Elektronik ist die Lehre von Elektronen bzw. Ionen im Vakuum, in Gasen und in Halbleitern.
Halbleiter sind Werkstoffe, deren elektrisches Leitfähigkeitsverhalten unter Normalbedingungen zwischen dem der Metalle und der Isolatoren liegt. Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterbauelemente wird dabei durch Störungen (Verunreinigungen) im Gitteraufbau des Materials bestimmt. Die wichtigsten Halbleiterbauelemente sind Halbleiterwiderstand, -kapazität, -diode und Transistor.
Elektronische Bauteile übernehmen heute immer mehr Aufgaben, die früher von mechanischen oder elektromechanischen Bauelementen ausgeführt wurden, oder aus technischen und wirtschaftlichen Gründen überhaupt nicht gelöst werden konnten. So werden heute z. B. Transistoren, Dioden und Integrierte Schaltkreise an Stelle von Röhren, Relais, Schaltern und mechanischen Laufwerken verwendet.

Widerstände, Dioden und Transistoren werden in großer Zahl für elektronische Einrichtungen benötigt.
 

Halbleiterwiderstände
Bestimmte Widerstände zeigen eine große Temperatur-, Licht- oder Spannungsabhängigkeit ihres Widerstandsverhaltens. Aus entsprechenden Halbleiterwerkstoffen fertigt man Widerstände, deren Widerstandswert sich durch äußere Einflüsse (Temperatur-, Licht-, Spannungsschwankungen) stark ändert. Man unterscheidet temperaturabhängige Widerstände (PTC-, NTC-Widerstände), lichtabhängige Widerstände (LDR-Widerstände) und spannungsabhängige Widerstände (VDR-Widerstände).
Bei temperaturabhängigen Widerständen unterscheidet man zwischen Heißleiterwiderständen und Kaltleiterwiderständen.
Widerstände, deren elektrische Leitfähigkeit im kalten Zustand sehr viel größer ist als im warmen Zustand, werden als Kaltleiter bezeichnet. Ihr Widerstandswert nimmt mit steigender Temperatur zu. Sie haben einen recht großen Temperaturbeiwert und werden daher auch als PTC-Widerstände bezeichnet.
Anwendung von PTC-Widerständen: Sie werden z. B. als Temperaturfühler in Maschinen eingesetzt. Denn wird ein PTC-Widerstand nur mit kleinen Spannungen betrieben (etwa 1 V), so wird die Temperatur des PTC-Widerstandes durch die Umgebungstemperatur bestimmt. Erhöht sich die Temperatur nun im Innern der Maschine unzulässig stark, so kann durch den PTC- Widerstand eine Sicherheitsabschaltung ausgelöst werden. Neben der Anwendung als Motoren- und Geräteschutz kann der PTC-Widerstand auch als Temperaturregler verwendet werden.
PTC: Positive Temperature Coefficient (engl.), positiver Temperaturfaktor (deutsch)

Widerstände, deren elektrische Leitfähigkeit im heißen Zustand sehr viel größer ist als im kalten Zustand, werden als Heißleiter bezeichnet. Ihr Widerstandswert nimmt mit steigender Temperatur ab. Sie haben einen recht großen negativen Temperaturbeiwert und werden daher auch NTC-Widerstände oder Thermistoren genannt.
Anwendung von NTC-Widerständen: Heißleiterwiderstände werden in großem Umfang zur Temperaturstabilisierung von Halbleiterschaltungen eingesetzt. Die Widerstandsänderungen des Heißleiters werden hervorgerufen durch eine Änderung der Temperatur des umgebenden Mediums und innere Erwärmung durch unterschiedliche elektrische Belastung. In Stromkreisen dienen sie so zur Herabsetzung des Einschaltstromes. Sie eignen sich ebenfalls gut als Temperaturfühler, wo Meßort und Anzeigeort weit auseinanderliegen. In sogenannten Zeitschaltungen wird das zeitliche Verhalten des Heißleiters bei Erwärmung und Abkühlung ausgenutzt.
NTC: Negative Tamperature Coefficient (engl.), negativer Temperaturfaktor (deutsch)

Merke:
Beim Heißleiter (NTC-Widerstand) sinkt der Wert des Widerstandes mit steigender Temperatur.
Beim Kaltleiterwiderstand (PTC-Widerstand) steigt der Wert des Widerstandes mit steigender Temperatur.

Fotodiode

Halbleiterdioden, deren Widerstand bei Energiezufuhr von außen in Form von Wärme oder Licht abnimmt, deren Leitfähigkeit also vom Licht besonders stark abhängt, bezeichnet man als Fotodioden. Sie lassen einen mit der Beleuchtungsstärke ansteigenden Sperrstrom fließen.
Anwendung von Fotodioden: Sie werden wegen des linearen Zusammenhangs zwischen Sperrstrom und Beleuchtungsstärke vorwiegend für Meßzwecke verwendet. Da sie sehr klein gebaut werden können, werden sie vor allem in der Steuerungs- und Regelungstechnik eingesetzt, wo Fotowiderstände wegen ihrer großen Trägheit nicht eingesetzt werden können. Fotodioden können auch als Fotoelemente (sogenannte Solarzellen) verwendet werden, das heißt, bei Beleuchtung Spannung abgeben. Konkret werden Fotodioden bei lichtgesteuerten Start-stopp-Einrichtungen eingesetzt.

(Achtung! Das Kapitel Grundbausteine der Elektronik ist gekürzt. Für tiefgreifende Informationen, bitte die PDF-Datei herunterladen. Dabei sind besonders die Abbildungen zu beachten!)

Bei dem Wort Schalter denkt man zunächst an einen mechanischen Hebelschalter, der mit der Hand bedient wird und einen elektrischen Stromkreis schließt oder öffnet. In vielen elektronischen Einrichtungen werden die Schaltvorgänge jedoch ohne erkennbare mechanische Bewegung ausgeführt. Man verwendet hier häufig eine Diode als Schalter, der durch die Richtung der angelegten Spannung auf- oder zugesteuert wird. Im Gegensatz zum Relais oder Transistor als Schalter sind bei der Diode Steuerstromkreis und gesteuerter Stromkreis identisch.

(Achtung! Das Kapitel Logische Schaltungen ist stark gekürzt. Für tiefgreifende Informationen, bitte die PDF-Datei herunterladen. Dabei sind besonders die Abbildungen zu beachten!)

Der Stand der heutigen Technik ist durch die fortschreitende Automatisierung von Produktionsabläufen bestimmt. Steuerungs- und Regelungstechnik schaffen die Grundlage für die Automatisierung.

Steuerung
Vereinfacht kann zunächst gesagt werden: Steuern ist ein Vorgang, bei dem eine Steuergröße durch andere Größen beeinflußt wird. Abweichungen vom eingestellten Wert, die infolge Störungen eintreten, werden nicht erfaßt, um für eine Korrektur ausgenutzt zu werden. Kennzeichnend für das Steuern ist der offene Wirkungsablauf, die Steuerkette. Unter Steuerung versteht man einen Vorgang, bei dem durch eine Eingangsgröße eine Ausgangsgröße in einem Gerät oder einer Anlage in bestimmter Weise beeinflußt wird. Zur Steuerung gehören die Steuereinrichtung und die Steuerstrecke. Die Steuerstrecke kennzeichnet den Bereich, der beeinflußt werden soll.

Regelung
Unter Regelung versteht man einen Vorgang, bei dem eine physikalische Größe fortlaufend gemessen, mit einem eingestellten Wert verglichen und an diesen angeglichen wird. Durch die Rückführung der Ausgangsgrößen auf den Eingang (Rückkopplung) entsteht ein geschlossener Wirkungskreislauf, der Regelkreis. Der Regler enthält als Funktionseinheit den Sollwertgeber, eine Meßeinrichtung für den Istwert und den Vergleicher.
Als Beispiel für einen Regelkreis wollen wir die Hotmelt-Klebung betrachten. Am Sollwertgeber (Thermometer außerhalb des Topfes) wird der Sollwert 120 (Temperatur des Leims) eingestellt. Die Maßeinrichtung erfaßt über einen Fühler (Thermometer im Leimtopf) den momentanen Wert (Istwert = Temperatur des Leims, den dieser im Moment hat) der Größe, die konstant zu halten ist. Im Vergleicher werden nun Istwert und Sollwert verglichen. Die Differenz der beiden Werte, also die Abweichung, wird an das Stellglied (Relais, das den Heizkreis einschaltet) weitergegeben. Über das Stellglied wird in der Regelstrecke die zu regelnde Größe so verändert, bis die Differenz zwischen Istwert und Sollwert ungefähr Null ist. Durch die Rückkopplung der Ausgangsgrößen auf das Stellglied entsteht ein geschlossener Wirkungskreislauf. Eine Steuerung läge vor, wenn diese Rückkopplung nicht stattfinden würde.

Steuerungen und Regelungen an Buchbindereimaschinen
Am Beispiel einer Buchfertigungsstraße lassen sich am besten anwendungsbezogene Beispiele für Steuerungen und Regelungen aufzeigen. In einer Messeinrichtung werden die Maße des Buchblocks und der Buchdecke erfasst oder anhand von vorgegebenen Daten dem Rechner der Maschine eingegeben. Aus diesen Daten wiederum werden in Millisekunden die Positionen der Verstelleinrichtungen errechnet und die eventuell zu tauschenden Wechselteile auf dem zum Rechner gehörenden Bildschirm angezeigt. Per Knopfdruck sind in wenigen Sekunden alle Verstelleinrichtungen auf die Position gefahren, die den Daten des erfassten Buches entsprechen. All diese Werte werden mit entsprechendem Klartext auf dem Bildschirm angezeigt. Von Hand lassen sich diese Werte jederzeit per Knopfdruck auf gewünschte Werte korrigieren, um mit einem weiteren Knopfdruck für ein gleiches Produkt auch nach beliebiger Zeit vom Rechner wieder abrufbar zu sein. Fehleinstellungen per Hand über die Formatgrenzen hinaus werden sofort als solche erkannt und angezeigt.
Ein Beispiel für eine elektronische Regelung stellt an der Buchfertigungsstraße der gleichstromgeregelte Hauptantrieb dar. Über ein im Schaltpult befindliches Potentiometer lässt sich der Hauptantrieb auf jede gewünschte Geschwindigkeit einstellen, die auf einem in Takten geeichten Instrument ablesbar ist. Ein mit dem Antriebsmotor mechanisch gekoppelter Tachogenerator meldet dem Regelgerät jede Abweichung von der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit, zum Beispiel verursacht durch mechanische Lastspitzen. Eine Regelung im Gleichstromregelgerät gleicht dann in Bruchteilen von Sekunden diese Unregelmäßigkeit aus. Dies bedeutet wiederum eine konstante Produktionsgeschwindigkeit und somit ein quantitativ immer gleiches Produkt.