Ausbildung Grundlagen Der Elektrotechnik 2013

2013 

Grundlagen der Elektrotechnik 

Andreas Reitberger 

Ausbildung-Elektrotechnik.de 

26.02.2013

© www.ausbildung-elektrotechnik.de | Elektrotechnik – Elektroniker für Geräte und Systeme 

1 

Inhaltsverzeichnis 

Ausbildungsjahr 1 – Grundlagen ............................................................................................................. 5 

Die 5 Sicherheitsregeln ............................................................................................................................ 5 

ESD – (electrostatic discharge) ................................................................................................................ 6 

Die Elektrostatische Entladung............................................................................................................ 6 

Das Symbol .......................................................................................................................................... 6 

Die Steuerung .......................................................................................................................................... 7 

Analogsignal ........................................................................................................................................ 8 

Binärsignal ........................................................................................................................................... 8 

Digitalsignal ......................................................................................................................................... 9 

Elektromagnetismus .............................................................................................................................. 11 

Grundregeln ...................................................................................................................................... 11 

Magnetische Größen ......................................................................................................................... 11 

Das Schütz ............................................................................................................................................. 13 

Vorteile .............................................................................................................................................. 13 

Schütz-Verriegelung .......................................................................................................................... 14 

Drahtbruchsicherheit .................................................................................................................... 14 

Das RS-Speicherglied… .......................................................................................................................... 15 

Anwendung ....................................................................................................................................... 15 

Der Zählerbaustein im LOGO!-Steuerrelais ........................................................................................... 15 

Ausbildungsjahr 1 – Systeme und Geräte ............................................................................................. 16 

Die Potenzschreibweise ........................................................................................................................ 16 

Beispiel .............................................................................................................................................. 16 

Technische Schreibweise (Engineering) ............................................................................................ 16 

Das Projekt „Ohmsches Gesetz“............................................................................................................ 16 

Formeln ............................................................................................................................................. 17 

Einheiten............................................................................................................................................ 17 

Verhältnis Spannung zu Strom .......................................................................................................... 17 

Verhältnis Widerstand zu Strom ....................................................................................................... 17 

Reihenschaltung von Widerständen (eng. Series Connection) ............................................................. 18 

Reihenschaltung in der praktischen Anwendung .............................................................................. 18 

Parallelschaltung von Widerständen .................................................................................................... 19 

Belasteter Spannungsteiler ................................................................................................................... 19 

Nichtlineare Widerstände ..................................................................................................................... 20 

Elektrische Arbeit und Wärme .............................................................................................................. 21


2 

Brückenschaltung „Wheatstone Messbrücke ....................................................................................... 21 

Abgeglichen ....................................................................................................................................... 21 

Nicht abgeglichen .............................................................................................................................. 22 

Das elektrische Feld ............................................................................................................................... 22 

Elektrische Felder.. ............................................................................................................................ 23 

Elektrische Feldlinien.. ....................................................................................................................... 23 

Die Kennzeichnung von Kondensatoren ............................................................................................... 24 

Papierkondensator (P)....................................................................................................................... 25 

Metallpapierkondensatoren (MP)..................................................................................................... 25 

Kunststofffolienkondensator (K) ....................................................................................................... 25 

Keramikkondensatoren ..................................................................................................................... 26 

Elektrolytkondensator (ElKo)............................................................................................................. 26 

Veränderbare Kondensatoren ........................................................................................................... 27 

Schaltung von Kondensatoren .............................................................................................................. 27 

Ausbildungsjahr 1 – Informationstechnologie (IT)................................................................................ 28 

Aufbau eines Personal-PC ..................................................................................................................... 28 

Bestandteile eines PC`s ......................................................................................................................... 28 

CMOS ................................................................................................................................................. 29 

Mainboard ......................................................................................................................................... 30 

Bussysteme ........................................................................................................................................ 31 

Hard Disk Drive (HDD) ....................................................................................................................... 31 

Physikalischer Aufbau der Einheit ................................................................................................. 31 

Technischer Aufbau und Material der Scheiben ........................................................................... 32 

Achsen-Lagerung und Drehzahl (U/min) ....................................................................................... 32 

Speicherverfahren ......................................................................................................................... 33 

Prozessor – CPU (Central Processing Unit) ........................................................................................ 33 

Taktfrequenz ................................................................................................................................. 33 

MIPS (Million Instruktionen pro Sekunde) .................................................................................... 33 

FLOPS (Floating Point Operations Per Second) ............................................................................. 33 

Befehlssatz ..................................................................................................................................... 34 

Vorwiegende Merkmale ................................................................................................................ 34 

Cache-Speicher .............................................................................................................................. 34 

Datenschutz und Datensicherheit ..................................................................................................... 36 

Datensicherheit ............................................................................................................................. 36 

Datenschutz ................................................................................................................................... 36


3 

Alternative Betriebssysteme ............................................................................................................. 37 

Linux .............................................................................................................................................. 37 

Mac OS........................................................................................................................................... 37 

Ausbildungsjahr 1 – Installationselektronik (IE).................................................................................... 38 

Stromwirkung auf den Menschen ......................................................................................................... 38 

Fachbegriffe – Schutzmaßnahmen .................................................................................................... 39 

Aktives Teil ..................................................................................................................................... 39 

Elektrische Betriebsmittel ............................................................................................................. 39 

Elektrische Verbrauchsmittel ........................................................................................................ 39 

Erde ............................................................................................................................................... 39 

Der Erder ....................................................................................................................................... 39 

Fehlerstrom ................................................................................................................................... 39 

Isolationsfehler .............................................................................................................................. 39 

Körper ............................................................................................................................................ 39 

Körperschluss ................................................................................................................................ 40 

Neutralleiter .................................................................................................................................. 40 

PEN-Leiter ...................................................................................................................................... 40 

Überstromschutzorgane ........................................................................................................................ 40 

Schutzklassen und Arten ....................................................................................................................... 41 

Schutzklasse „I“ (1)............................................................................................................................ 41 

Schutzklasse „II“ (2)........................................................................................................................... 42 

Schutzklasse „III“ (3).......................................................................................................................... 42 

Fehlerarten in elektrischen Anlagen ..................................................................................................... 42 

Leiterschluss ...................................................................................................................................... 42 

Kurzschluss ........................................................................................................................................ 42 

Körperschluss .................................................................................................................................... 43 

Erdschluss .......................................................................................................................................... 43 

Spannungsfall auf Leitungen ................................................................................................................. 43 

Ausbildungsjahr 2 – Steuerungstechnik ................................................................................................ 45 

Zahlensysteme ................................................................................................................................... 45 

Hexadezimal (Sedezimalsystem) ................................................................................................... 45 

Dezimalsystem ............................................................................................................................... 45 

Weitere Zahlensysteme ................................................................................................................. 46 

Oktalsystem ................................................................................................................................... 47 

Rechnen mit Dualzahlen .................................................................................................................... 47


4 

BCD-Code ........................................................................................................................................... 48 

Wertigkeitstabelle ......................................................................................................................... 48 

Der Mikrokontroller .............................................................................................................................. 49 

I/O-Unit (Ein/Ausgabeeinheit)........................................................................................................... 49 

Einspeisung des Taster-Signals in den Mikrokontroller .................................................................... 50 

Pull-Down Widerstand .................................................................................................................. 50 

Pull-Up Widerstand ....................................................................................................................... 50 

Serielle Schnittstelle .............................................................................................................................. 51 

Leitungslänge und Übertragungsrate .................................................................................................... 53 

I²C-Bus ................................................................................................................................................... 55 

Ausbildungsjahr 2 – Systeme und Geräte ............................................................................................. 57 

Wechselstromtechnik ........................................................................................................................ 57 

Spannungserzeugung durch Induktion .......................................................................................... 57 

Lenische Regel ............................................................................................................................... 58 

Das Oszilloskop ...................................................................................................................................... 58 

Kondensator im Wechselstrom ............................................................................................................. 60 

1.Laden und Entladen eines Kondensators ....................................................................................... 60 

2.Kapazitiver Blindwiderstand ........................................................................................................... 61 

Information............................................................................................................................................ 62 

Rechtlicher Hinweis ........................................................................................................................... 62 

Kontakt .............................................................................................................................................. 62 

Versionsübersicht .............................................................................................................................. 62 

Eure Meinung.. .................................................................................................................................. 62 

Download der neusten Version ......................................................................................................... 62


5 

Ausbildungsjahr 1 – Grundlagen 

Hier erfährst du die Grundlagen der Elektronik und Elektrotechnik. Dieses E-Book wird ständig 

erweitert, besuche unsere Downloadseite, um immer die aktuellste Version des Dokumentes zu 

haben. Mehr dazu und den Downloadlink findest du auf der letzten Seite. 

Die 5 Sicherheitsregeln 

Die Grundlage im Umgang Elektronik und Strom bilden die 5 

Sicherheitsregeln. Diese muss jeder angehende Elektrofachkraft im 

Schlaf beherrschen und noch viel wichtiger, auch an wenden. 

1. Freischalten 

Zuerst muss die Spannung abgeschaltet werden. Dies geschieht in 

Haushalten z.B über das Herausdrehen der Schmelzsicherungen oder 

das Abschalten des betreffenden Leitungsschutzschalters. 

2. Gegen Wiedereinschalten sichern 

Damit eine Gefährdung ausgeschlossen werden kann, muss ungewolltes Wiedereinschalten sicher 

verhindert werden. Sollten Sie z.B. Schmelzsicherungen herausgedreht haben, führen Sie die Einsätze 

am Bestem mit sich bis die Arbeiten am Stromkreis beendet sind. Bei Leitungsschutzschalter kann 

das Schaltschloss durch ein Stück Draht blockiert werden. 

3. Spannungsfreiheit feststellen 

Nachdem Sie Schritt 1 und 2 befolgt haben, MUSS vor Beginn der Arbeiten die Spannungsfreiheit 

festgestellt werden!! Dies Überprüfen Sie am besten mit einem zweipoligen Spannungsprüfer. 

Einpolige Spannungsprüfer liefern keine zuverlässigen Ergebnisse. 

4. Erden und Kurzschließen 

Diese Regel muss erst ab einer Spannung von 1000 Volt berücksichtigt werden. Zuerst muss geerdet 

werden, dann muss die ERDE mit den kurzzuschließenden aktiven Teilen verbunden werden. 

5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken 

Bei Anlagen unter 1kV (=1000 Volt) genügen zum Abdecken isolierende Tücher, Schläuche oder 

Formstücke. Über einer Spannung von 1kV sind zusätzlich Absperrtafeln, Seile und Warntafeln


6 

erforderlich. In diesem Fall muss auch der Körper gesondert geschützt sein, z.B. durch einen 

Schutzhelm mit Gesichtsschutz und hochisolierte Handschuhe. 

ESD – (electrostatic discharge) 

Die Elektrostatische Entladung 

Jeder Mensch und Gegenstand erzeugt eine elektrische Ladung, welche hochempfindliche Bauteile 

und elektrische Komponenten, wie ICs und Mikrokontroller beschädigen und zerstören kann, ohne 

dass man dies selbst mitbekommt. 

Ein Mensch kann sich durch Reibung mit mehreren Tausend Volt aufladen. Diese Spannung entlädt 

sich beim Berühren von elektrischen über Baugrupoen und Komponenten. Aus diesen Grund wurden 

spezielle ESD-Bereiche eingeführt, welche mit.. 

 

 

 

 

Extra Leitenden Boden ausgelegt sind. 

ESD Kleidung betreten werden muss. 

Geerdeten Arbeitsplätzen und Transportboxen ausgestatte ist. 

Zugangskontrolle (Ableitstrommessung) gesperrt und ausgeschildert sind. 

Das Symbol 

EPA – ESD Bereich 

Solche EPA (Electrostatic Protected Area) Bereiche 

müssen mit solchen oder ähnlichen Schildern 

ausgezeichnet werden. Diese Bereiche müssen 

gegen unbefugten Zutritt, durch 

Zugangskontrollen, gesichert sein. Diese Bereiche 

dürfen auch nur mit ESD-Kleidung betreten 

werden.


7 

Die Steuerung 

Steuerkette 

Führungsgröße „w“ 

Steuereinrichtung 

Stellgröße „y“ 

Steuerstrecke mit Stellglied 

Störgröße „x“ 

Steuergröße „x“ 

Beispiel: 

Anlage Führungsgröße Steuereinrichtung Stellgröße Stellglied Steuerstrecke Störgröße Steuergröße 

Getränkeart Steuerelektronik Spannung 

am 

Elektromagnet 

Elektromagnet 

für 

Getränkeauswurf 

Automatenschacht 

Schacht 

leer, 

Stau 

Getränkeautomat 

Getränkeausgabe 

Elektrische Steuerungen 

Verbindungsprogrammiert 

(VPS) 

Speicherprogrammiert 

(SPS) 

- Schütz-/Relaissteuerung 

- fest verdrahtete 

Schaltung 

- kontaktlose Steuerung 

(z.B. Logische Gatter auf 

elektronischen Baugruppen 

- Mikroprozessor-gesteuert 

- Programmspeicherung in 

ROM, RAM, EPROM, 

EEPROM 

- genormte Schnittstellen 

und Spannungspegel bei 

Anbindung der Peripherie 

Steuerungen kommunizieren mit der Peripherie (=Umgebung) mittels Signalaustausch. Auch 

die Form in der die Signale aufbereitet werden ist wichtig, damit die einzelnen 

Steuerungskomponenten (Sensoren, Automatisierungsgerät, Aktoren) „die gleiche Sprache“


8 

sprechen. Vor allem die elektrischen Signale bieten eine große Anzahl genormter 

Signalformen, die durch Signalpegel (physikalisch z.B. Spannungshöhen) und Protokolle 

(datentechnischer, zeitlicher Übertragungsablauf) festgelegt sind. Grundsätzlich gilt, dass 

Steuersignale in drei verschiedenen Formen vorliegen können: 

● analog 

● binär 

● digital 

Analogsignal 

Es ist jeder beliebige Zwischenwert 

innerhalb des vorgegebenen 

Bereiches möglich. 

Beispiel: Manometer-Druckanzeige, 

analoges Amperemeter, 

Widerstands-Fühler 

Binärsignal 

Nur Zwei Zustände sind möglich: 

EIN-AUS, Größe vorhanden bzw. 

nicht vorhanden 

Beispiel: Leuchtmelder, Taster, 

Schütz, Lichtschranke, Induktiver 

Initiator, kapazitiver Sensor


9 

Digitalsignal 

Nur bestimmte Zwischenwerte 

innerhalb des vorgegebenen 

Bereiches. Darstellung in digital 

codierter Form. 

Beispiel: Digitale Spannungsanzeige, 

alle Sensoren mit digitalem Ausgang 

(Daten-Schnittstelle) 

Weiterhin kann man unterscheiden, ob eine Steuerung ein vorgegebenes Programm strikt 

abarbeitet, oder ob sie flexibel auf Ereignisse reagieren kann. 

Programmablauf 

Ablaufsteuerung 

Ereignisgesteuert | zeitgesteuert 

● Autowaschanlage 

● Geschirrspüler 

● NC-Fertigungsprozess 

Ablaufsteuerungen arbeiten nach 

einem zwangsläufig schrittweisen 

Ablauf. 

Ablaufsteuerungen werden 

zumeist anhand sog. 

Zustandsdiagramme 

dokumentiert. Anhand der 

Ereignisse erfolgt eine 

Ansteuerung der Ausgabesignale 

(Aktoren) 

Die Programmierung kann 

anhand sog. Schrittketten 

erfolgen. Hierbei wird ein Schritt 

nach dem anderen ausgeführt. 

Der Übergang zum jeweils 

nächsten Schritt erfolgt erst, 

wenn die sog. Transitionen 

(Weiterschaltbedingung) erfüllt 

sind. 

Verknüpfungssteuerung 

● flexible Fertigungssysteme 

● Lager- und Transportsysteme 

● Aufzugsanlagen 

Verknüpfungssteuerungen 

verknüpfen die Eingabesignale 

und ordnen die Ergebnisse den 

programmmäßig zugeordneten 

Ausgabesignalen zu. 

Hierzu werden in erste Linie.. 

- Logische 

Verknüpfungsfunktionen 

(UND, ODER, NICHT, NAND, NOR) 

- Zeitfunktionen (TIMER) 

-Zählfunktionen (COUNTER) 

- Speicherfunktion ( MERKER) 

..verwendet. 

Die Programmierung kann dabei 

zumeist in 

- Alphanumerischem Code 

(z.B. AWL, Assembler) 

Oder 

- graphisch (z.B Funktionsplan 

FUP, Kontaktplan KOP) erfolgen.


10 

Steuerungen können sich in ihrer technischen Ausführung in vielfältiger Weise 

unterscheiden. 

 

 

 

 

nach der Form der Hilfsenergie 

nach dem Programmablauf 

nach der Art der technischen Realisierung (kontaktlos, kontaktbehaftet) 

nach der Signalform (analog, binär, digital) 

Als gröbstes Unterscheidungsmerkmal kann die Form der Hilfsenergie dienen: 

Mechanische 

Steuerung 

Pneumatische 

Steuerung 

Hydraulische 

Steuerung 

Elektrische 

Steuerung 

-Getriebe 

-Kupplungen 

-Pendel-Uhr 

-Stoppeinrichtungen 

-Umsetzer 

-explosionsgefährdete 

Bereiche 

-Pressvorgänge 

-Hubeinrichtungen 

-Schützsteuerung 

-SPS-Steuerung 

Medium: Elektrischer Strom Pneumatik Hydraulik 

Speicherfähigkeit: 

Nur mit hohen 

Verlusten 

Sehr gut 

Mit geringen Verlusten 

Transportfähigkeit: 

Sehr weite 

Entfernungen 

möglich 

Weite Entfernungen 

möglich 

Nur kurze 

Entfernungen möglich 

Erzielbare 

Geschwindigkeiten: 

Sehr schnell 

0,1-10 ms 

Sehr schnell 

1,5 ms 

Schnell bis 

0,5ms 

Stoffeigenschafft: 

Saubere Energie, 

universell 

umwandelbar und 

einsetzbar 

Auch in 

explosionsgefährd. 

Bereichen möglich, 

nur geringe Kräfte 

möglich, da 

kompressibel 

Gute 

Materialverträglichkeit, 

wegen geringer 

Kompression hohe 

Kraftübertragung 

möglich!


11 

Elektromagnetismus 

Grundregeln 

- Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt immer ein magnetisches Feld 

- Die Feldlinien haben dabei di Form von konzentrischen Kreisen 

- Die Stärke des Magnetfelds nimmt mit der Entfernung ab. 

- Die Richtung des magnetischen Feldes ist von der Stromrichtung abhängig 

Merkregel zur Richtungsbestimmung der 

Magnetfeldlinien: 

Rechte Handregel 

- Daumen zeigt in die technische Stromrichtung 

- Die Finger umgreifen den Leiter 

- Fingerspitzen zeigen die Richtung des Magnetfeldes 

Magnetische Größen 

Die Gesamtzahl der magnetischen Feldlinien eines Dauermagneten oder einer 

stromdurchflossenen Spule nennt man den magnetischen Fluss 

Formelzeichen: Φ 

Einheit: Φ = 1VS = 1 wb


12 

Die Ströme, die eine resultierende Feldlinie einer 

stromdurchflossenen Spule durchfluten, bilden die 

elektrische Durchflutung. 

Formelzeichen: Θ 

Einheit: Θ = 1A 

Formel: Θ = I ∙N 

Die magnetische Durchflutung pro mittlere Feldlinienlänge bzw. Spulenlänge bezeichnet man als 

magnetische Feldstärke (H) 

Formelzeichen: H Einheit: 1 A/m (Meter=Länge) 

Formel: H = (I∙N):m 

Die Feldlinienzahl pro senkrecht durchsetzte Fläche „A“ nennt man magnetische Flussdichte. 

Formelzeichen: B 

Einheit: 1 VS/m² = 1 T (Tesla) 

Formel: B = µo ∙ H 

Die Permeabilitätszahl „µr“ gibt an, wie viel man besser, oder auch schlechter ein Werkstoff 

magnetisierbar ist als Luft. 

Permeabilität: µ = µr ∙ µo 

µo = 1,257∙10 -6 Vs/Am 

Zusammenhang zwischen B und H: 

B = µr ∙ µo ∙ H


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Das Schütz 

Funktionsweise 

- Schütze sind elektromagnetische Schalter 

- Während Relais fürs kleine Leistungen ausgelegt sind, sind Schütze 

für große Leistungen konzipiert 

- Bei Stromfluss durch eine Spule wird ein Eisenanker angezogen und 

Kontakte werden geschlossen bzw. geöffnet. 

Merke: Elektromagnetische Schalter schalten mit kleinem 

Steuerstrom eine großen Laststrom. 

Vorteile 

● Galvanische Trennung 

● lange Lebensdauer 

● große Schalthäufigkeit 

PDF-Datei zu Schütze 

Kontaktschaltplan:


14 

Schütz-Verriegelung 

Drahtbruchsicherheit 

Aus Gründen der Drahtbruchsicherheit werden zum Einschalten von elektrischen Anlagen 

Schließer und zum Ausschalten Öffner verwendet. 

Bei Schützsteuerung: 

Drahtbruch am Schließer: „O“-Zustand Kein Einschalten 

Drahtbruch am Öffner: 

„O“-Zustand Sofortiges Abschalten 

Bei der Logo: 

Es wird unabhängig von externen Schließern und Öffnern überprüft, ob am Eingang „0“ oder 

„1“ anliegt.


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Das RS-Speicherglied… 

…ist ein einfaches binäres Speicherglied. Der Wert am Ausgang hängt von den Zuständen am 

Eingang und am bisherigen Zustand am Ausgang ab. 

S: Über ein kurzes „1“ Signal am Eingang „S“ (SET) 

wird der Ausgang auf den Zustand „1“ gesetzt. 

R: Über ein kurzes „1“ Signal am Eingang „R“ (RESET) 

wird der Ausgang auf „0“ gesetzt. 

RS-Floppy 

R 

S 

Par Q 

Par: Bei eingeschalteter Remanenz steht nach 

einen Spannungsausfall das Signal am Ausgang, 

das vor dem Spannungsausfall da war. 

Anwendung 

RS-Speicherglieder bewirken in Steuerprogrammen die Selbsthaltefunktion in ähnlicher 

Weise wie dies in Schützschaltungen durch den Selbsthaltekontakt realisiert wird. 

Der Zählerbaustein im LOGO!-Steuerrelais 

R: (Reset) Setzt den internen Zähler auf null. 

Cnt: (Count) Zählt bei positiven Flankenwechsel. 

Dir: (Direction) legt die Zählrichtung fest. 

Dir „0“ = Vorwärtszählen 

Dir „1“ = Rückwärtszähler 

R 

Cnt 

Dir 

Par 

+/- 

Q 

Par: (Parameter) Speichert den internen Zählerwert 

auch bei Netzausfall. 

On = Einschaltschwelle 

Off = Ausschaltschwelle 

Q: (Digitaler Ausgang) Wird abhängig vom internen Zählerwert und dem Parametern gesetzt.


16 

Ausbildungsjahr 1 – Systeme und Geräte 

Die Potenzschreibweise 

Basis 

Exponent 

9,5 ∙ 10 12 Ω 

Faktor Potenz Einheit 

Beispiel 

9 500 000 000 000 = 9,5 ∙ 10 12 

0,0000015 = 1,5 ∙ 10 -6 

Technische Schreibweise (Engineering) 

Zehnerpotenz: 10 -12 10 -9 10 -6 10 -3 10 0 10 3 10 6 10 9 

Vorsatz: Piko Nano Mikro Milli =1 Kilo Mega Giga 

Abkürzung: p n µ m / k M G 

Das Projekt „Ohm’sches Gesetz“ 

Der Physiker Georg Simon Ohm (1787..1854) untersuchte vor 100 Jahren, welche Größen in 

einem elektrischen Stromkreis Einfluss auf die Größe des elektrischen Stromes „I“ haben. 

Grundlage der folgenden Betrachtung ist der elektrische Stromkreis: 

V1: 12Volt + R1: 10 Ω 

U U I 

-


17 

Die Spannung wird mit einen Voltmeter gemessen, die Stromstärke mit einen Amperemeter 

gemessen. Ein Voltmeter wird immer parallel zum jeweiligen Bauteil geschalten und ein 

Amperemeter in Reihe. Der Innenwiederstand bei einem Voltmeter ist sehr hoch (


18 

Reihenschaltung von Widerständen (eng. Series Connection) 

Gesetze der Reihenschaltung 

R1 

Strom I ges = I 1 = I 2 = I 3 

U = 10 V 

I 1 

U 1 

Die Teilströme sind immer so groß 

wie der Gesamtstrom 

R2 

Spannungen U ges = U 1 + U 2 + U 3 

I 2 

U 2 

Die Summe der Teilspannung ergibt 

die Gesamtspannung. 

R3 

Widerstand R ges = R1 + R2 + R3 

I 3 

U 3 

Die Summe der Einzelwiderstände 

ergibt den Gesamtwiderstand 

(=Ersatzwiderstand) 

Reihenschaltung in der praktischen Anwendung 

U ges 

U 1 

U 2 

Bei der Reihenschaltung verhalten 

sich die Spannungen wie die 

zugehörigen Widerstände. Am 

größeren Widerstand fällt die 

größere Spannung ab. Zum Schutz 

von Betriebsmitteln kann man nun 

zu hohe Spannungen durch 

geeignete Vorwiderstände 

anpassen. 

Das nennt man „unbelasteter 

Spannungsteiler“ (Spannungen 

werden im Verhältnis der 

Widerstände geteilt)


19 

Parallelschaltung von Widerständen 

R1 R2 R3 

Gesetze der Parallelschaltung 

U ges 

Strom I ges = I 1 + I 2 + I 3 

Die Summe Teilströme ergibt den 

Gesamtstrom 

I 1 I 2 I 3 I ges 

Spannungen U ges = U 1 = U 2 = U 3 

Die Gesamtspannung ist so groß wie 

die Einzelspannungen. 

Widerstand R ges = 

Der Gesamtwiederstand ist kleiner 

als der kleinste Einzelwiderstand. 

U 1 

Belasteter Spannungsteiler 

R1 

Es wird über R2 eine Last Parallel 

geschaltet. An dem Lastwiderstand 

fällt dann die gleiche Spannung ab 

wie auf R2. Der Strom Teilt sich dann 

zwischen R2 und R Last auf! 

U 2 

R2 

R Last 

U Last


20 

Nichtlineare Widerstände 

1. Fotowiderstand LDR (Light Dependet Resistor) (Lichtabhängiger Widerstand) 

Bei steigendem Lichteinfall sinkt der Widerstandswert. 

Schaltzeichen: 

Anwendung: 

- Lichtschranken 

- Dämmerungsschalter 

2. Temperaturabhängige Widerstände 

a) Kaltleiter (PTC) b) Heißleiter (NTC) 

(Positiv Temperature Coefficent) 

Bei steigender Temperatur steigt der 

Widerstandswert. 

(Negativ Temperature Coefficent) 

Bei steigender Temperatur sinkt der 

Widerstandswert. 


3. VDR (Voltage Depended Resistor) (Spannungsabhängiger Widerstand) 

Bei steigender Spannung sinkt der Widerstand. 


U 

Anwendung: Überspannungsschutz


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Elektrische Arbeit und Wärme 

Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme „Q S “ (Stromwärme) (Gleiche Einheit wie 

Energie: Joule) 

Qs = W 

Nutzwärme „Q N “ = erwünscht 

Verlustwärme „Q V “ = nicht erwünscht 

Wasser 

Kochplatte 

Verlustwärme „Q V “ 

Formel: Q S = Q N + Q V 

Wärme „Q S “ = Nutzwärme „Q N “ + Verlustwärme „Q V “ 

Nutzwärme „Q N “ 

Brückenschaltung „Wheatstone Messbrücke 

Abgeglichen 

R1 

R3 

Widerstände jeweils 10Ω. 

Anliegende Spannung ist 10V. 

U ges 

U 1 

A 

R2 

U 2 

B 

R4 

U 3 

U 4 

U AB 

U AB = Spannung an der Brückendiagonale. 

Bei dieser Schaltung ist die Brücke 

abgeglichen, weil die beiden Spannungsteiler 

die Spannung „10V“ im gleichen Verhältnis 

teilen. So liegt an U AB 0 Volt an, da kein 

Potenzialunterschied vorliegt. 

Für eine „abgeglichene“ Brücke gilt:


22 

Nicht abgeglichen 

U ges 

U 1 

R1 

R3 

U 3 

U AB 

Wenn das Widerstandsverhältnis in 

der beiden Brückenteilen 

(Spannungsteiler) nicht gleich ist, so 

ist die Brücke nicht abgeglichen. An 

der Brückendiagonale kann eine 

Differenzspannung (U AB ) gemessen 

werden. 

U 2 

R2 

R4 

U 4 

Vorgehensweise: 

● U 2 und U 4 berechnen. Dies sind die 

Potenziale gegen Masse (GND) auf 

den „A“ bzw. „B“ liegen. 

● Die Differenz dieser beiden 

Potenziale ergibt die 

„Differenzspannung“ 

Formel: 

U 2 = U ges ∙ 

U 4 = U ges ∙ 

Das elektrische Feld 

Felder sind Räume in denen bestimmte Wirkungen zu beobachten sind (Magnetfeld, 

Erdanziehungsfeld). In einem elektrischen Feld wirken auf Teilchen Anziehungs- und 

Abstoßungskräfte. 

Positive Ladung: Elektronenmangel 

Negative Ladung: Elektronenüberschuss 

→ gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. 

Die elektrische Ladung „Q“ wird in Coulomb (C) gemessen. 

1C = 1AS = 6,24 ∙ 10 18 Elektronen


23 

Elektrische Felder.. 

● sind unsichtbar, können durch die Wirkung sichtbar gemacht werden (z.B. Blitze) 

● entstehen in einen Raum mit Ladungsdifferenz (Potenzialdifferenz) 

● sind proportional zur Spannung (U ≈ I) und umgekehrt proportional zum Abstand 

Elektrische Feldlinien.. 

● verlaufen immer vom Pluspol zum Minuspol 

● stehen immer senkrecht auf dem Leiter 

● berühren oder schneiden sich nie 

● sind Kraftlinien (je mehr Linien, desto größer das Kraftfeld) 

Homogenes Feld: 

Inhomogenes Feld:


24 

Die Kennzeichnung von Kondensatoren 

Wir unterscheiden folgende Kenndaten: 

→ Kapazität 

0,33µF 

→ Toleranz +/- 10% 

→ Nennspannung 

400V 

1. Nennkapazität 

Die Nennwerte sind nach ICE-Reichen eingestuft 

Mögliche Angaben: 2n2 → 2,2nF 

4700pF → 4700pF 

47p → 47pF 

Angaben ohne Einheit z.B. 47 → je nach Baugröße pF oder µF 

Farbcodierung → 3. Ring Multiplikator 

2. Toleranz 

Der Hersteller darf die angegebene Toleranz nicht überschreiten. Kodiert wird die 

Toleranz durch Großbuchstaben. 

Bei Kapazitäten bis 10pF 

Erfolgt die Angabe der Toleranz in pF 

z.B. 2p2 D → 2,2pF +/- 0,5pF (1,7-2,7pF) 

über 10pF 

Erfolgt die Angabe in Prozent 

22pF D 

22pF +/- 0,5% (21,89 – 22,11) 

3. Nennspannung 

Eine zu hohe Spannung kann zum Durchschlag führen und dann zur Zerstörung. 

Kodierung erfolgt durch Kleinbuchstaben oder Farben bzw. Aufdruck des 

Zahlenwertes.


25 

Papierkondensator (P) 

Dielektrikum Kapazitätsbereich Maximale 

Verlustfaktor 

Spannung 

Papier (Öl) 10-1000nF 10 kV 1,0 

Das Dielektrikum ist ein mit Isolieröl oder Vaseline getränktes Papier, das mit zwei 

Aluminiumfolien zu einem Wickel gerollt wird. Der Wickel wird mit zwei Anschlüssen 

versehen und in einem Gehäuse mit Isolieröl oder Harz luftdicht vergossen. Die Dicke 

des Papiers gibt die Spannungsfestigkeit vor. 

Anwendung: Motorkondensator, Kompensationskondensatoren, 

Funkenstörkondensatoren 

Metallpapierkondensatoren (MP) 


Verlustfaktor 

Spannung 

Papier (Öl) 500-1000nF 2000V 0,8 

Auf das Dielektrikum Papier wird einen Aluminiumschicht (


26 

Beläge auf den Kunststoff (MK-Kondensatoren) ergibt wiederum die Selbstheilung bei 

Durchschlag. Je nach verwendetem Kunststoff wird ein Kennbuchstabe angefügt. 

z.B. Polypropylen in metallisierter Bauform: MKP 

Polystyrol in metallisierter Bauform: MKS 

Anwendung: Schwingkreis, Koppelkondensator 

Keramikkondensatoren 


Verlustfaktor 

Spannung 

Bariumtinat 

(Keramik) 

1pF – 1000nF 100kV 3,0 

Wegen der großen Dielektrizitätszahl von Keramik sind sehr kleine Abmessungen bei 

der Herstellung möglich. Man unterscheidet NDK- (Niedrige Dielektrizitätskonstante 

13…470) und HDK- (Hohe Dielektrizitätskonstante 470…50000) Kondensatoren. Als 

Bauform kommen z.B. Scheiben-, Rohr- und Perlkondensatoren vor. 

Anwendung: NDK-Kondensatoren in der HF-Technik in Schwingkreisen und Filtern. 

HDK-Kondensatoren für Siebung und Kopplung im HF-Bereich. 

Elektrolytkondensator (ElKo) 


Verlustfaktor 

Spannung 

Aluminiumoxid 100nF - 1F 500V 10 

Tantaloxid 10nF – 1mF 10 - 60V 10 

Sie bestehen aus einer mit dem Pluspol zu verbindenden Elektrode (Anode) und einer 

Gegenelektrode (Kathode). Die Kathode ist ein, in einer Papierlage aufgesaugter 

Elektrolyt und wird über das Metallgehäuse an den Minuspol angelschlossen. Als 

Dielektrikum dient eine äußerst dünne Oxidschicht, die die Anode bedeckt. Dieser 

Kondensatortyp besitzt die kleinsten Abmessungen bei einem großen Kapazitätswert. 

Elektrolytkondensatoren (kurz „Elko’s“) können mit der Zeit austrocknen und 

verlieren an Kapazität. Fließt bei anliegender Spannung stets ein Reststrom. Je nach 

Anodenmaterial unterscheidet man Aluminium- und Tantalelektrolytkondensatoren. 

Bei Anschluss bzw. Auswechseln von Elektrolytkondensatoren ist auf die richtige 

Polung zu achten!


27 

Anwendung: Glättungs-, Lade-, und Siebkondensator, Zeitglieder 

Veränderbare Kondensatoren 


Verlustfaktor 

Spannung 

Luft 5pf – 500pf 500V / 

Die Kapazität ist durch ein bewegliches Plattenpaket (Rotor) veränderbar. Man 

unterscheidet Drehkondensatoren und Trimmkondensatoren (zur einmaligen 

Kapazitätseinstellung) 

Anwendung: Rundfunktechnik, Feinabstimmung 

Schaltung von Kondensatoren 

1. Parallelschaltung: 

C1 

C2 

Bei der Parallelschaltung wird 

scheinbar die Fläche des Kondensators 

vergrößert. Die Teilflächen addieren 

sich zur Gesamtfläche. Dadurch 

vergrößert sich die Kapazität: 

C ges = C1+C2 

Grundregel: Bei der Parallelschaltung 

ist die Gesamtkapazität größer als bei 

einem einzelnen Kondensator!


28 

2. Reihenschaltung: 

C1 

C2 

Bei der Reihenschaltung wird 

scheinbar der Plattenabstand des 

Kondensators vergrößert. Dadurch 

verkleinert sich die Kapazität: 

Ausbildungsjahr 1 – Informationstechnologie (IT) 

Grundregel: Bei der Reihenschaltung 

ist die Gesamtkapazität kleiner als bei 

einem einzelnen Kondensator! 

Aufbau eines Personal-PC 

Maus, Tastatur, 

Touchscreen, Scanner 

Eingabe 

CPU, Mainboard, 

Grafikkarte, 

Soundkarte 

Verarbeitung 

Speichereinheit: 

Festplatte, USB-Stick, 

RAM, CD/DVD/Blu-Ray 

Drucker, Monitor, 

Lautsprecher, Beamer 

Ausgabe 

Bestandteile eines PC`s 

Hardware bedeutet „harte Ware“ und beschreibt ganz allgemein alle physikalischen Bestandteile 

eines Computers. 

Anders ausgedrückt: Alles, was Sie anfassen oder sehen können, wenn sie vor einem Computer 

stehen bzw. in einen geöffneten Computer sehen. Dazu gehören auch die Geräte und Teile, die man 

an den Rechner anschließen kann, die sogenannte Peripherie, sämtliche Kabel und die Datenträger 

die letztendlich die Daten aufnehmen können.


29 

Software 

Neben der Hardware gibt es den Ausdruck Software, das sind Programme für bestimmte Aufgaben. 

Diese Programme befinden sich auf den Datenträgern und können in den Speicher des Rechners 

geladen werden. Hardware und Software bilden eine Einheit, die den eigentlichen Computer 

ausmacht. 

Bestandteile eines PC`s: 

● Gehäuse 

● Hauptplatine (Mainboard) 

● Prozessor 

● Hauptspeicher 

● Netzteil 

● Schnittstellen 

● Laufwerk Controller 

● Erweiterungskarten (Grafikkarte, LAN) 

● Laufwerke (Festplatten, Diskette, DVD, Streamer) 

● Maus, Tastatur 

● Monitor 

● Drucker, Scanner, Boxen, Internetkamer, Zeichentablet etc. 

Jeder PC besteht in der Regel aus einheitlichen Bauteilen, wobei die Hauptplatine eine zentrale Rolle 

spielt. Weiter enthält jeder PC mindesten einen Prozessor, Hauptspeicher (RAM), und je nach Ausbau 

eine oder mehrere Erweiterungskarten (PCI), die den Anschluss von Speichermedien und 

Peripheriegeräten wie Tastatur, Maus, Bildschirm, Internet usw. ermöglichen. Dazu kommen einige 

grundsätzliche Dinge, wie Netzteil und Laufwerke der verschiedenen Speichermedien (Festplatte, 

Disketten, Magnetbänder, DVD`s oder CD-ROM`s). 

CMOS 

CMOS (eng. Complementary Metal-Oxid-Semiconductor) ist ein besonderer Speicherchip, in dem 

grundsätzliche Informationen über die Systemkonfiguration (d.h. mit welchen Controllern, 

Laufwerken, Festplatten, Bildschirme usw.) abgelegt werden. Diese Information benötigt der PC nach 

dem Einschalten für den Startvorgang. Der CMOS-Chip ist ein statischer RAM-Baustein mit einer sehr 

geringen Stromaufnahme. Ist der Rechner ausgeschaltet, wird die Stromversorgung durch eine 

eingebaute Primär und Sekundärzelle aufrechterhalten. Diese Zelle versorgt ebenfalls die interne 

Systemuhr mit elektrischem Strom. Die Lebensdauer einer solchen Zelle beträgt je nach Zellenart ca. 

5-10 Jahre. 

Sind die Informationen des CMOS-Speichers verloren gegangen, gibt der Rechner beim Booten eine 

Fehlermeldung. Auch falsche Informationen im CMOS-Speicher können dazu führen, dass der 

Rechner nicht mehr startet. Solche Informationen können beispielsweise durch einen 

Virenprogramm verursacht werden. Unter Umständen ist dann auch der generelle Zugriff auf den 

CMOS-Speicher nicht mehr möglich. Oft kann in einem solchen Fall der gesamte Inhalt des Speichers 

mit Hilfe eines Jumpers oder eines Unterbrechungskontakt gelöscht werden. Anschließend startet


30 

der Rechner dann mit vorhandenen Standarteinstellungen, die allerdings keine optimale Einstellung 

darstellen. 

Mainboard 

Die Hauptplatine ist die zentrale Platine eines Computers. Auf ihr sind die einzelnen Bauteile wie 

CPU, Speicher, der BIOS-Chip mit der integrierten Firmware, Schnittstellen-Bausteine und Steckplätze 

für Erweiterungskarten (wie Grafikkarte, Netzwerkkarte) montiert. Es ist jedoch auch möglich, dass 

diese Komponenten direkt auf dem Mainboard integriert (onBoard) sind. Dies ist bei Sound- und 

Netzwerkkarten inzwischen häufig der Fall, bei Grafikkarten seltener und bei CPU und RAM fast nur 

in raumsparend gebauten Systemen oder Notebooks. 

(1) Arbeitsspeicher –Sockel (DDR-2-RAM) 

(2) CPU Sockel 

(3) PCIexpress-Sockel für Grafikkarten 

(4) USB, LAN und Soundausgang 

(5) PCI-Sockel für Erweiterungskarten (Netzwerk) 

(6) S-ATA Anschlüsse für interne Festplatten oder Laufwerken 

(7) IDE (PATA) für Laufwerke (Alter Anschluss) oder Festplatten 

(8) ATX-Stromanschluss (Für das Netzteil) 

(9) PS/2 Anschluss für Maus und Tastatur 

Der übliche Chipsatz auf dem Mainboard teilt sich in die North- und South-Bridge auf. Eine der 

physikalischen Trennung in zwei Bausteinen ist jedoch nicht unbedingt notwendig, d.h. sie können in 

einem Chip vorhanden sein.


31 

Die North-Bridge (Host) regelt die Datenströme zwischen Prozessor, Cache und Arbeitsspeicher, in 

modernen Systemen ist auch der AGP (eng. Accelerated Graphic Port), der Slot für die Grafikkarte 

angeschlossen. Außerdem ist an die North-Bridge das gesamte Bussystem sowie die PCI-to-ISA-Bridge 

angeschlossen. 

Die South-Bridge kümmert sich um die Schnittstellen, die an den Chipsatz angeschlossen sind und im 

Computersystem zu Verfügung stehen. Dazu gehören z.B. USB, sowie die Serielle und die Parallele 

Schnittstelle. Je nach Ausführung sind der Keyboard-Controller und die Echtzeituhr (RTC = Reak Time 

Clock) integriert. 

Bussysteme 

ISA-Bus (eng. Industry Standard Architecture) ist ein Computerbus-Standart für IBM-kompatible 

Computer, der die XT-Bus-Architektur von 8-Bit auf 16-Bit erweitern. 8Mhz. 

EISA-Bus (eng. Extended Industry Standard Architecture) erweitert ISA auf 32 Bit und ermöglicht 

somit 4GB Speicher. 8Mhz – 8,33Mhz. 

PCI-Bus (eng. Peripheral Component Interconnect) ist ein Bus-Standart zur Verbindung von 

Peripheriegeräte mit dem Chipsatz eines Prozessors (CPU unabhängig). Neuerung PCIe (. Peripheral 

Component Interconnect Express) ist ein Erweiterungsstandart zur Verbindung von 

Peripheriegeräten mit dem Chipsatz eines Hauptprozessors. PCIe ist der Nachfolger von PCI und AGP 

und bietet im Vergleich eine höhere Datenübertragungsrate. PCIe ist im Vergleich zu PCI parallel. 

AGP-Slot (eng. Accelerated Graphic Port) 

Der AGP Slot ist ein Anschluss zur direkten Verbindung der Grafikkarte mit dem Chipsatz (North- 

Bridge). Er basiert technologisch auf dem PCI-Bus. 

Hard Disk Drive (HDD) 

Physikalischer Aufbau der Einheit 

Eine Festplatte besteht aus folgenden Bauelementen: 

- eine oder mehreren drehbar gelagerten Scheiben (auch Platter genannt) 

- einen Elektromotor als Abtrieb für die Scheibe(n) 

- bewegliche Schreib-/Leseköpfe (Heads) 

- einen Antrieb für die Schreib-/Leseköpfe 

- die Steuerelektronik für Motor und Kopfsteuerung 

- Hochleistungs-DSP (Digitaler Signalprozess) für die Schreib-/Leseköpfe 

- die Schnittstelle zur Verbindung mit dem Festplattencontroller (Mainboard über S-ATA, 

IDE, SCISI) 

- einen Festplattencache von derzeit 2 bis 32 MB Größe


32 

Technischer Aufbau und Material der Scheiben 

Die Scheiben bestehen meistens aus oberflächenbehandelten Aluminium-Legierungen, vereinzelt 

auch aus Glas. Sie müssen formstabil sein und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um 

die Größe der Wirbelströme gering zu halten. Da die magnetisierbare Schicht besonders dünn sein 

soll, darf das Material der scheiben selbst jedoch keine magnetischen Eigenschaften besitzen und 

dient nur als Träger der Magnetschicht. Auf die Scheiben wird ein Eisenoxid- oder Kobaltschicht von 

ungefähr einem Mikrometer Stärke aufgetragen. Diese wird zusätzlich von einer Schutzhülle aus 

Graphit ummantelt, um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Zusätzlich wurde eine 

Steigerung der Datendichte durch besseres Trägermaterial sowie durch die Optimierung der 

Schreibverfahren erreicht. 

In dem Festplattengehäuse befinden sich eine 

oder mehrere übereinander liegende rotierende 

Scheiben. Verbaut wurde bisher ein bis zwölf 

Scheiben, üblich sind ein bis vier. Eine höhere 

Scheibenanzahl geht in der Regel mit höherem 

Energieverbrauch und größerer 

Geräuschentwicklung einher. Manchmal werden 

aus Platzgründen nicht alle scheibenoberflächen 

genutzt, so dass Festplatten mit ungerader 

Schreib-/Lesekopfanzahl entstehen. Um die 

Nachfrage nach Festplattentypen mit kleiner 

Kapazität zu befriedigen, können Hersteller 

ebenfalls auf diese Weise Kapazität künstlich 

beschränken bzw. verkleinern. Eine neuere 

Entwicklung (seit 2004) ist das Perpendicular 

Recording (Senkrechtaufnahme), das zur Zeit u.a. 

von Toshiba und Hitachi entwickelt wird, um die 

Datendichte weiter zu steigern. 

Achsen-Lagerung und Drehzahl (U/min) 

In Arbeitsplatzrechnern oder Privat-PC´s verwendete Festplatten – momentan zum größten Teil mit 

ATA (IDE) oder SATA-Schnittstelen – rotieren mit Geschwindigkeiten von 5.400 bis 15.000 

Umdrehungen in der Minute. Bei den 2,5 Zoll, die hauptsächlich in Notebooks zum Einsatzkommen, 

liegen die Geschwindigkeiten im Bereich 4.200 bis 7.200 Umdrehungen in der Minute. Die Achsen 

der Scheiben früherer Festplatten (bis 2000) waren kugelgelagert; seit 2006 werden überwiegend 

Flüssigkeitslager verwendet. Diese zeichnen sich durch eine höhere Lebensdauer und geringere 

Geräuschentwicklung aus.


33 

Speicherverfahren 

- Vor der Speicherung muss die Plattenoberfläche vorbereitet werden (Formatierung) 

Einteilung in Zylinder, Spuren, Sektoren und Cluster. 

- Speicherung durch Magnetisierung von kleinen Flächen der permeablen Schicht durch 

den Schreib-/Lesekopf. 

- diese Flächen nehmen je nach Polarität (Nord/Süd) den elektrisch-binären Wert „0“ oder 

„1“ an. 

- eine Scheibe ist in konzentrische Spuren aufgeteilt. 

- alle übereinander liegende Spuren nennt man Zylinder. 

- zusätzlich ist eine Scheibe in Sektoren unterteilt 

Prozessor – CPU (Central Processing Unit) 

Der Prozessor ist das Herz des Computers. Er bearbeitet die Befehle des Betriebssystems und 

anderer gestarteter Programme. Je höher die Prozessorleistung, desto schneller arbeitet der 

Computer. Hinweis auf die Leistung ist die Taktfrequenz (in Megahertz bzw. Gigahertz) 

Taktfrequenz 

Mit Taktfrequenz bezeichnet man den Rhythmus, in dem Daten im Computer verarbeitet 

werden. Sie wird in Hertz ausgegeben. 

MIPS (Million Instruktionen pro Sekunde) 

Maßeinheit für die Leistungsfähigkeit eines Prozessors. 1 MIPS bedeutet 1 000 000 

Maschinenbefehle in der Sekunde 

FLOPS (Floating Point Operations Per Second)


34 

Maßeinheit für die Geschwindigkeit des Prozessors. Bezeichnet die Anzahl der 

Gleitkommazahl (Operationen die in 1 Sekunde ausgeführt werden) 

Befehlssatz 

RISC (Reduced Instruction Set Computing) 

Befehlssatz der auf komplexe Befehle verzichtet , wodurch die Ausführung einfacher als bei 

„CISC“ ist. 

CISC (Complex Instruction Set Computing) 

Befehlssatz, der sich durch Verhältnismäßig leistungsfähige Einzelbefehle auszeichnet, aber 

dafür langsamer wird. 

Vorwiegende Merkmale 

Multicore-Prozessor 

Bezeichnet man Prozessoren mit mehr als einem vollständigen Hauptprozessor auf einen 

Chip hat. Kerne sind unabhängig voneinander. 

Dual-Core 

Bezeichnet man einen Mehrkernprozessor mit 2 Hauptprozessoren. 

Quad-Core 

Bezeichnet man einen Mehrkernprozessor mit 4 Hauptprozessoren. 

TDP (Thermal Design Point/Power) 

Ist ein Wert für die Verlustleistung eines Prozessors oder anderen elektrischen Bauteilen. Auf 

deren Grundlage die Kühlung ausgelegt wird. 

FSB (Front Side Bus) 

Ist eine Schnittstelle zwischen CPU und North-Bridge. 

Cache-Speicher 

Der Cache ist ein spezieller Puffer-Speicher, der zwischen dem Arbeitsspeicher und dem 

Prozessor liegt. Damit der Prozessor nicht jeden Programm-Befehl aus dem Langsamen 

Arbeitsspeicher holen muss, wird gleich ein ganzer Befehls- oder Datenblock in den Cache 

geladen. Die Wahrscheinlichkeit, dass die nachfolgenden Programmbefehle im Cache liegen, 

ist sehr groß, da die Programm-Befehle nacheinander abgearbeitet werden. Erst wenn alle


35 

Programm-Befehle abgearbeitet sind, oder ein Sprungbefehl zu einer Sprungadresse 

außerhalb des Caches erfolgt, dann muss der Prozessor auf den Arbeitsspeicher zugreifen. 

Deshalb sollte der Cache groß sein, damit der Prozessor die Programm-Befehle, ohne Pause, 

hintereinander ausführen kann. 

Begriffserklärungen im Zusammenhang mit Cache-Speicher: 

● First-Level-Cache (L1): 

Im L1-Cache werden Befehle und Daten zwischengespeichert. Die Bedeutung des L1 Caches 

wächst mit der höheren Geschwindigkeit des CPU`s. Denn dieser Cache vermeidet 

entsprechende Verzögerungen in der Datenübermittlung und hilft einen CPU optimal 

auszulasten. 

● Second-Level-Cache (L2) 

Im L2-Cache werden die Daten des Arbeitsspeichers zwischengespeichert. Über die Größe 

dieses Caches versorgen die Prozessorhersteller die unterschiedlichen Marktsegmente mit 

speziell modifizierten Prozessoren. Ein Prozessor mit sehr großem L2-Cache ist teuer 

herzustellen. Deshalb war der L2-Cache auch schon außerhalb des Prozessor-Dies 

angeordnet. 

● Third-Level-Cache: 

Der L3-Cache ist ein Cache-Speicher der zum ersten Mal im Prozessor K6-3 von AMD 

Anwendungen fand. Allerdings optional und außerhalb des Prozessors auf dem 

Mohterboard. In der Regel verwenden Multicore-Prozessoren einen integrierten L3-Cache. 

● Write-Through: 

Das ist das Verfahren bei dem der Second-Level-Cache die Daten sofort in den 

Arbeitsspeicher schreibt. Die Steuerung für den Schreibvorgang wird vom Cache 

übernommen. Der Prozessor kann in dieser Zeit weiterarbeiten. Es wird ein „Completion- 

Status“ erst dann an das Betriebssystem, wenn die Daten sicher auf die Festplatte 

geschrieben wurden. Deshalb kostet das Verfahren Übertragungs- bzw. System- 

Performance, da die Informationen ohne Zwischenpufferung direkt, ohne Rücksicht auf 

aktuelle Systemressourcen, auf die Festplatte geschrieben werden. 

● Write-Back: 

Beim Write-Back schickt der RAID-Controller einen „Completion-Status“ (Bestätigungsbefehl) 

an das Betriebssystem, sobald der Pufferspeicher des Controllers die Schreibdaten für die 

Festplatte vom System erhalten hat. Der Controller hält die Informationen so lange im 

Cache, bis der Controller einen geeigneten Zeitpunkt findet, die Daten an die Festplatte zu 

übertragen. Dies erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem die Systemressourcen nicht voll 

beansprucht werden, so dass diese Strategie die Schreibleistung signifikant verbessert. 

Allerdings hat das Write-Back-Verfahren auch Nachteile. Tritt eine Störung bei der 

Stromversorgung auf, sind unter Umständen wichtige Daten, die noch nicht vom Cache- 

Controller auf die Festplatte geschrieben wurden, unwiderruflich verloren. Deshalb ist es 

empfehlenswert, die meist optional erhältliche Batteriepufferung des Cache-Controllers mit 

zu bestellen oder sich gleich für ein USV zu entscheiden.


36 

RAM 

Datenschutz ROM und Datensicherheit 

Cache 

CPU 

Datensicherheit 

Maßnahme zur Sicherstellung des Erhalts von gespeicherten Daten. 

Datenschutz 

Maßnahmen zum Schutz von Daten gegen unberechtigten Zugriff und Missbrauch 

Datensicherheit (data secturity): 

Daten können durch Einflüsse von außen vernichten werden (z.B. Hardware, Defekte, Software- 

Fehler, Computervieren) 

Maßnahmen zum Schutz 

- Datensicherung (Backup-Systeme, manuelle Kopien, externe/wechsel-Festplatten, 

Streamer) 

- Bautechnik (Blitz-; Brand-; Hochwasserschutz) 

- Vierenschutzprogramme 

Datensicherheit nur bei ständiger Aktualisierung!!! 

Datenschutz (data protection): 

Personen und sachbezogene Informationen, bei deren Fremdnutzung erhebliche Idealer und 

wirtschaftlicher Schaden entsteht, müssen geschützt werden. 

Maßnahmen zum Schutz 

- Zugangsschutz (bautechnische Maßnahmen z.B. Tür, Fingerabdruckscanner, Augenscanner) 

- Übertragungsschutz (Verschlüsselung) 

- Benutzerkontrolle 

- Zugriffskontrolle (Firewall)


37 

staatlich geregelt durch den Bundesdatenschutz (RDSG) 

Alternative Betriebssysteme 

Linux 

Vorteile von Linux: 

Nachteile: 

- kostenlos und lizenzfrei 

- hohe Sicherheit (Rechteverwaltung, Administration) 

- stabil, schnell, Leistungsfähig 

- nicht Windowskompatibel 

- enorm flexible 

- Schwächen an Benutzerfreundlichkeit, Angebot von Programmen, Spielen und Treiber 

- keine Einheitlichkeit durch verschiedene Distributionen/Desktops (Gnome, KDE) 

- Support nur über das Internet 

Mac OS 

Vorteile von Mac OS: 

- Betriebssystem, viele Programme, Hardware von Appel 100% kompatibel 

- unempfindlich gegen herkömmliche Vieren 

- teilweise zu Unix/Linux kompatibel 

Nachteile: 

- Das Mac OS ist sehr teuer 

- Bedienunfreundlichkeit (Programme, Spiele, Bedienung) 

- geringer Nutzeranteil 

- Auf bestimmte Arbeitsbereiche spezialisiert (wissenschaftlicher Bereich, Multimedia)


38 

Ausbildungsjahr 1 – Installationselektronik (IE) 

Stromwirkung auf den Menschen 

Wärmewirkung: 

Strommarken an den Eintrittsstellen und Gerinnung des Bluteiweißes, platzen der Roten 

Blutkörperchen. 

Chemische Wirkung: 

Zersetzen der Zellflüssigkeit evtl. späterer Tod durch Vergiftung! 

Fehlerstromkreis: 

Sicherung (F1) 

L1 

N 

PE 

Köperstrom „I K “ ist abhängig von: 

- Berührungsspannung 

- Körperwiderstand 

- Übergangswiderstand 

- Standortwiderstand 

R Ü 

R S 

R F 

Fehlerwiderstand 

I K 

R K 

U B 

Besonders gefährlich wird es, wenn 

ein Strom über 50 mA länger als 

eine Sekunde über das Herz 

fließt!!!! 

R St 

Die höchstzulässige Berührungsspannungen: 

● Bei Menschen 

Wechselspannung (AC) max. 50 V 

Gleichspannung (DC) max. 120 V 

● Bei Tieren 

Wechselspannung max. 25 V 

Gleichspannung max.60 V


39 

Fachbegriffe – Schutzmaßnahmen 

Aktives Teil 

Leiter oder leitfähiges Teil, der (das) dazu bestimmt ist, bei ungestörten Betrieb unter Spannung zu 

stehen, einschließlich der Neutralleiter (N), aber vereinbarungsgemäß nicht der PEN-Leiter. 

Elektrische Betriebsmittel 

Ist alles was Energie leistet, erzeugt, umwandelt, überträgt, verteilt und anwendet (z.B. Generator, 

Motor, Schaltgeräte, Leitungen, Messinstrumente usw.) 

Elektrische Verbrauchsmittel 

Wandeln elektrische Energie in andere Formen der Energie um (Wärme, Licht, Bewegung) 

Erde 

Ist die Bezeichnung für das leitfähige Erdreich mit dem elektrischen Potenzial „0“. 

Der Erder 

Ist ein leitfähiges Teil, das in guten Kontakt zur Erde steht und eine elektrische Verbindung herstellt. 

Fehlerstrom 

Ist der Strom, der durch einen Isolationsfehler zum Fließen kommt. 

Isolationsfehler 

Ist ein fehlerhafter Zustand in der Isolierung (mechanische Schäden, Überhitzung). 

Körper


40 

berührbares, leitfähiges Teil eines elektrischen Betriebsmittel, das normal nicht unter Spannung 

steht, das jedoch im Fehlerfall unter Spannung stehen kann. 

Körperschluss 

Ist eine durch einen Fehler entstandene, leitende Verbindung zwischen Körper und aktiven Teilen 

elektrischer Betriebsmittel. 

Neutralleiter 

Sind unmittelbar geerdete Leiter in welchen Betriebsstrom fließt. 

PEN-Leiter 

Geerdeter Leiter, der zugleich die Funktion des Schutzleiters und des Neutralleiters übernimmt. 

Überstromschutzorgane 

Überstromschutzorgane, die sogenannten Sicherungen befinden sich meist im Stromkreisverteiler 

und haben die Aufgabe bei Überlastung oder Kurzschluss abzuschalten, um die Leitungen und die 

Angeschlossenen Geräte zu schützen. 


Sicherung (F1) 

Übersicht der Überstromschutzorgane: 

 

 

 

 

 

 

 

Schmelzsicherung 

Diazed Sicherung 

Neozed Sicherung 

NH-Sicherung 

HH-Sicherung 

Geräteschutzsicherung 

Schutzschalter


41 

 

 

 

Leitungsschutzschalter 

Motorschutzschalter 

Leistungsschalter 

Wichtig: 

Leitungen dürfen nicht höher als zulässig abgesichert werden. Überstromschutzeinrichtungen sind 

überall dort einzubauen wo sich: 

 

 

 

der Leiterquerschnitt verringert z.B. beim Übergang von 4 mm² auf 1,5 mm². 

die Verlegeart ändert. 

die Leitungsart ändert. 

Der Kurzschlussschutz muss am Anfang der Leitung angeordnet sein, dagegen kann der 

Überlastschutz in unverzweigten Stromkreisen an beliebiger Stelle eingebaut werden. 

Auswahlkriterien für Überstromschutzorgane: 

- Bemessungsspannung 

- Bemessungsstrom 

- Betriebsklasse (Strom-Zeit-Verhalten) 

- Bauform 

Schutzklassen und Arten 

Elektrische Betriebsmittel müssen im Fehlerfall einen Schutz gegen elektrischen Schlag haben, damit 

in Büros, Werkstätten und Schulen gefahrlos gearbeitet werden kann. 

Die elektrischen Betriebsmittel werden je nach Schutz gegen direktes und indirektes Berühren in 

Schutzklassen 1-3 eingeteilt. 

Schutzklasse „I“ (1) 

Kennzeichen: 

Verwendung: 

Mit Schutzleiter (Betriebsmittel ist mit Schutzleiter mit der Anlage verbunden). 

Beispiel: 

Elektromotor


42 

Schutzklasse „II“ (2) 

Kennzeichen: 

Verwendung: 

Schutzisolierung (Betriebsmittel mit Basisisolierung und zusätzlicher oder verstärkten Isolierung). 

Beispiel: 

Föhn, Bohrmaschine 

Schutzklasse „III“ (3) 

Kennzeichen: 

Verwendung: 

Schutzkleinspannung (Anschluss nur an SELV und PELV-Stromkreisen). 

Beispiel: 

Fassleuchten, Spielzeugtrafos 

Fehlerarten in elektrischen Anlagen 

Leiterschluss 

Ist eine fehlerhafte Verbindung zwischen Leitern, wenn im Fehlerstromkreis ein Nutzwiderstand liegt. 

Kurzschluss 

Ist eine leitende Verbindung zwischen gegeneinander unter Spannung stehenden Leitern. Im 

Fehlerstromkreis befindet sich kein Nutzwiderstand.


43 

Körperschluss 

Ist eine leitende Verbindung zwischen Körper (Gehäuse) und aktiven Teilen des Betriebsmittel 

(Ursache meist Isolationsfehler). 

Erdschluss 

Entsteht bei der Verbindung eines Außenleiters (L1, L2, L3) oder eines Betriebsmäßig Isolierten 

Neutralleiters mit Erde oder geerdeten Teilen. 

Spannungsfall auf Leitungen 

Versuch: 

Zwei Kochplatten je 1500 Watt/230 Volt werden über eine Leitung 30 m Länge 1,5 mm² Querschnitt 

(Kupfer) versorgt. Am Anfang und am Ende der Leitung wird die Spannung gemessen 

Ersatzschaltbild: 

R-Leitung 

L1 

Kochplatte 1 U 1 

Kochplatte 2 

N 

R-Leitung 

Beobachtung: 

Beim Anschalten der Kochplatte sinkt „U 1 “ etwas ab. 

Ursache: Der Laststrom verursacht auf der Leitung einen Spannungsabfall. Es handelt sich um 

einen Reihenschaltung von R-Leitung und R-Last (Kochplatten). 

Merke: Der Spannungsabfall ist umso größer je: 

-größer der Leiterwiderstand ist. 

- größer der Laststrom ist.


44 

Zulässiger Spannungsabfall: 

Nach TAB (technische Anschlussbedingung) des EVU (VNB = Verteilungsnetzbetreiber) 

Hausanschluss Zähler Verbraucher 

KwH 

DIN 18015 

bis 100 kVA ∆U ≤ 0,5 % 

100-250 kVA ∆U ≤ 1 % 

250-400 kVA ∆U ≤ 1,25 % 

Über 400 kVA ∆U ≤ 1,5 % 

∆U max. 3% 

Max. 4% 

Widerstand der Leitung ist abhängig von: 

 

 

 

 

Material 

Länge der Leitung 

Querschnittsfläche 

Temperatur 

Formel: 

R = 

ρ = rho = spezifischer Widerstand 

l = Länge in Meter 

A = Querschnitt in mm² 

I = Strom in Ampere 

Delta = Unterschied 

∆U = 

Der Spannungsfall ∆U wird prozentual bzw. als Spannungswert angegeben 

- ∆U Spannungswert z.B. 6,9 V 

- A U prozentualer Spannungsfall z.B. 3%


45 

Ausbildungsjahr 2 – Steuerungstechnik 

Zahlensysteme 

Hexadezimal (Sedezimalsystem) 

● Verwendung: Zahlenausgabe in Computern 

● Zahlenbasis: 16 (0,1,2,3…,9,A,B,C,D,E,F) 

Beispiel: 

16³ 16² 16 1 16 0 Stellenwert 

1 3 F A Hexcode 

1 ∙ 16³ 3 ∙ 16² 15 ∙ 16 1 10 ∙ 1 5114 10 

Hinweis: 

A = 10 

B = 11 

C = 12 

D = 13 

E = 14 

F = 15 

→ Rückwandlung: 

Das niedergestellte „10“ 

bedeutet dass es sich hier um 

eine Dezimalzahl handelt 

5114 : 16 = 319 Rest: 10 -> A 

319 : 16 = 19 Rest: 15 -> F 

19 : 16 = 1 Rest: 3 -> 3 Leserichtung 

1 : 16 = 0 Rest: 1 -> 1 

Resultat: 13FA 

Dezimalsystem 

● Zeichenvorrat: 0,1,2,3…,9; Möglichkeiten pro Stelle: 10 

● Zahlenbasis: 10 

● Kenzeichnung: Index „10“ oder „D“ 

123 10 oder 123 D 

Hinweis: 

10³ 10² 10 1 10 0 Stellenwert 

1 0 2 9 Dezimalzahl 

1 ∙ 10³ 0 ∙ 10² 2 ∙ 10 1 9 ∙ 1 1029 10 

Sobald eine Zahl, z.B. 10, hoch 0 (10 0 ) ist, ist der Wert immer 1.


46 

Weitere Zahlensysteme 

Duodezimalzahlsystem 

● Zahlenbasis: 12 --> z.B. Uhrensysteme 

Binäres Zahlensystem 

● Systeme, die auf der Basis 2 (0 und 1) aufbauen 

Dualzahlensystem 

● Wichtiges Zahlensystem 

2 3 2 2 2 1 2 0 Stellenwert 

8 4 2 1 Dezimalwertigkeit 

1 0 1 1 Dualzahl 

1 ∙ 2 3 0 ∙ 2 2 1 ∙ 2 1 1 ∙ 2 0 11 10 

Erklärung: 

Ist in der Tabellenspalte „Dualzahl“ eine „1“ wird der Wert, der in der Tabelle unter 

„Stellenwert“ steht mit „1“ Multipliziert, und wenn der Wert „0“ ist wird der Stellenwert mit 

„0“ Multipliziert (was immer 0 ist) und dann werden die Ergebnisse addiert. 

Beispiel 

1 ∙ 2 3 + 0 ∙ 2 2 + 1 ∙ 2 1 + 1 ∙ 2 0 

= 8 + 0 + 2 + 1 

= 11 10


47 

Oktalsystem 

● Verwendung: Darstellung der Dateizugriffsrechte bei Unix (Art von Linux) 

Fleuzeugtranspondercode 

● Zahlenbasis: 8 

8³ 8² 8 1 8 0 Stellenwert 

2 6 5 4 Oktalzahl 

2 ∙ 8³ 6 ∙ 8² 5 ∙ 8 1 4 ∙ 1 1452 10 

Auch hier werden die Werte in der Spalte „Oktalzahl“ mit dem Werten aus der Spalte 

„Stellenwert“ multipliziert und dann die addiert. 

Rechnen mit Dualzahlen 

Addition und Subtraktion von Dualzahlen: 

Rechnungsregel: 

Addition: 

0 + 0 = 0 

0 + 1 = 1 

1 + 0 = 1 

1 + 1 = 10 

1+1+1 = 11 

Beispiel: 

10110 

+ 11101 

= 100011 

Beispiel: 

10111 

- 1011 

= 01100 

Subtraktion: 

1 - 0 = 1 

1 - 1 = 0 

0 - 0 = 0 

0 - 1 = 11 

1-1-1 = 11


48 

BCD-Code 

Der BCD (= binary coded decimals) dient der binar verschlüsselten Darstellung von 

Dezimalstellen. 

Merkmale: 

 

 

 

 

Die jeweiligen Dezimalziffern werden durch ein entsprechendes Bitmuster ersetzt. 

Auf Grund der direkten dualen Zuordnung wird der BCD-dual-Code, auch 8421-Code 

bezeichnet 

Der BCD-dual-Code eignet sich nur für Additionen (Für Subtraktion wird der BCD- 

Aiken-Code verwendet) 

Ergibt sich bei der Addition ein Tetradenübertrag oder eine Pseudotetrade, wird zur 

Ergebnisstetrade „0110“ addiert 

Wertigkeitstabelle 

0 0 0 0 0 

1 0 0 0 1 

2 0 0 1 0 

3 0 0 1 1 

4 0 1 0 0 Tetraden 

Dezimal 2³ 2² 2 1 2 0 

5 0 1 0 1 

6 0 1 1 0 

7 0 1 1 1 

8 1 0 0 0 

9 1 0 0 1


49 

Der Mikrokontroller 

I/O-Unit (Ein/Ausgabeeinheit) 

Die I/O Unit des Mikrokontrollers umfasst alle Eingänge und Ausgänge, mit denen der 

Mikrokontroller mit der Außenwelt (Peripherie, z.B. Schalter, Sensoren, Relais, Anzeigen 

usw.) in Verbindung steht. 

Binäre Ausgänge geben in einer Mikrokontrollerschaltung eine Spannung von 0V (GND) oder 

5V (VCC) aus. Damit kann zum Beispiel eine LED oder ein Relais geschalten werden. 

Beispiel: LED 

Erklärung: 

Vorwiderstand 

VCC: 

LED 

GND 

Unter VCC versteht man bei 

elektronischem Bauteil immer die 

Versorgungsspannung. 

GND: 

Mikrokontroller 

GND ist die Masse, das heißt hier 

muss in der Schaltung die Masse 

(0V) angeschlossen werden. 

GND


50 

Einspeisung des Taster-Signals in den Mikrokontroller 

Pull-Down Widerstand 

Schalter 

VCC 

Erklärung: 

Pull-Down Widerstand: 


GND 

Pull-Up Widerstand 

Pull-Down 

Widerstand 

Schalter 

Der Pull-Down Widerstand zieht den 

Mikrokontroller auf GND (Low), wird 

der Schalter geschlossen bekommt 

der Mikrokontroller VCC (High). 

Würde man den P-U Widerstand 

weglassen, und der Schalter wäre 

offen, würde der Mikrokontroller 

ein undefinierbares Signal 

bekommen und nicht richtig 

schalten. 

Pull-Up Wiederstand: 

Pull-Up 

Widerstand 

GND 

Der Pull-Up Widerstand funktioniert 

genau wie der Pull-Down, nur das er 

kein Low-Signal (GND) sondern ein 

High-Signal (VCC) zur Verfügung 

Stellt. 


VCC


51 

Serielle Schnittstelle 

Die Serielle Schnittstelle bezeichnet man einen Ein-/Ausgang eines Computers oder eines 

Peripheriegerätes. Bei der seriellen Datenübertragung werden die Bits nacheinander über 

eine einzige Datenleitung übertragen. Wenn ohne nähere Kennzeichnung von einer 

„Seriellen Schnittstelle“ gesprochen wird, ist fast immer die RS-232-Schnittstelle gemeint. 

● Vorteil: Nur wenige Leitungsadern sind notwendig, dadurch geringe Kosten. Relativ 

große Kabellänge möglich. 

● Nachteil: Ursprünglich niedrige Übertragungsrate. Protokollkenndaten müssen ggf. 

vorher vereinbart werden. 

Aufgrund der wenigen notwendigen Leitungsadern können bei geringen Kosten aus 

hochwertigem Material (Verdrillung und Schirmung) hergestellt werden. Dies erlaubt dann 

höhere Geschwindigkeiten als bei einem parallelen Bus bestehend aus niederwertigem 

Material (einfaches Flachbandkabel). Besonderes bei sehr hohen 

Übertragungsgeschwindigkeiten haben serielle Verbindungen entscheidende Vorteile 

gegenüber parallelen, da keine Laufzeitunterschiede durch verschieden lange 

Leitungsbahnen und kein Übersprechen (Störung von Signalen durch die benachbarten 

Leitungen) stattfinden. Daher wurden in den Letzten Jahren immer mehr ehemalige parallele 

Übertragungsstandards durch neue serielle ersetzt. 

● Die Übertragung erfolgt in Wörtern. Ein Wort entspricht dabei je nach 

Konfiguration 5 bis 9 Bits, in dem dann ein einzelnes Zeichen kodiert ist. Meistens 

erfolgt die Kodierung gemäß ASCII-Code. Häufig kommen auch (ASCII-)Steuercodes 

für die Ansteuerung eines Terminals wie VT100 zum Einsatz. Üblich ist daher, 7 bzw. 8 

Bits zu übertragen 

● Eine EIA-232-Verbindung arbeitet (bit-)seriell mit je einer Datenleitung für beide 

Übertragungsrichtungen. Das heißt, die Bits werden nacheinander auf einer 

Datenleitung übertragen, im Gegensatz zur parallelen Datenübertragung. Die dafür 

nötige Seriell-Parallel-Wandlung geschieht meistens im sog. UARTs (entweder als 

integriertes Modul in einem Mikrokontroller oder als Stand-Alone-Baustein). Die EIA- 

232 wird deshalb häufig salopp „serielle Schnittstelle“ genannt, obwohl es zahllose 

andere serielle Schnittstellarten gibt. 

● Die Datenübertragung erfolgt asynchron. Das heißt, es wird kein zusätzliches 

Synchronisationssignal (Clock-Signal) übertragen. Die Synchronisation geschieht 

ausschließlich über die Datenleitung. Das geschieht, indem sich der Empfänger auf 

die erste negative Flanke nach einer Ruhepause (1) synchronisiert und die folgenden


52 

Bits des Byte mit „seiner“ Baudrate abtastet. Damit das funktioniert, muss die 

Baudrate von Sender und Empfänger ungefähr (bis auf einige Prozent) 

übereinstimmen und jedes übertragene Byte muss von einer negativen Flanke 

eingeleitet werden. Letzteres wird durch Start- (0 als Einleitung) und Stopbit(s) (1 als 

Abschluss) sichergestellt. Außerdem muss die Ruhepause vor der ersten 

Synchronisierung genügend lang sein (damit die erste negative Flanke auch wirklich 

von einem Startbit stammt). Zwischen Start- und Stopbit werden die eigentlichen 

Nutzdaten unverändert (NRZ-codiert), also ohne Synchronisierungs-Informationen, 

übertragen. 

● EIA-232 ist eine Spannungsschnittstelle (im Gegensatz, z.B. zu einer 

Stromschnittstelle). Die Information (Bit) wird durch eine elektrische Spannung 

kodiert. Für die Datenleitungen (TxD und RxD) wird eine negative Logik verwendet, 

wobei eine Spannung zwischen -3 Volt und -12 Volt eine logische „1“ und eine 

Spannung zwischen +3 Volt und +12 Volt eine logische „0“ darstellt. Bei den 

Steuerleitungen (DCD, DTR, DSR, RTS, CTS, RI) wird der aktive Zustand durch eine 

Spannung zwischen +3 Volt und +12 Volt dargestellt, der inaktive Zustand durch eine 

Spannung zwischen -3 Volt und -12 Volt. 

● Als Steckverbindung wurden nach der ursprünglichen Norm 25-polige Sub-D- 

Stecker für DTE und Buchsen für DCE benutzt. Da viele der 25 Leitungen reine 

Drucker- bzw. Terminal-Steuerleitungen aus der elektromechanischen Ära sind, die 

für die meisten Verbindungen mit moderneren Peripheriegeräten nicht benötigt 

werden, haben sich heut 9-Polige Sub-D-Stecker und Buchsen etabliert, die beim 

ersten IBM PC ursprünglich als reine Notlösung zum Platzsparen eingeführt worden 

waren (damals ging es darum, den Stecker zusammen mit einer ebenfalls 

verkleinerten Centronics-Schnittstelle auf einer Steckkarte unterzubringen). 

● Zur Vermeidung von Datenverlusten muss der Empfänger die Datenübertragung 

anhalten können, wenn keine weiteren Daten mehr verarbeitet werden können. 

Dieses sogenannte „Handshake“ kann auf zwei Arten realisiert werden, entweder 

softwareseitig über bestimmte Steuercodes oder über spezielle Leitungen. 

● Beim Software-Handshake (Xon/Xoff-Protokll) sendet der Empfänger zur 

Steuerung des Datenflusses spezielle Zeichen an den Sender (Xon = 17 und 

Xoff = 19). Entsprechend werden für die Datenübertragung lediglich 3 

Leitungen (RxD, TxD und GnD) benötigt. Im jeweiligen Stecker müssen dann 

RTS mit CTS gebrückt werden und DTR mit DSR und DCD. Andernfalls wartet 

die Hardware weil die Handshakeleitung nicht richtig bedient werden. 

● Beim Hardware-Handshake steuert der RxD-Empfänger über 

Steuerleitungen die Handshake-Eingänge CTS, DSR, und DCD des TxD-Senders 

mit seinen Handshake-Ausgängen RTS -> CTS und DTR -> DSR & DCD. Ein


53 

Minimal-Interface mit Hardware-Handshake besteht demzufolge aus 5 

Leitungen (TxD, RxD, GnD, RTS und CTS). 

Timing: 

übliche Bitraten 

Bitrate 

(bit/s) 

Bitdauer 

50 20 ms 

300 3,3 ms 

1.200 833 µs 

2.400 417 µs 

4.800 208 µs 

9.600 104 µs 

19.200 52 µs 

38.400 26 µs 

57.600 17 µs 

115.200 8,68 µs 

230.400 4,34 µs 

460.800 2,17 µs 

500.000 2,00 µs 

Leitungslänge und Übertragungsrate 

Da wegen der verwendeten Spannungsübertragung die Spannung am Empfänger mit 

zunehmender Leitungslänge (wegen des größer werdenden elektrischen Kabelwiderstandes 

und der Kabelkapazität) abnimmt, ist die Leitungslänge begrenzt. 

Ein weiterer begrenzender Faktor ist die Laufzeit des Signals. Da eine EIA-232-Schnittstelle 

am Leitungsende nicht mit ihrem Wellenwiederstand abgeschlossen werden kann ( zu große 

Verlustleistung), gibt es unweigerlich Leitungsreflektionen. Mit zunehmender 

Übertragungsrate und Kabellänge stören die Reflexionen immer mehr die


54 

Datenübertragung. Die Norm schreibt Flankensteilheiten vor, die der Sender nicht 

überschreiten darf, um die Auswirkung der Reflexion zu begrenzen. 

Ersatzschaltbild Kabel (längshomogene Leitung) 

Ein weiterer Aspekt ist, dass die Signalübertragung nicht differentiell, sondern „singleended“ 

(unbalanced) erfolgt. Das zu übertragende Signal beinhaltet also einen 

Gleichspannungsanteil und ist deshalb relativ empfindlich auf Gleichtaktstörung. Solche 

Störungen können z.B. entstehen durch induktive Einkopplung in die Schleife RxD-GnD, weil 

sich alle Signale auf das gleiche GnD-Signal beziehen, kann ein Strom auf der TxD -Leitung 

einen Spannungsabfall auf der GnD-Leitung erzeugen, welcher zu einer 

Potentialverschiebung zwischen den beiden Kommunikationspartnern führt und 

beispielsweise auf der RxD-Leitung gesehen wird und Störungen verursacht. 

Laut ursprünglichen Standard ist eine Kabelkapazität von maximal 2500 pF zulässig, was bei 

Standardkabeln einer Kabellänge von maximal 15 Meter (50 Fuß) entspricht. Mit Kabeln, 

welche eine besonders niedrige Kapazität aufweisen (beispielsweise UTP CAT-5 Kabel mit 

55pF/Meter), lassen sich konform zur Definition 45 Meter erreichen. 

Die Probleme der gegenseitigen Beeinflussung über GnD, fehlender Abschlusswiderstand 

etc. lassen sich durch eine differentielle Übertragung wie bei RS-485, LVDS etc. behebn.


55 

I²C-Bus 

Der I²C-Bus besteht aus zwei Busleitungen: 

SCL: 

SDA: 

serial clock 

serial data 

(Wird auch TWI-Bus gennant: Tow Wire Interface) 

Die I²C-Bausteine besitzen Open-Drain- oder Open-Collector Ausgänge. Die Busleitungen 

müssen deshalb mit jeweils einem Pull-Up-Widerstand beschaltet werden (z.B. 3K3 Ohm) 

Der I²C-Bus ist ein Master-Slave-Bus. 

Der Master (der Mikrocontroller) 

 

 

 

bestimmt den Baustein, mit dem er kommunizieren möchte. 

bestimmt die Datenrichtung (Read /Write) 

erzeugt die Impulse auf der Clock-Leitung (synchrone Übertragung!) 

Der Slave ist der Baustein, der vom Master angesprochen wird. 

Damit ein Slave gezielt angesprochen werden kann, besitzt jeder Baustein eine eigene 7-Bit 

Adresse (A6..A0). Das R/W-Bit teilt dem Slave mit, ob der Master etwas vom Slave lesen 

(R/W-Bit == 1) oder in diesen schreiben (R/W-Bit == 0) möchte. 

Aufbau des Adressbytes: 

A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W 

Typ-Adresse Bausteinadresse 

Adressen-Beispiel: 

Uhrenbaustein: DS1307 : 1101000X X: Richtungsbit


56 

Temperatursensor: LM75A : 1001YYYX Y: Bausteinadresse - mit 3 Bit(Y) können 8 Temperatursensoren des 

Typs LM75A addressiert werden 

Buszustände 

SCL SDA Status 

H H Ruhezustand 

H 

H 

H/L-Flanke Startbedingung 

L/H-Flanke Stoppbedingung 

Zwischen der Start- und Stoppbedingung werden immer Blöcke von 8 Bit gesendet (vom 

Master oder Slave), deren Empfang vom jeweiligen Empfänger (Slave oder Master) bestätigt 

werden muss (engl. acknowledge). Die Bestätigung geschieht, indem der Empfänger die 

Busleitung SDA während des auf das Senden folgenden Taktes auf `Low` zieht. 

Beim Acknowledge-Bit (ACK) wird während der HIGH-Zeit des 9.Clockimpulses, d.h. erster 

Impuls nach den Daten, der Zustand auf der SDA-Leitung überprüft. Ist der Zustand „LOW“ 

so ist das eine Bestätigung dafür, dass der Slave die Daten erhalten hat. Ist der Zustand 

jedoch „HIGH“ wird das als `Not Acknowledge` interpretiert. Ist dies der Fall heißt das, dass 

z. B. ein angesprochener Slave an der Übertragung nicht mehr teilnimmt.


57 

Ausbildungsjahr 2 – Systeme und Geräte 

Wechselstromtechnik 

Spannungserzeugung durch Induktion 

Nord 

Eine Spannung wird induziert durch 

● Bewegung eines Leiters im 

Magnetfeld 

● Magnetische Flussänderung in 

einer Spule 

Generatorprinzip: Magnetfeld und 

Bewegung eines Leiters erzeugen 

eine Spannung. 

Süd


58 

Lenische Regel 

Der durch eine Induktionsspannung hervorgerufener Strom ist stets so gerichtet, dass er der 

Ursache der Induktion entgegenwirkt. 

Induktionsgesetzt: 

Die in eine Spule induzierte Spannung ist umso größer, je.. 

●..größer die Windungszahl „N“ 

●..stärker die magn. Flussänderung und je.. 

●..kürzer die Zeitdauer ist in der die magn. Flussänderung erfolgt 

Formeln: 

Frequenz f = 

Kreiswinkelfrequenz Ѡ = 

Index: 

F = Frequenz 

T = Zeit 

π = 3,14159 

ɑ = Alpha (Winkel) 

t = Momentaner Zeitpunkt 

Momentanswert 

U = û ∙ sin ɑ 

U = û ∙ sin ( 360° ∙ f ∙ t) 

Das Oszilloskop 

Das Oszilloskop ist ein Messgerät zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Messgröße 

z.B. Spannung in Abhängigkeit von der Zeit. 

Messen mit dem Oszilloskop 

Das Oszilloskop misst grundsätzlich nur Spannung gegen Masse. (falls Oszigehäuse 

mit Schutzleiter verbunden Trenntrafo verwenden! 

Einstellungen 

- Nullwert mit dem Y-Pos-Regler einstellen, dabei Stromartschalter auf GND stellen 

- Steller für Vertikal-und Horizontalablenkung möglichst groß einstellen


59 

Focus = Bildschärfesteller 

Intens. = Helligkeitssteller 

Power On/Off = Ein/Auschalten 

X Position = Horizontalablenkung 

Y Position = Vertikalablenkung 

Timebase = Zeiteinsteller in X-Richtung +/Div. 

Autoset = Automatische Triggerung 

Eingang = CHN 1 (Signaleingang) 

GND = CHN 1 (Erdungsanschluss) 

AC/DC/GND = Stromartschalter 

V/Div. = Steller für Vertikalamplitude 

Dual = Schalter für 1 oder 2 Kanalbetrieb


60 

Kondensator im Wechselstrom 

1.Laden und Entladen eines Kondensators 

Ersatzschaltbild: 

I c 

Ladestrom 

I c 

Entladestrom 

Ladekurve 

Ladeverhalten: 

Formel: 

Die Ladezeit eines Kondensators 

wird in Tau (T) angegeben. Ein 

Kondensator ist nach einem Tau 63% 

geladen. Im nächsten „Tau“ wird 

vom Rest, also den 37%, nochmal 

63% geladen. Nach Insgesamt 5 Tau 

ist der Kondensator dann 

Vollgeladen. Das gleiche passiert 

auch bei der Entladung. 

T = R ∙ C 

T = Tau (Ladezeit) 

R = Vorwiederstand 

C = Kapazität in Farad


61 

2.Kapazitiver Blindwiderstand 

Eine Kapazität „C“ hat im Wechselstromkreis einen kapazitiven 

Blindwiderstand, der auf ständige Lade- und Entladevorgängen beruht. 

X c = 

X c = Blindwiderstand 

f = Frequenz 

C = Kapazität in Farad 

= Pi (rund 3,14)


62 

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