ELEKTROTECHNIK
1. Gleichstrom 15
1.1. Orundgräßen und Grundbegriffe 15
1.1.1. Elektrische Ladung 15
1.1.2. Elektrischer Strom 15
1.1.3. Elektrische Spannung und Potential 16
1.1.4. Elektrischer Widerstand 18
1.1.5. OHMsches Oesetz 20
1.1.6. Elektrische Arbeit und Leistung 21
1.2. Zusammengesetzte Widerstände 22
1.2.1. Reihenschaltung von Widerständen und Spannungsteilung . . . . 22 1.2.2. Parallelschaltung von Widerständen und Stromteilung 23
1.2.3. Gemischte Schaltung von Widerständen 24
1.2.4. Dreieck-Stern-Umwandlung 25
1.3. Stromkreise und Netzwerke 26
1.3.1. Grundstromkreis 26
1.3.1.1. Darstellung mit Spannungsquelle 26
1.3.1.2. Darstellung mit Stromquelle . 27
1.3.1.3. Wirkungsgrad im Grundstromkreis 28
1.3.1.1. Anpassung 28
1.3.2. KIRCHHOFFsche Regeln 29
1.3.3. Berechnung von Netzwerken 30
1.3.3.1. Anwendung von Knotenpunkt-und Maschensatz 30
1.3.3.2. Anwendung des Überlagerungssatzes 31
1.3.3.3. Anwendung der Zweipoltheorie 32
1.3.3.4. Maschenstromverfahren 34
1.3.3.5. Knotenspannungsverfahren 34
1.3.4. Belasteter Spannungsteiler 35
1.4. Messung der elektrischen Orundgräßen 37
1.4.1. Messung von Spannung u n d Strom 37
1.4.2. Messung des Widerstandes 38
1.4.2.1. Direkte Messung 38
1.4.2.2. WHEATSTONEsche Brücke 39
1.4.2.3. THOMSONsche Brücke 40
1.4.3. Messung der Leistung 40
http://d-nb.info/211659282
2. Elektrische und magnetische Felder 42
2.1. Elektrische» Feld i n Nichtleitern 42
2.1.1. Elektrische Feldstärke 42
2.1.2. Influenz 43
2.1.3. Verschiebungsdichte, Verschiebungsfluß 43
2.1.4. Dielektrikum, Dielektrizitätszahl 44
2.1.5. Kondensatoren 45
2.1.5 1. Kapazität 45
2.1.5 2. Schaltung von Kondensatoren 45
2.1.5.3. Berechnung der Kapazität von Kondensatoren 47
2.1.5.4. Geschichtetes Dielektrikum 4 8
2.1.5.5. Ladung und Entladung von Kondensatoren 48
2.1.5.6. Kippschwingungen mit BC-Glled 50
2.1.6. Kräfte im elektrischen Feld 51
2.1.7. Energie im elektrischen Feld 52
2.2. Ströme i n räumlichen Leitern 52
2.2.1. Strömungsfeld 52
2.2.2. Stromdichte . . 5S
2.2.3. Stromdichte u n d Feldstärke 55
2.2.4. Feldstärke und Potential 58
2.3. Magnetisches Feld 5#
2.3.1. Magnetische Feldstärke 50
2.3.1.1. Gesetz von BIOT-SAVART 5 8
2.3.1.2. Durchflutungssatz 60
2.3.2. Magnetische Induktion 61
2.3.3. Magnetischer Fluß und Streuung 61
2.3.4. Relative und absolute Permeabilität 62
2.3.5. Magnetismus des Eisens 6S
2.3.6. Arten magnetischer Werkstoffe 65
2.3.7. OHMsches Gesetz des magnetischen Kreises 66
2.3.8. Berechnung eisengefOllter magnetischer Kreise 67 2.3.8.1. Unverzweigter magnetischer Kreis ohne Luftspalt 6 8
2.3.8.2. Zusammengesetzter magnetischer Kreis 08
2.3.8.3. Scherung der Magnetisierungskurve 70
2.3.8.4. Bestimmung der Induktion bei gegebener Durchflutung 71
2.3.8.5. Verzweigter magnetischer Kreis 71
2.3.9. Induktionsgesetz 72
2.3.9.1. Ruhende Spule u n d zeitlich veränderliches Magnetfeld 72 2.3.9.2. Ruhendes Magnetfeld und bewegter gerader Leiter 73
2.3.9.3. LENZsche Regel 74
2.3.9.4. Prinzip des Gleichstromgenerators 74
2.3.9.5. Wirbelströme 7 5
2.3.8.6. Skineffekt 76
2.3.10. Selbstinduktion 7«
2.3.11. Gegeninduktivität und induktive Kopplung 78
2.4. Kräfte und Energie i m Magnetfeld 80
2.4.1. Kraft auf eine bewegte elektrische Ladung 80
2.4.2. Kraft auf geradlinige Stromleiter . 80
2.4.3. Kraft zwischen 2 parallelen Stromleitern 81
2.4.4. Prinzip des Gleichstrommotors 82
2.4.5. Energie des magnetischen Feldes 82
2.4.5.1. Energie bei konstanter Permeabilität 82
2 4 5.2. Energie im eisengefüllten Kreis 83
2.4.5.3. Hysteresisarbeit 83
2.4.6. Zugkraft von Magneten 84
£.4.7. Schaltvorgänge mit Induktivitäten 85
2.4.8. HALL-Effekt 87
S. Wechselstrom 89
3.1. Orundgräßen und Orundbegri/Ie 89
3.1.1. Vorteile des Wechselstroms gegenüber Gleichstrom 89
3.1.2. Kenngrößen sinusförmiger Wechselgrößen 89
3.1.3. Zeiger-und Liniendiagramm 90
3.1.4. Addition phasenverschobener Wechselgrößen gleicher Frequenz . . 91
3-1.5. Mittelwerte sinusförmiger Wechselgrößen 92
3.1.6. Scheitel-und Formfaktor 94
3.2. Rechnen mit komplexen Größen 97
3.2.1. Grundbegriffe 97
3.2.2. Darstellungsformen komplexer Größen 98
3.2.3. Gleichheit zweier komplexer Ausdrücke 98
8.2.4. Addition u n d Subtraktion 98
8.2.5. Multiplikation 98
8.2.6. Division 99
3.3. Widerstände i m Wechselstromkreit 100
3.3.1. Keiner Wirkwiderstand 100
3.3.2. Induktiver Widerstand 100
3.3.3. Kapazitiver Widerstand 101
8.3.4. Reihenschaltungen 102
8.3.5. Parallelschaltungen 107
8 .3.6. Darstellung komplexer Größen i n Wechselstromkreisen 110
8.3.7. Umwandlung von Schaltungen 112
3.4. Leistung u n d Arbeit i m Wechselstromkreis 114
3.4.1. Augenblicksleistung 114
3.4.2. Beine Wirkleistung 114
3.4.8. Wirkleistung bei Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom 115
8.4.4. Blindleistung 116
3.4'5. Soheinleistung 117
8.4.6. Leistungsfaktor 117
8.4.7. Wirk-, Blind- und Gesamtstrom 118
8.4.8. Verbesserung des Leistungsfaktors 119
3.4.9. Leistung in komplexer Schreibweise 120
4. Besondere Wechselstromkreise 122
4.1. Zusammengesetzte Schaltungen 122
4.1.1. Komplexer Spannungs- und Stromteller 122
4.1.2. Gemischte Schaltungen 123
4.1.2.1. Parallelschaltung mit komplexen Widerstanden 123
4.1.2.2. Wechselstromparadoxon 124
4.1.2.8. 90°-Schaltung nach HUMMEL 125
4.1.2.4. JJC-Kombination m i t Fhasendrehung u m 90° 126 4.1.2.5. RC-Kombination mit Phasendrehung u m 180° 127
4.1.3. Wechselstrom-Meßbrücken 127
4.1.3.1. Einfache Kapazitätsmeßbrücke 128
4.1.3.2. WIEN-Brücke zur Kapazitätsmessung 128
4.1.3.3. WIEN-ROBINSON-Brücke zur Frequenzmessung 129
4.1.3.4. MAXWELL-Brücke 129
4.1.3.5. SCHERIN G-Brücke . 1 3 0
4.1.3.6. MAX WELL-WIEN-Brücke für Induktivitäten 130
4.1.3.7. Frequenzunabhängige MAXWELL-Brücke 131
4.2. FrcquenzverhaUen von Wechselttromkreisen 131
4.2.1. Verluste In Wechselstromkreisen 131
4.2.1.1. Verlustwinkel einer Spule 131
4.2.1.2. Verlustwinkel eines Kondensators 132
4.2.2. Reihenresonanz 133
4.2.2.1. Grundvorgang 133
4.2.2.2. Besonderheiten bei Beihenresonanz 185
4.2.2.3. Verluste bei Beihenresonanz 135
4.2.2.4. Normierte Darstellung 136
4.2.3. Parallelresonanz 138
4.2.3.1. Grundvorgang 138
4.2.3.2. Besonderheiten bei Parallelresonanz 138
4.2.3.3. Verluste bei Parallelresonanz 139
4.2.4. Übertragungsfunktion von Vierpolen 130
4.2.5. Filter . 1 4 1
4.2.5.1. RC-Glied als Hoohpaß 141
4.2.5.2. ü(?-GUed als Tiefpaß 142
4.2.5.3. AC-Kombinatlon als Bandpaß 143
4.3. Spule m i t Eiten 145
4.3.1. Eisenverluste 145
4.3.2. Kupferverluste 147
4.3.3. Induktiver Spannungsabfall 147
,4.3.4. Ersatzschaltbild der Spule mit Eisenkern 147 4.3.5. Drosselspule mit Gleichstrom-Vormagnetisierung 148
4.4. Transformator 150
4.4.1. Arten der Transformatoren 150
4.4.2. Idealer Transformator 151
4.4.3. Realer belasteter Transformator 152
4.4.4. Grundgleichungen des Transformators In komplexer F o r m . . . . 153
4.4.5. T-Ersatzschaltung des Transformators 164
4.4.6. Reduzierte Ersatzschaltung 154
4.4.7. Vereinfachtes Zeigerdiagramm des Starkstromtransformators . . . 155
4.4.8. KAPP-Diagramm 156
4.4.9. Verluste u n d Wirkungsgrad des Transformators 158
4.4.10. Spartransformator 158
4.5. Drehttrom • • • . . 159
4.5.1. Entstellung des Dreiphasenstroms 159
4.5.2. Arten der Verkettung 160
4.5.2.1. Sternschaltung 160
4.5.2.2. Dreieckschaltung 162
4.5.3. Leistung des Drehstroms 163
4.5.3.1. Messung bei Sternschaltung des Verbrauchers 163
4.5.3.2. Messung m i t künstlichem Sternpunkt 164
4.5.8.3. ABON-Schaltung 164
4.5.4. Drehstromtransformator 166
4.5.4.1. Aufbau 166
4.5.4.2. Schaltungsarten 167
5. Inversion und Ortskurven 169
5.1. Invertion komplexer Wechtelgrößen 169
5.1.1. Inversion eines einzelnen Zeigers 169
5.1.2. Wahl der Maßstäbe 170
5.1.8. Inversion von Punkten, Oeraden und Kreisen 171
5.1.3.1. Inversion eines Punktes 171
5.1.3.2. Durch den Nullpunkt laufende Gerade 171
a.1.3.3. Geraden, die nicht durch den Nullpunkt, aber parallel zu einer Achse
verlaufen 172
5.1.3.4. Oeraden, die weder durch den Nullpunkt noch achsenparallel laufen 174 5.1.3.5. Inversion eines nicht durch den Nullpunkt laufenden Kreises . . . 175
5.2. OrUturven 176
5.2.1. Begriff der Ortskurve 176
5.2.2. Maßstäbe und Maßtellungen 176
5.2.3. Ortskurven einfacher Grundschaltungen 177
5.2.3.1. L i n Beihe mit veränderlichem R 177
5.2.3.2. R u n d L i n Beihe bei veränderlicher Frequenz 179 5.2.3.3. Beihenresonanz bei veränderlicher Frequenz 180 5.2.8.4. Normierte Darstellung der Beihenresonanz 180 5.2.3.5. R und C parallel bei veränderlicher Frequenz 182
5.2.4. Ortskurven gemischter Schaltungen 183
5.2.4.1. Addition eines konstanten Widerstandes 183
5.2.4.2. Nullpunktverschiebung der Ortskurve einer gemischten Schaltung 184
5.2.4.3. Summe zweier Ortskurven 186
5.2.4.4. Punktweise Konstruktion von Ortskurven 188
E L E K T R O N I K
6. Bauelemente der Elektronik 189
6.1. Begrit/sbestimmung und Übersicht 189
6.2. Widerstände 190
6.2.1. Der Begriff „elektrischer Widerstand" 190
6.2.2. Festwlderstände 191
6.2.3. Veränderliche Widerstände 197
6.2.4. Zuverlässigkeit von Widerständen 197
6.3. Kondensatoren 198
6.3.1. Kenngrößen 198
6.3.2. Technische Kondensatoren 201
6.3.2.1. M-I-M-Strukturen 201
6.3.2.2. M-I-E-Strukturen 204
6.3.2.3. Kondensatoren m i t veränderlicher Kapazität 205
6.3.3. Zuverlässigkeit von Kondensatoren 206
0.4. Spulen 207
6.4.1. Kenngrößen 207
6.4.2. Technische Spulen 208
6.4.3. Zuverlässigkeit von Spulen 211
6.S. Balbleiterbauelemente 211
6.5.1. Physikalische Grundlagen der Halbleiter 211
6.5.2. Volumenhalblelter 216
6.5.2.1. Thermistoren 216
6.5.2.2. Varistoren 222
6.5.2.3. Foto widerstände 224
6.5.2.4. Magnetfeldabhängige Widerstände 226
6.5.3. Halbleiterdioden 228
6.5.3.1. pn-Übergänge 228
6.5.3.2. Herstellungsverfahren für pn-Übergänge 233
6.5.3.3. Gielchrichterdloden 235
6.5.3.4. Z-Dioden 240
6.5.3.5. Kapazitätsdioden 245
6.5.3.6. Tunneldioden 246
6.5.3.7. Fotodioden 248
6.5.3.8. Lumineszenzbauelemente 252
6.5.4. Feldeffekttransistoren 256
6.5.4.1. Übersicht 256
6.5.4.2. Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 259
6.5.4.3. Isolierschicht-Feldeffekttransistoren 262
6.5.4.4. Crundschaltungen m i t Feldeffekttransistoren 269
6.5.5. Bipolare Transistoren 275
6.5.5.1. Übersloht 275
6.5.5.2. Funktion a n d Eigenschaften 276
6.5.5.3. Kennlinien nnd Kennwerte 280 6.5.5.4. Temperaturabhänglgkeit der Transistoreigenschaften 283 6.5.5.5. Grundschaltungen bipolarer Transistoren 285
6.5.5.6. KQhlung von Halbleiterbauelementen 291
6.5.5.7. Fototransistoren nnd Optokoppler 295
6.5.6. Vierschichtbauelemente 296
6.5.6.1. Vierschichtdioden 296
6.5.6.2. Thyristoren 298
6.5.6.3. Gesteuerte Gleiohrlchterschaltungen 309
6.5.7. Integrierte Schaltungen 311
6.5.7.1. Begriffsbestimmung und Übersicht 311
6.5.7.2. Filmschaltkreise 313
6.5.7.8. Hybridschaltkrelse und SOS-Technik 315
6.5.7.4. Festkörperschaltkreise 316
6.5.7.5. Fertigungsablauf Integrierter bipolarer Schaltkreise 320
6.5.7.6. Digitale Schaltkreise 320
6.5.7.7. Analoge Schaltkreise 322
6.5.7.8. Mikroprozessoren 823
6.5.8. Zuverlässigkeit von Halbletterbauelementen 324
7. Analoge Schaltungen 326
7.1. Begriffsbestimmung und Übersicht 326
7.2. Berechnungsmethoden 328
7.2.1. Vierpolmethode 328
7.2.1.1. Systematik der Vierpole 330
7.2.1.2. Besohreibungsformen für Vierpole 332
7.2.1.3. Zusammenschaltung von Vierpolen 336
7.2.1.4. Widerstande u n d Übertragungsfaktoren von Vierpolen 343
7.2.2. Signalf lußmethode 347
7.2.2.1. Begriff der Rückkopplung 350
7.2.2.2. Gegenkopplungsmodelle 351
7.3. Transistorverstärker 356
7.3.1. Begriffsbestimmung n n d Übersicht 356
7.8.2. KlelnBignalverstfirker 357
7.3.2.1. Grundschaltungen 357
7.3.2.2. Schaltungen mit Gegenkopplung 360
7.3.2.3. Frequenzgang des BC-Verstärkers 365
7.8.2.4. Besonderheiten direktgekoppelter Verstärker 371
7.3.2.5. Differenzverstarker - 373
7.3.3. Leistungsverst&rker 380
7.3.3.1. Betriebsarten u n d Eigenschaften 382
7.3.3.2. Hauptparameter der Grundschaltungen 384
7.4. Verstärker aus integrierten Schaltkreisen 389
7.4.1. Operationsverstärker 390
7.4.1.1. Eigenschaften a n d prinzipieller Aufbau 390 7.4.1.2. Grundschaltungen und Anwendungsbeisplele 393
7.4.1.8. Notwendige KompensationsmaBnahmen 399
7.4.2. Komparatoren 402
7.4.8. Spezielle Integrierte Verstärker 403
7.5. Siebechaltungen 404
7.5.1. Übersieht 404
7.5.2. Passive PC-Filter 405
7.5.8. Aktive BC-Fllter 407
7.5.8.1. Tiefpässe 408
7.5.8.2. Hochpässe 412
7.5.3.3. Bandpässe 412
f.6. Oszillatoren 413
7.6.1. Begriffsbestimmung n n d Übersicht 413
7.8.2. flC-Oszillatoren 415
7.6.2.1. WIEN-Brückenoszillator 415
7.6.2.2. Phasenketten-Oszillator 418
8. Digitale Schaltungen 419
S.l. Begiflsbestimmung und Übersieht 419
S.S. Grundlagen der Schaltalgebra 420
8.2.1. Logische Punktionen 421
8.2.1.1. Identität 422
8.2.1.2. Negation 422
8.2.1.3. Konjunktion 423
8.2.1.4. Disjunktion 424
8.2.2. Bechenregeln 424
8.2.2.1. Beehenregeln für Konstanten 424
8.2.2.2. Beehenregeln für Schaltfunktionen m i t einer Variablen 425 8.2.2.8. Bechenregeln für Schaltfunktionen mit zwei oder mehr Variablen 425
8.3. Logische Verknüpfungsschaltungen 431
8.3.1. Logische Pegel 431
8.3.2. Schaltkreistechniken 433
8.3.2.1. Wlderstands-Translstor-Logik (BTL) 435
8.3.2.2. Dloden-Transistor-Logik (DTL) 442
8.3.2.3. Transistor-Translstor-Logik ( T I L ) 443
8.3.2.4. Integrierte Injektionslogik (I*L) 451
8.3.2.5. Emittergekoppelte Logik (ECL) 452
8.3.2.6. p-MOS-Standaxdtechnik 457
8.3.2.7. CMOS-Technik 461
8.3.2.8. Dynamische MOS-Technlk 463
8.3.3. Pegelanpassung 464
8.4. Kippschaltungen 466
8.4.1. Begriffsbestimmung 466
8.4.2. Blstablle Kippschaltungen 467
468 471 474 477 478 480 481 4 8 1 481 485 485 487 489 489 489 489 492 492 494 496 498 498 500 508 510 512 519 523 535 ÄS-Grundkippschaltungen
Getaktete Kippschaltungen ohne Zwischenspeicher.
Getaktete Kippschaltungen mit Zwischenspeicher . Schwellwertschalter
SCHMITT-Trigger mit Transistoren
Schwellwertschalter mit TTL-Schaltkreisen . . . . Monostabile Kippschaltungen
Monostabile Kippschaltungen mit Transistoren . . Monostabile Kippschaltungen m i t TTL-Schaltkreisen Astabile Kippschaltungen
Astabile Kippschaltungen mit Transistoren . . . . Astabile Kippschaltungen mit TTL-Schaltkreisen . Komplexe Digitalschaltungen
Begriffsbestimmung
Komplexe kombinatorische Schaltungen Grundbegriffe
Komparatoren Multiplexer Addierer Kodewandler
Komplexe sequentielle Schaltungen Register
Zähler Frequenzteiler Taktgeber Speicher Mikroprozessoren Sachwortverzeichnis Abkürzungsverzeichnis
