Handbuch Elektrotechnik:
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
[2016]
|
| Edition: | 7., neu bearbeitete Auflage |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XXXVII, 1397 Seiten Illustrationen, Diagramme 29 cm |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Teil I Mathematik
1 Arithmetik 3
1 1 Mengen 4
1 2 Aussageformen und logische Zeichen 4
121 Aussageformen 4
122 Logische Zeichen 5
123 Vollständige Induktion 5
1 3 Einteilung der Zahlen 6
1 4 Grundrechenarten 7
1 5 Grundlegende Rechenregeln 8
151 Buchstabenrechnen 8
152 Kehrwert, Quersumme 8
153 Teilbarkeitsregeln 8
154 Punktrechnung vor Strichrechnung 8
155 Potenzrechnung vor Punktrechnung 8
156 Grundgesetze der Addition und Multiplikation 9
157 Indizes, Summenzeichen, Produktzeichen 9
158 Binomische Formeln 10
159 Fakultäten, Binomialkoeffizienten und Pascal sches Dreieck 10
1 5 10 Binomischer Lehrsatz 11
1 6 Potenz-und Wurzelrechnung 12
161 Definition der Potenz 12
162 Regeln der Potenzrechnung 12
163 Definition der Wurzel 14
164 Regeln der Wurzelrechnung 14
1 7 Dezimalzahlen und Dualzahlen 17
171 Dezimalsystem 17
172 Dualsystem 17
173 Runden 18
1 8 Logarithmen 18
181 Definition des Logarithmus 18
182 Spezielle Basen 19
183 Regeln der Logarithmenrechnung 19
184 Zusammenhang von Logarithmen mit verschiedenen Basen 20
185 Dekadische Logarithmen 21
1 9 Ungleichungen 21
191 Definitionen und Rechenregeln 21
192 Absolutbetrag 22
193 Intervalle 22
1 10 Komplexe Zahlen 23
1 10 1 Algebraische Form 23
1 10 2 Trigonometrische Form 24
VII
VIII
Inhaltsverzeichnis
1 10 3 Addieren und Subtrahieren komplexer Zahlen 25
1 10 4 Multiplizieren komplexer Zahlen 25
1 10 5 Dividieren komplexer Zahlen 26
1 10 6 Potenzieren komplexer Zahlen 27
1 10 7 Radizieren komplexer Zahlen 27
1 10 8 Euler sche Formel 28
2 Gleichungen 29
2 1 Gleichungsarten 30
2 2 Äquivalente Umformungen 31
2 3 Lineare Gleichungen 32
2 4 Proportionen 33
2 5 Quadratische Gleichungen 34
251 Definitionen 34
252 Lösungsverfahren 34
253 Satz von Vieta für quadratische Gleichungen 37
2 6 Algebraische Gleichungen höheren Grades 37
261 Kubische Gleichungen 37
262 Polynomdivision 39
263 Gleichungen vierten Grades 40
264 Gleichungen n-ten Grades 42
265 Satz von Vieta für Gleichungen n-ten Grades 43
2 7 Auf algebraische Gleichungen zurückführbare Gleichungen 43
271 Bruchgleichungen 43
272 Wurzelgleichungen 44
2 8 Transzendente Gleichungen 45
281 Exponentialgleichungen 45
282 Logarithmische Gleichungen 46
283 Trigonometrische Gleichungen 46
2 9 Lineare Gleichungssysteme 47
291 Definitionen 47
292 Zwei lineare Gleichungen mit zwei Variablen 47
293 Drei lineare Gleichungen mit drei Variablen 49
294 Matrizen und Determinanten 50
3 Planimetrie 57
3 1 Geraden und Strecken 58
3 2 Winkel 58
3 3 Projektion 60
3 4 Geometrische Örter 60
3 5 Dreiecke 60
351 Allgemeine Dreiecke 60
352 Gleichschenklige Dreiecke 61
353 Gleichseitige Dreiecke 62
354 Rechtwinklige Dreiecke 62
355 Besondere Geraden, Strecken und Kreise 62
356 Flächensätze im rechtwinkligen Dreieck 64
3 6 Vierecke 66
361 Allgemeine Vierecke 66
362 Trapeze 66
363 Parallelogramme 67
Inhaltsverzeichnis IX
364 Rhomben 67
365 Rechtecke 67
366 Quadrate 68
367 Drachen 68
368 Sehnenvierecke 68
369 Tangentenvierecke 69
3 7 Reguläre rc-Ecke 69
3 8 Polygone 70
3 9 Kreise 71
391 Definitionen 71
392 Kreissektoren 71
393 Kreissegmente 72
394 Kreise und Geraden 72
395 Bogenmaß 72
3 10 Symmetrie 73
3 10 1 Punktsymmetrie 73
3 10 2 Achsensymmetrie 73
3 11 Ähnlichkeit 73
3 11 1 Zentrische Streckung 73
3 11 2 Strahlensätze 74
3 11 3 Ähnliche Figuren 74
4 Stereometrie 77
4 1 Prismen 78
411 Allgemeine Prismen 78
412 Parallelepiped und Würfel 78
4 2 Zylinder 79
421 Allgemeine Zylinder 79
422 Gerade Kreiszylinder 79
423 Hohlzylinder 80
4 3 Pyramiden 80
431 Allgemeine Pyramiden 80
432 Gerade quadratische Pyramiden 80
4 4 Kegel 81
441 Allgemeine Kegel 81
442 Gerade Kreiskegel 82
4 5 Cavalieri sches Prinzip 82
4 6 Kugeln 82
461 Definitionen 82
462 Kugelsegmente 83
463 Kugelsektoren 83
464 Kugelschichten 83
5 Funktionen 85
5 1 Definition und Darstellungen von Funktionen 86
511 Definitionen 86
512 Funktionsgleichung 86
513 Graph einer Funktion 87
514 Wertetabelle einer Funktion ” 87
5 2 Verhalten von Funktionen 88
521 Monotone Funktionen 88
522 Symmetrische Funktionen 88
X Inhaltsverzeichnis
523 Beschränkte Funktionen 89
524 Injektive Funktionen 89
525 Surjektive Funktionen 89
526 Bijektive Funktionen 90
£ 2 7 Periodische Funktionen 90
528 Umkehrfunktionen 90
529 Reelle und komplexe Funktionen 91
5 3 Einteilung der elementaren Funktionen 91
5 4 Ganze rationale Funktionen 93
541 Konstante Funktionen 93
542 Lineare Funktionen 93
543 Quadratische Funktionen 95
544 Kubische Funktionen 99
545 Ganze rationale Funktionen rc-ten Grades 100
546 Horner-Schema 101
5 5 Gebrochene rationale Funktionen 102
551 Nullstellen, Pole, Asymptoten 102
552 Partialbruchzerlegung 105
5 6 Irrationale Funktionen 106
5 7 Transzendente Funktionen 108
571 Exponentialfunktionen 108
572 Logarithmusfunktionen 109
6 Trigonometrie 111
6 1 Definition der trigonometrischen Funktionen 112
6 2 Trigonometrische Funktionen für beliebige Winkel 113
6 3 Beziehungen für den gleichen Winkel 114
6 4 Graphen der trigonometrischen Funktionen 114
6 5 Reduktionsformeln 116
6 6 Additionstheoreme 116
6 7 Sinussatz und Kosinussatz 117
6 8 Arkusfunktionen 118
7 Analytische Geometrie 121
7 1 Koordinatensysteme 122
711 Kartesisches Koordinatensystem der Ebene 122
712 Polarkoordinatensystem der Ebene 122
713 Zusammenhang zwischen kartesischen und Polarkoordinaten 123
714 Kartesisches Koordinatensystem des Raums 124
7 2 Geraden 124
721 Geradengleichungen 124
722 Abstände 127
7 3 Kreise 128
731 Kreisgleichungen 128
732 Berechnung von Kreisen 129
7 4 Kugeln 130
7 5 Kegelschnitte 130
751 Ellipsen 132
752 Hyperbeln 133
Inhaltsverzeichnis XI
753 Parabeln 135
754 Anwendungen 136
7 6 Vektoren 137
761 Definitionen 137
762 Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar 138
763 Addition und Subtraktion zweier Vektoren 138
764 Komponentendarstellung von Vektoren in der Ebene 139
765 Komponentendarstellung von Vektoren im Raum 139
766 Skalarprodukt 140
767 Vektorprodukt 141
768 Spatprodukt 141
8 Differential- und Integralrechnung 143
8 1 Folgen 144
811 Grundbegriffe 144
812 Arithmetische Folgen 144
813 Geometrische Folgen 145
814 Grenzwert einer Folge 145
815 Einige Grenzwerte 146
816 Divergente Folgen 146
8 2 Reihen 146
821 Definitionen 146
822 Arithmetische Reihen 148
823 Geometrische Reihen 148
824 Harmonische Reihen 149
825 Alternierende Reihen 149
|83 Grenzwerte von Funktionen 150
!831 Grenzwert an einer endlichen Stelle 150
832 Einseitige Grenzwerte 150
833 Grenzwert im Unendlichen 151
I834 Rechenregeln für Grenzwerte 151
Jl 835 Unbestimmte Ausdrücke 152
836 Stetigkeit einer Funktion 152
837 Unstetigkeitsstellen 153
8 4 Ableitung einer Funktion 153
J841 Definitionen 153
842 Differentiationsregeln 154
843 Höhere Ableitungen 157
844 Ableitungen einiger algebraischer Funktionen 157
845 Ableitungen einiger transzendenter Funktionen 157
I846 Sekanten und Tangenten 159
847 Extremwerte von Funktionen 160
848 Krümmungsverhalten von Funktionen 161
849 Wendepunkte von Funktionen 161
8 4 10 Kurvendiskussion 162
84 11 Anwendungsbeispiele 163
8 4 12 Näherungsverfahren zur Nullstellenbestimmung 163
8 5 Integralrechnung 165
851 Unbestimmtes Integral 165
i852 Integrationsregeln 165
853 Unbestimmte Integrale einiger algebraischer Funktionen 168
854 Unbestimmte Integrale einiger transzendenter Funktionen 169
855 Bestimmtes Integral 169
856 Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung 170
857 Eigenschaften des bestimmten Integrals 170
858 Einige Anwendungen der Integralrechnung 172
XII
Inhaltsverzeichnis
8 6 Funktionenreihen 174
861 Definitionen 174
862 Potenzreihen 175
863 Fourier-Reihen 177
9 Anhang 183
9 1 Symbole und Bezeichnungsweisen 184
9 2 Das griechische Alphabet 185
Teil II Physik
10 Einführung 189
10 1 Physikalische Größen 190
10 1 1 Skalare 190
10 1 2 Vektoren 190
10 2 Sl-System 190
11 Mechanik 193
11 1 Kinematik des Massenpunktes 194
11 1 1 Eindimensionale Bewegungen 194
11 1 2 Zusammengesetzte Bewegungen 196
11 1 3 Kreisbewegung 197
11 2 Dynamik 199
11 2 1 Newton sche Axiome 199
11 2 2 Kraft 199
11 2 3 Impuls 201
11 2 4 Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad und Energie 203
11 2 5 Stoßprozesse 205
11 2 6 Rotation 206
11 2 7 Gravitation 209
11 3 Elastische Verformung fester Körper 210
11 4 Mechanik der ruhenden Flüssigkeiten und Gase 210
11 4 1 Druck 210
11 4 2 Kompressibilität 210
11 4 3 Volumenausdehnung 211
11 4 4 Hydrostatischer Druck in Flüssigkeiten 211
11 4 5 Schweredruck in Gasen 211
11 4 6 Auftrieb 211
11 5 Hydrodynamik 212
11 5 1 Kontinuitätsgleichung 212
11 5 2 Bernoulli-Gleichung 212
11 5 3 Innere Reibung 212
12 Thermodynamik 213
12 1 Grundbegriffe 214
12 2 Temperatur 214
12 2 1 Einheiten 214
12 2 2 Temperaturmessung 214
12 3 Thermische Ausdehnung 214
12 3 1 Feste Stoffe 215
12 3 2 Flüssigkeiten 215
12 3 3 Gase 215
Inhaltsverzeichnis XIII
12 4 Ideale Gase 216
12 4 1 Allgemeine Zustandsgleichung idealer Gase 216
■ 12 4 2 Kinetische Gastheorie 216
12 4 3 Wärmeenergie 217
12 4 4 Zustandsänderungen idealer Gase 217
12 4 5 Kreisprozesse 218
12 5 Wärmeübertragung 219
12 5 1 Wärmeleitung 219
12 5 2 Wärmeströmung 219
12 5 3 Wärmestrahlung 219
13 Schwingungen 221
13 1 Freie ungedämpfte harmonische Schwingungen 222
13 2 Gedämpfte Schwingungen 223
13 3 Erzwungene Schwingungen 223
13 4 Überlagerung harmonischer Schwingungen 224
13 4 1 Schwingungsrichtung parallel zueinander 224
13 4 2 Schwingungsrichtung senkrecht zueinander 225
14 Wellen 227
14 1 Harmonische Wellen 228
14 1 1 Ausbreitung 228
14 1 2 Interferenz 229
I 14 2 Huygens sches Prinzip 230
14 2 1 Reflexion 230
14 2 2 Brechung 230
14 2 3 Beugung 231
j 14 3 Dopplereffekt 231
15 Akustik 233
15 1 Schallausbreitung 234
i
* 15 2 Reflexion, Transmission, Absorption 234
15 3 Ultraschall 235
16 Optik 237
] 16 1 Eigenschaften des Lichtes 238
16 2 Geometrische Optik 238
16 2 1 Reflexion des Lichtes 238
16 2 2 Brechungsgesetz 240
* 16 2 3 Optische Geräte 243
16 3 Wellenoptik 246
16 3 1 Interferenz 246
16 3 2 Beugung 246
i
16 4 Photometrie 248
16 4 1 Strahlungsphysikalische Größen 248
16 4 2 Lichttechnische Größen 250
16 5 Licht als Korpuskel 251
Literatur
252
XIV Inhaltsverzeichnis
17 Anhang 253
17 1 Physikalische Größen und Einheiten 254
17 2 ^ahlenwerte physikalischer Größen 254
Teil III Werkstoffkunde
18 Stoffe 257
18 1 Eigenschaften der Stoffe 258
18 2 Atombau und Periodensystem 258
18 3 Aufbau der festen Körper 260
18 4 Chemische Grundzusammenhänge 262
18 5 Elektrochemie 264
19 Elektrische Leitfähigkeit 267
19 1 Leitungsmechanismus 268
19 2 Isolator 268
19 3 Halbleiter 269
19 4 Normalleiter 269
19 5 Supraleiter 270
19 6 Halleffekt 270
20 Elektrische Leiter 273
20 1 Normalleiter 274
20 2 Halbleiter 274
20 3 Supraleiter 276
21 Magnetische Leitfähigkeit 279
21 1 Modellvorstellung 280
21 2 Verhalten von Materie im Magnetfeld 280
21 3 Magnetisierung 281
21 4 Magnetisierungskurve 282
21 5 Permeabilität 283
22 Magnetika 285
22 1 Metalloxide (Ferrite) 286
22 2 Weichmagnetika 286
22 3 Hartmagnetika (Dauermagnete) 290
23 Dielektrische Eigenschaften 293
23 1 Modellvorstellungen zur dielektrischen Polarisation 294
23 2 Dielektrische Materialeinteilung 295
23 3 Elektrische Materialeinteilung 295
Inhaltsverzeichnis XV
24 Dielektrika 297
24 1 Natürliche anorganische Dielektrika 298
24 2 Natürliche organische Dielektrika 299
24 3 Künstliche anorganische Dielektrika 299
24 4 Künstliche organische Dielektrika 300
24 5 Silikone 301
Literatur 301
Teil IV Grundlagen der Elektrotechnik
25 Grundbegriffe 305
25 1 Aufbau der Atome 306
25 2 Ladungsträger 306
25 3 Spannung 306
25 4 Strom 306
25 4 1 Bewegung von Ladungsträgern 306
25 4 2 Stromstärke 307
25 4 3 Stromdichte 307
25 5 Das Ohm sche Gesetz 307
25 6 Spezifischer Widerstand, Leitfähigkeit 307
25 7 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Metallen 308
26 Der Gleichstromkreis 311
26 1 Zählpfeilsysteme 312
26 2 Kirchhoff sche Gesetze 312
26 2 1 Knotenregel 312
26 2 2 Maschenregel 312
26 3 Schaltung von Widerständen 313
26 3 1 Reihenschaltung 313
26 3 2 Parallelschaltung 313
26 3 3 Stern-Dreieck Umwandlung 314
26 3 4 Messbereichserweiterung 315
26 4 Reale Spannungsquelle 315
26 4 1 Kombination von Spannungsquellen 316
26 5 Ersatzstromquelle 316
26 6 Netzwerkberechnung 317
26 6 1 Gemischte Schaltungen 317
26 6 2 Überlagerungsverfahren 318
26 6 3 Ersatzspannungsquelle 318
26 6 4 Nichtlineare Gleichstromkreise 319
26 7 Energie, Leistung, Wirkungsgrad 320
26 7 1 Leistungsanpassung 320
26 7 2 Leistungsverlust auf Leitungen 321
26 7 3 Wirkungsgrad 321
26 7 4 Umwandlung elektrischer Energie 321
XVI Inhaltsverzeichnis
27 Das Elektrische Feld 323
27 1 Grundgrößen 324
27 1 1 Kräfte zwischen Ladungen 324
27 1 2 Feldstärke 324
‘27 1 3 Feldlinien 325
27 1 4 Potential, Spannung 325
27 1 5 Äquipotentiallinien 326
27 1 6 Elektrischer Fluss 326
27 1 7 Energie geladener Teilchen im elektrischen Feld 326
27 2 Materie im elektrischen Feld 326
27 2 1 Leiter 327
27 2 2 Nichtleiter 327
27 3 Kondensatoren 327
27 3 1 Kapazität 327
27 3 2 Schaltungen mit Kondensatoren 329
27 3 3 Energie des elektrostatischen Feldes 331
27 3 4 Laden und Entladen eines Kondensators 331
27 3 5 RC-Reihenschaltung 333
28 Das Magnetische Feld 335
28 1 Feldlinien 336
28 1 1 Dauermagnet 336
28 1 2 Stromdurchflossene Leiter 336
28 1 3 Stromdurchflossene Spule 336
28 1 4 Magnetfeld der Erde 337
28 2 Magnetische Grundgrößen 337
28 2 1 Feldstärke 337
28 2 2 Fluss, Flussdichte 340
28 3 Kräfte im Magnetfeld 341
28 3 1 Kräfte auf bewegliche Ladungsträger 341
28 3 2 Stromdurchflossener Leiter 341
28 3 3 Magnetisches Moment 342
28 3 4 Kräfte zwischen zwei parallelen Leitern 342
28 3 5 Hall-Effekt 343
28 4 Energie des Magnetfeldes 344
28 5 Materie im Magnetfeld 344
28 5 1 Diamagnetismus 345
28 5 2 Paramagnetismus 345
28 5 3 Ferromagnetismus 346
28 5 4 Antiferromagnetismus 348
28 5 5 Ferrimagnetismus 348
28 6 Magnetische Kreise 348
28 6 1 Magnetische Spannung 348
28 6 2 Magnetischer Widerstand 349
28 6 3 Unverzweigte Kreise 349
28 6 4 Verzweigte Kreise 351
29 Induktion 353
29 1 Induktion bei Änderung der Fläche 354
29 2 Induktion bei Änderung des Magnetfeldes 355
29 3 Die Induktivität einer Spule 356
29 3 1 Selbstinduktion 356
29 3 2 Gegeninduktion 357
/
Inhaltsverzeichnis XVII
29 3 3 Energie im Magnetfeld einer Spule 358
29 3 4 Ein- und Ausschaltvorgänge 358
29 3 5 Zusammenschalten von Induktivitäten 359
30 Wechselstrom 361
30 1 Grundbegriffe des Wechselstroms 362
30 1 1 Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung 362
30 1 2 Phasenverschiebung 363
30 1 3 Effektivwert 363
30 1 4 Darstellungsarten 363
30 2 Grundschaltelemente im Wechselstromkreis 364
30 2 1 Ohm scher Widerstand 364
30 2 2 Kapazität 365
30 2 3 Spule 365
30 3 Schaltungen von Wechselstromwiderständen 367
30 3 1 Reihenschaltung von Wechselstromwiderständen 367
30 3 2 Parallelschaltung von Wechselstromwiderständen 371
30 3 3 Gemischte Schaltungen 374
30 4 Passive Filter 376
30 4 1 Hochpassschaltung mit RC- und RL-Glied 376
30 4 2 Tiefpassschaltung mit RC- und RL-Glied 377
30 4 3 Bandpassschaltung 377
30 5 Schwingkreise 378
30 5 1 Reihenresonanz 378
30 5 2 Parallelresonanz 379
30 6 Leistung und Arbeit im Wechselstromkreis 379
30 6 1 Leistung und Arbeit bei Phasengleichheit von Spannung und
Strom 379
30 6 2 Leistung und Arbeit bei Phasenverschiebung von Spannung
und Strom 379
30 6 3 Leistung in komplexer Schreibweise 381
30 6 4 Leistungsfaktor 381
31 Drehstrom 383
31 1 Erzeugung von mehrphasigem Wechselstrom 384
31 2 Phasenverkettung 384
31 2 1 Sternschaltung 384
31 2 2 Dreieckschaltung 385
31 3 Leistung des Dreiphasenstroms 386
31 4 Das unsymmetrische Dreiphasensystem 387
31 4 1 Das unsymmetrische Dreileiternetz 387
31 4 2 Das unsymmetrische Vierleiternetz 388
Literatur 389
Teil V Elektronik
32 Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn-Übergang t 393
32 1 Einführung in die Halbleiterphysik 394
32 2 Der pn-Übergang 396
XVIII Inhaltsverzeichnis
33 Dioden 397
33 1 Kennlinien 398
33 2 Kenndaten und Grenzwerte 399
33 3 Kennzeichnung von Halbleiter-Bauelementen 401
33 4 Diodenarten 402
33 4 1 Kapazitätsdioden 403
33 4 2 Schalterdioden 404
33 4 3 Schottky-Dioden 404
33 4 4 Gleichrichter-Dioden 405
33 4 5 Z-Dioden 405
33 5 Anwendungsschaltungen 406
33 5 1 Begrenzerschaltungen 406
33 5 2 Gleichrichter 408
33 5 3 Spannungsvervielfacher 412
33 5 4 Diode als Konstantspannungsquelle (Z-Diode) 413
34 Mehrschichtdioden und-trioden 415
34 1 Vierschichtdioden 416
34 2 Thyristoren 417
34 3 Diac 420
34 4 Triac 421
34 5 Schutz der Dioden und Trioden 421
34 6 Zündmethoden 422
35 Transistoren 425
35 1 Bipolare Transistoren 426
35 1 1 Transistoreffekt 426
35 1 2 Transistorkennlinien 427
35 1 3 Kenn- und Grenzwerte des Transistors 429
35 2 Feldeffekttransistoren (FET) 432
35 2 1 Aufbau und Wirkungsweise des Sperrschicht-FET 432
35 2 2 Aufbau und Wirkungsweise des MOSFET 433
35 2 3 Kennlinien von FET 434
35 2 4 Kennwerte von FET 436
36 Besondere Halbleiter-Bauelemente 441
36 1 Unijunction-Transistor (Doppelbasisdiode) 442
36 2 Darlington-Transistor 443
36 3 VMOS-Transistoren 444
36 4 SIPMOS-Transistoren 444
36 5 IGBT 446
37 Analoge Verstärker 449
37 1 Bipolarer Transistor als Verstärker 450
37 1 1 Grundschaltungen 451
37 1 2 Arbeitspunktstabilisierung 454
37 1 3 Emitterschaltungen 457
37 1 4 Kollektorschaltungen 460
37 1 5 Basisschaltung 461
Inhaltsverzeichnis XIX
37 2 Feldeffekt-Transistor als Verstärker 461
37 2 1 Arbeitspunkteinstellung und -Stabilisierung 462
37 2 2 Grundschaltungen von FET 464
37 2 3 Weitere Anwendungen 469
37 3 Mehrstufige Verstärker 470
38 Endstufen 477
38 1 Betriebsarten 478
38 2 Schaltungen 478
39 Operationsverstärker 485
39 1 Einführung 486
39 2 Differenzverstärker 486
39 3 Grundlagen des OP 487
39 4 Operationsverstärker als Verstärker 489
39 4 1 Verstärker mit frequenzunabhängiger Gegenkopplung 489
39 4 2 Verstärker mit frequenzabhängiger Gegenkopplung 492
39 4 3 OP als Leistungsverstärker 494
39 4 4 Aktive Filterschaltungen 495
40 Elektronische Schalter, Kippstufen 499
40 1 Transistor als Schalter 500
40 2 Kippschaltungen mit Transistoren 503
40 2 1 Bistabile Kippstufe 503
40 2 2 Monostabile Kippstufe 504
40 2 3 Astabile Kippstufe 505
40 2 4 Triggerschaltungen 505
40 3 Operationsverstärker als Schalter 507
40 4 Kippschaltungen mit Operationsverstärker 507
40 4 1 Triggerschaltungen mit Operationsverstärker 507
40 4 2 Astabile Kippstufe mit Operationsverstärker 509
40 4 3 Monostabile Kippstufe mit Operationsverstärker 509
40 4 4 Bistabile Kippstufe mit Operationsverstärker 510
40 5 Zeitgeber 555 510
40 6 Trigger TCA 345 A 511
41 Oszillatoren 513
41 1 Allgemeines 514
41 2 Sinusgeneratoren (RC-Oszillatoren) 514
41 3 Funktionsgeneratoren 516
42 Schaltungstechniken 519
42 1 Integrierte Schaltungen 520
42 2 SMD-Technik 522
43 Optoelektronik 525
43 1 Grundsätzliche Überlegungen 526
43 2 Optoelektronische Bauelemente 526
43 2 1 Fotowiderstand (LDR - light dependent resistor) 526
XX Inhaltsverzeichnis
43 2 2 Fotodiode und Fotoelement 529
43 2 3 Fototransistoren 531
43 2 4 Lumineszenzdioden und Flüssigkristalle 532
43 3 /^nzeigeeinheiten 533
43 4 Signalübertragung mit Optokoppler 535
43 5 Faseroptische Übertragungsmittel 535
44 Analog-Digital-Wandler 537
44 1 Grundlagen 538
44 2 Spannungs-Frequenz-Wandler 538
44 3 Sägezahnverfahren 538
44 4 Dual-Slope-Verfahren 539
44 5 Flash-Wandler 539
44 6 Wandler nach dem Wägeverfahren 540
44 7 Integrierte Wandler 540
45 Digital-Analog-Wandler 541
45 1 Grundlagen 542
45 2 D/A-Wandler-Varianten 542
45 3 Integrierte Wandler 543
Teil VI Technische Kommunikation/Technisches Zeichnen
46 Grundlagen der zeichnerischen Darstellung 547
46 1 Zeichengeräte 548
46 2 Normen für Technische Zeichnungen 548
46 3 Normteile und Konstruktionselemente 549
46 4 Nutzen der Normung 559
47 Schaltungsunterlagen 561
47 1 Schaltzeichen nach DIN 564
47 2 Elektrische Betriebsmittel 566
47 3 Schaltungsunterlagen der Energietechnik 566
47 4 Schaltungsunterlagen der Elektronik 571
47 4 1 Allgemeines 571
47 4 2 Schaltzeichen nach DIN 40900 Teil 12 Binäre Elemente 571
47 4 3 Entwurf von Schaltungen 574
47 5 Projektierung 575
48 Schaltungssynthese und -analyse 577
48 1 Beispiele aus der Elektrotechnik 578
48 2 Beispiele aus der Elektronik 578
Inhaltsverzeichnis XXI
49 CAD-Technik 581
49 1 Allgemeines 582
49 2 Hardware und Software 582
49 3 Erstellen von Schaltplänen 582
49 4 Erstellen von Layouts 582
49 5 Anwendungen in der Elektronik 586
49 6 Auswahl von CAD-Systemen 586
Teil VII Datentechnik
50 Digitaltechnik 589
50 1 Grundbegiffe der Digitaltechnik 590
50 2 Logische Grundschaltungen 590
50 2 1 Grundverknüpfungen 590
50 2 2 Realisierungsmöglichkeiten logischer Verknüpfungen 591
50 3 Schaltalgebra 593
50 3 1 Allgemeines 593
50 3 2 Normalform einer binären Funktion 594
50 4 Zahlensysteme in der Digital- und Datenverarbeitung 602
50 4 1 Dualsystem Synthese 602
50 4 2 Hexadezimalsystem 603
50 4 3 Rechnen mit Dualzahlen 603
50 4 4 Zahlen in Rechenanlagen 603
50 5 Codes 606
50 5 1 Allgemeines 606
50 5 2 Binär-Code 606
50 5 3 BCD-Code 606
50 5 4 Gray-Code 607
50 5 5 Codierung alphanumerischer Zeichen 608
50 5 6 Fehlererkennung und Redundanz 608
50 6 Digitale Grundschaltungen 611
50 6 1 Allgemeines 611
50 6 2 Schaltnetze 611
50 6 3 Schaltwerke 617
50 6 4 Sonderschaltungen 629
51 Integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik 633
51 1 Allgemeines 634
51 2 Umgang mit integrierten Schaltungen 634
51 3 Daten und Begriffe der Logikschaltungen 634
51 3 1 Grenz-und Kenndaten 634
51 3 2 Pegel 635
51 3 3 Störsicherheit 635
51 3 4 Lasteinheit 635
51 3 5 Temperaturbereich 636
51 3 6 Gatterlaufzeit ’ 636
51 3 7 Verlustleistung 637
51 4 TTL-Familie 637
51 4 1 Eigenschaften und Kenndaten 637
XXII
Inhaltsverzeichnis
51 4 2 Standard-TTL 638
51 4 3 Schaltungen mit 3-state 640
51 4 4 Schottky-TTL und Low-Power-Schottky 641
51 5 Ernittergekoppelte Logik 641
51 6 Integrierte MOS-Schaltungen 642
51 6 1 NMOS- und PMOS-Technik 642
51 6 2 CMOS-Inverter 642
51 7 Interfaceschaltungen 646
51 8 Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen 647
51 8 1 Allgemeines 647
51 8 2 Kundenspezifische IC s 647
51 8 3 Programmierbare Logikbausteine 648
51 9 Gehäuse 659
52 Mikrocomputertechnik 661
52 1 Komponenten eines Mikrocomputers 662
52 2 Mikroprozessoren 662
52 2 1 Allgemeines 662
52 2 2 Architektur 662
52 2 3 Übersicht gängiger Mikroprozessoren 664
52 2 4 8-Bit-Mikroprozessoren 664
52 2 5 16-Bit-Prozessoren 672
52 3 Halbleiterspeicher 676
52 3 1 Allgemeines 676
52 3 2 Kenndaten und Technologie 676
52 3 3 Bedeutung der Anschlüsse 677
52 3 4 Organisation und Aufbau 677
52 3 5 Zeitverhalten 679
52 3 6 Speichertypen 680
52 3 7 Speichererweiterung 687
52 3 8 Zentralspeicher 689
52 4 Peripheriebausteine 689
52 4 1 Allgemeines 689
52 4 2 BUS-Treiber 690
52 4 3 Einfache E-/A-Bausteine für den parallelen Betrieb 690
52 4 4 Programmierbare Schnittstellenbausteine 692
52 4 5 Zeitgeberbausteine 696
52 4 6 Programmierbarer E/A-Baustein mit Speicher und Zeitgeber 699
52 4 7 Eingabe-Ausgabe-Bausteine für den seriellen Betrieb 702
52 4 8 Bausteine mit Sonderfunktionen 705
52 5 Mikrocontroller 708
52 5 1 Allgemeines 708
52 5 2 8-Bit-Mikrocontroller 709
52 5 3 16-Bit-Mikrocontroller 715
52 6 Maschinensprache 718
52 6 1 Allgemeines 718
52 6 2 Maschinencode 718
52 6 3 Befehlsaufbau 719
52 6 4 Befehlsdarstellung 719
52 6 5 Befehle 720
52 6 6 Befehlszyklus und Befehlszeiten 723
52 7 Befehlsvorrat 726
52 8 Hinweise zur Programmierung und Progammbeispiele 726
Inhaltsverzeichnis XXIII
53 Computertechnik 729
53 1 Komponenten eines Computers 730
53 2 Massenspeicher 730
53 2 1 Magnetplatten 730
53 2 2 CD-ROM- und CD-Laufwerk 735
53 3 Eingabegeräte 736
53 3 1 Tastatur 736
53 3 2 Maus 736
53 4 Ausgabegeräte 736
53 4 1 Datensichtgeräte 736
53 4 2 Drucker 740
54 Programmiertechnik 741
54 1 Programmiersprachen 742
54 1 1 Assembler 742
54 1 2 ADA 742
54 1 3 ALGOL 743
54 1 4 BASIC 743
54 15C 743
54 1 6 FORTRAN 743
54 1 7 PASCAL 743
54 1 8 PL/M 744
54 2 Grundlagen der Programmierung 744
54 2 1 Interpreter 744
54 2 2 Compiler 744
54 2 3 Editor 744
54 2 4 Integrierte Entwicklungsumgebung 744
54 2 5 Methoden der Programmentwicklung 745
54 2 6 Problembeschreibung 745
54 2 7 Top-Down-Methode 745
54 2 8 Bottom-Up-Methode 745
54 2 9 Bewertung der Methoden 746
54 2 10 Programm-Test 746
55 Datenkommunikation 747
55 1 Einführung 748
55 1 1 Warum Datenkommunikation? 748
55 1 2 Geschichte der Datenkommunikation 748
55 2 Computernetzwerke 749
55 2 1 Peer-to-Peer-Netz 749
55 2 2 Client/Server-Netz 749
55 3 Einteilung von Netzwerken 750
55 3 1 Ausdehnung 750
55 3 2 Dienstarten und Verbindungen 750
55 3 3 Basisband - Breitband 751
55 3 4 FDM-DWDM-TDM 751
55 4 Netzwerk-Topologien 752
55 4 1 Sternnetz 752
55 4 2 Busnetz 752
55 4 3 Ringnetz , 753
55 4 4 Baumnetz 753
55 4 5 Vollverbindung 753
55 4 6 Mischformen 753
55 4 7 Sonderformen 754
XXIV
Inhaltsverzeichnis
55 5 Das OSI-Referenzmodell 754
55 5 1 Aufteilen langer Nachrichten 754
55 5 2 Schicht 0: Übertragungsmedien 756
55 5 3 Schicht 1: Bitübertragung 758
, 55 5 4 Schicht 2: Datensicherung 760
55 5 5 Schicht 3: Vermittlung 762
55 5 6 Schicht 4: Transport 766
55 5 7 Aufgaben der Schichten 5-7 768
55 6 Industrial Ethernet 769
Literatur 769
Teil VIII Automatisierungstechnik
56 Einführung 773
57 Automatisierungsgeräte 775
58 Grundzüge der SPS-Norm IEC 61131-3 779
58 1 Programmorganisationskonzept 780
58 2 Deklaration von FB- und FC-Bausteinen 780
58 3 Variablen 782
58 4 Programmiersprachen 784
59 Programmstrukturen 787
59 1 Lineares Programm 788
59 2 Gegliedertes Programm 788
59 3 Parametrierbares Programm 788
60 Eingabe- und Ausgabesignale 789
60 1 Binäre Signale 790
60 2 Digitale Signale 790
60 3 Analoge Signale 790
61 Eingabe-/Ausgabebaugruppen 791
62 Verknüpfungssteuerungen 793
62 1 Logische Grundverknüpfungen in verschiedenen Darstellungen 794
62 2 Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen 794
62 3 Schließer- und Öffnerkontakte, Drahtbruchsicherheit, Erdschlussgefahr794
62 4 Speicherfunktionen 795
62 5 Flankenauswertung 797
62 6 Darstellung und Eigenschaften elektropneumatischer Stellglieder 797
62 7 Regeln für das Umsetzen von Schützschaltungen in
SPS-Programme 798
62 8 Zeitfunktionen 799
62 9 Zählerfunktionen 799
62 10 Vergleichsfunktionen 800
62 11 MOVE-Funktion 801
62 12 EN/ENO-Mechanismus 801
Inhaltsverzeichnis XXV
63 Aufruf und Wertübergaben zwischen Bausteinen nach IEC 61131-3 803
63 1 Aufrufhierarchie der Bausteine P, FB und FC 804
63 2 Aufruf von Funktionsbausteinen in FBS 804
63 3 Aufruf von Funktionsbausteinen in AWL 804
63 4 Aufruf von Funktionen in AWL 805
64 Ablaufsteuerung 807
64 1 Ablauf-Funktionsplan 808
64 2 Grafische Darstellung von Ablaufsteuerungsfunktionen 808
64 3 Betriebsartenteil und Bedienfeld 811
65 Kommunikation in Automatisierungssystemen 813
65 1 Bussysteme 814
65 2 PROFINET - Offener Industrial Ethernet Standard 815
65 3 OPC-Technologie 816
66 Steuerungssicherheit 817
66 1 Europäische Richtlinien und Sicherheitsnormen 818
66 2 Sicherheitsbegriff 818
67 Regelungstechnische Grundbegriffe der Automatisierungstechnik 821
67 1 Unterschied zwischen Steuern und Regeln, regelungstechnische
Größen 822
67 2 Regler-Technologien 823
68 Regelstrecken 825
68 1 Beispiele für Regelstrecken 826
68 2 Beschreibungsmittel zur Darstellung von
Regelstreckeneigenschaften 826
69 Regler 831
69 1 P-Regler, P-Regelfunktion 832
69 2 I-Regler, I-Regelfunktion 834
69 3 PI-Regler, Pl-Regelfunktion 834
69 4 PID-Regler, PID-Regelfunktion 834
69 5 Vergleich der verschiedenen Reglertypen 835
69 6 PID-Reglerbaustein für digitale Abtastregelung 835
69 7 SPS als kontinuierlicher PID-Abtastregler 836
69 8 Digitaler Schrittregler mit Pl-Verhalten 837
69 9 Zweipunktregler, Zweipunkt-Regelfunktion 838
69 10 Regelgüte 838
Literatur 839
Teil IX Regelungstechnik
70 Einführung
843
XXVI Inhaltsverzeichnis
71 Strukturbild und Übertragungsglieder 847
71 1 Struktur bi Id 848
71 2 Übertragungsglieder 848
71 3 Klassifikation von Übertragungsgliedern 849
71 3 1 Statische und dynamische Übertragungsglieder 849
71 3 2 Lineare und nichtlineare Übertragungsglieder 849
71 3 3 Zeitinvariante und Zeitvariante Übertragungsglieder 849
71 3 4 Kausale und akausale Übertragungsglieder 849
71 4 Beschreibung von Übertragungsgliedern um einen Arbeitspunkt 849
71 4 1 Arbeitspunkt eines Übertragungsgliedes 849
71 4 2 Linearisierung um den Arbeitspunkt 850
71 5 Impulsantwort und Sprungantwort einfacher Übertragungsglieder 850
71 5 1 P-Glied 850
71 5 2 I-Glied 851
71 5 3 D-Glied 851
71 5 4 TZ-Glied 851
71 5 5 /Tj-Glied 851
71 5 6 Pr2-Glied 851
72 Übertragungsverhalten linearer, zeitinvarianter
Übertragungsglieder 853
72 1 Übertragungsfunktion 854
72 2 Frequenzgangfunktion 854
72 3 Frequenzkennlinien elementarer Übertragungsfunktionen 855
72 3 1 Verstärkungsfaktor 855
72 3 2 Integrierer 855
72 3 3 Differenzierer 855
72 3 4 Reeller Pol 855
72 3 5 Reelle Nullstelle 856
72 3 6 Konjugiert komplexes Polpaar 856
72 3 7 Konjugiert komplexes Nullstellenpaar 857
72 3 8 Totzeit 857
72 3 9 Allpass erster Ordnung 858
72 3 10 Allpass zweiter Ordnung 858
73 Stabilität 859
73 1 Definition der Stabilität 860
73 1 1 Asymptotische Stabilität 860
73 1 2 BIBO-Stabilität 860
73 2 Stabilitätskriterien 860
73 2 1 Grundlegendes Stabilitätskriterium 860
73 2 2 Hurwitz-Kriterium 861
73 2 3 Nyquist-Kriterium 862
73 2 4 Phasenreserve und Amplitudenreserve 862
74 Entwurf von Regelkreisen 865
74 1 Forderungen an die Regelung 866
74 1 1 Stabilität 866
74 1 2 Stationäre Genauigkeit 866
74 1 3 Hinreichende Dämpfung 867
74 1 4 Hinreichende Schnelligkeit 867
74 2 Reglertypen 867
74 2 1 Standardregler 867
Inhaltsverzeichnis XXVII
74 2 2 Korrekturglieder 868
74 3 Faustregeln für die Wahl der Reglerstruktur und der
Reglerparameter 869
74 4 Reglerentwurf mit dem Frequenzkennlinienverfahren 870
74 4 1 Entwurf eines PI-Reglers für ein Verzögerungssystem 870
74 4 2 Reglerentwurf für eine doppelt integrierende Strecke 870
74 5 Einstellregeln bei speziellen Regelstrecken 871
74 5 1 Betragsoptimum 871
74 5 2 Symmetrisches Optimum 872
Literatur 872
Teil X Messtechnik
75 Grundlagen und Grundbegriffe der Messtechnik 875
75 1 Begriffe 876
75 2 Einheiten 876
75 3 Messabweichung, Messfehler 877
75 3 1 Systematische Abweichungen 877
75 3 2 Zufällige Abweichungen 877
75 3 3 Arithmetischer Mittelwert, Erwartungswert 878
75 3 4 Standardabweichung 878
75 4 Abweichungsfortpflanzung, Fehlerfortpflanzung 879
75 5 Fehlerangaben von Messgeräten 881
75 5 1 Analog anzeigende Messgeräte 881
75 5 2 Digital anzeigende Messgeräte 881
75 6 Arithmetischer Mittelwert und Effektivwert von Wechselgrößen 882
75 7 Häufigkeitsverteilung, Vertrauensbereich 882
75 8 Bearbeitung und Auswertung von Messwerten 883
76 Analog anzeigende Messgeräte 885
76 1 Grundlagen 886
76 2 Drehspul-Messwerk 886
76 3 Dreheisen-Messwerk 887
76 4 Elektrodynamisches Messwerk 887
76 5 Symbole und Instrumentenbeschriftungen 888
77 Oszilloskop 889
77 1 Übersicht 890
77 2 Aufbau eines Oszilloskopes 890
77 3 Zusatzeinrichtungen 892
78 Schreibende Messgeräte * 895
78 1 Betriebsarten 896
78 2 Schreibstiftauslenkung
896
XXVIII Inhaltsverzeichnis
79 Digital anzeigende Messgeräte 897
79 1 Digitalvoltmeter 898
79 2 Digitalmultimeter 898
79 3 Messung von Kapazitäten, Frequenzen und Stromverstärkungen 899
79 4 Messung von Temperaturen 899
80 Messverfahren zur Messung elektrischer Größen 901
80 1 Messung von Gleichspannungen 902
80 1 1 Analog anzeigende Spannungsmessgeräte 902
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