Halbleiter-Schaltungstechnik:
Gespeichert in:
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|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Springer Vieweg
[2019]
|
| Ausgabe: | 16., erweiterte und aktualisierte Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Buchcover |
| Beschreibung: | xxxv, 1793 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm |
| ISBN: | 9783662485538 3662485532 |
Internformat
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Inhaltsübersicht
Teil I Grundlagen
1 Diode 3
2 Bipolartransistor 35
3 Feldeffekttransistor 177
4 Verstärker 279
5 Operationsverstärker 509
6 Digitaltechnik Grundlagen 619
7 Sehaitnet/ e (Kombinatorische Logik) 653
8 Schaltwerke (Sequentielle Logik) 679
9 HBloleiferspeicher 713
Teil li Anwendungen
10 Analogrechenschaltungen 739
11 Gesteuerte Quellen und Impedanzkonverter 767
12 Aktive Filter 789
13 Regler 863
14 Signalgeneratoren 883
15 Leistungsverstärker 899
16 Stromversorgung 927
17 DA- und AD-Umsetzer 1007
18 Messschaltungen 1049
19 Sensorik 1081
20 Optoelektronische Bauelemente 1121
Teil III Schaltungen der Nachrichtentechnik
21 Grundlagen 1143
22 Sender und Empfänger 1233
23 Passive Komponenten 1283
24 Hochfrequenz-Verstärker 1321
25 Mischer 1387
26 Oszillatoren 1503
27 Phasenregelschleife (PLL) 1621
28 Anhang 1703
Literaturverzeichnis 1749
Sachverzeichnis 1753
Inhaltsverzeichnis
Teil I Grundlagen
1 Diode 3
1 1 Verhalten einer Diode 4
111 Kennlinie 4
112 Beschreibung durch Gleichungen 5
113 Schaltverhalten 7
1131 Schaltverhalten bei ohmscher Last 8
1132 Schaltverhalten bei ohmsch-induktiver Last 9
114 Kleinsignalverhalten 10
115 Grenzdaten und Sperrströme 10
1151 Grenzspannungen 10
1152 Grenzströme 11
1153 Sperrstrom 11
1154 Maximale Verlustleistung 11
116 Thermisches Verhalten 12
117 Temperaturabhängigkeit der Diodenparameter 12
1 2 Aufbau einer Diode 13
121 Einzeldiode 13
1211 Innerer Aufbau 13
1212 Gehäuse 14
122 Integrierte Diode 14
1221 Innerer Aufbau 15
1222 Substrat-Diode 15
1223 Unterschiede zwischen integrierten pn- und
Schottky-Dioden 15
1 3 Modell für eine Diode 15
131 Statisches Verhalten 15
1311 Bereich mittlerer Durchlassströme 16
1312 Weitere Effekte 16
1313 Bahnwiderstand 18
132 Dynamisches Verhalten 18
1321 Sperrschichtkapazität 19
1322 Diffusionskapazität 19
133 Vollständiges Modell einer Diode 20
134 Kleinsignalmodell 21
1341 Statisches Kleinsignalmodell 21
1342 Dynamisches Kleinsignalmodell 23
1 4 Spezielle Dioden und ihre Anwendung 24
141 Z-Diode 24
1411 Kennlinie im Durchbruchbereich 24
1412 Spannungsstabilisierung mit Z-Diode 25
Inhaltsverzeichnis
1413 Spannungsbegrenzung mit Z-Dioden
142 pin-Diode
143 Kapazitätsdiode
144 Brückengleichrichter
145 Mischer
2 Bipolartransistor
2 1 Verhalten eines Bipolartransistors
211 Kennlinien
2111 Ausgangskennlinienfeld
2112 Übertragungskennlinienfeld
2113 Eingangskennlinienfeld
2114 Stromverstärkung
212 Beschreibung durch Gleichungen
2121 Early-Effekt
2122 Basisstrom und Stromverstärkung
2123 Großsignalgleichungen
213 Verlauf der Stromverstärkung
2131 Gummel-Plot
2132 Darstellung des Verlaufs
2133 Bestimmung der Werte
214 Arbeitspunkt und Kleinsignalverhalten
2141 Bestimmung des Arbeitspunkts
2142 Kleinsignalgleichungen und Kleinsignalparameter
2143 Kleinsignalersatzschaltbild
2144 Vierpol-Matrizen
2145 Gültigkeitsbereich der Kleinsignalbetrachtung
215 Grenzdaten und Sperrströme
2151 Durchbruchsspannungen
2152 Durchbruch 2 Art
2153 Grenzströme
2154 Sperrströme
2155 Maximale Verlustleistung
2156 Zulässiger Betriebsbereich
216 Thermisches Verhalten
2161 Thermisches Ersatzschaltbild
2162 Thermisches Verhalten bei statischem Betrieb
2163 Thermisches Verhalten bei Pulsbetrieb
217 Temperaturabhängigkeit der Transistorparameter
2 2 Aufbau eines Bipolartransistors
221 Einzeltransistoren
2211 Innerer Aufbau
2212 Gehäuse
2213 Komplementäre Transistoren
222 Integrierte Transistoren
2221 Innerer Aufbau
2 3 Modelle für den Bipolartransistor
231 Statisches Verhalten
26
27
28
30
31
35
35
36
36
37
37
37
37
38
38
39
39
39
40
41
41
42
43
45
46
46
47
47
49
49
49
49
50
51
52
53
54
55
57
57
57
57
59
59
59
60
60
Inhaltsverzeichnis xi
2311 Das Ebers-Moll-Modell 60
2312 Das Transportmodell 63
2313 Weitere Effekte 65
2314 Stromverstärkung bei Normalbetrieb 68
2315 Substrat-Dioden 69
2316 Bahnwiderstände 69
232 Dynamisches Verhalten 71
2321 Sperrschichtkapazitäten 71
2322 Diffusionskapazitäten 73
2323 Gummel-Poon-Modell 74
233 Kleinsignalmodell 78
2331 Statisches Kleinsignalmodell 78
2332 Dynamisches Kleinsignalmodell 80
2333 Grenzfrequenzen bei Kleinsignalbetrieb 81
2334 Zusammenfassung der Kleinsignalparameter 85
234 Rauschen 85
2341 Rauschdichten 85
2 3A2 Rauschquellen eines Bipolartransistors 88
2343 Äquivalente Rauschquellen 88
2344 Ersatzrauschquelle und Rauschzahl 91
2345 Rauschzahl eines Bipolartransistors 92
2346 Bestimmung des Basisbahnwiderstands 101
2 4 Grundschaltungen 101
241 Emitterschaltung 102
2411 Übertragungskennlinie der Emitterschaltung 102
2412 Kleinsignalverhalten der Emitterschaltung 104
2413 Nichtlinearität 107
2414 Temperaturabhängigkeit 107
2415 Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung 108
2416 Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung 114
2417 Arbeitspunkteinstellung 121
2418 Frequenzgang und obere Grenzfrequenz 129
2419 Zusammenfassung 136
242 Kollektorschaltung 138
2421 Übertragungskennlinie der Kollektorschaltung 138
2422 Kleinsignalverhalten der Kollektorschaltung 140
2423 Nichtlinearität 143
2424 Temperaturabhängigkeit 144
2425 Arbeitspunkteinstellung 144
2426 Frequenzgang und obere Grenzfrequenz 147
2427 Impedanztransformation mit der Kollektorschaltung 153
243 Basisschaltung 155
2431 Übertragungskennlinie der Basisschaltung 155
2432 Kleinsignalverhalten der Basisschaltung 157
2A3 3 Nichtlinearität 100
2434 Temperaturabhängigkeit 100
2A3 5 Arbeitspunkteinstellung 101
Inhaltsverzeichnis
243 Ö Frequenzgang und obere Grenzfrequenz
244 Darlington-Schaltung
2441 Kennlinien eines Darlington-Transistors
2442 Beschreibung durch Gleichungen
2443 Verlauf der Stromverstärkung
2444 Kleinsignalverhalten
2445 Schaltverhalten
3 Feldeffekttransistor
3 1 Verhalten eines Feldeffekttransistors
311 Kennlinien
3111 Ausgangskennlinienfeld
3112 Abschnürbereich
3113 Übertragungskennlinienfeld
3114 Eingangskennlinien
312 Beschreibung durch Gleichungen
3121 Verlauf der Kennlinien
3122 Steilheitskoeffizient
3123 Alternative Darstellung
3124 Kanallängenmodulation
313 Feldeffekttransistor als steuerbarer Widerstand
’ 1 4 Arbeitspunkt und Kleinsignalverhalten
3141 Arbeitspunkt
3142 Kleinsignalgleichungen und Kleinsignalparameter
3143 Kleinsignalersatzschaltbild
tl44 Vierpol-Matrizen
’ 4 5 Gültigkeitsbereich der Kleinsignalbetrachtung
zdaten und Sperrströme
Durchbruchsspannungen
Grenzströme
' rrströme
le Verlustleistung
er Betriebsbereich
er Fet-Parameter
ngen
163
166
168
169
170
172
174
177
178
ISO
180
180
182
182
183
184
185
186
186
187
189
189
190
192
192
192
193
193
195
195
196
197
197
197
197
199
199
199
199
200
200
201
201
202
202
203
204
•s-Mosfets
Inhaltsverzeichnis
xiii
323 Sperrschicht-Fets 204
324 Gehäuse 205
3 3 Modelle für den Feldeffekttransistor 205
331 Statisches Verhalten 205
3311 Level-I-Mosfet-Modell 206
3312 Bahnwiderstände 211
3313 Vertikale Leistungs-Mosfets 211
3314 Sperrschicht-Fets 213
332 Dynamisches Verhalten 214
3321 Kanalkapazitäten 214
3322 Überlappungskapazitäten 216
3323 Sperrschichtkapazitäten 217
3324 Level- 1-Mosfet-Modell 218
3325 Einzel-Mosfets 219
3326 Sperrschicht-Fet-Modell 221
333 Kleinsignalmodell 221
3331 Statisches Kleinsignalmodell im Abschnürbereich 223
3332 Dynamisches Kleinsignalmodell im Abschnürbereich 225
3333 Grenzfrequenzen bei Kleinsignalbetrieb 227
3334 Zusammenfassung der Kleinsignalparameter 229
334 Rauschen 230
3341 Rauschquellen eines Feldeffekttransistors 230
3342 Äquivalente Rauschquellen 232
3343 Ersatzrauschquelle und Rauschzahl 234
3344 Rauschzahl eines Fets 235
3345 Vergleich der Rauschzahlen von Fet und
Bipolartransistor 238
3 4 Grundschaltungen 238
341 Sourceschaltung 239
3411 Übertragungskennlinie der Sourceschaltung 240
3412 Kleinsignalverhalten der Sourceschaltung 241
3413 Nichtlinearität 242
3414 Temperaturabhängigkeit 243
3415 Sourceschaltung mit Stromgegenkopplung 243
3416 Sourceschaltung mit Spannungsgegenkopplung 248
3417 Arbeitspunkteinstellung 252
3418 Frequenzgang und Grenzfrequenz 254
3419 Zusammenfassung 260
342 Drainschaltung 262
3421 Übertragungskennlinie der Drainschaltung 262
3422 Kleinsignalverhalten der Drainschaltung 263
3423 Nichtlinearität 265
3424 Temperaturabhängigkeit 265
3425 Arbeitspunkteinstellung 266
3426 Frequenzgang und Grenzfrequenz 266
343 Gateschaltung
3431 Übertragungskennlinie der Gateschaltung 271
xiv Inhaltsverzeichnis
3432 Kleinsignalverhalten der Gateschaltung 273
3433 Nichtlinearität 275
3434 Temperaturabhängigkeit 275
3A3 5 Arbeitspunkteinstellung 275
3 43 6 Frequenzgang und Grenzfrequenz 276
4 Verstärker 279
4 1 Schaltungen 281
411 Grundlagen 281
4111 Kennlinien der Transistoren 281
4112 Skalierung 282
4113 Normierung 182
4114 Komplementäre Transistoren 2S3
4115 Auswirkung fertigungsbedingter Toleranzen 284
4116 Dioden 285
412 Stromquellen und Stromspiegel 287
4121 Prinzip einer Stromquelle 287
4122 Einfache Stromquellen für diskrete Schaltungen 290
4123 Einfacher Stromspiegel 292
4124 Stromspiegel mit Kaskode 304
4125 Kaskode-Stromspiegel 308
4126 Wilson-Stromspiegel 314
4127 Dynamisches Verhalten 316
4128 Weitere Stromspiegel und Stromquellen 317
4129 Stromspiegel für diskrete Schaltungen 324
413 Kaskodeschaltung 325
4131 Kleinsignalverhalten der Kaskodeschaltung 326
4132 Frequenzgang und Grenzfrequenz der
Kaskodeschaltung 330
414 Differenzverstärker 339
4141 Grundschaltung 339
4142 Gleichtakt-und Differenzverstärkung 340
4143 Eigenschaften des Differenzverstärkers 342
4144 Unsymmetrischer Betrieb 342
4145 Übertragungskennlinien des npn-Differenzverstärkers 343
4146 Übertragungskennlinien des n-Kanal-Differenzver-
stärkers 349
4147 Differenzverstärker mit aktiver Last 353
4148 Offsetspannung eines Differenzverstärkers 355
4149 Kleinsignalverhalten des Differenzverstärkers 357
414 10 Nichtlinearität 372
414 11 Arbeitspunkteinstellung 375
414 12 Frequenzgänge und Grenzfrequenzen des
Differenzverstärkers 383
414 13 Zusammenfassung 398
415 Impedanzwandler 399
4151 Einstufige Impedanzwandler 399
4152 Mehrstufige Impedanzwandler 400
Inhaltsverzeichnis
xv
4153 Komplementäre Impedanzwandler 404
416 Schaltungen zur Arbeitspunkteinstellung 410
4161 UBE-Referenzstromquelle 410
4162 PTAT-Referenzstromquelle 414
4163 Temperaturunabhängige Referenzstromquelle 420
4164 Referenzstromquellen in MOS-Schaltungen 421
4165 Arbeitspunkteinstellung in integrierten
Verstärkerschaltungen 422
4 2 Eigenschaften und Kenngrößen 424
421 Kennlinien 424
422 Kleinsignal-Kenngrößen 427
4221 Arbeitspunkt 427
4222 Kleinsignalgrößen 427
4223 Linearisierung 428
4224 Kleinsignal-Kenngrößen 428
4225 Kleinsignalersatzschaltbild eines Verstärkers 429
4226 Verstärker mit Rückwirkung 431
4227 Berechnung mit Hilfe des Kleinsignalersatzschalt-
bilds der Schaltung 434
4228 Reihenschaltung von Verstärkern 436
423 Nichtlineare Kenngrößen 441
4231 Reihenentwicklung der Kennlinie im Arbeitspunkt 441
4232 Gültigkeitsbereich der Reihenentwicklung 444
4233 Ausgangssignal bei sinusförmiger Ansteuerung 444
4234 Klirrfaktor 448
4235 Kompressionspunkt 450
4236 Intermodulation und Intercept-Punkte 451
4237 Reihenschaltung von Verstärkern 456
4238 Betriebsfälle bei der Ermittlung der nichtlinearen
Kenngrößen 459
4239 Messung der nichtlinearen Kenngrößen 460
424 Rauschen 462
4241 Rauschquellen und Rauschdichten eines Verstärkers 462
4242 Ersatzrauschquelle und spektrale Rauschzahl 463
4243 Optimale Rauschzahl und optimaler Quellenwiderstand 466
4244 Rauschzahl einer Reihenschaltung von Verstärkern 469
4245 Signal-Rausch-Abstand und mittlere Rauschzahl 473
4246 Optimierung der Rauschzahl 482
4247 Rauschanpassung 490
4248 Äquivalente Rauschquellen der Grundschaltungen 491
5 Operationsverstärker 509
5 1 Übersicht 509
511 Operationsverstärker Grundlagen 509
512 Operationsverstärker-Typen 510
5 2 Der normale Operationsverstärker (VV-OPV) 513
521 Prinzip der Gegenkopplung 513
5211 Der nichtinvertierende Verstärker 514
xvi Inhaltsverzeichnis
5212 Der invertierende Verstärker 517
522 Einfache Spannungsverstärkung 519
5221 Einfache Verstärker 519
5222 Endstufen für Operationsverstärker 523
5223 Verstärker mit Kaskodeschaltung 525
523 Zweifache Spannungsverstärkung 527
5231 Gebräuchliche Schaltungstechnik 527
5232 Single-Supply-Verstärker 529
524 Breitband-Operationsverstärker 530
525 Niedrige Betriebsspannungen 534
5251 Betrieb mit einer einzigen Betriebsspannungsquelle 534
5252 Rail-to-Rail-Verstärker 536
526 Verstärker mit internem Offsetabgleich 543
527 Verstärker mit symmetrischen Ausgängen 546
5 3 Spannungsfolger, Buffer 550
531 Open-Loop-Buffer 550
532 Closed-Loop-Buffer 551
5 4 Frequenzgang-Korrektur 555
541 Grundlagen 555
542 Eine Verstärkerstufe 556
543 Zwei Verstärkerstufen 558
544 Universelle Frequenzgang-Korrektur 559
545 Angepasste Frequenzgangkorrektur 563
546 Slew-Rate 564
547 Kapazitive Last 566
5 5 Parameter von Operationsverstärkern 568
551 Differenz-und Gleichtaktverstärkung 570
552 Offsetspannung 573
'53 Eingangsströme 575
Eingangswiderstände 577
Ausgangswiderstand 579
'für statische Fehler 579
te 581
583
erstärker (CV-OPV) 587
au 587
VV- und CV-Operationsverstärkem 590
3ungen 594
fker(VC-OPV) 595
595
598
600
600
602
egenkopplung 602
sgegenkopplung 607
! 609
Inhaltsverzeichnis xvii
591 Praktischer Einsatz 609
5911 Abblocken der Betriebsspannungen 610
5912 Schwingneigung 610
5913 Dämpfung 611
5914 Gegenkopplungswiderstände 611
5915 Verlustleistung 611
5916 Kühlung 611
5917 Übersteuerung 611
5918 Eingangsschutz 612
5 10 Vergleich 612
6 Digitaltechnik Grundlagen 619
ti i Die logischen Grundfunktionen 619
6 2 Aufstellung logischer Funktionen 621
621 Das Karnaugh-Diagramm 623
6 3 Abgeleitete Grundfunktionen 626
6 4 Schaltungstechnische Realisierung der Grundfunktionen 627
641 Statische und dynamische Daten 627
642 Transistor-Transistor-Logik (TTL) 629
6421 Open-Collector-Ausgänge 630
Ö 422 Tristate-Ausgänge 631
643 Komplementäre MOS-Logik (CMOS) 632
6431 CMOS-Inverter 632
6432 Offene Eingänge 633
6433 Statische Ladungen 634
6434 CMOS-Gatter 635
6435 Transmission-Gate 635
644 Emittergekoppelte Logik (ECL) 637
6441 PECL-Gatter 637
6442 NECL-Gatter 638
6443 Wired-OR-Verknüpfung 639
Ö 444 Schaltzeiten 639
6445 Verlustleistung 640
645 Current Mode Logik (CML) 640
6451 CML-Gatter 641
6452 CML-Flip-Flop 643
646 Low Voltage Differential Signaling (LVDS) 643
647 Vergleich der Logikfamilien 645
6 5 Verbindungsleitungen 646
6 6 Hazards 648
6 7 Kopplung von Logikfamilien 649
6 8 Betriebsspannungen 650
7 Schaltnetze (Kombinatorische Logik) 653
7 1 Multiplexer 654
711 1-aus-n-Decoder 655
712 Demultiplexer 655
713 Multiplexer 656
7 2 Schiebelogik (Barrel Shifter) 658
xviii Inhaltsverzeichnis
7 3 Prioritätsdecoder o:,y
7 4 KombinatorischerZähler
7 5 Paritätsgenerator 660
7 6 Komparatoren 661
7 7 Zahlendarstellung 663
771 Positive ganze Zahlen im Dualcode 663
7711 Oktalcode 663
7712 Hexadezimalcode 663
772 BCD-Code 664
773 Ganze Dualzahlen mit beliebigem Vorzeichen 664
7731 Darstellung nach Betrag und Vorzeichen 664
1 13 2 Darstellung im Zweierkomplement (Two’s
Complement) 66h
1 133 Vorzeichenergänzung (Sign Extension) 666
7734 Offset-Dual-Darstellung (Offset Binary) 666
774 Festkomma-Dualzahlen 667
775 Gleitkomma-Dualzahlen 667
7 8 Addierer 670
781 Halbaddierer 670
782 Volladdierer 671
783 Parallele Übertragslogik 671
784 Subtraktion 673
785 Zweierkomplement-Überlauf 674
786 Addition und Subtraktion von Gleitkomma-Zahlen 675
7 9 Multiplizierer 675
791 Multiplikation von Festkomma-Zahlen 675
792 Multiplikation von Gleitkomma-Zahlen 677
8 Schaltwerke (Sequentielle Logik) 679
8 1 Flip-Flops 679
811 Transparente Flip-Flops 680
8111 Flip-Flop Grundschaltung 680
8112 Taktzustandgesteuerte RS-Flip-Flops 681
8113 Taktzustandgesteuerte D-Flip-Hops 681
812 Flip-Flops mit Zwischenspeicherung 682
8121 JK Master-Slave Flip-Flops 683
8122D Master-Slave Flip-Hops 684
813 Zeitverhalten von Flip-Flops 685
8131 Vergleich JK-und D-Flip-Flops 685
8132 Metastabilität 686
814 Hip-Hops für Zähler 688
8 2 Dualzähler 690
821 Asynchroner Dualzähler 691
822 Synchrone Dualzähler 692
823 Vorwärts-Rückwärts-Zähler 694
8231 Zähler mit umschaltbarer Zählrichtung 694
8232 Zähler mit Vorwärts- und Rückwärts-Eingängen 695
8 3 Synchrone BCD-Zähler 695
Inhaltsverzeichnis xix
8 4 Vorwahlzähler 696
8 5 Schieberegister 698
851 Grundschaltung 698
852 Schieberegister mit Paralleleingabe 698
853 Erzeugung von Pseudozufallsfolgen 700
8 6 Aufbereitung asynchroner Signale 702
861 Entprellung mechanischer Kontakte 702
862 Flankengetriggertes RS-Flip-Flop 703
863 Synchronisation von asynchronen Daten 704
864 Synchroner Zeitschalter 704
865 Synchroner Änderungsdetektor 706
866 Synchroner Taktschalter 706
8 7 Systematischer Entwurf von Schaltwerken 706
871 Zustandsdiagramm 707
872 Entwurfsbeispiel für einen Dualzähler 708
873 Entwurfsbeispiel für einen umschaltbaren Zähler 709
9 Halbleiterspeicher 713
9 1 Programmierbare Logik 713
911 Programmierbare Logische Bauelemente (PLDs) 713
912 Anwender-programmierbare Gate-Arrays 716
913 Computer-gestützter PLD-Entwurf 718
9 2 Datenspeicher 719
921 Statische RAMs 722
9211 Zeitbedingungen 722
922 Dynamische RAMs 723
923 Flash Speicher 728
9 3 Fehler-Erkennung und -Korrektur 730
931 Paritätsbit 730
932 Hamming-Code 731
9 4 First-ln-First-Out Memories (FIFO) 733
941 Prinzip 733
942 Standart FIFOs 734
943 FIFO-Realisierung mit Standard-RAMs 735
Teil II Anwendungen _
10 Analogrechenschaltungen 739
10 1 Addierer 739
10 2 Subtrahierer 740
10 2 1 Rückführung auf die Addition 740
10 2 2 Subtrahierer mit einem Operationsverstärker 741
10 3 Bipolares Koeffizientenglied ^43
10 4 Integratoren ^44
10 4 1 Invertierender Integrator ^44
10 4 2 Anfangsbedingung ^47
10 4 3 Summationsintegrator
10 4 4 Nicht invertierender Integrator 748
10 4 5 Integrator für hohe Frequenzen 749
XX
Inhaltsverzeichnis
10 5 Differentiatoren 751
10 5 1 Prinzipschaltung 751
10 5 2 Praktische Realisierung 751
10 5 3 Differentiator mit hohem Eingangswiderstand 752
10 6 Lösung von Differentialgleichungen 753
10 7 Funktionsnetzwerke 755
10 7 1 Logarithmus 755
10 7 2 Exponentialfunktion 758
10 7 3 Bildung von Potenzfunktionen über Logarithmen 760
10 8 Analog-Multiplizierer 76 i
10 8 1 Multiplizierer mit logarithmierenden Funktionsgeneratoren 761
10 8 2 Steilheitsmultiplizierer 76 :
11 Gesteuerte Quellen und Impedanzkonverter 767
11 1 Spannungsgesteuerte Spannungsquellen 767
11 1 1 Ideale Spannungsquelle 768
11 1 2 Spannungsquelle mit negativem Ausgangswiderstand 769
11 2 Stromgesteuerte Spannungsquellen 770
11 3 Spannungsgesteuerte Stromquellen 771
11 3 1 Stromquellen für potentialfreie Verbraucher 771
11 3 2 Stromquellen für geerdete Verbraucher 773
11 3 3 Transistor-Präzisionsstromquellen 774
11 331 Transistor-Stromquellen für bipolare Ausgangsströme 776
11 3 4 Schwimmende Stromquellen 779
11 4 Stromgesteuerte Stromquellen 780
11 5 Der NIC (Negative Impedance Converter) 781
11 6 Der Gyrator 783
11 6 1 Transformation von Zweipolen 784
11 6 2 Transformation von Vierpolen 785
Der Zirkulator 786
ter 789
Hische Grundlagen von Tiefpassfiltern 789
'’assive Tiefpässe 1 Ordnung 789
jMl Beschreibung im Frequenzbereich 789
2 Beschreibung im Zeitbereich 792
von Tiefpassfiltern 794
hscher Dämpfung 799
I fpässe 800
fpässe 801
804
Theorie 805
813
815
I Ordnung 815
' Ordnung 817
817
817
819
i
Inhaltsverzeichnis xxi
12 5 4 Hochpassfilter mit Einfachmitkopplung 821
12 6 Realisierung von Tiefpassfiltern höherer Ordnung 822
12 7 Tiefpass-Bandpass-Transformation 826
12 7 1 Bandpassfilter 2 Ordnung 827
12 7 2 Bandpassfilter 4 Ordnung ' 829
12 8 Realisierung von Bandpassfiltern 2 Ordnung 832
12 8 1 RC-Filter 832
12 8 2 LRC-Filter 832
12 8 3 Bandpass mit Mehrfachgegenkopplung ' 833
12 8 4 Bandpass mit Einfachmitkopplung 834
12 9 Tiefpass-Bandsperren-Transformation 835
12 10 Realisierung von Bandsperren 2 Ordnung 837
12 10 1 LRC-Sperrfilter ’ 837
12 10 2 Bandsperre aus Hoch-und Tiefpass 838
12 10 3 Bandsperre mit Bandpass 838
12 10 4 Bandsperre als inverser Bandpass 839
i 2 11 Allpässe 839
12 11 1 Grundlagen 839
12 11 2 Realisierung von Allpässen 1 Ordnung 843
12 11 3 Realisierung von Allpässen 2 Ordnung 844
12 12 Integralorfilter 845
12 12 1 Grundschaltung 846
12 12 2 Integratorfilter mit zusätzlichem Hochpass-Ausgang 847
12 12 3 Integratorfilter mit zusätzlichem Bandsperren-Ausgang 848
12 12 4 Elektronische Steuerung der Filterparameter 849
12 12 5 Filter mit einstellbaren Koeffizienten 851
12 12 6 Integratorfilter mit VC- und CC-Operationsverstärkern 853
12 13 Switched-Capacitor-Filter 856
12 13 1 Grundprinzip 856
12 13 2 Der SC-Integrator 856
12 13 3 SC-Filter 1 Ordnung 857
12 13 4 SC-Filter 2 Ordnung 858
12 13 5 Allgemeine Gesichtspunkte beim Einsatz von SC-Filtern 859
12 14 Vergleich der Übertragungsfunktionen 860
13 Regler 863
13 1 Grundlagen 863
13 1 1 Komponenten eines Regelkreises 864
13 1 2 Beispielstrecke 865
13 2 Regler-Typen 866
13 2 1 P-Regler 867
13 2 2 PI-Regler 868
13 2 3 PID-Regler 870
13 2 4 Kompensator 873
13 2 5 Realisierung der Regler 875
13 3 Regelung nichtlinearer Strecken 878
13 3 1 Statische Nichtlinearität 878
13 3 2 Dynamische Nichtlinearität 880
xxii Inhaltsverzeichnis
14 Signalgeneratoren ÖÖJ
14 1 Rechteckformung ^83
14 1 1 Komparator 883
14 111 Fensterkomparator 885
14 1 2 Schmitt-Trigger 885
14 2 Impulserzeugung 887
14 2 1 Erzeugung kurzer Impulse 887
14 2 2 Erzeugung längerer Impulse 887
14 3 Rechteckgeneratoren 890
14 3 1 Funktionsgeneratoren 891)
14 3 2 Einfache Rechteckgeneratoren 892
14 321 Timer als Schmitt-Trigger 892
14 322 Operationsverstärker als Schmitt-Trigger 894
14 323 Gatter als Schmitt-Trigger 895
14 3 3 Rechteckgeneratoren mit hoher Frequenzgenauigkeit 895
14 4 Sinusschwingungen 896
14 4 1 Generator für beliebige Signale 896
14 4 2 Direkte Digitale Synthese 897
15 Leistungsverstärker 899
15 1 Emitterfolger als Leistungsverstärker 899
15 2 Komplementäre Emitterfolger 901
15 2 1 Komplementäre Emitterfolger in B-Betrieb 901
15 2 2 Komplementäre Emitterfolger 903
15 3 Komplementäre Darlington-Schaltungen 905
15 4 Komplementäre Drainschaltungen 906
15 5 Komplementäre Sourceschaltungen 907
15 6 Strombegrenzung 909
15 601 SpannungsabhängigeStrombegrenzung 910
15 7 Vier-Quadranten-Betrieb 911
15 8 Dimensionierung einer Leistungsendstufe 912
15 9 Ansteuerschaltungen mit Spannungsverstärkung 914
15 9 1 Breitband-Ansteuerschaltung 915
15 10 Erhöhung der Ausgangsleistung integrierter Operationsverstärker 917
15 11 Eine Betriebsspannung 918
15 11 1 Wechselspannungskopplung 919
15 11 2 Brückenschaltung 919
5 12 Getaktete Leistungsverstärker 921
omversorgung 927
1 Eigenschaften von Netztransformatoren 929
' Netzgleichrichter 930
16 2 1 Einweggleichrichter 930
16 2 2 Brückengleichrichter 932
16 2 3 Mittelpunkt-Schaltung 935
16 231 Grundschaltung 935
16 232 Doppelte Mittelpunktschaltung 936
are Spannungsregler 937
1 Prinzipien 937
Inhaltsverzeichnis xxiii
16 3 2 Praktische Ausführung 938
16 3 3 Einstellung der Ausgangsspannung 939
16 3 4 Spannungsregler mit geringem Spannungsverlust 940
16 3 5 Spannungsregler für negative Spannungen 941
16 3 6 Labornetzgeräte 942
16 4 Erzeugung der Referenzspannung 943
16 4 1 Referenzspannungsquellen mit Dioden 943
16 4 2 Bandabstands-Referenz 945
16 5 Schaltregler ohne Potentialtrennung 947
16 5 1 Der Abwärtswandler 948
16 511 Prinzip 948
16 512 Ausführungsbeispiel 950
16 513 Leistungsschalter 952
16 514 Pulsbreitenmodulation 954
16 515 Pulsfrequenzmodulation 957
16 5 2 Aufwärts-Wandler 959
16 5 3 Invertierender Wandler 960
16 5 4 Aufwärts-Abwärtswandler 961
16 5 5 Sepie Konverter 962
16 5 6 Spannungswandler mit Ladungspumpe 963
16 6 Schaltregler mit Potentialtrennung 965
16 6 1 Eintakt-Wandler 965
16 611 Eintakt-Sperrwandler 965
16 612 Eintakt-Durchflusswandler 968
16 6 2 Gegentakt-Wandler 970
16 621 Gegentakt-Wandler mit Parallelspeisung 970
16 622 Gegentakt-Wandler in Halbbrückenschaltung 971
16 623 Gegentakt-Wandler in Brückenschaltung 973
16 6 3 Resonanzumrichter 976
16 6 4 Aktive Gleichrichtung 976
16 6 5 Leistungsschalter 979
16 651 Leistungstransistoren 979
16 652 Gatetreiber ohne Potentialtrennung 983
16 653 Gatetreiber mit Potentialtrennung 986
16 6 6 Hochfrequenztransformatoren 989
16 6 7 Verlustanalyse 991
16 7 Leistungsfaktorkorrektur 992
16 8 Solarwechselrichter 995
16 9 Unterbrechungsfreie Stromversorgung 998
16 10 Stromversorgung mit Akkus 999
16 10 1 Akkutechnologien 999
16 10 2 Entladung 1000
16 10 3 Ladung '001
16 10 4 Ladegerät 1003
17 DA- und AD-Umsetzer
17 1 Systemtheoretische Grundlagen *
17 1 1 Quantisierung der Zeit 1008
XXIV
Inhaltsverzeichnis
17 111 Abtasttheorem 100S?
17 112 Rückgewinnung des Analogsignals 1010
17 113 Praktische Gesichtspunkte 1010
17 1 2 Quantisierung der Amplitude 1013
17 1 3 Spannungseinheit 1014
17 2 Digital-Analog Umsetzung '014
17 2 1 Grundprinzipien der DA-Umsetzung 1014
17 2 2 Wägeverfahren mit geschalteten Spannungen 1015
17 221 Einsatz von Wechselschaltern 1016
17 222 Leitemetzwerk 1017
17 223 Inversbetrieb eines Leitemetzwerks 1018
17 2 3 Wägeverfahren mit geschalteten Strömen 10 9
17 2 4 DA-Umsetzer für spezielle Anwendungen 1073
17 241 Verarbeitung vorzeichenbehafteter Zahlen KLO
17 242 Multiplizierende DA-Umsetzer 1022
17 243 Dividierende DA-Umsetzer 1023
17 2 5 Genauigkeit von DA-Umsetzem 1023
17 251 Statische Kenngrößen 1023
17 252 Glitche 1024
17 3 Analog-Digital Umsetzer 1025
17 3 1 Parallelverfahren 1025
17 3 2 Pipelineumsetzer 1027
17 3 3 Wägeverfahren 1030
17 3 4 Zählverfahren 1031
17 341 Modifiziertes Wägeverfahren 1031
17 342 Dual-Slope-Verfahren 1033
17 3 5 Überabtastung 1034
17 3 6 Delta-Sigma-Verfahren 1036
17 3 7 Genauigkeit von AD-Umsetzem 1040
17 371 Statische Fehler 1040
17 372 Dynamische Fehler 1041
17 373 Vergleich der Verfahren 1042
17 4 Abtast-Halte-Glieder 1044
17 4 1 Grundlagen 1044
17 4 2 Transmission-Gate als Schalter 1046
17 4 3 Dioden-Brücke als Schalter 1046
18 Messschaltungen 1049
18 1 Spannungsmessung 1049
18 1 1 Impedanz wandler 1049
18 111 Vergrößerung der Spannungsaussteuerbarkeit 1049
18 1 2 Messung von Potentialdifferenzen 1050
18 121 Subtrahierer mit beschalteten Operationsverstärkern 1050
18 122 Subtrahierer für hohe Spannungen 1052
18 123 Subtrahierer mit gegengekoppelten
Differenzverstärkem 1053
18 124 Subtrahierer in SC-Technik 1054
18 1 3 Trennverstärker (Isolation Amplifier) 1055
Inhaltsverzeichnis
xxv
18 2 Strommessung 1057
18 2 1 Strommessung mit Shunts 1057
18 2 2 Potentialfreies Amperemeter mit niedrigem Spannungsabfall 1060
18 2 3 Strommessung auf hohem Potential 1061
18 2 4 Strommessung über das Magnetfeld 1061
18 3 Messgleichrichter (AC/DC-Converter) 1064
18 3 1 Messung des Betragsmittelwertes 1064
18 311 Vollweggleichrichter mit Signalausgang 1065
18 312 Gleichrichtung durch Umschalten des Vorzeichens 1066
18 313 Breitband-Vollweggleichrichter 1066
18 3 2 Messung des Effektivwertes 1067
18 321 Echte Effektivwertmessung (True RMS) 1069
18 322 Leistungsmesser 1071
18 3 3 Messung des Scheitelwertes 1072
18 331 Momentane Scheitelwertmessung 1073
18 3 4 Synchrongleichrichter 1075
19 Sensorik 1081
19 1 Temperaturmessung 1081
19 1 1 Kaltleiter auf Silizium-Basis, PTC-Sensoren 1084
19 1 2 Metalle als Kaltleiter, PTC-Sensoren 1088
19 1 3 Heißleiter, NTC-Sensoren 1089
19 1 4 Transistor als Temperatursensor 1090
19 1 5 Das Thermoelement 1093
19 2 Druckmessung 1097
19 2 1 Aufbau von Drucksensoren 1098
19 2 2 Betrieb temperaturkompensierter Drucksensoren 1099
19 2 3 Temperaturkompensation von Drucksensoren 1101
19 3 Feuchtemessung 1103
19 3 1 Feuchtesensoren 1104
19 3 2 Betriebsschaltungen für kapazitive Feuchtesensoren 1104
19 4 Drehwinkelkodierer 1106
19 5 Übertragung von Sensorsignalen 1109
19 5 1 Galvanisch gekoppelte Signalübertragung 1109
19 5 2 Galvanisch getrennte Signalübertragung 1112
19 6 Kalibrierung von Sensorsignalen 1114
19 6 1 Kalibrierung des Analogsignals 1114
19 6 2 Computer-gestützte Kalibrierung 1112
20 Optoelektronische Bauelemente H21
20 1 Fotometrische Grundbegriffe H21
20 2 Leuchtdioden 1124
20 3 Fotodiode 1126
20 3 1 Fotozellen als Empfänger * 127
20 3 2 Fotozellen zur Energiegewinnung 1*28
20 4 Fototransistor 29
20 5 Optokoppler H29
20 6 Optische Anzeige * *
20 6 1 Flüssigkristallanzeigen 20
XXVI
Inhaltsverzeichnis
20 6 2 Binär-Anzeige 31
20 6 3 Analog-Anzeige H33
20 6 4 Numerische Anzeige H34
20 6 5 Multiplex Anzeige 1136
20 6 6 Alpha-Numerische Anzeige 1137
20 661 16-Segment- Anzeigen 1137
20 662 35-Punktmatrix-Anzeigen 1138
Teil III Schaltungen der Nachrichtentechnik_
21 Grundlagen
21 1 Nachrichtentechnische Systeme
21 2 Übertragungskanäle
21 2 1 Leitung
21 211 Feldwellenwiderstand und Ausbreitungsgeschwin-
digkeit
21 212 Leitungswellen widerstand
21 213 Leitungsgleichung
21 214 Dämpfung
21 215 Kenngrößen einer Leitung
21 216 Vierpoldarstellung einer Leitung
21 217 Leitung mit Abschluss
21 218 Streifenleitung
21 2 2 Drahtlose Verbindung
21 221 Antennen
21 222 Leistungsübertragung über eine drahtlose Verbindung
21 223 Frequenzbereiche
21 2 3 Faseroptische Verbindung
21 231 Lichtwellenleiter
21 232 Wellenlängenbereiche
21 2 4 Vergleich der Übertragungskanäle
Reflexionsfaktor und S-Parameter
11 3 1 Weliengrößen
21 311 Darstellung mit Hilfe von Spannung und Strom
2 Reflexionsfaktor
21 321 Reflexionsfaktor-Ebene (r-Ebene)
'1322 Einfluss einer Leitung auf den Reflexionsfaktor
vellenverhältnis
nängige Welle einer Wellenquelle
gbare Leistung
7 'Nrameter
i it den Y-Parametem
Transistors
1143
11-13
1146
1 146
1147
1 147
1148
1 151
I 152
1153
1154
1156
1157
1)57
1160
1161
1162
1163
1166
1167
1168
1168
1169
1170
1170
1171
1173
1176
1176
1176
1177
1177
1180
1180
1180
1182
1184
i
Inhaltsverzeichnis xxvii
21 4 1 Amplitudenmodulation 1188
21 411 Darstellung im Zeitbereich 1189
21 412 Darstellung im Frequenzbereich 1191
21 413 Modulation 1192
21 414 Demodulation 1193
21 4 2 Frequenzmodulation 1196
21 421 Darstellung im Zeitbereich 1197
21 422 Darstellung im Frequenzbereich 1198
21 423 Modulation 1201
21 424 Demodulation 1201
21 4 3 Digitale Modulationsverfahren 1204
21 431 Einfache Tastverfahren 1204
21 432 1/Q-Darstellung digitaler Modulationsverfahren 1207
21 433 Impulsformung 1214
21 434 Ein einfacher QPSK-Modulator 1219
2i5 Mehrfachnutzung und Gruppierung von Kanälen 1222
21 5 1 Multiplex-Verfahren 1222
21 511 Frequenzmultiplex 1222
21 512 Zeitmultiplex 1223
21 513 Codemultiplex 1224
21 5 2 Duplex-Verfahren 1230
21 521 Frequenzduplex 1230
21 522 Zeitduplex 1230
22 Sender und Empfänger 1233 |
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