Was ist Polarität?

Wenn du eine Sache über Batterien weißt, dann dass sie einen positiven und einen negativen Anschluss (oder Pol) haben. Beim Anschließen der Batterie gilt: Die positive Seite kommt an die positive Seite eines Geräts. Ebenso kommt die negative an die negative. Die Energie fließt nicht durch den Stromkreis, wenn sie andersherum angeschlossen ist. Manche Bauteile funktionieren ähnlich. Aber warum? Wegen etwas, das Polarität heißt.

Bevor wir genauer über Polarität sprechen, müssen wir zuerst die Stromrichtung behandeln. Der konventionelle Strom fließt vom positiven Pol zum negativen. Elektronen fließen in die entgegengesetzte Richtung, vom negativen Pol zum positiven. Beim Arbeiten mit elektronischen Schaltungen wird nur der konventionelle Strom dargestellt. Alle Beschreibungen verwenden ihn. Wenn du einen Pfeil siehst, der den Stromfluss zeigt, dann ist das definitiv der konventionelle Stromfluss. In einem Gleichstrom-(DC)-Stromkreis fließt der Strom nur in eine Richtung. Ein Pol ist immer negativ, der andere immer positiv. In einem Wechselstrom-(AC)-Stromkreis wechseln diese Pole regelmäßig von negativ zu positiv und umgekehrt.

Ganz einfach gesagt, Polarität beschreibt die Symmetrie eines Bauteils. Es ist ein gerichteter Fluss von Elektronen von einem Pol zum anderen. Daher auch der Name. Bauteile sind entweder polarisiert (mit Polarität) oder unpolarisiert (ohne Polarität). Unpolarisierte Bauteile sind so einfach wie möglich. Man kann sie in beliebiger Richtung anschließen und sie funktionieren korrekt. Es ist ungewöhnlich, dass sie mehr als zwei Anschlüsse haben. Jeder Anschluss an einem unpolarisierten Bauteil ist gleich. Polarisierte Bauteile können in einer Schaltung nur in einer Richtung angeschlossen werden, damit sie funktionieren. Der Strom muss von der Anode zur Kathode fließen (vom positiven Pol zum negativen). Fließt der Strom andersherum, stoppt er im besten Fall einfach die Schaltung. Im schlimmsten Fall kann es zu Funken und verbrannten Bauteilen kommen. Polarisierte Bauteile können mindestens zwei Pins und über tausend Pins haben. Jeder Pin ist einzigartig. Jeder hat eine feste Position, an die er gehört. Wenn sie nicht korrekt angeschlossen sind, können einige der genannten Probleme auftreten.

Aber wie erkennt man, welcher Pol positiv oder negativ ist? Wenn zwischen zwei Punkten eine konstante Spannung besteht, hat einer von ihnen mehr Elektronen als der andere. Der Pol mit mehr Elektronen hat negative Polarität. Der andere hat dann positive Polarität. Werden diese beiden Punkte über einen leitfähigen Pfad verbunden, fließen die Elektronen von einem Pol zum anderen. Das nennen wir elektrischen Strom. Wenn Polarität in einem Schaltplan oder Diagramm gekennzeichnet werden muss, verwendet man Polaritätssymbole. Der positive Pol wird meist mit der Farbe Rot oder einem Pluszeichen markiert. Der negative Pol wird am häufigsten mit den Farben Schwarz oder Blau und einem Minuszeichen markiert. In manchen Branchen, etwa in der Automobil- und Telekommunikationsindustrie, werden manchmal andere Farbschemata verwendet. Der Begriff Polarität wird in der elektronischen Signalübertragung, in der Elektrizität und im Magnetismus verwendet. Es ist ein entscheidendes Konzept, das man verstehen muss, bevor man ernsthaft mit Elektronik arbeitet. Du wirst keine Bauteile auf eine Leiterplatte löten oder sie in ein Breadboard stecken können, wenn du es nicht verstehst. Das Erkennen polarisierter Bauteile ist dafür unerlässlich. Gehen wir die häufigsten Bauteile durch, um zu lernen, wie man polarisierte Bauteile erkennt und sie richtig anschließt.

Ein Widerstand ist ein Bauteil, das du am häufigsten verwenden wirst. Er hat keine Polarität, daher musst du dir keine Gedanken machen, wie du ihn anschließt. Das gilt sowohl für THT- als auch für SMD-Widerstände. Stell ihn dir wie eine holprige Straße vor. Egal von welcher Seite du kommst, sie ist holprig. Egal von welcher Seite der Strom kommt, der Widerstand ist derselbe. Du solltest allerdings den passenden Widerstand für die Schaltung verwenden. Ein zu großer Widerstand verhindert, dass genügend Strom alle Bauteile erreicht. Ist er zu klein, besteht die Gefahr, dass Bauteile durch zu hohen Strom beschädigt werden.

Je nach Material können Kondensatoren polarisiert oder unpolarisiert sein. Unpolarisierte THT-Kondensatoren haben häufig blaue oder gelbe Keramikkörper. Unpolarisierte SMD-Kondensatoren sehen aus wie winzige, zweifarbige Metallklötzchen. Sie haben keine Markierungen, die Anschlüsse kennzeichnen.

Eine Diode ist ein Bauteil mit zwei Anschlüssen, das Stromfluss nur in eine Richtung zulässt. Sie ist immer polarisiert. Der positive Pol heißt Anode, der negative Kathode. Der Strom fließt von der Anode zur Kathode. Der „Geschwister“-Baustein der Diode, die LED (Leuchtdiode), ist nicht allzu unterschiedlich. Der Hauptunterschied ist, dass die LED Licht emittiert, wie der Name schon sagt. Da sowohl Diode als auch LED polarisiert sind, muss man Anode und Kathode unterscheiden. Bei einer normalen THT-Diode ist die Kathode durch einen farbigen Ring am Ende markiert. Die 1N4007-Diode ist unten abgebildet. Wie du siehst, ist die Kathode links, erkennbar am silbernen Ring. SMD-Dioden kennzeichnen die Kathode ähnlich. Die Linie, die die Kathode markiert, kann unterschiedlich dick sein, befindet sich aber immer auf der Kathodenseite. Die LED kennzeichnet die Kathode etwas anders. Statt eines Farbrings ist der Kathoden-Pin bei der LED kürzer. Da man das nicht sieht, wenn die LED gelötet ist oder im Breadboard steckt, ist das Gehäuse auf der Kathodenseite leicht abgeflacht. Das ist anfangs etwas schwer zu erkennen, aber wenn du es einmal gesehen hast, findest du es später problemlos. SMD-LEDs kennzeichnen die Kathode ebenfalls – eine Ecke ist leicht abgeschrägt.

Wenn du die Batterie nicht richtig anschließt, spielt es keine Rolle, ob du polarisierte Bauteile korrekt anschließt. Batterien sind polarisiert, daher musst du – egal welche du verwendest – sie richtig anschließen. Wenn du schon einmal Batterien gewechselt hast, weißt du, wie man ihre Polarität findet. Die meisten markieren den positiven Anschluss mit einem Pluszeichen und den negativen mit einem Minuszeichen. Manche Batterien haben Kabel. Das rote Kabel kennzeichnet den positiven Anschluss, das schwarze oder blaue Kabel den negativen Anschluss.

Wie erwähnt, können Kondensatoren polarisiert oder unpolarisiert sein. THT-Elektrolytkondensatoren (die wie kleine Blechdosen aussehen) sind polarisiert. Der negative Anschluss ist meist seitlich mit einem Minuszeichen markiert. Der Kathoden-Pin ist zudem meist kürzer als der Anoden-Pin. Sei beim Anschließen eines Elektrolytkondensators sehr vorsichtig. Ist er falsch angeschlossen, endet das im Rauch und er wird unbrauchbar. Er kann sogar explodieren! Bevor du eine Schaltung mit Kondensatoren an eine Stromquelle anschließt, stelle sicher, dass alles korrekt verbunden ist. Ähnlich wie SMD-Dioden haben SMD-Kondensatoren eine Linie an der Seite, die einen Anschluss kennzeichnet. Anders als bei Dioden, wo die Linie die Kathode markiert, kennzeichnet die Linie beim Kondensator die Anode.

Ein einzelner integrierter Schaltkreis kann Hunderte von Pins enthalten, jeder mit seiner eigenen Funktion. Genau wie bei Elektrolytkondensatoren ist es wichtig, auf die Polarität eines integrierten Schaltkreises zu achten. Andernfalls wird er höchstwahrscheinlich durchbrennen, schmelzen und vollständig unbrauchbar werden. Ein integrierter Schaltkreis hat normalerweise eine Kerbe oder einen eingravierten Punkt, um den ersten Pin zu kennzeichnen.

Unter den vielen verfügbaren Bauteilen sind dies nur ein paar Beispiele. Das Wissen über die Polarität von Bauteilen hilft dir, Schäden zu vermeiden. Einige unpolarisierte Bauteile können in polarisierten Gehäusen verpackt sein. Die meisten Bauteile geben an, ob sie polarisiert sind oder nicht. Du solltest immer die Datenblätter prüfen, wenn du dir bei der Polarität eines Bauteils unsicher bist. Beim Arbeiten mit Bauteilen ist es außerdem wichtig zu wissen, ob sie aktiv oder passiv sind. Wenn du Interesse daran hast, Projekte zu bauen, schau auf unsere Tutorial-Seite. Wir aktualisieren sie regelmäßig mit neuen Tutorials und Projekten.