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Gleichrichterschaltungen haben die Aufgabe, aus sinusförmigen Wechselspannungen Gleichspannungen zu erzeugen. Erreichen lässt sich dies mit den unterschiedlichsten Schaltungen, die in zwei Klassen eingeteilt werden können, die der Einweg- und die der Zweiwegschaltungen. Eine exakte Klassifizierung (nach DIN) sowie die Erläuterung der wichtigsten Gleichrichterschaltungen ist Gegenstand dieses Artikels. Darüber hinaus wird an der Einpuls-Einweg-Gleichrichterschaltung exemplarisch eine grafische Methode zur Ermittlung der zeitlichen Verläufe der gleichgerichteten Spannung vorgestellt.

Die elektromagnetische Induktion ist ein Vorgang, bei dem durch Bewegung eines elektrischen Leiters im Magnetfeld oder durch Änderung des von einem Leiter umschlossenen Magnetfeldes eine elektrische Spannung und ein Stromfluss erzeugt werden. Umfassend wird dieser Vorgang durch das Induktionsgesetz erfasst. Aus historischer Sicht wesentlich sind eine Reihe von Versuchen, die man als Grundversuche zur elektromagnetischen Induktion bezeichnet und mit denen gezeigt werden kann, unter welchen Bedingungen überhaupt eine Induktionsspannung entsteht und durch welche Faktoren der Betrag der Induktionsspannung beeinflusst wird. In dem Beitrag sind die wichtigsten Grundversuche zusammengestellt und erläutert. Sie waren letztlich die empirische Grundlage für die Formulierung des Induktionsgesetzes, das MICHAEL FARADAY 1831 fand.

Halbleitende Werkstoffe wie Ge, Si, GaP (Galliumphosphid), InAs (Indiumarsenid) oder InSb (Indiumantimonid) besitzen eine stark temperaturabhängige Leitfähigkeit, die allerdings nur in sehr reinen großräumigen Kristallen (Einkristalle) von Bedeutung ist.
Diese Leitung wird als Eigenleitung (intrinsic conduction) bezeichnet. Die hierbei auftretende Leitfähigkeit bleibt i.d.R. einige Zehnerpotenzen unter der von Metallen. Der Stromfluss wird durch zwei Ladungsträgerarten, die Elektronen und die Defektelektronen realisiert.
Durch gezieltes technisches Einwirken kann in einem eigenleitenden Kristall das bestehende Gleichgewicht zwischen der Zahl der negativen Elektronen und der Zahl der positiven Defektelektronen zugunsten der einen oder der anderen Ladungsträgerart verschoben werden.

Eine Halbleiterdiode ist ein elektronisches Bauelement, das aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten desselben Grundmaterials aufgebaut ist. Sie besteht aus einem n-Halbleiter und einem p-Halbleiter sowie dem Bereich zwischen beiden Schichten, dem pn-Übergang.
Es gibt sie in vielen unterschiedlichen Bauformen. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist der der Gleichrichtung. Darüber hinaus werden Dioden aber auch für andere Zwecke eingesetzt, z.B. als Kapazitätsdioden, als Lichtemitterdioden oder als Laserdioden.

Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen, Ionen), die sich in einem Magnetfeld bewegen, werden durch dieses Magnetfeld beeinflusst, wenn ihre Bewegungsrichtung nicht mit der Feldrichtung übereinstimmt. Das gilt auch für Elektronen in Leitern.
Wird ein flächenhafter stromdurchflossener Leiter senkrecht zur Driftbewegung der Elektronen von einem Magnetfeld durchsetzt, so kann zwischen Randpunkten dieses Leiters eine Spannung nachgewiesen werden. Dieser 1879 von dem amerikanischen Physiker EDWIN HERBERT HALL (1855-1938) entdeckte Effekt wird heute als HALL-Effekt bezeichnet.

* 09.07.1859 in Darmstadt
† 20.06.1922 in Dresden

Er war ein deutscher Elektrotechniker und Physiker, der sich um die Entwicklung der technischen Physik verdient gemacht hat. Seine größte wissenschaftliche Leistung war die Entdeckung des äußeren lichtelektrischen Effekts, also des Austritts von Elektronen aus Oberflächen bei Bestrahlung mit geeignetem Licht.

* 17.12.1797 in Albany
† 13.05.1878 in Washington

Er war ein bedeutender amerikanischer Physiker, der sich vor allem mit dem Elektromagnetismus beschäftigte und Elektromagnete für industrielle Zwecke entwickelte. Nach ihm ist die Einheit der Induktivität benannt worden.

* 22.02.1857 in Hamburg
† 01.01.1894 in Bonn

Er war ein deutscher Physiker, der experimentell die von dem britischen Physiker MAXWELL vorhergesagten elektromagnetischen Wellen nachwies. Er untersuchte auch deren Eigenschaften und schuf damit eine entscheidende Grundlage für die drahtlose Nachrichtenübertragung. Die Einheit der Frequenz und die bei Rundfunk und Fernsehen verwandten hertzschen Wellen sind nach ihm benannt.

Ausgangspunkt für die Entdeckung der Induktion waren Vorstellungen von der Einheit der Naturkräfte und vermutete Zusammenhänge zwischen Elektrizität und Magnetismus.
1820 bemerkte OERSTED in einem Versuch, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines elektrischen Leiters abgelenkt wird, wenn man den Strom einschaltet. Andere Wissenschaftler, wie AMPÈRE und FARADAY, bauten die Versuche von OERSTED nach und entwickelten sie weiter. Dabei fand FARADAY 1831 die elektromagnetische Induktion.
Innerhalb von drei Monaten entwickelte er alle Grundversuche der Induktion und eine Urform eines elektrischen Generators.

Das Induktionsgesetz ist ein grundlegendes physikalisches Gesetz und die Grundlage für die Wirkungsweise solcher Geräte wie Transformatoren und Generatoren. In Worten kann man es so formulieren:
In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. Der Betrag der Induktionsspannung ist umso größer, je schneller sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.
Eine allgemeine mathematische Formulierung des Induktionsgesetzes lautet:
$U_i=-N\cdot \frac{\text{d}\phi }{\text{d}t}\text{oder}{U}_i=-N\cdot \frac{\text{d}(B\cdot A)}{\text{d}t}$
Aus dieser allgemeinen Formulierung kann man alle wesentlichen Spezialfälle ableiten, insbesondere auch diejenigen, die der Wirkungsweise von Transformatoren und Generatoren zugrunde liegen.

Informationen stellen Mitteilungen über erfassbare Sachverhalte dar. Sie können mittels Signalen übertragen werden, wobei diese Signale recht unterschiedliche Formen haben können. Bei der Verwendung von hertzschen Wellen werden die Informationen den hertzschen Wellen in verschiedener Weise aufgeprägt, mit ihnen übertragen, dann wieder von ihnen getrennt und damit nutzbar gemacht. An eine Informationsübertragung ist eine Reihe Bedingungen zu stellen, beispielsweise:

• Es sollen möglichst keine Elemente der Gesamtinformation verloren gehen.
• Die geforderte Entfernung muss sicher überbrückt werden.
• Es soll möglichst wenig Energie erforderlich sein.

In dem Beitrag wird ein Überblick über die prinzipiellen Möglichkeiten des Sendens und Empfangens hertzscher Wellen gegeben. Insbesondere werden auch verschiedene Formen der Modulation dargestellt.

Ein Kondensator ist ist elektrisches Bauelement, mit dem elektrische Ladung und damit elektrische Energie gespeichert wird. Die einfachste Form eines Kondensators ist ein Plattenkondensator, der aus zwei sich gegenüberstehenden, voneinander isolierten Metallplatten besteht, zwischen denen sich Luft befindet. Wird zwischen diesen Metallplatten eine elektrische Spannung angelegt, dann sammeln sich auf ihren Oberflächen getrennt voneinander positive und negative Ladungen an. Zwischen den Platten baut sich ein elektrisches Feld auf, in dem Feldenergie gespeichert ist. Die Kapazität eines Kondensators hängt von seinem Aufbau ab und kann in weiten Grenzen variieren. Kondensatoren können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Sie verhalten sich im Gleichstromkreis anders als im Wechselstromkreis.

Bestandteil der Atome sind die positiv geladenen Protonen und die negativ geladenen Elektronen. Durch Dissoziation entstehen positiv und negativ geladene Ionen. Ein Körper mit Elektronenüberschuss ist negativ geladen, ein solcher mit Elektronenmangel positiv.
Wie stark ein Körper geladen ist, wird durch die physikalische Größe elektrische Ladung Q erfasst. Allgemein gilt:
$Q=n\cdot e\text{oder}Q={\displaystyle \underset{t_1}{\overset{t_2}{\int }}I(t)\text{d}t}$
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, Ladungstrennung hervorzurufen. Zwischen geladenen Körpern wirken je nach ihrer Ladung anziehende oder abstoßende Kräfte, deren Betrag mit dem coulombschen Gesetz erfasst wird. Für die elektrische Ladung gilt ein Erhaltungssatz.

Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Arbeit der elektrische Strom in jeder Sekunde verrichtet bzw. wie viel elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird.

Benannt ist die Einheit der Leistung nach dem schottischen Techniker JAMES WATT.

Allgemein versteht man unter der elektrischen Leistung den Quotienten aus der an einem Bauelement umgesetzten elektrischen Energie und der Zeit. Im Wechselstromkreis tritt eine Besonderheit auf: An Wirkwiderständen (ohmschen Widerständen) wird elektrische Energie in andere Energieformen umgesetzt. Dagegen „pendelt“ an Blindwiderständen (induktiven und kapazitiven Widerständen) die elektrische Energie zwischen der Quelle und dem Bauelement hin und her, ohne dass die Energie nach außen abgegeben wird. Demzufolge ist analog zu den Wechselstromwiderständen zwischen Wirkleistung P, Blindleistung Q und Scheinleistung S zu unterscheiden. Es gelten folgende Beziehungen:

$\begin{array}{l}P=U\cdot I\cdot \cos \varphi Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi S=U\cdot I\\ \text{Für den Zusammenhang zwischen den Leistungen gilt:}\\ S=\sqrt{P^2+Q^2}\\ \end{array}$

Im Vakuum erfolgt nur dann ein elektrischer Leitungsvorgang, wenn durch Emission frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen in den betreffenden Raum eingebracht werden. Das kann durch Glühemission oder durch Fotoemission geschehen. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Elektronen gerichtet und weitgehend ungehindert. Sie erreichen damit relativ hohe Geschwindigkeiten.

In Flüssigkeiten erfolgt nur dann ein Leitungsvorgang, wenn durch Dissoziation frei bewegliche (wanderungsfähige) Ionen vorhanden. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Ionen gerichtet. Es wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt. Eine für Anwendungen wichtige Besonderheit bei Leitungsvorgängen in Flüssigkeiten besteht darin, dass mit den Ionen nicht nur ein Transport von Ladungen, sondern auch ein Stofftransport erfolgt. Das wird z.B. beim Galvanisieren oder beim Lackieren von Autoteilen genutzt.

Gase sind in der Regel recht gute Isolatoren. Ein Leitungsvorgang in ihnen erfolgt nur dann, wenn durch Ionisation oder Emission frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen oder Ionen vorhanden sind. Leitungsvorgänge in Gasen sind häufig mit Leuchterscheinungen verbunden. Sie werden deshalb in breitem Umfange in der Beleuchtungstechnik genutzt.

Halbleiter sind Stoffe, die bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der von Isolatoren und der von Leitern liegen. Ihre breite technische Nutzung begann nach der Entdeckung des Transistoreffekts (1948). Ohne die Halbleiterelektronik sind moderne technische Geräte nicht denkbar. Die physikalischen Grundlagen dafür sind elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitermaterialien wie Germanium und Silicium, wobei deren Leitfähigkeit durch den gezielten Einbau von Fremdatomen (Dotieren) in weiten Grenzen beeinflusst werden kann. Heute existieren eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen für die unterschiedlichsten Anwendungen.

In Metallen sind infolge der Metallbindung frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen vorhanden. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Elektronen gerichtet. Der Leitungsvorgang wird durch die Ladungsträgerdichte und die Beweglichkeit der Ladungsträger bestimmt. Diese beiden Größen beeinflussen auch den elektrischen Widerstand. Bei Stromfluss in einem elektrischen Leiter wird stets ein Teil der elektrischen Energie in thermische Energie umgewandelt.
Der Widerstand metallischer Leiter ist temperaturabhängig. Das kann z.B. zum Bau von Metall-Widerstandsthermometern genutzt werden.

* 12.02.1804 in Dorpat
† 10.02.1865 in Rom

Er war ein russischer Physiker deutscher Herkunft, der in St. Petersburg als Physikprofessor tätig war und sich insbesondere mit Problemen der Elektrizitätslehre beschäftigte. Er entdeckte das nach ihm benannte lenzsche Gesetz über die Richtung des Induktionsstromes.

HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ (1804-1865) entdeckte 1833 bei seinen Untersuchungen zum elektrischen Strom und zu der von MICHAEL FARADAY (1791-1867) erforschten elektromagnetischen Induktion, dass die Richtung des Induktionsstromes nicht zufällig ist. Sie steht vielmehr in ursächlichem Zusammenhang mit der jeweiligen Ursache für das Entstehen einer Induktionsspannung. Es gilt:

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.

Dieses Gesetz, das nichts anderes ist als der Energieerhaltungssatz für die elektromagnetische Induktion ist, wird nach seinem Entdecker als lenzsches Gesetz oder lenzsche Regel bezeichnet.

Lichtempfänger auf Halbleiterbasis sind Fotowiderstände, Fotodioden und Fototransistoren. Während die Fotowiderstände über ihre gesamte Ausdehnung aus einheitlich dotiertem Material bestehen, haben Fotodioden und Fototransistoren pn-Übergänge.
Lichtsender auf Halbleiterbasis sind speziell gestaltete Dioden. Sie werden Lichtemitterdioden (LED), Lumineszenzdioden oder Leuchtdioden genannt, wenn das von ihnen ausgesendete Licht eine inkohärente Strahlung darstellt. Es gibt sie für den Infrarotbereich (IRED) und für den sichtbaren Bereich des Lichtes. Senden sie dagegen kohärentes Licht aus, bezeichnet man sie als Laserdioden.

Die Photonenoptik behandelt die Lehre des Lichts unter Berücksichtigung der Annahme, dass dieses aus Teilchen, den sogenannten Photonen, besteht. Sie erklärt alle uns bekannten Phänomene der Strahlen- und der Wellenoptik, z.B. das fermatsche Prinzip, die Brechung des Lichts, die Lichtbeugung oder auch das Zustandekommen der Farben an dünnen Schichten. RICHARD P. FEYNMAN hat einen Weg gefunden, dieses Teilgebiet der Quantenelektrodynamik fast ganz ohne Mathematik darzustellen. Um obige Phänomene beschreiben zu können, müssen lediglich viele kleine Pfeile gezeichnet und zu einem resultierenden Pfeil zusammengesetzt werden. Daher spricht man vom Zeigerformalismus nach FEYNMAN.