Ein analoger Sensor liefert ein Signal, das sich stetig mit der Messgröße ändert: einen Widerstand (Heißleiter, Fotowiderstand, DMS), eine Spannung (Thermoelement) oder einen Strom. Seine Kennlinie trägt das Ausgangssignal über der Messgröße auf, ihre Steigung ist die Empfindlichkeit. Heißleiter und Fotowiderstand haben nichtlineare Kennlinien: Der Widerstand fällt zuerst steil, dann flacher. Industrielle Sensoren geben oft ein Normsignal aus, etwa 0 V bis 10 V oder 4 mA bis 20 mA. Bei 4 mA bis 20 mA zeigt 0 mA einen Leitungsbruch an, 4 mA ist der Messbereichsanfang.

Eine Diode leitet nur in einer Richtung. Ihre Kennlinie (Strom über Spannung) zeigt: In Sperrrichtung fließt praktisch kein Strom, in Durchlassrichtung steigt er ab einer Schwellenspannung von etwa 0,7 V (Silizium) steil an. Leuchtdioden brauchen je nach Farbe etwa 1,8 V bis 3,3 V und einen Vorwiderstand, der den Strom begrenzt.

Ein Transistor (npn) hat Basis, Kollektor und Emitter. Ein kleiner Basisstrom $I_\text{B}$ steuert einen großen Kollektorstrom $I_\text{C}$. Zwischen Basis und Emitter fällt wie bei einer Diode etwa 0,7 V ab. Als Schalter treibt man ihn mit genügend Basisstrom in die Sättigung: Dann fällt zwischen Kollektor und Emitter nur noch etwa 0,2 V ab. Die Stromverstärkung $B$ streut stark (typisch 100 bis 300).

Schaltet man eine Spule ab, etwa die eines Relais, entsteht durch Selbstinduktion eine hohe Spannungsspitze, die den Transistor zerstören kann. Eine Freilaufdiode in Sperrrichtung parallel zur Spule nimmt den Strom auf. Weitere Schutzbauteile: die Z-Diode begrenzt Spannungen, der Varistor (spannungsabhängiger Widerstand) kappt Überspannungsspitzen, die Schmelzsicherung trennt bei zu hohem Strom.

Ein Optokoppler enthält in einem Gehäuse eine Leuchtdiode und einen Fototransistor. Das Signal läuft als Licht, beide Seiten sind galvanisch getrennt, also ohne elektrische Verbindung. So schützt er den Mikrocontroller vor der Netzseite und vor Störungen. Das Datenblatt nennt das Stromübertragungsverhältnis: wie viel Strom am Fototransistor aus dem Diodenstrom wird.

Ein integrierter Schaltkreis (IC) vereint viele Bauteile auf einem Chip mit nummerierten Anschlüssen. Das Datenblatt nennt Anschlussbelegung, Betriebsspannung, Grenzwerte (nicht überschreiten, sonst droht Zerstörung), Kennlinien und Zeitdiagramme. „Min“ und „max“ sind garantiert, „typ“ ist nur ein Richtwert. Auf der Leiterplatte sitzt nahe an jedem IC meist ein Kondensator (typisch 100 nF), der kurze Stromspitzen liefert.

Ein Schieberegister besteht aus hintereinandergeschalteten Flipflops: Bei jeder Taktflanke rückt jedes Bit eine Stelle weiter. Ein Baustein wie der 74HC595 gibt acht Bits, die der Mikrocontroller seriell mit Daten- und Taktsignal einschiebt, danach parallel an acht Ausgängen aus. So steuern wenige Anschlüsse viele Aktoren.

Eine Messbrücke (Wheatstone-Brücke) besteht aus zwei Spannungsteilern an derselben Spannung $U_0$. Gemessen wird die Brückenspannung $U_\text{D}$ zwischen den beiden Abgriffen. Sie ist null, wenn die Brücke abgeglichen ist, also $R_1 : R_2 = R_3 : R_4$ gilt. Ändert ein Sensor einen Widerstand, wird die Brücke verstimmt, und $U_\text{D}$ zeigt nur die Änderung, ohne die große Gleichspannung der Teiler.

Ein Operationsverstärker (OPV) hat zwei Eingänge ($+$ und $-$) und einen Ausgang. Er verstärkt die Differenz $u_+ - u_-$ sehr stark (Leerlaufverstärkung typisch $10^5$ und mehr), der Ausgang kann aber höchstens bis zur Versorgungsspannung ausschlagen. Idealisiert gelten unendliche Verstärkung und Eingangsströme null.

Ohne Rückkopplung ist er ein Komparator: Ist $u_+ > u_-$, geht der Ausgang an die positive Grenze, sonst an die negative (oder 0 V). Er vergleicht eine Messspannung mit einer Referenzspannung und liefert ein digitales Signal, etwa als Temperaturwächter. Mit Gegenkopplung (ein Teil des Ausgangs geht auf den $-$-Eingang) stellt der OPV den Ausgang so ein, dass $u_- = u_+$ wird. Daraus folgen die nächsten Schaltungen.

Beim nicht invertierenden Verstärker liegt $u_\text{e}$ am $+$-Eingang. Die Widerstände $R_1$ (gegen Masse) und $R_2$ (vom Ausgang zum $-$-Eingang) bilden einen Spannungsteiler. Wegen $u_- = u_+ = u_\text{e}$ gilt $u_\text{e} = u_\text{a}\,R_1/(R_1 + R_2)$, aufgelöst die Verstärkung unten. Sie hängt nur von den Widerständen ab. Ohne $R_1$ und mit $R_2 = 0$ ergibt sich $V = 1$: der Spannungsfolger. Er verstärkt nicht, entkoppelt aber: Sein Eingang belastet die Quelle kaum, sein Ausgang liefert Strom.

Beispiel: Ein Teiler aus zwei Widerständen zu je $100\,\text{k}\Omega$ liefert an 5 V die Spannung 2,5 V. Ein Messgerät mit $10\,\text{k}\Omega$ parallel zum unteren Widerstand (zusammen etwa $9{,}1\,\text{k}\Omega$) drückt sie auf etwa 0,42 V. Hinter einem Spannungsfolger bleibt sie bei 2,5 V.

Der Instrumentenverstärker besteht aus drei OPV: zwei nicht invertierenden Eingangsstufen und einem Differenzverstärker. Er verstärkt nur die Differenz $u_1 - u_2$ seiner beiden Eingänge und unterdrückt Gleichtaktsignale, also gleiche Anteile an beiden Eingängen wie Störungen. Beide Eingänge sind hochohmig. Die Verstärkung stellt ein einzelner Widerstand $R_\text{G}$ ein ($R$ ist der Wert der beiden gleichen Widerstände der Eingangsstufen). Für die Brücke oben mit $V = 800$ und $R = 20\,\text{k}\Omega$ ist $R_\text{G} = 2R/(V - 1) = 40\,\text{k}\Omega/799 \approx 50\,\Omega$.