Vieweg-Handbuch Elektrotechnik: Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker ; mit ... 281 Tabellen
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Vieweg
2007
|
| Ausgabe: | 4., überarb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 5. Aufl. u. d. T.: Plaßmann, Wilfried: Handbuch Elektrotechnik |
| Beschreibung: | XXXVIII, 1143 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783834801364 |
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Physik 165 216
Werkstoffkunde 217 252
Elektrotechnik 253 318
Elektronik 319 460
Technische Kommunikation 461 520
Datentechnik 521 688
Automatisierungstechnik 689 734
Meßtechnik 735 808
Energietechnik 809 916
Nachrichtentechnik 917 1084
Signal und Systemtheorie 1085 1124
Sachwortverzeichnis 1125 1143
Inhaltsverzeichnis VII
Inhaltsverzeichnis
Mathematik
I Arithmetik l
1 Mengen 1
2 Aussageformen und logische Zeichen 1
2.1 Aussageformen 1
2.2 Logische Zeichen 1
2.3 Vollständige Induktion 2
3 Einteilung der Zahlen 2
4 Grundrechenarten 3
5 Grundlegende Rechenregeln 4
5.1 Buchstabenrechnen 4
5.2 Kehrwert, Quersumme 4
5.3 Teilbarkeitsregeln 4
5.4 Punktrechnung vor Strichrechnung 4
5.5 Potenzrechnung vor Punktrechnung 4
5.6 Grundgesetze der Addition und Multiplikation 5
5.7 Grundregeln der Klammerrechnung 5
5.8 Multiplikation mit Klammern 5
5.9 Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen 6
5.10 Binomische Formeln 6
5.11 Fakultäten, Binomialkoeffizienten und Pascalsches Dreieck 6
5.12 Binomischer Lehrsatz 7
5.13 Division mit Klammern 8
6 Bruchrechnung 8
6.1 Definitionen 8
6.2 Erweitern und Kürzen 8
6.3 Addieren und Subtrahieren gleichnamiger Bruche 9
6.4 Addieren und Subtrahieren ungleichnamiger Brüche 9
6.5 Multiplizieren von Brüchen 9
6.6 Dividieren von Brüchen 10
7 Potenz und Wurzelrechnung 10
7.1 Definition der Potenz 10
7.2 Regeln der Potenzrechnung 10
7.3 Definition der Wurzel II
7.4 Regeln der Wurzelrechnung 12
8 Dezimalzahlen und Dualzahlen 14
8.1 Dezimalsystem 14
8.2 Dualsystem 14
8.3 Runden 15
9 Logarithmen 15
9.1 Definition des Logarithmus 15
9.2 Spezielle Basen 15
9.3 Regeln der Logarithmenrechnung 16
9.4 Zusammenhang von Logarithmen mit verschiedenen Basen 16
9.5 Dekadische Logarithmen 17
10 Mittelwerte 17
10.1 Arithmetisches Mittel 17
10.2 Geometrisches Mittel 17
10.3 Harmonisches Mittel 17
10.4 Quadratisches Mittel 18
11 Ungleichungen 18
11.1 Definitionen und Rechenregeln 18
11.2 Absolutbetrag 18
11.3 Intervalle 19
VIII Inhaltsverzeichnis
12 Komplexe Zahlen 19
12.1 Algebraische Form 19
12.2 Trigonometrische Form 20
12.3 Addieren und Subtrahieren komplexer Zahlen 21
12.4 Multiplizieren komplexer Zahlen 21
12.5 Dividieren komplexer Zahlen 22
12.6 Potenzieren komplexer Zahlen 22
12.7 Radizieren komplexer Zahlen 23
12.8 Eulersche Formel 23
II Gleichungen 24
1 Gleichungsarten 24
2 Äquivalente Umformungen 25
3 Lineare Gleichungen 26
4 Proportionen 26
5 Quadratische Gleichungen 27
5.1 Definitionen 27
5.2 Lösungsverfahren 27
5.2.1 Sonderfälle 27
5.2.2 Normalform 28
5.2.3 Allgemeine Formen 29
5.2.4 Zerlegung in Linearfaktoren 29
5.3 Satz von Vieta für quadratische Gleichungen 29
6 Algebraische Gleichungen höheren Grades 30
6.1 Kubische Gleichungen 30
6.2 Polynomdivision 31
6.3 Gleichungen vierten Grades 32
6.4 Gleichungen n ten Grades 33
6.5 Satz von Vieta für Gleichungen n ten Grades 33
7 Auf algebraische Gleichungen zurückführbare Gleichungen 34
7.1 Bruchgleichungen 34
7.2 Wurzelgleichungen 35
8 Transzendente Gleichungen 35
8.1 Exponentialgleichungen 35
8.2 Logarithmische Gleichungen 36
8.3 Trigonometrische Gleichungen 36
9 Lineare Gleichungssysteme 37
9.1 Definitionen 37
9.2 Zwei lineare Gleichungen mit zwei Variablen 37
9.3 Drei lineare Gleichungen mit drei Variablen 39
9.4 Matrizen und Determinanten 39
10 Lineare Ungleichungen 44
10.1 Definitionen 44
10.2 Lineare Ungleichungen mit einer Variablen 44
10.3 Lineare Ungleichungen mit zwei Variablen 45
10.4 Lineare Ungleichungssysteme mit zwei Variablen 45
III Planimetrie 46
1 Geraden und Strecken 46
2 Winkel 47
3 Grundkonstruktionen mit Zirkel und Lineal 48
4 Projektion 49
5 Geometrische Örter 50
6 Dreiecke 50
6.1 Allgemeine Dreiecke 50
6.2 Gleichschenklige Dreiecke 51
6.3 Gleichseitige Dreiecke 51
6.4 Rechtwinklige Dreiecke 51
Inhaltsverzeichnis IX
6.5 Besondere Geraden, Strecken und Kreise 51
6.6 Flächensätze im rechtwinkligen Dreieck 53
6.7 Kongruenz von Dreiecken 54
6.8 Grundkonstruktionen des Dreiecks 55
7 Vierecke 56
7.1 Allgemeine Vierecke 56
7.2 Trapeze 57
7.3 Parallelogramme 57
7.4 Rhomben 57
7.5 Rechtecke 58
7.6 Quadrate 58
7.7 Drachen 58
7.8 Sehnenvierecke 58
7.9 Tangentenvierecke 59
8 Reguläre « Ecke 59
9 Polygone 60
10 Kreise 61
10.1 Definitionen 61
10.2 Kreissektoren 61
10.3 Kreissegmente 62
10.4 Kreise und Geraden 62
10.5 Winkelsätze am Kreis 62
10.6 Eigenschaften von Sekanten und Sehnen 63
10.7 Tangentenkonstruktionen 63
10.8 Sätze über Sehnen, Sekanten, Tangenten 63
10.9 Bogenmaß 64
11 Symmetrie 64
11.1 Punktsymmetrie 64
11.2 Achsensymmetrie 65
12 Ähnlichkeit 65
12.1 Zentrische Streckung 65
12.2 Strahlensätze 65
12.3 Ähnliche Figuren 66
12.4 Streckenteilungen 66
IV Stereometrie 68
1 Prismen 68
1.1 Allgemeine Prismen 68
1.2 Parallelepiped und Würfel 68
2 Zylinder 69
2.1 Allgemeine Zylinder 69
2.2 Gerade Kreiszylinder 69
2.3 Hohlzylinder 69
3 Pyramiden 70
3.1 Allgemeine Pyramiden 70
3.2 Gerade quadratische Pyramiden 70
4 Kegel 71
4.1 Allgemeine Kegel 71
4.2 Gerade Kreiskegel 71
5 Cavalierisches Prinzip 72
6 Pyramidenstümpfe und Kegelstümpfe 72
6.1 Pyramidenstümpfe 72
6.2 Kegelstümpfe 72
7 Platonische Körper 73
8 Kugeln 74
8.1 Definitionen 74
8.2 Kugelsegmente 74
8.3 Kugelsektoren 75
8.4 Kugelschichten 75
X Inhaltsverzeichnis
V Funktionen 76
1 Definition und Darstellungen von Funktionen 76
1.1 Definitionen 76
1.2 Funktionsgleichung 76
1.3 Graph einer Funktion 77
1.4 Wertetabelle einer Funktion 77
2 Verhalten von Funktionen 77
2.1 Monotone Funktionen 77
2.2 Symmetrische Funktionen 78
2.3 Beschränkte Funktionen 79
2.4 Injektive Funktionen 79
2.5 Surjektive Funktionen 79
2.6 Bijektive Funktionen 79
2.7 Periodische Funktionen 79
2.8 Umkehrfunktionen 79
2.9 Reelle und komplexe Funktionen 80
3 Einteilung der elementaren Funktionen 80
4 Ganze rationale Funktionen 82
4.1 Konstante Funktionen 82
4.2 Lineare Funktionen 82
4.3 Quadratische Funktionen 84
4.4 Kubische Funktionen 87
4.5 Ganze rationale Funktionen n ten Grades 88
4.6 Horner Schema 89
5 Gebrochene rationale Funktionen 89
5.1 Nullstellen, Pole, Asymptoten 89
5.2 Partialbruchzerlegung 92
6 Irrationale Funktionen 93
7 Transzendente Funktionen 95
7.1 Exponentialfunktionen 95
7.2 Logarithmusfunktionen 96
VI Trigonometrie 97
1 Definition der trigonometrischen Funktionen 97
2 Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel 98
3 Beziehungen für den gleichen Winkel 99
4 Graphen der trigonometrischen Funktionen 99
5 Reduktionsformeln 100
6 Additionstheoreme 101
7 Sinussatz und Kosinussatz 102
8 Grundaufgaben der Dreiecksberechnung 103
9 Arkusfunktionen 104
VII Analytische Geometrie 106
1 Koordinatensysteme 106
1.1 Kartesisches Koordinatensystem der Ebene 106
1.2 Polarkoordinatensystem der Ebene 106
1.3 Zusammenhang zwischen kartesischen und Polarkoordinaten 107
1.4 Kartesisches Koordinatensystem des Raums 108
2 Geraden 108
2.1 Geradengleichungen 108
2.2 Abstände HO
3 Kreise 111
3.1 Kreisgleichungen 111
3.2 Berechnung von Kreisen 112
3.3 Kreis und Gerade 113
4 Kugeln 115
Inhaltsverzeichnis XI
5 Kegelschnitte 115
5.1 Ellipsen 116
5.2 Hyperbeln 118
5.3 Parabeln 120
5.4 Anwendungen 122
6 Graphisches Lösen von Gleichungen 124
7 Vektoren 126
7.1 Definitionen 126
7.2 Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar 127
7.3 Addition und Subtraktion zweier Vektoren 127
7.4 Komponentendarstellung von Vektoren in der Ebene 127
7.5 Komponentendarstellung von Vektoren im Raum 128
7.6 Skalarprodukt 129
7.7 Vektorprodukt 129
7.8 Spatprodukt 130
VIII Differential und Integralrechnung 131
1 Folgen 131
1.1 Grundbegriffe 131
1.2 Arithmetische Folgen 131
1.3 Geometrische Folgen 132
1.4 Grenzwert einer Folge 132
1.5 Tabelle einiger Grenzwerte 132
1.6 Divergente Folgen 133
2 Reihen 133
2.1 Definitionen 133
2.2 Arithmetische Reihen 134
2.3 Geometrische Reihen 134
2.4 Harmonische Reihen 135
2.5 Alternierende Reihen 135
3 Grenzwerte von Funktionen 136
3.1 Grenzwert an einer endlichen Stelle 136
3.2 Einseitige Grenzwerte 136
3.3 Grenzwert im Unendlichen 137
3.4 Rechenregeln für Grenzwerte 137
3.5 Unbestimmte Ausdrücke 137
3.6 Stetigkeit einer Funktion 137
3.7 Unstetigkeitsstellen 138
4 Ableitung einer Funktion 138
4.1 Definitionen 138
4.2 Differentiationsregeln 139
4.3 Höhere Ableitungen 141
4.4 Ableitungen einiger algebraischer Funktionen 141
4.5 Ableitungen einiger transzendenter Funktionen 142
4.5.1 Trigonometrische Funktionen 142
4.5.2 Logarithmusfunktionen 143
4.5.3 Exponentialfunktionen 143
4.5.4 Zusammenfassende Übersicht 143
4.6 Sekanten und Tangenten 143
4.7 Extremwerte von Funktionen 144
4.8 Krümmungsverhalten von Funktionen 144
4.9 Wendepunkte von Funktionen 145
4.10 Kurvendiskussion 146
4.11 Anwendungsbeispiele 146
4.12 Näherungsverfahren zur Nullstellenbestimmung 147
4.12.1 Regula falsi 147
4.12.2 Newtonsches Verfahren 147
5 Integralrechnung 148
5.1 Unbestimmtes Integral 148
5.2 Integrationsregeln 148
5.3 Unbestimmte Integrale einiger algebraischer Funktionen 150
5.4 Unbestimmte Integrale einiger transzendenter Funktionen 150
5.5 Bestimmtes Integral 151
XII Inhaltsverzeichnis
5.6 Hauptsatz der Differential und Integralrechnung 152
5.7 Eigenschaften des bestimmten Integrals 152
5.8 Einige Anwendungen der Integralrechnung 153
6 Funktionenreihen 155
6.1 Definitionen 155
6.2 Potenzreihen 156
6.3 Fourier Reihen 157
Anhang
A Symbole und Bezeichnungsweisen 161
B Mathematische Konstanten 163
C Das griechische Alphabet 163
Physik
I Einführung 165
1 Physikalische Größen 165
1.1 Skalare 165
1.2 Vektoren 165
2 Sl System 165
II Mechanik 166
1 Kinematik des Massenpunktes 166
1.1 Eindimensionale Bewegungen 166
1.1.1 Geschwindigkeit 166
1.1.2 Beschleunigung 167
1.1.3 Freier Fall 167
1.1.4 Senkrechter Wurf 168
1.2 Zusammengesetzte Bewegungen 168
1.2.1 Schiefer Wurf 169
1.3 Kreisbewegung 170
1.3.1 Bahngeschwindigkeit 170
1.3.2 Winkelgeschwindigkeit 170
1.3.3 Kreisfrequenz 170
1.3.4 Winkelbeschleunigung 170
2 Dynamik 171
2.1 Newtonsche Axiome 171
2.2 Kraft 171
2.3 Impuls 174
2.4 Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad und Energie 174
2.5 Stoßprozesse 176
2.6 Rotation 177
2.7 Gravitation 180
3 Elastische Verformung fester Körper 180
4 Mechanik der ruhenden Flüssigkeiten und Gase 181
4.1 Druck 181
4.2 Kompressibilität 181
4.3 Volumenausdehnung 181
4.4 Hydrostatischer Druck in Flüssigkeiten 181
4.5 Schweredruck in Gasen 182
4.6 Auftrieb 182
5 Hydrodynamik 182
5.1 Kontinuitatsgleichung 182
5.2 Bernoulli Gleichung 182
5.3 Innere Reibung 183
III Thermodynamik 183
1 Grundbegriffe 183
Inhaltsverzeichnis XIII
2 Temperatur 183
2.1 Einheiten 183
2.2 Temperaturmessung 184
3 Thermische Ausdehnung 184
3.1 Feste Stoffe 184
3.2 Flüssigkeiten 184
3.3 Gase 185
4 Ideale Gase 185
4.1 Allgemeine Zustandsgieichung idealer Gase 185
4.2 Kinetische Gastheorie 186
4.3 Wärmeenergie 186
4.4 Zustandsänderungen idealer Gase 187
4.5 Kreisprozesse 188
5 Wärmeübertragung 188
5.1 Wärmeleitung 188
5.2 Wärmeströmung 189
5.3 Wärmestrahlung 189
IV Schwingungen 189
1 Freie ungedämpfte harmonische Schwingungen 189
2 Gedämpfte Schwingungen 190
3 Erzwungene Schwingungen 190
4 Überlagerung harmonischer Schwingungen 191
4.1 Schwingungsrichtung parallel zueinander 191
4.2 Schwingungsrichtung senkrecht zueinander 192
V Wellen 193
1 Harmonische Wellen 193
1.1 Ausbreitung 193
1.2 Interferenz 194
2 Huygensches Prinzip 195
2.1 Reflexion 196
2.2 Brechung 196
2.3 Beugung 196
3 Dopplereffekt 197
VI Akustik 198
1 Schallausbreitung 199
2 Reflexion, Transmission, Absorption 199
3 Ultraschall 199
VII Optik 200
1 Eigenschaften des Lichtes 200
2 Geometrische Optik 200
2.1 Reflexion des Lichtes 200
2.2 Brechungsgesetz 202
2.3 Optische Geräte 206
3 Wellenoptik 208
3.1 Interferenz 208
3.2 Beugung 209
4 Photometrie 210
4.1 Strahlungsphysikalische Größen 211
4.2 Lichttechnische Größen 212
5 Licht als Korpuskel 213
VIII Anhang 215
A Physikalische Größen und Einheiten 215
B Zahlenwerte physikalischer Größen 216
XIV Inhaltsverzeichnis
I Werkstoffkunde
I Stoffe 217
1 Eigenschaften der Stoffe 217
2 Atombau und Periodensystem 217
3 Aufbau der festen Körper 220
4 Chemische Grundzusammenhänge 222
5 Elektrochemie 224
II Elektrische Leitfähigkeit 225
1 Leitungsmechanismus 225
2 Isolator 226
3 Halbleiter 227
4 Normalleiter 227
5 Supraleiter 227
6 Halleffekt 228
III Elektrische Leiter 230
1 Normalleiter 230
2 Halbleiter 230
3 Supraleiter 233
IV Magnetische Leitfähigkeit 233
1 Modellvorstellung 233
2 Verhalten von Materie im Magnetfeld 233
3 Magnetisierung 235
4 Magnetisierungskurve 235
5 Permeabilität 236
V Magnetika 230
1 Metalloxide (Ferrite) 238
2 Weichmagnetika 238
3 Hartmagnetika (Dauermagnete) (DIN 17410) 242
VI Dielektrische Eigenschaften 230
1 Modellvorstellungen zur dielektrischen Polarisation 245
2 Dielektrische Materialeinteilung 246
3 Elektrische Materialeinteilung 246
VII Dielektrika 248
1 Natürliche anorganische Dielektrika 248
2 Natürliche organische Dielektrika 249
3 Künstliche anorganische Dielektrika 249
4 Künstliche organische Dielektrika 249
5 Silikone 250
Literaturhinweise 250
Grundlagen der Elektrotechnik
I Grundbegriffe 253
1 Aufbau der Atome 253
2 Ladungsträger 253
3 Spannung 253
Inhaltsverzeichnis XV
4 Strom 253
4.1 Bewegung von Ladungsträgern 253
4.2 Stromstärke 254
4.3 Stromdichte 254
5 Das Ohmsche Gesetz 254
6 Spezifischer Widerstand, Leitfähigkeit 254
7 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Metallen 255
II Der Gleichstromkreis 256
1 Zählpfeilsysteme 256
2 Kirchhoffsche Gesetze 256
2.1 Knotenregel 256
2.2 Maschenregel 256
3 Schaltung von Widerständen 257
3.1 Reihenschaltung 257
3.2 Parallelschaltung 257
3.3 Stern Dreieck Umwandlung 257
3.4 Messbereichserweiterung 258
3.4.1 Voltmeter 258
3.4.2 Amperemeter 259
4 Ersatzspannungsquelle 259
4.1 Kombination von Spannungsquellen 259
4.1.1 Reihenschaltung 260
4.1.2 Parallelschaltung 260
5 Ersatzstromquelle 260
6 Netzwerkberechnung 260
6.1 Gemischte Schaltungen 261
6.2 Überlagerungsverfahren 261
6.3 Ersatzspannnungsquelle 262
6.4 Nichtlineare Gleichstromkreise 262
7 Energie, Leistung, Wirkungsgrad 263
7.1 Leistungsanpassung 263
7.2 Leistungsverlust auf Leitungen 264
7.3 Wirkungsgrad 264
7.4 Umwandlung elektrischer Energie 264
7.4.1 Wärme 264
7.4.2 Mechanische Energie 264
III Das Elektrische Feld 265
1 Grundgrößen 265
1.1 Kräfte zwischen Ladungen 265
1.2 Feldstärke 266
1.3 Feldlinien 266
1.4 Potential, Spannung 266
1.5 Äquipotentiallinien 267
1.6 Elektrischer Fluss 267
1.7 Energie geladener Teilchen im elektrischen Feld 267
2 Materie im elektrischen Feld 268
2.1 Leiter 268
2.2 Nichtleiter 268
3 Kondensatoren 268
3.1 Kapazität 269
3.1.1 Plattenkondensator 269
3.1.2 Spezielle Kondensatoren 269
3.2 Schaltungen mit Kondensatoren 270
3.2.1 Reihenschaltung 270
3.2.2 Parallelschaltung 270
3.2.3 Gemischte Schaltungen 271
3.3 Energie des elektrostatischen Feldes 271
3.4 Laden und Entladen eines Kondensators 272
3.5 RC Reihenschaltung 273
XVI Inhaltsverzeichnis
IV Das Magnetische Feld 274
1 Feldlinien 274
1.1 Dauermagnet 274
1.2 Stromdurchflossene Leiter 274
1.3 Stromdurchflossene Spule 274
1.4 Magnetfeld der Erde 275
2 Magnetische Grundgrößen 275
2.1 Feldstärke 275
2.2 Fluss, Flussdichte 278
3 Kräfte im Magnetfeld 279
3.1 Kräfte auf bewegliche Ladungsträger 279
3.2 Stromdurchflossener Leiter 279
3.3 Magnetisches Moment 280
3.4 Kräfte zwischen zwei parallelen Leitern 280
3.5 Hall Effekt 281
4 Energie des Magnetfeldes 282
5 Materie im Magnetfeld 282
5.1 Diamagnetismus 283
5.2 Paramagnetismus 283
5.3 Ferromagnetismus 284
5.3.1 Magnetisierungskurve 284
5.3.2 Verlauf der Permeabilität 285
5.3.3 Temperaturabhängigkeit 285
5.3.4 Magnetostriktion 286
5.4 Antiferromagnetismus 286
5.5 Ferrimagnetismus 286
6 Magnetische Kreise 286
6.1 Magnetische Spannung 286
6.2 Magnetischerwiderstand 287
6.3 Unverzweigte Kreise 287
6.4 Verzweigte Kreise 288
V Induktion 289
1 Induktion bei Änderung der Fläche 289
2 Induktion bei Änderung des Magnetfeldes 291
3 Die Induktivität einer Spule 291
3.1 Selbstinduktion 291
3.2 Gegeninduktion 292
3.3 Energie im Magnetfeld einer Spule 293
3.4 Ein und Ausschaltvorgänge 293
3.5 Zusammenschalten von Induktivitäten 294
VI Wechselstrom 294
1 Grundbegriffe des Wechselstroms 294
1.1 Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung 294
1.2 Phasenverschiebung 295
1.3 Effektivwert 295
1.4 Darstellungsarten 296
1.4.1 Zeigerdarstellung von Sinusgrößen 296
1.4.2 Darstellung von Sinusgrößen in der komplexen Zahlenebene 296
2 Grundschaltelemente im Wechselstromkreis 297
2.1 Ohmscher Widerstand 297
2.2 Kapazität 297
2.3 Spule 297
3 Schaltungen von Wechselstromwiderständen 299
3.1 Reihenschaltung von Wechselstromwiderständen 299
3.1.1 Wirkwiderstand und Induktivität 299
3.1.2 Wirkwiderstand und Kapazität 300
3.1.3 Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität 301
Inhaltsverzeichnis XVII
3.2 Parallelschaltung von Wechselstromwiderständen 303
3.2.1 Wirkwiderstand und Induktivität 303
3.2.2 Wirkwiderstand und Kapazität 304
3.2.3 Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität 305
3.3 Gemischte Schaltungen 306
4 Passive Filter 307
4.1 Hochpassschaltung mit RC und ÄL Glied 307
4.2 Tiefpassschaltung mit RC und ÄL Glied 308
4.3 Bandpassschaltung 309
5 Schwingkreise 309
5.1 Reihenresonanz 310
5.2 Parallelresonanz 310
6 Leistung und Arbeit im Wechselstromkreis 310
6.1 Leistung und Arbeit bei Phasengleichheit von Spannung und Strom 310
6.2 Leistung und Arbeit bei Phasenverschiebung von Spannung und Strom 311
6.3 Leistung in komplexer Schreibweise 312
6.4 Leistungsfaktor 312
VII Drehstrom 313
1 Erzeugung von mehrphasigem Wechselstrom 313
2 Phasenverkettung 313
2.1 Sternschaltung 313
2.2 Dreieckschaltung 314
3 Leistung des Dreiphasenstroms 315
4 Das unsymmetrische Dreiphasensystem 315
4.1 Das unsymmetrische Dreileiternetz 315
4.2 Das unsymmetrische Vierleiternetz 316
Elektronik
I Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn Übergang 319
1 Einführung in die Halbleiterphysik 319
2 Der pn Übergang 321
II Dioden 322
1 Kennlinien 322
2 Kenndaten und Grenzwerte 323
3 Kennzeichnung von Halbleiter Bauelementen 326
4 Diodenarten 327
4.1 Kapazitätsdioden 328
4.2 Schalterdioden 329
4.3 Schottky Dioden 330
4.4 Gleichrichter Dioden 330
4.5 Z Dioden 331
5 Anwendungsschaltungen 332
5.1 Begrenzerschaltungen 332
5.2 Gleichrichter 333
5.2.1 Einweggleichrichter (Ml) 333
5.2.2 Mittelpunktschaltung (M2) 335
5.2.3 Briickengleichrichterschaltung (B2) 336
5.3 Spannungsvervielfacher 338
5.4 Diode als Konstantspannungsquelle (Z Diode) 339
III Mehrschichtdioden und trioden 341
1 Vierschichtdioden 341
2 Thyristoren 342
XVIII Inhaltsverzeichnis
3 Diac 345
4 Triac 346
5 Schutz der Dioden und Trioden 346
6 Zündmethoden 347
IV Transistoren 349
1 Bipolare Transistoren 349
1.1 Transistoreffekt 349
1.2 Transistorkennlinien 350
1.3 Kenn und Grenzwerte des Transistors 352
2 Feldeffekttransistoren (FET) 356
2.1 Aufbau und Wirkungsweise des Sperrschicht FET 356
2.2 Aufbau und Wirkungsweise des MOSFET 358
2.3 Kennlinien von FET 359
2.4 Kennwerte von FET 360
V Besondere Halbleiter Bauelemente 365
1 Unijunction Transistor (Doppelbasisdiode) 365
2 Darlington Transistor 366
3 VMOS Transistoren 367
4 SIPMOS Transistoren 368
5 IGBT 369
VI Analoge Verstärker 371
1 Bipolarer Transistor als Verstärker 371
1.1 Grundschaltungen 373
1.2 Arbeitspunktstabilisierung 375
1.3 Emitterschaltungen 379
1.4 Kollektorschaltungen 381
1.5 Basisschaltung 382
2 Feldeffekt Transistor als Verstärker 383
2.1 Arbeitspunkteinstellung und Stabilisierung 383
2.2 Grundschaltungen von FET 385
2.2.1 Sourceschaltung 386
2.2.2 Drainschaltung 388
2.2.3 Gateschaltung 389
2.3 Weitere Anwendungen 390
3 Mehrstufige Verstärker 392
VII Endstufen 397
1 Betriebsarten 397
2 Schaltungen 397
VIII Operationsverstärker 402
1 Einführung 402
2 Differenzverstärker 402
3 Grundlagen des OP 403
4 Operationsverstärker als Verstärker 406
4.1 Verstärker mit frequenzunabhängiger Gegenkopplung 406
4.2 Verstärker mit frequenzabhängiger Gegenkopplung 409
4.3 OP als Leistungsverstärker 411
4.4 Aktive Filterschaltungen 412
IX Elektronische Schalter, Kippstufen 413
1 Transistor als Schalter 413
2 Kippschaltungen mit Transistoren 417
2.1 Bistabile Kippstufe 417
2.2 Monostabile Kippstufe 418
2.3 Astabile Kippstufe 419
2.4 Triggerschaltungen 419
Inhaltsverzeichnis XIX
3 Operationsverstärker als Schalter 420
4 Kippschaltungen mit Operationsverstärker 421
4.1 Triggerschaltungen mit Operationsverstärker 421
4.2 Astabile Kippstufe mit Operationsverstärker 422
4.3 Monostabile Kippstufe mit Operationsverstärker 423
4.4 Bistabile Kippstufe mit Operationsverstärker 423
5 Zeitgeber 555 424
6 Trigger TCA 345 A 425
X Oszillatoren 425
1 Allgemeines 425
2 Sinusgeneratoren (RC Oszillatoren) 426
3 Funktionsgeneratoren 428
XI Schaltungstechniken 429
1 Integrierte Schaltungen 429
2 SMD Technik 431
XII Optoelektronik 433
1 Grundsätzliche Überlegungen 433
2 Optoelektronische Bauelemente 433
2.1 Fotowiderstand (LDR light dependent resistor) 433
2.2 Fotodiode und Fotoelement 434
2.3 Fototransistoren 436
2.4 Lumineszenzdioden und Flüssigkristalle 437
3 Anzeigeeinheiten 439
4 Signalübertragung mit Optokoppler 440
5 Faseroptische Übertragungsmittel 441
XIII Analog Digital Wandler 441
1 Grundlagen 441
2 Spannungs Frequenz Wandler 442
3 Sägezahnverfahren 442
4 Dual Slope Verfahren 442
5 Flash Wandler 443
6 Wandler nach dem Wägeverfahren 443
7 Integrierte Wandler 444
XIV Digital Analog Wandler 444
1 Grundlagen 444
2 D/A Wandler Varianten 444
3 Integrierte Wandler 445
XV Leistungselektronik 447
1 Gleichrichterschaltungen/Stromversorgung 447
2 Anwendungsschaltungen 453
3 Schaltnetzteile 455
4 Elektronische Schalter 457
5 Elektronische Steller 458
Technische Kommunikation
I Grundlagen der zeichnerischen Darstellung 461
1 Zeichengeräte 461
2 Nonnen für Technische Zeichnungen 462
XX Inhaltsverzeichnis
3 Darstellung und Bemaßung von Körpern 462
4 Normteile und Konstruktionselemente 476
5 Wichtige Normteile des Maschinenbaues 489
6 Nutzen der Normung 493
II Schaltungsunterlagen 447
1 Schaltzeichen nach DIN 496
2 Elektrische Betriebsmittel 499
3 Schaltungsunterlagen der Energietechnik 502
4 Schaltungsunterlagen der Elektronik 506
4.1 Allgemeines 506
4.2 Schaltzeichen nach DIN 40900 Teil 12 Binäre Elemente 506
4.3 Entwurf von Schaltungen 509
4.3.1 Verdrahtungsplan mit Universalplatinen 509
4.3.2 Entwurf und Herstellung gedruckter Schaltungen 509
5 Projektierung 510
III Schaltungssynthese und analyse 511
1 Beispiele aus der Elektrotechnik 511
2 Beispiele aus der Elektronik 511
IV CAD Technik 514
1 Allgemeines 514
2 Hardware und Software 514
3 Erstellen von Schaltplänen 514
4 Erstellen von Layouts 514
5 Anwendungen in der Elektronik 517
6 Auswahl von CAD Systemen 517
Datentechnik
I Digitaltechnik 521
1 Grundbegiffe der Digitaltechnik 521
2 Logische Grundschaltungen 522
2.1 Grundverknüpfungen 522
2.1.1 NICHT Verknüpfung 522
2.1.2 UND Verknüpfung 522
2.1.3 ODER Verknüpfung 523
2.2 Realisierungsmöglichkeiten logischer Verknüpfungen 523
3 Schaltalgebra 525
3.1 Allgemeines 525
3.2 Normalform einer binären Funktion 525
3.2.1 Disjunktive Normalform 525
3.2.2 Konjunktive Normalform 526
3.2.3 Umwandeln der Gleichung in Schaltzeichen 526
3.2.4 Schaltungsminimierung mit Hilfe der Schaltalgebra 526
3.2.5 Umsetzung in NAND oder NOR Technik 526
3.2.6 KV Tabelle 529
3.2.7 Analyse logischer Schaltungen 529
3.2.8 Synthese logischer Schaltungen 530
4 Zahlensysteme in der Digital und Datenverarbeitung 532
4.1 Dualsystem 532
4.1.1 Bildung der Dualzahlen und Umwandlung in Dezimalzahlen 532
4.1.2 Umwandlung dezimal nach dual 532
4.2 Hexadezimalsystem 534
Inhaltsverzeichnis XXI
4.3 Rechnen mit Dualzahlen 534
4.4 Zahlen in Rechenanlagen 534
4.4.1 Darstellung von Zahlen 534
4.4.2 Einer und Zweierkomplement 536
4.4.3 Subtraktion mit Hilfe des Komplements 536
5 Codes 537
5.1 Allgemeines 537
5.2 Binär Code 537
5.3 BCD Code 537
5.3.1 BCD Dual Code 537
5.3.2 3 Excess Code 537
5.3.3 Aiken Code 538
5.4 Gray Code 538
5.5 Codierung alphanumerischer Zeichen 539
5.6 Fehlererkennung und Redundanz 540
5.6.1 Einfache Prüfung auf Parität 540
5.6.2 Kreuzsicherungsprüfung 541
5.6.3 Hamming Code 541
6 Digitale Grundschaltungen 542
6.1 Allgemeines 542
6.2 Schaltnetze 542
6.2.1 Rechennetze 542
6.2.1.1 Halbaddierer 542
6.2.1.2 Volladdierer 542
6.2.1.3 Serieller n Bit Addierer 543
6.2.1.4 Paralleler n Bit Addierer 544
6.2.1.5 Subtrahierer 544
6.2.1.6 Addierer für BCD Dualzahlen 545
6.2.2 Komparatoren 545
6.2.2.1 Einfacher Komparator 545
6.2.2.2 Komparator mit Größer und Kleiner Vergleich 546
6.2.3 Codewandler und Decoder 547
6.2.3.1 Codewandler 547
6.2.3.2 1 aus n Decoder 548
6.2.4 Multiplexer und Demultiplexer 548
6.2.4.1 Multiplexer 549
6.2.4.2 Demultiplexer 550
6.3 Schaltwerke 550
6.3.1 Speicherbausteine 550
6.3.1.1 Allgemeines Flipflop 550
6.3.1.2 RS Flipflop 551
6.3.1.3 Flipflops mit dominierenden Eingängen 551
6.3.1.4 D Flipflop 551
6.3.1.5 JK Flipflop 552
6.3.1.6 Master Slave JK Flipflop 552
6.3.1.7 T Flipflop 553
6.3.2 Grundschaltungen aus Speicherbausteinen 553
6.3.2.1 Register 553
6.3.2.2 Schieberegister 554
6.3.2.3 Frequenzteiler 555
6.3.2.4 Zähler 556
6.3.2.4.1 AsynchronerZähler 556
6.3.2.4.2 Asynchroner BCD Vorwärtszähler 558
6.3.2.4.3 Synchroner Dual Vorwärts 1 Zähler 559
6.3.2.4.4 Zähler für mehrere Decaden 559
6.4 Sonderschaltungen 560
6.4.1 Monoflops 560
6.4.2 Astabile Kippstufen 561
II Integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik 562
1 Allgemeines 562
2 Umgang mit integrierten Schaltungen 563
3 Daten und Begriffe der Logikschaltungen 563
3.1 Grenz und Kenndaten 563
3.2 Pegel 563
XXII Inhaltsverzeichnis
3.3 Störsicherheit 564
3.4 Lasteinheit 564
3.5 Temperaturbereich 564
3.6 Gatterlaufzeit 565
3.7 Verlustleistung 565
4 TTL Familie 566
4.1 Eigenschaften und Kenndaten 566
4.2 Standard TTL 566
4.3 Schaltungen mit 3 state 569
4.4 Schottky TTL und Low Power Schotky 570
5 Emittergekoppelte Logik 570
6 Integrierte MOS Schaltungen 570
6.1 NMOS und PMOS Technik 571
6.2 CMOS 571
6.2.1 14000 Serie 571
6.2.2 CMOS Schalter 573
6.2.3 High Speed CMOS 574
6.2.4 BICMOS 574
7 Interfaceschaltungen 575
8 Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen 575
8.1 Allgemeines 575
8.2 Kundenspezifische IC s 576
8.3 Programmierbare Logikbausteine 577
8.3.1 PROM 577
8.3.2 PAL 577
8.3.3 GAL 581
8.3.4 pLSI, ispLSI 584
9 Gehäuse 587
III Mikrocomputertechnik 588
1 Komponenten eines Mikrocomputers 588
2 Mikroprozessoren 588
2.1 Allgemeines 588
2.2 Architektur 588
2.3 Übersicht gängiger Mikroprozessoren 590
2.4 8 Bit Mikroprozessoren 590
2.4.1 8085 CPU 590
2.4.2 Beispiel Z80 CPU 598
2.5 16 Bit Prozessoren 601
2.5.1 8086/80286 601
2.5.2 Adressenbildung 603
3 Halbleiterspeicher 604
3.1 Allgemeines 604
3.2 Kenndaten und Technologie 604
3.3 Bedeutung der Anschlüsse 605
3.4 Organisation und Aufbau 605
3.4.1 Bitorganisierter und wortorganisierter Speicher 606
3.4.2 Speicher mit Adressenzwischenspeicher 606
3.5 Zeitverhalten 607
3.6 Speichertypen 608
3.6.1 Festwertspeicher 608
3.6.1.1 Masken ROM 609
3.6.1.2 PROM 609
3.6.1.3 EPROM 609
3.6.1.4 EEPROM 611
3.6.1.5 Flash EPROM 612
3.6.2 Schreib Lesespeicher 613
3.6.2.1 SRAM 613
3.6.2.2 NVRAM 614
3.6.2.3 DRAM 615
3.6.2.4 PSRAM 616
3.7 Speichererweiterung 616
3.8 Zentralspeicher 617
Inhaltsverzeichnis XXIII
4 Peripheriebausteine 618
4.1 Allgemeines 618
4.2 BUS Treiber 618
4.3 Einfache E /A Bausteine für den parallelen Betrieb 618
4.4 Programmierbare Schnittstellen bausteine 620
4.5 Zeitgeberbausteine 625
4.6 Programmierbarer E/A Baustein mit Speicher und Zeitgeber 627
4.7 Eingabe Ausgabe Bausteine für den seriellen Betrieb 629
4.7.1 Allgemeines 629
4.7.2 USART 632
4.8 Bausteine mit Sonderfunktionen 635
5 Mikrocontroller 636
5.1 Allgemeines 636
5.2 8 Bit Mikrocontroller 637
5.2.1 Funktionsbeschreibung des MC 8051 637
5.2.2 Ein /Ausgabeeinheit 640
5.2.3 RESET Schaltung 640
5.2.4 Taktgenerator 640
5.2.5 Stromaufnahme 640
5.2.6 TIMER 641
5.2.7 Unterbrechungssystem 642
5.2.8 Speicher 643
5.2.9 Serielle Schnittstelle 644
5.3 16 Bit Mikrocontroller 645
6 Maschinensprache 647
6.1 Allgemeines 647
6.2 Maschinencode 647
6.3 Befehlsaufbau 648
6.4 Befehlsdarstellung 648
6.5 Befehle 648
6.5.1 Befehlsfunktionen 648
6.5.2 Adressierungsarten 652
6.6 Befehlszyklus und Befehlszeiten 653
6.6.1 Befehlszyklus 653
6.6.2 Befehlszeiten 655
7 Befehlsvorrat 655
8 Hinweise zur Programmierung und Progammbeispiele 658
IV Computertechnik 659
1 Komponenten eines Computers 659
2 Massenspeicher 659
2.1 Magnetplatten 659
2.1.1 Diskette und Diskettenlaufwerk 659
2.1.2 Festplatte und Festplattenlaufwerk 663
2.1.3 Magnetbandgeräte 664
2.2 CD ROM und CD Laufwerk 664
3 Eingabegeräte 665
3.1 Tastatur 665
3.2 Maus 666
4 Ausgabegeräte 666
4.1 Datensichtgeräte 666
4.1.1 Monitor 666
4.1.2 LCD Bildschirm 669
4.2 Drucker 669
4.2.1 Typenraddrucker 669
4.2.2 Matrixdrucker 669
4.2.3 Tintenstrahlrucker 669
4.2.4 Laserdrucker 669
V Programmiertechnik 670
1 Programmiersprachen 670
1.1 Assembler 670
1.2 ADA 670
XXIV Inhaltsverzeichnis
1.3 ALGOL 671
1.4 BASIC 671
1.5 C 671
1.6 FORTRAN 671
1.7 PASCAL 671
1.8 PL/M 671
2 Grundlagen der Programmierung 672
2.1 Interpreter 672
2.2 Compiler 672
2.3 Editor 672
2.4 Integrierte Entwicklungsumgebung 672
2.5 Methoden der Programmentwicklung 673
2.6 Problembeschreibung 673
2.7 Top Down Methode 673
2.8 Bottom Up Methode 673
2.9 Bewertung der Methoden 673
2.10 Programm Test 674
VI Datenkommunikation 674
1 Einführung 674
2 Grundlagen 675
2.1 Verkehrsarten 675
2.2 Vermittlungsprinzipien 676
2.3 Vermittlungseinrichtungen 676
2.4 Klassifizierung von Netzen 677
2.5 Standardisierung 677
2.5.1 Standardisierungsgremien 678
3 Lokale Netze 680
3.1 Ethernet (CSMA/CD) 680
3.2 Token Ring 682
3.3 ISDN 684
3.4 Breitband ISDN (ATM Technik) 685
Literatur 688
— • ——— . ~—~_ , 1
Automatisierungstechnik
1 Einführung 689
2 Automatisierungsgeräte 689
3 Grundzüge der SPS NormlEC 61131 3 690
3.1 Programmorganisationskonzept 690
3.2 Deklaration von FB und FC Bausteinen 691
3.3 Variablen 692
3.4 Programmiersprachen 695
4 Programmstrukturen 696
4.1 Lineares Programm 696
4.2 Gegliedertes Programm 696
4.3 Parametrierbares Programm 696
5 Eingabe und Ausgabesignale 697
5.1 Binäre Signale 697
5.2 Digitale Signale 697
5.3 Analoge Signale 697
Inhaltsverzeichnis XXV
6 Eingabe /Ausgabebaugruppen 697
7 Verknüpfungssteuerungen 698
7.1 Logische Grundverknüpfungen in verschiedenen Darstellungen 698
7.2 Zusammengesetzte logische Grundverkniipfungen 698
7.3 Schließer und Öffnerkontakte, Drahtbruchsicherheit, Erdschlussgefahr 700
7.4 Speicherfunktionen 700
7.5 Flankenauswertung 701
7.6 Darstellung und Eigenschaften elektropneumatischer Stellglieder 701
7.7 Regeln für das Umsetzen von Schützschaltungen in SPS Programme 702
7.8 Zeitfunktionen 703
7.9 Zählerfunktionen 703
7.10 Vergleichsfunktionen 704
7.11 MOVE Funktion 705
7.12 EN/ENO Mechanismus 706
8 Aufruf und Wertübergaben zwischen Bausteinen 706
8.1 Aufrufhierarchie der Bausteine P, FB und FC 706
8.2 Aufruf von Funktionsbausteinen in FBS 706
8.3 Aufruf von Funktionsbausteinen in AWL 706
8.4 Aufruf von Funktionen in AWL 707
9 Ablaufsteuerung 707
9.1 Ablauf Funktionsplan 707
9.2 Grafische Darstellung von Ablaufsteuerungsfunktionen 708
9.3 Betriebsartenteil und Bedienfeld 711
10 Kommunikation in Automatisierungssystemen 713
10.1 Bussysteme 713
10.2 PROFINET Offener Industrial Ethernet Standard 713
10.3 OPC Technologie 715
11 Steuerungssicherheit 716
11.1 Europäische Richtlinien und Sicherheitsnormen 717
11.2 Sicherheitsbegriff 717
12 Regelungstechnische Grundbegriffe der Automatisierungstechnik 719
12.1 Unterschied zwischen Steuern und Regeln, regelungstechnische Größen 719
12.2 Regler Technologien 721
13 Regelstrecken 721
13.1 Bespiele für Regelstrecken 721
13.2 Beschreibungsmittel zur Darstellung von Regelstreckeneigenschaften 722
14 Regler 725
14.1 P Regler, P Regelfunktion 726
14.2 1 Regler, I Regelfunktion 727
14.3 PI Regler, PI Regelfunktion 727
14.4 PID Regler, PID Regelfunktion 729
14.5 Vergleich der verschiedenen Reglertypen 729
14.6 PID Reglerbaustein für digitale Abtastregelung 729
14.7 SPS als kontinuierlicher PID Abtastregler 731
14.8 Digitaler Schrittregler mit Pl Verhalten 732
14.9 Zweipunktregler, Zweipunkt Regelfunktion 732
14.10 Regelgüte 733
Literaturverzeichnis 733
XXVI Inhaltsverzeichnis
Messtechnik
I Grundlagen und Grundbegriffe der Messtechnik 735
1 Begriffe 735
2 Einheiten 735
3 Messabweichung, Messfehler 736
3.1 Systematische Abweichungen 736
3.2 Zufällige Abweichungen 736
3.3 Arithmetischer Mittelwert, Erwartungswert 737
3.4 Standardabweichung 737
4 Abweichungsfortpflanzung, Fehlerfortpflanzung 738
5 Fehlerangaben von Messgeräten 739
5.1 Analog anzeigende Messgeräte 739
5.2 Digital anzeigende Messgeräte 739
6 Arithmetischer Mittelwert und Effektivwert von Wechselgrößen 739
7 Häufigkeitsverteilung, Vertrauensbereich 739
8 Bearbeitung und Auswertung von Messwerten 740
II Analog anzeigende Messgeräte 741
1 Grundlagen 741
2 Drehspul Messwerk 741
3 Dreheisen Messwerk 742
4 Elektrodynamisches Messwerk 743
5 Symbole und Instrumentenbeschriftungen 744
III Oszilloskop 744
1 Aufbau eines Standard Oszilloskopes 744
1.1 Oszilloskopröhre 744
1.2 Y Ablenkung 745
1.3 X Ablenkung 746
1.4 Netzteil 746
2 Oszilloskope mit speziellen Eigenschaften 747
2.1 Zwei oder Mehrkanal Oszilloskope 747
2.2 Speicheroszilloskope 747
2.3 Oszilloskope mit Differenzverstärker Eingang 748
2.4 Sampling Oszilloskope 748
2.5 Zusatzeinrichtungen bei Oszilloskopen 748
IV Schreibende Messgeräte 750
1 Y t Schreiber 750
2 X Y Schreiber 751
3 Auslenkung des Schreibstiftes 751
Inhaltsverzeichnis XXVII
V Digital anzeigende Messgeräte 751
1 Digitalvoltmeter 751
2 Digitalmultimeter 752
3 Messung von Kapazitäten, Frequenzen und Stromverstärkungen 753
4 Messung von Temperaturen 753
VI Messverfahren zur Messung elektrischer Größen 754
1 Messung von Gleichspannungen 754
1.1 Analog anzeigende Spannungsmessgeräte 754
1.2 Digital anzeigende Spannungsmessgeräte 754
1.3 Messabweichung durch den Innenwiderstand des Spannungsmessers 754
1.4 Spannungsmessung mit dem Kompensator 755
2 Messung von Gleichströmen 755
2.1 Analog anzeigende Strommessgeräte 755
2.2 Digital anzeigende Strommessgeräte 755
2.3 Messabweichung durch den Innenwiderstand des Strommessers 756
3 Messbereichserweiterung 756
3.1 Spannungsmessung 756
3.2 Strommessung 756
4 Messung von Wechselspannungen 756
4.1 Analog anzeigende Wechselspannungsmessgeräte 756
4.1.1 Spannungsmesser mit Dreheisenmesswerk 756
4.1.2 Spannungsmesser mit Drehspulmesswerk 757
4.1.3 Spannungsmesser mit Thermoumformermesswerk 757
4.2 Digital anzeigende Wechselspannungsmessgeräte 757
5 Messung von Wechselströmen 758
5.1 Analog anzeigende Wechselstrommessgeräte 758
5.2 Digital anzeigende Wechselstrommessgeräte 758
6 Widerstands und Impedanzmessung 758
6.1 Gleichstrom Messbrücken zur Widerstandsmessung 758
6.1.1 Grundlagen 758
6.1.2 Wheatstone Messbrücke im Abgleichverfahren 759
6.1.3 Thomson Messbrücke im Abgleichverfahren 759
6.1.4 Wheatstone Messbrücke im Ausschlagverfahren 760
6.1.5 Wheatstone Messbrücke im Ausschlagverfahren mit Widerstand in der Brücken¬
diagonalen 761
6.2 Wechselstrom Messbrücken zur Widerstands und Impedanzmessung 761
6.2.1 Messung von ohmschen Widerständen 761
6.2.2 Messung von Impedanzen 762
6.3 Vergleich mit bekanntem Widerstand Spannungsvergleich 762
6.4 Messung von Strom und Spannung 763
6.5 Widerstandsmessung mit analogen Multimetern 763
7 Leistungsmessung 764
7.1 Wirkleistungsmessung 764
7.1.1 Wirkleistungsmessung bei Wechselstrom 764
7.1.2 Wirkleistungsmessung in Drehstromsystemen 765
7.1.3 Symmetrisch belastetes Drehstromsystem 765
7.1.4 Beliebig belastetes Dreileiter Drehstromsystem 765
7.1.5 Beliebig belastetes Vierleiter Drehstromsystem 766
XXVIII Inhaltsverzeichnis
7.2 Blindleistungsmessung 767
7.2.1 Blindleistungsmessung bei Wechselstrom 767
7.2.2 Blindleistungsmessung in symmetrisch belasteten Dreileiter Drehstromsystemen . . . 767
7.2.3 Blindleistungsmessung in beliebig belasteten Vierleiter Drehstromsystemen 767
7.3 Scheinleistungsmessung 768
7.4 Messbereichserweiterung bei der Leistungsmessung 768
7.5 Leistungsfaktormessung 768
8 Messung der Arbeit 768
9 Messung von L, C, Gütefaktor und Verlustfaktor 769
9.1 Messungvon Izjoder zc 770
9.2 Messung von ZL, Z,., Gütefaktor und Verlustfaktor 770
10 Messung magnetischer Größen 771
10.1 Magnetischer Fluss 771
10.2 Magnetische Flussdichte 772
10.3 Magnetische Feldstärke 772
10.4 Permeabilität 772
VII Messverfahren zur Messung nichtelektrischer Größen 773
1 Messaufnehmer 774
1.1 Ohmsche Aufnehmer 775
1.2 Kapazitive Aufnehmer 775
1.3 Induktive Aufnehmer 776
1.4 Optische Aufnehmer 777
1.4.1 Fotodiode 777
1.4.2 Fotovervielfacher 777
1.5 Ladungsliefernde Aufnehmer 778
1.6 Thermische Aufnehmer 779
1.6.1 Thermoelemente 779
1.7 Chemische Aufnehmer 780
1.7.1 pH Wert Messeinrichtung mit Glaselektrode 780
1.7.2 Aufnehmer zur Messung der Sauerstoffkonzentration 781
1.8 Aufnehmer zur Messung von Gaskonzentrationen allgemein 781
2 Messverfahren 782
2.1 Kraftmessung mit Dehnungsmessstreifen (DMS) 783
2.2 Füllstandsmessung und Messung der Foliendicke 786
2.3 Drehzahlmessung 786
2.4 Durchflussmessung 787
2.5 Zeit und Frequenzmessung 789
2.6 Weg und Winkelmessung 790
2.7 Beschleunigungsmessung 791
VIII Messdatenaufbereitung 794
1 Verringerung der Störeinflüsse von außen 794
2 Messverstärker 795
IX Bussysteme für die Messtechnik 797
1 Grundbegriffe 797
2 IEC Bus 798
3 DIN Messbus 800
4 Aktuator Sensor Interface (ASI) 800
X Probleme bei der Digitalisierung analoger Messwerte 802
1 Fehler bei der Digitalisierung 802
2 Signal Quantisierungs Geräuschabstand 803
3 Verbesserung des Signal Rausch Verhältnisses 804
4 Abtast Halte Glied 804
5 Aliasing 804
6 Erfassung von Momentanwerten 804
Inhaltsverzeichnis XXIX
XI PC gestützte Messverfahren und Messsignalanalyse 805
1 Statistische Verfahren zur Messsignalauswertung 805
2 Graphische Darstellung 805
3 Ermittlung von Kenngrößen, Klassierung 806
4 Messsignalanalyse 806
4.1 Verfahren 807
4.2 Anwendungen 807
4.2.1 Messung des Klirrfaktors 807
4.2.2 Geräuschmessung zur Schadenfrüherkennung 807
4.2.3 Abstandsmessung 807
4.2.4 Erkennung periodischer Signalanteile 807
5 Automatisierung von Messabläufen 807
Literaturverzeichnis 808
Literatur allgemein: 808
Spezielle Literatur: 808
Energietechnik
I Elektrische Maschinen 809
1 Transformatoren 809
1.1 Aufgaben eines Transformators 809
1.2 Bauteile eines Transformators 809
1.2.1 Eisenkerne 809
1.2.2 Wicklungen 809
1.2.3 Kühlung 810
1.3 Wirkungsweise eines Einphasen Transformators 810
1.3.1 Leerlauf 810
1.3.2 Belastung 811
1.3.3 Leerlaufversuch 812
1.3.4 Kurzschlussversuch 813
1.3.5 Wirkungsgrad 814
1.4 Aufbau und Schaltung von Drehstrom Transformatoren 815
1.4.1 Wirkungsweise 815
1.4.2 Schaltgruppen 816
1.4.3 Unsymmetrische Belastungen 816
1.5 Parallelschalten von Transformatoren 816
1.6 Transformatorschutz 817
1.7 Überlastung von Transformatoren 817
1.8 Aufstellen von Transformatoren 817
1.9 Sondertransformatoren 818
1.9.1 Spartransformatoren 818
1.9.2 Drosselspulen 818
1.9.3 Streufeldtransformatoren 819
1.10 Messwandler 819
1.10.1 Spannungswandler 819
1.10.2 Stromwandler 820
2 Drehstrommaschinen 820
2.1 Die Drehstromasynchronmaschine 821
2.1.1 Wirkungsweise der Asynchronmaschine 821
2.1.2 Betriebsverhalten der Asynchronmaschine 821
2.1.2.1 Spannungsgleichung, Ersatzschaltbild 822
2.1.2.2 Leistungsfluss 822
2.1.2.3 Betriebskennlinien 823
2.1.3 Kurzschlussläufer 823
2.1.3.1 Anlassverfahren 824
2.1.3.2 Bremsverfahren 825
2.1.3.3 Drehzahlsteuerung 826
2.1.3.4 Ständerspannungsänderung 826
XXX Inhaltsverzeichnis
2.1.3.5 Frequenzänderung 826
2.1.3.6 Polumschaltung 828
2.1.4 Der Schleifringläufer 828
2.1.4.1 Anlassverfahren 828
2.1.4.2 Bremsverfahren 829
2.1.4.3 Drehzahlsteuerung 829
2.2 Linearmotor 830
2.2.1 Aufbau des Linearmotors 830
2.3 Drehstromsynchronmaschinen 830
2.3.1 Wirkungsweise der Synchronmaschine 831
2.3.2 Spannungsgleichung der Synchronmaschine 832
2.3.3 Anlauf und Synchronisation 832
3 Einphasen Asynchronmotoren 833
3.1 Einsträngiger Motor 833
3.2 Zweisträngiger Motor 833
3.3 Kondensatormotor 833
3.4 Spaltpolmotor 834
4 Drehstrommotor im Einphasenbetrieb 834
5 Sonderbauformen 835
5.1 Schrittmotor 835
5.2 Servomotor 835
5.2.1 Scheibenläufermotor 836
5.2.2 Stabankermotoren 836
6 Gleichstrommaschinen 836
6.1 Aufbau und Wirkungsweise 837
6.1.1 Ankerrückwirkungen 837
6.2 Betriebsverhalten von Gleichstrommaschinen 838
6.2.1 Nebenschlussmotor 838
6.2.2 Reihenschlussmotor 840
6.2.3 Doppelschlussmotor 842
6.3 Betriebsverhalten von Gleichstromgeneratoren 842
6.3.1 Fremderregter Generator 843
6.3.2 Nebenschlussgenerator 843
6.3.3 Reihenschlussgenerator 843
6.3.4 Doppelschlussgenerator 844
6.4 Gleichstrommaschine am Wechsel oder Drehstromnetz 844
6.4.1 Wechselstrombrücken 844
6.4.1.1 Einquadrantenantrieb (1 Q Betrieb) 844
6.4.1.2 Zweiquadrantenantrieb (2 Q Betrieb) 845
6.4.1.3 Vierquadrantenantrieb (4 Q Betrieb) 845
6.4.2 Drehstrombrücken 846
6.4.2.1 Zweiquadrantenbetrieb (2 Q Betrieb) 846
6.4.2.2 Vierquadrantenbetrieb (4 Q Betrieb) 846
6.5 Universalmotor 846
7 Auswahl von Motoren 847
7.1 Auswahl unter Berücksichtigung der Normen 847
7.1.1 Bauform und Baugrößen 847
7.1.2 Schutzart 847
7.1.3 Kühlart 850
7.1.4 Isolierstoffklassen 850
7.1.5 Motorschutz 850
7.1.5.1 Thermischer Auslöser 851
7.1.5.2 Thermistor Motorvollschutz 852
7.1.6 Abstimmung des Motors auf die Arbeitsmaschine 852
7.1.6.1 Wartung von Maschinen 853
7.1.7 Störungsbeseitigung 854
7.1.8 Anschlusskennzeichnungen von Maschinen 856
II Elektrische Anlagen 857
1 Struktur der Elektrizitätswirtschaft 857
2 Elektrische Energieerzeugung 857
2.1 Energiebedarf 858
2.2 Energiereserven 859
Inhaltsverzeichnis XXXI
2.3 Wärmekraftwerke 859
2.3.1 Konventionelle Dampfkraftwerke 860
2.3.2 Kombikraftwerke 860
2.3.3 Kernkraftwerke 860
2.3.3.1 Druckwasserreaktor 861
2.3.3.2 Siedewasserreaktor 861
2.3.3.3 Hochtemperaturreaktor 861
2.3.4 Umweltschutz 862
2.4 Wasserkraftwerke 863
2.5 Windkraftwerke 864
2.6 Solarkraftwerke 864
2.6.1 Sonnenwärmekraftwerke 864
2.6.2 Photovoltaische Kraftwerke 865
2.6.3 Solar Wasserstoff Anlage 865
2.7 Sonstige Kraftwerke 865
2.7.1 Biomasse 865
2.7.2 Brennstoffzellen 865
2.7.3 Fusionsreaktor 866
3 Elektrische Energieverteilung 866
3.1.1 Gleichstromnetz 867
3.1.2 Wechselstromnetz 867
3.1.3 Drehstromnetz 867
3.2 Netzstrukturen 868
3.2.1 Strahlennetz 868
3.2.2 Ringnetz 869
3.2.3 Maschennetz 869
3.2.4 Verbundnetz 869
4 Betriebsmittel der Energietechnik 870
4.1 Bemessung und Auswahl 870
4.2 Kabel, Leitungen und Schienen 870
4.2.1 Freileitungen 870
4.2.2 Kabel 871
4.2.2.1 Leiterwerkstoffe 871
4.2.2.2 Leiterisolierung 872
4.2.2.3 Aufbau 872
4.2.2.4 Erwärmung 872
4.2.2.5 Verlegung 874
4.2.2.6 Verlegung in Erde 874
4.2.2.7 Verlegung in Luft 874
4.2.2.8 Überstromschutz 878
4.2.3 Leitungen 880
4.2.3.1 Spannungsfall auf Kabeln und Leitungen 883
4.2.3.2 Verlegung von Kabeln und Leitungen 884
4.2.3.3 Ersatzschaltung von Kabeln und Leitungen 884
4.2.4 Sammelschienen 884
4.2.4.1 Längenausdehnung von Stromschienen 886
4.2.4.2 Kurzschlussfestigkeit 887
4.2.4.3 Mechanische Kurzschlussfestigkeit 887
4.2.4.4 Thermische Kurzschlussfestigkeit 888
4.3 Schaltanlagen 888
4.3.1 Hochspannungsschaltanlagen 889
4.3.2 Mittelspannungsanlagen 889
4.3.2.1 Bauart von Mittelspannungsschaltanlagen 889
4.3.2.2 Störlichtbogenfestigkeit 890
4.3.2.3 Schaltgeräte 891
4.3.2.4 Schutzgeräte 894
4.3.3 Anlagenräume 894
4.3.4 Niederspannungsschaltanlagen 895
4.3.4.1 Niederspannungs Schaltgerätekombinationen 896
5 Schutzmaßnahmen 898
5.1 Wirkung des Stroms 899
5.2 Schutz gegen direktes Berühren 899
5.3 Schutz gegen indirektes Berühren 899
5.3.1 Schutzisolierung 900
5.3.2 Schutztrennung 900
XXXII Inhaltsverzeichnis
5.3.3 Schutz durch nichtleitende Räume 901
5.3.4 Schutzkleinspannung 901
5.3.5 Funktionskleinspannung 902
5.3.6 Schutz durch Abschalten und Melden 902
5.3.6.1 Überstromschutzeinrichtung 903
5.3.6.2 Fl Schutzeinrichtung 904
5.3.6.3 Isolationsüberwachung 904
5.3.6.4 Zusätzlicher Potentialausgleich 904
6 Arbeiten an elektrischen Anlagen 905
7 Überprüfung der Schutzmaßnahme 906
8 Kurzschlussberechnung (VDE 0102) 907
III Elektrische Energieanwendung 909
1 Kompensationsanlagen 909
2 Beleuchtungsanlagen 911
2.1 Grundgrößen der Lichttechnik 911
2.2 Lichtquellen 912
2.3 Glühlampen 913
2.4 Leuchtstofflampen 913
2.5 Entladungslampen 913
2.6 Leuchten 913
2.7 Berechnung von Beleuchtungsanlagen 914
Nachrichtentechnik i
I Grundlagen der Nachrichtenübertragung 917
1 Prinzip der elektrischen Nachrichtenübertragung 917
2 Aufgaben der Nachrichtentechnik 919
3 Grundbegriffe 919
4 Nachricht, Information und Signal 919
4.1 Informationsgehalt 919
4.2 Signale in der Nachrichtentechnik 919
4.3 Entropie 920
4.4 Redundanz 920
4.5 Informationsfluss 921
4.6 Kanalkapazität, Dynamik 921
4.7 Nachrichtenquader 921
4.8 Signale im Zeitbereich: Analog, digital, kontinuierlich, diskret 922
4.9 Signale im Frequenzbereich 922
4.9.1 Periodische sinusförmige Signale 923
4.9.2 Periodische nichtsinusförmige Signale 923
4.9.3 Nichtperiodische Signale 923
4.10 Abtasttheorem von Shannon 926
4.11 Zufällige (stochastische) Signale 927
4.11.1 Rauschen 927
4.11.2 Kenngrößen von stochastischen Signalen 928
4.11.3 Anwendungen der Kenngrößen von stochastischen Signalen 929
4.12 Verzerrungen 929
4.12.1 Lineare Verzerrungen 930
4.12.2 Nichtlineare Verzerrungen 930
4.12.3 Klirrfaktor 931
5 Kenngrößen der Übertragungsstrecke 931
5.1 Dämpfungsfaktor 931
5.2 Übertragungsfaktor 931
5.3 Dämpfungsmaß 932
Inhaltsverzeichnis XXXIII
5.4 Übertragungsmaß, Verstärkungsmaß 932
5.5 Pegel 932
5.5.1 Absoluter Pegel 932
5.5.2 Relativer Pegel. 932
5.5.3 Dämpfungsmaß, Übertragungsmaß 933
5.5.4 Pegeldiagramm 933
II Vierpole, Zweitore 934
1 Vierpol allgemein 934
1.1 Grundlagen 934
1.2 Vierpolgleichungen, Zusammenschaltung von Vierpolen 934
1.3 Bestimmung der Vierpolparameter 936
1.4 Elementarvierpole 937
1.5 Betriebskenngrößen 937
2 Spezielle Vierpole 945
2.1 Übertragungssymmetrische (reziproke) Vierpole 945
2.2 Widerstandssymmetrische Vierpole 946
2.3 Längssymmetrische Vierpole 946
2.4 RUckwirkungsfreie Vierpole 946
3 Wellenparameter passiver Vierpole 946
3.1 Allgemeine passive Vierpole 946
3.2 Längssymmetrische passive Vierpole 947
3.3 Wellenwiderstand bei passiven längssymmetrischen Vierpolen 947
3.4 Übertragungsmaß bei passiven längssymmetrischen Vierpolen 948
3.5 Spezielle Vierpole 948
3.5.1 Doppel T Filter 948
3.5.2 Kreuzschaltung 949
3.5.3 Frequenzkompensierter Spannungsteiler 949
III Leitungen 950
1 Leitungsbeläge und Leitungsgleichungen 950
2 Leitung mit sinusförmigen Spannungen und Strömen 952
2.1 Allgemeine Lösung 952
2.2 Wellenwiderstand 952
2.3 Ausbreitungskoeffizient 953
2.4 Verlustlose Leitung 953
2.5 Lösung mit Zeigerdarstellung 953
2.6 Unendlich lange Leitung 954
2.7 Anpassung 954
2.8 Phasengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeit 954
3 Leitung mit sinusförmigen Spannungen und Strömen und beliebiger Abschluss¬
impedanz Z, 954
3.1 Reflexionsfaktor, Übertragungsfaktor 954
3.2 Eingangsimpedanz 955
3.3 Verzerrungsfreie Leitung 956
3.4 Leitung als Vierpol 956
3.4.1 Allgemeine Ersatzschaltung 956
3.4.2 Elektrisch kurze Leitung 957
4 Verlustlose Leitung 957
4.1 Eigenschaften 957
4.2 Wanderwellen bei Reflexion am Leitungsein und ausgang 957
4.3 Elektrisch lange Leitung 958
4.4 Leitung als Transformator 959
4.5 Stehende Wellen 959
4.6 Kettenleiter 959
4.7 Wellenfilter 960
5 Daten von Leitungen 961
6 Hochfrequenzleitungen 961
6.1 Hochfrequenz Koaxialkabel 961
6.2 Hohlleiter 963
6.3 Streifenleitungen 966
XXXIV Inhaltsverzeichnis
7 s Parameter 970
7.1 Signalflussdiagramme 970
7.2 Leistungsverstärkung 972
8 Kreisdiagramm 972
8.1 Doppel Kreisdiagramm 975
8.2 s Parameter im Kreisdiagramm 976
IV Antennen 978
1 Grundlagen 978
2 Kenngrößen 980
3 Ausführungsformen von Antennen 982
3.1 Vertikalantenne 982
3.2 Rahmenantenne 982
3.3 Ferritantenne 982
3.4 //2 Dipol, //2 Faltdipol 983
3.5 Breitbanddipol 983
3.6 Gruppenstrahler 983
3.7 Yagi Antenne 983
3.8 Langdrahtantenne 984
3.9 Rohrschlitzstrahler 984
3.10 Parabolantenne 984
4 Wellenausbreitung 984
4.1 Boden und Raumwelle 984
4.2 Erdatmosphäre 985
4.3 Wellenausbreitung im Plasma 985
4.4 Wellenausbreitung im Bereich 30 kHz bis 30 GHz 986
V Modulation 988
1 Übersicht 988
2 Sinusträger mit Analogsignal moduliert 988
2.1 Amplitudenmodulation (AM) 989
2.1.1 Modulation durch Multiplikation 989
2.1.2 Kenngrößen der Amplitudenmodulation 989
2.1.3 Modulation an einer quadratischen Kennlinie 990
2.1.4 Modulation an einer nichtlinearen nichtquadratischen Kennlinie 991
2.1.5 Zeigerdiagramm 991
2.1.6 Modulationstrapez 991
2.1.7 Demodulation von AM 992
2.1.8 Leistung von Träger und Seitenbändern 992
2.1.9 Störungen bei amplitudenmodulierten Signalen 992
2.1.10 Kreuzmodulation 993
2.2 Sonderformen der Amplitudenmodulation 993
2.2.1 Einseitenbandmodulation (ESB, SSB) 993
2.2.2 Restseitenbandmodulation (RM, VSB) 994
2.2.3 Quadraturmodulation 995
2.3 Technische Ausführung der Amplitudenmodulation 995
2.4 Winkelmodulation 996
2.4.1 Grundlagen 996
2.4.2 Kenngrößen 997
2.4.3 Zeigerdarstellung 997
2.4.4 Spektrum und Bandbreitenbedarf 997
2.4.5 Störungen bei winkelmodulierten Signalen 998
2.4.6 Preemphase, Deemphase 999
2.4.7 Erzeugung von Frequenz und Phasenmodulation 999
2.4.8 Demodulation von Frequenz und Phasenmodulation 1001
3 Sinusträger mit Digitalsignal moduliert 1002
3.1 Amplitudenumtastung (ASK) 1002
3.2 Frequenzumtastung (FSK) 1003
3.3 Phasenumtastung (PSK) 1003
Inhaltsverzeichnis XXXV
3.3.1 Zweiphasenumtastung (2 PSK) 1004
3.3.2 Vierphasenumtastung (4 PSK) 1005
3.3.3 /i Phasen Umtastung 1006
4 Pulsträger uncodiert 1007
4.1 Pulsamplitudenmodulation (PAM) 1007
4.2 Pulsfrequenz und Pulsphasenmodulation (PFM, PPM) 1007
4.3 Pulsdauermodulation (PDM) 1009
4.4 Pulscodemodulation (PCM) 1009
4.4.1 Prinzip 1009
4.4.2 Aliasing Effekt 1010
4.4.3 Abtast Halte Glied 1010
4.4.4 Quantisierung 1012
4.4.5 Quantisierungsgeräusch 1012
4.4.6 Kompandierung 1012
4.4.7 Kodierung 1013
4.4.8 Deltamodulation (DM) und Differenz Pulscodemodulation (DPCM) 1014
VI Filter 1015
1 Allgemeines 1015
2 Passive R C Filter 1016
2.1 Passive R C Tiefpassfilter 1016
2.2 Passive R C Hochpassfilter 1017
2.3 Bandpass aus R C Hoch und Tiefpassfilter 1017
2.4 R L C Bandpass und Bandsperre 1019
2.5 Bandfilter 1021
2.6 Quarzfilter, keramische Filter 1022
2.7 Digitale Filter 1023
2.8 Filter mit geschalteten Kondensatoren, SC Filter 1024
VII Empfängerschaltungstechnik 1025
1 Geradeausempfänger 1025
2 Überlagerungsempfänger 1026
3 Automatische Verstärkungsregelung (AVR) 1026
4 Weitere Schaltungskonzepte 1026
VIII Ton und Bildübertragung 1027
1 Rundfunk Stereoübertragung 1027
2 Fernseh Bildübertragung 1028
2.1 Grundlagen, Schwarz Weiß Empfänger 1028
2.2 Farbfernsehtechnik 1031
IX Mehrfachübertragung Multiplexverfahren 1034
1 Zeitmultiplexverfahren 1035
1.1 Analoge Signalübertragung 1035
1.2 Digital kodierte Signalübertragung 1036
2 Frequenzmultiplexverfahren 1036
X Richtfunktechnik 1037
XI Nachrichtenübertragung über Satellit 1038
XII Nachrichtenübertragung über Lichtwellenleiter (LWL) 1042
1 Physikalische Grundlagen 1042
2 Grundmodelle von Lichtwellenleitern 1044
2.1 Mehrmoden Stufenindex mit Totalreflexion 1044
2.2 Mehrmoden Gradientenindex 1044
2.3 Einmoden Stufenindex 1044
XXXVI Inhaltsverzeichnis
3 Technische Ausführung von Lichtwellenleitern 1046
4 Lichtsender 1047
5 Lichtempfänger 1047
6 Verbinden von Lichtleitern 1048
XIII Funkmesstechnik Radar 1048
1 Grundlagen, Kenngrößen 1048
2 Daten von Radaranlagen 1050
3 Funkortungssystem OMEGA 1051
4 Satellitengestütztes Ortungssystem GPS 1051
XIV Elektroakustische Wandler 1051
1 Definitionen, Kenngrößen 1051
2 Schallempfänger 1053
2.1 Kenngrößen für Mikrofone 1053
2.2 Mikrofonsysteme 1054
2.2.1 Kohlemikrofon 1054
2.2.2 Kristallmikrofon 1055
2.2.3 (Elektro )Magnetisches Mikrofon 1055
2.2.4 (Elektro )Dynamisches Mikrofon als Tauchspul oder Bändchenmikrofon 1055
2.2.5 Kondensatormikrofon 1056
2.2.6 Elektret Kondensatormikrofon 1057
2.3 Daten und Eigenschaften verschiedener Mikrofonsysteme 1057
3 Schallsender 1058
3.1 Lautsprecher und Hörer Systeme 1058
3.1.1 Elektrodynamisches System 1058
3.1.2 (Elektro )Magnetisches System 1058
3.1.3 Dynamisches System 1058
3.1.4 Elektrostatisches System 1058
3.1.5 Piezoelektrisches System 1059
3.2 Kenngrößen, Daten 1059
XV Vermittlungstechnik 1060
1 Grundbegriffe 1060
2 Vermittlung 1061
3 Verkehrstheorie 1061
4 Ortsvermittlungstechnik 1062
4.1 Endgerät 1062
4.2 Ortsnetz 1063
5 Nationales Fernnetz 1064
6 Internationales Fernnetz 1065
XVI Kommunikations und Datennetze 1066
1 Lokale Kommunikations und Datennetze 1066
2 Öffentliche Kommunikations und Datennetze 1068
2.1 Fernsprechnetz 1068
2.1.1 Kommunikationsdienste 1068
2.1.2 Telefax 1068
2.1.3 Temex 1069
2.1.4 Telebox 1069
2.1.5 Modem 1069
2.2 Integriertes Digitalnetz IDN 1069
2.2.1 Teletex, Telex 1069
2.2.2 Datex 1069
2.3 ISDN 1069
2.4 Mobilfunknetze 1070
2.4.1 Einweg Funknetz: Funkrufdienst 1070
2.4.2 Funktelefonsysteme 1071
2.5 Internet 1072
Inhaltsverzeichnis XXXVII
XVII Optimierte Nachrichten und Datenübertragung 1073
1 Kodierung 1073
1.1 Quellenkodierung 1073
1.1.1 Grundlagen 1073
1.1.2 Optimalkodes 1075
1.1.3 Datenreduktion 1076
1.2 Kanalkodierung 1076
1.2.1 Grundlagen 1076
1.2.2 Maximum Likelihood Verfahren 1077
1.2.3 Faltungskodierer mit Likelihood Viterbi Dekodierer 1077
2 Optimalfilter 1079
3 Anwendung der Korrelation bei gestörten Signalen 1082
Literaturverzeichnis 1083
Literatur allgemein: 1083
Literatur zu Kapitel II: 1083
Literatur zu Kapitel III: 1083
Literatur zu Kapitel IV: 1083
Literatur zu Kapitel V: 1083
Literatur zu den Kapiteln XII, XIV und XVII: 1083
Signal und Systemtheorie
Häufig verwendete Formelzeichen 1085
I Einführung 1086
1 Darstellung in der Zeit und in der Frequenzebene 1086
2 Hinweise zur Anwendung 1087
II Grundbegriffe 1088
III Periodische nichtsinusförmige zeitkontinuierliche Signale 1089
1 Reelle und komplexe Fourierreihe 1089
2 Beispiele und Anwendungen 1090
IV Nichtperiodische zeitkontinuierliche Signale 1093
1 Fouriertransformation 1093
1.1 Transformationsregeln 1093
1.2 Eigenschaften 1093
1.3 Korrespondenztabelle 1095
1.4 Beispiele 1096
2 Laplacetransformation 1096
2.1 Einführung 1096
2.2 Transformation 1096
2.3 Sätze zur Laplacetransformation 1099
2.4 Anwendung der Laplacetransformation bei bekanntem H(s) 1100
2.5 Bestimmung von H(s) 1100
2.5.1 Bestimmung von H(s) mit Differentialgleichung 1100
2.5.2 Bestimmung von H(s) durch direkte Transformation der Einzelelemente 1100
2.6 Beispiele 1102
V Spezielle Signale 1107
1 Stoßfunktion, «/ Funktion, Dirac Impuls 1107
2 Sprungfunktion s(t) 1107
3 Verknüpfung von s und// Funktion 1108
4 Harmonische Schwingungen 1108
XXXVIII Inhaltsverzeichnis
VI Leistung 1109
VII Faltungsintegral 1110
VIII Abtasttheorem im
IX Nichtkontinuierliche (zeitdiskrete) Signale 1112
1 Diskrete Fouriertransformation (DFT) 1113
2 Schnelle Fouriertransformation (FFT) 1114
3 z Transformation 1114
X Zufällige Signale ins
1 Grundbegriffe und Kenngrößen 1118
2 Verteilungen 1121
2.1 Binomialverteilung 1121
2.2 Poissonverteilung 1121
2.3 Normalverteilung, Gaußverteilung 1121
3 Rauschen 1122
4 Signalerkennung bei gestörter Übertragung 1123
4.1 Erkennen versteckter Periodizitäten 1123
4.2 Signalerkennung allgemein 1123
4.3 Signalangepasste Filter (matched filter) 1123
Literaturverzeichnis 1124
Literatur allgemein: 1124
Literatur zu Kapitel IX: 1124
Literatur zu Kapitel X: 1124
Sachwortverzeichnis
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Mathematik 1 164
Physik 165 216
Werkstoffkunde 217 252
Elektrotechnik 253 318
Elektronik 319 460
Technische Kommunikation 461 520
Datentechnik 521 688
Automatisierungstechnik 689 734
Meßtechnik 735 808
Energietechnik 809 916
Nachrichtentechnik 917 1084
Signal und Systemtheorie 1085 1124
Sachwortverzeichnis 1125 1143
Inhaltsverzeichnis VII
Inhaltsverzeichnis
Mathematik
I Arithmetik l
1 Mengen 1
2 Aussageformen und logische Zeichen 1
2.1 Aussageformen 1
2.2 Logische Zeichen 1
2.3 Vollständige Induktion 2
3 Einteilung der Zahlen 2
4 Grundrechenarten 3
5 Grundlegende Rechenregeln 4
5.1 Buchstabenrechnen 4
5.2 Kehrwert, Quersumme 4
5.3 Teilbarkeitsregeln 4
5.4 Punktrechnung vor Strichrechnung 4
5.5 Potenzrechnung vor Punktrechnung 4
5.6 Grundgesetze der Addition und Multiplikation 5
5.7 Grundregeln der Klammerrechnung 5
5.8 Multiplikation mit Klammern 5
5.9 Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen 6
5.10 Binomische Formeln 6
5.11 Fakultäten, Binomialkoeffizienten und Pascalsches Dreieck 6
5.12 Binomischer Lehrsatz 7
5.13 Division mit Klammern 8
6 Bruchrechnung 8
6.1 Definitionen 8
6.2 Erweitern und Kürzen 8
6.3 Addieren und Subtrahieren gleichnamiger Bruche 9
6.4 Addieren und Subtrahieren ungleichnamiger Brüche 9
6.5 Multiplizieren von Brüchen 9
6.6 Dividieren von Brüchen 10
7 Potenz und Wurzelrechnung 10
7.1 Definition der Potenz 10
7.2 Regeln der Potenzrechnung 10
7.3 Definition der Wurzel II
7.4 Regeln der Wurzelrechnung 12
8 Dezimalzahlen und Dualzahlen 14
8.1 Dezimalsystem 14
8.2 Dualsystem 14
8.3 Runden 15
9 Logarithmen 15
9.1 Definition des Logarithmus 15
9.2 Spezielle Basen 15
9.3 Regeln der Logarithmenrechnung 16
9.4 Zusammenhang von Logarithmen mit verschiedenen Basen 16
9.5 Dekadische Logarithmen 17
10 Mittelwerte 17
10.1 Arithmetisches Mittel 17
10.2 Geometrisches Mittel 17
10.3 Harmonisches Mittel 17
10.4 Quadratisches Mittel 18
11 Ungleichungen 18
11.1 Definitionen und Rechenregeln 18
11.2 Absolutbetrag 18
11.3 Intervalle 19
VIII Inhaltsverzeichnis
12 Komplexe Zahlen 19
12.1 Algebraische Form 19
12.2 Trigonometrische Form 20
12.3 Addieren und Subtrahieren komplexer Zahlen 21
12.4 Multiplizieren komplexer Zahlen 21
12.5 Dividieren komplexer Zahlen 22
12.6 Potenzieren komplexer Zahlen 22
12.7 Radizieren komplexer Zahlen 23
12.8 Eulersche Formel 23
II Gleichungen 24
1 Gleichungsarten 24
2 Äquivalente Umformungen 25
3 Lineare Gleichungen 26
4 Proportionen 26
5 Quadratische Gleichungen 27
5.1 Definitionen 27
5.2 Lösungsverfahren 27
5.2.1 Sonderfälle 27
5.2.2 Normalform 28
5.2.3 Allgemeine Formen 29
5.2.4 Zerlegung in Linearfaktoren 29
5.3 Satz von Vieta für quadratische Gleichungen 29
6 Algebraische Gleichungen höheren Grades 30
6.1 Kubische Gleichungen 30
6.2 Polynomdivision 31
6.3 Gleichungen vierten Grades 32
6.4 Gleichungen n ten Grades 33
6.5 Satz von Vieta für Gleichungen n ten Grades 33
7 Auf algebraische Gleichungen zurückführbare Gleichungen 34
7.1 Bruchgleichungen 34
7.2 Wurzelgleichungen 35
8 Transzendente Gleichungen 35
8.1 Exponentialgleichungen 35
8.2 Logarithmische Gleichungen 36
8.3 Trigonometrische Gleichungen 36
9 Lineare Gleichungssysteme 37
9.1 Definitionen 37
9.2 Zwei lineare Gleichungen mit zwei Variablen 37
9.3 Drei lineare Gleichungen mit drei Variablen 39
9.4 Matrizen und Determinanten 39
10 Lineare Ungleichungen 44
10.1 Definitionen 44
10.2 Lineare Ungleichungen mit einer Variablen 44
10.3 Lineare Ungleichungen mit zwei Variablen 45
10.4 Lineare Ungleichungssysteme mit zwei Variablen 45
III Planimetrie 46
1 Geraden und Strecken 46
2 Winkel 47
3 Grundkonstruktionen mit Zirkel und Lineal 48
4 Projektion 49
5 Geometrische Örter 50
6 Dreiecke 50
6.1 Allgemeine Dreiecke 50
6.2 Gleichschenklige Dreiecke 51
6.3 Gleichseitige Dreiecke 51
6.4 Rechtwinklige Dreiecke 51
Inhaltsverzeichnis IX
6.5 Besondere Geraden, Strecken und Kreise 51
6.6 Flächensätze im rechtwinkligen Dreieck 53
6.7 Kongruenz von Dreiecken 54
6.8 Grundkonstruktionen des Dreiecks 55
7 Vierecke 56
7.1 Allgemeine Vierecke 56
7.2 Trapeze 57
7.3 Parallelogramme 57
7.4 Rhomben 57
7.5 Rechtecke 58
7.6 Quadrate 58
7.7 Drachen 58
7.8 Sehnenvierecke 58
7.9 Tangentenvierecke 59
8 Reguläre « Ecke 59
9 Polygone 60
10 Kreise 61
10.1 Definitionen 61
10.2 Kreissektoren 61
10.3 Kreissegmente 62
10.4 Kreise und Geraden 62
10.5 Winkelsätze am Kreis 62
10.6 Eigenschaften von Sekanten und Sehnen 63
10.7 Tangentenkonstruktionen 63
10.8 Sätze über Sehnen, Sekanten, Tangenten 63
10.9 Bogenmaß 64
11 Symmetrie 64
11.1 Punktsymmetrie 64
11.2 Achsensymmetrie 65
12 Ähnlichkeit 65
12.1 Zentrische Streckung 65
12.2 Strahlensätze 65
12.3 Ähnliche Figuren 66
12.4 Streckenteilungen 66
IV Stereometrie 68
1 Prismen 68
1.1 Allgemeine Prismen 68
1.2 Parallelepiped und Würfel 68
2 Zylinder 69
2.1 Allgemeine Zylinder 69
2.2 Gerade Kreiszylinder 69
2.3 Hohlzylinder 69
3 Pyramiden 70
3.1 Allgemeine Pyramiden 70
3.2 Gerade quadratische Pyramiden 70
4 Kegel 71
4.1 Allgemeine Kegel 71
4.2 Gerade Kreiskegel 71
5 Cavalierisches Prinzip 72
6 Pyramidenstümpfe und Kegelstümpfe 72
6.1 Pyramidenstümpfe 72
6.2 Kegelstümpfe 72
7 Platonische Körper 73
8 Kugeln 74
8.1 Definitionen 74
8.2 Kugelsegmente 74
8.3 Kugelsektoren 75
8.4 Kugelschichten 75
X Inhaltsverzeichnis
V Funktionen 76
1 Definition und Darstellungen von Funktionen 76
1.1 Definitionen 76
1.2 Funktionsgleichung 76
1.3 Graph einer Funktion 77
1.4 Wertetabelle einer Funktion 77
2 Verhalten von Funktionen 77
2.1 Monotone Funktionen 77
2.2 Symmetrische Funktionen 78
2.3 Beschränkte Funktionen 79
2.4 Injektive Funktionen 79
2.5 Surjektive Funktionen 79
2.6 Bijektive Funktionen 79
2.7 Periodische Funktionen 79
2.8 Umkehrfunktionen 79
2.9 Reelle und komplexe Funktionen 80
3 Einteilung der elementaren Funktionen 80
4 Ganze rationale Funktionen 82
4.1 Konstante Funktionen 82
4.2 Lineare Funktionen 82
4.3 Quadratische Funktionen 84
4.4 Kubische Funktionen 87
4.5 Ganze rationale Funktionen n ten Grades 88
4.6 Horner Schema 89
5 Gebrochene rationale Funktionen 89
5.1 Nullstellen, Pole, Asymptoten 89
5.2 Partialbruchzerlegung 92
6 Irrationale Funktionen 93
7 Transzendente Funktionen 95
7.1 Exponentialfunktionen 95
7.2 Logarithmusfunktionen 96
VI Trigonometrie 97
1 Definition der trigonometrischen Funktionen 97
2 Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel 98
3 Beziehungen für den gleichen Winkel 99
4 Graphen der trigonometrischen Funktionen 99
5 Reduktionsformeln 100
6 Additionstheoreme 101
7 Sinussatz und Kosinussatz 102
8 Grundaufgaben der Dreiecksberechnung 103
9 Arkusfunktionen 104
VII Analytische Geometrie 106
1 Koordinatensysteme 106
1.1 Kartesisches Koordinatensystem der Ebene 106
1.2 Polarkoordinatensystem der Ebene 106
1.3 Zusammenhang zwischen kartesischen und Polarkoordinaten 107
1.4 Kartesisches Koordinatensystem des Raums 108
2 Geraden 108
2.1 Geradengleichungen 108
2.2 Abstände HO
3 Kreise 111
3.1 Kreisgleichungen 111
3.2 Berechnung von Kreisen 112
3.3 Kreis und Gerade 113
4 Kugeln 115
Inhaltsverzeichnis XI
5 Kegelschnitte 115
5.1 Ellipsen 116
5.2 Hyperbeln 118
5.3 Parabeln 120
5.4 Anwendungen 122
6 Graphisches Lösen von Gleichungen 124
7 Vektoren 126
7.1 Definitionen 126
7.2 Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar 127
7.3 Addition und Subtraktion zweier Vektoren 127
7.4 Komponentendarstellung von Vektoren in der Ebene 127
7.5 Komponentendarstellung von Vektoren im Raum 128
7.6 Skalarprodukt 129
7.7 Vektorprodukt 129
7.8 Spatprodukt 130
VIII Differential und Integralrechnung 131
1 Folgen 131
1.1 Grundbegriffe 131
1.2 Arithmetische Folgen 131
1.3 Geometrische Folgen 132
1.4 Grenzwert einer Folge 132
1.5 Tabelle einiger Grenzwerte 132
1.6 Divergente Folgen 133
2 Reihen 133
2.1 Definitionen 133
2.2 Arithmetische Reihen 134
2.3 Geometrische Reihen 134
2.4 Harmonische Reihen 135
2.5 Alternierende Reihen 135
3 Grenzwerte von Funktionen 136
3.1 Grenzwert an einer endlichen Stelle 136
3.2 Einseitige Grenzwerte 136
3.3 Grenzwert im Unendlichen 137
3.4 Rechenregeln für Grenzwerte 137
3.5 Unbestimmte Ausdrücke 137
3.6 Stetigkeit einer Funktion 137
3.7 Unstetigkeitsstellen 138
4 Ableitung einer Funktion 138
4.1 Definitionen 138
4.2 Differentiationsregeln 139
4.3 Höhere Ableitungen 141
4.4 Ableitungen einiger algebraischer Funktionen 141
4.5 Ableitungen einiger transzendenter Funktionen 142
4.5.1 Trigonometrische Funktionen 142
4.5.2 Logarithmusfunktionen 143
4.5.3 Exponentialfunktionen 143
4.5.4 Zusammenfassende Übersicht 143
4.6 Sekanten und Tangenten 143
4.7 Extremwerte von Funktionen 144
4.8 Krümmungsverhalten von Funktionen 144
4.9 Wendepunkte von Funktionen 145
4.10 Kurvendiskussion 146
4.11 Anwendungsbeispiele 146
4.12 Näherungsverfahren zur Nullstellenbestimmung 147
4.12.1 Regula falsi 147
4.12.2 Newtonsches Verfahren 147
5 Integralrechnung 148
5.1 Unbestimmtes Integral 148
5.2 Integrationsregeln 148
5.3 Unbestimmte Integrale einiger algebraischer Funktionen 150
5.4 Unbestimmte Integrale einiger transzendenter Funktionen 150
5.5 Bestimmtes Integral 151
XII Inhaltsverzeichnis
5.6 Hauptsatz der Differential und Integralrechnung 152
5.7 Eigenschaften des bestimmten Integrals 152
5.8 Einige Anwendungen der Integralrechnung 153
6 Funktionenreihen 155
6.1 Definitionen 155
6.2 Potenzreihen 156
6.3 Fourier Reihen 157
Anhang
A Symbole und Bezeichnungsweisen 161
B Mathematische Konstanten 163
C Das griechische Alphabet 163
Physik
I Einführung 165
1 Physikalische Größen 165
1.1 Skalare 165
1.2 Vektoren 165
2 Sl System 165
II Mechanik 166
1 Kinematik des Massenpunktes 166
1.1 Eindimensionale Bewegungen 166
1.1.1 Geschwindigkeit 166
1.1.2 Beschleunigung 167
1.1.3 Freier Fall 167
1.1.4 Senkrechter Wurf 168
1.2 Zusammengesetzte Bewegungen 168
1.2.1 Schiefer Wurf 169
1.3 Kreisbewegung 170
1.3.1 Bahngeschwindigkeit 170
1.3.2 Winkelgeschwindigkeit 170
1.3.3 Kreisfrequenz 170
1.3.4 Winkelbeschleunigung 170
2 Dynamik 171
2.1 Newtonsche Axiome 171
2.2 Kraft 171
2.3 Impuls 174
2.4 Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad und Energie 174
2.5 Stoßprozesse 176
2.6 Rotation 177
2.7 Gravitation 180
3 Elastische Verformung fester Körper 180
4 Mechanik der ruhenden Flüssigkeiten und Gase 181
4.1 Druck 181
4.2 Kompressibilität 181
4.3 Volumenausdehnung 181
4.4 Hydrostatischer Druck in Flüssigkeiten 181
4.5 Schweredruck in Gasen 182
4.6 Auftrieb 182
5 Hydrodynamik 182
5.1 Kontinuitatsgleichung 182
5.2 Bernoulli Gleichung 182
5.3 Innere Reibung 183
III Thermodynamik 183
1 Grundbegriffe 183
Inhaltsverzeichnis XIII
2 Temperatur 183
2.1 Einheiten 183
2.2 Temperaturmessung 184
3 Thermische Ausdehnung 184
3.1 Feste Stoffe 184
3.2 Flüssigkeiten 184
3.3 Gase 185
4 Ideale Gase 185
4.1 Allgemeine Zustandsgieichung idealer Gase 185
4.2 Kinetische Gastheorie 186
4.3 Wärmeenergie 186
4.4 Zustandsänderungen idealer Gase 187
4.5 Kreisprozesse 188
5 Wärmeübertragung 188
5.1 Wärmeleitung 188
5.2 Wärmeströmung 189
5.3 Wärmestrahlung 189
IV Schwingungen 189
1 Freie ungedämpfte harmonische Schwingungen 189
2 Gedämpfte Schwingungen 190
3 Erzwungene Schwingungen 190
4 Überlagerung harmonischer Schwingungen 191
4.1 Schwingungsrichtung parallel zueinander 191
4.2 Schwingungsrichtung senkrecht zueinander 192
V Wellen 193
1 Harmonische Wellen 193
1.1 Ausbreitung 193
1.2 Interferenz 194
2 Huygensches Prinzip 195
2.1 Reflexion 196
2.2 Brechung 196
2.3 Beugung 196
3 Dopplereffekt 197
VI Akustik 198
1 Schallausbreitung 199
2 Reflexion, Transmission, Absorption 199
3 Ultraschall 199
VII Optik 200
1 Eigenschaften des Lichtes 200
2 Geometrische Optik 200
2.1 Reflexion des Lichtes 200
2.2 Brechungsgesetz 202
2.3 Optische Geräte 206
3 Wellenoptik 208
3.1 Interferenz 208
3.2 Beugung 209
4 Photometrie 210
4.1 Strahlungsphysikalische Größen 211
4.2 Lichttechnische Größen 212
5 Licht als Korpuskel 213
VIII Anhang 215
A Physikalische Größen und Einheiten 215
B Zahlenwerte physikalischer Größen 216
XIV Inhaltsverzeichnis
I Werkstoffkunde
I Stoffe 217
1 Eigenschaften der Stoffe 217
2 Atombau und Periodensystem 217
3 Aufbau der festen Körper 220
4 Chemische Grundzusammenhänge 222
5 Elektrochemie 224
II Elektrische Leitfähigkeit 225
1 Leitungsmechanismus 225
2 Isolator 226
3 Halbleiter 227
4 Normalleiter 227
5 Supraleiter 227
6 Halleffekt 228
III Elektrische Leiter 230
1 Normalleiter 230
2 Halbleiter 230
3 Supraleiter 233
IV Magnetische Leitfähigkeit 233
1 Modellvorstellung 233
2 Verhalten von Materie im Magnetfeld 233
3 Magnetisierung 235
4 Magnetisierungskurve 235
5 Permeabilität 236
V Magnetika 230
1 Metalloxide (Ferrite) 238
2 Weichmagnetika 238
3 Hartmagnetika (Dauermagnete) (DIN 17410) 242
VI Dielektrische Eigenschaften 230
1 Modellvorstellungen zur dielektrischen Polarisation 245
2 Dielektrische Materialeinteilung 246
3 Elektrische Materialeinteilung 246
VII Dielektrika 248
1 Natürliche anorganische Dielektrika 248
2 Natürliche organische Dielektrika 249
3 Künstliche anorganische Dielektrika 249
4 Künstliche organische Dielektrika 249
5 Silikone 250
Literaturhinweise 250
Grundlagen der Elektrotechnik
I Grundbegriffe 253
1 Aufbau der Atome 253
2 Ladungsträger 253
3 Spannung 253
Inhaltsverzeichnis XV
4 Strom 253
4.1 Bewegung von Ladungsträgern 253
4.2 Stromstärke 254
4.3 Stromdichte 254
5 Das Ohmsche Gesetz 254
6 Spezifischer Widerstand, Leitfähigkeit 254
7 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Metallen 255
II Der Gleichstromkreis 256
1 Zählpfeilsysteme 256
2 Kirchhoffsche Gesetze 256
2.1 Knotenregel 256
2.2 Maschenregel 256
3 Schaltung von Widerständen 257
3.1 Reihenschaltung 257
3.2 Parallelschaltung 257
3.3 Stern Dreieck Umwandlung 257
3.4 Messbereichserweiterung 258
3.4.1 Voltmeter 258
3.4.2 Amperemeter 259
4 Ersatzspannungsquelle 259
4.1 Kombination von Spannungsquellen 259
4.1.1 Reihenschaltung 260
4.1.2 Parallelschaltung 260
5 Ersatzstromquelle 260
6 Netzwerkberechnung 260
6.1 Gemischte Schaltungen 261
6.2 Überlagerungsverfahren 261
6.3 Ersatzspannnungsquelle 262
6.4 Nichtlineare Gleichstromkreise 262
7 Energie, Leistung, Wirkungsgrad 263
7.1 Leistungsanpassung 263
7.2 Leistungsverlust auf Leitungen 264
7.3 Wirkungsgrad 264
7.4 Umwandlung elektrischer Energie 264
7.4.1 Wärme 264
7.4.2 Mechanische Energie 264
III Das Elektrische Feld 265
1 Grundgrößen 265
1.1 Kräfte zwischen Ladungen 265
1.2 Feldstärke 266
1.3 Feldlinien 266
1.4 Potential, Spannung 266
1.5 Äquipotentiallinien 267
1.6 Elektrischer Fluss 267
1.7 Energie geladener Teilchen im elektrischen Feld 267
2 Materie im elektrischen Feld 268
2.1 Leiter 268
2.2 Nichtleiter 268
3 Kondensatoren 268
3.1 Kapazität 269
3.1.1 Plattenkondensator 269
3.1.2 Spezielle Kondensatoren 269
3.2 Schaltungen mit Kondensatoren 270
3.2.1 Reihenschaltung 270
3.2.2 Parallelschaltung 270
3.2.3 Gemischte Schaltungen 271
3.3 Energie des elektrostatischen Feldes 271
3.4 Laden und Entladen eines Kondensators 272
3.5 RC Reihenschaltung 273
XVI Inhaltsverzeichnis
IV Das Magnetische Feld 274
1 Feldlinien 274
1.1 Dauermagnet 274
1.2 Stromdurchflossene Leiter 274
1.3 Stromdurchflossene Spule 274
1.4 Magnetfeld der Erde 275
2 Magnetische Grundgrößen 275
2.1 Feldstärke 275
2.2 Fluss, Flussdichte 278
3 Kräfte im Magnetfeld 279
3.1 Kräfte auf bewegliche Ladungsträger 279
3.2 Stromdurchflossener Leiter 279
3.3 Magnetisches Moment 280
3.4 Kräfte zwischen zwei parallelen Leitern 280
3.5 Hall Effekt 281
4 Energie des Magnetfeldes 282
5 Materie im Magnetfeld 282
5.1 Diamagnetismus 283
5.2 Paramagnetismus 283
5.3 Ferromagnetismus 284
5.3.1 Magnetisierungskurve 284
5.3.2 Verlauf der Permeabilität 285
5.3.3 Temperaturabhängigkeit 285
5.3.4 Magnetostriktion 286
5.4 Antiferromagnetismus 286
5.5 Ferrimagnetismus 286
6 Magnetische Kreise 286
6.1 Magnetische Spannung 286
6.2 Magnetischerwiderstand 287
6.3 Unverzweigte Kreise 287
6.4 Verzweigte Kreise 288
V Induktion 289
1 Induktion bei Änderung der Fläche 289
2 Induktion bei Änderung des Magnetfeldes 291
3 Die Induktivität einer Spule 291
3.1 Selbstinduktion 291
3.2 Gegeninduktion 292
3.3 Energie im Magnetfeld einer Spule 293
3.4 Ein und Ausschaltvorgänge 293
3.5 Zusammenschalten von Induktivitäten 294
VI Wechselstrom 294
1 Grundbegriffe des Wechselstroms 294
1.1 Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung 294
1.2 Phasenverschiebung 295
1.3 Effektivwert 295
1.4 Darstellungsarten 296
1.4.1 Zeigerdarstellung von Sinusgrößen 296
1.4.2 Darstellung von Sinusgrößen in der komplexen Zahlenebene 296
2 Grundschaltelemente im Wechselstromkreis 297
2.1 Ohmscher Widerstand 297
2.2 Kapazität 297
2.3 Spule 297
3 Schaltungen von Wechselstromwiderständen 299
3.1 Reihenschaltung von Wechselstromwiderständen 299
3.1.1 Wirkwiderstand und Induktivität 299
3.1.2 Wirkwiderstand und Kapazität 300
3.1.3 Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität 301
Inhaltsverzeichnis XVII
3.2 Parallelschaltung von Wechselstromwiderständen 303
3.2.1 Wirkwiderstand und Induktivität 303
3.2.2 Wirkwiderstand und Kapazität 304
3.2.3 Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität 305
3.3 Gemischte Schaltungen 306
4 Passive Filter 307
4.1 Hochpassschaltung mit RC und ÄL Glied 307
4.2 Tiefpassschaltung mit RC und ÄL Glied 308
4.3 Bandpassschaltung 309
5 Schwingkreise 309
5.1 Reihenresonanz 310
5.2 Parallelresonanz 310
6 Leistung und Arbeit im Wechselstromkreis 310
6.1 Leistung und Arbeit bei Phasengleichheit von Spannung und Strom 310
6.2 Leistung und Arbeit bei Phasenverschiebung von Spannung und Strom 311
6.3 Leistung in komplexer Schreibweise 312
6.4 Leistungsfaktor 312
VII Drehstrom 313
1 Erzeugung von mehrphasigem Wechselstrom 313
2 Phasenverkettung 313
2.1 Sternschaltung 313
2.2 Dreieckschaltung 314
3 Leistung des Dreiphasenstroms 315
4 Das unsymmetrische Dreiphasensystem 315
4.1 Das unsymmetrische Dreileiternetz 315
4.2 Das unsymmetrische Vierleiternetz 316
Elektronik
I Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn Übergang 319
1 Einführung in die Halbleiterphysik 319
2 Der pn Übergang 321
II Dioden 322
1 Kennlinien 322
2 Kenndaten und Grenzwerte 323
3 Kennzeichnung von Halbleiter Bauelementen 326
4 Diodenarten 327
4.1 Kapazitätsdioden 328
4.2 Schalterdioden 329
4.3 Schottky Dioden 330
4.4 Gleichrichter Dioden 330
4.5 Z Dioden 331
5 Anwendungsschaltungen 332
5.1 Begrenzerschaltungen 332
5.2 Gleichrichter 333
5.2.1 Einweggleichrichter (Ml) 333
5.2.2 Mittelpunktschaltung (M2) 335
5.2.3 Briickengleichrichterschaltung (B2) 336
5.3 Spannungsvervielfacher 338
5.4 Diode als Konstantspannungsquelle (Z Diode) 339
III Mehrschichtdioden und trioden 341
1 Vierschichtdioden 341
2 Thyristoren 342
XVIII Inhaltsverzeichnis
3 Diac 345
4 Triac 346
5 Schutz der Dioden und Trioden 346
6 Zündmethoden 347
IV Transistoren 349
1 Bipolare Transistoren 349
1.1 Transistoreffekt 349
1.2 Transistorkennlinien 350
1.3 Kenn und Grenzwerte des Transistors 352
2 Feldeffekttransistoren (FET) 356
2.1 Aufbau und Wirkungsweise des Sperrschicht FET 356
2.2 Aufbau und Wirkungsweise des MOSFET 358
2.3 Kennlinien von FET 359
2.4 Kennwerte von FET 360
V Besondere Halbleiter Bauelemente 365
1 Unijunction Transistor (Doppelbasisdiode) 365
2 Darlington Transistor 366
3 VMOS Transistoren 367
4 SIPMOS Transistoren 368
5 IGBT 369
VI Analoge Verstärker 371
1 Bipolarer Transistor als Verstärker 371
1.1 Grundschaltungen 373
1.2 Arbeitspunktstabilisierung 375
1.3 Emitterschaltungen 379
1.4 Kollektorschaltungen 381
1.5 Basisschaltung 382
2 Feldeffekt Transistor als Verstärker 383
2.1 Arbeitspunkteinstellung und Stabilisierung 383
2.2 Grundschaltungen von FET 385
2.2.1 Sourceschaltung 386
2.2.2 Drainschaltung 388
2.2.3 Gateschaltung 389
2.3 Weitere Anwendungen 390
3 Mehrstufige Verstärker 392
VII Endstufen 397
1 Betriebsarten 397
2 Schaltungen 397
VIII Operationsverstärker 402
1 Einführung 402
2 Differenzverstärker 402
3 Grundlagen des OP 403
4 Operationsverstärker als Verstärker 406
4.1 Verstärker mit frequenzunabhängiger Gegenkopplung 406
4.2 Verstärker mit frequenzabhängiger Gegenkopplung 409
4.3 OP als Leistungsverstärker 411
4.4 Aktive Filterschaltungen 412
IX Elektronische Schalter, Kippstufen 413
1 Transistor als Schalter 413
2 Kippschaltungen mit Transistoren 417
2.1 Bistabile Kippstufe 417
2.2 Monostabile Kippstufe 418
2.3 Astabile Kippstufe 419
2.4 Triggerschaltungen 419
Inhaltsverzeichnis XIX
3 Operationsverstärker als Schalter 420
4 Kippschaltungen mit Operationsverstärker 421
4.1 Triggerschaltungen mit Operationsverstärker 421
4.2 Astabile Kippstufe mit Operationsverstärker 422
4.3 Monostabile Kippstufe mit Operationsverstärker 423
4.4 Bistabile Kippstufe mit Operationsverstärker 423
5 Zeitgeber 555 424
6 Trigger TCA 345 A 425
X Oszillatoren 425
1 Allgemeines 425
2 Sinusgeneratoren (RC Oszillatoren) 426
3 Funktionsgeneratoren 428
XI Schaltungstechniken 429
1 Integrierte Schaltungen 429
2 SMD Technik 431
XII Optoelektronik 433
1 Grundsätzliche Überlegungen 433
2 Optoelektronische Bauelemente 433
2.1 Fotowiderstand (LDR light dependent resistor) 433
2.2 Fotodiode und Fotoelement 434
2.3 Fototransistoren 436
2.4 Lumineszenzdioden und Flüssigkristalle 437
3 Anzeigeeinheiten 439
4 Signalübertragung mit Optokoppler 440
5 Faseroptische Übertragungsmittel 441
XIII Analog Digital Wandler 441
1 Grundlagen 441
2 Spannungs Frequenz Wandler 442
3 Sägezahnverfahren 442
4 Dual Slope Verfahren 442
5 Flash Wandler 443
6 Wandler nach dem Wägeverfahren 443
7 Integrierte Wandler 444
XIV Digital Analog Wandler 444
1 Grundlagen 444
2 D/A Wandler Varianten 444
3 Integrierte Wandler 445
XV Leistungselektronik 447
1 Gleichrichterschaltungen/Stromversorgung 447
2 Anwendungsschaltungen 453
3 Schaltnetzteile 455
4 Elektronische Schalter 457
5 Elektronische Steller 458
Technische Kommunikation
I Grundlagen der zeichnerischen Darstellung 461
1 Zeichengeräte 461
2 Nonnen für Technische Zeichnungen 462
XX Inhaltsverzeichnis
3 Darstellung und Bemaßung von Körpern 462
4 Normteile und Konstruktionselemente 476
5 Wichtige Normteile des Maschinenbaues 489
6 Nutzen der Normung 493
II Schaltungsunterlagen 447
1 Schaltzeichen nach DIN 496
2 Elektrische Betriebsmittel 499
3 Schaltungsunterlagen der Energietechnik 502
4 Schaltungsunterlagen der Elektronik 506
4.1 Allgemeines 506
4.2 Schaltzeichen nach DIN 40900 Teil 12 Binäre Elemente 506
4.3 Entwurf von Schaltungen 509
4.3.1 Verdrahtungsplan mit Universalplatinen 509
4.3.2 Entwurf und Herstellung gedruckter Schaltungen 509
5 Projektierung 510
III Schaltungssynthese und analyse 511
1 Beispiele aus der Elektrotechnik 511
2 Beispiele aus der Elektronik 511
IV CAD Technik 514
1 Allgemeines 514
2 Hardware und Software 514
3 Erstellen von Schaltplänen 514
4 Erstellen von Layouts 514
5 Anwendungen in der Elektronik 517
6 Auswahl von CAD Systemen 517
Datentechnik
I Digitaltechnik 521
1 Grundbegiffe der Digitaltechnik 521
2 Logische Grundschaltungen 522
2.1 Grundverknüpfungen 522
2.1.1 NICHT Verknüpfung 522
2.1.2 UND Verknüpfung 522
2.1.3 ODER Verknüpfung 523
2.2 Realisierungsmöglichkeiten logischer Verknüpfungen 523
3 Schaltalgebra 525
3.1 Allgemeines 525
3.2 Normalform einer binären Funktion 525
3.2.1 Disjunktive Normalform 525
3.2.2 Konjunktive Normalform 526
3.2.3 Umwandeln der Gleichung in Schaltzeichen 526
3.2.4 Schaltungsminimierung mit Hilfe der Schaltalgebra 526
3.2.5 Umsetzung in NAND oder NOR Technik 526
3.2.6 KV Tabelle 529
3.2.7 Analyse logischer Schaltungen 529
3.2.8 Synthese logischer Schaltungen 530
4 Zahlensysteme in der Digital und Datenverarbeitung 532
4.1 Dualsystem 532
4.1.1 Bildung der Dualzahlen und Umwandlung in Dezimalzahlen 532
4.1.2 Umwandlung dezimal nach dual 532
4.2 Hexadezimalsystem 534
Inhaltsverzeichnis XXI
4.3 Rechnen mit Dualzahlen 534
4.4 Zahlen in Rechenanlagen 534
4.4.1 Darstellung von Zahlen 534
4.4.2 Einer und Zweierkomplement 536
4.4.3 Subtraktion mit Hilfe des Komplements 536
5 Codes 537
5.1 Allgemeines 537
5.2 Binär Code 537
5.3 BCD Code 537
5.3.1 BCD Dual Code 537
5.3.2 3 Excess Code 537
5.3.3 Aiken Code 538
5.4 Gray Code 538
5.5 Codierung alphanumerischer Zeichen 539
5.6 Fehlererkennung und Redundanz 540
5.6.1 Einfache Prüfung auf Parität 540
5.6.2 Kreuzsicherungsprüfung 541
5.6.3 Hamming Code 541
6 Digitale Grundschaltungen 542
6.1 Allgemeines 542
6.2 Schaltnetze 542
6.2.1 Rechennetze 542
6.2.1.1 Halbaddierer 542
6.2.1.2 Volladdierer 542
6.2.1.3 Serieller n Bit Addierer 543
6.2.1.4 Paralleler n Bit Addierer 544
6.2.1.5 Subtrahierer 544
6.2.1.6 Addierer für BCD Dualzahlen 545
6.2.2 Komparatoren 545
6.2.2.1 Einfacher Komparator 545
6.2.2.2 Komparator mit Größer und Kleiner Vergleich 546
6.2.3 Codewandler und Decoder 547
6.2.3.1 Codewandler 547
6.2.3.2 1 aus n Decoder 548
6.2.4 Multiplexer und Demultiplexer 548
6.2.4.1 Multiplexer 549
6.2.4.2 Demultiplexer 550
6.3 Schaltwerke 550
6.3.1 Speicherbausteine 550
6.3.1.1 Allgemeines Flipflop 550
6.3.1.2 RS Flipflop 551
6.3.1.3 Flipflops mit dominierenden Eingängen 551
6.3.1.4 D Flipflop 551
6.3.1.5 JK Flipflop 552
6.3.1.6 Master Slave JK Flipflop 552
6.3.1.7 T Flipflop 553
6.3.2 Grundschaltungen aus Speicherbausteinen 553
6.3.2.1 Register 553
6.3.2.2 Schieberegister 554
6.3.2.3 Frequenzteiler 555
6.3.2.4 Zähler 556
6.3.2.4.1 AsynchronerZähler 556
6.3.2.4.2 Asynchroner BCD Vorwärtszähler 558
6.3.2.4.3 Synchroner Dual Vorwärts 1 Zähler 559
6.3.2.4.4 Zähler für mehrere Decaden 559
6.4 Sonderschaltungen 560
6.4.1 Monoflops 560
6.4.2 Astabile Kippstufen 561
II Integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik 562
1 Allgemeines 562
2 Umgang mit integrierten Schaltungen 563
3 Daten und Begriffe der Logikschaltungen 563
3.1 Grenz und Kenndaten 563
3.2 Pegel 563
XXII Inhaltsverzeichnis
3.3 Störsicherheit 564
3.4 Lasteinheit 564
3.5 Temperaturbereich 564
3.6 Gatterlaufzeit 565
3.7 Verlustleistung 565
4 TTL Familie 566
4.1 Eigenschaften und Kenndaten 566
4.2 Standard TTL 566
4.3 Schaltungen mit 3 state 569
4.4 Schottky TTL und Low Power Schotky 570
5 Emittergekoppelte Logik 570
6 Integrierte MOS Schaltungen 570
6.1 NMOS und PMOS Technik 571
6.2 CMOS 571
6.2.1 14000 Serie 571
6.2.2 CMOS Schalter 573
6.2.3 High Speed CMOS 574
6.2.4 BICMOS 574
7 Interfaceschaltungen 575
8 Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen 575
8.1 Allgemeines 575
8.2 Kundenspezifische IC's 576
8.3 Programmierbare Logikbausteine 577
8.3.1 PROM 577
8.3.2 PAL 577
8.3.3 GAL 581
8.3.4 pLSI, ispLSI 584
9 Gehäuse 587
III Mikrocomputertechnik 588
1 Komponenten eines Mikrocomputers 588
2 Mikroprozessoren 588
2.1 Allgemeines 588
2.2 Architektur 588
2.3 Übersicht gängiger Mikroprozessoren 590
2.4 8 Bit Mikroprozessoren 590
2.4.1 8085 CPU 590
2.4.2 Beispiel Z80 CPU 598
2.5 16 Bit Prozessoren 601
2.5.1 8086/80286 601
2.5.2 Adressenbildung 603
3 Halbleiterspeicher 604
3.1 Allgemeines 604
3.2 Kenndaten und Technologie 604
3.3 Bedeutung der Anschlüsse 605
3.4 Organisation und Aufbau 605
3.4.1 Bitorganisierter und wortorganisierter Speicher 606
3.4.2 Speicher mit Adressenzwischenspeicher 606
3.5 Zeitverhalten 607
3.6 Speichertypen 608
3.6.1 Festwertspeicher 608
3.6.1.1 Masken ROM 609
3.6.1.2 PROM 609
3.6.1.3 EPROM 609
3.6.1.4 EEPROM 611
3.6.1.5 Flash EPROM 612
3.6.2 Schreib Lesespeicher 613
3.6.2.1 SRAM 613
3.6.2.2 NVRAM 614
3.6.2.3 DRAM 615
3.6.2.4 PSRAM 616
3.7 Speichererweiterung 616
3.8 Zentralspeicher 617
Inhaltsverzeichnis XXIII
4 Peripheriebausteine 618
4.1 Allgemeines 618
4.2 BUS Treiber 618
4.3 Einfache E /A Bausteine für den parallelen Betrieb 618
4.4 Programmierbare Schnittstellen bausteine 620
4.5 Zeitgeberbausteine 625
4.6 Programmierbarer E/A Baustein mit Speicher und Zeitgeber 627
4.7 Eingabe Ausgabe Bausteine für den seriellen Betrieb 629
4.7.1 Allgemeines 629
4.7.2 USART 632
4.8 Bausteine mit Sonderfunktionen 635
5 Mikrocontroller 636
5.1 Allgemeines 636
5.2 8 Bit Mikrocontroller 637
5.2.1 Funktionsbeschreibung des MC 8051 637
5.2.2 Ein /Ausgabeeinheit 640
5.2.3 RESET Schaltung 640
5.2.4 Taktgenerator 640
5.2.5 Stromaufnahme 640
5.2.6 TIMER 641
5.2.7 Unterbrechungssystem 642
5.2.8 Speicher 643
5.2.9 Serielle Schnittstelle 644
5.3 16 Bit Mikrocontroller 645
6 Maschinensprache 647
6.1 Allgemeines 647
6.2 Maschinencode 647
6.3 Befehlsaufbau 648
6.4 Befehlsdarstellung 648
6.5 Befehle 648
6.5.1 Befehlsfunktionen 648
6.5.2 Adressierungsarten 652
6.6 Befehlszyklus und Befehlszeiten 653
6.6.1 Befehlszyklus 653
6.6.2 Befehlszeiten 655
7 Befehlsvorrat 655
8 Hinweise zur Programmierung und Progammbeispiele 658
IV Computertechnik 659
1 Komponenten eines Computers 659
2 Massenspeicher 659
2.1 Magnetplatten 659
2.1.1 Diskette und Diskettenlaufwerk 659
2.1.2 Festplatte und Festplattenlaufwerk 663
2.1.3 Magnetbandgeräte 664
2.2 CD ROM und CD Laufwerk 664
3 Eingabegeräte 665
3.1 Tastatur 665
3.2 Maus 666
4 Ausgabegeräte 666
4.1 Datensichtgeräte 666
4.1.1 Monitor 666
4.1.2 LCD Bildschirm 669
4.2 Drucker 669
4.2.1 Typenraddrucker 669
4.2.2 Matrixdrucker 669
4.2.3 Tintenstrahlrucker 669
4.2.4 Laserdrucker 669
V Programmiertechnik 670
1 Programmiersprachen 670
1.1 Assembler 670
1.2 ADA 670
XXIV Inhaltsverzeichnis
1.3 ALGOL 671
1.4 BASIC 671
1.5 C 671
1.6 FORTRAN 671
1.7 PASCAL 671
1.8 PL/M 671
2 Grundlagen der Programmierung 672
2.1 Interpreter 672
2.2 Compiler 672
2.3 Editor 672
2.4 Integrierte Entwicklungsumgebung 672
2.5 Methoden der Programmentwicklung 673
2.6 Problembeschreibung 673
2.7 Top Down Methode 673
2.8 Bottom Up Methode 673
2.9 Bewertung der Methoden 673
2.10 Programm Test 674
VI Datenkommunikation 674
1 Einführung 674
2 Grundlagen 675
2.1 Verkehrsarten 675
2.2 Vermittlungsprinzipien 676
2.3 Vermittlungseinrichtungen 676
2.4 Klassifizierung von Netzen 677
2.5 Standardisierung 677
2.5.1 Standardisierungsgremien 678
3 Lokale Netze 680
3.1 Ethernet (CSMA/CD) 680
3.2 Token Ring 682
3.3 ISDN 684
3.4 Breitband ISDN (ATM Technik) 685
Literatur 688
— • ——— . ~—~_ , 1
Automatisierungstechnik
1 Einführung 689
2 Automatisierungsgeräte 689
3 Grundzüge der SPS NormlEC 61131 3 690
3.1 Programmorganisationskonzept 690
3.2 Deklaration von FB und FC Bausteinen 691
3.3 Variablen 692
3.4 Programmiersprachen 695
4 Programmstrukturen 696
4.1 Lineares Programm 696
4.2 Gegliedertes Programm 696
4.3 Parametrierbares Programm 696
5 Eingabe und Ausgabesignale 697
5.1 Binäre Signale 697
5.2 Digitale Signale 697
5.3 Analoge Signale 697
Inhaltsverzeichnis XXV
6 Eingabe /Ausgabebaugruppen 697
7 Verknüpfungssteuerungen 698
7.1 Logische Grundverknüpfungen in verschiedenen Darstellungen 698
7.2 Zusammengesetzte logische Grundverkniipfungen 698
7.3 Schließer und Öffnerkontakte, Drahtbruchsicherheit, Erdschlussgefahr 700
7.4 Speicherfunktionen 700
7.5 Flankenauswertung 701
7.6 Darstellung und Eigenschaften elektropneumatischer Stellglieder 701
7.7 Regeln für das Umsetzen von Schützschaltungen in SPS Programme 702
7.8 Zeitfunktionen 703
7.9 Zählerfunktionen 703
7.10 Vergleichsfunktionen 704
7.11 MOVE Funktion 705
7.12 EN/ENO Mechanismus 706
8 Aufruf und Wertübergaben zwischen Bausteinen 706
8.1 Aufrufhierarchie der Bausteine P, FB und FC 706
8.2 Aufruf von Funktionsbausteinen in FBS 706
8.3 Aufruf von Funktionsbausteinen in AWL 706
8.4 Aufruf von Funktionen in AWL 707
9 Ablaufsteuerung 707
9.1 Ablauf Funktionsplan 707
9.2 Grafische Darstellung von Ablaufsteuerungsfunktionen 708
9.3 Betriebsartenteil und Bedienfeld 711
10 Kommunikation in Automatisierungssystemen 713
10.1 Bussysteme 713
10.2 PROFINET Offener Industrial Ethernet Standard 713
10.3 OPC Technologie 715
11 Steuerungssicherheit 716
11.1 Europäische Richtlinien und Sicherheitsnormen 717
11.2 Sicherheitsbegriff 717
12 Regelungstechnische Grundbegriffe der Automatisierungstechnik 719
12.1 Unterschied zwischen Steuern und Regeln, regelungstechnische Größen 719
12.2 Regler Technologien 721
13 Regelstrecken 721
13.1 Bespiele für Regelstrecken 721
13.2 Beschreibungsmittel zur Darstellung von Regelstreckeneigenschaften 722
14 Regler 725
14.1 P Regler, P Regelfunktion 726
14.2 1 Regler, I Regelfunktion 727
14.3 PI Regler, PI Regelfunktion 727
14.4 PID Regler, PID Regelfunktion 729
14.5 Vergleich der verschiedenen Reglertypen 729
14.6 PID Reglerbaustein für digitale Abtastregelung 729
14.7 SPS als kontinuierlicher PID Abtastregler 731
14.8 Digitaler Schrittregler mit Pl Verhalten 732
14.9 Zweipunktregler, Zweipunkt Regelfunktion 732
14.10 Regelgüte 733
Literaturverzeichnis 733
XXVI Inhaltsverzeichnis
Messtechnik
I Grundlagen und Grundbegriffe der Messtechnik 735
1 Begriffe 735
2 Einheiten 735
3 Messabweichung, Messfehler 736
3.1 Systematische Abweichungen 736
3.2 Zufällige Abweichungen 736
3.3 Arithmetischer Mittelwert, Erwartungswert 737
3.4 Standardabweichung 737
4 Abweichungsfortpflanzung, Fehlerfortpflanzung 738
5 Fehlerangaben von Messgeräten 739
5.1 Analog anzeigende Messgeräte 739
5.2 Digital anzeigende Messgeräte 739
6 Arithmetischer Mittelwert und Effektivwert von Wechselgrößen 739
7 Häufigkeitsverteilung, Vertrauensbereich 739
8 Bearbeitung und Auswertung von Messwerten 740
II Analog anzeigende Messgeräte 741
1 Grundlagen 741
2 Drehspul Messwerk 741
3 Dreheisen Messwerk 742
4 Elektrodynamisches Messwerk 743
5 Symbole und Instrumentenbeschriftungen 744
III Oszilloskop 744
1 Aufbau eines Standard Oszilloskopes 744
1.1 Oszilloskopröhre 744
1.2 Y Ablenkung 745
1.3 X Ablenkung 746
1.4 Netzteil 746
2 Oszilloskope mit speziellen Eigenschaften 747
2.1 Zwei oder Mehrkanal Oszilloskope 747
2.2 Speicheroszilloskope 747
2.3 Oszilloskope mit Differenzverstärker Eingang 748
2.4 Sampling Oszilloskope 748
2.5 Zusatzeinrichtungen bei Oszilloskopen 748
IV Schreibende Messgeräte 750
1 Y t Schreiber 750
2 X Y Schreiber 751
3 Auslenkung des Schreibstiftes 751
Inhaltsverzeichnis XXVII
V Digital anzeigende Messgeräte 751
1 Digitalvoltmeter 751
2 Digitalmultimeter 752
3 Messung von Kapazitäten, Frequenzen und Stromverstärkungen 753
4 Messung von Temperaturen 753
VI Messverfahren zur Messung elektrischer Größen 754
1 Messung von Gleichspannungen 754
1.1 Analog anzeigende Spannungsmessgeräte 754
1.2 Digital anzeigende Spannungsmessgeräte 754
1.3 Messabweichung durch den Innenwiderstand des Spannungsmessers 754
1.4 Spannungsmessung mit dem Kompensator 755
2 Messung von Gleichströmen 755
2.1 Analog anzeigende Strommessgeräte 755
2.2 Digital anzeigende Strommessgeräte 755
2.3 Messabweichung durch den Innenwiderstand des Strommessers 756
3 Messbereichserweiterung 756
3.1 Spannungsmessung 756
3.2 Strommessung 756
4 Messung von Wechselspannungen 756
4.1 Analog anzeigende Wechselspannungsmessgeräte 756
4.1.1 Spannungsmesser mit Dreheisenmesswerk 756
4.1.2 Spannungsmesser mit Drehspulmesswerk 757
4.1.3 Spannungsmesser mit Thermoumformermesswerk 757
4.2 Digital anzeigende Wechselspannungsmessgeräte 757
5 Messung von Wechselströmen 758
5.1 Analog anzeigende Wechselstrommessgeräte 758
5.2 Digital anzeigende Wechselstrommessgeräte 758
6 Widerstands und Impedanzmessung 758
6.1 Gleichstrom Messbrücken zur Widerstandsmessung 758
6.1.1 Grundlagen 758
6.1.2 Wheatstone Messbrücke im Abgleichverfahren 759
6.1.3 Thomson Messbrücke im Abgleichverfahren 759
6.1.4 Wheatstone Messbrücke im Ausschlagverfahren 760
6.1.5 Wheatstone Messbrücke im Ausschlagverfahren mit Widerstand in der Brücken¬
diagonalen 761
6.2 Wechselstrom Messbrücken zur Widerstands und Impedanzmessung 761
6.2.1 Messung von ohmschen Widerständen 761
6.2.2 Messung von Impedanzen 762
6.3 Vergleich mit bekanntem Widerstand Spannungsvergleich 762
6.4 Messung von Strom und Spannung 763
6.5 Widerstandsmessung mit analogen Multimetern 763
7 Leistungsmessung 764
7.1 Wirkleistungsmessung 764
7.1.1 Wirkleistungsmessung bei Wechselstrom 764
7.1.2 Wirkleistungsmessung in Drehstromsystemen 765
7.1.3 Symmetrisch belastetes Drehstromsystem 765
7.1.4 Beliebig belastetes Dreileiter Drehstromsystem 765
7.1.5 Beliebig belastetes Vierleiter Drehstromsystem 766
XXVIII Inhaltsverzeichnis
7.2 Blindleistungsmessung 767
7.2.1 Blindleistungsmessung bei Wechselstrom 767
7.2.2 Blindleistungsmessung in symmetrisch belasteten Dreileiter Drehstromsystemen . . . 767
7.2.3 Blindleistungsmessung in beliebig belasteten Vierleiter Drehstromsystemen 767
7.3 Scheinleistungsmessung 768
7.4 Messbereichserweiterung bei der Leistungsmessung 768
7.5 Leistungsfaktormessung 768
8 Messung der Arbeit 768
9 Messung von L, C, Gütefaktor und Verlustfaktor 769
9.1 Messungvon Izjoder \zc\ 770
9.2 Messung von ZL, Z,., Gütefaktor und Verlustfaktor 770
10 Messung magnetischer Größen 771
10.1 Magnetischer Fluss 771
10.2 Magnetische Flussdichte 772
10.3 Magnetische Feldstärke 772
10.4 Permeabilität 772
VII Messverfahren zur Messung nichtelektrischer Größen 773
1 Messaufnehmer 774
1.1 Ohmsche Aufnehmer 775
1.2 Kapazitive Aufnehmer 775
1.3 Induktive Aufnehmer 776
1.4 Optische Aufnehmer 777
1.4.1 Fotodiode 777
1.4.2 Fotovervielfacher 777
1.5 Ladungsliefernde Aufnehmer 778
1.6 Thermische Aufnehmer 779
1.6.1 Thermoelemente 779
1.7 Chemische Aufnehmer 780
1.7.1 pH Wert Messeinrichtung mit Glaselektrode 780
1.7.2 Aufnehmer zur Messung der Sauerstoffkonzentration 781
1.8 Aufnehmer zur Messung von Gaskonzentrationen allgemein 781
2 Messverfahren 782
2.1 Kraftmessung mit Dehnungsmessstreifen (DMS) 783
2.2 Füllstandsmessung und Messung der Foliendicke 786
2.3 Drehzahlmessung 786
2.4 Durchflussmessung 787
2.5 Zeit und Frequenzmessung 789
2.6 Weg und Winkelmessung 790
2.7 Beschleunigungsmessung 791
VIII Messdatenaufbereitung 794
1 Verringerung der Störeinflüsse von außen 794
2 Messverstärker 795
IX Bussysteme für die Messtechnik 797
1 Grundbegriffe 797
2 IEC Bus 798
3 DIN Messbus 800
4 Aktuator Sensor Interface (ASI) 800
X Probleme bei der Digitalisierung analoger Messwerte 802
1 Fehler bei der Digitalisierung 802
2 Signal Quantisierungs Geräuschabstand 803
3 Verbesserung des Signal Rausch Verhältnisses 804
4 Abtast Halte Glied 804
5 Aliasing 804
6 Erfassung von Momentanwerten 804
Inhaltsverzeichnis XXIX
XI PC gestützte Messverfahren und Messsignalanalyse 805
1 Statistische Verfahren zur Messsignalauswertung 805
2 Graphische Darstellung 805
3 Ermittlung von Kenngrößen, Klassierung 806
4 Messsignalanalyse 806
4.1 Verfahren 807
4.2 Anwendungen 807
4.2.1 Messung des Klirrfaktors 807
4.2.2 Geräuschmessung zur Schadenfrüherkennung 807
4.2.3 Abstandsmessung 807
4.2.4 Erkennung periodischer Signalanteile 807
5 Automatisierung von Messabläufen 807
Literaturverzeichnis 808
Literatur allgemein: 808
Spezielle Literatur: 808
Energietechnik
I Elektrische Maschinen 809
1 Transformatoren 809
1.1 Aufgaben eines Transformators 809
1.2 Bauteile eines Transformators 809
1.2.1 Eisenkerne 809
1.2.2 Wicklungen 809
1.2.3 Kühlung 810
1.3 Wirkungsweise eines Einphasen Transformators 810
1.3.1 Leerlauf 810
1.3.2 Belastung 811
1.3.3 Leerlaufversuch 812
1.3.4 Kurzschlussversuch 813
1.3.5 Wirkungsgrad 814
1.4 Aufbau und Schaltung von Drehstrom Transformatoren 815
1.4.1 Wirkungsweise 815
1.4.2 Schaltgruppen 816
1.4.3 Unsymmetrische Belastungen 816
1.5 Parallelschalten von Transformatoren 816
1.6 Transformatorschutz 817
1.7 Überlastung von Transformatoren 817
1.8 Aufstellen von Transformatoren 817
1.9 Sondertransformatoren 818
1.9.1 Spartransformatoren 818
1.9.2 Drosselspulen 818
1.9.3 Streufeldtransformatoren 819
1.10 Messwandler 819
1.10.1 Spannungswandler 819
1.10.2 Stromwandler 820
2 Drehstrommaschinen 820
2.1 Die Drehstromasynchronmaschine 821
2.1.1 Wirkungsweise der Asynchronmaschine 821
2.1.2 Betriebsverhalten der Asynchronmaschine 821
2.1.2.1 Spannungsgleichung, Ersatzschaltbild 822
2.1.2.2 Leistungsfluss 822
2.1.2.3 Betriebskennlinien 823
2.1.3 Kurzschlussläufer 823
2.1.3.1 Anlassverfahren 824
2.1.3.2 Bremsverfahren 825
2.1.3.3 Drehzahlsteuerung 826
2.1.3.4 Ständerspannungsänderung 826
XXX Inhaltsverzeichnis
2.1.3.5 Frequenzänderung 826
2.1.3.6 Polumschaltung 828
2.1.4 Der Schleifringläufer 828
2.1.4.1 Anlassverfahren 828
2.1.4.2 Bremsverfahren 829
2.1.4.3 Drehzahlsteuerung 829
2.2 Linearmotor 830
2.2.1 Aufbau des Linearmotors 830
2.3 Drehstromsynchronmaschinen 830
2.3.1 Wirkungsweise der Synchronmaschine 831
2.3.2 Spannungsgleichung der Synchronmaschine 832
2.3.3 Anlauf und Synchronisation 832
3 Einphasen Asynchronmotoren 833
3.1 Einsträngiger Motor 833
3.2 Zweisträngiger Motor 833
3.3 Kondensatormotor 833
3.4 Spaltpolmotor 834
4 Drehstrommotor im Einphasenbetrieb 834
5 Sonderbauformen 835
5.1 Schrittmotor 835
5.2 Servomotor 835
5.2.1 Scheibenläufermotor 836
5.2.2 Stabankermotoren 836
6 Gleichstrommaschinen 836
6.1 Aufbau und Wirkungsweise 837
6.1.1 Ankerrückwirkungen 837
6.2 Betriebsverhalten von Gleichstrommaschinen 838
6.2.1 Nebenschlussmotor 838
6.2.2 Reihenschlussmotor 840
6.2.3 Doppelschlussmotor 842
6.3 Betriebsverhalten von Gleichstromgeneratoren 842
6.3.1 Fremderregter Generator 843
6.3.2 Nebenschlussgenerator 843
6.3.3 Reihenschlussgenerator 843
6.3.4 Doppelschlussgenerator 844
6.4 Gleichstrommaschine am Wechsel oder Drehstromnetz 844
6.4.1 Wechselstrombrücken 844
6.4.1.1 Einquadrantenantrieb (1 Q Betrieb) 844
6.4.1.2 Zweiquadrantenantrieb (2 Q Betrieb) 845
6.4.1.3 Vierquadrantenantrieb (4 Q Betrieb) 845
6.4.2 Drehstrombrücken 846
6.4.2.1 Zweiquadrantenbetrieb (2 Q Betrieb) 846
6.4.2.2 Vierquadrantenbetrieb (4 Q Betrieb) 846
6.5 Universalmotor 846
7 Auswahl von Motoren 847
7.1 Auswahl unter Berücksichtigung der Normen 847
7.1.1 Bauform und Baugrößen 847
7.1.2 Schutzart 847
7.1.3 Kühlart 850
7.1.4 Isolierstoffklassen 850
7.1.5 Motorschutz 850
7.1.5.1 Thermischer Auslöser 851
7.1.5.2 Thermistor Motorvollschutz 852
7.1.6 Abstimmung des Motors auf die Arbeitsmaschine 852
7.1.6.1 Wartung von Maschinen 853
7.1.7 Störungsbeseitigung 854
7.1.8 Anschlusskennzeichnungen von Maschinen 856
II Elektrische Anlagen 857
1 Struktur der Elektrizitätswirtschaft 857
2 Elektrische Energieerzeugung 857
2.1 Energiebedarf 858
2.2 Energiereserven 859
Inhaltsverzeichnis XXXI
2.3 Wärmekraftwerke 859
2.3.1 Konventionelle Dampfkraftwerke 860
2.3.2 Kombikraftwerke 860
2.3.3 Kernkraftwerke 860
2.3.3.1 Druckwasserreaktor 861
2.3.3.2 Siedewasserreaktor 861
2.3.3.3 Hochtemperaturreaktor 861
2.3.4 Umweltschutz 862
2.4 Wasserkraftwerke 863
2.5 Windkraftwerke 864
2.6 Solarkraftwerke 864
2.6.1 Sonnenwärmekraftwerke 864
2.6.2 Photovoltaische Kraftwerke 865
2.6.3 Solar Wasserstoff Anlage 865
2.7 Sonstige Kraftwerke 865
2.7.1 Biomasse 865
2.7.2 Brennstoffzellen 865
2.7.3 Fusionsreaktor 866
3 Elektrische Energieverteilung 866
3.1.1 Gleichstromnetz 867
3.1.2 Wechselstromnetz 867
3.1.3 Drehstromnetz 867
3.2 Netzstrukturen 868
3.2.1 Strahlennetz 868
3.2.2 Ringnetz 869
3.2.3 Maschennetz 869
3.2.4 Verbundnetz 869
4 Betriebsmittel der Energietechnik 870
4.1 Bemessung und Auswahl 870
4.2 Kabel, Leitungen und Schienen 870
4.2.1 Freileitungen 870
4.2.2 Kabel 871
4.2.2.1 Leiterwerkstoffe 871
4.2.2.2 Leiterisolierung 872
4.2.2.3 Aufbau 872
4.2.2.4 Erwärmung 872
4.2.2.5 Verlegung 874
4.2.2.6 Verlegung in Erde 874
4.2.2.7 Verlegung in Luft 874
4.2.2.8 Überstromschutz 878
4.2.3 Leitungen 880
4.2.3.1 Spannungsfall auf Kabeln und Leitungen 883
4.2.3.2 Verlegung von Kabeln und Leitungen 884
4.2.3.3 Ersatzschaltung von Kabeln und Leitungen 884
4.2.4 Sammelschienen 884
4.2.4.1 Längenausdehnung von Stromschienen 886
4.2.4.2 Kurzschlussfestigkeit 887
4.2.4.3 Mechanische Kurzschlussfestigkeit 887
4.2.4.4 Thermische Kurzschlussfestigkeit 888
4.3 Schaltanlagen 888
4.3.1 Hochspannungsschaltanlagen 889
4.3.2 Mittelspannungsanlagen 889
4.3.2.1 Bauart von Mittelspannungsschaltanlagen 889
4.3.2.2 Störlichtbogenfestigkeit 890
4.3.2.3 Schaltgeräte 891
4.3.2.4 Schutzgeräte 894
4.3.3 Anlagenräume 894
4.3.4 Niederspannungsschaltanlagen 895
4.3.4.1 Niederspannungs Schaltgerätekombinationen 896
5 Schutzmaßnahmen 898
5.1 Wirkung des Stroms 899
5.2 Schutz gegen direktes Berühren 899
5.3 Schutz gegen indirektes Berühren 899
5.3.1 Schutzisolierung 900
5.3.2 Schutztrennung 900
XXXII Inhaltsverzeichnis
5.3.3 Schutz durch nichtleitende Räume 901
5.3.4 Schutzkleinspannung 901
5.3.5 Funktionskleinspannung 902
5.3.6 Schutz durch Abschalten und Melden 902
5.3.6.1 Überstromschutzeinrichtung 903
5.3.6.2 Fl Schutzeinrichtung 904
5.3.6.3 Isolationsüberwachung 904
5.3.6.4 Zusätzlicher Potentialausgleich 904
6 Arbeiten an elektrischen Anlagen 905
7 Überprüfung der Schutzmaßnahme 906
8 Kurzschlussberechnung (VDE 0102) 907
III Elektrische Energieanwendung 909
1 Kompensationsanlagen 909
2 Beleuchtungsanlagen 911
2.1 Grundgrößen der Lichttechnik 911
2.2 Lichtquellen 912
2.3 Glühlampen 913
2.4 Leuchtstofflampen 913
2.5 Entladungslampen 913
2.6 Leuchten 913
2.7 Berechnung von Beleuchtungsanlagen 914
Nachrichtentechnik i
I Grundlagen der Nachrichtenübertragung 917
1 Prinzip der elektrischen Nachrichtenübertragung 917
2 Aufgaben der Nachrichtentechnik 919
3 Grundbegriffe 919
4 Nachricht, Information und Signal 919
4.1 Informationsgehalt 919
4.2 Signale in der Nachrichtentechnik 919
4.3 Entropie 920
4.4 Redundanz 920
4.5 Informationsfluss 921
4.6 Kanalkapazität, Dynamik 921
4.7 Nachrichtenquader 921
4.8 Signale im Zeitbereich: Analog, digital, kontinuierlich, diskret 922
4.9 Signale im Frequenzbereich 922
4.9.1 Periodische sinusförmige Signale 923
4.9.2 Periodische nichtsinusförmige Signale 923
4.9.3 Nichtperiodische Signale 923
4.10 Abtasttheorem von Shannon 926
4.11 Zufällige (stochastische) Signale 927
4.11.1 Rauschen 927
4.11.2 Kenngrößen von stochastischen Signalen 928
4.11.3 Anwendungen der Kenngrößen von stochastischen Signalen 929
4.12 Verzerrungen 929
4.12.1 Lineare Verzerrungen 930
4.12.2 Nichtlineare Verzerrungen 930
4.12.3 Klirrfaktor 931
5 Kenngrößen der Übertragungsstrecke 931
5.1 Dämpfungsfaktor 931
5.2 Übertragungsfaktor 931
5.3 Dämpfungsmaß 932
Inhaltsverzeichnis XXXIII
5.4 Übertragungsmaß, Verstärkungsmaß 932
5.5 Pegel 932
5.5.1 Absoluter Pegel 932
5.5.2 Relativer Pegel. 932
5.5.3 Dämpfungsmaß, Übertragungsmaß 933
5.5.4 Pegeldiagramm 933
II Vierpole, Zweitore 934
1 Vierpol allgemein 934
1.1 Grundlagen 934
1.2 Vierpolgleichungen, Zusammenschaltung von Vierpolen 934
1.3 Bestimmung der Vierpolparameter 936
1.4 Elementarvierpole 937
1.5 Betriebskenngrößen 937
2 Spezielle Vierpole 945
2.1 Übertragungssymmetrische (reziproke) Vierpole 945
2.2 Widerstandssymmetrische Vierpole 946
2.3 Längssymmetrische Vierpole 946
2.4 RUckwirkungsfreie Vierpole 946
3 Wellenparameter passiver Vierpole 946
3.1 Allgemeine passive Vierpole 946
3.2 Längssymmetrische passive Vierpole 947
3.3 Wellenwiderstand bei passiven längssymmetrischen Vierpolen 947
3.4 Übertragungsmaß bei passiven längssymmetrischen Vierpolen 948
3.5 Spezielle Vierpole 948
3.5.1 Doppel T Filter 948
3.5.2 Kreuzschaltung 949
3.5.3 Frequenzkompensierter Spannungsteiler 949
III Leitungen 950
1 Leitungsbeläge und Leitungsgleichungen 950
2 Leitung mit sinusförmigen Spannungen und Strömen 952
2.1 Allgemeine Lösung 952
2.2 Wellenwiderstand 952
2.3 Ausbreitungskoeffizient 953
2.4 Verlustlose Leitung 953
2.5 Lösung mit Zeigerdarstellung 953
2.6 Unendlich lange Leitung 954
2.7 Anpassung 954
2.8 Phasengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeit 954
3 Leitung mit sinusförmigen Spannungen und Strömen und beliebiger Abschluss¬
impedanz Z, 954
3.1 Reflexionsfaktor, Übertragungsfaktor 954
3.2 Eingangsimpedanz 955
3.3 Verzerrungsfreie Leitung 956
3.4 Leitung als Vierpol 956
3.4.1 Allgemeine Ersatzschaltung 956
3.4.2 Elektrisch kurze Leitung 957
4 Verlustlose Leitung 957
4.1 Eigenschaften 957
4.2 Wanderwellen bei Reflexion am Leitungsein und ausgang 957
4.3 Elektrisch lange Leitung 958
4.4 Leitung als Transformator 959
4.5 Stehende Wellen 959
4.6 Kettenleiter 959
4.7 Wellenfilter 960
5 Daten von Leitungen 961
6 Hochfrequenzleitungen 961
6.1 Hochfrequenz Koaxialkabel 961
6.2 Hohlleiter 963
6.3 Streifenleitungen 966
XXXIV Inhaltsverzeichnis
7 s Parameter 970
7.1 Signalflussdiagramme 970
7.2 Leistungsverstärkung 972
8 Kreisdiagramm 972
8.1 Doppel Kreisdiagramm 975
8.2 s Parameter im Kreisdiagramm 976
IV Antennen 978
1 Grundlagen 978
2 Kenngrößen 980
3 Ausführungsformen von Antennen 982
3.1 Vertikalantenne 982
3.2 Rahmenantenne 982
3.3 Ferritantenne 982
3.4 //2 Dipol, //2 Faltdipol 983
3.5 Breitbanddipol 983
3.6 Gruppenstrahler 983
3.7 Yagi Antenne 983
3.8 Langdrahtantenne 984
3.9 Rohrschlitzstrahler 984
3.10 Parabolantenne 984
4 Wellenausbreitung 984
4.1 Boden und Raumwelle 984
4.2 Erdatmosphäre 985
4.3 Wellenausbreitung im Plasma 985
4.4 Wellenausbreitung im Bereich 30 kHz bis 30 GHz 986
V Modulation 988
1 Übersicht 988
2 Sinusträger mit Analogsignal moduliert 988
2.1 Amplitudenmodulation (AM) 989
2.1.1 Modulation durch Multiplikation 989
2.1.2 Kenngrößen der Amplitudenmodulation 989
2.1.3 Modulation an einer quadratischen Kennlinie 990
2.1.4 Modulation an einer nichtlinearen nichtquadratischen Kennlinie 991
2.1.5 Zeigerdiagramm 991
2.1.6 Modulationstrapez 991
2.1.7 Demodulation von AM 992
2.1.8 Leistung von Träger und Seitenbändern 992
2.1.9 Störungen bei amplitudenmodulierten Signalen 992
2.1.10 Kreuzmodulation 993
2.2 Sonderformen der Amplitudenmodulation 993
2.2.1 Einseitenbandmodulation (ESB, SSB) 993
2.2.2 Restseitenbandmodulation (RM, VSB) 994
2.2.3 Quadraturmodulation 995
2.3 Technische Ausführung der Amplitudenmodulation 995
2.4 Winkelmodulation 996
2.4.1 Grundlagen 996
2.4.2 Kenngrößen 997
2.4.3 Zeigerdarstellung 997
2.4.4 Spektrum und Bandbreitenbedarf 997
2.4.5 Störungen bei winkelmodulierten Signalen 998
2.4.6 Preemphase, Deemphase 999
2.4.7 Erzeugung von Frequenz und Phasenmodulation 999
2.4.8 Demodulation von Frequenz und Phasenmodulation 1001
3 Sinusträger mit Digitalsignal moduliert 1002
3.1 Amplitudenumtastung (ASK) 1002
3.2 Frequenzumtastung (FSK) 1003
3.3 Phasenumtastung (PSK) 1003
Inhaltsverzeichnis XXXV
3.3.1 Zweiphasenumtastung (2 PSK) 1004
3.3.2 Vierphasenumtastung (4 PSK) 1005
3.3.3 /i Phasen Umtastung 1006
4 Pulsträger uncodiert 1007
4.1 Pulsamplitudenmodulation (PAM) 1007
4.2 Pulsfrequenz und Pulsphasenmodulation (PFM, PPM) 1007
4.3 Pulsdauermodulation (PDM) 1009
4.4 Pulscodemodulation (PCM) 1009
4.4.1 Prinzip 1009
4.4.2 Aliasing Effekt 1010
4.4.3 Abtast Halte Glied 1010
4.4.4 Quantisierung 1012
4.4.5 Quantisierungsgeräusch 1012
4.4.6 Kompandierung 1012
4.4.7 Kodierung 1013
4.4.8 Deltamodulation (DM) und Differenz Pulscodemodulation (DPCM) 1014
VI Filter 1015
1 Allgemeines 1015
2 Passive R C Filter 1016
2.1 Passive R C Tiefpassfilter 1016
2.2 Passive R C Hochpassfilter 1017
2.3 Bandpass aus R C Hoch und Tiefpassfilter 1017
2.4 R L C Bandpass und Bandsperre 1019
2.5 Bandfilter 1021
2.6 Quarzfilter, keramische Filter 1022
2.7 Digitale Filter 1023
2.8 Filter mit geschalteten Kondensatoren, SC Filter 1024
VII Empfängerschaltungstechnik 1025
1 Geradeausempfänger 1025
2 Überlagerungsempfänger 1026
3 Automatische Verstärkungsregelung (AVR) 1026
4 Weitere Schaltungskonzepte 1026
VIII Ton und Bildübertragung 1027
1 Rundfunk Stereoübertragung 1027
2 Fernseh Bildübertragung 1028
2.1 Grundlagen, Schwarz Weiß Empfänger 1028
2.2 Farbfernsehtechnik 1031
IX Mehrfachübertragung Multiplexverfahren 1034
1 Zeitmultiplexverfahren 1035
1.1 Analoge Signalübertragung 1035
1.2 Digital kodierte Signalübertragung 1036
2 Frequenzmultiplexverfahren 1036
X Richtfunktechnik 1037
XI Nachrichtenübertragung über Satellit 1038
XII Nachrichtenübertragung über Lichtwellenleiter (LWL) 1042
1 Physikalische Grundlagen 1042
2 Grundmodelle von Lichtwellenleitern 1044
2.1 Mehrmoden Stufenindex mit Totalreflexion 1044
2.2 Mehrmoden Gradientenindex 1044
2.3 Einmoden Stufenindex 1044
XXXVI Inhaltsverzeichnis
3 Technische Ausführung von Lichtwellenleitern 1046
4 Lichtsender 1047
5 Lichtempfänger 1047
6 Verbinden von Lichtleitern 1048
XIII Funkmesstechnik Radar 1048
1 Grundlagen, Kenngrößen 1048
2 Daten von Radaranlagen 1050
3 Funkortungssystem OMEGA 1051
4 Satellitengestütztes Ortungssystem GPS 1051
XIV Elektroakustische Wandler 1051
1 Definitionen, Kenngrößen 1051
2 Schallempfänger 1053
2.1 Kenngrößen für Mikrofone 1053
2.2 Mikrofonsysteme 1054
2.2.1 Kohlemikrofon 1054
2.2.2 Kristallmikrofon 1055
2.2.3 (Elektro )Magnetisches Mikrofon 1055
2.2.4 (Elektro )Dynamisches Mikrofon als Tauchspul oder Bändchenmikrofon 1055
2.2.5 Kondensatormikrofon 1056
2.2.6 Elektret Kondensatormikrofon 1057
2.3 Daten und Eigenschaften verschiedener Mikrofonsysteme 1057
3 Schallsender 1058
3.1 Lautsprecher und Hörer Systeme 1058
3.1.1 Elektrodynamisches System 1058
3.1.2 (Elektro )Magnetisches System 1058
3.1.3 Dynamisches System 1058
3.1.4 Elektrostatisches System 1058
3.1.5 Piezoelektrisches System 1059
3.2 Kenngrößen, Daten 1059
XV Vermittlungstechnik 1060
1 Grundbegriffe 1060
2 Vermittlung 1061
3 Verkehrstheorie 1061
4 Ortsvermittlungstechnik 1062
4.1 Endgerät 1062
4.2 Ortsnetz 1063
5 Nationales Fernnetz 1064
6 Internationales Fernnetz 1065
XVI Kommunikations und Datennetze 1066
1 Lokale Kommunikations und Datennetze 1066
2 Öffentliche Kommunikations und Datennetze 1068
2.1 Fernsprechnetz 1068
2.1.1 Kommunikationsdienste 1068
2.1.2 Telefax 1068
2.1.3 Temex 1069
2.1.4 Telebox 1069
2.1.5 Modem 1069
2.2 Integriertes Digitalnetz IDN 1069
2.2.1 Teletex, Telex 1069
2.2.2 Datex 1069
2.3 ISDN 1069
2.4 Mobilfunknetze 1070
2.4.1 Einweg Funknetz: Funkrufdienst 1070
2.4.2 Funktelefonsysteme 1071
2.5 Internet 1072
Inhaltsverzeichnis XXXVII
XVII Optimierte Nachrichten und Datenübertragung 1073
1 Kodierung 1073
1.1 Quellenkodierung 1073
1.1.1 Grundlagen 1073
1.1.2 Optimalkodes 1075
1.1.3 Datenreduktion 1076
1.2 Kanalkodierung 1076
1.2.1 Grundlagen 1076
1.2.2 Maximum Likelihood Verfahren 1077
1.2.3 Faltungskodierer mit Likelihood Viterbi Dekodierer 1077
2 Optimalfilter 1079
3 Anwendung der Korrelation bei gestörten Signalen 1082
Literaturverzeichnis 1083
Literatur allgemein: 1083
Literatur zu Kapitel II: 1083
Literatur zu Kapitel III: 1083
Literatur zu Kapitel IV: 1083
Literatur zu Kapitel V: 1083
Literatur zu den Kapiteln XII, XIV und XVII: 1083
Signal und Systemtheorie
Häufig verwendete Formelzeichen 1085
I Einführung 1086
1 Darstellung in der Zeit und in der Frequenzebene 1086
2 Hinweise zur Anwendung 1087
II Grundbegriffe 1088
III Periodische nichtsinusförmige zeitkontinuierliche Signale 1089
1 Reelle und komplexe Fourierreihe 1089
2 Beispiele und Anwendungen 1090
IV Nichtperiodische zeitkontinuierliche Signale 1093
1 Fouriertransformation 1093
1.1 Transformationsregeln 1093
1.2 Eigenschaften 1093
1.3 Korrespondenztabelle 1095
1.4 Beispiele 1096
2 Laplacetransformation 1096
2.1 Einführung 1096
2.2 Transformation 1096
2.3 Sätze zur Laplacetransformation 1099
2.4 Anwendung der Laplacetransformation bei bekanntem H(s) 1100
2.5 Bestimmung von H(s) 1100
2.5.1 Bestimmung von H(s) mit Differentialgleichung 1100
2.5.2 Bestimmung von H(s) durch direkte Transformation der Einzelelemente 1100
2.6 Beispiele 1102
V Spezielle Signale 1107
1 Stoßfunktion, «/ Funktion, Dirac Impuls 1107
2 Sprungfunktion s(t) 1107
3 Verknüpfung von s und// Funktion 1108
4 Harmonische Schwingungen 1108
XXXVIII Inhaltsverzeichnis
VI Leistung 1109
VII Faltungsintegral 1110
VIII Abtasttheorem im
IX Nichtkontinuierliche (zeitdiskrete) Signale 1112
1 Diskrete Fouriertransformation (DFT) 1113
2 Schnelle Fouriertransformation (FFT) 1114
3 z Transformation 1114
X Zufällige Signale ins
1 Grundbegriffe und Kenngrößen 1118
2 Verteilungen 1121
2.1 Binomialverteilung 1121
2.2 Poissonverteilung 1121
2.3 Normalverteilung, Gaußverteilung 1121
3 Rauschen 1122
4 Signalerkennung bei gestörter Übertragung 1123
4.1 Erkennen versteckter Periodizitäten 1123
4.2 Signalerkennung allgemein 1123
4.3 Signalangepasste Filter (matched filter) 1123
Literaturverzeichnis 1124
Literatur allgemein: 1124
Literatur zu Kapitel IX: 1124
Literatur zu Kapitel X: 1124
Sachwortverzeichnis |
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