113.txt ************************************************************************ * Edit v1000 from 2023-09-18 to 2023-09-18 by HSc * ************************************************************************ Grundlagen Elektronik Albrecht Rost Akademie-Verlag Berlin 1983 Bestellnummer: 7631061 (6698) * LSV 1154 Seite Auszug ======================================================================== 001 UEberschrift 1 ------------------------------------------------------------------------ Inhalt 1. Darstellung von Signalen im Frequenz- und Zeitbereich 1 1.1 Grundgesetze des elektrischen Stromkreises 1 1.1.1 Elektrischer Strom- OHMscheS Gesetz 1 1.1.2 OFFSche Regein 3 1.1.3 Ersatzspannungsquelle und Ersatzstromquelle 6 1.1.4 Anpassung 7 1.2 Komplexe Darstellung elektrischer Gr6l3en 9 1.2.1 Die Zeitfunktion harmonischer Wechselspannungen und Wechselstroeme 9 1.2.2 Symbolische (komplexe) Schreibweise 10 1.2.3 Komplexer Widerstand 11 1.2.4 Zeigerdiagramm 13 1.2.5 Ortskurve 15 1.2.6 Tbertragungsfunktion 19 1.3 Signale und Spektren 20 1.3.1 FOURIER-Transformation 20 1.3.2 Entstehung hoeherer Harmonischer 27 1.3.3 Modulation 28 1.3.4 Das Einschaltproblem 31 1.3.4.1 Sprungantwort und StoBantwort 31 1.3.4.2 Loesung des Einschaltproblems bei bekannter Ubergangsfunktion 34 1.3.4.3 LAPLACE-Transformation 37 1.3.5 Abtasttheoreme und Puismodulation 43 1.3.5.1 Abtasttheorem der Spektralfunktion 43 1.3.5.2 Verschiebungssatz 45 1.3.5.3 Abtasttheorem der Zeitfunktion 46 1.3.5.4 Puismodulation 47 2. Schaltungen mit passiven Bauelementen 50 2.1 Passive Bauelemente 50 2.1.1 Widerstaende 52 2.1.1.1 Festwiderstaende 54 2.1.1.2 Veraenderbare Widerstaende 54 2.1.1.3 Thermische Belastbarkeit 55 2.1.1.4 Rauschen 56 2.1.1.5 Temperaturabhaengige Widerstaende 57 2.1.1.6 Spannungsabhaengige Widerstaende 59 2.1.2 Kondensatoren 60 2.1.2.1 Kapazitaet und Dielektrizitaetskonstante 60 2.1.2.2 Ersatzschaltung des realen Kondensators 62 2.1.2.3 Festkondensatoren 63 2.1.2.4 Veraenderbare Kondensatoren 65 2.1.3 Induktivitaeten 65 2.1.3.1 Selbstinduktion und Gegeninduktion 65 2.1.3.2 Aufbau und Eigenschaften von Induktivitaeten 66 2.1.3.3 Induktivitaet mit Luftspalt 2.1.3.4 Transformator 71 2.2 Lineare passive Netzwerke 74 2.2.1 Siebschaltungen 74 2.2.1.1 Hochpasz 75 2.2.1.2 Tiefpasz 76 2.2.1.3 BODE.Diagrarnm 77 2.2.1.4 UEbertragung von Rechteckspannungen 79 2.2.1.5 Bandpasz und Bandsperre 84 2.2.2 Phasenschieber 86 2.2.3 Schwingkrese 88 2.2.3.1 Serienschwihjkreis 88 2.2.3.2 Parallelschwingkreis 90 2.2.3 3 Parallelschwingkreis mit Spulenverlusten 92 2.2.3.4 Der nichtstationaere Zustand 92 2.2.3.5 Gekoppelte Schwingkreise 94 2.3 Vierpole 96 2.3.1 Vierpoigleichungen und ihre Matrixdarstellung 96 2.3.2 Zusammenschalten von Vierpolen 99 2.3.3 UEbertragungsfunktionen und Wellenwiderstand 101 2.3.4 Vierpolersatzstrukturen 103 3. Leitungen 106 3.1 Vorgaenge auf Leitungen i 06 3.1.1 Leitungsgleichungen und Wellenparameter 107, 3.1.2 Ausbreitungsgeschwindigkeit log 3.1.3 Reflexionsfaktor und Stehwellenverhaeltnis I I I 3.1.4 Impedanztransforrnation 112 3.2 Anwendungen von Leitungen 116 3.2.1 Anpassung 117 3.2.2 Leitungen als Resonatoren 119 3.2.3 Schaltverhalten von Leitungen 120 3.3 Spezielle Leitungen 1231 3.3.1 Paralleldrahtleitung 123' 3.3.2 Koaxialleitung 123 3.3.3 Hohileiter 1241 4. Halbleiterbauelemente 127 4.1 Grundlagen 127 4.1.1 Baenderrnodell und Besetzungswahrscheinlichkeit 127 4.1.2 Eigenleitung 130 4.1.3 Stoerstelleneitung 133 4.2 Bauelemente mit homogenem Haibleiter 136 4.2.1 Haibleiterthermoelement 136 4.2.2 Fotowiderstand 137 4.2.3 HALL-Generator 137 4.2.4 GUNN-Diode 139 4.3 pn-Ubergang 140 4.3.1 Verhaeltnisse am stromlosen pn-Ubergang 140 4.3.2 Berechnung der Diffusionsspannung 142 4.3.3 Sperrschichtweite 144 4.3.4 Stromdurchflossener pn-Ubergang 146 4.3.5 Berechnung der Strom-Spannungs-Kennline 149 4.3.6 Reale Diodenkennlinie 152 4.3.7 Ersatzschaltung einer Diode 155 4.3.8 UEbergangsverhalten 157 4.4 Haibleiterdioden 158 4.4.1 Gleichrichtung 158 4.4.1.1 Gleichrichtergrundschaltungen 159 4.4.1.2 Gleichrichter mit Ladekondensator 161 4.4.1.3 Spannungsvervielfacher 162 4.4.1.4 Gleichrichtung bei hohen Frequenzen und Schalteranwendungen 163 4.4.1.5 Technische Ausfuhrungsformen von Gleichrichterdioden 164 4.4.2 Z-Dioden 166 4.4.3 Kapazitaetsdioden 168 4.4.4 Tunneldioden 168 4.4.5 Fotodioden 172 4.4.6 Lumineszenzdioden 173 4.4.7 Metall-Haibleiter-Ubergang 174 4.4.8 Spezialdioden 176 4.4.8.1 Speicherschaltdiode 176 4.4.8.2 Lawinenlaufzeitdiode 177 4.4.8.3 pin-Diode 177 4.5 Bipolartransistor 178 4.5.1 Wirkungsweise des Transistors 178 4.5.2 Transistorgrundschaltungen und ihre Gleichstromkenngroeszen 180 4.5.3 Beschreibung der Kleinsignaleigenschaften 181 4.5.3.1 Beschreibung des Transistors durch Vierpolparameter 182 4.5.3.2 I 84 Transistorkennlinien 4.5.3.3 n i Physikalische Ersatzschaltung des Transistors Emitterschaltung fuer tiefe rans Frequenzen 185 4.5.3.4 Transistorkapazitaeten - die vollstaendige Ersatzschaltung 187 E 4.5.3.5 I 88 Frequenzabhangigkeit der Stromverstaerkung 4.5.4 Der Transitor als Verstaerker - die aligemeinen Kleinsignalbetriebseigen- schaften 190 4.5.4.1 Betriebsstromverstarkung 191 4.5.4.2 Betriebsspannungsverstaerkung 191 4.5.4.3 Betriebseingangswiderstand 192 4.5.4.4 Betriebsausgangswiderstand 192 4.5.5 tlbergangsverhalten 194 x ' Inhalt 4.5.6 Temperaturabhaengigkeit des Transistors 195 4.5.7 Grenzwerte 196 4.6 Feldeffekttransistoren (FET) 197 4.6.1 Ubersicht ueber die FET-Typen 197 4.6.2 Sperrschicht-FET 98 4.6.2.1 Aufbau und Wirkungsweise 198 4.6.2.2 Kennlinien 99 4.6.3 Isolierschicht-FET 200 4.6.3.1 Aufbau und Wirkungsweise 200 4.6.3.2 Kennlinien 202 4.6.4 Ersatzschaltung und Vierpoldarstellung der FET 203 4.6.5 MISFET-Tetrode 203 4.7 Thyristor 204 4.7.1 Aufbau und Wirkungsweise 204 4.7.2 Dynamische Eigenschaften 206 4.7.3 Thyristoranwendungen 208 5. Analogschaltungen 209 5.1 Transistor-Kleinsignalverstarker 209 5.1.1 Ernitterschaltung 209 5.1.1.1 Ausgangskennlinien und Arbeitsgerade 20 5.1.1.2 Einstellung des Arbeitspunktes 211 5.1.1.3 Vollstandige Emitterschaltung und Hire Ersatzschaltung fuer niedrige Fre- quenzen 214 5.1.1.4 Die Betriebsgr6l3en der Emitterschaltung 215 5.1.1.5 Emitterschaltung bei sehr tiefen Frequenzen 217 5.1.1.5.1 Einflul3 des Emitterkondensators 218 5.1.1.5.2 EinfluB der Koppelkondensatoren 219 5.1.1.5.3 Dimensionierung der vollstandigen Emitterschaltung 220 5.1.1.6 Emitterschaltung bei hohen Frequenzen 221 5.1.2 Basisschaltung 222 5.1.2.1 Vollstaendige Basisschaltung und ihre Ersatzschaltung 222 5.1.2.2 Die BetriebsgroBen der Basisschaltung 223 5.1.3 Kollektorschaltung 224 5.1.3.1 Vollstandige Kollektorschaltung und ihre Ersatzschaltung 224 5.1.3.2 Die Betriebsgr6l3en der Kollektorschaltung 225 5.1.3.3 Bootstrapschaltung 226 5.1.4 Mehrstufige Verstaerkerschaltungen 227 5.1.4.1 RC-Verstaerker in Kettenschaltung ' 227 5.1.4.2 DARLINGTON-Schaltung 228 5.1.5 Differenzverstaerker 230 5.1.5.1 Ersatzschaltung und Betriebseigenschaften 231 5.1.5.2 Differenzverstaerker mit Konstantstromquelle im Emitterkreis 233 5.1.5.3 Offsetverhalten 234 5.2 Transistor- Grol3signalverstarker 235 5.2.1 Leistungsverstarker '235 5.2.1.1 A-Verstaerker 236 5.2.1.2 Gegentakt-B-Verstaerker 237 5.2.2 Transistor als Schalter 239 I; Inhalt XI 5.3 Ruckkopplung 242 5.3.1 Gegenkopplung 243 5.3.1.1 Stabilisierung der BetriebsgroeBen 244 5.3.1.2 Vergroel3erung der Bandbreite 244 5.3.1.3 Die gegengekoppelte Emitterschaltung 245 5.3.1.4 Die Kollektorschaltung als gegengekoppelte Schaltung 250 5.3.2 251 Mitkopplung 5.3.2.1 Die Selbsterregungsbedingung 251 5.3.2.2 252 Harmonische Oszillatoren 5.3.2.3 Kippgeneratoren 254 5.4 Schaltungen mit Feldeffekttransistoren 255 5.4.1 Arbeitspunkes 2 55 Einstellung des t 5.4.2 257 FET-Grundschaltungen 5.4.2.1 257 Sourceschaltung 5.4.2.2 Drainschaltung 258 5.5 Integrierte Analogschaltungen 260 5.5.1 Operationsverstaerker (OV) 261 5.5.1.1 Eigenschaften des idealen OV 261 5.5.1.2 Der ideale OV als Spannungsverstaerker 262 5.5.1.3 Kenngroel3en und Grenzwerte realer OV 264 5.5.1.4 EinfluI3 der Eigenschaften eines realen OV 266 5.5.1.4.1 EinfluB der endlichen Leerlaufverstaerkung 266 5.5.1.4.2 EinfluB des endlichen Eingangswiderstandes 267 5.5.1.4.3 268 Einflul3 des Ausgangswiderstandes 5.5.1.4.4 Eingangs- und Ausgangswiderstand der Schaltung 268 5.5.1.4.5 269 Der reale nichtinvertierende Verstaerker 5.5.1.4.6 270 Kompensation der Offsetgroel3en 5.5.1.5 271 Anwendungsbeispiele 5.5.1.5.1 Analoge Rechenschaltungen 272 5.5.1.5.2 Mittelwertbildner 5.5.1.5.3 276 275 Impedanzwandler 5.5.1.5.4 Gleichrichter 277 5.5.5.5 278 Komparator 5.5.1.5.6 Signalgeneratoren 281 5.5.2 282 Multiplizierer 5.5.2.1 Logarithmier-Delogarithmier-Multiplizierer 283 5.5.2.2 Multiplizierer mit veraenderlicher Steilheit 283 5.5.2.3 284 Anwendungsbeispiele 5.5.2.3.1 Aiiloge Rechenschaltungen 284 5.5.2.3.2 285 Regelbarer Verstărker 285 4 5.5.2.3.3 Effektivwertmesser 5.5.3 Integrierte Spannungsregler 286 6. Digitalschaltungen 289 6.1 Grundlagen und logische Grundgesetze 289 6.1.1 Digitale und analoge Signale 289 6.1.2 290 Zahiensysteme 6.1.3 291 Codierung 6.1.4 292 - BooLEsche Algebra o XII ' Inhalt 6.1.4.1 Logische Operationen 293 6.1.4.2 Rechenregein 295 6.1.4.3 Schaltalgebra 299 6.1.4.4 Minimierung 300 6.1.5 Logische Grundfunktionen 303 6.1.5.1 Einstellige Grundfunktionen 303 6.1.5.2 Zweistellige Grundfunktionen 304 6.2 Schaltkreissysteme 307 6.2.1 Charakteristische Kenngr6I3en 307 6.2.2 Dioden-Transistor-Logik (DTL) 309 6.2.3 Transistor-Transistor-Logik (TTL) 310 6.2.4 Emittergekoppelte Logik (ECL) 3 6.2.5 Integrierte Injektionslogik (12L) 313 6.2.6 MOS-Logikschaltungen 314 6.2.7 Vergleich der Schaltkreissysteme 31 5 6.3 Grundelemente und Schaltungen der Digitaltechnik 317 6.3.1 RechenschaIngen 317 6.3.1.1 318 Binaeraddition 6.3.1.2 Bindrsubtraktion o 6.3.1.3 Binaermultiplikation und Binaerdivision 322 6.3.2 323 Astabiler Miritivibrator 6.3.3 Univibrator 324 6.3.4 r ScHMITT-Trigger 6.3.5 Speicher 326 6.3.5.1 Flipflopgrundschaltungen 327 6.3.5.2 lipflop (MSFlipflop) 329 Master-Slave-F - 6.3.5.3 330 Schieberegister 6.3.5.4 Zaehler 331 6.3.5.5 SpicherDynamischee 333 6.3.5.6 CCD-Speicher 333 6.3.5.7 niation Speicherorgas 334 6.3.6 Codeumset zer 335 6.3.7 337 Multiplexer 6.3.8 Signalumsetzer 338 6.3.8.1 Digital/Analog-Umsetzer 338 6.3.8.2 Analog/Digital-Umsetzer 339 7. Verzeichnisse 342 7.1 Haeufig verwendete Formeizeichen und Symbole 342 7.2 Ergaenzende und weiterfuehrende Literatur 346 7.3 Sachverzeichnis 349 ******* EOF ********************************************************************