HANDBUCH
F Ü R H O C H F R E Q U E N Z - UND E L E K T R O - T E C H N I K E R
VIII. BAND
Mit Beiträgen von
G. Cießow, Ing. • Dipl.-Ing. H. Dominik • H. W. Eidbeck, Ing.
Ing. (grad.) W. Gerber • Dr.-Ing. H. te Gude • Dr.-Ing. K. Hoft'mann Dipl.-Ing. 0 . Krumpholz • Dipl.-Ing. H.-H. Lamprecht
Dipl.-Ing. S. Maslow8ki • Dr.-Ing. G. Raabe Dr. H. Rechberger • J. Schürmann, Ing. • Dipl.-Ing. W. Stösser
Dr. rer. nat. H.-J. Thuy • Ing. (grad.) G. Wegner Prof. Dr.-Ing. F. Winckel
unter Mitarbeit der Redaktionen F U N K - T E C H N I K und I N T E R N A T I O N A L E E L E K T R O N I S C H E R U N D S C H A U
Herausgeber:
Ing. (grad.) K u r t K r e t z e r Chefredakteur
VERLAG FÜR R A D I O - F O T O - K I N O T E C H N I K GMBH B e r l i n 52 ( B o r s i g w a l d e )
I N H A L T
Technologie moderner Halbleiterbauelemente für die Hocb- und Höchstfrequenztechnik
Bearbeiter: Dr.-Ing. Gerhard Raube
I. E i n l e i t u n g 29 I I . P h y s i k a l i s c h e G r u n d l a g e n d e s T r a n s i s t o r s 29
1. Leitungsvorgang im Halbleiterkristall 29 2. Bewegungsablauf der Ladungsträger 32 3. Zeitlicher Abbau von Konzentrationsstörungen 33
4. PN-Übergang 34 5. Transistor 36 6. Physikalische Einflüsse am realen Transistor 41
I I I . H a l b l e i t e r m a t e r i a l i e n 43 1. Physikalische Eigenschaften 43 2. Verfahren zur Herstellung von Kristallen 44
IV. B i p o I a r e T r a n s i s t o r k o n s t r u k t i o n e n 49
1. Legierungstransistor 49 2. Drifttransistor 52 3. Legierungsdiffusionstransistor 54
4. Mesatransistor 56 5. Planartransistor 60 V. I n t e g r i e r t e H a l b l e i t e r s c h a l t u n g e n 65
1. Allgemeines 65 2. Aufbau monolithischer Schaltungselemente 66
a) Isolierung 66 b) Transistoren 67 c) Dioden 68 d) Widerstände 69 e) Kondensatoren 71 f) Induktivitäten 71 g) Leitbahnen 72 3. Aufbau monolithischer Halbleiterschaltungen 72
4. Technologische Herstellung integrierter Schaltungen 73
VI. U n i p o l a r e T r a n s i s t o r k o n s t r u k t i o n e n 76 1. Sperrschichtfeldeffekttransistor 76 2. MOS-Feldeffekttransistor 78
V I I . S c h r i f t t u m 81 Sachwörter 729
Grundlagen und Anwendungen von Feldeffekttransistoren
Bearbeiter: Josef Schürmann, Ingenieur
I. E i n l e i t u n g 85 I I . T h e o r i e 87 I I I . T e c h n o l o g i e 89
1. Sperrsehicht-FET 89 a) Allgemeines 89 b) Aufbau 89 2. MOS-FET 92
a) Allgemeines 92 b) Verarmungs-MOS-FET 93 c) Anreicherungs-MOS-FET 94 3. ISasismaterialien und Ausführungsformen 94
IV. E i g e n s c h a f t e n u n d P a r a m e t e r 96
1. Kennlinien 96 2. Temperaturabhängigkeit 98
3. Ersatzschaltbild in Source-Schaltung 100
a) Allgemeines 100 b) y-Parameter 101 4. Ersatzschaltbild in Gate-Schaltung bei hohen Frequenzen . . 104
V. B a u s c h e n 107 VI. A n w e n d u n g e n 109
1. Stabilisierung des Arbeitspunktes 109
a) Allgemeines 109 b) Stromstabilisierung 110 c) Steilheitsstabilisierung 111 2. Auslegung von HF-Stufen 111
a) Allgemeines 111 b) Verstärkung und Stabilität 112
c) Source-Schaltung 114 d) Gate-Schaltung 117
e) Mischstufen 119 3. JTF-Stufen 120
a) Drain-Schaltung 120
Inhalt 9 b) Source-SchaUung 121
VII. S c h r i f t t u m 122 Sachwörter 730
Entwicklungen auf dem Gebiet der integrierten Mikroelektronik
Bearbeiter: Dr. rer.nat. Hans-Joachim Thuy, Heinz Wilhelm Ehlbeck, Ingenieur
I. A l l g e m e i n e s 125 1. Gliederung der Mikroelektronik 125
2. Definition der integrierten Mikroschaltung 127 3. Sinn und Zweck integrierter Mikroschaltungen 127 I I . Ü b e r s i c h t ü b e r d i e I n t e g r a t i o n s t e c h n o l o g i e n ( V e r -
f a h r e n u n d M ö g l i c h k e i t e n ) 129 1. Gedruckte Schaltung 129 2. Filmschaltungen (Siebdruck) 130
a) Passive Schaltelemente (Leitbahn, Widerstand, Kondensa-
tor, Abschirmung, Spule) 130 b) Einbau von Transistoren und Dioden 133
c) Varianten der Filmschaltung 134 d) Zusammenfassung der Vor- und Nachteile und elektrische
Daten 137 3. Integrierte Halbleiterschaltungen 137
a) Herstellung der Schaltelemente (Widerstand, Leitbahn, Kon-
densator, Dioden und Transistoren) 137 b) Zusammenfassung der Vor- und Nachteile und elektrischen
Daten 140 c) Maskentechnik 142 4. Spezielle Halbleiterintegrationstechniken 144
a) Beam-lead-Technik 145 b) Oxyd-Isolationstechnik 146 c) Integrierte Halbleiterschaltungen mit aufgedampften Dünn-
filmwider ständen 147 d) Integrierte Schaltungen mit MOS-Transistoren 148
5. Montagetechniken und Gehäuseformen für integrierte Halb-
leite rschaltungen 150 I I I . I n t e g r i e r t e S c h a l t u n g e n f ü r d i g i t a l e A n w e n d u n g . . . 155
1. Grundschaltungen 155 2. Schaltungsfamilien 158 3. Integrierte Großschaltkreise 164 IV. L i n e a r e i n t e g r i e r t e S c h a l t u n g e n 166
1. NF-Kleinsignalschaltungen 166 2. HP-Kleinsignalschaltungen 169 3. NF-Leistungsschaltungen 174
V. S c h r i f t t u m 176 Sachwörter 732
Gleichrichterzellen und Thyristoren
H a l b l e i t e r b a u e l e m e n t e h o h e r L e i s t u n g Bearbeiter: Günter Cießow, Ingenieur
I . E i n l e i t u n g 179 I I . P h y s i k a l i s c h e G r u n d l a g e n 180
1. PN-Übergang (Gleichrichterzelle) 180
2. Transistor 182 3. Thyristor 183 I I I . H e r s t e l l u n g 184
1. Siliziumeinkristall 184 2. Element der Gleichrichterzelle 185
3. Element des Thyristors 185
4. Gehäuse 186 IV. S t a t i s c h e u n d d y n a m i s c h e E i g e n s c h a t t e n v o n G l e i c h -
r i c h t e r z e l l e n 187 1. Spannungsbeanspruchung 187
a) Definitionen 187 b) Kontrollierter Durchbruck (controlled avalanche) 188
c) Temperaturabhängigkeit der Spannungsfestigkeit 189
2. Strombelastbarkeit 189 a) Thermisches Ersatzschaltbild 189
b) Durchlaßstrom 190 c) Stoßstrom 191 d) Durchlaßverlustleistung 191
3. Trägheitsverhalten (Trägerstaueffekt, Trägerspeichereffekt,
Recovery-Effekt) 192 4. Parallel- und Reihenschaltung 194
aj Parallelschaltung 194 b) Reihenschaltung 195 5. Überstrom- und Überspannungsschutz 196
a) Überstromschutz 196 b) Überspannungsschutz 197 V. S t a t i s c h e u n d d y n a m i s c h e E i g e n s c h a f t e n v o n T h y -
r i s t o r e n 197 1. Spannungsbeanspruchung 197
Inhalt 11 a) Definitionen 197
b) Kontrollierter Durchbruch (controlled avalanche) 188 c) Temperaturabhängigkeit der Spannungsfestigkeit 199
2. Strombelastbarkeit 199 3. Zünden des Thyristors 199
a) Zünden durch Zündstrom 199 b) Zünden durch Überspannung in Durchlaßrichtung 200
c) Zünden durch zu hohe Spannungsanstiegsgeschwindigkeit . 200
4. Einschaltverhalten 201 a) Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit 202
b) Thyristoren mit Querfeldemilter 202
c) Einschaltverluste 203 5. Ausschaltverhalten 203
a) Trägheitsverhalten 203 b) Freiwerdezeit 204 c) Ausschallverluste 206 6. Parallel- und Reihenschaltung 206
a) Parallelschaltung 206 b) Reihenschaltung 207 VI. M e ß t e c h n i k a n H a l b l e i t e r e l e m e n t e n 208
VII. A n w e n d u n g s b e i s p i e l e 209 1. Stromrichter mit Netzkommutierung 209
a) Gleichrichter 209 b) Netzgeführte Wechselrichter 210
c) Wechsel- und Drehstromsteller 213 2. Stromrichter mit Zwangskommutierung 214
a) Pulsschaltungen (Gleichstromsteller, Chopper) 215
b) Wechselrichter 217 3. Stromrichter mit Lastkommutierung 219
V I I I . S c h r i f t t u m 221 Sachwörter 734
Fortschritte auf dem Gebiet der Elektronenröhren
R ö h r e n f ü r h o h e A n s p r ü c h e u n d S o n d o r z w e c k e Bearbeiter: Vr.-Ing. Helmuth le Gude
I. E i n l e i t u n g 225 I I . R ö h r e n f ü r d a s F e r n s e h e n 229
1. Empfänger 229 a) Farbbildröhren 229
x) Indexröhre mit üV-Indexsignal 232
ß) Dreistrahl-Lochmaskenfarbbildröhre A 63 - 11 X 234
b) Ablenkröhren 238 c) Röhren für die Hochspannungsstufe 242
d) Verstärkerröhren 244 2. Bildaufnahmeröhren 244
a) Plumbikon 245 b) SEC-Vidikon 247 c) Anforderungen an Kameraröhren 248
d) Vergleich der Kameraröhren 250 3. Röhren für Fernsehsender im Bereich IV und V 253
a) Allgemeines 253 b) Klystrons für 10- und 20-kW-Fernsehsender 255
c) Tetroden fur Fernsehsender 261 d) Fernsehumsetzer (Fernsehkanalumsetzer) 264
I I I . P h o t o e l e k t r o n i s c h e K ö h r e n 268 1. Bildwandler und Bildverstärker 268
a) Grundsätzliches 268 b) Photokatoden 271
c) Leuchtschirme 274 d) Eigenschaften von Bildwandler- und Bildverstärkerröhren . 276
e) Typen 278 f) Entwicklungen 280 g) Anwendungen 282 2. Photovervielfacher 284
a) Aufbau und Arbeitsweise 284
b) Eigenschaften 287 c) Anwendungen 289 IV. S c h r i f t t u m 293 Sachwörter 735
Statistische Qualitätskontrolle elektronischer Bauelemente und Geräte
Bearbeiter: Ing. (grad.) Georg Wegner
I . E i n l e i t u n g 297 I I . G e s a m t ü b e r b l i c k ü b e r d i e s t a t i s t i s c h e Q u a l i t ä t s -
k o n t r o l l e 297 1. Begriff „ Qualität" 297
2. Qualität keine Konstante 298 3. Statistische Qualitätskontrolle als Informationsquelle . . . 299
13
4. Aufgabe und Möglichkeiten der statistischen Qualitätskon-
trolle 299 5. Allgemcingeltuug statistischer Gesetze 299
6. Gliederung der Verfahren der statistischen Qualitätskon-
trolle nach ihren Aufgaben 300 a) Verfahren zur Qualitätsfeststellung 300 b) Verfahren zur Qualitätssteuerung 300 c) Verfahren zur Prüfung von Lebensdauer und Zuverlässig-
keit 301 d) Verfahren zum Bestimmen von Einflußgrößen 301
G r u n d l a g e n s t a t i s t i s c h e r V e r f a h r e n 302
Allgemeine Grundlagen 302 1. Häufigkeitsverteilungen 302 2. Gaußsche Normalverteilung 302 3. Parameter u und a der Gaußschen Normalverteilung . . . . 304
4. Faktor l 305 5. Statistische Sicherheit 305
6. Stichprobe 305 7. Wurzelgesetz 307 8. Zentraler Grenzwertsatz der Statistik 307
Bestimmung der statistischen Parameter
der Häufigkeitsverteilung 308 9. Mittelwert und sein Vertrauensbereich 308 10. Berechnung der Standardabweichung und die Spannweite 309
a) Exakte Berechnung 309 b) Spannweite B, 309 c) Vereinfachte Berechnung der Standardabweichung 311
d) Vertrauensbereich der Standardabweichung 311 11. Summenhäufigkeitskurve und das Wahrscheinlichkeitsnetz 311
a) Summenhäufigkeitskurve 311 b) Wahrscheinlichkeitsnetz 312 c) Grafische Bestimmung der statistischen Kennwerte . . . . 312
a) Auswerten von Stichproben kleinen Umfangs 313 ß) Auswerten von Stichproben größeren Umfangs mit
Klassenbildung 314 y) Zufallsstreubereich im Wahrscheinlichkeitsnetz 316
ö) Beispiel für die Anwendungsmöglichkeit des W-
Netzes 317 12. Bestimmen der Stichprobenkennwerte durch Auszählen . 318
a) Mittelwert als Medianwert 319 b) Standardabweichung 319
Andere Verteilungsformen 319 13. Abweichungen von der Normalverteilung 319
14. Hypergeoinetrisehe, Binomial- und Poisson-Verteilung . . 321
15. Binomialnetz 323 IV. Q u a l i t ä t s k a r t e n t e c h n i k 324
Allgemeines 324 Aufbau und Wirkungsweise von Qualitätskarten 325
Die Arten der Qualitätskarten 326
1. Qualitätskarten für Variable 320
a) TJrwertkarte 328 b) Extremwertkarte 326 c) Karten für statistische Kennwerte 327
a) x (oder x) - «-Karte 328 ß) x - Ü-Karte 328 d) Toleranzen und Grenzen auf Qualitätskarten 330
at) Aufgabe von Toleranzen 330 ß) Berechnen von Grenzen auf Qualitätskarten bei Vor-
gabe von Toleranzen 331 y) Berechnen der Grenzen von Qualitätskarten ohne
Toleranzvorgabe 332
<S) Beispiele für die Anwendung von 5t — i ä - K a r t e n . . . . 332
e) Deutung der Kurven auf x — iJ-Karten 334 f) Erläutern der Interpretierregeln am Beispiel 335 2. Qualitätskarten für Attribute und Zählergebnisse 336
a) Aufgaben und Anwendung 336 b) Aufbau und Beschreibung 336
oc) p-Karte 336 ß) «p-Karte 337 y) c-Karte 337 (5) u-Karte 337 c) Warngrenzen und Kontrollgrenzen auf Qualitätskarten für
Attribute und Zählergebnisse 337 d) Regeln zum Interpretieren von Qualitätskarten für Attri-
bute und Zählergebnisse 338 V. M e t h o d e n z u m P r ü f e n v o n L e b e n s d a u e r u n d Z u v e r -
l ä s s i g k e i t 339 Die Begriffe Lebensdauer und Zuverlässigkeit 339
1. Lebensdauer 339 2. Zuverlässigkeit 340
Voraussetzungen für Lebensdauerprognosen 340
3. Lebensdauerkurven 340 4. Gesetze der Lebensdauerverteilung 341
5. Lebensdauerangaben für einzelne Stücke eines Produktes. 342 6. Notwendigkeit von Lebensdauerprognosen und ihre Un-
sicherheit 342 7. Baffen von Lebensdauerprüfzeiten durch Überbeanspru-
chen 343
Inhalt 1 5 8. Sichtige Verteilungsform für eine Prognose 344
9. Praktisches Beispiel einer grafischen Lebensdauervoraus-
sage 344 10. Beispiel einer Röhrenentwicklung mit verschiedenen
Lebensdauerverteilungen 345 a) Erstes Beispiel: Erste Muster einer Entwicklungsserie 345
b) Zweites Beispiel: Zweite Musterserie derselben Entwick-
lungsreihe 347 c) Drittes Beispiel: Musterröhren der letzten Entwicklungs-
serie der gleichen Entwicklungsreihe 348 d) Viertes Beispiel: Muster aus der ersten Serie der Fließ-
fertigung des neuen Röhrentyps 349 11. Folgerungen aus den Lebensdauerbeobachtungen 350
a) Allgemeines 350 b) Technische Ursachen von störenden Einflüssen 351
c) Organisatorische Ursachen 351 d) Menschliche Ursachen 351
e) Ausblick 351 VI. L e b e n s d a u e r v e r t e i l u n g e n b e i G e r ä t e n u n d A n l a g e n 352
Die Störungsverteilungskurven 352 1. Unterschied zwischen der Zuverlässigkeitsprüfung von
Bauelementen und Geräten 352 2. Torrn der Störungsverteilungskurve 352 3. Störungssummenverteilung 363 4. Maßnahmen zum Verbessern der Störungsverteilung 353
Einige Begriffe zum Kennzeichnen
von Zuverlässigkeitsangaben 354 5. Mittlere störungsfreie Betriebszeit Tz 354 6. Mittlere Reparaturzeit T B ' 355
7. Verfügbarkeitsdauer A 355 8. Mittlere Störungsdauer Tat 355 9. Vergleichbarkeit von Zuverlässigkeitsangaben 356
10. Fehlerstatistik und ihre Aufgaben 35B Beispiel einer Betriebsbeobachtung 358 11. Beschreibung der Anlage und des Verfahrens 358 12. Ergebnisse beim Auswerten des Betriebstagebuches 358
13. Störungsdauer 361 14. Fehlerstatistik 361 15. Interpretation der Ergebnisse 362
16. Einflußfaktoren der Zuverlässigkeit 364
VII. S c h l u ß b e m e r k u n g e n 365
V I I I . S c h r i f t t u m 366 Sachwörter 738
Höchstfrequenz-Meßteclinik VHF • UHF • SHF
Bearbeiter: Dr.-Ing. Earl Hoffmann
I. E i n l e i t u n g 369 I I . A l l g e m e i n e P r o b l e m e b e i H ö c h s t f r e q u e n z m e s s u n g e n 369
1. Leitungslänge und Wellenwiderstand 369 2. Meßverfahren und Fehlereinflüsse 370 I I I . S t r o m - , S p a n n u n g s - u n d L e i s t u n g s m e s s u n g 373
1. Schmalbandige Meßverfahren 373 a) Gleichrichtermeßverfahren 373 b) Empfängermeßverfahren 377 2. Breitbandige Meßverfahren 378
a) Gleichrichtermeßverfahren 378 b) Meßverfahren mit temperaturabhängigen Widerständen . . 380
c) Kalorimeterverfahren 382 d) Vergleichsmeßverfahren 383 IV. W e l l e n l ä n g e n - u n d F r e q u e n z m e s s u n g 385
1. Geometrische Wellenlängenmessung 385
2. Frequenzmeßverfahren 386 a) Resonanzfrequenzmesser 386 b) Überlagerungsfrequenzmesser 388
c) Frequenzzähler 388 V. M e s s u n g e n a n Z w e i - u n d V i e r p o l e n 389
1. Prinzip der Meßverfahren 389 2. Anpassungsmessung an Zwei- und Vierpolen 391
a) Meßleitung 391 b) RefieUometer 396 c) Vergleichsmeßverfahren 399 3. Übertragungsmessung an Vierpolen 401
a) Vergleichsmeßverfahren 401 b) Knotenverschiebungsverfahren 401 4. Leitwert- und Widerstandsmessung 402
a) Zweipolmeßverfahren 402 b) Vierpolmeßverfahren 403 VI. V e r z e r r u n g s m e s s u n g 405
1. Kurvenformanalyse im Zeitbereich 405 2. Spektralanalyse im Frequenzbereich 406 VII. F e l d s t ä r k e - u n d A n t e n n e n m e s s u n g e n 407
1. Feldstärkemessung 407 2. Messung des Gewinns 408
Inhalt 17 a) Vergleichsmeßverfahren 408
b) Reflexionsmeßverfahren 409 3. Messung der Richtcharakteristik 410
a) Fernfeldmeßverfahren 410 b) Nahfeldmeßverfahren 411 4. Messung des Streuverhaltens 411 V I I I . S p e z i e l l e M e ß v e r f a h r e n 413
1. Rauschzahlmessung 413 2. Stoffkonstantenmessung 414
I X . S c h r i f t t u m 415 Sachwörter 740
Fernmessen nichtelektrischer Meßgrößen
Bearbeiter: Diyl.-Ing. Herbert Dominik
I. E i n l e i t u n g 419 1. Begriffe und Definitionen der Meßtechnik 419
2. Begriffe und Definitionen der Informationstheorie 420
I I . I n f o r m a t i o n s g e w i n n u n g 424 1. Meßumformer für elektrische Hilfsgrößen 427
2. Meßumformer für mechanische Hilfsgrößen 428
3. Kenndaten von Meßumformern 432
4. Meßsysteme 433 6. Summen- und Differenzbildung 435
I I I . I n f o r m a t i o n s ü b e r t r a g u n g 438 1. Gleichstrom-Übertragungsverfahren 438
a) Allgemeine Bedingungen 438 b) Tonfrequente Überlagerung 441
c) Beeinflussung 442 d) Wirtschaftliche Grenzen 445 2. Vielfachausnutzung der Leitungswege 446
3. Analoge Übertragungsverfahren 446 a) Frequenzvielfach-Übertragungssysteme 447
ai) Pulsfrequenz-Modulationsverfahren (PFM) 447
ß) Frecmenzvariations-Verfahren 451
b) Tonfrequenzkanäle 451 c) Zeitvielfach- Übertragungssysteme 454
dj Zusammenfassung der Analog-Übertragungsverfahren 457
4. Digitale Übertragungsverfahren 459 a) Analog!Digital- Umsetzung 460 2 HF-HANEBTJOH VIII
18
Inhaltb) Codierung 461 c) Verschiedene Übertragungsverfahren 463
d) Zeitvielfachverfahren mit Frequenz-Code-Modulation (FCM) 464 e) Zeitvielfachverfahren mit Puls-Code-Modulation (PCM) . . . 466
f) Zählwertübertragung 473 5. Wahl des Übertragungsverfahrens 473
I V . S c h r i f t t u m 475 Sachwörter 742
Nachrichtenübermittlung mit künstlichen Erdsatelliten
Bearbeiter; Dipl.-Ing. Walter Stösser
I. E i n l e i t u n g 479 1. Historischer Überblick 479
2. Gründe für Nachrichtensatelliten 480 3. Gegenüberstellung von aktiven und passiven Satelliten 481
I I . R a u m f a h r t t e c h n i s c h e P r o b l e m e 482 1. Himmelsmechanische und geometrische Beziehungen 482
2. Bahn- und Lagesteuerung 483 3. Zuverlässigkeit unter Weltraumbedingungen 483
I I I . N a c h r i c h t e n v e r b i n d u n g e n ü b e r S a t e l l i t e n 485 1. Klassifizierung der Nachrichtensatelliten 485
2. Anforderungen 487 a) Allgemeine Auslegungsprinzipien 487
b) Internationale Vereinbarungen 488
a) Einleitung 488 iö) Frequenzbereich 488 y) Übertragungsqualität 489
<5) Zulässige Satellitensendeleistung 491
3. Verkehrsbetrachtung 492 a) Punkt-zu-Punkt-Verbindung 492
b) Vielfachzugang 492 4. Modulationsverfahren 495
a) Amplitudenmodulation 496 b) Winkelmodulation 497 c) Impulsmodulation 499 5. Auslegung der Übertragungsstrecke 500
a) TF-Übertragung 502 b) T V- Übertragung 502 IV. A u f b a u d e r N a c h r i c h t e n s a t e l l i t e n 503
1. Baumfahrttechnische Einrichtungen 503
Inhalt
19
2. Nachrichtentechnische Einrichtungen 503
a) Transponder 503 a) Basisbanddurchschaltung 504
ß) ZF-Durchschaltung 504 y) HF-Durchschaltung 504
b) Antennen 506 c) Stromversorgung 507
<x) Primärenergieerzeugung 507 ß) Betriebsspannungen 507 d) Fernwirktechnik und Ortung 508 3. Realisierte Nachrichtensatelliten und Zukunftsprojekte 510
V. S a t e l l i t e n b o d e n s t a t i o n e n 510 1. Allgemeine Auslegungsprinzipien 510
a) Wahl des Standortes 510 b) Antennengröße 510 c) Bewegliche Antennen 512
a.) Vollsteuerbare Antennen 512 ß) Nur in kleinem Winkclbereich steuerbare Antennen. . . 512
d) Feststehende Antennen 512 2. Einrichtungen einer Satellitenbodenstation 512
a) Nachrichtentechnische Einrichtungen 513
«) Modulatoren und De modulator en 513
ß) Frequenzumsctzer 516
y) Sonder 516
<5) Rauscharme Vorverstärker 517 e) Übertragungssystem 517 b) Steuerungsanlage 518
a) Magnetbandsteuerung 518 ß) Eigenfeinsteuerung 519
c) Antenne 519 a) Hornparabol 519 ß) Cassegrain-Antenne 519 y) SAFE-Antcnne 520 3. Verzeichnis der kommerziell betriebenen Bodenstationen... . 522
VI. S c h r i f t t u m 522 Sachwörter 745
Laser
Grundlagen und Anwendungen Bearbeiter: Dipl.-Ing. Oskar Krumpholz,
Dipl.-Ing. Hans-Henner Lamprecht, Dipl.-Ing. Stefan Maslowski
I. Einleitung 529 II. Grundlagen 530
2*
1. Aktives Medium 531 a) Lichtverstärkung durch induzierte Emission 531
b) Anregung des aktiven Mediums 533 et) Brei-Niveau-System 533 ß) Vier-Niveau-System 633 c) Linienbreite der Verstärkung 534 2. Optischer Resonator 534
a) Wellenformen (Moden) optischer Resonatoren 534
b) Resonatortypen 536 a) Ebener Resonator 537 ß) Konfokaler Resonator 537 r) Sphärischer Resonator 540
<5) Allgemein kontokale Resonatoren 541 c) Verluste in optischen Resonatoren 542
a) Spiegelverluste 543 ß) Beugungsverluste 543 y) Verluste durch optische Bauelemente 544
d) Frequenzselektionsverfahren 545 a) Selektion eines Laserübergangs 545
ß) Modenselektion 545 I I I . E i n i g e b e k a n n t e L a s e r t y p e n 547
1. Rubinlaser 547 aj Aufbau und Anregung 547
b) Eigenschaften 548 c) Riesenimpulslaser 549 2. Helium-Neon-Gaslaser 550
a) Anregung und Aufbau 550 b) Eigenschaften 562 3. Ionengaslaser 553 4. Halbleiterlaser 554
a) Wirkungsweise und Aufbau 654
b) Eigenschaften 556 IV. A n w e n d u n g e n 557
1. Anwendungen des Lasers in der Nachrichtentechnik 557 a) Laser als Trügerfrequenzgenerator sehr hoher Frequenz 557
b) Modulation von Laserlicht 558 a) Anregungsmodulation 558 ß) Lichtmodulation mit elektro- oder magneto-optischen
Effekten 558 y) Spezielle Modulationsverfahren 562
ö) Modulatortypen für hohe Modulationsfrequenzen 563
c) Übertragung von Laserlicht. 564 d) Empfang und Demodulation von moduliertem Laserlicht . . . 565
a) Empfängertypen 565 ß) Demodulationsverfahren 566
Inhalt
21
2. Anwendungen des Lasers in Navigation und Ortung 568
3. Materialbearbeitung mit Laserstrahlen 569
4. Holografie 570 V. S c h r i f t t u m 572 Sachwörter 747
Nachrichteiivcrarbeitung unter kybernetischen Aspekten
Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. Fritz Winckel
I. E i n l e i t u n g 577 Kybernetische Begriffsbestimmung 577
I I . T h e o r i e d e r M a s c h i n e n 578 1. Begriff „Maschine" 578 2. Determiniertes und probabilistisches Verhalten 578
3. Abstrakte Automatentheorie 578 4. Theorie der generativen Grammatik 579
5. Adaptierende Systeme 579 6. Kennzeichen der Information 579 I I I . S t o c h a s t i s c h e P r o z e s s e 680
1. Definition 580 2. Brgodenhypothese 580 3. Statistische Langzeitanalyse von Sprache 581
4. Markoff-Prozeß 582 5. Gedruckte Sprache (Lautsprache) 582
6. Meßgrößen für die Informationsverarbeitung 582 7. Kegelungsvorgänge beim Sprechen 583 8. Zeitkonstanten des Regelkreises 584 9. Zeitkonstanten im tierischen Verhalten 585 10. Kommunikationsfunktion der Sprache 586 11. Physiologie der Spracherzeugung 586 12. Funktion der Artikulation 587 13. Kontrolle der Sprechaktivität 589 IV. T e c h n i s c h e S p r a c h v e r a r b e i t u n g 591
1. Strukturbehandlung 591 2. Analogcharakter der Sprache 591 3. Analysis-Synthesis-Technik 592
a) Kanalvocoder 592 b) Korrelationsvocoder 593 c) Formantvocoder 595 d) Erkennervocoder 595 4. Vocoderanwendungen 597
a) Sprachentzerrung bei Tiefseetauchern 597 b) Verlegung des Sprachbereichs für Schwerhörige 598
c) Computer im Fernsprechverkehr 600 5. Automatische Sprachlauterkennung 601
a) Erkennungsprozeß 601 b) Wort-für-Wort-Erkennung 602 c) Natürliche und formalisierte Sprache 602
d) Prinzipien der Worterkennungsverfahren 603 a) Filtersatz mit Vergleichsmatrix 605 ß) Phonetisches Dichotomie verfahren 605 y) Hochpaß-Tiefpaß-Primitiv verfahren 606
6. Ohr als Erkennungsmodell 606 7. Visuelle Zeichenerkennung 608
8. Sprachsynthese 749 V. S c h r i f t t u m . 6 1 7 Sachwörter 749
Elemente
der industriellen Automatisierungstechnik Prozeßrechenanlagen
Bearbeiter: Dr. Hermann Rechberger
I . E i n l e i t u n g 621 I I . D a t e n e r f a s s u n g 623 I I I . D a t e n a u f b e r e i t u n g 628
1. Signalverstärkung 628 a) Anforderungen an Verstärker 628
b) Grundschaltungen 629 c) Schaltungsbeispiel für einen Gleichstromverstärker 631
d) Chopper-Verstärker (ZerhackerVerstärker) 633
a) Allgemeines 633 ß) Elektromechanische Chopper 634
y) Elektronische Chopper 634 e) Beschattung von Verstärkern 634
Inhalt 23 2. Analog/Digital-Umsetzung 635
a) Zweck und Vorteile der Umsetzung 635
b) Reihenverfahren 637 x) Direkte Reihenverfahren 637
ß) Indirekte Reihenverfahren (Zeitbasisumsetzer) 638
c) Gruppenverfahren 641 dj Direkte Umsetzer für geometrische Größen 643
a) Wegumsetzer mit Basten 643 ß) Verwendung besonderer Codes 643 y) Verwendung von Doppelabtastern 644
IV. P r o z e ß r e c h n e r 644 1. Funktionsgruppensteuerungen 644
a) Anwendungsmöglichkeiten von Funktionsgruppensteuerungen 644
b) Aufbau und Wirkungsweise 645 2. Digitale Vielfachregler 647
a) Übersicht 647 b) Aufbau und Wirkungsweise 647
c) Vorteile und Grenzen digitaler Vielfachregler 648 3. Frei programmierbarer Prozeßrechner 648
a) Besonderheiten für Digitalrechner im Einsatz zur Prozeß-
automatisierung 648 b) Stellung des Rechners im automatisierten Prozeß 649
a) Zentraleinheit 649 ß) Rechnerperipherie 650 y) Datenperipherie 650 ö) Prozeßperipherie 650
c) Software 651
«) Begriffsbestimmung 651 ß) Stellung der Software für Prozeßrechner 651
y) Besonderheiten der Prozeßrechner-Software 651
On-line-Betrieb 661 Time-sharing und Programmunterbrechung 652
Realzeitverwaltung 652 Freizeitverwaltung 652 ö) Voraussetzungen für die Prozeßrechner-Software . . . . 652
dj Hardware 653 V. V e r k e h r s v e r t e i l e r 654
1. Funktion des Verkehrsverteilers 654
a) Datenverteilung 654 b) Eingabe und Ausgabe 654
c) Alarm 654 2. Aufbau 655
a) Technische Aufgabenstellung 655 b) Adressenentschlüsselung 656 c) Verschlüsselung 659 d) Eingabesteuerung 660
et) Digitaleingabe 660 ß) Analogeingabe 662 e) Ausgabesteuerung 663 f) Steuerwerk 663 g) Aufbautechnik 663 VI. V e r a r b e i t u n g d e r a u s g e g e b e n e n D a t e n 664
1. Digital/Analog-Umsetzung 664
a) Zweck 664 b) Direkte Parallelumsetzung 664
a) Umsetzung des Dualcodes 664 ß) Umsetzung dekadischer Codes 664 c) Indirekte Parallelumsetzung 667
d) Serienumsetzung 668 2. Eingriff in den Prozeß 669
a) Forderungen bei Stellantrieben 669 b) Elektrische Stellantriebe 669
a) Induktionsmotoren 669 ß) Gleichstrommotoren 670 y) Schrittmotoren 670 c) Hydraulische Stellantriebe 670
<x) Pumpengesteuerte Stellglieder 671 ß) Kolbengesteuerte Stellglieder 671 d) Pneumatische Stellglieder 671 e) Mechanische Stellglieder 672
V I I . S c h r i f t t u m 672 Sachwörter 750
Probleme und Fortschritte in der Magnetbandtechnik
Bearbeiter: Ing. (grad.) Wolfram Gerber
I . E i n l e i t u n g 677 I I . G r u n d p r o b l e m e d e r M a g n e t b a n d s p e i c h e r u n g 677
1. Abstandsverluste 677 2. Schichtdickendämpfung 679 3. Spaltschiefstellung 680
a) Wellenlängenabhängige Verluste 680 b) Berechnung der Spaltschiefstellungsverluste 681 c) Syaltschiefstellung'lpei Mehrspurbandgeräten 682 4. Entzerrung des Bandflusses bei Magnettongeräten 683
a) Allgemeines 683
Inhalt 2 5 b) Amplitudenstatistik 684
c) Normung der Entzerrung 684 ac) Entzerrung im oberen Übertragungsbereich 684
ß) Entzerrung im unteren Übertragungsbereich 685 y) Entzerrung im mittleren Übertragungsbereich 686 ä) Berechnung des genormten Bandflußverlaufs 686
I I I . M a g n e t t o n g e r a t e 687 1. Magnetköpfe 687
a) Allgemeines 687 b) Kernmaterialien 688 e) Kopfspalte 688 d) Kopfspiegel 689 e) Mehrspurköpfe 690 2. Verstarker 691
a) Allgemeine» 691 b) Magnettonverstärker 691
st) Aufnahmeverstärker 691 ß) Wiedergabeverstärker 691 y) Zusätzliche Anforderungen an Stereogeräte 692
3. Tonmotoren 693 a) Bandgeschwindigkeit 693
b) Batteriebetriebene Antriebsmotoren 693
IV. M a g n e t b ä n d e r 696 1. Aufbau und Anforderungen 696
a) Magnetschicht 696 b) Trägermaterial 697 c) Herstellung 697 2. Magnetbandtypen 698
a) Herkömmliche Magnetbänder 698 b) Spezielle Magnetbänder 698 3. Magnetische Eigenschaften 699
a) Daten 699 b) Remanenter Bandfluß und Spurbreite 699
c) Steigerung des Bandflusses 700 4. Elektrische Eigenschaften 700
a) Empfindlichkeitsverlauf mit Vormagnetisierung 700
b) Nichtlineare Verzerrungen 701
c) Löschdämpfung 702 d) Kopierdämpfung 702 e) Bauschen von Magnetbändern 703
f) Wahl des Arbeitspunktes bei Magnettongeräten 704
V. M a g n e t t o n t e c h n i k b e i F i l m u n d F e r n s e h e n 705
1. Übersicht 705 a) Einstreifenverfahren 705
b) Zweistreifenverfahren 706 et) Magnetülme 706 ß) Zweibandprojektoren 707 y) Magnetfilmgeräte 707
<5) Bandgeschwindigkeiten 709 2. Bildsynchrone Magnettonaufzeichnungen 710
a) Forderungen 710 b) Rotosyn-V'erfahren 710
ot) Prinzip 710 ß) Funktionsweise 710 y) Weitere Synchronisierverfahren 711
c) Pilottonverfahren 713 x) Prinzip 713 ß) Umspielung 714 d) Startmarkierung 715 e) Filmbearbeitung 717 VI. S p e z i e l l e G e r ä t e d e r M a g n e t b a n d t e c h n i k 717
1. Allgemeine Anwendungsgebiete 717 2. Spezielle Geräte der Magnettontechnik 717
a) Laufzeitgeräte 717 b) Anrufbeantworter 718 c) Schnellleovieranlage 719 d) Tempo- und Tonlagenregler 719
e) Kompander-V erfahren 720 3. Magnetische Bildaufzeichnung 720
a) Allgemeine Grundfragen 720 a) Band- und Kopfanordnung 720
ß) Bildqualität 721 y) Frequenzmodulation 722 b) Binkopf-Bildaufzeichnungsgeräte 722
«) Prinzipieller Aufbau 722 ß) Funktionsweise 723 VII. S c h r i f t t u m 725 Sachwörter 752 N a m e n v e r z e i c h n i s 727
S a c h w ö r t e r v e r z e i c h n i s s e 729 A n s c h r i f t e n d e r B e a r b e i t e r 755
