Elektronik ist die Lehre von der Steuerung von Elektronen – also der kontrollierten Bewegung von Elektronen durch leitfähige Körper. Dieser gerichtete Energiefluss stellt den elektrischen Strom dar, der Geräte je nach Nutzziel unterschiedlich funktionieren lässt.
Zum Gebiet der Elektronik gehören verschiedenste Bauelemente wie Kabel, Schaltungen und Starkstromstecker. © BIRD-Perspektive
Die Elektronik ist Teilgebiet der Physik, in der die Reaktionen elektrischer Ladungen in Gasen, Leitern, Halbleitern und im Vakuum untersucht werden. Daraus hervorgegangen ist der Wirkungsbereich der Elektrotechnik, in der vor allem die Entwicklung, Modifizierung und Inbetriebnahme elektronischer Bauelemente im Mittelpunkt steht. Hierzu gehören die ingenieurwissenschaftliche Erforschung sowie die technische Entwicklung von elektrischen Wandlern, Maschinen, Bauelementen und Schaltungen für die Regelungs-, Steuer-, Mess-, Nachrichten-, Computertechnik und technischen Informatik.
Elektronik – Wortdeutung und frühe Versuche
Das Wort Elektronik geht auf die antik-griechische Benennung des elektrostatischen Bernsteins „elektron“ zurück. Heute wird unter „Elektron“ das Elementarteilchen verstanden, dass zusammen mit „Technik“ die Wortkombination Elektronik bildet. Folglich lesbar als Elektronen-Technik. Elektronische Phänomene waren den Menschen früherer Zeiten bereits durch Plasmaentladungen, wie Polarlichter, Blitze oder Elmsfeuer bekannt. Um elektrische Energie jedoch kontrolliert nutzen zu können bedurfte es einiger wegweisender Entdeckungen und Erfindungen. Für die Elektronik wichtige Entwicklungen waren hier die Gasentladungslampe von Francis Hauksbee 1705, die erste Primärbatterie von Alessandro Volta 1800, die Erfindung des Lichtbogens durch Humphry Davy 1802 oder die 1857 entwickelte Geißler’sche Röhre. Die Entdeckung der Leitfähigkeit des Lichts mit Hilfe von Selen durch Willoughby Smith entwickelte Karl Ferdinand Braun weiter, bis hin zur Braunschen Röhre, dem aktuell durch den Plasmabildschirm abgelösten Röhren-Fernsehgerät. Alle Bemühungen dieser Pioniere der Elektronik zielten darauf ab, den elektrischen Energiefluss durch eine geschickte Steuerung so zu leiten, dass ein bestimmter nutzbarer Effekt entsteht.
Elektronik – Bauelemente und Funktionsprinzipien
In der Elektronik spielen elektronische Bauelemente eine grundlegende Rolle. Sie sind die kleinsten Einheiten – deren Induktivität, also elektrische Eigenschaft, die Funktionalität des elektrischen Schaltkreises entscheidend mitgestalten. Die wichtigsten Bauelemente sind hierbei Transistor, Widerstand, Elektronenröhre, Induktivität, Halbleiterdiode, Zener-Diode, Thyristor, Kondensator und integrierte Schaltungen. Unter Verwendung elektrischer wie magnetischer Felder und mechanischer Krafteinwirkungen stellen diese Bauelemente in der Elektronik funktionale Zusammenhänge zwischen der elektrischen Spannung und der elektrischen Stromstärke her. Hinsichtlich ihrer Eigenschaft und der daraus ableitbaren Verwendung werden elektronische Bauelemente in vier Klassen eingeteilt: ideale und reale, passive und aktive, lineare und nichtlineare, diskrete und integrierte Bauelemente. Zusammen mit elektrischen Leitungen können sie Schaltungen, Platinen sowie zahlreiche verschiedene Baugruppen bilden.
Elektronik – bis in den Nanobereich
Die Welt der Elektronik ist im Gegensatz zur Elektrik deutlich kleiner – elektronische Bauteile sind heute nur wenige Millimetern groß und Leitungen können fast unsichtbar auf einer Platine aufgedampft werden. Die Entwicklung hin zur Miniaturisierung elektronischer Bauelemente, die seit ihrer Nutzung immer weiter getrieben wurde, hat seit Verwendung von Silizium als Halbleiter in manchen Herstellungsbereichen mittlerweile den Nanobereich erreicht. Im Jahr 2010 wurden in der Mikroelektronik Strukturbreiten von 32 Nanometer gemessen. Diese neue Dimension wird heutzutage als Nanoelektronik bezeichnet. Hierbei handelt es sich allerdings nicht um eine neue Technologie der Elektronik, sondern lediglich um eine Verkleinerung der konventionellen elektronischen Formteile in den Nanobereich. Hiervon profitieren vor allem die Technologien in den Bereichen Computer, mobile Kommunikation, Navigation, Sensorik, Medizin, Automobil, Automatisierung und Unterhaltung. Durch die stetig voranschreitende Reduzierung der Strukturbreite elektronischer Bauteile steigt der Einfluss von Leckströmen und Quanteneffekten. Daher wird es in den nächsten Jahren notwendig sein, neue Verfahren der elektrischen Energiesteuerung für den Nanobereich zu entwickeln.
