Elektronik für Ingenieure:
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| New Title: | Hering, Ekbert Elektronik für Ingenieure und Naturwissenschaftler |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
1998
|
| Edition: | 3. Aufl. |
| Series: | Springer-Lehrbuch
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XIX, 675 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540638539 9783540638537 |
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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
H
ELMHOLTZ
)
.
21
1.5.3
BERECHNUNG
ELEKTRISCHER
NETZWERKE
.
22
1.5.3.1
LOESUNG
LINEARER
GLEICHUNGSSYSTEME
.
22
1.5.3.2
MASCHENSTROMANALYSE
(KREISSTROMVERFAHREN)
.
25
1.5.3.3
KNOTENSPANNUNGSANALYSE
(KNOTENPOTENTIALANALYSE)
.
26
1.5.3.4
VERGLEICH
DER
MASCHENSTROM
UND
KNOTENSPANNUNGSANALYSE
.
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
1.6.2.2
EFFEKTIVWERT
UND
HALBSCHWINGUNGSMITTELWERT
.
35
1.6.2.3
SCHEITELFAKTOR
(CRESTFAKTOR)
.
36
1.6.2.4
FORMFAKTOR
.
36
1.6.3
KOMPLEXE
RECHNUNG
IM
WECHSELSTROMKREIS
.
36
1.6.3.1
ZEIGERDARSTELLUNG
KOMPLEXER
GROESSEN
.
37
1.6.3.2
OHMSCHES
GESETZ
.
37
1.6.3.3
VERHALTEN
DER
BAUELEMENTE
.
39
1.6.3.4
REIHEN
UND
PARALLELSCHALTUNG
.
39
1.6.3.5
AEQUIVALENTE
UMWANDLUNGEN
.
43
1.6.3.6
ZUSAMMENGESETZTE
SCHALTUNGEN
.
44
1.6.4
NICHT
SINUSFOERMIGE
WECHSELGROESSEN
.
45
1.6.5
DAEMPFUNG
UND
VERSTAERKUNG
.
46
1.6.6
SHANNONSCHES
ABTASTTHEOREM
.
49
1.7
MESSUNG
ELEKTRISCHER
GROESSEN
.
51
1.8
GRUNDLAGEN
DER
HALBLEITERPHYSIK
.
51
1.8.1
MATERIALIEN
.
51
1.8.2
ENERGIEBAENDER
.
55
1.8.3
LADUNGSTRAEGERKONZENTRATION
.
57
1.8.3.1
EIGENLEITUNG
.
57
1.8.3.2
STOERSTELLENLEITUNG
.
60
1.8.4
BEWEGLICHKEIT
.
62
1.8.5
LEITFAEHIGKEIT
.
63
1.8.6
AUSGLEICHSVORGAENGE
.
64
1.8.6.1
ZEITVERHALTEN
.
65
1.8.6.2
RAEUMLICHE
AUSBREITUNG
EINER
STOERUNG
.
65
1.8.7
PN-UEBERGANG
.
67
1.8.7.1
FELD
UND
POTENTIALVERLAUF
.
67
1.8.7.2
STROM-SPANNUNGS-KENNLINIE
.
69
1.9
HERSTELLUNG
KOMPLETTER
SCHALTUNGEN
.
72
1.9.1
LEITERPLATTEN
.
72
1.9.2
STREIFENLEITER
.
75
1.9.3
SMT
(SURFACE
MOUNTED
TECHNOLOGY)
.
76
1.9.4
DICKSCHICHT-TECHNOLOGIE
.
80
1.9.5
DUENNSCHICHT-TECHNOLOGIE
.
83
1.9.6
HYBRID-TECHNOLOGIE
.
85
1.10
BEZEICHNUNG
ELEKTRISCHER
GROESSEN
.
86
2
PASSIVE
BAUELEMENTE
.
87
2.1
ELEKTRONISCHE
BAUELEMENTE
.
87
2.1.1
UEBERSICHT
.
87
2.1.2
ANFORDERUNGEN
UND
ANWENDUNGSKLASSEN
.
87
2.1.3
ZUVERLAESSIGKEIT
.
88
2.1.3.1
URSACHEN
EINES
AUSFALLS
.
89
2.1.3.2
MITTLERE
AUSFALLRATE
.
89
2.1.3.3
DURCHSCHNITTLICHE
LEBENSDAUER
.
91
2.1.3.4
HERSTELLGRENZQUALITAET
.
91
2.1.4
NORMREIHEN
.
92
2.1.5
KLASSIFIKATION
VON
DISKRETEN
HALBLEITER-BAUELEMENTEN
.
92
2.1.6
DATENBLAETTER
.
94
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
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
3.3
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
194
3.3.1
SPERRSCHICHT-FELDEFFEKTTRANSISTOREN
(JFET)
.
194
3.3.1.1
KENNLINIEN
UND
ARBEITSBEREICHE
DES
FELDEFFEKTTRANSISTORS
.
195
3.3.1.2
OHMSCHER
BEREICH
.
195
3.3.1.3
TRIODENBEREICH
.
196
3.3.1.4
ABSCHNUERBEREICH
.
196
3.3.1.5
DURCHBRUCHBEREICH
.
196
3.3.2
MOS-FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
196
3.3.2.1
EINGANGSWIDERSTAND
.
197
3.3.2.2
STEILHEIT
.
198
3.3.2.3
AUSGANGSLEITWERT
.
198
3.3.2.4
SPANNUNGSRUECKWIRKUNG
.
199
3.3.3
WEITERE
KENNWERTE
DER
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
199
3.3.3.1
F-PARAMETER
ALS
KENNWERTE
DES
FELDEFFEKTTRANSISTORS
.
199
3.3.3.2
RAUSCHEN
.
199
3.3.3.3
RESTSTROEME
.
200
3.3.3.4
TEMPERATURVERHALTEN
.
200
3.3.3.5
GRENZFREQUENZ
.
200
3.3.3.6
SCHALTZEITEN
.
201
3.3.4
GRENZWERTE
DER
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
201
3.3.4.1
STROEME
.
201
3.3.4.2
SPERRSPANNUNGEN
.
201
3.3.4.3
TEMPERATUREN
.
201
3.3.4.4
VERLUSTLEISTUNG
UND
ERLAUBTER
ARBEITSBEREICH
.
201
3.4
SCHALTUNGSTECHNIK
MIT
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
202
3.4.1
UEBERGANG
VOM
BIPOLAREN
TRANSISTOR
ZUM
FELDEFFEKTTRANSISTOR
.
202
3.4.2
GRUNDSCHALTUNGEN
DER
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
202
3.4.3
STABILISIERUNG
DES
ARBEITSPUNKTES
UND
DER
VERSTAERKUNG
DURCH
GEGENKOPPLUNG
.
203
3.4.4
WIRKUNG
DER
GEGENKOPPLUNG
.
204
3.4.5
DIFFERENZVERSTAERKER
MIT
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
205
3.4.6
STEUERBARE
SPANNUNGSTEILER
MIT
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
.
205
3.4.7
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
ALS
SCHALTER
FUER
ANALOGE
SIGNALE
.
206
3.4.8
DUAL-GATE-MOSFET
(DOPPELGATE-MOSFET)
.
206
3.4.9
MOSFET-LEISTUNGSTRANSISTOREN
FUER
SCHALTER
.
207
3.4.10
MOSFET-LEISTUNGSTRANSISTOREN
FUER
ANALOGE
VERSTAERKER
.
210
3.5
LINEARE
UND
NICHTLINEARE
VERSTAERKER
.
212
3.5.1
WICHTIGE
EIGENSCHAFTEN
LINEARER
VERSTAERKER
.
212
3.5.2
HERLEITUNG
DER
OBERSCHWINGUNGEN
UND
DER
MISCHPRODUKTE
.
212
3.5.3
MESSVERFAHREN
ZUR
BEURTEILUNG
VON
VERSTAERKERN
.
213
3.5.4
NICHTLINEARE
VERSTAERKER
.
213
3.5.5
AUFBAU
LINEARER
VERSTAERKER
IN
DER
PRAXIS
.
213
3.5.6
SCHALTUNGSTECHNISCHE
BESONDERHEITEN
GEGENGEKOPPELTER
VERSTAERKER
.
215
3.5.7
VORSICHTSMASSNAHMEN
BEIM
UMGANG
MIT
HALBLEITERN
.
216
4
HOCHFREQUENZ
(HF)-VERSTAERKER
.
218
4.1
ANPASSUNG
UND
REFLEXION
.
218
4.2
TRANSPORT
DER
HOCHFREQUENZ
AUF
LEITUNGEN
.
219
4.3
WELLEN
WIDERSTAND
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
(IGBT)
.
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
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
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
SUBTRAHIERVERSTAERKER
.
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
9.2
ANALOG-DIGITAL-WANDLER
.
383
9.2.1
INTEGRIERENDE
ANALOG-DIGITAL-WANDLER
.
383
9.2.2
ANALOG-DIGITAL-WANDLER
NACH
DEM
PRINZIP
DER
SUKZESSIVEN
APPROXIMATION
386
9.2.3
ABTAST
UND
HALTESCHALTUNG
(SAMPLE
AND
HOLD)
.
388
9.2.4
PARALLEL-ANALOG-DIGITAL-WANDLER
.
389
9.2.5
ANALOG-DIGITAL-WANDLER
NACH
DEM
DELTA-SIGMA-VERFAHREN
.
392
10
ANALOGE
REGELUNGSTECHNIK
.
393
10.1
STEUERUNG
UND
REGELUNG
.
393
10.2
BEISPIEL
EINER
ELEKTRONISCHEN
REGELUNG
.
393
10.3
BEISPIEL
EINER
ELEKTRONISCH-MECHANISCHEN
REGELUNG
.
394
10.4
GRUNDSAETZLICHE
BETRACHTUNG
EINER
REGELUNG
.
395
10.5
ELEMENTE
DES
REGELKREISES
UND
IHRE
EIGENSCHAFTEN
.
395
10.6
VORGEHEN
BEIM
ENTWURF
EINER
STABILEN
REGELUNG
.
398
10.6.1
AUFBAU
.
398
10.6.2
STABILITAETSBEDINGUNG
.
398
10.6.3
BEURTEILUNG
EINES
REGELKREISES
MIT
DEM
BODE-DIAGRAMM
.
399
10.6.4
EINSCHWINGVERHALTEN
.
401
10.6.5
VERBLEIBENDE
ABWEICHUNG
.
402
10.7
ZUSAMMENFASSUNG
.
403
11
GRUNDLAGEN
DER
DIGITALEN
SCHALTUNGSTECHNIK
.
404
11.1
ZAHLENSYSTEME
.
404
11.1.1
DUALES
ZAHLENSYSTEM
.
405
11.1.2
HEXADEZIMALES
ZAHLENSYSTEM
.
406
11.1.3
BCD-ZAHLENSYSTEM
.
409
11.1.4
ERWEITERUNGEN
DES
BINAEREN
ZAHLENSYSTEMS
.
410
11.1.4.1
NEGATIVE
ZAHLEN
.
410
11.1.4.2
FESTKOMMA
UND
GLEITKOMMAZAHLEN
.
411
11.2
KODES
.
415
11.2.1
GRAY-KODE
.
415
11.2.2
FERNSCHREIBE-KODE
.
417
11.2.3
ASCII-KODE
.
418
11.2.4
REDUNDANTE
KODES
.
421
11.2.5
FEHLERERKENNENDE
KODES
.
421
11.2.6
FEHLERKORRIGIERENDE
KODES
.
422
11.3
GRUNDLAGEN
DER
BOOLESCHEN
ALGEBRA
.
426
11.3.1
BINAERE
VERKNUEPFUNGEN
.
426
11.3.2
GESETZE
VON
BOOLE
UND
DE
MORGAN
.
429
11.3.2.1
GESETZE
DER
SCHALTALGEBRA
.
429
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
.
471
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
14
ASIC
.
521
14.1
UEBERSICHT
.
522
14.1.1
DIGITALE
ASIC-FAMILIEN
.
522
14.1.2
ANALOGE
ASIC
.
524
14.2
PROGRAMMIERBARE
LOGISCHE
BAUTEILE
(PLD)
.
527
14.2.1
AUFBAU
DES
PAL
(PROGRAMMABLE
ARRAY
LOGIC)
.
527
14.2.1.1
EINGANGSSCHALTUNG
DES
PAL
.
528
14.2.1.2
VERKNUEPFUNGEN
IM
AND-ARRAY
.
529
14.2.1.3
VERKNUEPFUNGEN
IM
OR-ARRAY
.
530
14.2.1.4
AUSGANGSSCHALTUNGEN
.
530
14.2.2
REALISIERUNG
EINER
SCHALTUNG
.
531
14.2.3
TESTEN
VON
PLD-BAUTEILEN
.
539
14.3
DIGITALE
GATE-ARRAYS
.
540
14.3.1
KANAL-GATE-ARRAY
.
540
14.3.2
KANALLOSE
GATE-ARRAYS
(SEA
OF
GATES)
.
541
14.3.3
PROGRAMMIERBARE
GATE-ARRAYS
.
543
14.3.3.1
LOGIC
CELL
ARRAY
(LCA)
.
543
14.3.3.2
FIELD
PROGRAMMABLE
GATE-ARRAY
(FPGA)
.
544
14.4
STANDARD-ZELLEN-ASIC
.
547
14.4.1
AUFBAU
DER
STANDARD-ZELLEN-ASIC
.
548
14.4.2
ELEKTRONENSTRAHL-DIREKT-SCHREIBVERFAHREN
.
549
14.4.3
STANDARDISIERTE
KUNDENSCHALTKREISE
(APPLICATION
SPECIFIC
STANDARD
PRODUCTS,
ASSP)
.
550
15
SPEICHERPROGRAMMIERBARE
STEUERUNGEN
.
552
15.1
EINFUEHRUNG
.
552
15.2
AUFBAU
UND
WIRKUNGSWEISE
.
553
15.3
PROGRAMMIERUNG
SPEICHERPROGRAMMIERBARER
STEUERUNGEN
.
555
15.3.1
BEFEHLSVORRAT
EINER
SPS
.
555
15.3.2
ARTEN
DER
PROGRAMMDARSTELLUNG
.
555
15.4
PROGRAMMIERUNG
EINFACHER
STEUERUNGSFUNKTIONEN
.
557
15.4.1
STEUERUNGEN
MIT
VERKNUEPFUNGSFUNKTIONEN
.
557
15.4.1.1
ODER-FUNKTION,
UND-FUNKTION
UND
NEGATION
.
557
15.4.1.2
DISJUNKTIVE
UND
KONJUNKTIVE
SCHALTFUNKTIONEN
.
558
15.4.2
SPEICHERFUNKTION
.
560
15.4.3
AUSWERTUNG
VON
SIGNALFLANKEN
.
560
15.4.4
ZEITGEBERFUNKTION
.
561
15.4.5
ZAEHLER
.
562
15.4.6
REALISIERUNG
VON
ABLAUFSTEUERUNGEN
.
563
15.5
PROGRAMMIERUNG
MIT
SOFTWARE-BAUSTEINEN
.
565
15.6
PROGRAMMIEREINRICHTUNGEN
.
566
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-B
US
.
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
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
.
644
18
LOESUNGEN
DER
UEBUNGSAUFGABEN
.
645
19
WEITERFUEHRENDES
SCHRIFTTUM
.
658
20
SACHWORTVERZEICHNIS
.
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