Schaltungen

Schaltungen sind Anordnungen elektrischer Bauteile, die einen geschlossenen Strompfad bilden und durch den Fluss elektrischer Ladungen bestimmte Funktionen ermöglichen. Sie reichen von einfachen Reihenschaltungen bis zu komplexen Schaltungen in Computerprozessoren. Man unterscheidet analoge Schaltungen, die kontinuierliche Signale verarbeiten, und digitale Schaltungen, die binäre Signale verwenden.

Zu den Bauelementen gehören passive Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten sowie aktive Bauelemente wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltkreise. Energiequellen wie Spannungs- oder Stromquellen liefern Antrieb. Ein Schaltplan dient der grafischen Darstellung der Verbindungen mittels standardisierter Symbole; Knoten und Netze kennzeichnen die elektrische Verbindung. Bei der Planung folgen Schaltungen Normen wie DIN, IEC oder ANSI.

Die Analyse beruht auf Kirchhoffschen Gesetzen (KCL, KVL) und dem Ohmschen Gesetz. In Serien- und Parallelschaltungen lassen sich Widerstände vereinen; für Wechselstrom liefern Impedanz und Frequenzgang eine Charakterisierung. Fortgeschrittene Methoden umfassen Knoten- und Maschenanalyse, Zeitbereichs- und Frequenzbereichsanalyse sowie Transferfunktionen; Simulationstools wie SPICE unterstützen das Design.

Schaltungsarten umfassen Verstärkerschaltungen, Filter (Tief-, Hoch-, Bandpass), Oszillatoren, Gleichrichter- und Regelschaltungen sowie digitale Logikgatter und Speicherschaltungen. Moderne Systeme verwenden Leiterplatten oder integrierte Schaltungen; Entwurf, Fertigung und Verifikation setzen auf Bibliotheken, Designregeln und EMC-Anforderungen.

Anwendungen finden sich in der Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Automobiltechnik, Industrieautomation und Medizintechnik. Sicherheit, Zuverlässigkeit und EMV sind zentrale Aspekte des Schaltungsdesigns. Die Entwicklung verläuft von der Konzeptionsphase über Simulation bis zur Prototypenprüfung und Serienfertigung.