lementare lektronik
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Llaus Beuth/ Olaf Beuth lementare lektronik lit Grundlagen der Elektrotechnik J5., überarbeitete Auflage Vogel Buchverlag © 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 1 Elektrische Grundgrößen 1.1 Elektrische Ladung 1.2 Elektrische Spannung 1.3 Elektrischer Strom 1.4 Elektrischer Widerstand 1.5 Elektrischer Leitwert 1.6 Leiter und Nichtleiter 1.6.1 Spezifischer Widerstand 1.6.2 Leitfähigkeit 1.7 Widerstand und Temperatur 15 15 16 19 21 22 22 22 23 24 2 Elektrische Stromkreise 2.1 Ohmsches Gesetz 2.2 Unverzweigte Stromkreise, Reihenschaltung 2.3 Verzweigte Stromkreise, Parallelschaltung 2.4 Widerstandsnetzwerke 2.5 Vorwiderstände 2.6 Spannungsteiler 2.6.1 Unbelasteter Spannungsteiler 2.6.2 Belasteter Spannungsteiler 2.7 Brückenschaltung 25 25 26 28 30 30 31 31 31 33 3 Arbeit und Leistung bei Gleichstrom 3.1 Elektrische Arbeit 3.2 Elektrische Leistung 3.3 Wirkungsgrade 35 35 36 37 4 Spannungserzeuger 4.1 Urspannung und Innenwiderstand 4.2 Ersatzspannungsquelle 4.3 Reihenschaltung von Spannungserzeugern 4.4 Parallelschaltung von Spannungserzeugern 39 39 40 41 42 5 Elektrisches Feld 5.1 Grundlagen 5.2 Kapazität, Ladung, Energie 5.3 Kondensatoren an Gleichspannung 43 43 45 47 6 Magnetisches Feld 6.1 Grundlagen 6.2 Dauermagnetismus 6.3 Magnetische Kreise 6.4 Kraftwirkung magnetischer Felder ' 6.5 Induktion und Selbstinduktion 6.6 Abschirmung magnetischer Felder 6.7 Spulen an Gleichspannung 51 51 52 53 55 57 60 60 7 Wechselspannung und Wechselstrom 7.1 Sinusförmige Wechselspannungen 7.2 Sinusförmige Wechselströme 7.3 Liniendiagramm und Phasenverschiebung 7.4 Zeigerdiagramme 7.5 Nichtsinusförmige Wechselgrößen 63 63 66 67 67 69 8 Blindwiderstände und Scheinwiderstand 8.1 Induktiver Blindwiderstand und Blindleitwert 8.2 Kapazitiver Blindwiderstand und Blindleitwert 8.3 Scheinwiderstand und Scheinleitwert 71 71 72 75 9 Arbeit und Leistung bei Wechselstrom 9.1 Elektrische Leistung 9.2 Elektrische Arbeit 77 77 79 10 Mehrphasenwechselstrom (Drehstrom) 10.1 Drehstromsysteme 10.2 Anwendungen 10.3 Sternschaltung 10.4 Dreieckschaltung 10.5 Leistung und Arbeit bei Drehstrom 81 81 81 82 83 84 11 Lineare und nichtlineare Widerstände 11.1 Allgemeine Eigenschaften 11.2 Festwiderstände 11.2.1 Eigenschaften von Festwiderständen 11.2.2 Bauarten von Festwiderständen 11.3 Einstellbare Widerstände 11.4 Heißleiterwiderstände (NTC-Widerstände) 11.5 Kaltleiterwiderstände (PTC-Widerstände) 11.6 Spannungsabhängige Widerstände (VDR) 87 87 88 88 92 95 98 99 102 12 Kondensatoren und Spulen 12.1 Kondensatoren 12.1.1 Eigenschaften von Kondensatoren 12.1.2 Bauarten von Kondensatoren 12.2 Spulen 12.2.1 Eigenschaften von Spulen 12.2.2 Bauarten von Spulen 105 105 105 108 114 114 115 13 Frequenzabhängige Zwei- und Vierpole 13.1 Allgemeines 13.2 Reihenschaltung von R und C 13.3 Reihenschaltung von R und L 13.4 RC-Glied 13.5 CR-Glied 13.6 RL-Glied 13.7 LR-Glied 13.8 RC-Glied als Integrierglied 13.8.1 Arbeitsweise 13.8.2 Integrationsvorgang 13.9 CR-Glied als Differenzierglied 13.9.1 Arbeitsweise 13.9.2 Differentiationsvorgang 117 117 117 119 119 121 123 124 125 125 125 127 127 128 14 Halbleiterdioden 14.1 Arbeitsweise von Halbleiterdioden 14.2 Bauarten von Halbleiterdioden 14.2.1 Flächendioden 14.2.2 Spitzendioden 14.2.3 Leistungsdioden (Gleichrichter) 14.3 Kennwerte und Grenzwerte 14.4 Prüfen von Halbleiterdioden 14.5 Halbleiterdioden als Gleichrichter 14.5.1 Einweg-Gleichrichterschaltung (Einpuls-Mittelpunktschaltung Ml) 14.5.2 Siebkette 14.5.3 Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung (Zweipuls-Mittelpunktschaltung M2) 14.5.4 Brücken-Zweiweg-Gleichrichterschaltung (Zweipuls-Brückenschaltung B2). 14.5.5 Mehrphasen-Gleichrichterschaltungen 129 129 132 132 133 134 134 135 137 137 139 15 Halbleiterdioden mit speziellen Eigenschaften 15.1 Z-Dioden 15.1.1 Arbeitsweise 15.1.2 Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte 15.1.3 Anwendungen 15.2 Kapazitätsdioden 15.2.1 Aufbau und Arbeitsweise 15.2.2 Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte 143 143 143 144 147 149 149 150 16 Bipolare Transistoren 16.1 Bauarten bipolarer Transistoren 16.2 npn-Transistoren 16.3 pnp-Transistoren 16.4 Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte 16.4.1 Kennlinien 16.4.2 Kennwerte 16.4.3 Grenzwerte 16.4.4 Datenblätter 16.5 Transistorkühlung 16.6 Verstärker-Grundschaltungen 16.6.1 Verstärkerstufe in Emitterschaltung 16.6.2 Verstärkerstufe in Basisschaltung 16.6.3 Verstärkerstufe in Kollektorschaltung 16.7 Transistor als Schalter 16.7.1 Übersteuerungszustand und Sättigungsspannungen 16.7.2 Transistor-Schalterstufen 153 154 155 157 158 158 161 163 164 164 166 166 168 169 170 170 171 17 Unipolare Transistoren 17.1 Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 17.1.1 Aufbau und Arbeitsweise 17.1.2 Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte 17.1.3 Anwendungen 17.2 M OS-Feldeffekttransistoren 17.2.1 Aufbau und Arbeitsweise 17.2.3 Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte 17.2.4 Anwendungen 17.3 Dual-Gate-MOS-FET 173 173 173 176 178 178 178 181 184 186 ' 18 Verstärkerschaltungen 18.1 Wechselspannungsverstärker 139 140 141 187 187 18.1.1 Anforderungen 18.1.2 Mehrstufige Verstärker 18.1.3 Leistungsverstärker 18.2 Gleichspannungsverstärker 18.3 Differenzverstärker 18.4 Operationsverstärker 18.4.1 Einführung 18.4.2 Aufbau und Arbeitsweise 18.4.3 Idealer Operationsverstärker 18.4.4 Realer Operationsverstärker 18.4.5 Anwendungsbeispiele 187 189 190 190 190 191 191 192 195 19( 19( 19 Kippschaltungen 19.1 Bistabile Kippstufe 19.1.1 Schaltung und Arbeitsweise 19.1.2 Anwendungsbeispiele 19.2 Monostabile Kippstufe 19.2.1 Schaltung und Arbeitsweise 19.2.2 Anwendungsbeispiele 19.3 Astabile Kippschaltung (Multivibrator) 19.3.1 Schaltung und Arbeitsweise 19.3.2 Anwendungsbeispiele 19.4 Schmitt-Trigger 19.4.1 Schaltung und Arbeitsweise 19.4.2 Anwendungsbeispiele 19S 19< 19? 201 20: 20: 20: 20' 20' 211 21 21 21 20 Oszillatorschaltungen 20.1 Prinzip einer Oszillatorschaltung 20.2 Meißner-Oszillator 20.3 Hartley-Oszillator (Induktiver Dreipunktoszillator) 20.4 Colpitts-Oszillator (Kapazitiver Dreipunktoszillator) 20.5 Quarzoszillatoren 21 21 21 21 21 21 21 Stabilisierungsschaltungen 21.1 Schaltung zur Spannungsstabilisierung 21.2 Schaltung zur Stromstabilisierung 21 21 22 22 Integrierte Schaltungen 22.1 Allgemeines 22.2 Integrationstechniken 22.2.1 Monolithtechnik 22.2.2 Hybridtechnik 22.3 Analoge und digitale integrierte Schaltungen 22.3.1 Digitale IC 22.3.2 Analoge IC 22.4 Integrationsgrad und Packungsdichte 22.5 Vor- und Nachteile integrierter Schaltungen 22.6 Programmierbare integrierte Schaltungen 23 Thyristoren 23.1 Vierschichtdioden (Thyristordioden) 23.1.1 Aufbau und Arbeitsweise 23.1.2 Kennwerte und Grenzwerte 23.1.3 Anwendungen 23.2 Thyristoren (rückwärtssperrende Thyristortrioden) 23.2.1 Aufbau und Arbeitsweise 23.2.2 Kennwerte und Grenzwerte 23.2.3 Anwendungsbeispiele 22 22 2; Z Z Z 2! Z. Z. 2. Z. Z Z. Z. 2: 2 2 2 2 2 10 23.3 Thyristortetroden 23.3.1 Aufbau und Arbeitsweise 23.3.2 Kennwerte und Grenzwerte 23.3.3 Anwendungen 247 247 248 248 24 Diac und Triac 24.1 Diac 24.1.1 Zweirichtungsdioden 24.1.2 Zweirichtungs-Thyristordioden 24.1.3 Anwendungen von Diac 24.2 Triac 24.2.1 Aufbau und Arbeitsweise 24.2.2 Kennwerte und Grenzwerte 24.3 Steuerungen mit Diac und Triac 249 249 249 251 252 252 252 255 256 25 Optoelektronik 25.1 Innerer fotoelektrischer Effekt 25.2 Fotowiderstände 25.2.1 Aufbau und Arbeitsweise 25.2.2 Kennwerte und Grenzwerte 25.2.3 Anwendungen 25.3 Fotoelemente und Solarzellen 25.3.1 Aufbau und Arbeitsweise 25.3.2 Kennwerte und Grenzwerte 25.3.3 Anwendungen 25.4 Fotodioden 25.4.1 Aufbau und Arbeitsweise 25.4.2 Kennwerte und Grenzwerte 25.4.3 Anwendungen 25.5 Fototransistoren 25.5.1 Aufbau und Arbeitsweise 25.5.2 Kennwerte und Grenzwerte 25.5.3 Anwendungen 25.6 Leuchtdioden 25.6.1 Aufbau und Arbeitsweise 25.6.2 Kennwerte und Grenzwerte 25.6.3 Anwendungen 25.7 Opto-Koppler 25.7.1 Aufbau und Arbeitsweise 25.7.2 Kennwerte und Grenzwerte 25.7.3 Anwendungen 259 259 260 260 261 262 262 262 265 265 266 266 267 267 268 268 269 269 269 269 270 271 271 271 272 272 26 Halbleiterbauelemente mit speziellen Eigenschaften 26.1 Hallgeneratoren 26.1.1 Halleffekt 26.1.2 Hallspannung 26.1.3 Aufbau 26.1.4 Kennwerte und Grenzwerte 26.1.5 Anwendungen 26.2 Feldplatten 26.2.1 Aufbau 26.2.2 Arbeitsweise 26.2.3 Kennwerte und Grenzwerte 26.2.4 Anwendungen ^ 26.3 Magnetdioden 26.3.1 Aufbau ' 273 273 273 273 274 275 276 276 277 277 278 279 279 279 11 26.3.2 Arbeitsweise 26.3.3 Kennwerte und Grenzwerte 26.3.4 Anwendungen 26.4 Druckabhängige Halbleiterbauelemente 26.4.1 Piezoeffekt 26.4.2 Piezohalbleiter 26.5 Flüssigkristall-Bauteile 26.5.1 Flüssige Kristalle 26.5.2 Aufbau von Anzeigebauteilen 26.5.3 Anwendungen 280 280 281 281 281 282 282 282 282 284 27 Digitale Grundschaltungen 27.1 Grundbegriffe 27.1.1 Analoge und digitale Signale 27.1.2 Logische Zustände «0» und «1» 27.2 Logische Verknüpfungen 27.2.1 UND-Verknüpfung 27.2.2 ODER-Verknüpfung 27.2.3 Verneinung 27.2.4 NAND-Verknüpfung 27.2.5 NOR-Verknüpfung 27.2.6 EXLUSIV-ODER-Glied (XOR) 285 285 285 287 287 287 290 291 292 293 294 28 Digitale Codes 28.1 Darstellung von Ziffern und Zahlen 28.1.1 Duales Zahlensystem 28.1.2 BCD-Code (8-4-2-1-Code) 28.2 Weitere Binärcodes 295 295 295 297 298 29 Schaltungsanalyse 29.1 Allgemeines 29.2 Soll-Verknüpfung 29.3 Ist-Verknüpfung 299 299 299 301 30 Schaltalgebra 30.1 Grundlagen 30.2 Bestimmung der Funktionsgleichung einer Schaltung 30.3 Darstellung der Schaltung nach der Funktionsgleichung 30.4 Funktionsgleichung und Kontaktschema 30.5 Nutzungsmöglichkeiten der Schaltalgebra 303 303 304 305 305 306 31 Schaltungssynthese 307 32 Schaltkreisfamilien 32.1 Schaltungen in Relais-Technik 32.2 DTL-Technik 32.3 TTL-Technik 32.4 MOS-Technik 32.5 ECL-Technik 32.6 Pegelangaben «Low» und «High» 32.7 Positive und negative Logik 311 311 311 313 314 316 316 318 33 Flipflops 33.1 Eigenschaften von Flipflops 33.2 SR-Flipflops 33.3 T-Flipflops 33.4 JK-Flipflops 319 319 321 322 323 12 33.5 Master-Slave-Flipflops 33.6 Anwendungen 324 324 34 Digitale Auswahl- und Verbindungsschaltungen 34.1 Datenselektor, Multiplexer, Demultiplexer 34.1.1 4-Bit-zu-l-Bit-Datenselektor 34.1.2 2 x 4-Bit-zu-4-Bit-Datenselektor 34.1.3 4 x 8-Bit-zu-8-Bit-Datenselektor 34.1.4 l-Bit-zu-4-Bit-Demultiplexer 34.2 Adreßdecodierer 34.3 Busschaltungen 325 325 325 326 326 327 328 329 35 Register- und Speicherschaltungen 35.1 Schieberegister 35.2 Flipflop-Speicher 35.3 Schreib-Lese-Speicher (RAM) 35.3.1 Speicheraufbau 35.3.2 Speicherkenngrößen 35.4 Festwertspeicher (ROM) 35.5 Programmierbarer Festwertspeicher (PROM) 35.6 Löschbare programmierbare Festwertspeicher 35.7 Magnetkernspeicher 331 331 335 337 337 340 341 342 343 345 36 Zählerschaltungen 36.1 Frequenzteiler 36.2 Vorwärtszähler 36.3 Rückwärtszähler 36.4 Zähldekaden 347 347 349 350 350 37 D/A-Umsetzer, A/D-Umsetzer 37.1 Digital-Analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer) 37.1.1 Prinzip der Digital-Analog-Umsetzer 37.1.2 D/A-Umsetzer mit gestuften Widerständen 37.2 Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 37.2.1 Prinzip der Analog-Digital-Umsetzung 37.2.2 Eigenschaften von A/D-Umsetzern 353 353 353 355 355 355 355 38 Rechenschaltungen 38.1 Halbaddierer 38.2 Volladdierer 38.3 Paralleladdierschaltung 38.4 Addier-Subtrahier-Werk 357 357 358 359 360 39 Mikroprozessoren und Mikrocomputer 39.1 Der Mikroprozessor als Universalschaltung 39.2 Arithmetisch-logische Einheit (ALU) 39.3 Von der ALU zum Mikroprozessor 39.4 Mikroprozessorbausteine 39.4.1 Mikroprozessortypen 39.4.2 Mikroprozessor SAB 8080A 39.5 Zusatzbausteine für Mikroprozessoren 39.6 Mikrocomputer (Mikrocontroller) 361 361 361 364 365 365 366 370 371 Stichwortverzeichnis 373 13
