Elektronik: Lehr- und Übungsbuch für Grundschaltungen der Elektronik, Leistungselektronik, Digitaltechnik / Digitalisierung mit einem Repetitorium Elektrotechnik ; mit ... 77 Lehrbeispielen und 143 Übungen mit ausführlichen Lösungen
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Wiesbaden
Vieweg + Teubner
2010
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| Edition: | 9., durchges. und korr. Aufl. |
| Series: | Studium : Elektronik
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IMAGE 1
VII
INHALTSVERZEICHNIS
I REPETITORIUM ELEKTROTECHNIK MIT UEBUNGEN
1 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN (AUSWAHL) 1
1.1 DEFINITION ELEKTRISCHER GRUNDGROESSEN 1
1.2 STROMKREIS 2
1.3 MESSEN VON GLEICHSTROEMEN UND GLEICHSPANNUNGEN 2
1.4 EIGENSCHANEN VON BAUELEMENTEN UND GRUNDLEGENDE STROMKREISGESETZE 3
1.5 WIDERSTAENDE MIT PHYSIKALISCHEN ABHAENGIGKEITEN 4
-TEMPERATUR 4
-KRAFT 5
-MAGNETISMUS 5
-LICHT 5
1.6 BESCHREIBUNGSMITTEL UND KENNGROESSEN VON SPANNUNGEN (STROEMEN) 6 1.7
MITTELWERTE PERIODISCHER GROESSEN 7
1.8 KOMPLEXE RECHNUNG FUER WECHSELSTROMTECHNIK 8
1.9 DREHSTROMSYSTEM 9
1.10 TRANSFORMATOR 10
- EINPHASEN-KERNTRANSFORMATOR 10
- GESETZE DES IDEALEN TRANSFORMATORS 10
1.11 GRUNDSCHALTUNGEN MIT FORMELSAMMLUNG 11
1.12 UEBUNGSAUFGABEN 17
II EINFUEHRUNG IN DIE ELEKTRONIK
L GRUNDBEGRIFFE DER HALBLEITERTECHNIK 22
2.1 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT DER MATERIALIEN 22
2.2 STOERSTELLENLEITUNG DER HALBLEITER 22
2.3 EIGENLEITUNG DER HALBLEITER 24
2.4 HALLEFFEKT ALS NACHWEIS FUER ELEKTRONEN- UND LOECHERLEITUNG 25
2.5 EIGENSCHAFTEN DES PN-UEBERGANGS DER HALBLEITER 26
2.6 EIGENSCHAFTEN VON HALBLEITER-KANAELEN 29
2.7 UEBUNGSAUFGABEN 31
$ HALBLEITERDIODE ALS NICHTLINEARER WIDERSTAND 32
3.1 /-[/-KENNLINIE DER HALBLEITERDIODE 32
3.2 ARBEITEN MIT KENNLINIEN 34
3.2.1 /-[/-KENNLINIEN 34
3.2.2 UEBERTRAGUNGS-KENNLINEN 35
3.3 BEGRENZERSCHALTUNGEN MIT DIODEN 36
3.4 UEBUNGSAUFGABEN 37
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/99910232X
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VIII INHALTSVERZEICHNIS
III GRUNDSCHALTUNGEN DER ELEKTRONIK
4 SPANNUNGSSTABILISIERUNG MIT Z-DIODE 39
4.1 AUFGABE EINER SPANNUNGSSTABILISIERUNG 39
4.2 Z-DIODE ALS STABILISIERUNGSELEMENT 40
4.3 ANALYSE DER Z-DIODEN-KONSTANTSPANNUNGSSCHALTUNG 42
4.3.1 LEERLAUFFALL 42
4.3.2 BELASTUNGSFALL 44
4.4 UEBUNGSAUFGABEN 47
5 KONSTANTSTROMSCHALTUNG MIT JFET 49
5.1 AUFGABE EINER KONSTANTSTROMSCHALTUNG 49
5.2 FELDEFFEKTTRANSISTOR (JFET) ALS KONSTANTSTROMELEMENT 51
5.3 ANALYSE DER JFET-KONSTANTSTROMSCHALTUNG 53
5.4 UEBUNGSAUFGABEN 56
6 TRANSISTOR ALS SCHALTER 57
6.1 UEBERSICHT UEBER GRUNDLEGENDE TRANSISTORTYPEN 57
6.2 KENNLINIEN UND KENNWERTE DER BIPOLARTRANSISTOREN 58
6.2.1 SCHICHTENAUFBAU, ANSCHLUESSE, POLUNG 58
6.2.2 MESSSCHALTUNG 59
6.2.3 KENNLINIEN 59
6.3 KENNLINIEN UND KENNWERTE DER FELDEFFEKTTRANSISTOREN 62
6.3.1 KANALSTRUKTUR, ANSCHLUESSE, POLUNG 62
6.3.2 MESSSCHALTUNG 63
6.3.3 KENNLINIEN 63
6.4 GRENZDATEN 64
6.4.1 SPANNUNGSGRENZWERTE 64
6.4.2 STROMGRENZWERTE 65
6.4.3 TEMPERATUR- UND LEISTUNGSGRENZWERTE 65
6.4.4 SICHERER ARBEITSBEREICH (SOA = SAFE OPERATING AREA) 68
6.5 GRUNDBEGRIFFE DER SCHALTVERSTAERKER 69
6.5.1 SCHALTZUSTAENDE DES TRANSISTORS 69
6.5.2 UEBERSTEUERUNG 70
6.5.3 SCHALTZEITEN 71
6.5.4 BERECHNUNGSGANG FUER DEN SCHALTVERSTAERKER 72
6.6 SCHALTEN MIT LEISTUNGSTRANSISTOREN 74
6.6.1 EIGENSCHAFTEN VON LEISTUNGS-MOSFETS 74
6.6.2 ANSTEUERN VON LEISTUNGS-MOSFETS 75
6.6.3 HIGH-SIDE UND LOW-SIDE-SCHALTER 77
6.6.4 PERIODISCHES SCHALTEN VON INDUKTIVEN LASTEN IN GLEICHSTROMKREISEN
78 6.7 CMOS-INVERTER ALS SCHALTER 80
6.7.1 SCHALTUNGSPRINZIP EINES CMOS-INVERTERS 80
6.7.2 BETRIEBSSPANNUNG, PEGEL, BELASTBARKEIT 81
6.8 SCHALTEN MIT OPTOKOPPLER 82
6.9 UEBUNGSAUFGABEN 83
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
7 TRANSISTOR ALS VERSTAERKER 86
7.1 GRUNDBEGRIFFE DER VERSTAERKERTECHNIK 86
7.1.1 VIERPOLDARSTELLUNG DES VERSTAERKERS 86
7.1.2 KENNWERTE DES VERSTAERKERS 87
7.2 ARBEITSPUNKTEINSTELLUNG 88
7.2.1 KOLLEKTORRUHESTROM 88
7.2.2 ARBEITSWIDERSTAND 89
7.2.3 ARBEITSPUNKT 91
7.3 VERSTAERKUNGSVORGANG IM KENNLINIENFELD 91
7.4 ERMITTLUNG DER VERSTAERKERKENNWERTE 93
7.4.1 MESSEN DER LEERLAUF-SPANNUNGSVERSTAERKUNG 93
7.4.2 MESSEN DES WECHSELSTROM-EINGANGSWIDERSTANDES 93
7.4.3 MESSEN DES WECHSELSTROM-AUSGANGSWIDERSTANDES 94
7.4.4 RECHNERISCHE ERMITTLUNG DER VERSTAERKERKENNWERTE 94
7.5 FREQUENZGANG 95
7.5.1 UNTERE GRENZFREQUENZ 95
7.5.2 OBERE GRENZFREQUENZ 96
7.6 VERSTAERKER-GRUNDSCHALTUNGEN 98
7.7 UEBUNGSAUFGABEN 99
8 OPERATIONSVERSTAERKER UND GRUNDSCHALTUNGEN 100
8.1 UEBERSICHT 100
8.2 EIGENSCHAFTEN EINES STANDARD-OPERATIONSVERSTAERKERS 101
8.2.1 DER INVERTIERENDE UND NICHTINVERTIERENDE EINGANG 101
8.2.2 AUSSTEUERUNGSGRENZEN DER AUSGANGSSPANNUNG 101
8.2.3 AUSSTEUERUNGSGRENZEN DES AUSGANGSSTROMES 102
8.2.4 DIFFERENZVERSTAERKUNG UND GLEICHTAKTVERSTAERKUNG 102
8.2.5 GLEICHTAKTUNTERDRUECKUNG 102
8.2.6 AUSGANGSSPANNUNG 103
8.2.7 EINGANGSWIDERSTAND 103
8.2.8 AUSGANGSWIDERSTAND 103
8.2.9 FREQUENZGANG 103
8.2.10 SLEW RATE 104
8.2.11 DATENBLATT DES STANDARD-OPERATIONSVERSTAERKERS 104
8.3 OPERATIONSVERSTAERKER ALS LINEARER VERSTAERKER 105
8.3.1 GEGENKOPPLUNGSPRINZIP 105
8.3.2 RECHENREGELN FUER GEGENGEKOPPELTE OPERATIONSVERSTAERKER 107 8.3.3
INVERTIERENDER VERSTAERKER 108
8.3.4 NICHTINVERTIERENDER VERSTAERKER 113
8.4 OPERATIONSVERSTAERKER ALS SCHALTER 118
8.4.1 KOMPARATOR 118
8.4.2 INVERTIERENDER SCHMITT-TRIGGER 119
8.4.3 NICHTINVERTIERENDER SCHMITT-TRIGGER 122
8.5 UEBUNGSAUFGABEN 124
IMAGE 4
X INHALTSVERZEICHNIS
9 ANALOGE SIGNALVERARBEITUNG 126
9.1 ADDIERER 126
9.1.1 GRUNDSCHALTUNG DES UMKEHRADDIERERS 126
9.1.2 PRINZIP DER DIGITAL-ANALOG-UMSETZUNG MIT UMKEHRADDIERER 128 9.2
SUBTRAHIERER 129
9.2.1 GRUNDSCHALTUNG MIT 1 OPERATIONSVERSTAERKER 129
9.2.2 VARIANTE MIT 2 OPERATIONSVERSTAERKERN 133
9.2.3 INSTRUMENTENVERSTAERKER (SUBTRAHIERER MIT 3 OPV) 134
9.3 INTEGRIERER 135
9.3.1 GRUNDSCHALTUNG 135
9.3.2 BETRIEBSARTEN EINES INTEGRATORS 136
9.3.3 INTEGRATORANWENDUNGEN 137
9.4 MITTELWERTBILDENER 140
9.5 MULTIPLIZIERER 142
9.5.1 MULTIPLIZIEREN 142
9.5.2 DIVIDIEREN 143
9.6 LEISTUNGSVERSTAERKER 144
9.6.1 KOMPLEMENTAERENDSTUFE IM B-BETRIEB 144
9.6.2 KOMPLEMENTAERENDSTUFE IM AB-BETRIEB 145
9.6.3 GEGENTAKTENDSTUFE ALS NACHSETZVERSTAERKER FUER OPERATIONSVERSTAERKER
146
9.6.4 LEISTUNGS-OPERATIONSVERSTAERKER 147
9.7 TRENNVERSTAERKER 148
9.7.1 EINSATZGEBIETE FUER TRENNVERSTAERKER 148
9.7.2 PRINZIPIEN DER TRENNVERSTAERKER 148
9.7.3 KENNWERTE DER TRENNVERSTAERKER 151
9.7.4 BESCHATTUNG VON TRENNVERSTAERKERN 151
9.8 UEBUNGSAUFGABEN 152
10 SCHWINGUNGSERZEUGUNG 155
10.1 RECHTECKGENERATOREN 155
10.1.1 ASTABILE KIPPSCHALTUNG MIT OPERATIONSVERSTAERKER 155
10.1.2 RECHTECKGENERATOR MIT TIMER 157
10.2 FUNKTIONSGENERATOR 159
10.3 SPANNUNGSGESTEUERTER OSZILLATOR (VCO) 162
10.4 PHASE-LOCKED-LOOP PLL 163
10.4.1 NACHLAUFSYNCHRONISATION 163
10.4.2 AUFBAU EINES PLL-REGELKREISES 163
10.4.3 INTEGRIERTER PLL-BAUSTEIN 167
10.5 SINUS-OSZILLATOREN 168
10.6 UEBUNGSAUFGABEN 171
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XI
IV LEISTUNGSELEKTRONIK
11 GLEICHRICHTUNG 174
11.1 MISCHSPANNUNG 174
11.2 GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN IM LEERLAUFBETRIEB 178
11.2.1 MITTELPUNKTSCHALTUNGEN 178
11.2.2 BRUECKENSCHALTUNGEN 179
11.3 SPANNUNGSGLAETTUNG 183
11.4 STROMGLAETTUNG 187
11.5 BERECHNUNG VON GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN MIT STROMGLAETTUNG 189
11.5.1 SEKUNDAERSPANNUNG L^ 189
11.5.2 SEKUNDAERSTROM I 2 190
11.5.3 PRIMAERSTROM/! 191
11.5.4 TYPENLEISTUNG DES TRANSFORMATORS SJ R 192
11.5.5 ZUSAMMENSTELLUNG DER BERECHNUNGSGRUNDLAGEN 193
11.6 UEBUNGSAUFGABEN 194
12 LEISTUNGSSTEUERUNG MIT THYRISTOREN, TRIACS, IGBTS UND IGCTS 196 12.1
THYRISTOR ALS STEUERBARER SCHALTER 196
12.2 STEUERSATZ 200
12.3 THERMISCHE EIGENSCHAFTEN VON THYRISTOREN 202
12.4 TRIAC ALS BIDIREKTIONALER THYRISTOR 205
12.5 WECHSELSTROMSTELLER (PHASENANSCHNITTSTEUERUNG) 207
12.6 WECHSELSTROMSCHALTER (PERIODENGRUPPENSTEUERUNG) 209
12.7 GESTEUERTE DREHSTROMBRUECKE MIT GLEICHSTROMMOTOR ALS LAST 211 12.7.1
GLEICHRICHTER- UND WECHSELRICHTERBETRIEB 211
12.7.2 AUSGANGSGLEICHSPANNUNG DER DREHSTROMBRUECKE, IDEELLE
GLEICHSPANNUNG 213
12.7.3 DREHZAHLVERSTELLUNG DURCH ANSTEUERUNG DER DREHSTROMBRUECKE 214
12.7.4 PULSIERENDER GLEICHSTROM DER DREHSTROMBRUECKE, IDEELLER
GLEICHSTROM . 215 12.7.5 BETRIEBSARTENDES STROMRICHTERANTRIEBS
IM-AF-BETRIEBSDIAGRAMM 218 12.8 FREQUENZUMRICHTER MIT
DREHSTROM-ASYNCHRONMOTOR ALS LAST 221
12.8.1 SCHALTUNGS- UND FUNKTIONSPRINZIP DES FREQUENZUMRICHTERS 221
12.8.2 DREHSTROM-ASYNCHRONMOTOR ALS MOTORLAST FUER DEN FREQUENZUMRICHTER
224 12.8.3 DREHZAHLSTEUERUNG DES ASYNCHRONMOTORS MIT DEM
FREQUENZUMRICHTER 229 12.9 EIGENSCHAFTEN UND SCHALTVERHALTEN DER
LEISTUNGSHALBLEITER 237 12.9.1 FREILAUF-/RUECKSPEISEDIODEN 237
12.9.2 INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR: 1GBT 238
12.9.3 INTEGRATED GATE COMMUTATED THYRISTOR: IGCT 242
12.10 UEBUNGSAUFGABEN 245
13 STABILISIERTE STROMVERSORGUNG 250
13.1 KENNGROESSEN EINER STABILISIERUNGSSCHALTUNG 250
13.2 EINFACHE SERIENSTABILISIERUNG 253
13.3 LINEARE SPANNUNGSREGLER 255
13.3.1 SPANNUNGSREGLERPRINZIP 256
13.3.2 PRINZIP DER STROMBEGRENZUNG 257
IMAGE 6
XII INHALTSVERZEICHNIS
13.3.3 INTEGRIERTE LINEARE SPANNUNGSREGLER 258
13.4 DC/DC-WANDLER 260
13.4.1 ABWAERTSWANDLER (TIEFSETZSTELLER) 261
13.4.2 AUFWAERTSWANDLER (HOCHSETZSTELLER) 265
13.4.3 INVERTIERENDER WANDLER 266
13.5 SCHALTNETZTEILE 267
13.5.1 SCHALTNETZTEIL, GESTEUERTER BETRIEB 267
13.5.2 SCHALTNETZTEIL, GEREGELTER BETRIEB 269
13.6 UEBUNGSAUFGABEN 271
V DIGITALTECHNIK UND DIGITALISIERUNG
14 GRUNDLAGEN DER DIGITALEN SCHALTUNGSTECHNIK 275
14.1 BEGRIFFE: DIGITAL, BINAER, POSITIVE LOGIK, BIT, BYTE 275
14.2 ABGRENZUNG ZWISCHEN ANALOG- UND DIGITALSCHALTUNGEN 275
14.3 SCHALTNETZE 276
14.3.1 LOGISCHE FUNKTIONEN UND GRUNDVERKNUEPFUNGEN 276
14.3.2 ABGELEITETE GRUNDFUNKTIONEN 277
14.3.3 DISJUNKTIVE NORMALFORM FUER BELIEBIGE SCHALTNETZE 279
14.3.4 VEREINFACHUNG EINER REDUNDANTEN SCHALTFUNKTION 280
14.3.5 SCHALTUNGSUMWANDLUNG, DE MORGAN'SCHE REGELN 281
14.4 SCHALTWERKE 282
14.4.1 MONOSTABILE KIPPSTUFE 282
14.4.2 BISTABILE KIPPSTUFEN (FLIPFLOPS) 286
14.4.3 ZAEHLER 291
14.4.4 SCHIEBEREGISTER 300
14.5 ABHAENGIGKEITSNOTATION 301
14.6 UEBUNGSAUFGABEN 302
15 GRUNDLAGEN DER DIGITALISIERUNG 306
15.1 GRUNDSAETZLICHES ZU DATENERFASSUNGSSYSTEMEN (MESSKETTEN) 306 15.2
GRUNDBEGRIFFE DER ABTAST- UND QUANTISIERUNGSTHEORIE 308
15.3 VERFAHREN DER ANALOG-DIGITAL-UMSETZUNG 311
15.3.1 FLASH-UMSETZER 311
15.3.2 SUKZESSIVE-APPROXIMATIONS-UMSETZER 312
15.3.3 DUAL-SLOPE-UMSETZER 313
15.3.4 BESCHALTUNG UND ABGLEICH EINES ANALOG-DIGITAL-UMSETZERS 314 15.4
GRUNDSAETZLICHES ZU DATENAUSGABESYSTEMEN 317
15.5 VERFAHREN DER DIGITAL-ANALOG-UMSETZUNG 318
15.5.1 DIGITAL-ANALOG-UMSETZER MIT DUAL GESTUFTEN WIDERSTAENDEN 318
15.5.2 DIGITAL-ANALOG-UMSETZER MIT Z?-2/?-NETZWERK 319
15.5.3 BESCHALTUNG UND ABGLEICH EINES DA-UMSETZERS 320
15.6 UEBUNGSAUFGABEN 322
LOESUNGEN DER UEBUNGEN 325
SACHWORRVERZEICHNIS 362 |
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