Was sind elektronische Bauteile? Wie werden sie klassifiziert?

Grundlegende Konzepte und wesentliche Unterschiede elektronischer Bauteile

Elektronische Bauteile sind grundlegende Einheiten mit unabhängigen Funktionen, die elektronische Schaltungen bilden und als Kernelemente von elektronischen Geräten und kleinen Maschineninstrumenten dienen. Sie lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: elektronische Komponenten and elektronische Geräte, die sich grundlegend unterscheiden:

• Elektronische Komponenten: Produkte, deren molekulare Zusammensetzung unverändert bleibt unverändert während der Herstellung, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und Induktoren.
• Elektronische GeräteProdukte, deren Molekülstruktur verändert während der Herstellung, wie beispielsweise Transistoren und integrierte Schaltkreise.

Systematische Klassifizierung elektronischer Bauteile

Klassifizierung nach Funktion und Struktur

1. Passive Komponenten

Passive Komponenten sind grundlegende Elemente, die keine Funktionen wie Verstärkung, Steuerung oder Elektronenerzeugung in Schaltungen besitzen. Sie werden nur für Kopplung, Regelung, Kompensation und Schutz verwendet:

Bauteil-Typ	Hauptfunktionen	Schaltzeichen	Typische Anwendungen
Widerstand	Strombegrenzung, Spannungsteilung, Impedanzanpassung	R	Strombegrenzung in allen Stromkreisen
Kondensator	Ladungsspeicherung, Filterung, Kopplung	C	Stromversorgungsfilterung, Signalkopplung
Induktor	Energiespeicherung, Unterdrückung hochfrequenter Signale	L	LC-Oszillatorschaltungen, Filterung
Transformator	Wechselspannungsumwandlung	T	Netzteile, Spannungsumwandlung

2. Aktive Geräte

Aktive Bauelemente besitzen Funktionen wie Verstärkung, Steuerung und Elektronenerzeugung in Schaltungen:

Gerätetyp	Hauptfunktionen	Schaltzeichen	Typische Anwendungen
Diode	Gleichrichtung, Schalten und Strombegrenzung	D	Leistungsgleichrichtung, Signalerkennung
Transistor	Verstärkung, Schaltsteuerung	Q	Signalverstärkung, Leistungssteuerung
Integrierte Schaltung	Integration komplexer Funktionen	U oder IC	Mikroprozessoren, Speicher
Optoelektronische Bauelemente	Photoelektrische Umwandlung	LED usw.	Anzeigen, optische Kommunikation

Klassifizierung nach Anwendungsgrad

Unterschiedliche Anwendungsszenarien stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an elektronische Bauteile, insbesondere Halbleiter, die nach ihrer „Betriebsumgebung“ wie folgt klassifiziert werden können:

• Handelsübliche Qualität: 0-70°C operating temperature, consumer electronics
• Industrielle Qualität: -40 to 85°C operating temperature, industrial control equipment
• Automobilklasse: -40 to 125°C operating temperature, automotive electronic systems
• Militärische Qualität: -55 to 125°C operating temperature, military and aerospace applications
• Weltraumtauglichkeit: Extremes Temperaturbereich, extrem hohe Zuverlässigkeit, Satelliten, Raumfahrzeuge

Klassifizierung nach Qualitätszertifizierung

• ISO-Zertifizierung des Qualitätssystems: Wie beispielsweise ISO 9001, was auf international anerkannte Produktionskontrollprozesse hinweist.
• Branchenspezifische Zertifizierungen: Wie beispielsweise IATF 16949 für die Automobilindustrie, die strenge Standards für Automobilelektronik erfüllt.
• Berufliche Zertifizierungen: Wie beispielsweise die chinesische CQC-Zertifizierung, die US-amerikanischen UL- und CUL-Zertifizierungen sowie die deutschen VDE- und TÜV-Zertifizierungen.

Detaillierte Funktionen gängiger elektronischer Bauteile

Grundlegende Schaltungskomponenten

Widerstand: Hauptsächlich Funktionen für Stromableitung, Begrenzung, Spannungsteilung und Vorspannung in Schaltungen, gekennzeichnet durch „R“ plus einer Zahl.

KondensatorBesteht aus zwei eng beieinander liegenden Metallfolien, die durch Isoliermaterial voneinander getrennt sind, und zeichnet sich in erster Linie dadurch aus, dass es Gleichstrom blockiert, während es Wechselstrom durchlässt.

Induktor: Energiespeicherelement, das elektrische Energie in Magnetfeldenergie umwandelt und häufig mit Kondensatoren zusammenarbeitet, um LC-Filter und LC-Oszillatoren zu bilden.

Halbleiterbauelemente

Diode: Verfügt über unidirektionale Leitfähigkeit und wird hauptsächlich in Gleichrichterkreisen, Detektionskreisen und Spannungsreglerkreisen verwendet.

Transistor: Hat drei Pins, sorgt für Stromverstärkung, wird zur Schaltsteuerung und Signalverstärkung verwendet.

Integrierte Schaltung: Durch die Integration von Transistoren, Widerständen, Kondensatoren und anderen Elementen auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung spezieller Verfahren entstehen funktionale Bauelemente.

Weitere wichtige Komponenten

SensorEin Detektionsgerät, das gemessene Informationen in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt und nach seiner Sensorfunktion in zehn Hauptkategorien unterteilt wird: thermisch, lichtempfindlich, gasempfindlich, kraftempfindlich usw.

Relais: Ein elektrisches Steuergerät, das mit einem geringen Strom einen Betrieb mit hohem Strom steuert und als „automatischer Schalter“ fungiert.

OszillatorEine elektronische Komponente, die zur Erzeugung sich wiederholender elektronischer Signale (in der Regel Sinus- oder Rechteckwellen) verwendet wird und Gleichstrom in Wechselstromsignale einer bestimmten Frequenz umwandelt.

Auswahl und Zuverlässigkeit elektronischer Bauteile

Die Komponente „Zuverlässigkeit“ besteht aus zwei Teilen:

• Inhärente Zuverlässigkeit: Abgeleitet vom Design, den Prozessen, den Rohstoffen usw. des Herstellers.
• Anwendungszuverlässigkeit: Abhängig von der Auswahl des Benutzers, der Beschaffung, dem ESD-Schutz und den Lötprüfverfahren

Umfangreichen Daten zur Fehleranalyse zufolge sind etwa 50 % der Fehler auf inhärente Mängel zurückzuführen, während weitere 50 % durch unsachgemäße Verwendung verursacht werden. Das bedeutet, dass selbst bei Verwendung hochwertiger Komponenten Probleme auftreten können, wenn die Verwendungsprozesse nicht standardisiert sind.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist der grundlegende Unterschied zwischen passiven Bauteilen und aktiven Bauelementen?
Passive Komponenten können ohne externe Stromversorgung betrieben werden und Signale nur dämpfen oder speichern, ohne sie zu verstärken oder zu steuern. Aktive Bauelemente benötigen externe Stromversorgung, um ihre Grundfunktionen auszuführen, und können Signale verstärken oder den Stromfluss steuern.

2. Wie wählt man die geeignete Qualitätsstufe für elektronische Bauteile für ein Projekt aus?
Die Auswahl hängt von der Anwendungsumgebung ab: Kommerzielle Produkte erfordern kommerzielle Qualität, industrielle Umgebungen erfordern industrielle Qualität, Automobilelektronik muss Automobilqualität verwenden, militärische und luftfahrttechnische Anwendungen benötigen entsprechende Komponenten in Militär- oder Raumfahrtqualität.

3. Was sind die Vor- und Nachteile von integrierten Schaltkreisen gegenüber diskreten Bauteilen?
Integrierte Schaltkreise bieten eine hohe Integration, geringe Größe, hohe Zuverlässigkeit und konstante Leistung, haben jedoch ein komplexes Design und eine geringe Flexibilität. Diskrete Komponenten bieten Designflexibilität, niedrige Kosten und eine hohe Belastbarkeit, führen jedoch zu einer größeren Systemgröße und einer relativ geringeren Zuverlässigkeit.

4. Was ist eine Leistungsreduzierung bei Bauteilen und warum ist sie wichtig?
Bei der Derating-Auslegung werden Komponenten unterhalb ihrer maximalen Nennwerte betrieben, beispielsweise indem Widerstände mit maximal 60 % ihrer Nennleistung verwendet werden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit des Systems und die Lebensdauer der Komponenten erheblich, insbesondere in rauen Umgebungen.

5. Wie lässt sich ein effektives System für das Komponentenmanagement und die Rückverfolgbarkeit einrichten?
Einrichtung eines umfassenden Managementsystems, das die Auswahl, Beschaffung, Abnahme, Lagerung, Verteilung und Verwendung von Komponenten umfasst und Chargennummern, Produktionsdaten, Lieferanteninformationen usw. erfasst, um bei auftretenden Problemen eine schnelle Rückverfolgung und Isolierung zu ermöglichen.