Elektrotechnik für Maschinenbauer: Grundlagen
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| New Title: | Hering, Ekbert Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer |
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
1999
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EKBERT HERING * JUERGEN GUTEKUNST * ROLF MARTIN
GRUNDLAGEN
MIT 318 ABBILDUNGEN
UNTER MITARBEIT VON:
DIPL.-ING. KLAUS BRESSLER DIPL.-ING. ALOIS VOGT
SPRINGER
IMAGE 2
INHALT
A GRUNDLAGEN DER ELEKTROTECHNIK 1
A.1 PHYSIKALISCHE GRUNDGESETZE UND DEFINITIONEN 1
A.1.1 LADUNG 1
A.1.2 SPANNUNG 1
A.1.3 STROM 2
A.1.4 OHMSCHES GESETZ 4
A.1.5 WIDERSTAND 4
A.1.6 ARBEIT UND LEISTUNG 6
A.1.7 KIRCHHOFFSCHE REGELN 6
UEBUNGSAUFGABEN 8
A.2 GLEICHSTROMKREISE MIT LINEAREN KOMPONENTEN 9
A.2.1 ZWEIPOLQUELLEN 9
A.2.2 REIHENSCHALTUNG VON WIDERSTAENDEN 12
A.2.3 PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTAENDEN 13
A.2.4 GEMISCHTE SCHALTUNGEN 14
A.2.5 MESSUNG ELEKTRISCHER GROESSEN 18
A.2.5.1 STROMMESSUNG 18
A.2.5.2 SPANNUNGSMESSUNG 19
A.2.5.3 WIDERSTANDSMESSUNG 19
UEBUNGSAUFGABEN 21
A.3 ELEKTRISCHES FELD 22
A.3.1 FELDBEGRIFF 22
A.3.2 KONDENSATOR 23
A.3.3 LADEN UND ENTLADEN VON KONDENSATOREN 26
A.3.4 ENERGIEINHALT DES ELEKTRISCHEN FELDES 26
UEBUNGSAUFGABEN 27
A.4 MAGNETISCHES FELD 28
A.4.1 FELDBEGRIFF 28
A.4.2 KRAFTWIRKUNGEN IM MAGNETFELD 31
A.4.3 MATERIE IM MAGNETFELD 34
A.4.4 MAGNETISCHER KREIS 38
A.4.5 ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION 45
A.4.6 SELBSTINDUKTION 48
A.4.7 EIN-UND AUSSCHALTEN VON STROMKREISEN MIT INDUKTIVITAETEN 49
A.4.8 ENERGIEINHALT DES MAGNETISCHEN FELDES 51
UEBUNGSAUFGABEN 51
A.5 WECHSELSTROMKREISE 52
A.5.1 BENENNUNGEN UND DEFINITIONEN 52
IMAGE 3
VIII INHALT
A.5.2 SINUSFOERMIGE STROEME UND SPANNUNGEN 55
A.5.3 ZEIGERDIAGRAMM 57
A.5.4 WIDERSTAND, SPULE UND KONDENSATOR BEI SINUSFOERMIGEM WECHSELSTROM
62 A.5.5 WECHSELSTROMSCHALTUNGEN VON WIDERSTAND, SPULE UND KONDENSATOR .
. 64 A.5.6 BLINDLEISTUNGSKOMPENSATION 73
A.5.7 SCHWINGKREISE 75
A.5.8 ORTSKURVEN 80
A.5.9 TRANSFORMATOR 81
UEBUNGSAUFGABEN 91
A.6 DREHSTROM 92
A.6.1 ENTSTEHUNG DER DREIPHASENWECHSELSPANNUNG 92
A.6.2 STERNSCHALTUNG 94
A.6.3 DREIECKSCHALTUNG 98
UEBUNGSAUFGABEN 100
A.7 LEITUNGSPHAENOMENE 101
A.7.1 ELEKTRISCHE LEITUNG IN METALLEN 101
A.7.2 ELEKTRISCHE LEITUNG IN HALBLEITERN 102
UEBUNGSAUFGABEN 107
B ELEKTRISCHE MESSTECHNIK
B.L GRUNDLAGEN 108
B.1.1 DEFINITIONEN UND BEGRIFFE 108
B.1.2 EINTEILUNG ELEKTRISCHER MESSGERAETE 114
B.1.3 UEBERSICHT UEBER DIE DARSTELLUNG DER MESSWERTE 114
B.1.4 MESSFEHLER, GENAUIGKEIT UND EMPFINDLICHKEIT 116
B.2 MESSUNG VON SPANNUNG UND STROM 121
B.2.1 GLEICHSTROMKREIS 121
B.2.2 WECHSELSTROMKREIS 124
B.2.3 ZEITLICH VERAENDERLICHE SPANNUNGEN 126
B.3 MESSUNG VON WIDERSTAENDEN 127
B.3.1 MESSUNG OHMSCHER WIDERSTAENDE IM GLEICHSTROMKREIS 127
B.3.2 MESSUNG VON BLIND- UND SCHEINWIDERSTAENDEN IM WECHSELSTROMKREIS . .
127
B.4 ARBEITSMESSUNG 133
B.5 LEISTUNGSMESSUNG 134
B.6 ZEIT-UND FREQUENZMESSUNG 136
B.6.1 ELEKTRONISCHERZAEHLER 136
B.6.2 ZEIT- UND FREQUENZMESSUNG 136
C HALBLEITERTECHNIK 139
C.1 HALBLEITER 139
C.1.1 VORSICHTSMASSNAHMEN BEIM UMGANG MIT HALBLEITERBAUELEMENTEN . .. 140
C.2 DIODEN . 141
IMAGE 4
INHALT __ IX
C.2.1 SCHALTDIODEN 143
C.2.2 GLEICHRICHTERDIODEN 146
C.2.3 NETZGLEICHRICHTER 146
C.2.4 SCHNELLE GLEICHRICHTERDIODEN 148
C.2.4.1 SPERRERHOLZEIT T N 148
C.2.4.2 VORWAERTSERHOLZEIT F FR 149
C.2.5 SCHOTTKY-LEISTUNGSDIODEN 149
C.2.6 Z-DIODEN 150
C.3 TRANSISTOREN 152
C.3.1 ARTEN VON TRANSISTOREN UND DEREN AUFBAU 152
C.3.2 BESCHALTUNG UND FUNKTION DES TRANSISTORS 154
C.3.3 WICHTIGE KENNWERTE VON TRANSISTOREN 155
C.3.3.1 EINGANGSWIDERSTAND 155
C.3.3.2 STROMVERSTAERKUNG 156
C.3.3.3 AUSGANGSLEITWERT UND SPANNUNGSRUECKWIRKUNG 158
C.3.3.4 RAUSCHEN 158
C.3.4 TRANSISTOR-GRENZWERTE 160
C.3.4.1 SPERRSPANNUNGEN U MAX 160
C.3.4.2 STROEME J MAX 160
C.3.4.3 TEMPERATUREN 160
C.3.4.4 VERLUSTLEISTUNG P V 160
C.3.5 TYPENSCHLUESSEL FUER HALBLEITER 161
C.3.6 ANALOGE GRUNDSCHALTUNGEN MIT BIPOLAREN TRANSISTOREN 161
C.3.6.1 EMITTERSCHALTUNG 163
C.3.6.2 EMITTERSCHALTUNG MIT STROMGEGENKOPPLUNG 166
C.3.6.3 EINSTELLUNG DES ARBEITSPUNKTES 167
C.3.7 KOLLEKTORSCHALTUNG 168
C.3.8 STROMQUELLE 169
C.3.9 DIFFERENZVERSTAERKER 169
C.3.10 DARLINGTONSCHALTUNG 170
C.4 FELDEFFEKTTRANSISTOREN (FET) 171
C.4.1 SPERRSCHICHT-FELDEFFEKTTRANSISTOR (JFET) 171
C.4.1.1 KENNLINIEN UND ARBEITSBEREICHE DES FELDEFFEKTTRANSISTORS 173
C.4.1.2 OHMSCHER BEREICH 174
C.4.1.3 TRIODENBEREICH 174
C.4.1.4 ABSCHNUERBEREICH 174
C.4.1.5 DURCHBRUCHBEREICH 175
C.4.2 MOS-FELDEFFEKTTRANSISTOREN 175
C.4.2.1 EINGANGSWIDERSTAND 177
C.4.2.2 STEILHEIT 177
C.4.2.3 AUSGANGSLEITWERT 178
C.4.3 WEITERE KENNWERTE DER FELDEFFEKTRANSISTOREN 178
C.4.3.1 RAUSCHEN 178
C.4.3.2 GRENZFREQUENZ 178
C.4.3.3 SCHALTZEITEN 178
C.4.4 GRENZWERTE DER FELDEFFEKTTRANSISTOREN 179
C.4.4.1 STROEME 179
C.4.4.2 SPERRSPANNUNGEN 179
C.4.4.3 TEMPERATUREN 179
IMAGE 5
X INHALT
C.4.4.4 VERLUSTLEISTUNG UND ERLAUBTER ARBEITSBEREICH 179
C.4.5 SCHALTUNGSTECHNIK MIT FELDEFFEKTTRANSISTOREN 180
C.4.5.1 UEBERGANG VOM BIPOLAREN TRANSISTOR ZUM FELDEFFEKTTRANSISTOR 180
C.4.5.2 BEISPIELE FUER DIE ANWENDUNG VON FET UND MOSFET 181
C.4.5.3 STABILISIERUNG DES ARBEITSPUNKTES UND DER VERSTAERKUNG DURCH
GEGENKOPPLUNG IN ANALOG ARBEITENDEN VERSTAERKERN 181
C.4.5.4 STEUERBARE SPANNUNGSTEILER MIT FELDEFFEKTTRANSISTOREN 185
C.4.5.5 FELDEFFEKTRANSISTOREN ALS SCHALTER FUER ANALOGE SIGNALE 186
C.4.6 MOSFET-LEISTUNGSTRANSISTOREN FUER SCHALTER 186
C.4.6.1 SCHWELLSPANNUNG 187
C.4.6.2 SCHALTZEIT 187
C.4.6.3 TREIBER 188
C.4.6.4 GATE-SOURCE-UEBERSPANNUNGEN 188
C.4.6.5 MAXIMALER DRAIN-STROM 188
C.4.6.6 PARALLELSCHALTEN 189
C.4.6.7 EINSCHALTWIDERSTAND I? DS(O N) 189
C.4.6.8 AVALANCHE-DURCHBRUCHSPANNUNG 189
C.5 ANALOGE INTEGRIERTE SCHALTUNGEN 189
C.5.1 HERSTELLUNG UND TECHNOLOGIE 189
C.5.2 OPERATIONSVERSTAERKER 191
C.5.2.1 IDEALER UND REALER OPERATIONSVERSTAERKER 192
C.5.2.2 SCHALTUNGSTECHNISCHER AUFBAU 193
C.5.2.3 OPERATIONSVERSTAERKER FUER HOEHERE ANFORDERUNGEN 193
C.5.2.4 STABILITAETSBETRACHTUNG 193
C.5.3 OPERATIONSVERSTAERKER MIT STATISCHER BESCHATTUNG 195
C.5.3.1 INVERTIERENDER SPANNUNGSVERSTAERKER 197
C.5.3.2 NICHT INVERTIERENDER SPANNUNGSVERSTAERKER 198
C.5.3.3 SUBTRAHIERVERSTAERKER 199
C.5.3.4 SCHMITT-TRIGGER 200
C.5.3.5 ADDIERENDER VERSTAERKER, INVERTIEREND 202
C.5.3.6 KONSTANTSTROM-QUELLEN 203
C.5.3.7 IDEALER EINWEGGLEICHRICHTER 204
C.5.4 OPERATIONSVERSTAERKER MIT DYNAMISCHER BESCHALTUNG 205
C.5.4.1 INTEGRATOR 205
C.5.5 WEITERE WICHTIGE INTEGRIERTE ANALOGSCHALTUNGEN 209
C.5.5.1 KOMPARATOREN 209
C.5.5.2 SPANNUNGSREGLER 211
C.5.5.3 BANDGAP-REFERENZELEMENT 211
C.6 THYRISTOREN UND TRIACS 212
C.6.1 THYRISTOR 214
C.6.1.1 STATISCHE KENNLINIEN 214
C.6.2 TRIAC 215
C.6.3 ABSCHALTTHYRISTOR (GTO) 216
C.6.4 INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR (IGBT) 216
C.7 OPTOELEKTRONIK 216
C.7.1 HALBLEITER-EMITTER 216
C.7.1.1 STRAHLUNGSEMISSION AUS HALBLEITERN 216
C.7.1.2 LUMINESZENZDIODEN 218
IMAGE 6
INHALT XI
C.7.1.3 HALBLEITER-LASER 222
C.7.2 HALBLEITER-DETEKTOREN 226
C.7.2.1 STRAHLUNGSABSORPTION IN HALBLEITERN 226
C.7.2.2 FOTODIODE : 226
C.7.2.3 FOTOTRANSISTOR 230
C.7.2.4 FOTOTHYRISTOR 231
UEBUNGSAUFGABEN 231
C.7.3 DATENUEBERTRAGUNG UEBER LICHTWELLENLEITER 232
C.7.3.1 OPTISCHER SENDER 235
C.7.3.2 OPTISCHER EMPFAENGER 237
C.7.3.3 UEBERTRAGUNGSSTRECKE 238
C.7.3.4 LICHTLEISTUNGSBILANZ (OPTICAL POWER BUDGET) 242
C.7.3.5 DYNAMIKBEREICH 246
C.7.3.6 UEBERTRAGUNGSBANDBREITE 247
UEBUNGSAUFGABEN 250
C.8 LOGIKBAUSTEINE 252
C.8.1 LOGISCHE VERKNUEPFUNGEN UND SCHALTZEICHEN 252
C.8.2 LOGIKFAMILIEN 255
C.8.3 BAUFORMEN UND GEHAEUSE DER LOGIKBAUTEILE 262
UEBUNGSAUFGABEN 264
LITERATUR 265
D LEISTUNGSELEKTRONIK 266
D.L BAUELEMENTE DER LEISTUNGSELEKTRONIK 266
D.L.L PASSIVE BAUELEMENTE 267
D.L.1.1 INDUKTIVITAETEN 267
D.I.1.2 STROMTRANSFORMATOREN 271
D.I.1.3 KONDENSATOREN 273
D.I.1.3.1 SELBSTHEILENDE KONDENSATOREN 278
D.I. 1.3.2 KONDENSATOR ALS ENERGIESPEICHER 279
D.I.1.3.2 ENTSTOERKONDENSATOREN 280
D.I.1.3.3 ANLAUFKONDENSATOREN 280
D.I.1.4 HOCHLEISTUNGSWIDERSTAENDE 284
D.I.1.5 HOCHLEISTUNGSDIODEN 285
D.I.1.6 SCHUTZELEMENTE 285
D.1.2 AKTIVE BAUELEMENTE 288
D.L.2.1 DARLINGTONSCHALTUNG 288
D.L.2.2 POWERMOS-FET 291
D.L.2.3 SMART POWER ICS 291
D.L.2.4 IGBT .- 295
D. 1.2.5 THYRISTOREN UND ARTVERWANDTE BAUELEMENTE 296
D.L.2.5.1 THYRISTOR 297
D.L.2.5.2 GTO 301
D.L.2.5.3 SITAC 301
D.L.2.5.4 TRIAC 303
D.2 LEISTUNGSELEKTRONIK IN DER PRAXIS 304
D.2.1 ANWENDUNG PASSIVER BAUELEMENTE 304
D.2.1.1 NETZFILTER ] 304
IMAGE 7
XII INHALT
D.2.1.2 DREIPHASEN NETZFILTER 305
D.2.2 AKTORSTEUERUNG 307
D.2.2.1 AKTORANSTEUERUNG MIT EINEM EINFACHEN LEISTUNGSTRANSISTOR 308
D.2.2.2 AKTORANSTEUERUNG MIT SMART POWER ICS 309
D.2.2.3 PULSWEITENMODULATION (PWM) FUER QUASIANALOGE AUSGAENGE 310 D.2.3
BRUECKENSCHALTUNGEN 313
D.2.3.1 HALBBRUECKE 313
D.2.3.2 VOLLBRUECKE 314
D.2.3.3 DREHSTROMBRUECKE 316
D.2.3.4 STROMUMRICHTER 317
D.2.4 UNTERBRECHUNGSFREIE STROMVERSORGUNGEN (USV) 319
D.2.4.1 AUFBAU DER USV 321
D.2.4.2 STOERUNTERDRUECKUNG DURCH DIE USV 324
D.2.5 SPANNUNGSWANDLER 326
D.2.5.1 PRINZIP DER GETAKTETEN STROMVERSORGUNG 327
D.2.5.1.1 STEUERUNG DURCH PULSBREITENMODULATION 327
D.2.5.2 DURCHFLUSSWANDLER 330
D.2.5.2.1 TIEFSETZSTELLER 330
D.2.5.2.2 EINTAKT-FLUSSWANDLER 332
D.2.5.3 SPERRWANDLER 333
D.2.6 HOCHLEISTUNGSLASER 335
D.2.6.1 LASERSCHNEIDTECHNIK 335
D.2.6.2 LEISTUNGSVERSTAERKER FUER CO 2 -LASER 336
LITERATUR 337
E SENSOREN UND AKTOREN 338
E.L SENSOREN 338
E.1.1 GRUNDLAGEN 338
E.1.2 WEG-UND POSITIONS-SENSOREN 340
E.L.2.1 ENDSCHALTER 341
E.L.2.1.1 INDUKTIVE SENSOREN 342
E.L.2.1.2 KAPAZITIVE SENSOREN 345
E.1.2.1.3 OPTISCHE SENSOREN 346
E.L.2.2 WEGMESSSYSTEME 348
E.L.2.2.1 AKUSTISCHE LAENGENMESSUNG 348
E.L.2.2.2 HALL SENSOREN 349
E.L.2.2.3 OPTISCHE MESSVERFAHREN 350
E. 1.2.2.4 HOCHAUFLOESENDE ABSOLUTGEBER 355
E.2 AKTUATOREN 364
E.2.1 HYDRAULISCHE AKTUATOREN 365
E.2.1.1 SCHALTVENTILE 365
E.2.1.2 PROPORTIONALVENTILE 366
E.2.2 PNEUMATISCHE AKTOREN 367
E.2.3 PIEZO STELLER 368
E.2.3.1 PIEZOELEKTRISCHE TRANSLATOREN 368
E.2.3.2 HAUPTANWENDUNGSGEBIETE, EIGENSCHAFTEN UND ANSTEUERUNG 369
E.2.3.3 PIEZOELEKTRISCHE KJPPSPIEGEL 370
E.2.3.4 HEXAPOD, MIKROPOSITIONIERSYSTEM MIT SECHS FREIHEITSGRADEN 370
IMAGE 8
INHALT XHI
E.2.3.5 AKTIVE PIEZO-SCHWINGUNGSISOLIERUNG MIT EINEM HEXAPOD 371
E.2.3.6 200 UM PIEZO-LINEARTISCH 371
E.3 EIGENUEBERWACHTE AKTUATOREN UND SENSOREN . 372
E.4 ANSCHLUSSTECHNIK 372
E.4.1 AKTORSTECKER 372
E.4.2 SENSORSTECKER 374
E.4.3 STANDARDISIERUNG DER STECKERBELEGUNG UND DIE VORTEILE 374
WEITERFUEHRENDE LITERATUR 375
LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN 377
SACHVERZEICHNIS 385
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| author | Hering, Ekbert 1943- Gutekunst, Jürgen Martin, Rolf |
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