Grundlagen der Elektronik: Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen ; ein Lernbuch
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2006
|
| Ausgabe: | 6., überarb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Elektronik
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | X, 415 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3826588258 |
Internformat
MARC
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| adam_text | STEFAN GOSSNER GRUNDLAGEN DER ELEKTRONIK HALBLEITER, BAUELEMENTE UND
SCHALTUNGEN EIN LERNBUCH 6. UEBERARB. AUFLAGE SHAKER VERLAG AACHEN 2006
INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUHRUNG IN DIE PHYSIK DER HALBLEITER 1 1.1
EINORDNUNG DER HALBLEITER ZWISCHEN LEITERN UND ISOLATOREN 1 1.2 AUFBAU
VON LEITERN UND HALBLEITERN 1 1.2.1 AUFBAU DER ATOME 1 1.2.2
KRISTALLAUFBAU 3 1.3 LEITUNGSMECHANISMEN IN HALBLEITERN 5 1.3.1
EIGENLEITUNG (LEITUNGSMECBAUISMEN IM REINEN HALBLEIIER) 5 1.3.2
STOERSTELLENIEITUNG 7 1.3.3 LEITFAEHIGKEIT DES HALBLEITERS 12 1.3.4
ERKLAERUNG DER LEITUNGSMECHANISMEN IM HALBLEITER MIT ENERGIE-MODELLEN ! 3
1.3.5 ENERGIE-VERTEILUNG DER FREIEN ELEKTRONEN UND DER LOECHER 15 1.4
UEBUNGSAUFGABEN ZUR PHYSIK DER HALBLEITER 19 1.4.1 LADUNGSTRAEGER 19 1.4.2
LEITUNGSMECHANISMEN 19 1.4.3 MASSENWIRKUNGSGESETZ 19 1.4.4
ENERGIE-BAENDER-SCHEMA 19 2 DER PN-UEBERGANG 20 2.1 DER PN-UEBERGANG OHNE
AEUSSERE SPANNUNG 20 2.1.1 DER IDEALE ABRUPTE PN-UEBERGANG 20 2.1.2
LADUNGSTRAEGERDIFFUSION - BILDUNG EINER RAUMLADUNGSZONE 20 2.1.3
LADUNGSTRAEGERDICHTE 21 2.1.4 RAUMLADUNGSDICHTE 21 2.1.5
DIFFUSIONSSPANNTING 22 2.1.6 SPERRSCHICHTWEITE 23 2.1.7
SPERRSCHICHTKAPAZITAET 23 2.1.8 ENERGIEBAENDER-MODELL DES PN-UEBERGANGES 23
2.2 DER PN-UEBERGANG MIT AEUSSERER SPANNUNG 24 2.2.1 SPERRPOLUNG 24 2.2.2
HUSSPOLUNG 26 2.2.3 DURCHBRUCH BEI HOHER FELDSTAERKE IN SPERRPOLUNG 28
2.2.4 GESAMTKENNLINIE DES PN-UEBERGANGES 30 2.2.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT
DER KENNLINIE 31 2.2.6 SCHALTVERHALTEN DES PN-UEBERGANGS 31 2.3
UEBUNGSAUFGABEN ZUM PN-UEBERGANG 34 2.3.1 PN-UEBERGANG 34 2.3.2 DER
PN-UEBERGANG IM THERMODYNAMISCHEN GLEICHGEWICHT 34 2.3.3 PN-UEBERGANG MIT
AEUSSERER ELEKTRISCHER SPANNUNG 35 2.3.4 DURCHBRUCH DES PN-UEBERGANGES 35
2.3.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DES PN-UEBERGANGES 35 2.3.6 DYNAMISCHES
VERHALTEN DES PN-UEBERGANGES 35 3 METALL-HALBLEITER-UEBERGAENGE 36 3.1
SCHOTTKY-KONTAKT (SPERRSCHICHT-KONTAKT) 37 3.1.1 UEBERGANG VON
N-HALBLEITER ZU METALL MIT GROESSERER AUSTRIITSARBEIT (W M W H ) 37
3.1.2 UEBERGANG VON P-HALBLEITER ZU METALL MIT GERINGERER AUSTRITTSARBEIT
(W H H ) 39 3.1.3 EIGENSCHAFTEN DES SCHOTTKY-KONTAKTS 41 3.2 OHMSCHER
KONTAKT 42 3.2.1 UEBERGANG VON N-HALBLEITER ZU METALL MIT KLEINERER
AUSTRITTSARBEIT (W M H ) 42 3.2.2 UEBERGANG VON P-HALBLEITER ZU METALL
MIT GROESSERER AUSTRITTSARBEIT (WM WH) 43 3.2.3 OHMSCHER KONTAKT DURCH
HOCHDOTIERTE HALBLEITERZWISCHENSCHICHT 45 3.3 UEBUNGSAUFGABEN ZU
METALL-HALBLEITER-UEBERGAENGEN 46 3.3.1 AUSTRITTSARBEIT,
ELEKTRONENAFFINITAET 46 3.3.2 SCHOTTKYKONTAKTE 46 3.3.3 OHMSCHER KONTAKT
46 INHALTS VERZE1CHNIS 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4,5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11
DIE DIODE ALLGEMEINES UNIVERSAL- UND RICHTDIODE HOCHSPERRENDE
LEISTUNGSDIODEN SCHALTDIODEN DIE Z-DIODE KAPAZITAETSDIODE TUNNELDIODE
BACKWARD-DIODE SCHOTTKY-DIODE WEITERE DIODENFORMEN UEBUNGSAUFGABEN ZU
DIODEN 47 47 50 51 52 52 53 54 55 56 56 57 4.11.1 ALLGEMEINE FRAGEN ZU
DIODEN 57 4.11.2 GRAFISCHE ERMITTLUNG DES ARBEITSPUNKTES 57 4.11.3
EINFACHE WIDERSIANDS-DIODENSCHALTUNGEN 58 4.11.4 DIODEN-LOGIKSCHALTUNG
58 5 STABILISIERUNGSSCHALTUNG MIT Z-DIODE 59 5.1 GRUNDSCHALTUNG 59 5.1.1
GRAPHISCHE SCHAHUNGSANALYSE 59 5.1.2 RECHNERISCHE SCHALTUNGSANALYSE
(BETRIEB MIT GLEICHSPANNUNG) 62 5.2 BERECHNUNG VON GRENZWERTEN 64 5.2.1
ZULAESSIGER ARBEITSBEREICH DER Z-DIODE 64 5.2.2 GRENZWERTE FUER DIE
EINZELBAUELEMENTE 65 5.3 UEBERLAGERUNG VON GLEICH- UND WECHSELSPANNUNG 69
5.3.1 WELLIGKEIT DER STABILISIERTEN GLEICHSPANNUNG 69 5.3.2
VERLUSTLEISTUNG DER Z-DIODE 70 5.3.3 GENAUERE BETRACHTUNG DES
DIFFERENUELLEN WIDERSTANDES 70 5.4 UEBUNGSAUFGABEN ZUR
STABUEISIERUNGSSCHALTUNG MIT Z-DIODE 72 5.4.1 GRAFISCHE ANALYSE DER
STABILISIERUNGSSCHALTUNG 72 5.4.2 GRAFISCHE ANALYSE DES
ZUIAESSIGENVORWIDERSTANDES 72 5.4.3 UEBERLAGERUNG VON GLEICH- UND
WECHSELSPANNUNG 72 6 NETZGLEICHRICHTER 73 6.1 GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN
OHNE GLAETTUNG (MIT OHMSCHER LAST) 73 6.1.1 EINWEGGLEICHRICHTER 73 6.1.2
ZWEIWEGGLELCHRFCHTER - MITTELPUNKTSCHALIUNG 75 6.1.3
ZWEIWEGGLEICHRICHTER - BRUECKENGLEICHRICHTER (GRAETZ-GLEICHRICHTER) 77
6.1.4 GENAUERE BERECHNUNG DER ZWEIWEGGLEICHRICHTER 78 6.2
GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN MIT GLAETTUNG 80 6.2.1 GLAETTUNGSARTEN 81 6.2.2
BERECHNUNG DES ZWEIWEGGLEICHRICHTERS MIT GLAETTUNGSKONDENSATOR 82 6.3
GLEICHRICHTER MIT PUFFERBATTERIE 89 6.4 UEBUNGSAUFGABEN ZU
NETZGLEICHRICHTERN 90 6.4.1 WELLIGKEIT DER AUSGANGSSPANNUNG 90 6.4.2
AUSGANGSSPANNUNG UND WELLIGKEIT VERSCHIEDENER GLEICHRICHTER 91 6.4.3
DIMENSIONIERUNG EINER GLEICHRICHTERSCHALTUNG 92 7 DREHSTROMGLEICHRICHTER
93 7.1 MITTELPUNKT-SCHALTUNG (HALBBRUECKE) (3-PULSIGER GLEICHRICHTER) 93
7.2 DREHSTROM-BRUECKENGLEICHRICHTER (6-PULSIGER GLEICHRICHTER) 95 7.3
UEBUNGSAUFGABEN ZU DREHSTROMGLEICHRICHTERN 98 II INHALTSVERZEICHNIS 8
SPANNLNGSVERVIELFACHUNG 99 8.1 SPANNUNGSVERDOPPELUNG MIT DER
DELONSCHALTUNG 99 8.2 SPANNUNGSVERDOPPELUNG MIT VILLARDSCHALTUNG 100 8.3
SPANNLINGSVERVIELFACHUNG DURCH KASKADIERUNG DER VILLARDSCHALTUNG 102 8.4
UEBUNGSAUFGABEN ZUR SPANMINGSVERVIELFACHUNG 103 9 DER BIPOLARE TRANSISTOR
104 9.1 AUTBAU UND HERSTELLUNGSVERFAHREN 104 9.2 FUNKTIONSWEISE 106
9.2.1 DER TRANSISTOREFFEKT 106 9.2.2 STROEMUNGSMECHANISMEN IM TRANSISTOR
109 9.2.3 EINFLUSS DER KOLLEKTOR-BASIS-SPANNUNG AUF DEN KOLLEKTORSTROM
110 9.3 SCHALTZEICHEN - RICHTUNGSPFEILE FUER STROEME UND SPANNUNGEN 111
9.4 TRANSISTOR-GRUNDSCHALTUNGEN 111 9.4.1 BASISSCHALTUNG 111 9.4.2
EMITTERSCHALTUNG 113 9.4.3 KOLLEKTORSCHALTUNG 116 9.4.4 UMRECHNUNG DER
STROMVERSTAERKUNGEN 117 9.5 DARLINGTON-ODER SUPER-BETA-SCHALTUNG 117 9.6
DATEN VON TRANSISTOREN 118 9.7 UEBUNGSAUFGABEN ZUAUFBAU UND
FUNKTIONSWEISE DES BIPOLAREN TRANSISTORS 119 9.7.1 TRANSISTORPHYSIK 119
9.7.2 TRANSISTOREIGENSCHAFTEN 119 10 ARBEITSPUNKT DES BIPOLAREN
TRANSISTORS / GLEICHSTROMBETRIEB 120 10.1 EINSTELLUNG DES ARBEITSPUNKTES
120 10.1.1 EINPRAEGUNG DES BASISSTROMES 121 10.1.2 EINPRAEGUNG DER
BASIS-EMITTER-SPANNUNG 121 10.1.3 EINSTELLUNG DER
KOLLEKTOR-EMITTER-SPANNUNG 122 10.2 STABILISIERUNG DES ARBEITSPUNKTES
122 10.2.1 ANFORDERUNGEN AN DIE STABILITAET DES ARBEITSPUNKTES 122 10.2.2
URSACHEN FUER ARBEITSPUNKT-VERSCHIEBUNGEN 122 10.2.3
GEGENKOPPLUNGSMASSNAHMEN ZUR ARBEITSPUNKT-STABILISIERUNG 123 10.2.4
VERFAHREN ZUR BERECHNUNG VON ABWEICHUNGEN DES ARBEITSPUNKTES 125 10.2.5
BERECHNUNG VON ABWEICHUNGEN DES ARBEITSPUNKTES EINER GEGEBENEN SCHALTUNG
126 10.2.6 STABILISIERUNG DES ARBEITSPUNKTES BEI DER
SCHALTUNGSDIMENSIONIERUNG 128 10.3 DIMENSIONIERUNG EINER
TRANSISTORSCHALTUNG UND GRAFISCHE ANALYSE DES ARBEITSPIUIKTES 130 10.3.1
DIMENSIONIERUNG DER SCHALTUNG 130 10.3.2 GRAFISCHE ANALYSE DES
ARBEITSPIUIKTES 132 10.4 BEISPIELSCHALTUNGEN 135 10.4.1
KONSTANTSPANNUNGSQUELLE !35 10.4.2 EINFACHE KONSTANTSTROMQUELLE 135
10.4.3 STROMSPIEGEL (KONSTANTSTROMQUELLE) 136 10.5 UEBUNGSAUFGABEN ZUM
GLEICHSTROMBETRIEB DES TRANSISTORS 138 10.5.1 ALLGEMEINES ZUM
ARBEITSPUNKT 138 10.5.2 STABILITAET DES ARBEITSPUNKTES BEI EINPRAEGUNG VON
I B UND U BE 138 10.5.3 GEWAEHRLEISTUNG DER ARBEITSPUNKTSTABILITAET DURCH
GEEIGNETE DIMENSIONIERUNG 138 10.5.4 BERECHNUNG DER
ARBEITSPUNKTSTABILITAET 138 10.5.5 GRAFISCHE ANALYSE EINER
TRANSISTORSCHALTUNG S39 III INHALTSVERZEICHNIS 11 DER BIPOLARE
TRANSISTOR IM WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER 140 11.1 GRUNDSCHALTUNG EINES
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKERS IN EMITTERSCHALTUNG 14UE 11.1.1 PRINZIPIELLER
AUFBAU UND FUNKTION 140 11.1.2 ANALYSE DES ARBEITSPUNKTES 141 11.1.3
WECHSELSTROMANALYSE 141 11.1.4 VERZERRUNGEN UND BEGRENZUNGEN DES
AUSGANGSSIGNALS (AUSSTEUERUNGSGRENZEN) 142 11.1.5 TECHNISCHE
REALISIERUNG 144 11.2 RC-GEKOPPELTER WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN
EMITTERSCHALTUNG 145 11.2.1 GRAFISCHE ANALYSE DES
WECHSELSTROM-VERHALTENS 145 11.2.2 BERECHNUNG DER WECHSELSTROMGROESSEN 149
11.2.3 WECHSELSPANNUNGSVERSTUERKUNG BEI STROMGEGENKOPPLUNG 151 11.2.4
BERECHNUNG DER KONDENSATOREN 154 11.2.5 GESAMT-GRENZFREQUENZEN 157 11.3
RC-GEKOPPELTER WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN BASISSCHALTUNG 160 11.3.1
DIE SCHALTUNG 160 11.3.2 BERECHNUNG DER WECHSELSTROM-KENNGROESSEN 160
11.3.3 OBERE GRENZFREQUENZ DER BASISSCHALTUNG 161 11.4 RC-GEKOPPELTER
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN KOLLEKTORSCHALTUNG 162 11.4.1
STROMLAUFPLAN UND DATEN 162 11.4.2 WECHSELSTROM-BERECHNUNGEN 163 11.4.3
BOOTSTRAPSCHALTUNG 166 11.5 VERGLEICH DER TRANSISTOR-GRUNDSCHALTUNGEN
168 11.6 LAGE DES ARBEITSPUNKTES IM KENNLINIENFELD 169 11.6.1 KLEIN-UND
MITTELSIGNALVERSTAERKER 170 11.6.2 LEISTUNGSVERSTAERKER -
TRANSISTORENDSTUFEN 170 11.7 UEBUNGSAUFGABEN ZUM
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER MIT BIPOLAREM TRANSISTOR 172 11.7.1
EINZELFRAGEN 172 11.7.2 AUSWAHL EINER TRANSISTORGRUNDSCHALTUNG 172
11.7.3 ANALYSE EINES WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKERS 173 11.7.4 VERSTAERKER
IN KASKODESCHALTUNG 173 12 DER BIPOLARE TRANSISTOR ALS SCHALTER 174 12.1
DER IDEALE SCHALTER (ZUM VERGLEICH) 174 12.2 DIE BETRIEBSZUSTAENDE DES
TRANSISTOR-SCHALTERS 176 12.2.1 AUSGEWAEHLTE DETAILS AUS DER HALBLEITER-
UND TRANSISTORPHYSIK 176 12.2.2 PRINZIPIELLE ANSTEUERUNGSVARIANTEN 177
12.2.3 DER GESPERRTE TRANSISTOR 178 12.2.4 DER LEITENDE TRANSISTOR
(UNGESAETTIGT, U CD 0) 179 12.2.5 DER LEITENDE TRANSISTOR (GESAETTIGT)
182 12.2.6 KENNLINIEN-ARBEITSBEREICHE DES TRANSISTORS ALS SCHALTER 184
12.3 DAS DYNAMISCHE VERHALTEN 185 12.3.1 EINSCHALTVORGANG 185 12.3.2 DER
AUSSCHALTVORGANG 188 12.4 MASSNAHMEN ZUR VERBESSERUNG DES
SCHALTVERHALTENS 193 12.5 SCHALTVERLUSTLEISTUNG 195 12.6
TRANSISTORSCHALTER BEI OHMSCHER, KAPAZITIVER UND INDUKTIVER LAST 197
12.6.1 OHMSCHELAST 197 12.6.2 OHMISCH-INDUKTIVE LAST 197 12.6.3
OHMISCH-KAPAZITIVE LAST 199 12.7 TRANSISTOR IN DIGITALEN
GRUNDSCHALTUNGEN 200 12.8 UEBUNGSAUFGABEN ZUM TRANSISTOR ALS SCHALTER 203
12.8.1 BERECHNUNG EINER SPEICHERZEIT 203 12.8.2 TRANSISTOR MIT
KAPAZITIVER LAST 204 12.8.3 ALLGEMEINE FRAGEN ZUM SCHALTLRANSISTOR 204
IV INHALTSVERZEICHNIS 13 DER FELDEFFEKTTRANSISTOR (FET) 205 13.1
ALLGEMEINES / GRUNDPRINZIP 205 13.2 SPERRSCHICHT-FET 205 13.2.1 AUFBAU
UND WIRKUNGSPRINZIP 205 13.2.2 EINFLUSS DER KANALSPANNUNG AUF DIE
KENNLINIE 206 13.2.3 STEUERUNG UEBER DAS GATE 208 13.2.4 DIE KENNLINIEN
DES SPERRSCHICHT-FET 209 13.3 IG-FET (ISOLATED GATE) 210 13.3.1
ANREICHERUNGSTYP 210 13.3.2 VERARMUNGSTYP 213 13.3.3 VORTEILE DER IG-FET
214 13.4 UEBERSICHT UEBER ALLE FET-TYPEN 215 13.5 DATEN VON
FELDEFTEKT-TRANSISTOREN 216 13.6 FET ALS ANALOGSCHALTER 217 13.6.1
EIN-UND AUSSCHALTBEDINGUNGEN 217 13.6.2 GRUNDSCHALTUNG EINES
FET-ANALOGSCHASTERS 217 13.6.3 VERBESSERTER FET-ANALOGSCHALTER 219
13.6.4 OEGENTAKT-FET-ANALOGSCHALTER 220 13.7 ARBEITSPUNKT-EINSTELLUNG -
KONSTANTSTROMQUELLE (J-FET) 221 13.8 J-FET-WECHSELSPANNUNGSTERSTAERKER IN
SOURCE-SCHALTUNG 223 13.8.1 SCHALTUNG DES J-FET-WS-VERSTAERKERS 223
13.8.2 WECHSELSTROM-ERSATZSCHALTBILD DES 1-FET IN SOURCE-SCHALTUNG 223
13.8.3 BERECHNUNG DES WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKEIS 224 13.9 CMOS-TECHNIK
225 13.9.1 CMOS-INVERTER 225 13.9.2 CMOS-NOR-GATTER 225 13.9.3
CMOS-NAND-GATTER 226 13.9.4 CMOS-UEBERTRAGUNGSGATTER 227 13.10
UEBUNGSAUFGABEN ZUM FELDEFFEKTTRANSISTOR 227 13.10.1 ALLGEMEINE FRAGEN
227 13.10.2 KONSTANTSTROMQUELLE 228 13.10.3 FET ALS ANALOGSCHALTER 228
13.10.4 WECHSEAESPANNUNGSVERSTAERKER MIT FET 229 13.10.5
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN KASKODESCHALTUNG 230 14 AUFBAU UND
FUNKTIONSWEISE EINES OPERATIONSVERSTAERKERS 231 14.1 ALLGEMEINES 231 14.2
INTERNER AUFBAU 231 14.2.1 EINGANGSSTUFE 232 14.2.2 KOPPELSTUFE 236
14.2.3 AUSGANGSSTUFE 236 14.2.4 GESAMTSCHALTUNG DES OP 741 239 14.3
EIGENSCHAFTEN UND DATEN VON OPERATIONSVERSTAERKERN 240 14.4
UEBUNGSAUFGABEN ZU AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE DES OPERATIONSVERSTAERKERS
243 15 OPERATIONSVERSTAERKER - GRUNDSCHALTUNGEN 244 15.1
ANWENDUNGSBEISPIELE OHNE RUECKKOPPLUNG ODER MIT MITKOPPLUNG 244 15.1.1
KOMPARATOR 244 15.1.2 SCHMITT-TRIGGER 245 15.1.3 ASTABILER MULTIVIBRATOR
246 INHALTSVERZEICHNIS 15.2 NIEDERFREQUENTE ANWENDUNGSBEISPIELE MIT
GEGENKOPPLUNG 24S 15.2.1 INVERTIERENDER VERSIAERKER 249 15.2.2
NICBT-INVERTIERENDER VERSTAERKER 250 15.2.3 ADDITION (MIT INVERSION) 251
15.2.4 SUBTRAKTION (DIFFERENZVERSTAERKER) 252 15.2.5 INTEGRATION 253
15.2.6 DIFFERENTIATION 254 15.2.7 TIEFPASS ODER VERZSSGERUNGSGLIED 1.
ORDNUNG 255 15.2.8 HOCHPASS 257 15.2.9 BANDPASS 258 15.2.10 PI-REGLER
259 15.3 FEHLER-RECHNUNG 260 15.3.1 FEHLER DURCH
EINGANGS-OFFSET-SPANNUNG 260 15.3.2 FEHLER DURCH EINGANGSSTROEME
(BIAS-STROEME) 261 15.3.3 FEHLER DURCH UNGLEICHHEIT DER EINGANGSSTROEME
(EINGANGS-OFFSETSLROM) 262 15.4 STABILILAETSPROBLEME -
FREQUENZGANGKORREKTUR 263 15.4.1 SCHWINGNEIGUNG DURCH UNGEWOLLTE
MITKOPPLUNG 263 15.4.2 DIE SCHLEIFEN VERSTAERKUNG 264 15.4.3
FREQUENZGANGKORREKTUR 265 15.4.4 STABILITAET BEI KAPAZITIVER LAST UND
BEIM DIFFERENZIERER 268 15.5 UEBUNGSAUFGABEN ZU
OPERATIONSVERSTAERKER-GRANDSCHALTUNGEN 269 15.5.1 ALLGEMEINE FRAGEN 269
15.5.2 SUBTRAHIERER 269 15.5.3 PI-REGLER 270 15.5.4 SCHMITT-TRIGGER 270
16 SPEZIELLE SCHALTUNGSBEISPIELE MIT OPERATIONSVERSTAERKERN 271 16.1
INSTRUMENTENVERSTAERKER 271 16.2 PRAEZISIONSGLEICHRICHTER 272 16.3
LOGARITHMIEREN 273 16.4 DELOGARITHMIEREN 274 16.5 MULTIPLIZIERER 275
16.6 ABTAST-HALTE-GLIEDER (SAMPLE & HOLD - VERSTAERKER) 276 16.7
FENSTERKOMPARATOREN 278 16.8 MULN VIBRATOREN MIT DEM TIMER 555 278 16.9
FREQUENZ-SPANNUNGS- UND SPANNUNGS-FREQUENZ-WANDLER 281 16.10
DIGITAL-ANALOG- UND ANALOG-DIGITAL-UMSETZER 283 16.10.1
DIGITAL-ANALOG-UMSETZER 283 16.10.2 ANALOG-DIGITAL-WANDLER 286 16.11
UEBUNGSAUFGABEN OPERATIONSSCHALTUNGEN 291 16.11.1 FUNKTIONSGENERATOR 291
16.11.2 (SPEZIELLER) SAMPLE & HOLD - VERSTAERKER 292 16.11.3
NETZSYNCHRONISIERUNG 293 16.11.4 DIVIDIERER MIT R-2R-NETZWERK 294 17
LEISTUNGS-HALBLEITER-BAUELEMENTE 295 17.1 DER THYRISTOR 295 17.1.1
AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE 295 17.1.2 HAUPTEINSATZGEBIETE 299 17.2 TRIAC
300 17.3 LEISTUNGS-MOS-FET (KURZKAN&LSTRUKTUREN) 301 17.3.1 DERVMOS-FET
301 17.3.2 DERDMOS-FET 302 VI INHALTSVERZEICHNIS 17.4 DERLGBT 303 17.5
UEBUNGSAUFGABEN ZU LEISTUNGS-HALBTEITERBAUELEMENTEN 303 17.5.1
PHASENANSCHNITTSTEUERUNG MIT THYRISTOREN ODER TRIAC 303 17.5.2 HOHE
STROMBELASTBARKEIT BEIM IG-FET 303 18 OPTOELEKTRISCHE BAUELEMENTE 304
18.1 FOTOWIDERSTAND (LDR) 304 18.2 FOTODIODE 305 18.2.1 PN-UEBERGANG
UNTER LICHTEINWIRKUNG 305 18.2.2 DIODENBETRIEB DER FOTODIODE 307 18.2.3
FOTO-PIN-DIODE 307 18.2.4 FOTO-LAWINEN-DIODE (AVALANCHE-FOTODIODE) 307
18.2.5 ELEMENTBETRIEB DER FOTODIODE 308 18.2.6 SOLARZELLE 309 18.3
FOTOTRANSISTOR 310 18.4 LUMINESZENZ-DIODEN 311 18.5 DISPLAYS 312 18.5.1
LED-DISPLAYS 312 18.5.2 FLILSSIGKRISTALL-DISPLAYS 313 18.6
OPTOELEKTRONISCHE KOPPLER 314 18.6.1 OPTOKOPPLER (GESCHLOSSEN) 314
18.6.2 OPTOKOPPLW-LICHTSCHRANKEN 315 18.7 LASER-DIODEN 316 18.8
LICHTWELLENLEITER 319 18.9 UEBUNGSAUFGABEN ZU OPTOELEKTRONISCHEN
BAUELEMENTEN 322 18.9.1 BETRIEB EINES PHOTOELEMENTS IM MPP 322 18.9.2
FOTOELEMENT ZUR LICHTMESSUNG 322 19 HALBLEITERBAUELEMENTE OHNE
PN-UEBERGANG (HOMOGENE HALBLEITERBAUELEMENTE) 323 323 325 326 326 327 327
328 329 329 330 330 332 334 335 335 336 20.6.1 ABWAERTSWANDLER
(TIEFSETZSTELLER) 336 20.6.2 PRINZIPSCHALTBILDER 337 20.6.3
SCHALTWANDLER 337 VII 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 HEISSLEITER
(NTC-WIDERSTAENDE) KALTLEITER (PTC-WIDERSTAENDE) VARISTOREN (VDR)
FOTOWIDERSTAND (LDR) FELDPLATTE IMDR] HALLGENERATOR DEHNUNGSMESSSTREIFEN
UEBUNGSAUFGABEN ZU HOMOGENEN HALBLEITERN 19.8.1 FELDPLATTE - HIULSONDE 20
20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 GLEICHSPANNUNGSWANDLER
DROSSEL-AUFWAERTSWANDLER DROSSEL-ABWAERTSWANDLER DROSSEL-INVERSWANDLER
EINSCHWINGVORGAENGE ANWENDUNGSBESCHRAENKUNGEN UEBUNGSAUFGABEN ZU
SCHALTWANDLERN INHALTSVERZEICHNIS 21 THERMISCHE PROBLEME /
WAERMEABLEITUNG 338 21.1 TEMPERATURERHOEHUNG VON BAUELEMENTEN DURCH
WAERMEFREISETZUNG 338 21.1.1 VERLUSTWAERME - VERLUSTLEISTUNG 338 21.1.2
WAERMEKAPAZITAET 338 21.2 WAERMEABLEITUNG 339 21.2.1 DER WAERMEWIDERSTAND
339 21.2.2 WAERMEWIDERSTAND BEI WAERMEIEITUNG 339 21.2.3 WAERMEWIDERSTAND
BEI KONVEKHON 340 21.2.4 WAERMESTRAHLUNG 340 21.2.5 KUEHLFLAECHENBERECHNUNG
340 21.3 DER WAERMESTROMKREIS 341 21.4 BERECHNUNG DES WAERMESTROMKREISES
343 21.4.1 ANALOGIE THERMISCHER UND ELEKTRISCHER GROESSEN 343 21.4.2
BERECHNUNG VON TEMPERATUREN IM STATIONAEREN BETRIEB 344 21.4.3
REDUZIERUNG DER ZULAESSIGEN VERLUSTLEISTUNG BEI HOHER UMGEBUNGSTEMPERATUR
344 2! .4.4 THERMISCHE AUSGLEICHSVORGAENGE 345 21.5 UEBUNGSAUFGABEN ZU
THERMISCHEN PROBLEMEN 348 21.5.1 WAERMEABLEITUNG AN EINER DIODE 348
21.5.2 THERMISCHE PROBLEME AM TRANSISTOR 348 21.5.3 KUEHLUNG MIT
FORCIERTER KONVEKTION 348 21.5.4 LEISTUNGSSPRUNG AM TRANSISTOR 349
ANHANG A SCHALTCJNGSANALYSE 350 A.1 GRUNDLAGEN DER ZWEIPOLTHEORIE 350
A.2 EINFACHE ZWEIPOLE 351 A.2.1 PASSIVE ZWEIPOIE 351 A.2.2 AKTIVE
ZWEIPOLE 351 A.Z.2,1 EINFACHE SPANNUNGSQUETTE 351 A.2.2.2 EINFACHE
STROMQUELLE 352 A.2.2.3 AQUIVALENZPRINZIP 352 A.3 ERSATZWIDERSTAND
PASSIVER ZWEIPOLE 353 A.3.1 BERECHNUNG BEI LINEAREN ELEMENTEN 353 A.3.2
GRAFISCHES VERFAHREN BEI NICHTLINEAREN ELEMENTEN 253 A.3.2.]
REIHENSCHALTUNG 353 A.3.2.2 PARALLELSCHAITUNG 354 A.3.3 LINEARISIERUNG
VON KENNLINIEN 354 A.4 ERSATZSCHALTUNG AKTIVER ZWEIPOLE 356 A.4.1 AKTIVE
ZWEIPOLE MIT EINER QUELLE 356 A.4.2 AKTIVE ZWEIPOLE MIT MEHREREN QUELLEN
357 A,5 ZUSAMMENSCHALTUNG AKTIVER UND PASSIVER ZWEIPOLE 358 A.5.1 DER
LINEARE GRUNDSTROMKREIS 358 A.5.2 DER NFCHTLINEARE GRUNDSTROMKREIS -
GRAFISCHES SCHNITTPUNKTVERFAHREN 358 A.5.2.1 NICHTLINEARER
GLEICHSTROMKREIS 358 A.5.2.2 STROMKREIS MIT ZEITVERAENDERLICHER
QUELLENSPANNUNG 359 A.5.2.3 UEBERLAGERUNG VON GLEICH- UND WECHSELSPANNUNG
(GRASSSCHE SUPERPOSITION) 360 A.5.3 STROMKREISE MIT BIPOLAREM TRANSISTOR
364 A.5.3.1 VIER-QUADRANTEN-KENNLINIENFELD 364 A.5.3.2
ARBEITS-UBERTRAGUNGSKENNLMIE 365 A.5.3.3 GRAFISCHE ERMITTLUNG DES
ARBEITSPUNKTES 365 A.5.3.4 GRAFISCHE ANALYSE DES WECHSEISTROMVERHALTENS
366 ANHANG B VIERPOLTHEORIE 367 B.L VIERPOLGLEICHUNGEN -
VIERPOLPARAMETER 367 B. 1.1 DIE Z-PARAMETER 369 B.L.2 DIE Y-PARAMETER
369 B.L.3 DIE H-PARAMETER (HYBRID-PARAMETER) 370 VIII INHALTSVERZEICHNIS
B.2 TRANSISTOR ALS LINEARER VIERPOL 371 B.2.1 DIE H-PARAMETER DES
TRANSISTORS 371 B.2,2 ERMITTLUNG DER H-PARAMETER AUS DEN KENNLINIEN DES
TRANSISTORS 373 B.2.3 H-PARAMETER FUER EMITTERSCHALTUNG AUS DATENBLAETTERN
VON NF-TRANSISTOREN 374 B.2.4 UMRECHNUNG DER H-PARAMETER VON
EMITTERSCHALTUNG AUF DIE BASISSCHALTUNG 275 B.2.5 THEORETISCH ERMITTELTE
NAEHERUNGSWERTE DER VIERPOLPARAMETER DES TRANSISTORS 377 ANHANG C
LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN 378 ANHANG D VERWENDETE GROESSENSYMBOLE UND
SCHALTZEICHEN 409 LITERATURHINWEISE 415 IX
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| adam_txt |
STEFAN GOSSNER GRUNDLAGEN DER ELEKTRONIK HALBLEITER, BAUELEMENTE UND
SCHALTUNGEN EIN LERNBUCH 6. UEBERARB. AUFLAGE SHAKER VERLAG AACHEN 2006
INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUHRUNG IN DIE PHYSIK DER HALBLEITER 1 1.1
EINORDNUNG DER HALBLEITER ZWISCHEN LEITERN UND ISOLATOREN 1 1.2 AUFBAU
VON LEITERN UND HALBLEITERN 1 1.2.1 AUFBAU DER ATOME 1 1.2.2
KRISTALLAUFBAU 3 1.3 LEITUNGSMECHANISMEN IN HALBLEITERN 5 1.3.1
EIGENLEITUNG (LEITUNGSMECBAUISMEN IM REINEN HALBLEIIER) 5 1.3.2
STOERSTELLENIEITUNG 7 1.3.3 LEITFAEHIGKEIT DES HALBLEITERS 12 1.3.4
ERKLAERUNG DER LEITUNGSMECHANISMEN IM HALBLEITER MIT ENERGIE-MODELLEN ! 3
1.3.5 ENERGIE-VERTEILUNG DER FREIEN ELEKTRONEN UND DER LOECHER 15 1.4
UEBUNGSAUFGABEN ZUR PHYSIK DER HALBLEITER 19 1.4.1 LADUNGSTRAEGER 19 1.4.2
LEITUNGSMECHANISMEN 19 1.4.3 MASSENWIRKUNGSGESETZ 19 1.4.4
ENERGIE-BAENDER-SCHEMA 19 2 DER PN-UEBERGANG 20 2.1 DER PN-UEBERGANG OHNE
AEUSSERE SPANNUNG 20 2.1.1 DER IDEALE ABRUPTE PN-UEBERGANG 20 2.1.2
LADUNGSTRAEGERDIFFUSION - BILDUNG EINER RAUMLADUNGSZONE 20 2.1.3
LADUNGSTRAEGERDICHTE 21 2.1.4 RAUMLADUNGSDICHTE 21 2.1.5
DIFFUSIONSSPANNTING 22 2.1.6 SPERRSCHICHTWEITE 23 2.1.7
SPERRSCHICHTKAPAZITAET 23 2.1.8 ENERGIEBAENDER-MODELL DES PN-UEBERGANGES 23
2.2 DER PN-UEBERGANG MIT AEUSSERER SPANNUNG 24 2.2.1 SPERRPOLUNG 24 2.2.2
HUSSPOLUNG 26 2.2.3 DURCHBRUCH BEI HOHER FELDSTAERKE IN SPERRPOLUNG 28
2.2.4 GESAMTKENNLINIE DES PN-UEBERGANGES 30 2.2.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT
DER KENNLINIE 31 2.2.6 SCHALTVERHALTEN DES PN-UEBERGANGS 31 2.3
UEBUNGSAUFGABEN ZUM PN-UEBERGANG 34 2.3.1 PN-UEBERGANG 34 2.3.2 DER
PN-UEBERGANG IM THERMODYNAMISCHEN GLEICHGEWICHT 34 2.3.3 PN-UEBERGANG MIT
AEUSSERER ELEKTRISCHER SPANNUNG 35 2.3.4 DURCHBRUCH DES PN-UEBERGANGES 35
2.3.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DES PN-UEBERGANGES 35 2.3.6 DYNAMISCHES
VERHALTEN DES PN-UEBERGANGES 35 3 METALL-HALBLEITER-UEBERGAENGE 36 3.1
SCHOTTKY-KONTAKT (SPERRSCHICHT-KONTAKT) 37 3.1.1 UEBERGANG VON
N-HALBLEITER ZU METALL MIT GROESSERER AUSTRIITSARBEIT (W M W H ) 37
3.1.2 UEBERGANG VON P-HALBLEITER ZU METALL MIT GERINGERER AUSTRITTSARBEIT
(W H H ) 39 3.1.3 EIGENSCHAFTEN DES SCHOTTKY-KONTAKTS 41 3.2 OHMSCHER
KONTAKT 42 3.2.1 UEBERGANG VON N-HALBLEITER ZU METALL MIT KLEINERER
AUSTRITTSARBEIT (W M H ) 42 3.2.2 UEBERGANG VON P-HALBLEITER ZU METALL
MIT GROESSERER AUSTRITTSARBEIT (WM WH) 43 3.2.3 OHMSCHER KONTAKT DURCH
HOCHDOTIERTE HALBLEITERZWISCHENSCHICHT 45 3.3 UEBUNGSAUFGABEN ZU
METALL-HALBLEITER-UEBERGAENGEN 46 3.3.1 AUSTRITTSARBEIT,
ELEKTRONENAFFINITAET 46 3.3.2 SCHOTTKYKONTAKTE 46 3.3.3 OHMSCHER KONTAKT
46 INHALTS VERZE1CHNIS 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4,5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11
DIE DIODE ALLGEMEINES UNIVERSAL- UND RICHTDIODE HOCHSPERRENDE
LEISTUNGSDIODEN SCHALTDIODEN DIE Z-DIODE KAPAZITAETSDIODE TUNNELDIODE
BACKWARD-DIODE SCHOTTKY-DIODE WEITERE DIODENFORMEN UEBUNGSAUFGABEN ZU
DIODEN 47 47 50 51 52 52 53 54 55 56 56 57 4.11.1 ALLGEMEINE FRAGEN ZU
DIODEN 57 4.11.2 GRAFISCHE ERMITTLUNG DES ARBEITSPUNKTES 57 4.11.3
EINFACHE WIDERSIANDS-DIODENSCHALTUNGEN 58 4.11.4 DIODEN-LOGIKSCHALTUNG
58 5 STABILISIERUNGSSCHALTUNG MIT Z-DIODE 59 5.1 GRUNDSCHALTUNG 59 5.1.1
GRAPHISCHE SCHAHUNGSANALYSE 59 5.1.2 RECHNERISCHE SCHALTUNGSANALYSE
(BETRIEB MIT GLEICHSPANNUNG) 62 5.2 BERECHNUNG VON GRENZWERTEN 64 5.2.1
ZULAESSIGER ARBEITSBEREICH DER Z-DIODE 64 5.2.2 GRENZWERTE FUER DIE
EINZELBAUELEMENTE 65 5.3 UEBERLAGERUNG VON GLEICH- UND WECHSELSPANNUNG 69
5.3.1 WELLIGKEIT DER STABILISIERTEN GLEICHSPANNUNG 69 5.3.2
VERLUSTLEISTUNG DER Z-DIODE 70 5.3.3 GENAUERE BETRACHTUNG DES
DIFFERENUELLEN WIDERSTANDES 70 5.4 UEBUNGSAUFGABEN ZUR
STABUEISIERUNGSSCHALTUNG MIT Z-DIODE 72 5.4.1 GRAFISCHE ANALYSE DER
STABILISIERUNGSSCHALTUNG 72 5.4.2 GRAFISCHE ANALYSE DES
ZUIAESSIGENVORWIDERSTANDES 72 5.4.3 UEBERLAGERUNG VON GLEICH- UND
WECHSELSPANNUNG 72 6 NETZGLEICHRICHTER 73 6.1 GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN
OHNE GLAETTUNG (MIT OHMSCHER LAST) 73 6.1.1 EINWEGGLEICHRICHTER 73 6.1.2
ZWEIWEGGLELCHRFCHTER - MITTELPUNKTSCHALIUNG 75 6.1.3
ZWEIWEGGLEICHRICHTER - BRUECKENGLEICHRICHTER (GRAETZ-GLEICHRICHTER) 77
6.1.4 GENAUERE BERECHNUNG DER ZWEIWEGGLEICHRICHTER 78 6.2
GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN MIT GLAETTUNG 80 6.2.1 GLAETTUNGSARTEN 81 6.2.2
BERECHNUNG DES ZWEIWEGGLEICHRICHTERS MIT GLAETTUNGSKONDENSATOR 82 6.3
GLEICHRICHTER MIT PUFFERBATTERIE 89 6.4 UEBUNGSAUFGABEN ZU
NETZGLEICHRICHTERN 90 6.4.1 WELLIGKEIT DER AUSGANGSSPANNUNG 90 6.4.2
AUSGANGSSPANNUNG UND WELLIGKEIT VERSCHIEDENER GLEICHRICHTER 91 6.4.3
DIMENSIONIERUNG EINER GLEICHRICHTERSCHALTUNG 92 7 DREHSTROMGLEICHRICHTER
93 7.1 MITTELPUNKT-SCHALTUNG (HALBBRUECKE) (3-PULSIGER GLEICHRICHTER) 93
7.2 DREHSTROM-BRUECKENGLEICHRICHTER (6-PULSIGER GLEICHRICHTER) 95 7.3
UEBUNGSAUFGABEN ZU DREHSTROMGLEICHRICHTERN 98 II INHALTSVERZEICHNIS 8
SPANNLNGSVERVIELFACHUNG 99 8.1 SPANNUNGSVERDOPPELUNG MIT DER
DELONSCHALTUNG 99 8.2 SPANNUNGSVERDOPPELUNG MIT VILLARDSCHALTUNG 100 8.3
SPANNLINGSVERVIELFACHUNG DURCH KASKADIERUNG DER VILLARDSCHALTUNG 102 8.4
UEBUNGSAUFGABEN ZUR SPANMINGSVERVIELFACHUNG 103 9 DER BIPOLARE TRANSISTOR
104 9.1 AUTBAU UND HERSTELLUNGSVERFAHREN 104 9.2 FUNKTIONSWEISE 106
9.2.1 DER TRANSISTOREFFEKT 106 9.2.2 STROEMUNGSMECHANISMEN IM TRANSISTOR
109 9.2.3 EINFLUSS DER KOLLEKTOR-BASIS-SPANNUNG AUF DEN KOLLEKTORSTROM
110 9.3 SCHALTZEICHEN - RICHTUNGSPFEILE FUER STROEME UND SPANNUNGEN 111
9.4 TRANSISTOR-GRUNDSCHALTUNGEN 111 9.4.1 BASISSCHALTUNG 111 9.4.2
EMITTERSCHALTUNG 113 9.4.3 KOLLEKTORSCHALTUNG 116 9.4.4 UMRECHNUNG DER
STROMVERSTAERKUNGEN 117 9.5 DARLINGTON-ODER SUPER-BETA-SCHALTUNG 117 9.6
DATEN VON TRANSISTOREN 118 9.7 UEBUNGSAUFGABEN ZUAUFBAU UND
FUNKTIONSWEISE DES BIPOLAREN TRANSISTORS 119 9.7.1 TRANSISTORPHYSIK 119
9.7.2 TRANSISTOREIGENSCHAFTEN 119 10 ARBEITSPUNKT DES BIPOLAREN
TRANSISTORS / GLEICHSTROMBETRIEB 120 10.1 EINSTELLUNG DES ARBEITSPUNKTES
120 10.1.1 EINPRAEGUNG DES BASISSTROMES 121 10.1.2 EINPRAEGUNG DER
BASIS-EMITTER-SPANNUNG 121 10.1.3 EINSTELLUNG DER
KOLLEKTOR-EMITTER-SPANNUNG 122 10.2 STABILISIERUNG DES ARBEITSPUNKTES
122 10.2.1 ANFORDERUNGEN AN DIE STABILITAET DES ARBEITSPUNKTES 122 10.2.2
URSACHEN FUER ARBEITSPUNKT-VERSCHIEBUNGEN 122 10.2.3
GEGENKOPPLUNGSMASSNAHMEN ZUR ARBEITSPUNKT-STABILISIERUNG 123 10.2.4
VERFAHREN ZUR BERECHNUNG VON ABWEICHUNGEN DES ARBEITSPUNKTES 125 10.2.5
BERECHNUNG VON ABWEICHUNGEN DES ARBEITSPUNKTES EINER GEGEBENEN SCHALTUNG
126 10.2.6 STABILISIERUNG DES ARBEITSPUNKTES BEI DER
SCHALTUNGSDIMENSIONIERUNG 128 10.3 DIMENSIONIERUNG EINER
TRANSISTORSCHALTUNG UND GRAFISCHE ANALYSE DES ARBEITSPIUIKTES 130 10.3.1
DIMENSIONIERUNG DER SCHALTUNG 130 10.3.2 GRAFISCHE ANALYSE DES
ARBEITSPIUIKTES 132 10.4 BEISPIELSCHALTUNGEN 135 10.4.1
KONSTANTSPANNUNGSQUELLE !35 10.4.2 EINFACHE KONSTANTSTROMQUELLE 135
10.4.3 STROMSPIEGEL (KONSTANTSTROMQUELLE) 136 10.5 UEBUNGSAUFGABEN ZUM
GLEICHSTROMBETRIEB DES TRANSISTORS 138 10.5.1 ALLGEMEINES ZUM
ARBEITSPUNKT 138 10.5.2 STABILITAET DES ARBEITSPUNKTES BEI EINPRAEGUNG VON
I B UND U BE 138 10.5.3 GEWAEHRLEISTUNG DER ARBEITSPUNKTSTABILITAET DURCH
GEEIGNETE DIMENSIONIERUNG 138 10.5.4 BERECHNUNG DER
ARBEITSPUNKTSTABILITAET 138 10.5.5 GRAFISCHE ANALYSE EINER
TRANSISTORSCHALTUNG S39 III INHALTSVERZEICHNIS 11 DER BIPOLARE
TRANSISTOR IM WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER 140 11.1 GRUNDSCHALTUNG EINES
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKERS IN EMITTERSCHALTUNG 14UE 11.1.1 PRINZIPIELLER
AUFBAU UND FUNKTION 140 11.1.2 ANALYSE DES ARBEITSPUNKTES 141 11.1.3
WECHSELSTROMANALYSE 141 11.1.4 VERZERRUNGEN UND BEGRENZUNGEN DES
AUSGANGSSIGNALS (AUSSTEUERUNGSGRENZEN) 142 11.1.5 TECHNISCHE
REALISIERUNG 144 11.2 RC-GEKOPPELTER WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN
EMITTERSCHALTUNG 145 11.2.1 GRAFISCHE ANALYSE DES
WECHSELSTROM-VERHALTENS 145 11.2.2 BERECHNUNG DER WECHSELSTROMGROESSEN 149
11.2.3 WECHSELSPANNUNGSVERSTUERKUNG BEI STROMGEGENKOPPLUNG 151 11.2.4
BERECHNUNG DER KONDENSATOREN 154 11.2.5 GESAMT-GRENZFREQUENZEN 157 11.3
RC-GEKOPPELTER WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN BASISSCHALTUNG 160 11.3.1
DIE SCHALTUNG 160 11.3.2 BERECHNUNG DER WECHSELSTROM-KENNGROESSEN 160
11.3.3 OBERE GRENZFREQUENZ DER BASISSCHALTUNG 161 11.4 RC-GEKOPPELTER
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN KOLLEKTORSCHALTUNG 162 11.4.1
STROMLAUFPLAN UND DATEN 162 11.4.2 WECHSELSTROM-BERECHNUNGEN 163 11.4.3
BOOTSTRAPSCHALTUNG 166 11.5 VERGLEICH DER TRANSISTOR-GRUNDSCHALTUNGEN
168 11.6 LAGE DES ARBEITSPUNKTES IM KENNLINIENFELD 169 11.6.1 KLEIN-UND
MITTELSIGNALVERSTAERKER 170 11.6.2 LEISTUNGSVERSTAERKER -
TRANSISTORENDSTUFEN 170 11.7 UEBUNGSAUFGABEN ZUM
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER MIT BIPOLAREM TRANSISTOR 172 11.7.1
EINZELFRAGEN 172 11.7.2 AUSWAHL EINER TRANSISTORGRUNDSCHALTUNG 172
11.7.3 ANALYSE EINES WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKERS 173 11.7.4 VERSTAERKER
IN KASKODESCHALTUNG 173 12 DER BIPOLARE TRANSISTOR ALS SCHALTER 174 12.1
DER IDEALE SCHALTER (ZUM VERGLEICH) 174 12.2 DIE BETRIEBSZUSTAENDE DES
TRANSISTOR-SCHALTERS 176 12.2.1 AUSGEWAEHLTE DETAILS AUS DER HALBLEITER-
UND TRANSISTORPHYSIK 176 12.2.2 PRINZIPIELLE ANSTEUERUNGSVARIANTEN 177
12.2.3 DER GESPERRTE TRANSISTOR 178 12.2.4 DER LEITENDE TRANSISTOR
(UNGESAETTIGT, U CD 0) 179 12.2.5 DER LEITENDE TRANSISTOR (GESAETTIGT)
182 12.2.6 KENNLINIEN-ARBEITSBEREICHE DES TRANSISTORS ALS SCHALTER 184
12.3 DAS DYNAMISCHE VERHALTEN 185 12.3.1 EINSCHALTVORGANG 185 12.3.2 DER
AUSSCHALTVORGANG 188 12.4 MASSNAHMEN ZUR VERBESSERUNG DES
SCHALTVERHALTENS 193 12.5 SCHALTVERLUSTLEISTUNG 195 12.6
TRANSISTORSCHALTER BEI OHMSCHER, KAPAZITIVER UND INDUKTIVER LAST 197
12.6.1 OHMSCHELAST 197 12.6.2 OHMISCH-INDUKTIVE LAST 197 12.6.3
OHMISCH-KAPAZITIVE LAST 199 12.7 TRANSISTOR IN DIGITALEN
GRUNDSCHALTUNGEN 200 12.8 UEBUNGSAUFGABEN ZUM TRANSISTOR ALS SCHALTER 203
12.8.1 BERECHNUNG EINER SPEICHERZEIT 203 12.8.2 TRANSISTOR MIT
KAPAZITIVER LAST 204 12.8.3 ALLGEMEINE FRAGEN ZUM SCHALTLRANSISTOR 204
IV INHALTSVERZEICHNIS 13 DER FELDEFFEKTTRANSISTOR (FET) 205 13.1
ALLGEMEINES / GRUNDPRINZIP 205 13.2 SPERRSCHICHT-FET 205 13.2.1 AUFBAU
UND WIRKUNGSPRINZIP 205 13.2.2 EINFLUSS DER KANALSPANNUNG AUF DIE
KENNLINIE 206 13.2.3 STEUERUNG UEBER DAS GATE 208 13.2.4 DIE KENNLINIEN
DES SPERRSCHICHT-FET 209 13.3 IG-FET (ISOLATED GATE) 210 13.3.1
ANREICHERUNGSTYP 210 13.3.2 VERARMUNGSTYP 213 13.3.3 VORTEILE DER IG-FET
214 13.4 UEBERSICHT UEBER ALLE FET-TYPEN 215 13.5 DATEN VON
FELDEFTEKT-TRANSISTOREN 216 13.6 FET ALS ANALOGSCHALTER 217 13.6.1
EIN-UND AUSSCHALTBEDINGUNGEN 217 13.6.2 GRUNDSCHALTUNG EINES
FET-ANALOGSCHASTERS 217 13.6.3 VERBESSERTER FET-ANALOGSCHALTER 219
13.6.4 OEGENTAKT-FET-ANALOGSCHALTER 220 13.7 ARBEITSPUNKT-EINSTELLUNG -
KONSTANTSTROMQUELLE (J-FET) 221 13.8 J-FET-WECHSELSPANNUNGSTERSTAERKER IN
SOURCE-SCHALTUNG 223 13.8.1 SCHALTUNG DES J-FET-WS-VERSTAERKERS 223
13.8.2 WECHSELSTROM-ERSATZSCHALTBILD DES 1-FET IN SOURCE-SCHALTUNG 223
13.8.3 BERECHNUNG DES WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKEIS 224 13.9 CMOS-TECHNIK
225 13.9.1 CMOS-INVERTER 225 13.9.2 CMOS-NOR-GATTER 225 13.9.3
CMOS-NAND-GATTER 226 13.9.4 CMOS-UEBERTRAGUNGSGATTER 227 13.10
UEBUNGSAUFGABEN ZUM FELDEFFEKTTRANSISTOR 227 13.10.1 ALLGEMEINE FRAGEN
227 13.10.2 KONSTANTSTROMQUELLE 228 13.10.3 FET ALS ANALOGSCHALTER 228
13.10.4 WECHSEAESPANNUNGSVERSTAERKER MIT FET 229 13.10.5
WECHSELSPANNUNGSVERSTAERKER IN KASKODESCHALTUNG 230 14 AUFBAU UND
FUNKTIONSWEISE EINES OPERATIONSVERSTAERKERS 231 14.1 ALLGEMEINES 231 14.2
INTERNER AUFBAU 231 14.2.1 EINGANGSSTUFE 232 14.2.2 KOPPELSTUFE 236
14.2.3 AUSGANGSSTUFE 236 14.2.4 GESAMTSCHALTUNG DES OP 741 239 14.3
EIGENSCHAFTEN UND DATEN VON OPERATIONSVERSTAERKERN 240 14.4
UEBUNGSAUFGABEN ZU AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE DES OPERATIONSVERSTAERKERS
243 15 OPERATIONSVERSTAERKER - GRUNDSCHALTUNGEN 244 15.1
ANWENDUNGSBEISPIELE OHNE RUECKKOPPLUNG ODER MIT MITKOPPLUNG 244 15.1.1
KOMPARATOR 244 15.1.2 SCHMITT-TRIGGER 245 15.1.3 ASTABILER MULTIVIBRATOR
246 INHALTSVERZEICHNIS 15.2 NIEDERFREQUENTE ANWENDUNGSBEISPIELE MIT
GEGENKOPPLUNG 24S 15.2.1 INVERTIERENDER VERSIAERKER 249 15.2.2
NICBT-INVERTIERENDER VERSTAERKER 250 15.2.3 ADDITION (MIT INVERSION) 251
15.2.4 SUBTRAKTION (DIFFERENZVERSTAERKER) 252 15.2.5 INTEGRATION 253
15.2.6 DIFFERENTIATION 254 15.2.7 TIEFPASS ODER VERZSSGERUNGSGLIED 1.
ORDNUNG 255 15.2.8 HOCHPASS 257 15.2.9 BANDPASS 258 15.2.10 PI-REGLER
259 15.3 FEHLER-RECHNUNG 260 15.3.1 FEHLER DURCH
EINGANGS-OFFSET-SPANNUNG 260 15.3.2 FEHLER DURCH EINGANGSSTROEME
(BIAS-STROEME) 261 15.3.3 FEHLER DURCH UNGLEICHHEIT DER EINGANGSSTROEME
(EINGANGS-OFFSETSLROM) 262 15.4 STABILILAETSPROBLEME -
FREQUENZGANGKORREKTUR 263 15.4.1 SCHWINGNEIGUNG DURCH UNGEWOLLTE
MITKOPPLUNG 263 15.4.2 DIE SCHLEIFEN VERSTAERKUNG 264 15.4.3
FREQUENZGANGKORREKTUR 265 15.4.4 STABILITAET BEI KAPAZITIVER LAST UND
BEIM DIFFERENZIERER 268 15.5 UEBUNGSAUFGABEN ZU
OPERATIONSVERSTAERKER-GRANDSCHALTUNGEN 269 15.5.1 ALLGEMEINE FRAGEN 269
15.5.2 SUBTRAHIERER 269 15.5.3 PI-REGLER 270 15.5.4 SCHMITT-TRIGGER 270
16 SPEZIELLE SCHALTUNGSBEISPIELE MIT OPERATIONSVERSTAERKERN 271 16.1
INSTRUMENTENVERSTAERKER 271 16.2 PRAEZISIONSGLEICHRICHTER 272 16.3
LOGARITHMIEREN 273 16.4 DELOGARITHMIEREN 274 16.5 MULTIPLIZIERER 275
16.6 ABTAST-HALTE-GLIEDER (SAMPLE & HOLD - VERSTAERKER) 276 16.7
FENSTERKOMPARATOREN 278 16.8 MULN'VIBRATOREN MIT DEM TIMER 555 278 16.9
FREQUENZ-SPANNUNGS- UND SPANNUNGS-FREQUENZ-WANDLER 281 16.10
DIGITAL-ANALOG- UND ANALOG-DIGITAL-UMSETZER 283 16.10.1
DIGITAL-ANALOG-UMSETZER 283 16.10.2 ANALOG-DIGITAL-WANDLER 286 16.11
UEBUNGSAUFGABEN OPERATIONSSCHALTUNGEN 291 16.11.1 FUNKTIONSGENERATOR 291
16.11.2 (SPEZIELLER) SAMPLE & HOLD - VERSTAERKER 292 16.11.3
NETZSYNCHRONISIERUNG 293 16.11.4 DIVIDIERER MIT R-2R-NETZWERK 294 17
LEISTUNGS-HALBLEITER-BAUELEMENTE 295 17.1 DER THYRISTOR 295 17.1.1
AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE 295 17.1.2 HAUPTEINSATZGEBIETE 299 17.2 TRIAC
300 17.3 LEISTUNGS-MOS-FET (KURZKAN&LSTRUKTUREN) 301 17.3.1 DERVMOS-FET
301 17.3.2 DERDMOS-FET 302 VI INHALTSVERZEICHNIS 17.4 DERLGBT 303 17.5
UEBUNGSAUFGABEN ZU LEISTUNGS-HALBTEITERBAUELEMENTEN 303 17.5.1
PHASENANSCHNITTSTEUERUNG MIT THYRISTOREN ODER TRIAC 303 17.5.2 HOHE
STROMBELASTBARKEIT BEIM IG-FET 303 18 OPTOELEKTRISCHE BAUELEMENTE 304
18.1 FOTOWIDERSTAND (LDR) 304 18.2 FOTODIODE 305 18.2.1 PN-UEBERGANG
UNTER LICHTEINWIRKUNG 305 18.2.2 DIODENBETRIEB DER FOTODIODE 307 18.2.3
FOTO-PIN-DIODE 307 18.2.4 FOTO-LAWINEN-DIODE (AVALANCHE-FOTODIODE) 307
18.2.5 ELEMENTBETRIEB DER FOTODIODE 308 18.2.6 SOLARZELLE 309 18.3
FOTOTRANSISTOR 310 18.4 LUMINESZENZ-DIODEN 311 18.5 DISPLAYS 312 18.5.1
LED-DISPLAYS 312 18.5.2 FLILSSIGKRISTALL-DISPLAYS 313 18.6
OPTOELEKTRONISCHE KOPPLER 314 18.6.1 OPTOKOPPLER (GESCHLOSSEN) 314
18.6.2 OPTOKOPPLW-LICHTSCHRANKEN 315 18.7 LASER-DIODEN 316 18.8
LICHTWELLENLEITER 319 18.9 UEBUNGSAUFGABEN ZU OPTOELEKTRONISCHEN
BAUELEMENTEN 322 18.9.1 BETRIEB EINES PHOTOELEMENTS IM MPP 322 18.9.2
FOTOELEMENT ZUR LICHTMESSUNG 322 19 HALBLEITERBAUELEMENTE OHNE
PN-UEBERGANG (HOMOGENE HALBLEITERBAUELEMENTE) 323 323 325 326 326 327 327
328 329 329 330 330 332 334 335 335 336 20.6.1 ABWAERTSWANDLER
(TIEFSETZSTELLER) 336 20.6.2 PRINZIPSCHALTBILDER 337 20.6.3
SCHALTWANDLER 337 VII 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 HEISSLEITER
(NTC-WIDERSTAENDE) KALTLEITER (PTC-WIDERSTAENDE) VARISTOREN (VDR)
FOTOWIDERSTAND (LDR) FELDPLATTE IMDR] HALLGENERATOR DEHNUNGSMESSSTREIFEN
UEBUNGSAUFGABEN ZU HOMOGENEN HALBLEITERN 19.8.1 FELDPLATTE - HIULSONDE 20
20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 GLEICHSPANNUNGSWANDLER
DROSSEL-AUFWAERTSWANDLER DROSSEL-ABWAERTSWANDLER DROSSEL-INVERSWANDLER
EINSCHWINGVORGAENGE ANWENDUNGSBESCHRAENKUNGEN UEBUNGSAUFGABEN ZU
SCHALTWANDLERN INHALTSVERZEICHNIS 21 THERMISCHE PROBLEME /
WAERMEABLEITUNG 338 21.1 TEMPERATURERHOEHUNG VON BAUELEMENTEN DURCH
WAERMEFREISETZUNG 338 21.1.1 VERLUSTWAERME - VERLUSTLEISTUNG 338 21.1.2
WAERMEKAPAZITAET 338 21.2 WAERMEABLEITUNG 339 21.2.1 DER WAERMEWIDERSTAND
339 21.2.2 WAERMEWIDERSTAND BEI WAERMEIEITUNG 339 21.2.3 WAERMEWIDERSTAND
BEI KONVEKHON 340 21.2.4 WAERMESTRAHLUNG 340 21.2.5 KUEHLFLAECHENBERECHNUNG
340 21.3 DER WAERMESTROMKREIS 341 21.4 BERECHNUNG DES WAERMESTROMKREISES
343 21.4.1 ANALOGIE THERMISCHER UND ELEKTRISCHER GROESSEN 343 21.4.2
BERECHNUNG VON TEMPERATUREN IM STATIONAEREN BETRIEB 344 21.4.3
REDUZIERUNG DER ZULAESSIGEN VERLUSTLEISTUNG BEI HOHER UMGEBUNGSTEMPERATUR
344 2! .4.4 THERMISCHE AUSGLEICHSVORGAENGE 345 21.5 UEBUNGSAUFGABEN ZU
THERMISCHEN PROBLEMEN 348 21.5.1 WAERMEABLEITUNG AN EINER DIODE 348
21.5.2 THERMISCHE PROBLEME AM TRANSISTOR 348 21.5.3 KUEHLUNG MIT
FORCIERTER KONVEKTION 348 21.5.4 LEISTUNGSSPRUNG AM TRANSISTOR 349
ANHANG A SCHALTCJNGSANALYSE 350 A.1 GRUNDLAGEN DER ZWEIPOLTHEORIE 350
A.2 EINFACHE ZWEIPOLE 351 A.2.1 PASSIVE ZWEIPOIE 351 A.2.2 AKTIVE
ZWEIPOLE 351 A.Z.2,1 EINFACHE SPANNUNGSQUETTE 351 A.2.2.2 EINFACHE
STROMQUELLE 352 A.2.2.3 AQUIVALENZPRINZIP 352 A.3 ERSATZWIDERSTAND
PASSIVER ZWEIPOLE 353 A.3.1 BERECHNUNG BEI LINEAREN ELEMENTEN 353 A.3.2
GRAFISCHES VERFAHREN BEI NICHTLINEAREN ELEMENTEN 253 A.3.2.]
REIHENSCHALTUNG 353 A.3.2.2 PARALLELSCHAITUNG 354 A.3.3 LINEARISIERUNG
VON KENNLINIEN 354 A.4 ERSATZSCHALTUNG AKTIVER ZWEIPOLE 356 A.4.1 AKTIVE
ZWEIPOLE MIT EINER QUELLE 356 A.4.2 AKTIVE ZWEIPOLE MIT MEHREREN QUELLEN
357 A,5 ZUSAMMENSCHALTUNG AKTIVER UND PASSIVER ZWEIPOLE 358 A.5.1 DER
LINEARE GRUNDSTROMKREIS 358 A.5.2 DER NFCHTLINEARE GRUNDSTROMKREIS -
GRAFISCHES SCHNITTPUNKTVERFAHREN 358 A.5.2.1 NICHTLINEARER
GLEICHSTROMKREIS 358 A.5.2.2 STROMKREIS MIT ZEITVERAENDERLICHER
QUELLENSPANNUNG 359 A.5.2.3 UEBERLAGERUNG VON GLEICH- UND WECHSELSPANNUNG
(GRASSSCHE SUPERPOSITION) 360 A.5.3 STROMKREISE MIT BIPOLAREM TRANSISTOR
364 A.5.3.1 VIER-QUADRANTEN-KENNLINIENFELD 364 A.5.3.2
ARBEITS-UBERTRAGUNGSKENNLMIE 365 A.5.3.3 GRAFISCHE ERMITTLUNG DES
ARBEITSPUNKTES 365 A.5.3.4 GRAFISCHE ANALYSE DES WECHSEISTROMVERHALTENS
366 ANHANG B VIERPOLTHEORIE 367 B.L VIERPOLGLEICHUNGEN -
VIERPOLPARAMETER 367 B. 1.1 DIE Z-PARAMETER 369 B.L.2 DIE Y-PARAMETER
369 B.L.3 DIE H-PARAMETER (HYBRID-PARAMETER) 370 VIII INHALTSVERZEICHNIS
B.2 TRANSISTOR ALS LINEARER VIERPOL 371 B.2.1 DIE H-PARAMETER DES
TRANSISTORS 371 B.2,2 ERMITTLUNG DER H-PARAMETER AUS DEN KENNLINIEN DES
TRANSISTORS 373 B.2.3 H-PARAMETER FUER EMITTERSCHALTUNG AUS DATENBLAETTERN
VON NF-TRANSISTOREN 374 B.2.4 UMRECHNUNG DER H-PARAMETER VON
EMITTERSCHALTUNG AUF DIE BASISSCHALTUNG 275 B.2.5 THEORETISCH ERMITTELTE
NAEHERUNGSWERTE DER VIERPOLPARAMETER DES TRANSISTORS 377 ANHANG C
LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN 378 ANHANG D VERWENDETE GROESSENSYMBOLE UND
SCHALTZEICHEN 409 LITERATURHINWEISE 415 IX |
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