Grundwissen Elektrotechnik 6. Auflage

16.03.2011
15:19 Uhr
Seite 1
FRANZIS
65078-6 U1+U4
ELEKTRONIK
Leonhard Stiny
Grundwissen
ELEKTRONIK
Leonhard Stiny
6. erweiterte und
aktualisierte Auflage
• Elektrische Größen, Schaltbilder, Quellen
• Wirkungsweise und Verwendungszweck
von Bauelementen
• Gleich- und Wechselstromtechnik
• Einschwingvorgänge
• Analyse von Netzwerken
• Komplexe Wechselstromrechnung
• Fourier-Analyse, Übertragungsfunktion, Bodediagramm
• Filter
• Transformatoren, Übertrager
• Schwingkreise, Drehstrom
• Halbleiterdioden
• Bipolare Transistoren,
Feldeffekttransistoren
• Digitaltechnik
• Operationsverstärker
Über den Autor:
Leonhard Stiny ist Dipl.-Ing. Univ. der Elektrotechnik. Vor dem Ruhestand war er als Abteilungsleiter in der Elektronikentwicklung
tätig. Zurzeit ist er Dozent an der IHK München
und Lehrbeauftragter an der Fachhochschule Regensburg für das Fach „Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik“.
Elektrotechnik
Zahlreiche Abbildungen, Beispiele und Schritt-für-Schritt-Anleitungen erleichtern die Einführung. Die theoretische Darstellung
wird ergänzt durch zahlreiche Bezüge zur Praxis. Den einzelnen
Abschnitten zugeordnet sind Übungsaufgaben mit ausführlichen
Lösungen, die der Vertiefung des Stoffes dienen. Zusammenfassungen am Ende der Kapitel heben das Wesentliche hervor. Von
den Grundlagen der Elektronik bis zur Kenntnis elektrischer Schaltungen vermittelt dieses Buch die Grundzüge des Faches und kann
zugleich als zuverlässiges Nachschlagewerk verwendet werden.
Aus dem Inhalt:
Grundwissen
Dieses Buch ist für all diejenigen gedacht, die sich mit den
Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik näher beschäftigen wollen oder müssen. Auszubildende elektrotechnischer Berufe, Schüler weiterführender Schulen, Berufserfahrene, die ihr Wissen auffrischen wollen, Hobbyelektroniker, aber auch Studierende der Elektrotechnik oder einer verwandten Fachrichtung finden hier alles, was sie über Theorie
und Praxis der Elektrotechnik wissen sollten.
6. erweiterte und
aktualisierte Auflage
Elektrotechnik
ISBN 978-3-645-65078-6
ISBN 978-3-645-65078-6
Stiny
Euro 39,95 [D]
Besuchen Sie uns im Internet www.elo-web.de
Grundwissen
6. erweiterte und
aktualisierte Auflage
Elektrotechnik
Elektrische Größen, Schaltbilder, Quellen
Wirkungsweise und Verwendungszweck von Bauelementen
• Gleich- und Wechselstromtechnik
• Einschwingvorgänge • Analyse von Netzwerken
• Komplexe Wechselstromrechnung
• Fourier-Analyse, Übertragungsfunktion, Bodediagramm
• Filter • Transformatoren, Übertrager • Schwingkreise • u. v. m.
•
•
5
Vorwort
Dieses Buch ist für alle gedacht, die sich mit den Grundlagen der Elektrotechnik und
Elektronik in Theorie und Praxis näher beschäftigen wollen oder müssen. Als Leitgedanke
beim Schreiben des Buches stand im Vordergrund, die Grundlagen der Elektrotechnik
und Elektronik in Theorie und Praxis einfach und leicht verständlich zu erläutern, um sich
diese im Selbststudium aneignen zu können. Auszubildende elektrotechnischer Berufe,
Schüler weiterführender Schulen, Berufserfahrene zur Auffrischung des Wissens, Hobbyelektroniker und auch manche Studenten der Elektrotechnik oder verwandter Gebiete
sollen gleichermaßen angesprochen werden.
Zahlreiche Abbildungen, Beispiele und Aufgaben mit ausführlichen Lösungen sowie
Schritt-für Schritt-Anleitungen sollen helfen, den Stoff anschaulich darzustellen, zu vertiefen und das erworbene Wissen anzuwenden. Zusammenfassungen am Ende der einzelnen Kapitel geben einen schnellen Überblick und heben das Wesentliche hervor.
Modellvorstellungen
Viele physikalische Vorgänge können nur mit Hilfe der Mathematik exakt beschrieben
werden. Mathematische Formeln und Gleichungen sind oft abstrakt, die durch sie ausgedrückten physikalischen Prozesse sind nur schwer vorstellbar.
Dem menschlichen Bedürfnis nach Anschaulichkeit kommen Modellvorstellungen entgegen, die häufig in das Gebiet der Mechanik gehören. Jeder von uns kennt fließendes
Wasser, kann sich bewegte Körper oder eine Ansammlung von kleinen Kügelchen vorstellen. Vereinfachende Modelle dieser Art werden in diesem Buch ab und zu benutzt, um
grundlegende elektrische Vorgänge auch dem Interessierten mit wenigen mathematischen
Kenntnissen anschaulich näher zu bringen. Bei der Verwendung einfacher, mechanischer
Modelle zur Beschreibung elektro- oder atomphysikalischer Objekte muss man sich
jedoch bewusst sein, dass im Allgemeinen die Exaktheit der Darstellung mit steigender
Anschaulichkeit abnimmt. Je einfacher und damit anschaulicher ein Modell ist, umso
ungenauer ist es. Dennoch reichen einfache Modelle häufig aus, um die wichtigsten
Grundbegriffe der Elektrotechnik mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit der
menschlichen Vorstellung zugänglich zu machen und an die Erfahrungswelt anzuknüpfen.
Theorie und Vorbildung
Ein Mindestmaß an mathematischen Kenntnissen muss vorausgesetzt werden. Nur mit
Hilfe der Mathematik können die gegenseitigen Abhängigkeiten physikalischer Größen
beschrieben werden. Der Leser sollte daher mindestens über die mathematischen und
physikalischen Kenntnisse verfügen, die ein mittlerer Schulabschluss vermittelt. Aus dem
Gebiet der Algebra werden z. B. als bekannt angenommen: Zehnerpotenzen, Wurzeln, die
Kennzeichnung einer Größe durch einen Index, das Umstellen und Auflösen einfacher
6
Vorwort
Formeln, das Rechnen mit Potenzen, die Funktion einer Variablen und ihre grafische
Darstellung, trigonometrische Funktionen (Sinus, Cosinus), Gleichungen mit zwei Unbekannten, Lösung einer quadratischen Gleichung.
Weitergehende mathematische Kenntnisse (etwa dem Abitur entsprechend) sind nur in
wenigen, mit einem hochgestellten »M« gekennzeichneten Abschnitten erforderlich.
Praxis
Theoretische Grundkenntnisse sind unerlässlich für das Verständnis elektrischer Vorgänge. Durch Beispiele aus der Praxis wird ein Bezug zu realen Anwendungen hergestellt
und das Verstehen der Theorie unterstützt. Es wird nicht nur erläutert, für welchen Zweck
ein Bauteil eingesetzt wird, sondern auch an praktischen Beispielen gezeigt, wie theoretische Grundlagen und Formeln in der Praxis anzuwenden sind. Da sich die technische
Realisierung von Bauteilen rasch ändert, werden deren Ausführungsformen nur kurz
beschrieben. In der Praxis kann unabhängig von der Bauform der Bauteile aus mehreren
Widerständen ein Ersatzwiderstand gebildet werden. Praxis ist in diesem Buch im Sinne
dieses einfachen Beispiels zu verstehen, weitgehend unabhängig vom technologischen
Wandel und als Anwendung grundlegender Theorie.
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich meiner Frau Anneliese für ihr Verständnis und ihre Geduld
während der Erstellungszeit dieses Buches danken. Meiner Tochter Tanja, durch die ich zu
diesem Werk angeregt wurde, gebührt mein Dank für zahlreiche Vorschläge und die teilweise Durchsicht des Manuskriptes.
Für Hinweise auf Fehler und für Verbesserungs- oder Ergänzungsvorschläge bin ich dankbar.
Haag a. d. Amper, im November 1999
Leonhard Stiny
Vorwort zur 6. Auflage
Seit dem Jahr 2000 wurden fünf Auflagen dieses Lehrbuches verkauft. Bald nach dem
Erscheinen der ersten Auflage erhielt ich von Leserinnen und Lesern, darunter viele Studienanfänger, sehr positive Rückmeldungen über die in dem Buch leicht verständliche Darstellung elektrotechnischer Zusammenhänge und die übersichtliche Gliederung des
Stoffes. Ich wurde zu weiteren Fachbüchern angeregt, diese erschienen in den letzten
Jahren unter den Titeln »Aufgaben mit Lösungen zur Elektrotechnik«, »Handbuch passiver elektronischer Bauelemente« und »Handbuch aktiver elektronischer Bauelemente«
beim Franzis Verlag.
Die Zeit vor der sechsten Auflage nutzte ich zu einer umfangreichen Überarbeitung dieses
Werkes. Es war dringend erforderlich, die Neuregelung der deutschen Rechtschreibung zu
berücksichtigen. Abbildungen habe ich übersichtlicher gestaltet, Zeichnungen in ihrer
grafischen Gestaltung und Exaktheit verfeinert. Die Formelbuchstaben von Variablen sind
Vorwort
7
jetzt im Fließtext und in Formeln der Norm entsprechend kursiv geschrieben, um die Lesbarkeit zu erhöhen. Einige Abschnitte wurden als Ergänzungen aufgenommen, z. B. eine
Tabelle mit dem griechischen Alphabet, Erläuterungen zum elektrischen Feld sowie
zusätzliche Grundschaltungen des Operationsverstärkers.
Im Laufe der letzten Jahre hatte sich am Ende des Buches ein Anhang aus mehreren
Themenbereichen gebildet. Er entstand aus meinen Erfahrungen als Lehrbeauftragter für
das Fach »Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik« an der Hochschule Regensburg,
aus Fragen von Studierenden und Diskussionen in den Vorlesungen. Dieser Anhang ist
nun in die entsprechenden Kapitel des Buches als Ergänzungen der bisherigen Abschnitte
eingearbeitet. – Insgesamt wurden durch die Neugestaltung des Buches sowohl Inhalt als
auch Darstellungsweise optimiert.
Ich hoffe, dass dieses Werk auch in der Zukunft vielen Lernenden eine Hilfe ist, sich ein
Grundwissen im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik auf möglichst einfache und
leicht verständliche Weise anzueignen.
Haag a. d. Amper, im März 2011
Leonhard Stiny
9
Inhaltsverzeichnis
1
Elektrischer Strom .................................................................................................19
1.1
Der Aufbau der Materie.....................................................................19
1.1.1
Stoffe ...............................................................................................19
1.1.1.1
Stoffgemische ..................................................................................20
1.1.1.2
Reinstoffe.........................................................................................20
1.1.1.3
Verbindung.......................................................................................20
1.1.1.4
Molekül ............................................................................................20
1.1.1.5
Element............................................................................................20
1.1.1.6
Atom ................................................................................................20
1.1.2
Zusammenfassung: Stoffe ................................................................21
1.1.3
Beispiel zur Zerlegung der Materie....................................................21
1.1.4
Denkmodell für Atom und Molekül....................................................22
1.1.5
Der Atombau ....................................................................................23
1.1.5.1
Das Bohr’sche Atommodell...............................................................23
1.1.5.2
Beispiele für Atome ..........................................................................24
1.1.6
Zusammenfassung: Der Atombau .....................................................25
1.2
Der elektrische Strom .......................................................................26
1.2.1
Elektrische Ladung ...........................................................................26
1.2.2
Elektrischer Strom ............................................................................27
1.2.3
Nichtleiter, Leiter und Halbleiter .......................................................28
1.2.4
Widerstand und Leitfähigkeit ............................................................28
1.2.5
Elektrische Spannung.......................................................................29
1.2.6
Zusammenfassung: Der elektrische Strom ........................................31
1.2.7
Halbleiter .........................................................................................32
1.2.7.1
Elektrizitätsleitung in festen Stoffen (Wiederholung).........................32
1.2.7.2
Elektrizitätsleitung in reinen Halbleitern (Eigenleitung) .....................33
1.2.7.3
Elektrizitätsleitung in dotierten Halbleitern (Störstellenleitung) ...........35
1.2.8
Zusammenfassung: Halbleiter ..........................................................36
2
Der unverzweigte Gleichstromkreis........................................................................37
2.1
Größen im Gleichstromkreis..............................................................37
2.1.1
Allgemeines zu physikalischen Größen und Einheiten.......................37
2.1.2
Die Größe für den elektrischen Strom................................................40
2.1.3
Die Größe für die elektrische Spannung ............................................41
2.1.4
Die Größe für den elektrischen Widerstand .......................................42
2.1.5
Zusammenfassung: Größen im Gleichstromkreis ..............................43
2.2
Das ohmsche Gesetz ........................................................................44
2.2.1
Aussage des ohmschen Gesetzes .....................................................44
2.2.2
Rechnen mit dem ohmschen Gesetz .................................................45
2.2.3
Grafische Darstellung des ohmschen Gesetzes .................................46
2.2.4
Zusammenfassung: Das ohmsche Gesetz .........................................46
2.3
Definitionen .....................................................................................47
10
Inhaltsverzeichnis
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7
2.3.7.1
2.3.7.2
2.3.7.3
2.3.7.4
2.3.8
2.3.9
2.3.10
2.3.11
2.4
2.4.1
2.4.2
2.5
2.6
3
Gleichstrom, Gleichspannung, Wechselstrom,
Wechselspannung ............................................................................47
Verbraucher......................................................................................47
Reihenschaltung...............................................................................48
Parallelschaltung..............................................................................48
Unverzweigter und verzweigter Stromkreis........................................48
Schaltzeichen und Schaltbild ...........................................................49
Werte von Strömen und Spannungen in Schaltbildern.......................51
Angabe der Spannungen unter Bezug auf Masse (als Potenzial)........51
Angabe der Spannungen mit Zählpfeilen ..........................................52
Angabe von Strömen in Schaltbildern ...............................................53
Erzeuger- und Verbraucher-Zählpfeilsystem ......................................53
Kurzschluss ......................................................................................53
Passive Bauelemente .......................................................................55
Aktive Elemente................................................................................55
Zusammenfassung: Definitionen ......................................................55
Arbeit und Leistung ..........................................................................55
Elektrische Arbeit .............................................................................56
Elektrische Leistung..........................................................................56
Wirkungsgrad ...................................................................................58
Die Stromdichte................................................................................59
Lineare Bauelemente im Gleichstromkreis .............................................................63
3.1
Definition des Begriffes »linear« .......................................................63
3.2
Der ohmsche Widerstand..................................................................64
3.2.1
Wirkungsweise des Widerstandes.....................................................64
3.2.2
Spezifischer Widerstand ...................................................................65
3.2.3
Verwendungszweck von Widerständen .............................................69
3.2.3.1
Strombegrenzung durch einen Vorwiderstand...................................69
3.2.3.2
Aufteilung einer Spannung ...............................................................70
3.2.3.3
Aufteilung des Stromes.....................................................................70
3.2.4
Widerstand als Bauelement ..............................................................70
3.2.4.1
Festwiderstände ...............................................................................71
3.2.4.2
Veränderbare Widerstände ...............................................................76
3.2.4.3
Spezielle Widerstände ......................................................................77
3.2.5
Zusammenfassung: Der ohmsche Widerstand ..................................78
3.3
Der Kondensator...............................................................................79
3.3.1
Wirkungsweise des Kondensators.....................................................79
3.3.2
Größe für die Kapazität .....................................................................80
3.3.3
Plattenkondensator ..........................................................................81
3.3.4
Dielektrikum.....................................................................................82
3.3.5
Verwendungszweck von Kondensatoren ...........................................85
3.3.5.1
Stützen von Spannungen..................................................................85
3.3.5.2
Glättung von Spannungen ................................................................87
3.3.5.3
Trennen von Gleich- und Wechselspannung......................................88
3.3.5.4
Entstörung mittels Kondensatoren ....................................................88
3.3.6
Kondensator als Bauelement ............................................................89
3.3.6.1
Festkondensatoren...........................................................................89
3.3.6.2
Veränderbare Kondensatoren ...........................................................90
Inhaltsverzeichnis
3.3.7
3.3.7.1
3.3.7.2
3.3.7.3
3.3.7.4
3.3.8
3.3.9
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.4.1
3.4.4.2
3.4.4.3
3.4.4.4
3.4.4.5
3.4.4.6
3.4.4.7
3.4.5
3.4.5.1
3.4.5.2
3.4.6
3.4.6.1
3.4.6.2
3.4.7
3.4.7.1
3.4.7.2
3.4.8
3.4.9
3.5
11
Kenngrößen von Kondensatoren .......................................................90
Nennspannung.................................................................................90
Kapazitätstoleranz............................................................................91
Kapazitätsänderung .........................................................................91
Ersatzschaltbild................................................................................91
Elektrisches Feld ..............................................................................91
Zusammenfassung: Der Kondensator................................................94
Die Spule..........................................................................................94
Grundlagen des Magnetismus ..........................................................94
Zusammenfassung: Grundlagen des Magnetismus ...........................96
Elektromagnetismus.........................................................................97
Wirkungsweise der Spule..................................................................98
Magnetwirkung des Stromes.............................................................98
Induktion........................................................................................102
Kraft auf stromdurchflossene Leiter ................................................104
Selbstinduktion..............................................................................105
Induktivität.....................................................................................105
Induktive Kopplung ........................................................................106
Induktiver Widerstand ....................................................................107
Aufbau der Spule............................................................................108
Luftspule ........................................................................................108
Spule mit Kern ................................................................................108
Verwendungszweck von Spulen......................................................109
Verwendung von Spulen im Gleichstromkreis .................................109
Verwendung von Spulen im Wechselstromkreis ..............................109
Spule als Bauelement.....................................................................109
Feste Induktivität............................................................................109
Veränderliche Induktivität...............................................................110
Kenngrößen von Spulen..................................................................110
Magnetische Kreise ........................................................................111
Zusammenfassung: Die Spule ........................................................115
Gleichspannungsquellen ..............................................................................................117
4.1
Primärelemente (galvanische Elemente, Batterien) .........................117
4.1.1
Wirkungsweise des galvanischen Elements ....................................117
4.1.2
Batterien ........................................................................................118
4.2
Sekundärelemente (Akkumulatoren)...............................................119
4.2.1
Der Bleiakkumulator .......................................................................119
4.2.2
Nickel-Cadmium-Akkumulatoren ....................................................119
4.2.3
Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen- Akkumulatoren.................120
4.2.4
Technische Eigenschaften von Akkumulatoren................................120
4.3
Netzgeräte......................................................................................121
4.4
Störungsfreie Versorgung mit Gleichspannung................................122
4.5
Die belastete Gleichspannungsquelle.............................................123
4.5.1
Ersatzspannungsquelle ..................................................................123
4.5.2
Ermittlung des Innenwiderstandes..................................................124
4.5.3
Kurzschlussstrom ...........................................................................125
4.5.4
Leerlauf ..........................................................................................126
4.5.5
Anpassungen .................................................................................126
4.5.5.1
Spannungsanpassung ....................................................................126
4.5.5.2
Stromanpassung ............................................................................126
12
Inhaltsverzeichnis
4.5.5.3
4.6
4.7
Leistungsanpassung.......................................................................127
Ersatzstromquelle...........................................................................128
Zusammenfassung: Gleichspannungsquellen.................................129
5
Berechnungen im unverzweigten Gleichstromkreis ..............................................131
5.1
Reihen- und Parallelschaltung von Zweipolen .................................131
5.2
Reihenschaltung von ohmschen Widerständen...............................132
5.3
Reihenschaltung von Kondensatoren..............................................136
5.4
Reihenschaltung von Spulen ..........................................................137
5.5
Reihenschaltung von Gleichspannungsquellen ...............................138
5.6
Reihenschaltung von Widerständen, Kondensatoren und
Spulen............................................................................................138
5.6.1
Zusammenfassung von Bauelementen ...........................................138
5.6.2
Reihenschaltung von Kondensator und R oder L..............................139
5.6.3
Reihenschaltung einer Spule mit R oder C .......................................139
5.7
Reihenschaltung in der Praxis.........................................................139
5.7.1
Ersatz von Bauteilen .......................................................................139
5.7.2
Vorwiderstand ................................................................................140
5.7.3
Spannungsabfall an Leitungen .......................................................141
5.7.4
Spannungsteiler .............................................................................141
5.8
Zusammenfassung: Berechnungen im unverzweigten
Gleichstromkreis ............................................................................141
6
Messung von Spannung und Strom......................................................................143
6.1
Voltmeter und Amperemeter ...........................................................143
6.2
Erweiterung des Messbereiches eines Voltmeters ...........................146
6.3
Indirekte Messung von Widerstand und Leistung ............................147
7
Schaltvorgänge im unverzweigten Gleichstromkreis ............................................149
7.1
Schaltvorgang beim ohmschen Widerstand ....................................149
7.1.1
Widerstand einschalten ..................................................................149
7.1.2
Widerstand ausschalten .................................................................149
7.2
Schaltvorgang beim Kondensator ...................................................150
7.2.1
Kondensator laden (einschalten) ....................................................150
7.2.2
Kondensator ausschalten ...............................................................152
7.2.3
Kondensator entladen ....................................................................152
7.2.4
Exponentialfunktion von Spannung und Strom ...............................153
7.3
Schaltvorgang bei der Spule ...........................................................157
7.3.1
Spule einschalten...........................................................................157
7.3.2
Spule ausschalten (mit Abschalt-Induktionsstromkreis)..................158
7.3.3
Spule ausschalten (ohne Abschalt-Induktionsstromkreis)...............159
7.3.4
Zeitverlauf von Spannung und Strom ..............................................161
7.4
Zusammenfassung: Schaltvorgänge im unverzweigten
Gleichstromkreis ............................................................................162
8
Der verzweigte Gleichstromkreis..........................................................................163
8.1
Die Kirchhoff’schen Gesetze ...........................................................163
8.1.1
Die Knotenregel (1. Kirchhoff’sches Gesetz) ....................................163
8.1.2
Die Maschenregel (2. Kirchhoff’sches Gesetz).................................164
8.2
Berechnung von Parallelschaltungen ..............................................165
8.2.1
Parallelschaltung von ohmschen Widerständen ..............................165
Inhaltsverzeichnis
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.2.5
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.4
8.4
8.5
8.6
8.7
8.7.1
8.7.2
8.7.3
8.7.4
8.7.5
8.8
8.9
13
Die Stromteilerregel........................................................................167
Parallelschaltung von Kondensatoren .............................................168
Parallelschaltung von Spulen..........................................................168
Parallelschaltung von Gleichspannungsquellen ..............................169
Parallelschaltung in der Praxis ........................................................170
Ersatz von Bauteilen .......................................................................170
Erweiterung des Messbereiches eines Amperemeters .....................170
Der belastete Spannungsteiler........................................................172
Berechnung des belasteten Spannungsteilers ................................172
Gemischte Schaltungen..................................................................174
Stern-Dreieck- und Dreieck-Stern-Umwandlung...............................175
Umwandlung von Quellen...............................................................178
Analyse von Netzwerken .................................................................179
Die Maschenanalyse.......................................................................180
Die Knotenanalyse..........................................................................185
Der Überlagerungssatz ...................................................................187
Der Satz von der Ersatzspannungsquelle ........................................189
Bestimmung des Innenwiderstandes eines Netzwerkes ..................194
Vierpole..........................................................................................196
Zusammenfassung: Der verzweigte Gleichstromkreis......................197
9
Wechselspannung und Wechselstrom ..................................................................199
9.1
Grundlegende Betrachtungen .........................................................199
9.2
Entstehung der Sinuskurve .............................................................202
9.3
Kennwerte von Wechselgrößen .......................................................203
9.3.1
Periodendauer................................................................................203
9.3.2
Frequenz ........................................................................................203
9.3.3
Kreisfrequenz .................................................................................204
9.3.4
Wellenlänge ...................................................................................204
9.3.5
Amplitude ......................................................................................204
9.3.6
Spitze-Spitze-Wert ..........................................................................205
9.3.7
Effektivwert ....................................................................................205
(M)
9.3.8
Gleichrichtwert ............................................................................208
9.3.9
Phase .............................................................................................210
9.3.10
Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ................................211
9.4
Zusammenfassung: Kennwerte von Wechselgrößen........................213
9.5
Zeigerdarstellung von Sinusgrößen.................................................214
9.6
Zusammensetzung von Wechselspannungen..................................216
9.7
Oberschwingungen.........................................................................218
(M)
9.7.1
Fourierreihen ...............................................................................219
(M)
9.7.2
Beispiel zur Fourier-Analyse .........................................................221
9.7.3
Bedeutung der Fourier-Analyse .......................................................223
9.7.3.1
Störungen ......................................................................................223
9.7.3.2
Nicht sinusförmige Vorgänge in linearen Schaltungen.....................224
9.7.4
Klirrfaktor .......................................................................................224
10
Komplexe Darstellung von Sinusgrößen...............................................................225
10.1
Grundbegriffe der komplexen Rechnung .........................................225
10.1.1
Rechenregeln für imaginäre Zahlen.................................................227
10.1.2
Rechenregeln für komplexe Zahlen .................................................227
10.1.3
Vorteil komplexer Zahlen ................................................................229
14
Inhaltsverzeichnis
10.1.4
10.1.5
10.2
Sinusförmige Wechselspannung in komplexer Darstellung .............232
Der komplexe Widerstand...............................................................236
Zusammenfassung: Komplexe Darstellung von Sinusgrößen...........237
11
Einfache Wechselstromkreise ..............................................................................239
11.1
Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis .................................239
11.2
Spule im Wechselstromkreis...........................................................241
11.3
Kondensator im Wechselstromkreis ................................................244
11.4
Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Spule .................247
11.4.1
Komplexe Frequenz »s« ..................................................................247
11.4.2
Anwendung von s bei der RL-Reihenschaltung ................................248
11.5
Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Kondensator ......252
11.6
RC-Reihenschaltung in der Praxis....................................................255
11.6.1
Die Übertragungsfunktion...............................................................255
11.6.2
Verstärkungsmaß, Dezibel ..............................................................259
11.6.3
Bodediagramm...............................................................................260
11.6.4
Dämpfung ......................................................................................261
11.6.5
Grenzfrequenz ................................................................................261
11.6.6
Normierte Übertragungsfunktion.....................................................261
11.6.7
Der RC-Tiefpass ..............................................................................262
11.6.8
Bodediagramme mit Mathcad.........................................................266
11.6.9
Filterung eines gestörten Sinussignals............................................270
11.6.10
Der RC-Hochpass ............................................................................271
11.7
Reihenschaltung aus Spule, Widerstand und Kondensator..............273
11.8
Parallelschaltung aus Widerstand und Spule ..................................275
11.9
Parallelschaltung aus Widerstand und Kondensator .......................276
11.10
Zusammenfassung: Einfache Wechselstromkreise ..........................276
12
Ersatzschaltungen für Bauelemente .....................................................................279
12.1
Die elektrische Leitung ...................................................................279
12.2
Widerstand mit Eigenkapazität und Eigeninduktivität .....................280
12.3
Verluste in Spulen ..........................................................................281
12.3.1
Wicklungsverluste ..........................................................................281
12.3.2
Verluste durch den Skineffekt.........................................................282
12.3.3
Hystereseverluste ...........................................................................282
12.3.4
Wirbelstromverluste .......................................................................283
12.4
Verluste im Kondensator.................................................................283
12.5
Zusammenfassung: Ersatzschaltungen für Bauelemente.................284
13
Leistung im Wechselstromkreis............................................................................285
13.1
Reine Wirkleistung..........................................................................285
13.2
Reine Blindleistung ........................................................................286
13.3
Wirk- und Blindleistung ..................................................................287
13.4
Scheinleistung ...............................................................................288
13.5
Blindleistungskompensation ..........................................................289
13.6
Zusammenfassung: Leistung im Wechselstromkreis .......................292
14
Transformatoren (Übertrager)...............................................................................293
14.1
Grundprinzip ..................................................................................293
14.2
Transformator mit Eisenkern ...........................................................294
14.3
Der verlustlose streufreie Transformator .........................................295
Inhaltsverzeichnis
14.3.1
14.3.2
14.3.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
15
Transformation der Spannungen.....................................................296
Transformation der Stromstärken....................................................296
Transformation des Widerstandes...................................................297
Der verlustlose Übertrager mit Streuung..........................................298
Der reale Transformator ..................................................................299
Übertrager zwischen ohmschen Widerständen................................300
Spezielle Ausführungen von Transformatoren .................................304
Zusammenfassung: Transformatoren (Übertrager) ..........................305
15
Schwingkreise .....................................................................................................307
15.1
Reihenschwingkreis ohne Verluste .................................................307
15.2
Reihenschwingkreis mit Verlusten ..................................................310
15.3
Parallelschwingkreis ohne Verluste.................................................320
15.4
Parallelschwingkreis mit Verlusten .................................................322
15.5
Zeitverhalten elektrischer Schwingkreise ........................................329
15.6
Grundsätzliche Kopplungsarten ......................................................330
15.6.1
Galvanische Kopplung ....................................................................330
15.6.2
Induktive Kopplung ........................................................................330
15.6.3
Kapazitive Kopplung.......................................................................330
15.6.4
Fußpunktkopplung .........................................................................331
15.7
Bandfilter .......................................................................................331
15.8
Kopplungsarten bei Bandfiltern ......................................................332
15.8.1
Transformatorische Kopplung .........................................................332
15.8.2
Induktive Kopplung mit Koppelspule ..............................................333
15.8.3
Kapazitive Kopfpunktkopplung .......................................................333
15.8.4
Kapazitive Fußpunktkopplung ........................................................334
15.9
Zusammenschaltung von Schwingkreisen.......................................334
15.9.1
LC-Bandpass ..................................................................................334
15.9.2
LC-Bandsperre ................................................................................335
15.10
Zusammenfassung: Schwingkreise .................................................336
16
Mehrphasensysteme............................................................................................337
16.1
Erzeugung von Drehstrom ...............................................................337
16.1.1
Sternschaltung des Generators.......................................................338
16.1.2
Dreieckschaltung des Generators ...................................................339
16.2
Verbraucher im Drehstromsystem ...................................................340
16.2.1
Sternschaltung des Verbrauchers mit Mittelleiter............................340
16.2.2
Sternschaltung des Verbrauchers ohne Mittelleiter .........................340
16.2.3
Dreieckschaltung des Verbrauchers ................................................344
16.3
Leistung bei Drehstrom...................................................................346
16.4
Zusammenfassung: Mehrphasensysteme .......................................347
17
Analyse allgemeiner Wechselstromnetze .............................................................349
18
Halbleiterdioden ..................................................................................................361
18.1
Der pn-Übergang ohne äußere Spannung........................................361
18.2
Der pn-Übergang mit äußerer Spannung .........................................363
18.2.1
Äußere Spannung in Durchlassrichtung ..........................................363
18.2.2
Äußere Spannung in Sperrrichtung .................................................365
18.2.3
Vollständige Kennlinie eines pn-Übergangs ....................................367
18.3
Eigenschaften von Dioden ..............................................................369
16
Inhaltsverzeichnis
18.3.1
18.3.2
18.3.2.1
18.3.2.2
18.3.2.3
18.4
18.5
18.5.1
18.5.2
18.5.2.1
18.5.2.2
18.5.2.3
18.5.2.4
18.5.2.5
18.5.2.6
18.5.2.7
18.5.2.8
18.5.2.9
18.6
18.7
18.7.1
18.7.2
18.7.3
18.7.4
18.7.5
18.7.6
18.8
19
Die ideale Diode .............................................................................369
Die reale Diode ...............................................................................369
Ersatzschaltungen der Diode ..........................................................369
Kennwerte von Dioden....................................................................371
Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie.................................374
Diode und Verlustleistung ..............................................................375
Arten von Dioden............................................................................379
Universaldioden .............................................................................379
Spezialdioden ................................................................................380
Schottkydiode (hot carrier-Diode) ...................................................380
Gunndiode .....................................................................................380
PIN-Diode .......................................................................................381
Kapazitätsvariationsdiode ..............................................................381
Tunneldiode ...................................................................................382
Fotodiode .......................................................................................383
Lumineszenzdiode .........................................................................383
Z-Diode (Zener-Diode).....................................................................384
Suppressor-Dioden.........................................................................390
Arbeitspunkt und Widerstandsgerade.............................................390
Anwendungen von Dioden ..............................................................395
Gleichrichtung von Wechselspannungen ........................................396
Schutzdiode ...................................................................................399
Eingangsschutzschaltung ...............................................................400
Dioden in der Digitaltechnik ...........................................................400
Begrenzung einer Wechselspannung ..............................................402
Stabilisierung kleiner Gleichspannungen........................................403
Zusammenfassung: Halbleiterdioden .............................................404
Bipolare Transistoren...........................................................................................405
19.1
Definition und Klassifizierung von Transistoren...............................405
19.2
Aufbau des Transistors ...................................................................406
19.3
Richtung von Strömen und Spannungen beim Transistor.................407
19.4
Wirkungsweise ...............................................................................408
19.5
Die drei Grundschaltungen des Transistors .....................................412
19.6
Betriebsarten..................................................................................413
19.7
Kennlinien des Transistors..............................................................416
19.7.1
Eingangskennlinie ..........................................................................416
19.7.2
Ausgangskennlinie .........................................................................417
19.7.3
Steuerkennlinie ..............................................................................418
19.7.4
Vierquadranten-Kennlinienfeld, Arbeitspunkt, Lastgerade...............421
19.8
Die Stromverstärkung α, β und γ .....................................................422
19.9
Abhängigkeiten der Stromverstärkung ............................................424
19.10
Wahl des Arbeitspunktes ................................................................425
19.11
Die Grundschaltungen im Detail......................................................428
19.11.1
Die Emitterschaltung ......................................................................428
19.11.1.1
Eingangsimpedanz .........................................................................428
19.11.1.2
Ausgangsimpedanz ........................................................................429
19.11.1.3
Wechselspannungsverstärkung ......................................................430
19.11.1.4
Leistungsverstärkung .....................................................................431
19.11.1.5
Verhalten bei hohen Frequenzen ....................................................433
19.11.2
Die Basisschaltung .........................................................................433
Inhaltsverzeichnis
19.11.2.1
19.11.2.2
19.11.2.3
19.11.2.4
19.11.2.5
19.11.3
19.11.3.1
19.11.3.2
19.11.3.3
19.11.3.4
19.11.3.5
19.12
19.13
19.14
19.14.1
19.14.2
19.15
19.15.1
19.15.2
19.15.3
19.15.4
19.15.5
19.15.6
19.15.7
19.16
19.16.1
19.16.2
19.16.3
19.16.4
19.16.5
19.16.5.1
19.16.5.2
19.16.5.3
19.16.5.4
19.16.5.5
19.17
19.17.1
19.17.2
19.18
20
17
Eingangsimpedanz .........................................................................433
Ausgangsimpedanz ........................................................................434
Wechselspannungsverstärkung ......................................................434
Leistungsverstärkung .....................................................................434
Verhalten bei hohen Frequenzen ....................................................434
Die Kollektorschaltung....................................................................435
Eingangsimpedanz .........................................................................435
Ausgangsimpedanz ........................................................................435
Wechselspannungsverstärkung ......................................................436
Leistungsverstärkung .....................................................................437
Verhalten bei hohen Frequenzen ....................................................437
Rückkopplung ................................................................................437
Emitterstufe mit Gegenkopplung.....................................................443
Ersatzschaltungen des Transistors..................................................446
Die formale Ersatzschaltung ...........................................................446
Die physikalische Ersatzschaltung ..................................................450
Spezielle Schaltungen mit Bipolartransistoren................................457
Darlington-Schaltung......................................................................457
Bootstrap-Schaltung.......................................................................457
Kaskodeschaltung ..........................................................................458
Konstantstromquelle ......................................................................458
Differenzverstärker .........................................................................460
Selektivverstärker...........................................................................463
Oszillatoren....................................................................................463
Der Transistor als Schalter ..............................................................464
Schalttransistor im Sperrzustand....................................................465
Schalttransistor im Durchlasszustand.............................................466
Dynamisches Schaltverhalten.........................................................466
Verkürzung der Schaltzeiten ...........................................................467
Beispiele für die Anwendung von Schalttransistoren.......................468
Schalten einer Last .........................................................................469
Astabile Kippschaltung (Multivibrator) ............................................470
Monostabile Kippschaltung (Univibrator, Monoflop) .......................471
Bistabile Kippschaltung (Flipflop) ...................................................472
Schmitt-Trigger ...............................................................................473
Transistoren in der Digitaltechnik ...................................................474
Kodes, Logische Funktionen, Schaltalgebra ....................................474
Schaltungstechnische Realisierung der logischen
Grundfunktionen ............................................................................479
Zusammenfassung: Bipolare Transistoren ......................................485
Feldeffekt-Transistoren ........................................................................................489
20.1
Bezeichnungen und Klassifizierung ................................................489
20.2
Sperrschicht-FET mit n-Kanal ..........................................................492
20.2.1
Aufbau und Arbeitsweise ................................................................492
20.2.2
Kennlinien und Arbeitsbereiche ......................................................493
20.3
Schaltungstechnik mit FETs (Beispiele) ...........................................496
20.3.1
Verstärkerbetrieb............................................................................496
20.3.1.1
Sourceschaltung.............................................................................496
20.3.1.2
Gateschaltung ................................................................................497
20.3.1.3
Drainschaltung ...............................................................................497
18
Inhaltsverzeichnis
20.3.1.4
20.3.2
20.3.3
20.3.4
20.4
21
Verstärkung mit Gegenkopplung.....................................................497
Betrieb als steuerbarer Widerstand.................................................498
Konstantstromquelle mit FET ..........................................................498
Der FET als Schalter ........................................................................499
Zusammenfassung: Feldeffekt-Transistoren ....................................502
Operationsverstärker ...........................................................................................503
21.1
Interner Aufbau von Operationsverstärkern.....................................503
21.2
Eigenschaften des Operationsverstärkers .......................................504
21.2.1
Leerlaufverstärkung........................................................................504
21.2.2
Übertragungskennlinie ...................................................................505
21.2.3
Gleichtaktaussteuerung..................................................................506
21.2.4
Offsetspannung..............................................................................506
21.2.5
Frequenzverhalten..........................................................................507
21.2.6
Sprungverhalten.............................................................................507
21.3
Betriebsarten..................................................................................508
21.4
Grundschaltungen, Anwendungsbeispiele ......................................509
21.4.1
Nicht invertierender Verstärker .......................................................509
21.4.2
Invertierender Verstärker ................................................................510
21.4.3
Impedanzwandler (Spannungsfolger) .............................................511
21.4.4
Differenzverstärker (Subtrahierer) ...................................................511
21.4.5
Addierer (Summierer) .....................................................................512
21.4.6
Differenzierer..................................................................................512
21.4.7
Integrierer.......................................................................................513
21.4.8
Spannungskomparator ...................................................................514
21.4.9
Aktive Filter ....................................................................................514
21.5
Zusammenfassung: Operationsverstärker.......................................515
Literaturverzeichnis .............................................................................................517
Stichwortverzeichnis............................................................................................519
37
2
Der unverzweigte
Gleichstromkreis
2.1
Größen im Gleichstromkreis
2.1.1
Allgemeines zu physikalischen Größen und Einheiten
Physikalische Größen dienen zur Beschreibung von Vorgängen in der Natur. Bekannte
physikalische Größen sind z. B. Zeit, Länge und Temperatur. Um physikalische Größen in
einzelne »Stücke« zerlegen und damit messen zu können, benötigt man Einheiten. Die
Einheit für die Länge ist z. B. Meter oder Zentimeter, für die Zeit ist die Einheit die
Sekunde oder die Stunde.
Für physikalische Größen und deren Einheiten werden zur einfacheren Schreibweise
Abkürzungen verwendet.
Abkürzungen für physikalische Größen sind z. B. »t« für Zeit und »v« für Geschwindigkeit.
Abkürzungen für Einheiten sind z. B.: »m« für Meter und »s« für Sekunde. Diese Abkürzungen für Einheiten nennt man Einheitenzeichen. Eine physikalische Größe wird durch
das Produkt aus Zahlenwert und Einheit dargestellt.
Beispiel: t = 20 s
In diesem Beispiel ist die physikalische Größe »Zeit« (abgekürzt als »t«) das Zwanzigfache
der Einheit »Sekunde« (abgekürzt als »s«).
Gleichungen oder Formeln beschreiben die Zusammenhänge der einzelnen physikalischen Größen. So ist z. B. der in einer bestimmten Zeit »t« zurückgelegte Weg »s« eines
Körpers, der sich mit der Geschwindigkeit »v« fortbewegt: s = v • t
Setzt man für v die Einheit
m
(Meter pro Sekunde)
s
und für t die Einheit »s« (Sekunde) ein, so erhält man für den zurückgelegten Weg s die
Einheit »m« (Meter).
(Es ist:
m
⋅s = m )
s
Aus obigem Beispiel ist zu ersehen:
1.
Gleichungen setzen sich aus Formelzeichen zusammen.
2.
Einheitenzeichen und Formelzeichen können gleich sein, haben aber ganz unterschiedliche Bedeutung!
3.
Mit Einheitenzeichen kann man (getrennt von der Formel) rechnen.
38
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
Es soll noch einmal die Formel s = v ⋅ t betrachtet werden.
Zu 2.:
»s« ist das Einheitenzeichen für »Sekunde«, aber »s« (kursiv geschrieben, da es eine Variable ist, siehe unten) ist auch das Formelzeichen für einen Weg (eine zurückgelegte Wegstrecke).
Zu 3.:
Durch eine (extra) Rechnung mit den Einheitenzeichen kann man überprüfen, ob die
Gleichung oder Formel richtig angesetzt wurde.
In der Rechnung
m
⋅s = m
s
muss eine Einheit für den Weg, in diesem Fall »m« für Meter, das Ergebnis sein. Ungleiche
Einheiten müssen zuerst in gleiche Einheiten umgerechnet werden, ehe man mit ihnen
Rechnungen durchführt.
Wäre in obigem Beispiel die Geschwindigkeit »v« in km (Kilometer pro Stunde)
h
gegeben gewesen, so hätte man sie zuerst in m (Meter pro Sekunde)
s
umrechnen müssen, damit man die Zeit »t« in Sekunden einsetzen darf.
Z. B. ist 1 km = 1000 m .
h
3600 s
Eine eckige Klammer um ein Formelzeichen bedeutet »Einheit von...«; z. B. wird [ t ] = s
gelesen als: Einheit der Zeit gleich Sekunde.
Eine eckige Klammer um eine Einheit ist falsch, jedoch immer noch weit verbreitet.
Zwischen Zahlenwert und Einheit einer physikalischen Größe ist beim Schreiben ein
Abstand zu lassen, richtig ist 5 m, falsch ist 5m.
Variable werden in Formeln kursiv geschrieben. Zahlenwerte, Konstanten und Einheitenzeichen werden in Formeln und Gleichungen nicht kursiv, sondern steil geschrieben.
In der Literatur wird fälschlicherweise oft der Begriff Dimension statt Einheit benützt.
Dimensionssymbole sind z. B. »L« für Länge oder »T« für Zeit.
Als Einheitensystem wird das »Internationale Einheitensystem« (SI) verwendet. Die
sieben Basiseinheiten des SI-Systems sind als international verbindliches Maßsystem
festgelegt und nicht aus anderen Einheiten abgeleitet. Die sieben Basisgrößen mit ihren
Basiseinheiten und Einheitenzeichen sind: Länge (Meter, m), Masse (Kilogramm, kg), Zeit
(Sekunde, s), elektrische Stromstärke (Ampere, A), Temperatur (Kelvin, K), Stoffmenge
(Mol, mol), Lichtstärke (Candela, cd). Wegen der Anfangsbuchstaben der ersten vier Einheiten wird das SI-System manchmal auch als MKSA-System bezeichnet. Alle weiteren
Einheiten lassen sich aus den Basiseinheiten ableiten.
Als Darstellungsform von Gleichungen werden Größengleichungen verwendet, in denen
jedes Formelzeichen eine physikalische Größe darstellt. Die Einheit des Ergebnisses ergibt
sich zwangsläufig aus den eingesetzten Einheiten. Größengleichungen gelten unabhängig
von der Wahl der Einheiten. In den hier nicht verwendeten Zahlenwertgleichungen haben
die Formelzeichen die Bedeutung von Zahlenwerten.
2.1 Größen im Gleichstromkreis
39
Dezimale Vielfache und Teile von Einheiten
Einheiten haben in dezimaler Schreibweise oft eine umständlich zu schreibende Größenordnung. So ist z. B. der millionste Teil eines Meters: 0,000 001 m.
Für eine verkürzte Schreibweise benutzt man vor der Einheit eine Bezeichnung, welche
das Vielfache oder den Bruchteil der Einheit angibt. Diese Bezeichnung wird wiederum
durch ein Zeichen abgekürzt.
Beispiele:
1000 m = 1 km 1000 g = 1 kg 0,001 m = 1 mm 0,000 001 m = 1 μm
Tabelle 2: Dezimale Vielfache und Teile von Einheiten
Bezeichnung
Abkürzungszeichen
Vielfaches oder Teil
Tera
T
1012 = 1 000 000 000 000
Giga
G
109 = 1 000 000 000
Mega
M
106 = 1 000 000
Kilo
k
103 = 1000
Hekto
h
102 = 100
Deka
da
101 = 10
Dezi
d
10–1 = 0,1
Zenti
c
10–2 = 0,01
Milli
m
10–3 = 0,001
Mikro
µ
10–6 = 0,000 001
Nano
n
10–9 = 0,000 000 001
Piko
p
10–12 = 0,000 000 000 001
Femto
f
10–15 = 0,000 000 000 000 001
Griechisches Alphabet
Buchstaben des griechischen Alphabets werden häufig in mathematischen und physikalischen Formeln benutzt.
Tabelle 3: Das griechische Alphabet
Zeichen
Großbuchstabe
Zeichen
Kleinbuchstabe
Name
Verwendung in der Elektrotechnik
Α
α
Alpha
α Winkel oder Temperaturkoeffizient
Β
β
Beta
β Winkel
Γ
γ
Gamma
γ Winkel
Δ
δ
Delta
Δ Differenz, δ Verlustwinkel
Ε
ε
Epsilon
ε Dielektrizitätskonstante
40
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
Zeichen
Großbuchstabe
Zeichen
Kleinbuchstabe
Name
Ζ
ζ
Zeta
Η
η
Eta
η Wirkungsgrad
Θ
θ, ϑ
Theta
Θ magnetische Durchflutung, ϑ Temperatur
Ι
ι
Jota
Κ
κ
Kappa
κ spezifischer Leitwert (Leitfähigkeit)
Λ
λ
Lambda
λ Wellenlänge
Μ
μ
My
μ Permeabilität (Magnetismus)
Ν
ν
Ny
Ξ
ξ
Xi
Ο
ο
Omikron
Π
π
Pi
π = 3,14... Kreiszahl
Ρ
ρ
Rho
ρ spezifischer Widerstand
Σ
σ
Sigma
Σ Summe
σ spezifischer Leitwert (Leitfähigkeit)
Τ
τ
Tau
τ Zeitkonstante
Υ
υ
Ypsilon
φ
ϕ
Phi
Χ
χ
Chi
Ψ
ψ
Psi
Ψ Flussumschlingung
Ω
ω
Omega
Ω Ohm, ω Kreisfrequenz
2.1.2
Verwendung in der Elektrotechnik
φ magnetischer Fluss,
ϕ Phasenverschiebung oder Potenzial
Die Größe für den elektrischen Strom
Vorausgesetzt wird hier, dass durch den Querschnitt eines Leiters in gleichen Zeitabschnitten Δt die gleiche Ladungsmenge ΔQ in der gleichen Richtung fließt. Man spricht
dann von einem konstanten Gleichstrom.
Die Größe oder Stärke des elektrischen Stromes nennt man Stromstärke oder kurz Strom.
Die Einheit für die elektrische Stromstärke ist das Ampere7.
Das Einheitenzeichen für Ampere (Stromstärke) ist »A«, das Formelzeichen ist »I«.
Der elektrische Strom soll wieder mit fließendem Wasser verglichen werden. Die Stärke
einer Wasserquelle kann durch die Wassermenge beschrieben werden, welche die Wasserquelle in einer Sekunde liefert. Die Stromstärke »I« kann ähnlich hierzu durch die Menge
7 André – Marie Ampère (1775 – 1836), französischer Physiker
2.1 Größen im Gleichstromkreis
41
an elektrischer Ladung beschrieben werden, welche in einer Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters fließt.
Das Einheitenzeichen für die Ladungsmenge ist »C« (Coulomb), das Formelzeichen ist »Q«.
Die Stromstärke ist der Quotient aus der Ladung »Q« und der Zeit »t«.
Gl. 3: Stromstärke ist (fließende) Ladung pro Zeiteinheit.
I=
Q
t
Da die Rechnung mit den Einheitenzeichen in Gl. 3 für die Stromstärke »I« die Einheit
»A« ergeben muss, folgt für die Einheit der Ladung »Q«:
1 C = 1 As (1 Coulomb = 1 Ampere ⋅ 1 Sekunde).
Ein Ampere ist somit definiert als: 1 A =
1C
1s
Tabelle 4: Zum Vergleich zwischen Wasser und Elektrizität
Wasser
Elektrizität
Menge
Stärke
Liter
Liter
s
C
A=
C
s
Anmerkung:
Ein Elektron ist Träger der kleinsten negativen elektrischen Ladung »–e« (Elementarladung).
Der Betrag der Elementarladung ist: −e = e = 1,602 177 33 ⋅ 10−19 C.
Eine Ladung kann nur als ganzzahliges Vielfaches von »e« auftreten.
Ungefähr 6,24•1018 Elektronen sind 1 Coulomb.
Anmerkung:
Die dezimalen Vielfachen und Teile der Einheiten von Tabelle 2 gelten auch für die
elektrischen Einheiten.
Beispiele: 1 mA (Milliampere) = 0,001 A = 10–3 A
1 μA (Mikroampere) = 0,000 001 A = 10–6 A
2.1.3
Die Größe für die elektrische Spannung
Die elektrische Größe, welche das Fließen eines Stromes verursacht, nennt man Spannung. Die Einheit für die elektrische Spannung ist Volt8.
Das Einheitenzeichen für Volt (Spannung) ist »V«, das Formelzeichen ist »U«.
8 Alessandro VOLTA (1745 – 1827), italienischer Physiker
42
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
Eine elektrische Spannung besteht immer nur zwischen zwei Punkten. Am Minuspol einer
Spannungsquelle herrscht ein Überschuss von Elektronen, am Pluspol herrscht Elektronenmangel. Im Inneren der Spannungsquelle liegt somit eine Trennung (Verschiebung)
von Ladungen vor. Zwischen den Polen der Spannungsquelle besteht eine Spannung, auch
wenn der Stromkreis nicht geschlossen ist.
Die elektrische Spannung ist ein Ausdruck für die Kräfte, welche auf die ungleich verteilten Ladungsträger (Elektronen) in einer Spannungsquelle wirken und eine möglichst
gleichmäßige Verteilung der Elektronen bewirken wollen (siehe 1.2.2 Elektrischer Strom).
Diese Verteilung der Elektronen erfolgt beim Schließen des Stromkreises durch das Fließen des elektrischen Stromes (das Fließen von Elektronen).
Um im Inneren der Spannungsquelle eine Ladungstrennung zu erhalten, ist der Aufwand
von Arbeit notwendig. In einer Batterie ist dies z. B. chemische Energie.
Wird der Stromkreis geschlossen, so erfolgt durch Energieaufwand das Fließen des Stromes. Die zur Ladungstrennung aufgewandte Arbeit wird wieder frei. Der stromdurchflossene Leiter erwärmt sich (siehe 1.2.4 Widerstand und Leitfähigkeit).
Um eine Ladungsmenge »Q« durch einen Leiter fließen zu lassen, ist ein bestimmter Aufwand an Arbeit »W« nötig. Das Verhältnis in Gl. 4 beschreibt die »innere Stärke« einer
Spannungsquelle, um Strom fließen zu lassen. Je höher die Spannung ist, desto höher ist
die Arbeitsfähigkeit (Energie) der elektrischen Ladung.
Gl. 4: Definition der elektrischen Spannung
U=
W
Q
Die Einheit der Arbeit »W« ist »J« (Joule), »Nm« (Newton ⋅ Meter) oder
kg ⋅ m 2
.
s2
Die Einheit der Ladung »Q« ist »C« (Coulomb) oder »As« (Ampere ⋅ Sekunde).
Setzt man diese Einheiten in Gl. 4 ein, so ergibt sich für die Einheit der Spannung »U«:
J N ⋅ m kg ⋅ m 2
=
=
= V , abgekürzt als »V« (Volt).
C A ⋅s
A ⋅ s3
1J
Ein Volt ist somit definiert als: 1 V =
1C
2.1.4
Die Größe für den elektrischen Widerstand
Wie in 1.2.4 Widerstand und Leitfähigkeit kennengelernt, wird in einem geschlossenen
Stromkreis dem Fließen des Stromes in einem metallischen Leiter ein Widerstand entgegengesetzt.
Die elektrische Größe dieses Widerstandes nennt man ebenfalls Widerstand. Die Einheit
für den elektrischen Widerstand ist Ohm9.
Das Einheitenzeichen für Ohm (Widerstand) ist »Ω«, das Formelzeichen ist »R«.
9 Georg Simon OHM (1789 – 1854), deutscher Physiker
2.1 Größen im Gleichstromkreis
43
Anmerkung: Der Begriff Widerstand wird nicht nur für die elektrische Größe des Widerstandes eines Leiters verwendet (für den Widerstandswert), sondern auch für den Leiter
selbst, also für den Gegenstand oder das Bauelement.
Der deutsche Physiker Georg Simon OHM fand das ohmsche Gesetz:
Gl. 5: Ohmsches Gesetz
R=
U
I
Die Einheit der Spannung »U« ist »V« (Volt), die Einheit der Stromstärke »I« ist »A«
(Ampere).
Damit folgt aus Gl. 5 für die Einheit des elektrischen Widerstandes:
V
= Ohm , abgekürzt als »Ω«.
Ω
Ein Ohm ist definiert als: 1 Ω =
1V
.
1A
Manchmal wird statt des elektrischen Widerstandes dessen Kehrwert benutzt. Den Kehrwert des elektrischen Widerstandes nennt man Leitwert. Die Einheit für den elektrischen
Leitwert ist Siemens.
Das Einheitenzeichen für Siemens (Leitwert) ist »S«, das Formelzeichen ist »G«.
Gl. 6: Definition des elektrischen Leitwertes
G=
1
R
Die Einheit des elektrischen Widerstandes »R« ist »Ω« oder
V
.
A
Damit folgt aus Gl. 6 für die Einheit des elektrischen Leitwertes:
A 1
= = S (Siemens)
V Ω
Ein Siemens ist definiert als: 1 S =
1A
1V
(Siehe auch 1.2.4 Widerstand und Leitfähigkeit, Seite 28 und Gl. 1, Seite 29.)
2.1.5
Zusammenfassung: Größen im Gleichstromkreis
1. Das Einheitenzeichen für Ampere (Stromstärke) ist »A«, das Formelzeichen ist »I«.
2. Das Einheitenzeichen für Volt (Spannung) ist »V«, das Formelzeichen ist »U«.
3. Das Einheitenzeichen für Ohm (Widerstand) ist »Ω«, das Formelzeichen ist »R«.
4. Das Ohmsche Gesetz lautet: R =
U
I
5. Das Einheitenzeichen für die Ladungsmenge ist »C«, das Formelzeichen ist »Q«.
44
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
6. Das Einheitenzeichen für die Arbeit ist »J«, das Formelzeichen ist »W«.
2.2
Das ohmsche Gesetz
2.2.1
Aussage des ohmschen Gesetzes
Das ohmsche Gesetz drückt Folgendes aus:
Der Widerstand eines metallischen Leiters aus einem bestimmten Material ist (bei
gleichbleibender Temperatur) konstant.
Die Stromstärke im Leiter eines geschlossenen Stromkreises ist
• direkt proportional zur Spannung der Spannungsquelle und
• umgekehrt proportional zum Widerstand des Leiters.
Anders ausgedrückt:
Die Stromstärke ist umso größer, je größer die Spannung und je kleiner der Widerstand
ist.
Dieser Sachverhalt soll wieder durch einen Vergleich mit Wasser erläutert werden.
Abb. 2.1: Wasserstrom als Vergleich
mit elektrischem Strom
In Abb. 2.1 wird der Füllstand des Wassers im Wasserbehälter durch einen Zufluss mit
Pumpe auf konstanter Höhe gehalten. Das Abflussrohr ist mit Kies gefüllt.
Die Menge des abfließenden Wassers hängt ab von:
1. Der Höhe des Füllstandes. Je höher der Wasserstand ist, umso größer ist der Druck
und umso mehr Wasser wird durch das Abflussrohr gepresst.
2. Der Durchlässigkeit des Abflussrohres. Je gröber der Kies ist, umso mehr Wasser wird
durchgelassen.
Nehmen wir an, normalerweise fließt in einer Sekunde ein Liter Wasser aus dem Abflussrohr.
Wird der Wasserstand auf das doppelte erhöht, der Wasserdruck somit verdoppelt, so
fließt in einer Sekunde die doppelte Menge an Wasser (zwei Liter) aus.
2.2 Das ohmsche Gesetz
45
Wird jedoch z. B. durch feinkörnigen Sand die Durchlässigkeit des Abflussrohres halbiert
(der Wasserwiderstand verdoppelt), so fließt in einer Sekunde nur noch die halbe Menge
an Wasser (½ Liter) aus. Im Vergleich mit dem elektrischen Strom gilt:
1. Der Wasserdruck entspricht der elektrischen Spannung.
2. Dem Wasserwiderstand entspricht der elektrische Widerstand des Leiters.
3. Der abfließenden Wassermenge entspricht die Stromstärke im Leiter.
Wird z. B. die Spannung verdoppelt, so verdoppelt sich auch die Stromstärke. Wird
jedoch der Widerstand verdoppelt, so halbiert sich die Stromstärke.
Durch Auflösen des ohmschen Gesetzes in der Form R =
U
U
nach I erhält man I = .
I
R
Aus dieser Form ist ersichtlich:
1. Die Stromstärke ist umso größer, je größer die Spannung ist (ein Bruch ist umso
größer, je größer der Zähler ist).
2. Die Stromstärke ist umso kleiner, je größer der Widerstand ist (ein Bruch ist umso
kleiner, je größer der Nenner ist).
2.2.2
Rechnen mit dem ohmschen Gesetz
Das ohmsche Gesetz lässt sich in drei verschiedenen Formen darstellen. Sind zwei der drei
Größen bekannt, so kann die dritte Größe berechnet werden.
R=
U
I
I=
U
U = R⋅I
R
Zur mathematischen Umstellung des ohmschen Gesetzes sei ein kleiner Trick zum besseren Merken angeführt. Man kann sich das ohmsche Gesetz in folgender Form merken:
Man merkt sich den Wortlaut des Dreiecks: URI.
Der waagrechte Strich im Dreieck entspricht einem Bruchstrich, der senkrechte Strich einer
Multiplikation. Die gesuchte Größe wird gefunden, indem sie abgedeckt wird.
Beispiele:
oder
oder
46
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
Aufgabe 1:
Eine Taschenlampenbatterie hat eine Spannung von 4,5 Volt. Welchen Widerstand hat ein
Glühlämpchen, wenn im geschlossenen Stromkreis ein Strom von 0,1 A fließt?
Lösung:
Die Rechnung ergibt: R =
2.2.3
U 4,5 V
=
= 45 Ω
I 0,1 A
Grafische Darstellung des ohmschen Gesetzes
Abb. 2.2: Die
Spannung als Funktion
des Stromes (zwei
Widerstandskennlinien)
Die Funktion U = f ( I ) = R ⋅ I stellt bei konstantem Widerstand R eine Gerade durch
den Ursprung des Koordinatensystems dar. Man vergleiche die Geradengleichung
y = m ⋅ x mit der Steigung m.
Man kann aus Abb. 2.2 ablesen:
Oder:
100 V 60 V 40 V
=
=
= 10 Ω = R1
10 A
6A
4A
50 V 20 V
=
= 5 Ω = R2
10 A 4 A
Die Abhängigkeit der Spannung U vom Strom I ist linear, in Abb. 2.2 als Gerade eingezeichnet. Der ohmsche Widerstand bleibt unabhängig von der angelegten Spannung konstant.
Bauteile (z. B. ein aufgewickelter Draht als Widerstand), für die dieses Gesetz gilt, werden
lineare Bauteile genannt. Ein Stromkreis, der aus linearen Bauteilen besteht, wird linearer
Stromkreis genannt.
2.2.4
Zusammenfassung: Das ohmsche Gesetz
1. Die Stromstärke im Leiter eines geschlossenen Stromkreises ist
• direkt proportional zur Spannung (I ~ U) der Spannungsquelle und
• umgekehrt proportional zum Widerstand (
) des Leiters.
2. Sind zwei Größen des ohmschen Gesetzes bekannt, so kann die dritte berechnet werden.
2.3 Definitionen
2.3
Definitionen
2.3.1
Gleichstrom, Gleichspannung, Wechselstrom,
Wechselspannung
47
Elektrischer Strom ist das Fließen von Elektronen. Bewegen sich die Elektronen immer in
die gleiche Richtung, so spricht man von Gleichstrom. Gleichstrom ist ein zeitlich
konstanter Strom. Er wird durch eine Gleichspannung bewirkt.
Wechseln die Elektronen regelmäßig ihre Richtung der Fortbewegung, so spricht man von
Wechselstrom. Bei Wechselstrom ist der Strom eine Funktion der Zeit. Wechselstrom
wird durch eine Wechselspannung bewirkt.
Ein Beispiel für eine Gleichspannungsquelle ist die Taschenlampenbatterie. Die Steckdose
im Haushalt stellt eine Wechselspannungsquelle dar.
Abb. 2.3: Gleichspannung
und Wechselspannung als
Funktion der Zeit
In Abb. 2.3 ist die Spannung U = konstant in ihrer Größe unabhängig von der Zeit, in
diesem Beispiel immer positiv. U ist eine Gleichspannung.
Die Spannungen u1 = f(t) und u2 = f(t) sind in ihrer Größe von der Zeit abhängig, sie sind
eine Funktion der Zeit. Die Spannungen u1 und u2 sind Wechselspannungen.
Bei periodisch wechselnden Größen wird die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde als
Frequenz bezeichnet. Die Wechselspannung u1 hat eine kleinere Frequenz als u2.
Die Ordinate (y-Achse) könnte statt der Bezeichnung »Spannung« auch die Bezeichnung
»Strom« haben, da eine Gleichspannung einen Gleichstrom und eine Wechselspannung
einen Wechselstrom bewirkt.
Anmerkung: Als Beispiel wurde für u1 = f(t) und u2 = f(t) die Sinusfunktion mit unterschiedlicher Frequenz gewählt.
Für die Schreibweise von zeitlich unabhängigen und zeitlich abhängigen Größen gilt die
Vereinbarung:
Zeitlich unabhängige (konstante) Größen werden groß geschrieben, z. B. »U« oder »I«.
Zeitlich abhängige Größen werden klein geschrieben, z. B. u(t) oder i(t) oder nur i.
2.3.2
Verbraucher
Unter Verbraucher, oft auch »Last« genannt, versteht man einen Gegenstand, dem über
Anschlussleitungen (Drähte) von einer Spannungsquelle elektrische Energie zugeführt
wird. Je nach dem Widerstand des Verbrauchers fließt im geschlossenen Stromkreis ein
48
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
kleinerer oder größerer Strom. Beispiele für Verbraucher sind: Glühlampe, Bügeleisen,
Lämpchen in einer Taschenlampe, Elektromotor oder der Widerstand als elektronisches
Bauelement.
2.3.3
Reihenschaltung
Statt Reihenschaltung wird auch der Ausdruck »Serienschaltung« oder »Hintereinanderschaltung « benutzt. Bei der Reihenschaltung von zweipoligen Schaltungselementen wird
ein Anschluss des vorhergehenden Elementes mit einem Anschluss des nachfolgenden
Elementes verbunden.
Abb. 2.4: Einzelne zweipolige Schaltungselemente
Abb. 2.5: Reihenschaltung von zweipoligen Schaltungselementen
2.3.4
Parallelschaltung
Bei der Parallelschaltung von zweipoligen Schaltungselementen werden alle Anschlüsse
der einen Seite der Elemente, und alle Anschlüsse der anderen Seite miteinander verbunden.
Abb. 2.6: Parallelschaltung
von zweipoligen
Schaltungselementen
2.3.5
Unverzweigter und verzweigter Stromkreis
Unter »unverzweigtem« Stromkreis wird folgende Anordnung verstanden: Der eine Pol
einer Spannungsquelle ist über einen Leiter mit dem einen Anschluss eines Verbrauchers
verbunden. Der andere Pol der Spannungsquelle ist mit dem anderen Anschluss des Verbrauchers verbunden.
Der Strom kann somit nur in einem geschlossenen Kreis fließen und nicht gleichzeitig
durch einen zweiten Verbraucher, welcher parallel zum ersten Verbraucher an die Spannungsquelle angeschlossen ist.
Ein Beispiel für einen unverzweigten Stromkreis ist ein Glühlämpchen, welches mit zwei
Drähten mit den Polen einer Taschenlampenbatterie verbunden ist (man sagt: angeschlossen ist).
2.3 Definitionen
49
Wird mit zwei weiteren Drähten an dieselbe Batterie ein zweites Lämpchen angeschlossen,
so liegt ein verzweigter Stromkreis (auch Netzwerk genannt) vor.
2.3.6
Schaltzeichen und Schaltbild
Das naturgetreue Zeichnen der Gegenstände eines Stromkreises wäre viel zu aufwendig.
Um die Verbindung von Verbrauchern mit Spannungsquellen in Zeichnungen schematisch
darstellen zu können, benutzt man Symbole, so genannte Schaltzeichen. Die gesamte
Zeichnung des Stromkreises bildet das Schaltbild, oft Schaltplan oder Stromlaufplan genannt.
Der Verlauf von elektrischen Verbindungen (Drähten) kann in Schaltbildern beliebig
eckig gezeichnet werden, sollte jedoch übersichtlich sein. Eingänge von Schaltungen oder
(Spannungs-) Quellen werden üblicherweise links gezeichnet, Ausgänge rechts. Somit
ergibt sich eine Verfolgbarkeit elektrischer Signale im Schaltbild von links nach rechts.
Abb. 2.7: Beispiele
verschiedener
Schaltzeichen10
Mittels der Schaltzeichen kann jetzt der unverzweigte und der verzweigte Stromkreis in
Form eines Schaltbildes dargestellt werden.
Abb. 2.8: Schaltplan eines unverzweigten Stromkreises
Abb. 2.8 zeigt eine Batterie mit angeschlossener Glühlampe.
Abb. 2.9: Schaltplan eines verzweigten Stromkreises
10 Anmerkung: Weitere Schaltzeichen werden bei Bedarf in Schaltbildern eingeführt.
50
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
Abb. 2.9 zeigt eine Batterie mit zwei parallel angeschlossenen Glühlampen. Man erkennt
zwei Stromkreise. Der aus den Polen der Batterie herausfließende Strom verzweigt sich.
Abb. 2.10: Der verzweigte Stromkreis
von Abb. 2.9 anders gezeichnet
Besonders wichtig sind folgende Schaltzeichen eines Widerstandes und einer Gleichspannungsquelle:
Abb. 2.11: Schaltsymbol von
Widerstand (links) und
Gleichspannungsquelle11
(Mitte und rechts)
Man beachte, dass der Richtungspfeil beim Symbol der Spannungsquelle vom Pluspol
zum Minuspol zeigt. Meistens werden bei Angabe des Richtungspfeiles die Zeichen »+«
und »–« nicht gezeichnet.
Falls klar ist, dass es sich um eine Gleichspannungsquelle handelt, kann auch das Zeichen
»=« im Kreis bzw. beim »U« entfallen.
Das Schaltbild aus Abb. 2.8 lässt sich jetzt folgendermaßen zeichnen:
Abb. 2.12: Ein Stromkreis aus
Spannungsquelle und Widerstand
Die Spannungsquelle entspricht der Batterie, der Widerstand R entspricht dem Widerstand der Glühwendel in der Lampe. Eingezeichnet ist auch der Strom »I«.
Wichtig: Die Richtung des Strompfeiles zeigt die positive Richtung des Stromes außerhalb der Spannungsquelle (vom Pluspol zum Minuspol) an. Diese Richtung wird auch
technische Stromrichtung genannt.
Die Elektronen fließen entgegen der technischen Stromrichtung vom Minuspol zum Pluspol der Spannungsquelle.
Wichtige Anmerkung:
Der gemeinsame Bezugspunkt (das Bezugspotenzial für Spannungen) wird in Schaltbildern mit dem Symbol für Masse oder Erde gezeichnet.
11 Das Symbol für den Anschluss eines Bauelementes ist ein kleiner Kreis, dieser kann auch als Steckanschluss (z. B.
»Klemme« einer Spannungsquelle) betrachtet werden.
2.3 Definitionen
51
Die in den Schaltbildern als Striche dargestellten elektrischen Verbindungsleitungen
(Drähte) werden als widerstandslos bzw. deren Widerstand als vernachlässigbar klein
angenommen. Sollte der Leitungswiderstand einer Verbindungsleitung nicht vernachlässigbar klein sein, so wird er im Schaltbild durch das Symbol eines Widerstandes dargestellt. Die verbleibenden Verbindungsleitungen sind dann wiederum widerstandslos.
Es ist somit ohne Bedeutung, an welchem Punkt einer Verbindungsleitung man eine
andere Verbindung anbringt. Folgende Darstellungen sind unterschiedlich gezeichnet,
aber elektrisch einander gleichwertig:
Abb. 2.13: Unterschiedlich gezeichnete Schaltbilder mit gleicher Funktion
Ebenso sind nachfolgende Schaltbilder von der Funktion her gleich:
Abb. 2.14: Ein
weiteres Beispiel
funktional identischer
Schaltbilder
2.3.7
Werte von Strömen und Spannungen in Schaltbildern
Um in Schaltbildern die Werte von Strömen und Spannungen anzugeben, können zwei
unterschiedliche Verfahren angewendet werden.
2.3.7.1
Angabe der Spannungen unter Bezug auf Masse (als Potenzial)
Spannungen können in ein Schaltbild an »spannungsführende« Punkte einer Schaltung als
Zahlenwert (als Potenzial) eingetragen werden. Diese Punkte sagen nur in Bezug auf einen
anderen Punkt etwas über die Spannungshöhe aus. Der Spannungswert bezieht sich dann
auf einen gemeinsamen Bezugspunkt der Schaltung, mit dem andere Bauelemente
verbunden sind. Oft wird der Minuspol der Gleichspannungsquelle, welche die Schaltung
speist, als Bezugspunkt festgelegt. Der Minuspol der Spannungsquelle ist bei vielen Geräten mit dem Metallgestell (dem »Chassis«) des Gerätes verbunden, welches kurz als
»Masse« bezeichnet wird. Von dieser Bezeichnung stammt der Ausdruck »Bezug auf (oder
gegen) Masse«.
Abb. 2.15: Spannungsangaben in
einem Schaltbild unter Bezug auf Masse
52
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
Abb. 2.16: Ein weiteres Beispiel mit der Angabe
negativer Spannungen gegen Masse
2.3.7.2
Angabe der Spannungen mit Zählpfeilen
Die Wertangabe von Spannungen kann in Schaltbildern auch auf eine andere Art erfolgen.
Es werden Zählpfeile (Bezugspfeile) benutzt. Der Zählpfeil einer Spannung wird vom
Pluspol zum Minuspol gezeichnet. Der Wert der Spannung ist positiv, wenn die Richtung
der Spannung mit dieser Bezugsrichtung übereinstimmt, ansonsten negativ. Der Wert der
Spannung wird mit seinem Vorzeichen an den Zählpfeil geschrieben (das Pluszeichen
wird meist weggelassen).
Die Länge eines Zählpfeiles ist kein Maß für die Größe der Spannung. Ein Zählpfeil für
Spannungen beginnt definitionsgemäß an einem Punkt mit positivem Potenzial und endet
mit seiner Spitze an einem Punkt mit negativem Potenzial gegenüber dem Ausgangspunkt.
Hat die Spannung zwischen beiden Punkten umgekehrte Polarität, so wird der Wert der
Spannung mit einem Minuszeichen geschrieben.
Zählpfeile für Spannungen zeigen immer von Plus nach Minus!
Bezugspfeile für Spannungen können mit geraden oder gebogenen Pfeilen gezeichnet werden.
Durch den Bezugspfeil müssen jedoch immer der Anfangspunkt und der Endpunkt
erkennbar sein, zwischen denen die Spannung besteht.
Sind in einem Schaltbild Anschlusspunkte durch Buchstaben gekennzeichnet, so können
diese Buchstaben als Indizes zur Angabe der Spannungsrichtung verwendet werden. Die
Richtung des Bezugspfeiles liegt dann fest. Der Zählpfeil zeigt in diesem Fall vom
Anschluss mit dem ersten Indexbuchstaben zum Anschluss mit dem zweiten Indexbuchstaben. Der Wert der Spannung ist vorzeichenrichtig einzutragen.
Ein Nachteil von Zählpfeilen ist der größere Platzbedarf in Schaltbildern. Vorteile sind die
erläuternde Wirkung bezüglich Anfangs- und Endpunkt sowie die Möglichkeit, unterschiedliche Bezugspunkte zu wählen (die Potenziale der Anfangspunkte können unterschiedlich sein).
Abb. 2.17: Zählpfeile für Spannungen in Schaltbildern
2.3 Definitionen
53
Abb. 2.18: Weitere Beispiele für Schaltbilder mit Zählpfeilen für Spannungen
2.3.7.3
Angabe von Strömen in Schaltbildern
Sollen in einem Schaltbild auch Ströme mit einem Pfeil gekennzeichnet werden, so wird
der Pfeil in die Leitung eingezeichnet. Der Pfeil weist üblicherweise in die technische
Stromrichtung von Plus nach Minus. Haben Zählpfeil und Strom unterschiedliche Richtung, so wird der Wert des Stromes mit negativem Vorzeichen an den Pfeil geschrieben.
Abb. 2.19: Zählpfeile für Ströme in Schaltbildern
2.3.7.4
Erzeuger- und Verbraucher-Zählpfeilsystem
Ein geschlossener elektrischer Stromkreis besteht aus mindestens einem Erzeuger (einer
Quelle) und einem Verbraucher (einer Last).
Im Verbraucher haben die Zählpfeile für Spannung und Strom die gleiche Richtung.
Im Erzeuger sind die Zählpfeile für Spannung und Strom entgegengesetzt gerichtet.
Abb. 2.20: Schaltbild zu
Erzeuger- und VerbraucherZählpfeilsystem
Die Richtungen der Zählpfeile für Spannung und Strom können für ein Schaltungselement grundsätzlich beliebig gewählt werden. Meistens wird die Pfeilrichtung eines Verbraucher-Zählpfeilsystems gewählt.
2.3.8
Kurzschluss
Unter einem Kurzschluss wird das direkte Verbinden zweier Punkte mit einem sehr
niederohmigen Leiter verstanden. Da der Strom den Weg des geringsten Widerstandes
nimmt, fließt er nicht durch einen Verbraucher, welcher der kurzschließenden Verbin-
54
Kapitel 2: Der unverzweigte Gleichstromkreis
dung parallel geschaltet ist. Durch die kurzschließende Verbindung kann ein sehr hoher
Strom fließen.
Nach dem ohmschen Gesetz würde der Strom theoretisch unendlich groß werden. Ein
konstanter Wert dividiert durch null ergibt einen unendlich großen Wert. Mathematisch
wird dies ausgedrückt durch:
⎛U ⎞
lim ⎜ ⎟ = ∞
R →0 R
⎝ ⎠
(Für R gegen 0 ist der Grenzwert von »U dividiert durch R« gleich unendlich).
Bei konstanter Spannung U ist die Funktion I = f ( R ) = U ⋅
1
eine Hyperbel.
R
Abb. 2.21: Der Strom als
Funktion des Widerstandes
bei konstanter Spannung
U = 10 Volt
In Wirklichkeit wird der Strom nicht unendlich groß, da ein Leiter immer einen Widerstand größer null Ohm hat, auch wenn der Widerstand nur sehr klein ist.
In der Praxis hat ein Kurzschluss folgende Bedeutung:
Durch einen Verbraucher parallel zum Kurzschluss fließt (fast) kein Strom.
Zwischen den kurzgeschlossenen Punkten ist die Spannung null Volt (oder sehr klein).
Durch den hohen Kurzschlussstrom kann sich eine Leitung im Stromkreis des Kurzschlusses so stark erhitzen, dass sie glühend wird und schmilzt. Durch eine Sicherung wird dies
verhindert.
Abb. 2.22: Stromkreis mit einer
Kurzschlussverbindung
Der Stromkreis in Abb. 2.22 enthält eine Kurzschlussverbindung parallel zur Glühlampe.
Die Glühlampe leuchtet nicht, da der Strom den durch Pfeile gekennzeichneten »kurzen«
Weg des geringsten Widerstandes nimmt. Ist der Strom groß genug, so brennt die Sicherung durch.
2.4 Arbeit und Leistung
2.3.9
55
Passive Bauelemente
Ein passives Bauteil ist ein elektrischer Verbraucher. Es nimmt durch zugeführte elektrische Energie eine Leistung auf und wandelt diese z. B. in Wärme um.
Beispiele passiver Bauteile sind die Glühlampe und der elektrische Widerstand als Bauteil
(z. B. ein aufgewickelter Draht aus schlecht leitendem Material).
2.3.10
Aktive Elemente
Außer den passiven Bauelementen gibt es aktive Elemente einer Schaltung.
Ein aktives Element kann eine Quelle elektrischer Energie sein, z. B. eine Batterie als Spannungsquelle (Batterie = unabhängige Quelle).
Ein aktives Bauelement kann ein elektrisches Signal, z. B. eine Wechselspannung, verstärken, wenn es gemeinsam mit einer energieliefernden Quelle geeignet zusammengeschaltet
wird. Ein Transistor kann als aktives Bauelement eine kleine Wechselspannung in eine
Wechselspannung mit größerem »Ausschlag« (Amplitude) umwandeln (verstärken,
Transistor = gesteuerte Quelle).
2.3.11
Zusammenfassung: Definitionen
1. Gleichspannung und Gleichstrom sind in ihrer Größe von der Zeit unabhängig. Ihre
Formelzeichen werden groß geschrieben.
2. Wechselspannung und Wechselstrom sind in ihrer Größe von der Zeit abhängig. Ihre
Formelzeichen werden klein geschrieben.
3. Einem Verbraucher (einer Last) wird elektrische Energie zugeführt. Verbraucher
können passive Bauelemente sein.
4. Zweipolige Schaltungselemente können in Serie oder parallel geschaltet werden.
5. In einem unverzweigten Stromkreis fließt Strom nur in einem geschlossenen Stromkreis.
6. Mit Schaltzeichen wird der Stromkreis in Form eines Schaltbildes gezeichnet.
7. Wird eine Spannungsquelle kurzgeschlossen, so fließt ein sehr hoher Strom.
8. Passive Bauelemente nehmen elektrische Energie auf und wandeln sie in Leistung um.
9. Aktive Elemente geben Energie ab (z. B. Spannungsquelle) oder verstärken ein elektrisches Signal (z. B. Transistor).
2.4
Arbeit und Leistung
Arbeit und Energie haben die gleiche Einheit (J = Joule). »Arbeit« beschreibt einen Vorgang, bei dem Energie umgewandelt wird. Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
Als Formelzeichen wird für die Arbeit »W« und für die Energie meist »E« oder ebenfalls
»W« verwendet.
519
Stichwortverzeichnis
A
AB-Betrieb 427
Abblock-Kondensator 85
A-Betrieb 426, 431, 432, 504
Abfallzeit 467, 507
Abschalt-Induktionsspannung,
~strom 160
Abschalt-Induktionsstromkreis
158, 159, 160, 161, 162
Abschirmung 101, 333
elektromagnetischer Störungen
224
von Magnetfeldern 101
Abschlusswiderstand 297, 298,
301, 303
Abschnürbereich 493, 495
Abschnürspannung 493, 494, 497
Abstimmkreis 325, 326, 328
Abzweigschaltung 175
Addierer 483, 512
Admittanz 237
Aggregatzustände 19
Akzeptor 35
Alphabet, griechisches 39
AM 382
Ampere 40, 43
Amperemeter 143
Erweiterung Messbereich 170
Amplitudenfilter 402
Amplitudenmodulation 381, 382
Amplitudenspektrum 218, 220,
221, 223, 224
Analoginstrument 144
Analogmultiplexer 499
Analyse
allgemeiner Wechselstromnetze
349
von Netzwerken 178, 179, 257
Anode 117, 368, 380, 404
Anreicherungstyp 490
Anstiegszeit 467, 471, 507, 508
Approximation 222, 371
Äquivalenztypen 406
Arbeit 42, 44, 55, 56, 92, 375
Arbeitsgerade 391
Arbeitspunkt 390
Atom 20
Atombau 23, 25
Atombindung 33
Atomhülle 23
Atomkern 23
Atomrumpf 27
Audioverstärker 298
Augenblicksleistung 206, 285,
286, 292, 346
Augenblickswert 154, 161, 200,
202, 205, 207, 214, 215, 233,
235, 242, 245, 285, 382, 427
Ausgangsimpedanz 429, 430, 434,
435, 436, 437, 438, 451, 452,
486, 487, 496
Ausgangskennlinienfeld 417, 418,
421, 422, 425, 428, 429, 432,
458, 465, 485, 495
Ausgangskreis 411
Ausgleichsvorgang 149, 150, 151
Ausräumfaktor 467
Ausräumstrom 467, 468
Ausschwingvorgang 329
Außenleiter 338
Außenleiterspannung 338
Avalanche-Effekt 367, 404
B
Bahnwiderstand 369, 370, 371
Bandbreite 326
Bandfilter mit Schwingkreisen
331
Bandpass 300, 305, 334, 514
Bandpassfilter 315, 316, 325
Bandsperre 315, 334, 335
Bandspreizung 325
Basis 485
Basisruhespannung 416
Basisschaltung 412, 423, 424, 433,
434, 436, 437, 458, 486, 496
Basisstrom 410
Basisvorspannung 416, 419, 420,
422, 445, 454
Batterien 117, 118, 119, 129, 169,
396
Bauelemente
aktive 405, 503, 515
duale 161
passive 55
Baum 179, 180, 192, 198
Bauteile, lineare 46
B-Betrieb 426, 427
Begrenzerschaltung 403
Begrenzung einer
Wechselspannung 402, 403
Beläge 81
Belastbarkeit 58, 69, 71, 72, 73,
75, 78, 110, 134, 135, 140, 142,
147, 172, 173, 389
Bereich, aktiver 413, 468
Betriebslast 75
Betriebsspannung 90, 157f., 385,
405, 408, 420f., 438f., 453, 459,
462, 501, 503ff., 508
Bewegungsgeschwindigkeit 60
Bezugsknoten 185, 186, 193, 456
Bezugspfeil 52
Bezugspunkt 30, 32, 50, 51, 179,
185f., 199, 211, 212, 408
Binärziffer 474
Bipolare Transistoren 405f., 485
Bit 400, 473ff., 488
BJT 405
Blechkern 108, 294
Bleiakkumulator 119, 120
Blindleistung 286, 287, 288, 289,
290, 291, 292, 346
Blindleistungskompensation 289,
290, 292
Blindleitwert 237
Blindwiderstand 236, 237, 241,
242, 243, 244, 246, 249, 252,
276, 277, 287, 289, 308, 311,
320, 331
Blockschaltbild 439, 504
Bodediagramme 260, 261, 266,
274, 277
mit Mathcad 266
Bohrsches Atommodell 23
Boltzmann-Konstante 368
Boolesche Algebra 476
Bootstrap-Schaltung 457
Breitbandig 224
Brücke, abgeglichene 197
Brückengleichrichter 398
Brückenschaltung 196, 398, 403,
512
Brummgeräusche 294
520
Stichwortverzeichnis
Brummspannung 397
Bulk 491
Byte 474
C
Chassis 51, 294, 407, 501
Clipper-Schaltung 403
CMOS-Technik 482, 488
CMRR 461
common mode gain 506
Computer 85, 202, 400
Coulomb 31, 41, 42, 91
D
Dämpfung 261
des Parallelschwingkreises 323
des Reihenschwingkreises 311,
323
Darlington-Schaltung 457
Datenblatt 58, 74, 378, 379, 385,
386, 388, 389, 390, 449, 482
Defektelektronen 28, 34, 36
Dehnungsmessstreifen 78
Dekade 71, 260, 261
Demodulation 382
Denkmodell 19
Deratingkurve 75
Dezibel 259, 260, 319
Dezimalsystem 475
Dielektrikum 81, 82, 83, 84, 85,
89, 90, 93, 94, 244, 283
Dielektrizitätskonstante 39, 84
Dielektrizitätszahl 84, 85
Differenzansteuerung 460
Differenzierer 512, 513
Differenzverstärkung 460, 461,
504, 505, 507
Diffusion 362, 363, 410
Diffusionskapazität 373, 381, 424
Diffusionsspannung 363, 364,
365, 373
digit 474
Digitalrechner, elektronischer
476
Digitaltechnik 85, 400, 464, 474,
479, 487
Dimension 38
Diode 368
Anwendungen 395, 404
Ausschaltverhalten 372
Ersatzschaltungen 369
Foto~ 383, 384
Gunn~ 380
hot carrier~ 380
ideale 369
Kapazitäts~ 325, 381
Kennliniengleichung 368
Kennwerte 371
Lumineszenz~ 383
PIN~ 381
Schaltzeichen 368
Schottky~ 380, 404
Suppressor~ 390
Tunnel~ 379, 382, 383
Verlustleistung 375
Wechselstrom-Ersatzschaltbild
373, 374
Zener~ 384
Dioden in der Digitaltechnik 400
Diodenkennlinie,
Temperaturabhängigkeit 374
Dipol 82, 95, 335
Dipolbildung 84
Disjunktion 476, 484
DL-Technik 480
Domänen 95
Donator 35
Doppeldrahtleitung 280
Doppelverstimmung 317, 320,
326, 328
Dotierung 35, 367, 382, 408, 489
Drahtwiderstand 71, 280
Drain 489, 490, 492, 493, 494,
495, 496, 497, 500, 501, 502
Drainschaltung 496, 497
Dreheisenmesswerk 143, 208
Drehfaktor 233
Drehfeld 347
Drehkondensator 90, 325
Drehpotenziometer 76
Drehspulmesswerk 143, 146
Drehstrom 337, 347
Drehstromgenerator 337, 338,
339, 346, 347
Dreieckschaltung 339
Sternschaltung 338
Drehstrommotor 347
Drehstromsystem, Verbraucher
340
Drehzeiger 233, 234, 236
Dreieckschaltung 176, 177, 197,
338, 339, 344, 345, 347, 348
Dreieck-Stern-Umwandlung 175,
176
Dreileitersystem 338
Drift 28, 460, 462
Driftgeschwindigkeit 29, 60, 61
Drossel 109, 110
DTL-Technik 480, 481
Dualsystem 475
Dualzahl 474, 475, 476
Dualzahlensystem 400
Durchbruch zweiter Art
(sekundärer) 426
Durchbruchbereich 366, 367,
368, 369, 372, 384, 385
Durchbruchkennlinie 384
Durchflutung 40, 98, 99, 111,
112, 113
Durchgreifspannung 418
Durchlassbereich 263, 271, 331,
367, 368, 369, 372, 374, 381,
396, 404, 409, 416
Durchlasskennlinie 364, 365, 369,
370, 374, 383, 416, 428
Durchlassrichtung 369
Durchlassspannung 364, 365,
371, 373, 374, 379ff., 402, 404,
409, 410, 428, 481
Durchlassverzögerungszeit 371,
373
E
Early-Effekt 418
Eckfrequenz 261
ECL-Technik 482
Effektivwert 205
Eigenfrequenz 257, 258
Eigeninduktivität 280, 283, 284
Eigenkapazität 81, 280, 284
Eigenleitung 33, 34
Eindiffundieren 35
Eingangsimpedanz 428, 429, 433,
434, 435, 437, 439, 442, 445,
451, 452, 486, 487, 496
Eingangskennlinie 415, 416, 417,
421, 422, 427, 428, 430, 436,
448, 491, 493, 494, 499
Eingangskreis 411
Eingangsschutzschaltung 400
Einheitensystem 38
Einheitenzeichen 37, 38, 40, 41,
42, 43, 44, 56, 80, 99, 105, 203,
287, 288
Einlegiert 35
Einschaltstrom 75, 150
Einschaltwiderstand 499
Einschwingvorgang 329
Einschwingzeit 507, 508
Einweg-Gleichrichterschaltung
396
EI-Schnitt 294, 295
Eisenblechkern 108
Eisenkern 106, 108, 109, 113,
282, 293, 294, 299, 305
Elektrizität 19, 26, 31, 32, 41, 80
statische 26
Stichwortverzeichnis
Elektroden 81, 117f., 120f., 244,
280, 380, 463, 493
Elektrodynamik 91
Elektrolytkondensator 89, 90, 94,
408
Elektromagnet 98, 110, 143
Elektromagnetische
Verträglichkeit 223
Elektromagnetismus 97
Elektrometerverstärker 510
Elektronen 23
freie 27, 28, 29, 32, 34
Elektronendichte 60
Elektronenpaarbindung 33, 34
Elektronenschale 24
Elektronenströmung 364, 409
Elemente 20, 55, 61, 118, 299,
464
aktive 55
Elementarladung 24, 25, 36, 41,
60, 61, 368
Elementarmagnet 95
Elementarströme 95
Elongation 204
Emitter 406
Emitterfolger 436, 457, 511
Emitterschaltung 412ff., 421ff.,
428ff., 437, 444f., 448f., 451,
453f., 457f., 460, 464f., 479,
485f., 496
EMV 223, 224
Energie 55
im Magnetfeld einer Spule 158
in einem geladenen
Kondensator 152
Energieerhaltungssatz 297
Energieübertragung 67, 293, 305
Entladekapazität 120
Entladestrom 80, 153
Entladevorgang 153
Entladezeit 153, 397
Entmagnetisierung 100
Erholungszeit 372
Ersatz von Bauteilen 139, 170
Ersatzkapazität 136, 142
Ersatzschaltbild 69, 81, 91, 110,
113, 114, 123, 128, 132, 165,
280, 298, 299, 300, 369, 370,
371, 385, 394, 399, 409, 424,
449, 450, 453, 456
Ersatzschaltungen für
Bauelemente 279, 284
Ersatzspannungsquelle 123
Ersatzstromquelle 128, 178, 194
Ersatzwiderstand 132, 134, 136,
141, 165, 170, 172, 177, 189, 393
Erzeuger 53, 126, 128, 132, 158,
298
ESAKI-Diode 382
Exponentialform 226, 228, 229,
233
Exponentialfunktion 153, 154,
161, 162, 235, 364
F
Farad 80
Farbcode 72, 78, 90
Feinabstimmung 325
Feld, elektrisches 91, 92, 93, 489,
493
Feld, elektrostatisches 91
Feldeffekttransistoren 482, 499
Feldeffekt-Transistoren 406, 489,
492, 501, 502
Feldkonstante
elektrische 84
magnetische 99, 100, 105, 111
Feldlinien 92, 96, 114
magnetische 96, 97
Feldstärke, magnetische 98, 99,
100, 111
Ferrite 108
Ferritkern 101, 108, 283
Ferromagnetismus 94
Festkondensator 89
Festzeiger 233
FET 489
als Konstantstromquelle 499
als Schalter 499
Grundschaltungen 496
Filter 21, 224, 262, 263, 271, 277,
334, 336, 514
aktive 514
Filterung eines Sinussignals 270
Flankensteilheit 331, 332, 508
Flipflop 472, 473, 479, 487
Fluss, magnetischer 101, 111
Flussdichte, elektrische 93
Flussdichte, magnetische 99, 100,
101, 102, 104
Flussrichtung 100, 165, 364, 406,
410, 500
FM 382
Folienkondensator 89
Formelzeichen 37
Fourier-Analyse 201, 207, 220,
221, 223, 224
Fourierkoeffizienten 219, 220,
221
Fourierreihen 219, 224
Freilaufdiode 160, 162, 399, 404,
500
521
Frequenz 203
normierende und normierte
261, 262
Frequenzfilter 402
Frequenzgang 233, 250, 251, 252,
307, 309, 311, 321, 322, 433,
438, 439, 442, 443, 453, 486,
507, 514, 515
Frequenzgemisch 315
Frequenzmodulation 381, 382
Frequenzspektrum 218
Frequenzteilung 473
Frequenzweiche 109
Funkentstörung 88
Funktion, periodische 200, 219
Funktionstabelle 472, 473, 478
G
Galvanische Trennung 294, 330
Galvanisches Element 117, 118
Galvanisieren 28
Galvanometer 143
Gate 489
Gateschaltung 496, 497
Gatter 402, 476, 477, 479, 484,
488, 499
AND~ 479, 480, 482, 488
NOR~ 479, 480, 481, 484, 485
OR~ 479, 480, 488
Gegeninduktivität 298, 299, 305,
333
Gegenkopplung 437, 438, 439,
440, 441, 443, 444, 445, 450,
458, 487, 497, 504, 506, 507,
509, 510
Gleichspannungs~ 438, 445
Gleichstrom~ 443, 444, 460
Wechselspannungs~ 445
Wechselstrom~ 444, 454
Gegenkopplungsfaktor 440, 444
Gegenkopplungsgrad 440, 441
Gegentaktschaltung 427
Gemisch 20
Generation 34, 367
Geradengleichung 46
Germanium 28
Gesetz von De Morgan 477
Gesetz von Lenz 103
Gesintert 108
Gitterschwingungen 375
Glättung von Spannungen 87,
121
Glättungsfaktor 387
Gleichrichtung 395, 396, 404
Gleichrichtwert 208, 209, 213
Gleichspannung
522
Stichwortverzeichnis
pulsierende 87, 396, 397
störungsfreie Versorgung 122
Gleichspannungsquellen 117,
121, 129, 132, 138, 169, 197, 427
Gleichstrom 47
Gleichstromverstärkung 411,
415, 418, 422, 423, 433, 485
Gleichtaktansteuerung 460
Gleichtaktunterdrückung 460,
461, 462, 506, 508
Gleichtaktverstärkung 461, 462,
506, 508
Gleichungssystem 181, 183, 186,
187
Graph eines Netzwerkes 179
Grenzfrequenz 261, 262, 264,
266, 277, 300, 314, 315, 317,
324, 326, 424, 425, 433, 434,
437, 438, 442, 463, 486, 496,
507, 508
Grenzschicht 362
Größengleichungen 38
Grunddämpfung 300
Güte einer Spule 281
Gütefaktor 311, 313, 323, 324
des Parallelschwingkreises 323
des Reihenschwingkreises 311
H
Halbleiter 28, 32, 33, 34, 35, 36,
60, 160, 361, 363, 364, 365, 366,
375, 380, 384, 388, 490
Halbleiterdiode 160, 368, 378,
404
Harmonische 207, 218, 463, 487
Henry 105
Hertz 203
Heterogen 20, 21
Hexadezimalzahl 475
HF-Gleichrichtung 382
High 400
Highside-Schalter 500, 501
Hochfrequenz 201, 203, 282, 382
Hochfrequenzlitze 282
Homogen 20
Hufeisenmagnet 94, 96
Hüllkurve 382
Hüllkurvendemodulation 382
Hyperbel 54, 73, 308, 320, 386
Hystereseschleife 100, 282
I
IC 481
Imaginärteil 226
Impedanz 232
Impedanzwandler 436, 496, 511
Impulstechnik 205, 458, 468
Impulszähler 473, 483
Induktion 102, 104, 105, 106,
109, 111, 203, 241, 282, 283, 293
Induktionskonstante 99
Induktionsspannung 102, 103,
105, 158, 159
Induktionsstrom 103, 160
Induktivität
feste 109
veränderliche 110
Induktivitätstoleranz 110
Influenz, magnetische 95, 96
Innenwiderstand 120, 123, 124,
125, 126, 127, 128, 129, 144,
145, 146, 147, 150, 152, 155,
169, 171, 178, 188, 189, 190,
191, 194, 195, 294, 298, 300,
301, 303, 319, 325, 326, 330,
335, 371, 384, 385, 387, 394,
397, 398, 403, 429, 430, 434,
444, 447, 453, 459
Ermittlung 124
Integrierer 513
Inversbetrieb 415, 418
Inversdiode 500, 502
Inverter 468, 479, 480, 482, 483,
484
Invertierung 476, 477
Ion 28, 35
Isolationswiderstand 90, 91, 244,
283
Isolator 28, 79
J
Joule 29, 42, 55, 57, 65
junction 363, 376, 378, 405
Junction-FET 490
K
Kanal 490, 492, 493, 494, 495
Kapazität 80
Kapazität eines Akkumulators
120
Kapazitäten, parasitäre 81, 281
Kapazitätsänderung 90, 91
Kapazitätstoleranz 91
Karnaugh-Veitch-Diagramm 478
Kaskodeschaltung 458, 487
Kationen 117
Kelvin 38, 73, 310, 368, 376
Kennwiderstand des
Schwingkreises 312
Keramikkondensator 89
Kippschaltung
astabile 470
bistabile 472
monostabile 471
Kippvorgang 471, 472
Kirchhoff’sche Gesetze 163
Kleinsignalaussteuerung 416
Kleinsignalstromverstärkung 416,
422, 423, 433
Klemmenspannung 124, 125,
126, 129, 173, 436
Klirrfaktor 224, 413
Kniespannung 365
Knopfzellen 119
Knoten 163
Knotenanalyse 185, 186, 187,
191, 193, 198, 257, 349, 455, 456
Knotengleichungen 181, 186
Knotenpunktspannung 179
Knotenregel 163, 164, 185, 197,
340, 341, 408, 412, 435, 510, 513
Knotenspannungen 185, 186,
187, 456
Kode 475
Kodierung 475
Koerzitivkraft 100, 283
Kollektor 406
Kollektorschaltung 412, 415, 424,
435, 436, 437, 458, 485, 487, 496
Komplementär 471, 472
Komplementäre Ausgangsstufe
427
Komplementär-Transistoren 406
Komplementierung 476
Komplexe
Amplitude 234, 247
Frequenz 235, 236, 247
Rechenregeln 227, 237, 477
Rechnung 225, 232, 239, 264,
271, 349
Spannung 225, 230, 233, 242
Zahl 225, 226, 227, 229, 231,
237, 258, 357
Komplexer
Blindwiderstand der Spule 242,
247
Blindwiderstand des
Kondensators 246, 247
Frequenzgang 255
Leitwert 237
Widerstand 232, 237, 241, 248,
264, 303, 349
Komponentenform 226, 227,
228, 229, 233, 343, 350
Kondensator
ausschalten 152, 162
einschalten 150
entladen 152
Stichwortverzeichnis
idealer 244, 286, 292, 320
Nennspannung 90
veränderbarer 90
Verwendungszweck 85
Wirkungsweise 79
Konjugiert komplexe Zahl 227
Konjunktion 476
Konstantstromquelle 128, 129,
419, 420, 422, 458, 459, 462, 498
Konstantstromquelle mit
Transistor 459
Konvektion 377
Koppelkondensator 333, 334,
420, 433, 452, 453, 497
Koppelspule 332, 333
Kopplung
feste 293
Fußpunkt 331, 332, 334
galvanische 330
induktive 106, 122, 280, 332
kapazitive 280, 284, 332
Kopfpunkt 333, 334
kritische 331, 332
lose 293
mit Koppelspule 333
transformatorische 332, 333
transitionale 332
überkritische 331
unterkritische 331
Kopplungsarten, grundsätzliche
330
Kopplungsfaktor 293, 299, 305,
330, 333
Kovalente Bindung 33
Kraft
auf stromdurchflossene Leiter
104
elektromotorische 123
magnetische 96, 97, 98, 143
Kreisfrequenz 204
Kriechströme 370
Kristallgitter 33, 35
Kühlkörper 377, 378, 407
Kühlung 72, 75, 110, 377
Kurzschluss 53
Kurzschlussstrom 54, 125, 128,
129, 194, 449
Kurzschlussstromverstärkung
423
Kurzwellenbereich 325
L
Ladekondensator 87, 396, 397,
398, 501
Ladestrom 80, 120, 150, 151, 245
Ladestromstoß 161
Ladevorgang 151, 152, 153, 275
Ladung, elektrische 26, 31
Ladungsmenge 40, 41, 42, 43, 80,
81
Ladungspumpe 500, 501, 502
Ladungsspeicher 79
Ladungstransport 28, 30, 31
Ladungstrennung 42, 79, 102
Lastminderungskurve 75, 379,
426
Lastschwankungen 122, 126
Lastwiderstand
als Verbraucher 124
beim Transistor 413
Lawinendurchbruch 367, 375,
384, 404, 426
Lawineneffekt 367, 387, 426
LC-Bandpass 334, 335
LC-Bandsperre 335
LC-Oszillator 463, 464
Lebensdauer 90, 119, 120, 376,
384
Leckstrom 283, 370
LED 383, 384, 404
Leerlaufverstärkung 440, 441,
444, 503, 504, 505, 506, 507,
508, 509, 510, 514, 515
Leistung
bei Drehstrom 346
elektrische 56
im Wechselstromkreis 285,
289, 292
mittlere 285
Leistungsanpassung 127, 128,
129, 298, 301, 302, 303
Leistungsdreieck 289
Leistungsfaktor 289, 290, 291,
346
Leistungshyperbel 72, 73, 427
Leistungsverstärkung 259, 412,
431, 432, 434, 437, 469, 470,
486, 487, 503
Leiter 28
Leiterplatte 76
Leitfähigkeit 28, 29, 42, 43
Leitung, elektrische 81, 106, 279
Leitungselektronen 27, 29
Lichtgeschwindigkeit 29, 60, 204
Liniendiagramm 211, 212, 213
Linienspektrum 220, 224
Linke-Hand-Regel 104, 105
Lithium-Batterien 119
Lithium-Ionen-Akkumulator 120
Lithium-Polymer-Akkumulator
120
Litze 109, 282
523
Loch 34, 36
Löcherströmung 364, 409
Logik
positive und negative 475
ungesättigte 468
Logische
Funktionen 474
Gleichungen 477
Null und Eins 400, 474
Schaltbilder 482
Schaltungen 380, 383, 468, 476,
479
Verknüpfung 401, 402, 477,
480
Lorentzkraft 102
Lösungsdruck, elektrolytischer
117
Low 400
Low Power Schottky 482
Lowside-Schalter 500, 501, 502
LRC-Tiefpass 274, 275
LSB 475
Luftspule 99, 108
M
Magnetfeld 95, 96, 97, 98, 99,
100ff., 109, 111, 115, 143, 158,
203, 283, 287, 293, 295, 307,
308, 333, 337, 489
Magnetfeldänderung,
induzierende 103
Magnetisch gekoppelt 137, 138,
293, 305
Magnetische Kreise 111
Magnetischer Widerstand 112,
113
Magnetisierungskurve 100
Magnetismus, Grundlagen 94, 96
Majoritätsträger 35, 36
Masche 164
Maschenanalyse 180, 181, 184,
185, 186, 187, 191, 192, 198,
257, 349, 355
Maschengleichung 181, 385, 391,
392, 394, 395, 421, 444, 454
Maschenregel 164, 197, 304, 391
Masse, elektrische 30
Materie 19
Mathcad 184, 222, 252, 261, 266,
267, 269, 270, 357
Matrix 450
Maxwell-Wien-Brücke 358
Mehrphasensysteme 337, 347
Messbereich 144, 145, 146, 147,
171, 197
Messbrücke 196, 197
524
Stichwortverzeichnis
Messfehler 145
Messgerät, digitales 144
Messinstrument 143, 145, 171
Messverstärker 144, 458
Metalle, edle und unedle 118
Metalloxidwiderstand 71
Miller-Kapazität 458
Minimisierung 477, 478
Minoritätsladungsträger 373
Minoritätsträger 35, 36
Minuspol 27
Mitkopplung 437, 438, 440, 463,
487, 507, 509
Mitlaufeffekt 419
Mittelleiter 338, 339, 340, 341,
342, 343, 344, 347
Mittelpunktschaltung 397, 398
Mittelwellen-Rundfunk 382
MKSA-System 38
Molekül 20, 21, 22, 23
Momentanwert 200
Momentanwerte 153, 154, 161,
216, 235
Monoflop 471, 472, 487
MOSFET 490, 499, 500, 503, 505
MSB 475
M-Schnitt 294, 295
Multi-Emitter-Transistor 481
Multimeter 144
Multivibrator 470, 471, 483, 487,
501
N
NAND-Gatter 479, 480, 481, 482,
484, 485
Nebenwiderstand 170
Negation 476, 477
Nennlast 75
Nennspannung 69, 90, 119, 120,
140, 142, 163
Neper 260
Netzfrequenz 203, 294, 347
Netzgeräte 117, 121, 129
Netzteil 117, 121, 129
Netzwerk 49
Netzwerkanalyse 184, 256, 264,
357
Neutralleiter 338
Neutronen 23, 24, 25
n-Halbleiter 35, 36, 361, 380
Nibble 475
Nichtleiter 28, 32
Nickel-Cadmium-Akkumulator
119
Nickel-MetallhydridAkkumulator 120
Niederfrequenz 203
Normalbetrieb 407, 408, 413,
415, 416, 418
Normierung 261, 262, 264, 266,
272, 274, 277
Normreihe 71, 173, 454
Nullphasenwinkel 210, 211, 212,
213, 218, 219, 234, 251
Nullpotenzial 30, 460, 468
Nullpunkt, absoluter 73
Nullstellen 257, 261
Nullzweig 197, 358
Nutzsignal 263, 270
O
Oberschwingungen 207, 218,
224, 460
Oberwellen 218, 223, 224
Offsetspannung
(Differenzverstärker) 462
Ohm 43
Open loop gain 504
Operationsverstärker
Eigenschaften 504
Frequenzverhalten 507
interner Aufbau 503
Rückkopplung 509
Spannungsfolger 511
Sprungverhalten 507
Subtrahierer 511
Summierer 512
Oszillatoren 383, 438, 440, 464
harmonische 463, 487
P
Parallelschaltung 48
ohmscher Widerstände 165
von Gleichspannungsquellen
169
von Kondensatoren 168, 197
von Spulen 168
Parallelschwingkreis 307, 320,
321, 322, 323, 324, 325, 326,
328, 329, 335, 336, 463
mit Verlusten 322
ohne Verluste 320
Parasitäre Größen 279, 284
PC 184, 258, 261, 266, 357, 515
PEN-Leiter 338
Periodendauer 200
Permeabilität 40, 99, 100, 111,
113, 283, 297
Permittivitätszahl 84
Phasengang 256, 266, 267, 269,
272, 273, 357
Phasenschieberkondensator 289,
290, 292
Phasenspektrum 218, 220
Phasensprung 256
Phasenverschiebung 210
Phasenwinkel 210
Physikalische Größen 37, 98
Piezoeffekt 463
Pinch-off voltage 493
Plattenkondensator 81, 85, 89,
90, 92, 93, 362, 373
Pluspol 27
pn-Übergang 361, 362, 363, 364,
365, 366, 367, 368, 373, 381,
383, 404, 408, 411, 493
Polarisation 83, 84
Pole
einer Bruchfunktion 257
magnetische 24, 94
Potenzial 30
Potenzialdifferenz 30, 31, 32, 65,
102
Potenzialtrennung 294
Potenzielle Energie 59
Potenziometer 76, 77, 78, 141,
462
Potenziometer-Kennlinie 77
Power-MOSFET 499, 500, 502
ppm 74
Praxis
Elko und Z-Diode 388
Ersatzwiderstand durch
Reihenschaltung 135
HF-Litze 282
Kurzschluss 54
Netzgeräte 121
Potenziometer 77
Schätzung
Spannungsverstärkung 431
Spannungsanpassung 126
Spannungsspitzen durch
Induktion 159
Stabilisierung mit Z-Diode 385
Widerstandstransformation
298
Primärelement 117, 118, 129
Primärspule 293, 294, 297, 333
Primärwicklung 293, 295, 296,
298, 300, 302, 304, 305
Probeladung 91, 92
Protonen 23, 24, 25
PSPICE 184, 185
Punktladung 91
push-pull 427
Stichwortverzeichnis
Q
Quarz 20, 463
Quarzoszillator 463
Quelle 53
gesteuerte 55, 405, 449, 487
lineare 124
unabhängige 55
Quellenfeld 92, 96
Quellenfrei 95
Quellenspannung 123, 125, 126
Querstrom 172, 420, 459
Quine-Mc Cluskey-Verfahren
478
R
Radartechnik 468
Raumladung 61, 362, 365
Raumladungsdichte 59, 60
Rauschen 201
Rauschspannung 201
RC-Hochpass 271, 273, 453, 464
RC-Oszillator 463, 464
RC-Tiefpass 262, 263, 269, 270,
274, 442, 464
RDS,on 499
Reaktanz 236, 237
Realteil 226
Rechteckspannung 86, 201, 202,
209, 473, 474, 501
Rechte-Hand-Regel 97
recovery time 372
Referenzspannung 117, 388, 395,
514
Referenzspannungsänderung 395
Regel von Lenz 103, 295
Register 473, 483
Reihenschaltung 48, 132
von Gleichspannungsquellen
138, 169
von Kondensatoren 136, 142,
165, 169
von ohmschen Widerständen
132, 141
von Spulen 137
Reihenschwingkreis
mit Verlusten 310, 311
ohne Verluste 307
Reinstoffe 20, 21
Rekombination 34, 362, 363
Relais 109, 160, 399, 468, 469,
470
Remanenz 100, 283
Resonanz, Kennzeichen 310, 322
Resonanzbedingung 309, 310,
312, 318, 321, 322
Resonanzfrequenz 309
allgemeine Ermittlung 313, 336
Resonanzkreis 307, 331
Resonanzkurven 313, 314, 324,
326, 327, 332
Asymmetrie 316, 317, 326
Resonanzüberhöhung 313
Resonanzverstärker 463
Resonanzwiderstand 310, 311,
315, 322, 329, 336
Richtungspfeil 50
Richtungswinkel 226, 228
RL-Tiefpass 250, 273
RS-Flipflop 472, 473
RTL-Technik 481, 483
Rückkopplung 437, 472, 474,
487, 503, 506, 509
Rückspeisung 169
Rückwärtsbetrieb 415
S
Sägezahnspannung 201, 223
Sättigungsbereich 415, 417, 466,
468, 474, 495, 514
Sättigungsspannung 417, 427,
451, 485, 490, 505
Sättigungsstrom 366, 372
Satz von der
Ersatzspannungsquelle 189,
190, 191, 194, 198, 349
Sauerstoff 20, 21, 22, 23
Schalenkern 108, 109
Schaltalgebra 474, 476, 477, 479,
488
Schaltbild 49
identische 51
Schaltdioden 401
Schaltfunktion 477, 478
Schalthysterese 473, 514
Schaltnetz 478
Schaltplan 49
Schalttransistor 465, 466, 479
Schaltung, integrierte 36, 481,
499, 503
Schaltungen, gemischte 174, 197
Schaltvorgänge 126, 149, 162, 416
Schaltwerk 479
Schaltzeichen 49
digitale 482
Scheinleistung 288, 289, 290, 292,
346
Scheinleitwert 237, 327
Scheinwiderstand 237, 248, 250,
277, 287, 288, 292, 310, 314,
318, 322
Schichtwiderstand 71, 281
Schiebepotenziometer 76
525
Schleifenverstärkung 440, 504
Schmitt-Trigger 473, 474, 487
Schnittbandkern 294
Schraubenregel 97, 295
Schutzdiode 399
Schutzwiderstand 69, 364, 485
Schwellwertschalter 473
Schwingkreise 307, 325, 327, 331,
333, 335, 336
Bandbreite 326
Zeitverhalten 329
zusammenschalten 334
Schwingung, gedämpfte und
ungedämpfte 329
Sekundärelement 119
Sekundärspule 293, 294, 297,
299, 332, 333
Sekundärwicklung 293, 294, 295,
296, 298, 302, 303, 304, 305,
397, 398
Selbstentladung 152
Selbsterregung 440
Selbstinduktion 105, 107, 115,
157
Selbstinduktionsspannung 107,
241
Selektion 317, 320, 326, 328
Selektivverstärker 463
Serienschaltung 48, 315
settling time 507
Shannon 476
Shunt 170, 171, 197
Siebglied 315, 316
Siemens 43, 448
Signal
analoges und digitales 202, 473
Silizium 28
Simulation 184, 399
Sinusfunktion 47, 199, 200, 233
Sinuskurve, Entstehung 202
SI-System 38
Skalarfeld 92
Skineffekt 110, 282, 284, 310
slew rate 508
SMD-Bauteile 76, 78
SOAR-Diagramm 426
Sollwert 71
Source 489
Sourceschaltung 496, 497
Spannung, elektrische 29, 31
Spannungsabfall 65
an Leitungen 141
Spannungsanpassung 126
Spannungsdurchschlag 90
Spannungseinbrüche 87
Spannungsfehlerschaltung 147
526
Stichwortverzeichnis
Spannungsgegenkopplung 438,
445
Spannungskomparator 514
Spannungsmessung 144, 145, 147
Spannungsquelle 27
Spannungsreihe,
elektrochemische 118
Spannungsresonanz 311, 316,
336
Spannungsrückwirkung 416, 421,
429, 430, 435, 448, 449, 450
Spannungs-Steuerkennlinie 418,
419, 430
Spannungsteiler 70
belasteter 172, 173, 174
spannungsgesteuerter 498
Spannungsteiler-Formel 133,
172, 188, 189
Spannungsteilerregel 111, 167,
195
Spannungsverdoppler-Schaltung
501
Spannungsverstärkung 414, 424,
430, 431, 434, 436, 440, 445,
447, 458, 496, 497, 503, 510, 511
Spartransformator 305
Speicherzeit 372, 380, 467, 468,
491
Spektrum 218, 224
Sperrbereich 263, 271, 369, 370,
371, 383, 396, 415, 427
Sperrbetrieb 415
Sperrkreis 325, 326, 327
Sperrrichtung 365
Sperrschicht 363
Sperrschicht-FET 490, 492, 493,
495
mit N-Kanal 492
Sperrschichtkapazität 373, 381,
458
Sperrschichttemperatur 376, 377,
378, 388
Sperrspannung 366
Sperrstrom 366
Sperrverzögerungszeit 372, 373,
500
Spitzenwert 204, 397
Spitze-Spitze-Wert 205, 213, 397
Sprungantwort 201
Sprungfunktion 201
Spule
ausschalten 158, 159
einschalten 157, 162
ideale 110, 241, 242, 243, 248,
276, 307
im Wechselstromkreis 241,
242, 243, 247
mit Kern 100, 108
Verwendungszweck 109
Wirkungsweise 98
Spulengüte 110
Spulenkörper 110, 294, 295
Stabilisierung 384, 387, 403, 419,
460, 497
kleiner Gleichspannungen 403
Stabilisierungsfaktor
absoluter 387
relativer 387
Stabilität 110, 122, 491
Stabmagnet 94, 96, 97, 103
stationärer (eingeschwungener)
Zustand 149
Steilheit
eines FETs 494
eines Transistors 430, 486
Stern-Dreieck-Umwandlung 176
Sternpunkt 338
Sternschaltung 176, 177, 197,
338, 339, 340, 341, 342, 343,
344, 347
Stoff 19
unpolare und polare 82
Stoffgemische 20, 21
Störfestigkeit 224
Störstellenleitung 35
Störungen 87, 88, 122, 201, 223,
224, 284
Strang 337, 338, 345
Strangspannung 338, 339, 341,
342, 343, 344, 346, 348
Streufaktor 299
Streufeld 293, 300
Streuinduktivitäten 294, 300
Strom
eingeprägter 126
elektrischer 19, 27, 42, 47
Stromanpassung 126, 127
Strombegrenzung
durch Vorwiderstand 69
einstellbare 121
Stromdichte 59, 60, 61, 282
Stromfehlerschaltung 147
Stromgegenkopplung 438, 443,
445, 459, 462
Stromkreis 48
linearer 46
Stromlaufplan 49
Strommessung 143, 144, 145, 170
Stromquelle 30, 128, 178, 187,
188, 195, 197, 280, 424, 449,
450, 456, 462
Stromresonanz 323, 336
Stromrichtung, technische 50,
174
Stromstärke 40
Strom-Steuerkennlinie 418, 419,
421, 422, 448
Stromteilerregel 167
Stromverdrängung 282
Stromversorgung 117, 129, 141,
289, 396, 482, 500
Stromverstärkung in
Basisschaltung 423, 485
Stromverstärkung in
Kollektorschaltung 424, 485
Stromverstärkung,
Abhängigkeiten 424
Stromverzweigung 70, 163, 172,
179, 349
Stützkondensator 85, 87
Substrat 491
Subtrahierer 483
Superpositionsprinzip 63, 188
Systemfunktion 255
T
Tandempotenziometer 76
Tantal-Elektrolytkondensator 90
Tastverhältnis 209
Tautologie 477
TAZ-Dioden 390
Temperaturabhängigkeit 73, 374,
388, 491, 494
Temperaturdrift 374, 416, 460
Temperaturkoeffizient 39, 74, 78,
388 der Z-Diode 388
Temperaturspannung 368, 429
Temperaturstabilität 419
Tesla 99, 114
Thomson-Gleichung 310
Tiefpass 1. Ordnung 264
Toleranz 71, 72, 134, 135, 136,
139, 170
Tonfrequenzbereich 203
Träger 31, 36, 41, 382
Trägerspannung 381, 382
transconductance 494, 508
transconductance amplifier 508
Transferstrom 410
Transformation der Spannungen
296
Transformation der Stromstärken
296
Transformation des Widerstandes
297
Transformator 101, 104, 289,
293, 304, 305
Stichwortverzeichnis
Funktion 106
realer 299
verlustloser, streufreier 295
transimpedance amplifier 509
Transistor
als Schalter 399, 414, 464, 465,
469, 487
als Verstärker 407, 411, 413,
414, 418
als Verstärker
(Emitterschaltung) 414
Aufbau 406
bei hohen Frequenzen 433, 434,
437
Betriebsarten 413, 415
Bezugsrichtungen 407
bipolarer 405, 406, 485
Definition der Schaltzeiten 467
dynamisches Schaltverhalten
466
formale Ersatzschaltung 446,
487
Grundschaltungen 412
h-Parameter
(Hybridparameter) 447, 448,
449, 487
Kennlinien 416, 447
Leitwertparameter 447
physikalische Ersatzschaltung
450
Schalten einer Last 469
Schalterbetrieb 414
Spannungssteuerung 419
Streuparameter 447
Stromsteuerung 419
unipolarer 405
Verkürzung der Schaltzeiten
467, 468
Vierpolgleichungen 446
Wahl des Arbeitspunktes 425,
486
wann leitet er 411
Wirkungsweise 408
Transitfrequenz 425, 434, 486,
507
Trennen von Gleich- und
Wechselspannung 88
Trennschärfe 315, 317
Trigger 471
Trigonometrische Form 227
Trimmer 76, 77, 78, 90
Trimmkondensator 90
Trockenbatterie 118
TTL-Technik 481
Tunneleffekt 382
U
Überanpassung 126
Übergangswiderstand,
thermischer 377
Übergangszeit 372
Überlagerungsprinzip 63
Überlagerungssatz 187, 188, 190,
191, 193, 194, 198, 349, 360
Übersetzungsverhältnis 296, 301,
302, 330
Übersprechen 280, 284
Übersteuerungsbereich 417
Übersteuerungsfaktor 417, 466,
467
Übertemperatur 75, 500
Übertrager 293
idealer 297, 298, 301, 302, 305
verlustlos, mit Streuung 298
Übertragungsfunktion 255, 256,
261, 262, 264, 265, 267, 269,
271, 274, 277, 355, 359, 442
normierte 261
UKW-Rundfunk 382
Umgebungstemperatur 74, 75,
78, 117, 377, 378, 379, 388, 426,
451
Ummagnetisierungsverluste 100,
110, 282, 284, 295, 310
Umwandlung von Quellen 178
Univibrator 471
Unteranpassung 126
Urspannung 123
UVW-Regel 104, 105
V
Vakuum 84, 85, 93, 100
Valenzelektronen 24, 25, 27, 32,
33, 35, 117, 366, 367, 375
var 287, 292
Varaktor 381
Varikap 381
Varistor 78
Vektorfeld 92
Verarmungstyp 490
Verarmungszone 362
Verbindung, chemische 20, 21
Verbindungszweige 179, 180,
181, 182, 355
Verbraucher 47
Verknüpfung
NICHT~ 476
ODER~ 401, 402, 476, 477, 478
UND~ 401, 402, 476
Verknüpfungsvorschrift 478
Verluste
im Kondensator 283
527
in Spulen 110, 281
Verlustfaktor
einer Spule 281, 284
eines Kondensators 284
Verlustleistung 58, 69f., 110, 121,
125f., 128, 133, 135, 140ff., 166,
169, 295, 371f., 375ff., 384ff.,
407, 426, 431f., 482, 491, 499
Verlustleistungshyperbel 386, 426
Verlustwinkel 39, 281, 284
Verstärker
invertierender 510
nicht invertierender 509
Verstärkerbetrieb 413, 415, 426,
444, 496
Verstärkerstufe 298, 330, 420,
433, 436, 438, 439, 442, 444,
453, 455, 457
Verstärkerstufen 298, 436, 439,
458
Verstärkung 126, 260, 383, 405,
413, 419f., 434, 437ff., 453ff.,
458, 461ff., 480, 487, 497, 503f.,
506, 510f., 513
Verstärkungsänderung, relative
441
Verstärkungs-BandbreiteProdukt 438, 443, 507
Verstärkungsfaktor 259
Verstärkungsmaß 259
Verstimmung, absolute und
relative 317
Verzerrung 224, 413, 498
Verzerrungsbereich 427
Vierpol 196, 255, 263, 298, 446,
450
Vierquadranten-Kennlinienfeld
421, 448
Vollweggleichrichter 397, 398
Volt 41, 43
Voltmeter 143
Erweiterung Messbereich 146
Vorwärtsbetrieb 413, 415
Vorwiderstand 69
W
Wahrheitstabelle 478, 483, 484
Wahrheitswerte 476
Wärmebewegung der Elektronen
28
Wärmedurchbruch 367
Wärmeleistung 143, 206, 375
Wärmeleitfolie 378
Wärmeleitung 375
Wärmeschwingungen der
Atomrümpfe 29
528
Stichwortverzeichnis
Wärmestrom 375, 376, 377
Wärmeströmung 375
Wärmeverluste 58, 101
Wärmewiderstand 375, 376, 377,
378, 379
Wasserstoff 20, 21, 22, 23, 118,
120
Watt 56
Weber 101
Wechselgröße 200, 204, 205, 207,
208, 211, 213, 215, 220, 224,
234, 437
Wechselgröße mit Offset 200
Wechselspannung
Definition 47
mit Offset 88
Zeitfunktion 199
Wechselspannungsverstärkung
416, 430, 431, 433, 434, 436,
444, 445, 451, 452, 453, 454,
455, 486, 487
Wechselstrom
Definition 47
Zeitfunktion 199
Wechselstromgenerator 337
Wechselstrommessbrücke 358
Wechselstromverstärkung 422,
423
Wellenlänge 40, 204, 213, 383
Wendelpotenziometer 76
Wicklungskapazitäten 294, 300
Wicklungsverluste 281
Wicklungswiderstand 66, 74, 110,
139, 281, 284, 297, 300, 301,
317, 469
Widerstand
ausschalten 149
bedrahteter 76
Definition 28, 29, 42, 43
differenzieller 372
dynamischer 372
einschalten 149
fester 70, 71, 78
Foto~ 78
Heißleiter~ 78
im Wechselstromkreis 239,
240, 241
induktiver 241, 309
Kaltleiter~ 78
kapazitiver 244, 246
LDR~ 78
NTC~ 78
ohmscher 46, 64, 78, 157
PTC~ 78
spannungsabhängiger 78
spezifischer 65
steuerbarer 498
veränderbarer 76
Widerstandsbereich, negativer
383
Widerstandsgerade 391, 392, 393,
394, 395, 469
Widerstandskennlinie 46
Widerstandslos 51, 141
Winkelgeschwindigkeit 204, 212,
232, 234, 337
Wirbelfeld 96
Wirbelströme 101, 110, 283, 294,
333
Wirbelstromverluste 101, 283,
284, 294
Wirkleistung 285, 286, 287, 288,
289, 290, 291, 292, 346
Wirkleitwert 237, 240
Wirkungsgrad 58
Wirkwiderstand 236
Z
Zahlensystem, binäres 400
Zählpfeile 52, 53
Zählpfeilsystem 53, 180
Z-Diode 384, 385, 386, 387, 388,
389, 395, 397, 403
Zeigerbild 215, 229, 230, 231, 288
Zeigerdarstellung von
Sinusgrößen 214
Zeigerdiagramm 214
Zeigerinstrument 145
Zeitkonstante 40, 151, 153, 154,
155, 157, 158, 161, 162
Zeitschalter 471
Zenerbereich 366, 385
Zenerdurchbruch 366, 387, 404
Zenereffekt 367, 375, 387
Zink/Kohle-Batterie 119
Zusammenfassung von
Bauelementen 138, 197
Zusammensetzung von
Wechselspannungen 216
Zweig 179
Zweigspannung 179, 188
Zweigspannungen 180, 184, 187
Zweigstrom 179, 188
Zweipole 131, 132, 133, 163, 390
Zweitor 196, 446
16.03.2011
15:19 Uhr
Seite 1
FRANZIS
65078-6 U1+U4
ELEKTRONIK
Leonhard Stiny
Grundwissen
ELEKTRONIK
Leonhard Stiny
6. erweiterte und
aktualisierte Auflage
• Elektrische Größen, Schaltbilder, Quellen
• Wirkungsweise und Verwendungszweck
von Bauelementen
• Gleich- und Wechselstromtechnik
• Einschwingvorgänge
• Analyse von Netzwerken
• Komplexe Wechselstromrechnung
• Fourier-Analyse, Übertragungsfunktion, Bodediagramm
• Filter
• Transformatoren, Übertrager
• Schwingkreise, Drehstrom
• Halbleiterdioden
• Bipolare Transistoren,
Feldeffekttransistoren
• Digitaltechnik
• Operationsverstärker
Über den Autor:
Leonhard Stiny ist Dipl.-Ing. Univ. der Elektrotechnik. Vor dem Ruhestand war er als Abteilungsleiter in der Elektronikentwicklung
tätig. Zurzeit ist er Dozent an der IHK München
und Lehrbeauftragter an der Fachhochschule Regensburg für das Fach „Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik“.
Elektrotechnik
Zahlreiche Abbildungen, Beispiele und Schritt-für-Schritt-Anleitungen erleichtern die Einführung. Die theoretische Darstellung
wird ergänzt durch zahlreiche Bezüge zur Praxis. Den einzelnen
Abschnitten zugeordnet sind Übungsaufgaben mit ausführlichen
Lösungen, die der Vertiefung des Stoffes dienen. Zusammenfassungen am Ende der Kapitel heben das Wesentliche hervor. Von
den Grundlagen der Elektronik bis zur Kenntnis elektrischer Schaltungen vermittelt dieses Buch die Grundzüge des Faches und kann
zugleich als zuverlässiges Nachschlagewerk verwendet werden.
Aus dem Inhalt:
Grundwissen
Dieses Buch ist für all diejenigen gedacht, die sich mit den
Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik näher beschäftigen wollen oder müssen. Auszubildende elektrotechnischer Berufe, Schüler weiterführender Schulen, Berufserfahrene, die ihr Wissen auffrischen wollen, Hobbyelektroniker, aber auch Studierende der Elektrotechnik oder einer verwandten Fachrichtung finden hier alles, was sie über Theorie
und Praxis der Elektrotechnik wissen sollten.
6. erweiterte und
aktualisierte Auflage
Elektrotechnik
ISBN 978-3-645-65078-6
ISBN 978-3-645-65078-6
Stiny
Euro 39,95 [D]
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6. erweiterte und
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Elektrotechnik
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