Elektronik für Ingenieure:
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| New Title: | Hering, Klaus Elektronik für Ingenieure und Naturwissenschaftler |
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| Main Authors: | , , |
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verlag
1992
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XIX, 674 Seiten Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3184009092 |
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INHALT
1 GRUNDLAGEN DER ELEKTROTECHNIK 1
1.1 PHYSIKALISCHE GROESSEN UND EINHEITEN 1
1.2 GRUNDBEGRIFFE 1
1.2.1 LADUNG 1
1.2.2 ELEKTRISCHER STROM 3
1.2.3 ELEKTRISCHE SPANNUNG 3
1.2.4 WIDERSTAND UND LEITWERT 5
1.2.5 ELEKTRISCHE ARBEIT UND ELEKTRISCHE LEISTUNG 6
1.2.6 OHMSCHES GESETZ 7
1.2.7 RICHTUNGSSINN 8
1.2.8 BILDZEICHEN 8
1.3 ELEKTRISCHE NETZE - KIRCHHOFFSCHE REGELN 9
1.3.1 KNOTENREGEL (1. KIRCHHOFFSCHES GESETZ) 9
1.3.2 MASCHENREGEL (2. KIRCHHOFFSCHES GESETZ) 10
1.3.3 ANWENDUNG DER KIRCHHOFFSCHEN GESETZE 10
1.3.3.1 REIHENSCHALTUNG VON WIDERSTAENDEN 10
1.3.3.2 PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTAENDEN 11
1.3.3.3 MESSBEREICHSERWEITERUNG 13
1.3.3.4 AUSGEWAEHLTE MESSANORDNUNGEN 14
1.4 GRAFISCHE VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG VON STROEMEN UND SPANNUNGEN 16
1.4.1 REIHENSCHALTUNG MIT LINEAREM WIDERSTAND UND EINEM KALTLEITER (PTC)
. . 16
1.4.2 REIHENSCHALTUNG MIT LINEAREM WIDERSTAND UND ZWEI NICHTLINEAREN
BAUELEMENTEN (Z-DIODEN) . 17
1.4.3 SCHALTUNGSKOMBINATION AUS LINEAREM WIDERSTAND, KALTLEITER UND
HEISSLEITER 18
1.5 MASCHEN- UND KNOTENANALYSE . 19
1.5.1 ERSATZSPANNUNGS- UND ERSATZSTROMQUELLE 20
1.5.1.1 ERSATZSPANNUNGSQUELLE 20
1.5.1.2 ERSATZSTROMQUELLE 21
1.5.1.3 AEQUIVALENTE ZWEIPOLE 21
1.5.2
LINEARE UEBERLAGERUNG (SUPERPOSITIONSPRINZIP NACH
HELMHOLTZ) 21
1.5.3 BERECHNUNG ELEKTRISCHER NETZWERKE 22
1.5.3.1 LOESUNG LINEARER GLEICHUNGSSYSTEME 22
1.5.3.2 MASCHENANALYSE (KREISSTROMVERFAHREN) 25
1.5.3.3 KNOTENANALYSE 26
1.5.3.4 VERGLEICH DER MASCHEN- UND KNOTENANALYSE 28
1.5.4 BRUECKENSCHALTUNGEN 28
1.5.4.1 BERECHNUNG MIT DER MASCHENANALYSE 28
1.5.4.2 BERECHNUNG MIT DER METHODE DER ERSATZSPANNUNGSQUELLE 29
1.6 GRUNDLAGEN DER WECHSELSTROMLEHRE 30
1.6.1 GRUNDLAGEN KOMPLEXER RECHNUNG 30
1.6.1.1 REELLE, IMAGINAERE UND KOMPLEXE ZAHLEN 30
1.6.1.2 RECHNEN MIT KOMPLEXEN ZAHLEN 32
1.6.2 KENNGROESSEN 34
1.6.2.1 WECHSELSPANNUNG UND WECHSELSTROM 34
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35
36
36
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89
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91
92
92
94
INHALT
1.6.2.2 EFFEKTIVWERT UND HALBSCHWINGUNGSMITTELWERT
1.6.2.3 SCHEITELFAKTOR (CRESTFAKTOR)
1.6.2.4 FORMFAKTOR
1.6.3 KOMPLEXE RECHNUNG IM WECHSELSTROMKREIS
1.6.3.1 ZEIGERDARSTELLUNG KOMPLEXER GROESSEN . . .
1.6.3.2 OHMSCHES GESETZ
1.6.3.3 VERHALTEN DER BAUELEMENTE
1.6.3.4 REIHEN- UND PARALLELSCHALTUNG
1.6.3.5 AEQUIVALENTE UMWANDLUNGEN
1.6.3.6 ZUSAMMENGESETZTE SCHALTUNGEN
1.6.4 NICHT SINUSFOERMIGE WECHSELGROESSEN ....
1.6.5 DAEMPFUNG UND VERSTAERKUNG
1.6.6 SHANNONSCHES ABTASTTHEOREM
MESSUNG ELEKTRISCHER GROESSEN
GRUNDLAGEN DER HALBLEITERPHYSIK
1.8.1 MATERIALIEN
1.8.2 ENERGIEBAENDER
1.8.3 LADUNGSTRAEGERKONZENTRATION
1.8.3.1 EIGENLEITUNG
1.8.3.2 STOERSTELLENLEITUNG
1.8.4 BEWEGLICHKEIT
1.8.5 LEITFAEHIGKEIT
1.8.6 AUSGLEICHSVORGAENGE
1.8.6.1 ZEITVERHALTEN
1.8.6.2 RAEUMLICHE AUSBREITUNG EINER STOERUNG . .
1.8.7 PN-UEBERGANG
1.8.7.1 FELD-UND POTENTIALVERLAUF
1.8.7.2 STROM-SPANNUNGS-KENNLINIE
HERSTELLUNG KOMPLETTER SCHALTUNGEN
1.9.1 LEITERPLATTEN
1.9.2 STREIFENLEITER
1.9.3 SMT (SURFACE MOUNTED TECHNOLOGY) . . .
1.9.4 DICKSCHICHT-TECHNOLOGIE
1.9.5 DUENNSCHICHT-TECHNOLOGIE
1.9.6 HYBRID-TECHNOLOGIE
PASSIVE BAUELEMENTE
ELEKTRONISCHE BAUELEMENTE
2.1.1 UEBERSICHT
2.1.2 ANFORDERUNGEN UND ANWENDUNGSKLASSEN
2.1.3 ZUVERLAESSIGKEIT
2.1.3.1 URSACHEN EINES AUSFALLS
2.1.3.2 MITTLERE AUSFALLRATE
2.1.3.3 DURCHSCHNITTLICHE LEBENSDAUER
2.1.3.4 HERSTELLGRENZQUALITAET
2.1.4 NORMREIHEN
2.1.5 KLASSIFIKATION VON DISKRETEN HALBLEITER-BAUELEMENTEN
2.1.6 DATENBLAETTER
INHALT IX
2.2 WIDERSTAENDE 94
2.2.1 UEBERSICHT UEBER DIE WIDERSTAENDE 95
2.2.2 LINEARE FESTWIDERSTAENDE 95
2.2.2.1 DRAHTWIDERSTAENDE 99
2.2.2.2 SCHICHTWIDERSTAENDE 100
2.2.2.3 METALLGLASURWIDERSTAENDE 100
2.2.3 NICHTLINEARE WIDERSTAENDE 100
2.2.3.1 HEISSLEITER (NTC-WIDERSTAENDE) 101
2.2.3.2 SILICIUM-WIDERSTAENDE 103
2.2.3.3 KALTLEITER (PTC-WIDERSTAENDE) 104
2.2.3.4 SPANNUNGSABHAENGIGE WIDERSTAENDE (VARISTOREN, VDR) 104
2.2.3.5 MAGNETFELDABHAENGIGE WIDERSTAENDE (FELDPLATTEN) 106
2.2.4 EINSTELLBARE WIDERSTAENDE (POTENTIOMETER) 107
2.3 KONDENSATOREN 108
2.3.1 UEBERSICHT UEBER DIE KONDENSATOREN 109
2.3.2 KONDENSATOREN MIT DUENNEN FOLIEN ALS DIELEKTRIKUM 113
2.3.2.1 AUFBAU 113
2.3.2.2 EIGENSCHAFTEN 113
2.3.2.3 SELBSTHEILENDE KONDENSATOREN (MP UND MK) 116
2.3.2.4 KONDENSATOREN FUER DIE LEISTUNGSELEKTRONIK 116
2.3.3 ELEKTROLYT-KONDENSATOREN 118
2.3.4 KERAMIK-KONDENSATOREN 121
2.3.4.1 WERKSTOFFE UND EINTEILUNG 121
2.3.4.2 EIGENSCHAFTEN 121
2.3.4.3 BAUFORMEN 121
2.3.5 EINSTELLBARE KONDENSATOREN 124
2.4. INDUKTIVITAETEN 125
2.4.1 KERNEIGENSCHAFTEN 127
2.4.1.1 LUFTSPULEN 127
2.4.1.2 INDUKTIVITAETEN MIT KERN 127
2.4.1.3 KERNFORMEN 127
2.4.1.4 ERSATZSCHALTBILDER 127
2.4.1.5 HYSTERESEKURVE 128
2.4.1.6 FERRIMAGNETISCHES MATERIAL 129
2.4.1.7 FERROMAGNETIKA 130
2.4.2 WICKLUNGSEIGENSCHAFTEN 131
2.4.2.1 ZYLINDERWICKLUNG (SOLENOID) 131
2.4.2.2 WICKLUNGSKAPAZITAET 132
2.4.2.3 SCHEIBENWICKLUNG 132
2.4.2.4 RINGKERNSPULE (TOROID) 133
2.4.2.5 INDUKTIVITAET EINER ZYLINDERSPULE 133
2.5 DIODEN 134
2.5.1 SCHALTDIODEN 135
2.5.2 SCHOTTKY-DIODEN 138
2.5.3 GLEICHRICHTERDIODEN 139
2.5.3.1 NETZGLEICHRICHTER 141
2.5.3.2 SCHNELLE GLEICHRICHTERDIODEN 143
2.5.4 SCHOTTKY-LEISTUNGSDIODEN 144
2.5.5 Z-DIODEN 145
2.5.6 DIAC-TRIGGERDIODEN 146
X INHALT
2.5.7 FOTODIODEN 147
2.5.8 KAPAZITAETSDIODEN 149
2.5.9 PIN-DIODEN 150
2.5.10 STEP-RECOVERY-DIODEN 153
2.5.11 TUNNELDIODEN 154
2.5.12 BACKWARDDIODEN 155
3 AKTIVE BAUELEMENTE 156
3.1. TRANSISTOREN 156
3.1.1 ARTEN VON TRANSISTOREN UND DEREN AUFBAU 156
3.1.2 BESCHALTUNG UND FUNKTION DES TRANSISTORS 158
3.1.3 WICHTIGE KENNWERTE VON TRANSISTOREN 159
3.1.3.1 EINGANGSWIDERSTAND 159
3.1.3.2 STROMVERSTAERKUNG 160
3.1.3.3 AUSGANGSLEITWERT 162
3.1.3.4 SPANNUNGSRUECKWIRKUNG 162
3.1.3.5 //-PARAMETER ALS TRANSISTORKENNWERTE 163
3.1.3.6 RAUSCHEN 163
3.1.4 WEITERE KENNWERTE 165
3.1.4.1 RESTSTROEME 165
3.1.4.2 SPERRSCHICHTKAPAZITAETEN 165
3.1.4.3 TRANSITFREQUENZ 166
3.1.4.4 SCHALTZEITEN 166
3.1.5 TRANSISTOR-GRENZWERTE 166
3.1.5.1 SPERRSPANNUNGEN 166
3.1.5.2 STROEME 166
3.1.5.3 TEMPERATUREN 167
3.1.5.4 VERLUSTLEISTUNG 167
3.1.5.5 ERLAUBTER ARBEITSBEREICH 167
3.1.6 TYPENSCHLUESSEL FUER HALBLEITER 168
3.1.7 TRANSISTORDATENBLATT 168
3.2 ANALOGE GRUNDSCHALTUNGEN MIT BIPOLAREN TRANSISTOREN 173
3.2.1 EMITTERSCHALTUNG 173
3.2.1.1 EMITTERSCHALTUNG MIT STROMGEGENKOPPLUNG 175
3.2.1.2 EINSTELLUNG DES ARBEITSPUNKTES 177
3.2.1.3 PRAKTISCHE DIMENSIONIERUNG DER EMITTERSCHALTUNG 178
3.2.1.4 EMITTERSCHALTUNG MIT SPANNUNGSGEGENKOPPLUNG 180
3.2.1.5 EMITTERSCHALTUNG BEI HOEHEREN FREQUENZEN 180
3.2.2 KOLLEKTORSCHALTUNG 181
3.2.2.1 BOOTSTRAPSCHALTUNG 182
3.2.3 BASISSCHALTUNG 183
3.2.4 STROMQUELLE 185
3.2.5 DIFFERENZVERSTAERKER 185
3.2.5.1 GLEICHTAKTVERSTAERKUNG 187
3.2.5.2 GLEICHTAKTUNTERDRUECKUNG 187
3.2.5.3 KORREKTUR DER OFFSETSPANNUNG 188
3.2.5.4 GEGENKOPPLUNG IM DIFFERENZVERSTAERKER 189
3.2.6 DARLINGTONSCHALTUNG 189
3.2.7 VERSTAERKER FUER HOEHERE FREQUENZEN 191
3.2.7.1 GRENZEN DER VERSTAERKUNG (VERSTAERKUNGS-BANDBREITE-PRODUKT) 191
3.2.8 KASKODESCHALTUNG 192
XI
194
194
195
195
196
196
196
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215
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218
218
219
INHALL
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.3.1 SPERRSCHICHT-FELDEFFEKTTRANSISTOREN (JFET)
3.3.1.1 KENNLINIEN UND ARBEITSBEREICHE DES FELDEFFEKTTRANSISTORS
3.3.1.2 OHMSCHER BEREICH
3.3.1.3 TRIODENBEREICH
3.3.1.4 ABSCHNUERBEREICH
3.3.1.5 DURCHBRUCHBEREICH
3.3.2 MOS-FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.3.2.1 EINGANGSWIDERSTAND
3.3.2.2 STEILHEIT
3.3.2.3 AUSGANGSLEITWERT
3.3.2.4 SPANNUNGSRUECKWIRKUNG
3.3.3 WEITERE KENNWERTE DER FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.3.3.1 K-PARAMETER ALS KENNWERTE DES FELDEFFEKTTRANSISTORS
3.3.3.2 RAUSCHEN
3.3.3.3 RESTSTROEME
3.3.3.4 TEMPERATURVERHALTEN
3.3.3.5 GRENZFREQUENZ
3.3.3.6 SCHALTZEITEN
3.3.4 GRENZWERTE DER FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.3.4.1 STROEME
3.3.4.2 SPERRSPANNUNGEN
3.3.4.3 TEMPERATUREN
3.3.4.4 VERLUSTLEISTUNG UND ERLAUBTER ARBEITSBEREICH
SCHALTUNGSTECHNIK MIT FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.4.1 UEBERGANG VOM BIPOLAREN TRANSISTOR ZUM FELDEFFEKTTRANSISTOR
3.4.2 GRUNDSCHALTUNGEN DER FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.4.3 STABILISIERUNG DES ARBEITSPUNKTES UND DER VERSTAERKUNG
DURCH GEGENKOPPLUNG
3.4.4 WIRKUNG DER GEGENKOPPLUNG
3.4.5 DIFFERENZVERSTAERKER MIT FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.4.6 STEUERBARE SPANNUNGSTEILER MIT FELDEFFEKTTRANSISTOREN
3.4.7 FELDEFFEKTTRANSISTOREN ALS SCHALTER FUER ANALOGE SIGNALE
3.4.8 DUAL-GATE-MOSFET (DOPPELGATE-MOSFET)
3.4.9 MOSFET-LEISTUNGSTRANSISTOREN FUER SCHALTER
3.4.10 MOSFET-LEISTUNGSTRANSISTOREN FUER ANALOGE VERSTAERKER
LINEARE UND NICHTLINEARE VERSTAERKER
3.5.1 WICHTIGE EIGENSCHAFTEN LINEARER VERSTAERKER
3.5.2 HERLEITUNG DER OBERSCHWINGUNGEN UND DER MISCHPRODUKTE
3.5.3 MESSVERFAHREN ZUR BEURTEILUNG VON VERSTAERKERN
3.5.4 NICHTLINEARE VERSTAERKER
3.5.5 AUFBAU LINEARER VERSTAERKER IN DER PRAXIS
3.5.6 SCHALTUNGSTECHNISCHE BESONDERHEITEN GEGENGEKOPPELTER VERSTAERKER .
. . .
3.5.7 VORSICHTSMASSNAHMEN BEIM UMGANG MIT HALBLEITERN
HOCHFREQUENZ (HF)-VERSTAERKER
ANPASSUNG UND REFLEXION . .
TRANSPORT DER HOCHFREQUENZ AUF LEITUNGEN
XII INHALT
4.3 WELLENWIDERSTAND EINER HOCHFREQUENZLEITUNG 220
4.4 EINGANGS- UND AUSGANGSWIDERSTAENDE VON HF-TRANSISTOREN 221
4.4.1 S-PARAMETER 222
4.4.2 DEFINITION DER S-PARAMETER 222
4.4.3 MESSUNG DER S-PARAMETER 223
4.5 RAUSCHPARAMETER 224
4.5.1 RAUSCHFAKTOR 225
4.5.2 RAUSCHEN BEI MEHRSTUFIGEN VERSTAERKERN 225
4.6 DARSTELLUNG KOMPLEXER GROESSEN 226
4.7 ANWENDUNG DES SMITH-DIAGRAMMS 228
5 BAUELEMENTE DER LEISTUNGSELEKTRONIK 232
5.1 THYRISTOR 232
5.1.1 STATISCHE KENNLINIEN 232
5.1.2 DYNAMISCHE KENNLINIEN 235
5.1.3 SCHUTZBESCHALTUNG 235
5.1.4 KUEHLUNG 236
5.1.5 SPANNUNGSSTEUERUNG MIT THYRISTOREN 237
5.2 TRIAC 238
5.3 ABSCHALTTHYRISTOR (GTO) 238
5.4 INSULATED-GATE-BIPOLAR-TRANSISTOR (IG
BT) 239
6 OPTOELEKTRONIK 240
6.1 EINLEITUNG 240
6.2 RADIOMETRISCHE UND FOTOMETRISCHE GROESSEN 241
6.2.1 RADIOMETRISCHE GROESSEN 241
6.2.2 FOTOMETRISCHE GROESSEN 242
6.3 HALBLEITER-SENDER 244
6.3.1 STRAHLUNGSEMISSION AUS HALBLEITERN 244
6.3.2 LUMINESZENZDIODEN 245
6.3.3 HALBLEITERLASER 253
6.4 DISPLAYS 259
6.4.1 ANTHROPOTECHNISCHE GESICHTSPUNKTE 259
6.4.2 DISPLAYTYPEN 260
6.4.3 ANALOGANZEIGEN 262
6.4.4 NUMERISCHE ANZEIGEN 263
6.4.5 ALPHANUMERISCHE ANZEIGEN 265
INHALT XIII
6.5 HALBLEITER-DETEKTOREN 266
6.5.1 STRAHLUNGSABSORPTION IN HALBLEITERN 266
6.5.2 GUETEKRITERIEN VON DETEKTOREN 267
6.5.3 FOTOWIDERSTAND 268
6.5.4 FOTODIODE 271
6.5.5 SOLARZELLE 279
6.5.6 FOTOTRANSISTOR 284
6.5.7 FOTOTHYRISTOR 286
6.5.8 BILDSENSOREN 286
6.6 OPTOKOPPLER 290
6.7 LICHTWELLENLEITER 293
7 SENSOREN 298
7.1 GRUNDLAGEN 298
7.1.1 DEFINITION UND EINTEILUNG 298
7.1.2 WIRTSCHAFTLICHE UND TECHNISCHE BEDEUTUNG 298
7.2 SENSOREN FUER DIE WICHTIGSTEN MESSGROESSEN 304
7.2.1 WEG- UND POSITIONS-SENSOREN 304
7.2.2 KRAFT- UND DRUCK-SENSOREN 308
7.2.3 TEMPERATUR-SENSOREN 308
7.3 WERKSTOFFE UND TECHNOLOGIEN 312
7.3.1 SILICIUMTECHNIK 312
7.3.1.1 VORTEILE VON SILICIUM 312
7.3.1.2 PHYSIKALISCHE EFFEKTE 312
7.3.2 DUENNSCHICHTTECHNIK 314
7.3.2.1 VERFAHREN 314
7.3.2.2 ANWENDUNGEN 314
7.3.3 DICKSCHICHTTECHNIK 315
7.3.4 FASEROPTISCHE SENSOREN 316
7.3.4.1 MODULATION DER LICHTINTENSITAET 316
7.3.4.2 MODULATION DER WELLENLAENGE 316
7.3.4.3 MODULATION DER POLARISATION 316
7.3.5 CHEMISCHE SENSOREN 317
7.3.5.1 ELEKTROCHEMISCHE SENSOREN 317
7.3.5.2 CHEMISCHE FELDEFFEKTTRANSISTOREN 317
7.3.5.3 OPTOCHEMISCHE SENSOREN (OPTODEN) 318
7.4 BEVORZUGTE EINSATZGEBIETE 319
8 ANALOGE INTEGRIERTE SCHALTUNGEN 320
8.1 HERSTELLUNG UND TECHNOLOGIE 320
8.2 OPERATIONSVERSTAERKER 324
8.2.1 IDEALER UND REALER OPERATIONSVERSTAERKER 325
8.2.2 SCHALTUNGSTECHNISCHER AUFBAU 325
XIV INHALT
8.2.2.1 EINGANGSSTUFE ALS DIFFERENZVERSTAERKER 328
8.2.2.2 ZWEITE STUFE ALS SPANNUNGSVERSTAERKER 329
8.2.2.3 ENDSTUFE ALS STROMVERSTAERKER 330
8.2.3 BEISPIEL EINES STANDARDVERSTAERKERS 331
8.2.4 OPERATIONSVERSTAERKER FUER HOEHERE ANFORDERUNGEN 333
8.2.5 STABILITAETSBETRACHTUNG 334
8.3 OPERATIONSVERSTAERKER MIT STATISCHER BESCHALTUNG 337
8.3.1 INVERTIERENDER SPANNUNGSVERSTAERKER 340
8.3.2 NICHT INVERTIERENDER SPANNUNGSVERSTAERKER 341
8.3.3 DIFFERENZVERSTAERKER 342
8.3.4 SCHMITT-TRIGGER 344
8.3.5 NICHTLINEARER VERSTAERKER 345
8.3.6 ADDIERENDER VERSTAERKER, INVERTIEREND 347
8.3.7 ADDIERENDER VERSTAERKER, NICHT INVERTIEREND 347
8.3.8 KONSTANTSTROMQUELLEN 348
8.3.9 IDEALER EINWEGGLEICHRICHTER 349
8.3.10 ZWEIWEGGLEICHRICHTER OHNE GEMEINSAMES POTENTIAL 349
8.3.11 ZWEIWEGGLEICHRICHTER MIT GEMEINSAMEM POTENTIAL 350
8.3.12 SPITZENWERTGLEICHRICHTER 351
8.3.13 LOGARITHMIERSCHALTUNG 351
8.3.14 DELOGARITHMIERSCHALTUNG (EXPONENTIALVERSTAERKER) 353
8.4 OPERATIONSVERSTAERKER MIT DYNAMISCHER BESCHALTUNG 354
8.4.1 INTEGRATOR 356
8.4.2 DIFFERENZIERER 358
8.4.3 FILTERSCHALTUNGEN 360
8.4.3.1 TIEFPASS 1. ORDNUNG 360
8.4.3.2 TIEFPASS 2. ORDNUNG 361
8.4.3.3 HOCHPASS 1. ORDNUNG 364
8.4.3.4 HOCHPASS 2. ORDNUNG 365
8.4.3.5 BANDPASS (SELEKTIVES FILTER) 365
8.4.3.6 BANDSPERRE 368
8.4.3.7 FILTER HOEHERER ORDNUNG 369
8.5 WEITERE WICHTIGE INTEGRIERTE ANALOGSCHALTUNGEN 369
8.5.1 KOMPARATOREN 369
8.5.2 SPANNUNGSREGLER 370
8.5.3 BANDGAP-REFERENZELEMENT 371
9 DIGITAL-ANALOG- UND ANALOG-DIGITAL-WANDLER 375
9.1 DIGITAL-ANALOG-WANDLER (DA-WANDLER) 375
9.1.1 R-2R-LEITERNETZWERK 375
9.1.2 MULTIPLIZIERENDER DA-WANDLER 376
9.1.3 VIER-QUADRANTEN MULTIPLIZIERENDER DA-WANDLER 378
9.1.4 DA-WANDLER MIT FESTER REFERENZSPANNUNG 379
9.1.5 DATENWANDLER MIT MIKROPROZESSORKOMPATIBLER SCHNITTSTELLE 379
9.1.6 UNERWUENSCHTE SPITZEN BEIM WEITERZAEHLEN DES DIGITALEN
EINGANGSWERTES . . 380
9.1.7 FEHLER BEI DER DATENUMSETZUNG 381
INHALT XV
9.2 ANALOG-DIGITAL-WANDLER
9.2.1 INTEGRIERENDE ANALOG-DIGITAL-WANDLER
9.2.2 ANALOG-DIGITAL-WANDLER NACH DEM PRINZIP DER SUKZESSIVEN
APPROXIMATION
9.2.3 ABTAST- UND HALTESCHALTUNG (SAMPLE AND HOLD)
9.2.4 PARALLEL-ANALOG-DIGITAL-WANDLER
9.2.5 ANALOG-DIGITAL-WANDLER NACH DEM DELTA-SIGMA-VERFAHREN
10 ANALOGE REGELUNGSTECHNIK
10.1 STEUERUNG UND REGELUNG
10.2 BEISPIEL EINER ELEKTRONISCHEN REGELUNG
10.3 BEISPIEL EINER ELEKTRONISCH-MECHANISCHEN REGELUNG
10.4 GRUNDSAETZLICHE BETRACHTUNG EINER REGELUNG
10.5 ELEMENTE DES REGELKREISES UND IHRE EIGENSCHAFTEN
.10.6 VORGEHEN BEIM ENTWURF
EINER STABILEN REGELUNG
10.6.1 AUFBAU
10.6.2 STABILITAETSBEDINGUNG
10.6.3 BEURTEILUNG EINES REGELKREISES MIT DEM BODE-DIAGRAMM
10.6.4 EINSCHWINGVERHALTEN
10.6.5 VERBLEIBENDE ABWEICHUNG
10.7 ZUSAMMENFASSUNG
11 GRUNDLAGEN DER DIGITALEN SCHALTUNGSTECHNIK . . .
11.1 ZAHLENSYSTEME
11.1.1 DUALES ZAHLENSYSTEM
11.1.2 HEXADEZIMALES ZAHLENSYSTEM
11.1.3 BCD-ZAHLENSYSTEM
11.1.4 ERWEITERUNGEN DES BINAEREN ZAHLENSYSTEMS
11.1.4.1 NEGATIVE ZAHLEN
11.1.4.2 FESTKOMMA-UND GLEITKOMMAZAHLEN . .
11.2 KODES
11.2.1 GRAY-KODE
11.2.2 FERNSCHREIBE-KODE
11.2.3 ASCII-KODE
11.2.4 REDUNDANTE KODES
11.2.5 FEHLERERKENNENDE KODES
11.2.6 FEHLERKORRIGIERENDE KODES
11.3 GRUNDLAGEN DER BOOLESCHEN ALGEBRA
11.3.1 BINAERE VERKNUEPFUNGEN
11.3.2 GESETZE VON BOOLE UND DE MORGAN . .
11.3.2.1 GESETZE DER SCHALTALGEBRA
383
383
386
388
389
392
393
393
393
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395
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401
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410
410
411
415
415
417
418
421
421
422
426
426
429
429
XVI INHALT
11.3.2.2 GESETZE VON DE MORGAN 429
11.3.3 ENTWICKLUNG EINER SCHALTUNG MIT HILFE DER BOOLESCHEN ALGEBRA 432
11.4 MINIMIERUNG NACH KARNAUGH-VEITCH 434
11.4.1 GRUNDLAGEN 434
11.4.2 KARNAUGH-VEITCH-DIAGRAMM FUER DREI EINGANGSVARIABLE 436
11.4.3 KARNAUGH-VEITCH-DIAGRAMM FUER VIER EINGANGSVARIABLE 437
11.4.4 KARNAUGH-VEITCH-DIAGRAMM FUER FUENF EINGANGSVARIABLE 439
11.4.5 KARNAUGH-VEITCH-DIAGRAMM FUER SECHS UND MEHR EINGANGSVARIABLE ....
440
11.4.6 BEISPIELE ZUR KARNAUGH-VEITCH-MINIMIERUNG 442
12 DIGITALE BAUELEMENTE 446
12.1 LOGIKFAMILIEN 447
12.1.1 TTL 450
12.1.2 FAST 454
12.1.3 CMOS 455
12.1.4 HIGH-SPEED-CMOS 458
12.1.5 ECL 461
12.1.6 SCHALTZEICHEN UND GEHAEUSEFORMEN 463
12.2 SPEICHERBAUTEILE UND SPEICHERAUFBAU 470
12.2.1 FLUECHTIGE SPEICHER 47:1
12.2.2 NICHT
FLUECHTIGE
SPEICHER 473
12.2.3 SONDERFORMEN VON SPEICHERBAUTEILEN 475
12.2.4 AUFBAU GROSSER SPEICHERSYSTEME 476
12.3 MIKRORECHNER 478
12.3.1 MIKROPROZESSOREN 479
12.3.2 SINGLE-CHIP-MIKROCOMPUTER 480
12.3.3 RISC-COMPUTER 482
12.3.4 TRANSPUTER 483
13 ENTWICKLUNG DIGITALER SCHALTUNGEN 486
13.1 ENTWICKLUNGSPHASEN 486
13.2 PULSFAHRPLAN 490
13.3 LEITUNGEN FUER DIGITALE SIGNALE 493
13.3.1 BANDBEGRENZUNG DIGITALER SIGNALE 494
13.3.2 REFLEXIONEN 495
13.3.2.1 ABGESCHLOSSENE LEITUNG 495
13.3.2.2 OFFENE LEITUNG 503
13.4. STOERFREIER ENTWURF
DIGITALER SCHALTUNGEN (GLITCH-FREE-DESIGN) 506
13.5 PHASE LOCKED LOOP 509
13.5.1 GRUNDLAGEN 509
13.5.2 DIGITALER PLL 511
13.5.3 TIEFPASS 1. ORDNUNG 517
INHALT XVII
14 ASIC
14.1 UEBERSICHT
14.1.1 DIGITALE ASIC-FAMILIEN
14.1.2 ANALOGE ASIC
14.2 PROGRAMMIERBARE LOGISCHE BAUTEILE (PLD)
14.2.1 AUFBAU DES PAL (PROGRAMMABLE ARRAY LOGIC)
14.2.1.1 EINGANGSSCHALTUNG DES PAL
14.2.1.2 VERKNUEPFUNGEN IM AND-ARRAY
14.2.1.3 VERKNUEPFUNGEN IM OR-ARRAY
14.2.1.4 AUSGARIGSSCHALTUNGEN
14.2.2 REALISIERUNG EINER SCHALTUNG
14.2.3 TESTEN VON PLD-BAUTEILEN
14.3 DIGITALE GATE-ARRAYS
14.3.1 KANAL-GATE-ARRAY
14.3.2 KANALLOSE GATE-ARRAYS (SEA OF GATES)
14.3.3 PROGRAMMIERBARE GATE-ARRAYS
14.3.3.1 LOGIC CELL ARRAY (LCA)
14.3.3.2 FIELD PROGRAMMABLE GATE-ARRAY (FPGA)
14.4 STANDARD-ZELLEN-ASIC
14.4.1 AUFBAU DER STANDARD-ZELLEN-ASIC
14.4.2 ELEKTRONENSTRAHL-DIREKT-SCHREIBVERFAHREN
14.4.3 STANDARDISIERTE KUNDENSCHALTKREISE (APPLICATION SPECIFIC STANDARD
PRODUCTS,
ASSP)
15 SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN
15.1 EINFUEHRUNG
15.2 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE
15.3 PROGRAMMIERUNG SPEICHERPROGRAMMIERBARER STEUERUNGEN
15.3.1 BEFEHLSVORRAT EINER SPS
15.3.2 ARTEN DER PROGRAMMDARSTELLUNG
15.4 PROGRAMMIERUNG EINFACHER STEUERUNGSFUNKTIONEN ....
15.4.1 STEUERUNGEN MIT VERKNUEPFUNGSFUNKTIONEN . . .
15.4.1.1 ODER-FUNKTION, UND-FUNKTION UND NEGATION
15.4.1.2 DISJUNKTIVE UND KONJUNKTIVE SCHALTFUNKTIONEN .
15.4.2 SPEICHERFUNKTION
15.4.3 AUSWERTUNG VON SIGNALFLANKEN
15.4.4 ZEITGEBERFUNKTION
15.4.5 ZAEHLER
15.4.6 REALISIERUNG VON ABLAUFSTEUERUNGEN
15.5 PROGRAMMIERUNG MIT SOFTWARE-BAUSTEINEN
15.6 PROGRAMMIEREINRICHTUNGEN
521
522
522
524
527
527
528
529
530
530
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539
540
540
541
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543
544
547
548
549
550
552
552
553
555
555
555
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557
557
558
560
560
561
562
563
565
566
XVIII INHALT
16 SCHNITTSTELLEN, BUSSYSTEME UND NETZE 568
16.1 EINFUEHRUNG 568
16.2 GRUNDBEGRIFFE DER DATENUEBERTRAGUNG 568
16.2.1 ARTEN DER VERBINDUNG, DES BETRIEBS UND DER UEBERTRAGUNG 569
16.2.2 DATENFORMATE UND STEUERZEICHEN BEI SERIELLER UEBERTRAGUNG 570
16.2.3 UEBERTRAGUNGSSTEUERUNG (HANDSHAKE) 571
16.3 SCHNITTSTELLEN 571
16.3.1 CENTRONICS-SCHNITTSTELLE 571
16.3.2 IEC-BUS 573
16.3.3 V.24-SCHNITTSTELLE 575
16.3.3.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 575
16.3.3.2 FUNKTIONALE EIGENSCHAFTEN 575
16.3.3.3 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN 576
16.3.3.4 VERBINDUNGEN UND FEHLERSUCHE 576
16.3.3.5 ANSCHLUSSMOEGLICHKEITEN 577
16.3.3.6 FUNKTIONSUEBERPRUEFUNG 579
16.3.3.7 V.24-SCHNITTSTELLE IN DER DATENFERNUEBERTRAGUNG 579
16.4 BUSSYSTEME 581
16.4.1 PARALLELE BUSSYSTEME 581
16.4.2 SERIELLE BUSSYSTEME 582
16.5 NETZE 584
16.5.1 EINFUEHRUNG 584
16.5.2 GLOBAL AREA NETWORKS (GAN) 584
16.5.3 WIDE AREA NETWORKS (WAN) 585
16.5.4 LOKALE NETZE (LAN) 586
16.5.5 OSI-MODELL MIT SIEBEN SCHICHTEN 587
16.5.5.1 BESCHREIBUNG 587
16.5.5.2 SCHICHTEN DES OSI-MODELLS 589
16.5.6 SNA-MODELL (SYSTEM NETWORK ARCHITECTURE) 592
16.5.7 DNA-MODELL (DIGITAL NETWORK ARCHITECTURE) 593
16.5.8 ZUGRIFFSVERFAHREN BEI NETZEN 594
16.5.8.1 KOLLISIONSBEHAFTETE VERFAHREN 594
16.5.8.2 KOLLISIONSFREIE VERFAHREN 596
16.5.9 MAP- UND TOP-STANDARDS 600
16.5.9.1 MAP-STANDARD (BITBUS ZUR FERTIGUNGSSTEUERUNG) 600
16.5.9.2 TOP-STANDARD 602
16.5.10 ISDN 603
16.5.10.1 ISDN-KONZEPT 603
16.5.10.2 ISDN-KONZEPT IM OSI-MODELL 604
16.5.10.3 ISDN-DIENSTE MIT BITRATEN BIS ZU 64 KBIT/S 605
16.5.10.4 KOMMUNIKATION MIT PRIVATEN NETZEN (LAN) 605
16.5.11 KOPPLUNG VON NETZEN 606
16.5.12 PLANUNG VON LOKALEN NETZEN 608
16.5.12.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN 608
16.5.12.2 EINFUEHRUNG EINES HIERARCHISCHEN KOMMUNIKATIONSKONZEPTES 608
16.5.12.3 EINSATZ VON LICHTWELLENLEITERN 609
16.5.12.4 VORGEHENSWEISE BEI DER PLANUNG VON NETZEN 610
INHALT XIX
17 STROMVERSORGUNG 611
17.1 ARTEN DER SPANNUNGSQUELLEN (ENERGIEQUELLEN) 612
17.2 VERSCHIEDENE AUSFUEHRUNGEN DER STROMVERSORGUNG 613
17.2.1 POTENTIALTRENNUNG 613
17.2.2 TRANSFORMATOR 613
17.2.3 TRANSFORMATOR-NETZTEIL 617
17.2.4 GLEICHRICHTER-SCHALTUNGEN 617
17.2.5 LINEARE REGLER 620
17.3 GETAKTETE STROMVERSORGUNGEN 625
17.3.1 PULSBREITENMODULATION 625
17.3.2 DURCHFLUSSWANDLER 626
17.3.2.1 TIEFSETZSTELLER 626
17.3.2.2 EINTAKT-FLUSSWANDLER MIT TRANSFORMATOR 628
17.3.2.3 FLUSSWANDLER-VARIANTEN 630
17.3.2.4 TRANSDUKTOR (SAETTIGUNGSDROSSEL) 632
17.3.3 SPERRWANDLER 632
17.3.3.1 HOCH- UND TIEFSETZSTELLER 633
17.3.3.2 SPERRWANDLER MIT TRANSFORMATOR 633
17.3.3.3 HOCHSETZSTELLER 633
17.3.4 RESONANZWANDLER 634
.17.3.5 EINGANGSFILTER 635
17.4 REGELUNGSTECHNIK 636
17.4.1 FUEHLERLEITUNGEN 636
17.4.2 REGELUNG EINES FLUSSWANDLERS 637
17.5 WIRKUNGSGRAD 638
17.5.1 ENTWAERMUNG (WAERMEUEBERTRAGUNG) 638
.17.6 GESETZLICHE VORSCHRIFTEN UND NORMEN 639
17.6.1 PRODUKTHAFTUNG 639
17.6.2 SICHERHEIT 640
17.6.2.1 ELEKTRISCHE SICHERHEIT 640
17.6.2.2 BRANDSCHUTZ 642
17.6.3 ELEKTROMAGNETISCHE VERTRAEGLICHKEIT (EMV) 642
17.6.4 NETZRUECKWIRKUNGEN; NETZOBERSCHWINGUNGEN 643
18 LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN 644
19 WEITERFUEHRENDES SCHRIFTTUM 657
20 SACHWORTVERZEICHNIS 660
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