilter.

Passive Bauelemente sind wichtig für digitale Elektronikkomponenten und helfen, diese stabil zu halten. Sie schützen die Mikrochips in diesen Geräten und stellen sicher, dass das Störgeräusch des Leistungssignals nicht zu hoch ist. Ohne passive Bauelemente könnten die verschiedenen Geräte sich unvorhersehbar und unkonventionell verhalten.

Anwendungen mit kapazitiver Erfassung erhalten mehr und mehr Einzug in verschiedenste Geräte, mitunter auch in Elektronikgeräte für den Endverbraucher. In diesem Bereich sind Kondensatoren äußerst hilfreich und tragen wesentlich dazu bei, dass die Anwendung wie geplant funktioniert. Dabei messen Erfassungsgeräte dieser Art Größen wie Beschleunigung, Füllstände, Positionen und Feuchtigkeit. Sie können zudem auch Veränderungen in dem Kondensator erfassen. Kondensatoren sind oftmals in Geräte integriert, bei denen Wechselstrom durchgelassen und Gleichstrom blockiert werden muss.

Die Geschichte passiver Bauelemente

Seit Aufkommen elektronischer Geräte – nahezu jeglicher Art – wurden genau die Funktionen benötigt, die passive Bauelemente bieten können. In den 1930er-Jahren war die Entwicklung passiver Mikrowellen-Bauelemente bereits in vollem Gange, und als in den folgenden Jahrzehnten Schaltungen zunehmend an Bedeutung gewannen, begann der Bedarf nach neueren und besseren passiven Bauelementen, darunter Kondensatoren und Widerstände, zu wachsen. So wurde deren Entwicklung vorangetrieben – und viele der heutzutage verwendeten Komponenten kommen mit Bruchteilen der Größe ihrer Pendants von vorgestern aus. Dabei sind sie wesentlich hochwertiger ausgearbeitet und können ihre Aufgaben wesentlich besser ausführen.

Angesichts der ständigen Veränderung und Weiterentwicklung im Bereich Elektronik werden Kondensatoren, Widerstände, Induktivitäten und alle anderen passiven Bauelemente mit Sicherheit weiter an Bedeutung gewinnen und sich stets weiterentwickeln. Diese Entwicklung verspricht, dass Elektronikgeräte aller Art stets effizienter und zuverlässiger werden.

Welche Arten von passiven Bauelementen gibt es?

Passive Bauelemente decken mit ihrer Form und Funktion in den verschiedensten Geräten nahezu das gesamte Spektrum ab und sind in zahlreichen Varianten erhältlich. Im Folgenden finden Sie eine Auflistung der heutzutage am häufigsten eingesetzten passiven Bauelemente und einige wenige Informationen über deren jeweilige Funktion.

·         Kondensatoren – ein Kondensator ist eine Komponente, die in der Lage ist, eine Ladung ähnlich wie eine Batterie aufzunehmen und zu speichern. Dabei kann ein Kondensator die Ladung selbst dann speichern, wenn keine Spannung mehr anliegt. Kondensatoren sind in vielen verschiedenen Varianten erhältlich, unter anderen in Form von Folienkondensatoren, Glimmerkondensatoren, Keramikkondensatoren, Elektrolytkondensatoren, Aluminium-Elektrolytkondensatoren und Tantal-Elektrolytkondensatoren. Eingesetzt werden Kondensatoren in den Bereichen Energiespeicher, Impulswaffen, Leistungsverarbeitung, Entstörung und Kopplung, Motoranlasser, Signalverarbeitung und vieles mehr. Zudem werden Kondensatoren heutzutage in zahlreichen unterschiedlichen Elektronikgeräten verwendet.

·         Ferritkerne – Kerne, gefertigt aus Ferrit – einem Keramikmaterial mit einer Mischung aus Eisen und einem zweiten Metall. Ferrit wird in vielen elektrischen Komponenten eingesetzt, mitunter auch in Antennen. Ein solcher Magnetkern besteht unter anderem aus gewickelten Komponenten, darunter die Windungen eines Transformators und Induktivitäten. Nützlich ist er vor allen Dingen aufgrund den geringen elektrischen Leitfähigkeit und der hohen magnetischen Permeabilität. Zu den geläufigsten Anwendungen von Ferritkernen zählen Signal- und Leistungstransformatoren. Dabei eignen sie sich gleichermaßen für kleine und große elektronische Geräte aller Art. Die Signaltransformatoren mit Ferritkern sind allgemein relativ klein und bieten hohe Frequenzen. Die Leistungstransformatoren hingegen sind größer und bieten niedrigere Frequenzen. Der Kern ist zudem in verschiedenen Formen erhältlich, darunter als sogenannter Schalenkern sowie in zylinder- und ringförmiger Bauart.

·         Festwiderstände – ein Festwiderstand ist ein Teil eines elektrischen Schaltkreises. Ein Widerstand hilft, den elektrischen Stromfluss in einem Schaltkreis zu reduzieren. Widerstände sind in zwei Varianten erhältlich: Entweder als Fest- oder Regelwiderstand. Festwiderstände verfügen über einen bestimmten und zuvor festgelegten Wert und können diesen nicht verändern. Bei der Wahl eines Festwiderstandes ist neben dem Widerstandswert auch die Toleranz und das obere Leistungslimit eines solchen Widerstands zu berücksichtigen. Nur so kann sichergestellt werden, dass der Widerstand auch wirklich zu dem jeweiligen Gerät passt. Die Toleranz grenzt den Leistungsbereich ein, während das obere Leistungslimit beschreibt, wie hoch die Leistung maximal sein kann, damit der Widerstand sie verarbeiten kann. Festwiderstände sind in zwei Varianten erhältlich – als Metallschicht- und als Kohlewiderstand. Kohlewiderstände eignen sich hervorragend für allgemeine Anwendungen und sind allgemein kostengünstiger. Metallschichtwiderstände sind qualitativ sehr hochwertig und auf Geräte mit hoher Toleranz ausgelegt.

·         Induktivitäten – diese passiven Bauelemente speichern Energie in ihrem Magnetfeld und können diese Energie bei Bedarf wieder abgeben. Sie verfügen über einen zylinderförmigen Kern, umwickelt von einer Spule aus leitfähigem Draht. Sie unterscheiden sich insofern von Kondensatoren, als dass Induktivitäten Energie in einem Magnetfeld speichern, während Kondensatoren hierfür ein elektrisches Feld verwenden. Induktivitäten wurden entwickelt, um einen gleichbleibenden Strom zu erhalten.

·         Passive Filter – Passive Filter sind darauf ausgelegt, Schaltkreise mit für die jeweilige Anwendung idealen Frequenzen zu versorgen. Beispiele für Filter dieser Art sind sogenannte Tiefpassfilter, die höhere Frequenzen beseitigen, und Hochpassfilter, die wiederum tiefere Frequenzen filtern oder gar beseitigen können. Eingesetzt werden solche Filter oftmals für Verstärker. Weitere Filter sind Bandpass- und Bandsperrfilter sowie Keramikfilter und TV SAW-Filter.

·         Drehgeber – ein anderes Wort für Drehgeber ist Winkelkodierer. Diese Komponenten ändern bzw. wandeln die Bewegung oder die Position einer Achse oder einer Welle in einen analogen oder digitalen Code um. Die zwei Hauptsorten von Drehgebern lauten „inkremental“ und „absolut“. Eingesetzt werden sie in vielen verschiedenen Bereichen, darunter Robotik, Computer-Eingabegeräte, rotierende Radar-Plattformen und industrielle Steuerungen.

·         Summer – ein Summer, manchmal auch als elektrische Klingel bezeichnet, verwendet Elektromagneten und elektrischen Strom. Summer sind Signalgebern tatsächlich sehr ähnlich.

·         Signalgeber – ein Signalgeber ist ein Gerät für Audio-Signaltechnik. Dabei werden Signalgeber für Alarme, Timer und ähnliches eingesetzt. Sie können sogar Anschläge an einer Tastatur und Klicks an einer Maus bestätigen. Diese Geräte können mechanisch, elektromechanisch oder piezoelektrisch umgesetzt werden. Verwendet werden sie oftmals zusammen mit passiven Bauelementen in elektronischen Geräten und Systemen.

·         Mikrofone – alle Komponenten eines Mikrofons arbeiten zusammen, um ein akustisches oder elektrisches Geräusch zu erzeugen. Dabei kommen Messwandler und Sensoren zum Einsatz, die das jeweilige Geräusch in ein elektrisches Signal umwandeln können. Mikrofone mit diesem simplen Setup werden heutzutage in vielen verschiedenen Geräten eingesetzt – und nicht mehr nur in Mikrofonen, die man auf der Bühne sieht. Zu weiteren möglichen Anwendungen zählen Telefon, Hörgeräte, Radios, VoIP-Geräte und ähnliches.

·         Überspannungsschutz-Komponenten – Überspannungsschutzgeräte sind heutzutage in nahezu jedes Wohnhaus und Büro integriert. Sie bieten Ihren teuren elektronischen Geräten einen zusätzlichen Schutz vor elektrischer Überspannung, die sie irreparabel beschädigen würde. Zu den wichtigsten Elementen einer Überspannungsschutz-Komponente zählen MOVs bzw. Metalloxid-Varistoren sowie Überspannungsschutz-Dioden, Thyristor-Überlastschutzgeräte, Gasentladungsröhren, Selen-Überspannungsbegrenzer, Überspannungsbegrenzer mit Kohleblock-Funkenstrecke, koaxiale Viertelwellen-Überspannungsableiter und serielle Überspannungsbegrenzer. Ausreichend Überspannungsschutz in angemessener Qualität für all Ihre elektronischen Geräte zu haben, ist immer eine gute Idee.

·         Stellwiderstände – Stellwiderstände unterscheiden sich insofern von Festwiderständen, als dass sie dem User mehr Kontrolle über den Widerstandswert in dem Schaltkreis ermöglichen. Wird der Widerstand erhöht, sinkt die Stromstärke, und umgekehrt. Stellwiderstände bestehen aus zwei Komponenten. Das sogenannte Element ist das Material, das den Widerstand liefert, und ist entweder logarithmisch oder linear umgesetzt. Die zweite Komponente des Widerstands ist beweglich und erlaubt die Einstellung des Widerstands. Dies ist in der Regel eine Art Drehknopf oder Regler. Ein häufig verwendeter Stellwiderstand ist zum Beispiel ein Potenziometer.

All die aufgeführten Komponenten zählen zu den am häufigsten eingesetzten Arten passiver Bauelemente. Sie konnten inzwischen in so viele der verschiedenen Geräte Einzug halten, die wir heutzutage tagein, tagaus benutzen, dass wir sie mit Sicherheit die meiste Zeit verwenden, ohne sie jemals zu sehen oder gar zu verstehen, wie wichtig sie eigentlich sind.