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Elektronik

Modem

Die Elektronik ist ein Gebiet der Elektrotechnik. Sie ist die Wissenschaft von der Steuerung des elektrischen Stromes durch elektronische Schaltungen, das heißt Schaltungen, in denen mindestens ein Bauelement aufgrund von Vakuum- oder Halbleiter-Leitung funktioniert. Elektronische Elemente verhalten sich nichtlinear, während das Verhalten anderer elektrischer (nicht-elektronischer) Elemente als linear bezeichnet wird. Elektronik befasst sich außerdem mit der Funktion elektronischer Bauelemente selbst. Elektronik in kleineren Maßstäben wird entsprechend den Strukturgrößen mit SI-Dezimalpräfixe benannt, z. B. Mikroelektronik (typisch < 100 Mikrometer) oder Nanoelektronik (typisch < 100 Nanometer), welche in der Regel mit dem integrierten Schaltkreis z. B. Silizium-Chip realisiert wird.

Die Unterscheidung zwischen Elektronik und Elektrotechnik begann um 1906 mit der Erfindung der Triode durch Lee De Forest , die die elektrische Verstärkung schwacher Funksignale und Audiosignale mit einem nichtmechanischen Gerät ermöglichte. Dadurch wurden Erfindungen wie Rundfunk, Fernsehen und Radar möglich.
Der Begriff " Festkörperelektronik " entstand, nachdem der erste funktionierende Transistor 1947 von William Shockley , Walter Houser Brattain und John Bardeen in den Bell Labs erfunden wurde.

In den 1960er Jahren gelang die Fertigung von kompletten, aus mehreren Transistoren und weiteren Bauelementen bestehenden Schaltungen auf einem einzigen Siliziumkristall. Die dadurch eingeleitete Technik der integrierten Schaltkreise (kurz IC von engl. integrated circuit) hat seitdem zu einer stetigen Miniaturisierung geführt. Heute ist die Halbleiterelektronik der wichtigste Zweig der Elektronik.

Zweige

  1. Digitale Elektronik
  2. Analoge Elektronik
  3. Mikroelektronik
  4. Schaltungsdesign
  5. Integrierte Schaltkreise
  6. Leistungselektronik
  7. Optoelektronik
  8. Halbleiterbauelemente
  9. Eingebettete Systeme
  10. Audioelektronik
  11. Telekommunikation

Analogelektronik

Die Analogtechnik beschäftigt sich vor allem mit der Verarbeitung von kontinuierlichen Signalen. Man nutzt dabei die physikalischen Gesetze aus, die das Verhalten der Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Röhren usw.) beschreiben, oder man schafft durch Schaltungsprinzipien günstige Voraussetzungen. Typische Grundschaltungen sind Stromquellen, Stromspiegel, Differenzverstärker und Kaskaden, sowie Referenzelemente wie die Bandgap. Daraus lassen sich kompliziertere Schaltungen aufbauen, wie z. B. Verstärker, mit deren Hilfe sich weitere Funktionen aufbauen lassen (Oszillator, Filter etc.). Der Operationsverstärker ist ein Verstärker mit einem Differenzeingang (Differenzverstärker). 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 die Herstellungstoleranzen der Bauelemente und deren Nichtidealitäten (z. B. Rauschen, Nichtlinearität, Hysterese) sowie durch weitere störende Effekte wie Übersprechen und Einkopplungen von Störsignalen Grenzen gesetzt. Es wurden sehr weit fortgeschrittene Verfahren entwickelt, die solche Fehler kompensieren oder minimieren und damit Genauigkeiten in der Präzisionselektronik im Bereich von wenigen ppm erlauben. Solche hohe Genauigkeit ist z. B. notwendig, um Analog-Digital-Umsetzer mit 20 Bit Auflösung zu realisieren. Die Analogtechnik bildet prinzipiell die Grundlage der Digitaltechnik.

Digitalelektronik

Die Digitalelektronik oder Digitaltechnik beschäftigt sich mit der Verarbeitung von diskreten Signalen (ausgedrückt als Zahlen oder logische Werte). Die Diskretisierung betrifft dabei immer den Wertebereich und oft auch zusätzlich das zeitliche Verhalten. In der Praxis beschränkt man sich auf zweiwertige Systeme, d. h.: Spannungen oder Ströme sollen – abgesehen von Übergangsvorgängen – nur zwei Werte annehmen (an/aus, 1 oder 0, auch high/low, kurz H/L). Die Änderung der Werte kann bei zeitdiskreten Systemen nur zu bestimmten, meist äquidistanten Zeitpunkten stattfinden, die ein Takt vorgibt. Bei der Digitalelektronik werden analoge Signale entweder vor der Verarbeitung mit Hilfe von Analog-Digital-Umsetzern digitalisiert (in Digitalsignale umgesetzt) oder existieren bereits von vornherein als diskrete Werte. Transistoren werden in der Digitaltechnik in der Regel als Schaltverstärker und nicht als analoge Verstärker eingesetzt.

Bauelemente

Zu den wichtigen Bauelementen zählen Widerstand, Kondensator, Transistor, Diode, Spule und die Integrierte Schaltung (kurz IC).
Man spricht von passiven Bauelementen, wenn primär Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten gemeint sind. Unter den aktiven Bauelementen werden meist alle Arten von integrierten Schaltungen, Halbleiterbauelementen und Elektronenröhren verstanden.

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 24.05. 2020