Elektronik: Vom Stromkreis zum eigenen Mini-Computer.

Was ist Elektronik eigentlich?

Elektronik ist die Kunst, winzige geladene Teilchen — sogenannte Elektronen — so durch Bauteile zu lenken, dass etwas Sinnvolles passiert: eine LED leuchtet, ein Motor dreht sich, ein Display zeigt Text. Hinter jeder Smartwatch, jedem Game-Controller und jedem E-Auto stecken im Grunde dieselben Grundregeln.

In diesem Kurs lernst du die drei Bausteine, die dir erlauben, fast alles zu bauen, was dir einfällt:

• Strom verstehen — Spannung, Stromstärke und Widerstand.
• Bauteile beherrschen — LEDs, Widerstände, Transistoren, Sensoren.
• Mikrocontroller programmieren — Arduino und Raspberry Pi Pico.

Spannung, Strom, Widerstand — das Ohmsche Gesetz

Drei Begriffe musst du für immer im Kopf haben:

• Spannung (U) in Volt (V) — der „Druck”, mit dem Elektronen geschoben werden.
• Stromstärke (I) in Ampere (A) — wie viele Elektronen pro Sekunde fliessen.
• Widerstand (R) in Ohm (Ω) — wie sehr ein Bauteil den Fluss bremst.

Diese drei sind durch eine elegante Formel verbunden:

U = R × I     // Spannung = Widerstand mal Strom

Das Wassermodell

Stell dir Strom wie Wasser in einem Schlauch vor:

Wenn du die Pumpe stärker drehst (mehr Spannung), fliesst mehr Wasser (mehr Strom). Verengst du den Schlauch (mehr Widerstand), fliesst weniger Wasser. Genauso ist es bei Elektrizität.

Beispielrechnung: Vorwiderstand für eine LED

Eine rote LED braucht ca. 2 V und verträgt 20 mA (0,02 A). Du speist sie aus einer 5-V-Quelle. Welcher Widerstand muss vor die LED?

// Spannung, die der Widerstand "verbrauchen" muss:
U_R = 5 V − 2 V = 3 V

// Ohmsches Gesetz nach R aufgelöst:
R = U_R / I = 3 V / 0.02 A = 150 Ω

Du nimmst also einen 150–220 Ω-Widerstand. Faustregel im Hobby: Mit 220 Ω bist du bei 5-V-LEDs immer auf der sicheren Seite.

Die wichtigsten Bauteile

Diese Bauteile triffst du in fast jeder Schaltung. Lerne ihre Symbole und du kannst jeden Schaltplan lesen.

Polung — die wichtigste Regel

Manche Bauteile haben ein Plus und Minus. Falsch herum eingebaut, gehen sie kaputt — oder gar nichts passiert.

• LED: langes Bein = Plus (Anode), kurzes Bein = Minus (Kathode, auch abgeflachte Seite).
• Elektrolyt-Kondensator: weisser Streifen markiert Minus.
• Diode: Ring auf dem Gehäuse zeigt zur Kathode.
• Widerstand & Keramikkondensator: keine Polung, beliebig herum.

Sensoren und Aktoren

Sensoren messen die Welt, Aktoren verändern sie. Hier die Klassiker, die in jedem Maker-Kit stecken.

Sensoren

Aktoren

Breadboard — dein Spielplatz

Ein Breadboard (Steckbrett) ist eine Plastikplatte voller Löcher, in denen Metallkontakte versteckt sind. Damit kannst du Schaltungen ohne Löten aufbauen und beliebig oft umbauen.

So sind die Kontakte intern verbunden:

• Aussen-Schienen (rot/blau): alle Löcher einer Reihe sind längs verbunden. Hier verteilst du +5 V (rot) und GND (blau).
• Mittel-Felder (a–e und f–j): alle 5 Löcher einer Spalte sind verbunden. Die Mitte (Graben) trennt links und rechts.

Schaltpläne lesen

Ein Schaltplan ist eine „Landkarte” der Schaltung. Wichtigste Symbole:

• --- = Leitung (Draht)
• Zickzack oder Rechteck = Widerstand
• Dreieck mit Strich + zwei Pfeile = LED
• Lange + kurze Linie parallel = Batterie
• Drei Linien nach unten = GND (Masse)

Arduino — dein erster Mikrocontroller

Ein Arduino ist ein kleines Board mit einem Mikrocontroller-Chip, dem du mit Code sagen kannst: „Mach Pin 13 für eine Sekunde an, dann wieder aus.” Es ist der Standard-Einstieg für Maker weltweit.

Welches Board für den Anfang?

Empfehlung 2026 für Einsteiger: Arduino UNO R4 WiFi. Robust, gut dokumentiert, hat WLAN und die LED-Matrix als Spielerei.

Pinout — was ist GPIO?

GPIO heisst General Purpose Input/Output. Jeder Pin kann entweder lesen (Input, z. B. Taster) oder schreiben (Output, z. B. LED).

• Digital (D0–D13): kennen nur HIGH (5 V) oder LOW (0 V).
• Analog (A0–A5): lesen Spannungen zwischen 0 und 5 V als Wert 0–1023.
• PWM (Pulse Width Modulation): Pins mit ~ simulieren analoge Ausgänge per schnellem Ein-/Aus-Schalten — so dimmst du LEDs.
• Power: 5V, 3V3, GND, VIN.

Hello World: LED blinken

Der Klassiker. Die eingebaute LED an Pin 13 blinkt im Sekundentakt:

// Blink — die LED an Pin 13 blinken lassen
const int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // Pin als Ausgang setzen
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);  // LED an
  delay(1000);                 // 1 Sekunde warten
  digitalWrite(ledPin, LOW);   // LED aus
  delay(1000);                 // 1 Sekunde warten
}

Speichere den Sketch in der Arduino IDE als Blink.ino, wähle dein Board (Werkzeuge » Board » Arduino UNO R4) und den Port, klicke auf Hochladen. Die kleine LED neben dem USB-Anschluss blinkt — dein erster funktionierender Mikrocontroller-Code!

Eine externe LED über Taster

// Taster an D2 schaltet LED an D9 (PWM)
const int btnPin = 2;
const int ledPin = 9;

void setup() {
  pinMode(btnPin, INPUT_PULLUP); // interner Pullup spart Widerstand
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  int state = digitalRead(btnPin);
  if (state == LOW) {           // LOW = gedrückt (Pullup)
    analogWrite(ledPin, 255);   // volle Helligkeit
  } else {
    analogWrite(ledPin, 20);    // gedimmt
  }
}

Raspberry Pi — der kleine Computer

Ein Raspberry Pi ist ein vollwertiger Mini-Computer auf Kreditkartengrösse. Er hat USB, HDMI, WLAN, ein Linux-Betriebssystem — und trotzdem GPIO-Pins, mit denen du wie beim Arduino Hardware steuerst.

Wichtig: Der Pi Pico ist kein Computer wie die anderen Pis — er ist ein Mikrocontroller (wie Arduino). Er läuft kein Linux, sondern nur ein einzelnes Programm. Dafür kostet er einen Bruchteil und braucht kaum Strom.

Hello World auf dem Pi Pico (MicroPython)

# LED blinken auf dem Pi Pico mit MicroPython
from machine import Pin
from time import sleep

led = Pin("LED", Pin.OUT)   # Pico W: onboard LED

while True:
    led.on()
    sleep(1)
    led.off()
    sleep(1)

GPIO mit Python auf dem Pi 5

# LED an GPIO 17, Taster an GPIO 27 — mit gpiozero
from gpiozero import LED, Button
from signal import pause

led = LED(17)
btn = Button(27)

btn.when_pressed  = led.on
btn.when_released = led.off

pause()  # Programm läuft weiter, bis Strg-C

Mikrocontroller vs. Single-Board-Computer

Die wichtigste Entscheidung am Anfang: brauche ich einen Mikrocontroller (MCU) oder einen Single-Board-Computer (SBC)?

Faustregeln

• Du willst nur ein paar LEDs, Sensoren oder Motoren steuern? → Arduino oder Pi Pico.
• Du brauchst Display, Kamera, Internet, KI? → Raspberry Pi 5 oder Zero 2 W.
• Du brauchst beides? → Beide kombinieren: Pi macht das Schwere (Bilderkennung), Pico steuert in Echtzeit Motoren.

Werkzeuge — was du wirklich brauchst

Pflicht-Ausrüstung (unter 100 €)

• Multimeter (ca. 20–40 €): misst Spannung, Strom, Widerstand, Durchgang. Ohne fliegst du blind.
• Breadboard 830 Punkte + 65-teiliges Jumper-Kabel-Set (ca. 10 €).
• Bauteile-Starter-Kit: Widerstände, LEDs, Taster, Kondensatoren (ca. 20 €).
• Seitenschneider + Abisolierzange.
• Lupenleuchte oder helle LED-Lampe.

Nächste Stufe (sobald du löten willst)

• Lötstation mit Temperaturregelung (z. B. Pinecil V2 oder TS101, ca. 60–80 €). Finger weg von 10-€-Lötkolben.
• Bleifreies Lötzinn 0,7–1,0 mm.
• Entlötlitze oder Entlötpumpe für Fehler.
• Helping Hands (3. Hand mit Krokoklemmen).
• Schraubendreher-Set mit Präzisions-Bits (PH00, PH0, Torx).
• Heissluftpistole + Schrumpfschlauch für saubere Verbindungen.

Sicherheit — Finger und Bauteile schützen

Strom & Schaltung

• Niemals direkt 230 V aus der Steckdose in eine Hobby-Schaltung. Nutze Steckernetzteile (5 V, 12 V) oder Batterien.
• Polung prüfen, bevor Strom an: + und − verwechselt = Bauteil tot.
• Kurzschluss vermeiden: nie + direkt mit − verbinden ohne Verbraucher dazwischen. Folge: Funken, heisse Drähte, defekte Batterie.
• Strom-Limits respektieren: Arduino-Pins liefern max. 20 mA (UNO R3) bzw. 8 mA (UNO R4). Mehr Strom → Pin oder Chip kaputt. Für Motoren immer Transistor / Treiber-IC.
• 3.3 V vs. 5 V: ein Raspberry-Pi-GPIO verträgt nur 3.3 V. 5 V vom Arduino direkt anschliessen = Pi tot. Level-Shifter benutzen.

Löten

• Lötkolben heizt auf 320–360 °C. Niemals an der Spitze anfassen.
• Im belüfteten Raum löten — der Rauch ist nicht giftig, aber unangenehm.
• Schutzbrille tragen: heisses Lötzinn kann spritzen.
• Lötkolben immer in den Halter zurücklegen, nie auf den Tisch.
• Nach dem Löten Hände waschen: Lötzinn enthält geringe Mengen Blei oder Flussmittel.

Projektideen für den Start

Theorie ist nichts ohne Projekte. Hier fünf Klassiker, die du in einem Wochenende schaffst:

Software-Setup

Arduino IDE

Die Arduino IDE 2.x ist der Standard-Editor für Arduino-Boards. Kostenlos für Windows, macOS und Linux unter arduino.cc/en/software.

1. IDE installieren

   Lade das passende Paket von arduino.cc/en/software.

2. Board anschliessen

   Steck dein Board per USB an den Rechner.

3. Board-Support einrichten

   Werkzeuge » Board » „Arduino UNO R4 Boards” installieren (falls noch nicht vorhanden).

4. Port wählen

   Werkzeuge » Port » den richtigen COM/USB auswählen.

5. Blink hochladen

   Datei » Beispiele » 01.Basics » Blink » Hochladen — fertig.

Thonny — die einsteigerfreundliche Python-IDE

Thonny ist die offiziell empfohlene IDE für den Pi Pico mit MicroPython. Kostenlos auf thonny.org.

1. Thonny installieren und starten.
2. Pico per USB anschliessen, BOOTSEL gedrückt halten beim Einstecken.
3. Unten rechts: Interpreter auf „MicroPython (Raspberry Pi Pico)” umstellen.
4. Beim ersten Mal bietet Thonny an, MicroPython zu installieren — „Install” klicken.

Raspberry Pi OS

Für Pi 5 / Zero 2 W brauchst du eine SD-Karte (16 GB+) mit dem Raspberry Pi OS. Der einfachste Weg:

1. Raspberry Pi Imager herunterladen (raspberrypi.com/software).
2. SD-Karte einstecken, Imager starten.
3. Modell wählen, OS wählen („Raspberry Pi OS 64-bit”), SD-Karte wählen.
4. Vor dem Schreiben aufs Zahnrad-Symbol klicken: WLAN, Hostname, SSH, Benutzer setzen.
5. SD-Karte in den Pi, Strom an, fertig.

Mini-Glossar

Die Begriffe, die in jedem Elektronik-Forum auftauchen — jetzt verstehst du sie:

ADC

Analog-Digital-Wandler. Wandelt eine Spannung in eine Zahl um.

Aktor

Bauteil, das etwas bewegt: Motor, Servo, Relais, Lautsprecher.

Bit / Byte

Kleinste Speichereinheit. 1 Byte = 8 Bit.

Breadboard

Steckbrett zum lötfreien Aufbau von Schaltungen.

Firmware

Programm, das direkt auf dem Mikrocontroller läuft.

Flash

Permanenter Speicher fürs Programm. Bleibt nach dem Ausschalten erhalten.

GND

Ground / Masse / Minuspol. Bezugspunkt für alle Spannungen.

GPIO

General Purpose Input/Output — frei programmierbarer Pin.

I²C

Bus-Protokoll mit nur 2 Leitungen. Bis zu 127 Geräte am gleichen Kabel.

IDE

Integrated Development Environment — Editor + Compiler in einem.

LED

Light Emitting Diode — leuchtet, wenn Strom in Durchlassrichtung fliesst.

MCU

Mikrocontroller-Unit. Chip mit CPU + Speicher + GPIO in einem.

PWM

Pulse Width Modulation. Schnelles Ein-/Aus simuliert analoge Werte.

Pullup / Pulldown

Widerstand, der einen Pin auf einen definierten Pegel zieht.

SBC

Single-Board-Computer. Vollwertiger PC auf einer Platine.

SPI

Schnelles Bus-Protokoll mit 4 Leitungen, für Displays und SD-Karten.

UART

Klassische serielle Schnittstelle zum Debuggen (TX/RX).

VCC / V+

Pluspol der Versorgungsspannung.