Ein weiteres wichtiges Bauelement der Elektronik sind Spulen, die mit einem Eisenkern auch als Drosseln bezeichnet werden. An einer Spule treten zwei wichtige physikalische Phänomene auf. Zum einen führt ein Strom durch die Spule zu einem Magnetfeld im Inneren der Spule. Zum anderen erzeugt jede Änderung des Magnetfels in der Spule eine Spannung zwischen ihren Drahtenden (Induktion).
Ändert man den Strom durch die Spule, dann tritt die sog. Selbstinduktion auf. Da sich gleichzeitig das Magnetfeld ändert, wird auch eine Spannung induziert. Für eine ideale Spule ohne Ohmschen Widerstand gilt also: Die Spannung ist Null, solange der Strom konstant ist, und sie ist um so größer, je schneller sich der Strom ändert. Die charakteristische Größe der Spule ist die Induktivität L in Henry (H).
Messung der Induktionsspannung bei Stromänderungen
Die Spule im Wechselstomkreis
Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom
Im Wechselstromkreis ändert sich der Strom laufend, so daß auch laufend eine Wechselspannung induziert wird. Der Strom eilt der Spannung in der Phase nach. Man kann der Spule einen induktiven Widerstand RL zuordnen:
Auch Spulen oder Drosseln lassen sich als Vorwiderstände einsetzen. Daß der induktive Widerstand frequenzabhängig ist, nutzt man in Frequenzweichen für Lautsprechersysteme aus. Der Tieftöner erhält eine Drossel als Vorwiderstand, so daß hohe Frequenzen nur abgeschwächt übertragen werden (Tiefpaßfilter).
Die Drossel in der Frequenzweiche
Viele Bauteile,
die Spulen enthalten, also z.B. Relais, Transformatoren, Lautsprecher und
Motoren, besitzen ebenfalls eine Induktivität, was man in der Elektronik
oft beachten muß. Typisch ist z.B. ein Spannungsstoß
beim Ausschalten eines Stroms. Da hierbei die Stromänderung sehr schnell
erfolgt, entsteht eine hohe Induktionsspannung bis zu einigen hundert Volt.
Sie kann zu spürbaren elektrischen Schlägen führen oder
Bauteile wie z.B. Transistoren zerstören, wenn
man keine Vorsichtsmaßnahmen ergreift.
Induktionsspannung beim Ausschalten eines Stroms
Schaltet man eine Spule und einen Kondensator zusammen, dann entsteht ein Schwingkreis. Elektrische Energie kann wie in einem Pendel zwischen Spule und Kondensator hin- und herschwingen, wobei eine definierte Resonanzfrequenz f auftritt.
Die Spule im Schwingkreis
Schwingkreise werden z.B. in der Rundfunktechnik eingesetzt, um Frequenzen verschiedener Sender zu trennen.
Spulen lassen
sich als Luftspulen auf einen isolierenden Gegenstand
wickeln. Durch einen Eisenkern oder Ferritkern erhöht man die Induktivität.
Ferritkerne gibt es als Schraubkerne, als Stäbe oder als geschlossene
Kerne für innenliegende Spulen. Üblich sind auch Transformatorkerne
und Ringkerne. Außer der Induktivität muß der maximale
Strom und der geeignete Frequenzbereich beachtet werden. Oft wird auch
der Ohmsche Widerstand der Spule mit angegeben.