Bei Bauteilfragen reicht der Name allein selten aus. Entscheidend sind drei Merkmale: Wie hängt das Bauteil von der Frequenz ab, welche Phasenlage erzeugt es, und welche Größe steuert seine Wirkung? Daraus folgen sowohl qualitative Antworten als auch die Rechenformeln.
Reaktive Bauteile und magnetische Übersetzung
| Bauteil oder Beziehung | Prüfregel |
|---|---|
| Idealer Kondensator | XC = −1/(2πfC): Der Betrag sinkt mit Frequenz und Kapazität, der Strom liegt um eine Viertelperiode vor der Spannung. |
| Ideale Spule | XL = 2πfL: Der positive Blindanteil wächst mit Frequenz und Induktivität, der Strom folgt der Spannung um eine Viertelperiode später. |
| Reales Bauteil | Blindleistung wird periodisch gespeichert und zurückgegeben; Wärme entsteht erst durch Wicklung, Zuleitung, Kern oder Dielektrikum. Der Verlustfaktor tan δ ist der Kehrwert der Güte. |
| Spule auf einem Kern | L = AL · N2. Für die Windungszahl gilt daher N = √(L/AL); das bloße Verhältnis L/AL ist noch nicht N. |
| Idealer Übertrager | Spannungen folgen dem Windungsverhältnis, Widerstände dessen Quadrat. Bei vernachlässigten Verlusten bleibt U · I auf beiden Seiten gleich. |
Bei Halbleiterbauteilen führt die Steuergröße zur richtigen Familie. Eine Kapazitätsdiode arbeitet in Sperrrichtung; mehr Sperrspannung verbreitert ihre Verarmungszone und verkleinert die Kapazität. Ein FET verändert seinen Kanal durch die Gate-Source-Spannung und benötigt stationär nahezu keinen Gatestrom. Beim Bipolartransistor steuert dagegen der Basisstrom den größeren Kollektorstrom. Leitverluste eines eingeschalteten MOSFET folgen P = I2 · RDS(on). Optokoppler übertragen ein Signal mit Licht über eine galvanische Trennung; eine Fotodiode kann Licht unmittelbar in einen Fotostrom umsetzen.
Typische Fallen
- Blindwiderstand selbst als Verlustursache ansehen oder reale Bauteile als vollkommen verlustfrei behandeln. Der ideale Blindanteil setzt keine mittlere Wirkleistung um; reale Materialien tun es dennoch.
- Vorzeichen und Phasenlage von Spule und Kondensator vertauschen. Kapazitiv bedeutet negativer Blindanteil und voreilender Strom, induktiv positiver Blindanteil und nacheilender Strom.
- Beim AL-Wert linear mit der Windungszahl rechnen. Die Induktivität wächst mit N2; beim Rückweg zur Windungszahl ist die Quadratwurzel nötig.
- Impedanz- und Windungsverhältnis eines Übertragers gleichsetzen. Eine neunfache Widerstandsübersetzung benötigt nur den Faktor drei bei den Windungen.
- Optokoppler als Leuchtanzeige oder Lichtquelle einordnen und Fotowiderstand mit einer lichtgetriebenen Stromquelle verwechseln. Beim Optokoppler ist die elektrische Trennung der beiden Stromkreise das Ziel.
- Den FET durch Gatestrom und den Bipolartransistor nur durch Spannung gesteuert nennen. Zusätzlich ist ein MMIC keine bloße SMD-Platine: aktive und integrierbare passive Strukturen liegen gemeinsam auf einem Halbleitersubstrat.
Jetzt anwenden
An einem unbekannten Kondensator liegt eine Wechselspannung mit 16 V und 50 Hz. Es wird ein Strom von 32 mA gemessen. Welche Kapazität hat der Kondensator?
- ca. 0,637 μF
- ca. 0,45 μF
- ca. 4,5 μF
- ca. 6,37 μF
Ein Transformator setzt die Spannung von 230 V auf 6 V herunter und liefert dabei einen Strom von 1,15 A. Wie groß ist der dadurch in der Primärwicklung zu erwartende Strom bei Vernachlässigung der Verluste?
- 22,7 mA
- 0,83 mA
- 33,3 mA
- 30 mA
Welche Verlustleistung erzeugt ein Power-MOS-FET mit = 4 mΩ bei einem Strom von 25 A?
- 0,1 W
- 6,25 W
- 2,5 W
- 1 W