Benda Elektronik ohne Ballast

Grundlagen der Elektronik leicht verständlich
1. Auflage 2009
ISBN: 978-3-7723-3724-6
Verlag: Franzis Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 1216 Seiten

Reihe: Elektronik

Im ersten Teil des Buchs erfährt der Leser, dass ein tieferer Einstieg in die Elektronik bereits mit wenigen physikalischen Grundkenntnissen möglich ist. An zahlreichen praktischen Beispielen und Vergleichen wird aufgezeigt, dass die Beherrschung dieser Grundregeln das Pauken von 'Faustformeln' und 'Eselsbrücken' überflüssig macht. Eine theoretische, aber praktisch orientierte Minimalausrüstung ist also der Schlüssel für fundiertes Basiswissen. Die Vielzahl der vorgestellten Schaltungen basiert im Wesentlichen auf einigen Rundbauelementen, z. B. Widerständen, Kondensatoren, Dioden und Transistoren. Das Buch zeigt dem Leser die wichtigsten Kennwerte, Leistungs- und Funktionsmerkmale und erklärt anhand praktischer Beispiele die Einsatzmöglichkeiten.

Autoren/Hrsg.

Benda, Dietmar

Inhaltsverzeichnis

1;Cover;1
2;Copyright;5
3;Vorwort;6
4;Inhalt;10
5;Teil 1 Elementarstufe;28
5.1;A Grundlagen der Elektronik;28
5.1.1;1 Die Grundrechenregeln;30
5.1.1.1;1.1 Die Addition in verschiedenen Ziffernsystemen;30
5.1.1.2;1.2 Übungen;40
5.1.1.3;1.3 Die Subtraktion in verschiedenen Ziffernsystemen;42
5.1.1.4;1.4 Übungen;44
5.1.2;2 UND, ODER, EXKLUSIV-ODER und NICHT;46
5.1.2.1;2.1 ODER-Verknüpfung;47
5.1.2.2;2.2 UND-Verknüpfung;51
5.1.2.3;2.3 EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung;52
5.1.2.4;2.4 Übungen;54
5.1.2.5;2.5 Das Komplement und die Negation;55
5.1.2.6;2.6 Übungen;57
5.1.2.7;2.7 Wie subtrahiert ein Computer?;58
5.1.2.8;2.8 Übungen;60
5.1.3;3 Das ohmsche Gesetz und seine Anwendungen;61
5.1.3.1;3.1 Zusammenhang zwischen U, I und R;62
5.1.3.2;3.2 Übungen;64
5.1.3.3;3.3 Anwendung des ohmschen Gesetzes;66
5.1.3.4;3.4 Übungen;68
5.1.4;4 Die kirchhoffschen Gesetze;70
5.1.4.1;4.1 Die Reihenschaltung;70
5.1.4.2;4.2 Übungen;73
5.1.4.3;4.3 Der Spannungsteiler;74
5.1.4.4;4.4 Generator mit Lastwiderstand;75
5.1.4.5;4.5 Lineare und nichtlineare Widerstände;77
5.1.4.6;4.6 Übungen;81
5.1.4.7;4.7 Die ParalleIschaltung;81
5.1.4.8;4.8 Übungen;88
5.1.4.9;4.9 Belasteter Spannungsteiler;88
5.1.4.10;4.10 Übungen;91
5.1.5;5 Funktionen von Kondensator und Spule;93
5.1.5.1;5.1 Funktionsbetrachtung des Kondensators;93
5.1.5.2;5.2 Übungen;95
5.1.5.3;5.3 Typen von Kondensatoren;96
5.1.5.4;5.4 Funktionsbetrachtung der Spule;96
5.1.5.5;5.5 Übungen;97
5.1.5.6;5.6 Stromleiter im Magnetfeld;98
5.1.5.7;5.6 Anwendung von Spulen;103
5.1.6;6 Bauelemente und Schaltungen verbrauchen elektrische Leistung;104
5.1.6.1;6.1 Prinzipielle Berechnung der Leistung;104
5.1.6.2;6.2 Belastbarkeit von Bauteilen;105
5.1.6.3;6.3 Leistung bei Wechselspannung;108
5.1.6.4;6.4 Übungen;110
5.1.6.5;6.5 Leistungsanpassung;111
5.1.6.6;6.6 Übungen;112
5.1.7;7 Zeitglieder und frequenzabhängige Widerstände;114
5.1.7.1;7.1 Nochmals zur Wechselspannung;114
5.1.7.2;7.2 Übungen;116
5.1.7.3;7.3 Blindwiderstände;116
5.1.7.4;7.4 Übungen;119
5.1.7.5;7.5 Spule und Kondensator an Gleichspannung;119
5.1.7.6;7.6 Übungen;122
5.1.8;8 Dioden und Transistoren;124
5.1.8.1;8.1 Dioden;124
5.1.8.2;8.2 Z-Dioden;129
5.1.8.3;8.3 Transistoren;130
5.1.8.4;8.4 Übungen;136
5.1.9;9 Lösungen zu den Übungen;138
5.2;B Bauelemente;148
5.2.1;1 Ohmsche (lineare) Widerstände;150
5.2.1.1;1.1 Kennwerte;150
5.2.1.2;1.2 Kohleschichtwiderstand;156
5.2.1.3;1.3 Metalloxid-Schichtwiderstand;161
5.2.1.4;1.4 Metallschichtwiderstand;161
5.2.1.5;1.5 Drahtwiderstand;162
5.2.1.6;1.6 Dreh-, Schiebe- und Trimmwiderstand;168
5.2.1.7;1.7 Widerstandsnetzwerk in Schichttechnik;171
5.2.2;2 Nichtlineare Widerstände;172
5.2.2.1;2.1 Heißleiter (NTC-Widerstand);172
5.2.2.2;2.2 Kaltleiter (PTC-Widerstand oder Thermistor);173
5.2.2.3;2.3 Temperaturunabhängiger Widerstand;173
5.2.2.4;2.4 Spannungs- und stromabhängiger Widerstand;174
5.2.3;3 Kondensatoren;176
5.2.3.1;3.1 Funktion;176
5.2.3.2;3.2 Kennwerte;178
5.2.3.3;3.3 Metallpapierkondensator;180
5.2.3.4;3.4 Kunststoff-Folienkondensator;182
5.2.3.5;3.5 Glimmerkondensator;183
5.2.3.6;3.6 Elektrolytkondensator;183
5.2.3.7;3.7 Keramikkondensator;185
5.2.3.8;3.8 Kondensator mit veränderbarer Kapazität;193
5.2.4;4 Spulen;195
5.2.4.1;4.1 Elektrische Eigenschaften;195
5.2.4.2;4.2 Induktivität von Einzel- und Doppelleitungen;196
5.2.4.3;4.3 Luftspule;196
5.2.4.4;4.4 Spule mit Massekern;199
5.2.4.5;4.5 Spule mit Eisenblechkernen;201
5.2.4.6;4.6 Spule mit Ferritkern;204
5.2.5;5 Diskrete Halbleiterbauelemente;205
5.2.5.1;5.1 Was sind Halbleiter?;205
5.2.5.2;5.2 Stromfluss im Halbleiter;209
5.2.5.3;5.3 Dioden;210
5.2.5.3.1;5.3.1 Allzweckdiode;213
5.2.5.3.2;5.3.2 Kapazitätsdiode;214
5.2.5.3.3;5.3.3 Silizium-Schalterdiode;217
5.2.5.3.4;5.3.4 Si-PIN-Dioden-Regler;218
5.2.5.3.5;5.3.5 Z-Diode;218
5.2.5.3.6;5.3.6 Tunneldiode;219
5.2.5.3.7;5.3.7 Backward-Diode;220
5.2.5.3.8;5.3.8 Silizium-Kontaktschutzdiode;220
5.2.5.3.9;5.3.9 Schottky-Diode;221
5.2.5.4;5.4 Gleichrichter;221
5.2.5.4.1;5.4.1 Einweggleichrichter;221
5.2.5.4.2;5.4.2 Brückengleichrichter;222
5.2.5.5;5.5 Vierschichthalbleiter;223
5.2.5.5.1;5.5.1 Vierschichtdiode;223
5.2.5.5.2;5.5.2 Diac (Triggerdiode);224
5.2.5.5.3;5.4.3 Thyristoren;225
5.2.5.5.4;5.5.4 Thyristortetrode;228
5.2.5.5.5;5.5.5 Triac;228
5.2.5.6;5.6 Transistoren;229
5.2.5.6.1;5.6.1 Bipolartransistor;230
5.2.5.6.2;5.6.2 Unipolartransistor;236
5.2.5.6.3;5.6.3 Lawinentransistor;239
5.2.5.6.4;5.6.4 Unijunction-Transistor;240
5.2.5.7;5.7 Mikrowellengeneratoren;240
5.2.5.8;5.8 Thermogenerator und Thermokühler;243
5.2.5.9;5.9 Hallgenerator;245
5.2.6;6 Integrierte Halbleiterschaltungen;246
5.2.6.1;6.1 Digitale TTL-IS;246
5.2.6.1.1;6.1.1 Funktionseigenschaften;248
5.2.6.1.2;6.1.2 Eingangssignale;249
5.2.6.1.3;6.1.3 Ausgangssignale;250
5.2.6.1.4;6.1.4 TTL-Lasteinheit, Fan-out;251
5.2.6.1.5;6.1.5 Störspannungsabstände;252
5.2.6.1.6;6.1.6 Eingangs-Clamping-Dioden;254
5.2.6.1.7;6.1.7 WIRED-OR;254
5.2.6.1.8;6.1.8 Gatter;256
5.2.6.1.9;6.1.9 Flipflops;258
5.2.6.1.10;6.1.10 Stromspitzen;259
5.2.6.1.11;6.1.11 Temperaturbereiche;259
5.2.6.2;6.2 Digitale CMOS-IS;259
5.2.6.2.1;6.2.1 Kennwerte;260
5.2.6.2.2;6.2.2 Offene Eingänge;261
5.2.6.2.3;6.2.3 Fan-out;261
5.2.6.2.4;6.2.4 Eingangssignale;262
5.2.6.2.5;6.2.5 ParalleIschaltung;262
5.2.6.2.6;6.2.6 Interface für TTL-Schaltungen;262
5.2.6.2.7;6.2.7 Eigenschaften;262
5.2.6.2.8;6.2.8 Grenzwerte;262
5.2.6.2.9;6.2.9 Betriebsspannung;263
5.2.6.2.10;6.2.10 Behandlung von CMOS-Schaltungen;263
5.2.6.3;6.3 Analoge (lineare) IS;264
5.2.6.3.1;6.3.1 Operationsverstärker;264
5.2.6.3.2;6.3.2 IS für Rundfunk- und Fernsehempfänger;267
5.2.7;7 Bus-Funktionen;270
5.2.7.1;7.1 IS mit Tri-state-Ausgang;270
5.2.7.2;7.2 Halbleiterspeicher;272
5.2.7.2.1;7.2.1 Schreib-Lese-Speicher;273
5.2.7.2.2;7.2.2 Festspeicher;273
5.2.7.2.3;7.2.3 Programmierbarer Festspeicher;274
5.2.7.2.4;7.2.4 Löschbares PROM;274
5.2.7.3;7.3 Ein-Ausgabe-Bausteine;274
5.2.8;8 Sensoren;277
5.2.8.1;8.1 Temperatursensoren;277
5.2.8.2;8.2 Lichtsensoren;278
5.2.8.3;8.3 Druck- und Kraftmess-Sensoren;282
5.2.8.4;8.4 Sensoren zur Erfassung mechanischer Größen;285
5.2.9;9 Optoelektronische Bauelemente;288
5.2.9.1;9.1 Fotowiderstand;288
5.2.9.2;9.2 Fotodiode;289
5.2.9.3;9.3 Fototransistor;290
5.2.9.4;9.4 Leuchtdioden;291
5.2.9.5;9.5 Optokoppler;295
5.2.10;10 SMD-Technik;298
5.2.10.1;10.1 SMD-Widerstände;298
5.2.10.2;10.2 SMD-Kondensatoren;300
5.2.10.3;10.3 SMD-Dioden und -Transistoren;300
5.2.10.4;10.4 Integrierte SMD-Schaltungen;302
5.2.11;11 Normen und Symbole;305
5.2.11.1;11.1 Kennzeichen für Veränderbarkeit;305
5.2.11.2;11.2 Widerstände;305
5.2.11.3;11.3 Spulen;307
5.2.11.4;11.4 Kondensatoren;307
5.2.11.5;11.5 Halbleiterwiderstände;308
5.2.11.6;11.6 Halbleiterdioden und Vierschichtelemente;308
5.2.11.7;11.7 Bipolare Transistoren;309
5.2.11.8;11.8 Unipolare Transistoren;310
5.3;C Messen an Bauelementen und Schaltungen;312
5.3.1;1 Was man beim Messen alles beachten muss;313
5.3.1.1;1.1 Messen der elektrischen Größen;315
5.3.1.2;1.2 Sicherung des Messgeräts;321
5.3.2;2 Basiswissen der Messtechnik mit dem Digitalmultimeter (DMM);323
5.3.2.1;2.1 Polarität bei Spannungsmessungen;324
5.3.2.2;2.2 Übungen;328
5.3.2.3;2.3 Polarität bei Strommessungen;328
5.3.2.4;2.4 Messen von Gleich- oder Wechselgrößen;330
5.3.2.5;2.5 Welcher Messbereich soll gewählt werden?;331
5.3.2.6;2.6 Weitere Messfunktionen bei DMM;336
5.3.2.7;2.7 Innenwiderstandsverhältnis von Messobjekt und Messgerät;342
5.3.2.8;2.8 Messleitungen, Einfluss von Länge und Qualität;343
5.3.2.9;2.9 Messgenauigkeit der Messinstrumente;346
5.3.2.10;2.10 Fehler im Messaufbau oder im Messobjekt;347
5.3.3;3 MesspraktikummitDMM;349
5.3.3.1;3.1 Durch Widerstandsmessungen im Stromkreis Festzustellendes;349
5.3.3.2;3.2 Übungen;353
5.3.3.3;3.3 Schneller Komponententest;353
5.3.3.4;3.4 Übungen;357
5.3.3.5;3.5 Funktionsprüfungen an Halbleiterbauelementen durch Spannungsmessungen;358
5.3.4;4 Messungenmitdem Oszilloskop;363
5.3.4.1;4.1 Funktionsübersicht und Bedienelemente;363
5.3.4.2;4.2 Erzeugung der Zeitablenkung;365
5.3.4.3;4.3 Triggerflanke und Triggerpegel;366
5.3.4.4;4.4 Stabilität;367
5.3.4.5;4.5 Triggersignale;367
5.3.4.6;4.6 Ankopplung;368
5.3.4.7;4.7 Helltastung;369
5.3.4.8;4.8 Dehnung;369
5.3.4.9;4.9 Übungen;370
5.3.5;5 MessungenmithilfedesPC;374
5.3.5.1;5.1 Wie funktioniert ein PC-Oszilloskop?;375
5.3.5.2;5.2 DMM mit Computerschnittstelle;376
5.3.6;6 Lösungen zu den Übungen;380
6;Teil 2 Aufbaustufe;382
6.1;A Analoge (lineare) Schaltungstechnik;382
6.1.1;1 Definitionen und Grundbegriffe der Analogtechnik;383
6.1.1.1;1.1 Merkmale analoger Signalverarbeitung;383
6.1.1.2;1.2 Übertragungselemente der Analogtechnik;384
6.1.1.3;1.3 Funktionsdefinitionen;384
6.1.2;2 Grundschaltungen;386
6.1.2.1;2.1 Spannungsteiler;386
6.1.2.2;2.2 Brückenschaltungen;388
6.1.2.2.1;2.2.1 Messbrücken für ohmsche Widerstände;391
6.1.2.2.2;2.2.2 Kapazitäts- und Induktivitätsmessbrücken;393
6.1.2.2.3;2.2.3 Temperatur- und HF-Strom-Messbrücken;394
6.1.2.2.4;2.2.4 Dehnungs- und Druckmessbrücken;395
6.1.2.3;2.3 Phasenverschiebungsschaltungen;396
6.1.2.3.1;2.3.1 Phasenverschiebungsglieder;396
6.1.2.3.2;2.3.2 Phasenbrücken;399
6.1.2.4;2.4 Frequenzabhängige Übertragungsglieder und Filter;400
6.1.2.5;2.5 Übungen;403
6.1.3;3 Spannungs- und Stromversorgungsschaltungen;406
6.1.3.1;3.1 Gleichrichterschaltungen;407
6.1.3.1.1;3.1.1 Einwegschaltung;408
6.1.3.1.2;3.1.2 Zweiwegschaltung;409
6.1.3.1.3;3.1.3 Zweiweg-Brückenschaltung;410
6.1.3.1.4;3.1.4 Gesteuerter Gleichrichter;411
6.1.3.2;3.2 Ladekondensator und Siebglieder;413
6.1.3.2.1;3.2.1 Ladekondensator;413
6.1.3.2.2;3.2.2 Siebglieder;414
6.1.3.3;3.3 Spannungsvervielfachung;416
6.1.3.4;3.4 Begrenzer- und Stabilisierungsschaltungen;418
6.1.3.4.1;3.4.1 Diodenschaltungen;419
6.1.3.4.2;3.4.2 Z-Diodenschaltung;420
6.1.3.5;3.5 Elektronische Regler;424
6.1.3.5.1;3.5.1 Funktionsmerkmale;425
6.1.3.5.2;3.5.2 Spannungsstabilisierung;427
6.1.3.6;3.6 Übungen;434
6.1.4;4 Verstärkerschaltungen;437
6.1.4.1;4.1 Grundlagen der Verstärkertechnik;437
6.1.4.1.1;4.1.1 Das Dezibel als Maßeinheit der Verstärkung;438
6.1.4.1.2;4.1.2 Übertragungseigenschaften;440
6.1.4.1.3;4.1.3 Verzerrungen, Klirrfaktor und Störsignale;444
6.1.4.1.4;4.1.4 Nullpunktdrift und Ausgangswerte;446
6.1.4.2;4.2 Verstärkergrundschaltungen;447
6.1.4.2.1;4.2.1 Strom-, Spannungs- und Leistungsverstärkerstufe;448
6.1.4.2.2;4.2.2 Erzeugung des Arbeitspunkts;455
6.1.4.3;4.3 Verstärkerkopplungen;456
6.1.4.3.1;4.3.1 Widerstandskopplung;457
6.1.4.3.2;4.3.2 Direkte oder galvanische Kopplung;457
6.1.4.3.3;4.3.3 Kapazitive Kopplung;458
6.1.4.3.4;4.3.4 Übertrager- und Bandfilterkopplung;458
6.1.4.4;4.4 Verstärkergegenkopplungen;461
6.1.4.4.1;4.4.1 Thermische Beanspruchung;466
6.1.4.4.2;4.4.2 Gegenkopplung über mehrere Stufen;468
6.1.4.5;4.5 Mehrstufige Verstärkergrundschaltungen;469
6.1.4.5.1;4.5.1 Differenzverstärker;470
6.1.4.5.2;4.5.2 Gegentaktverstärker;473
6.1.4.5.3;4.5.3 Kaskadenverstärker;475
6.1.4.5.4;4.5.4 Kettenverstärker;476
6.1.4.6;4.6 Übungen;477
6.1.5;5 Schwingschaltungen;481
6.1.5.1;5.1 Mitkopplung;481
6.1.5.2;5.2 LC-Oszillator;482
6.1.5.3;5.3 RC-Oszilator;483
6.1.5.4;5.4 Quarzoszillatoren;486
6.1.5.5;5.5 Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO);487
6.1.5.6;5.6 Übungen;490
6.1.6;6 Modulator- und Demodulatorschaltungen;492
6.1.6.1;6.1 Amplitudenmodulation (AM);493
6.1.6.2;6.2 Demodulatorschaltungen für AM;498
6.1.6.3;6.3 Frequenzmodulation (FM);500
6.1.6.4;6.4 Demodulatorschaltungen für FM;502
6.1.6.5;6.5 Übungen;505
6.1.7;7 Integrierte Verstärker;507
6.1.7.1;7.1 Kennwerte des Operationsverstärkers;507
6.1.7.2;7.2 Grundschaltungen;512
6.1.7.3;7.3 Übungen;512
6.1.8;8 Aktive Filter;518
6.1.8.1;8.1 Filter erster Ordnung;518
6.1.8.2;8.2 Filter höherer Ordnung;519
6.1.9;9 Analog-Digital-Wandler;522
6.1.9.1;9.1 Verfahren;522
6.1.9.2;9.2 Parallelverfahren;523
6.1.9.3;9.3 Wägeverfahren;524
6.1.9.4;9.4 Einsatz integrierter AD-Wandler;525
6.1.10;10 Lösungen zu den Übungen;531
6.2;B Digitale Schaltungstechnik;536
6.2.1;1 Digitale Signale als Träger der Informationen;537
6.2.1.1;1.1 Das digital-binäre System;537
6.2.1.2;1.2 Vergleich von digitaler und analoger Signalverarbeitung;538
6.2.1.2.1;1.2.1 Leistung und Wirkungsgrad;538
6.2.1.2.2;1.2.2 Betriebssicherheit und Stabilität;539
6.2.1.2.3;1.2.3 Genauigkeit;540
6.2.2;2 Funktionen der Bauelemente in digitalen Schaltungen;541
6.2.2.1;2.1 Elektrische Funktion eines Schalters;542
6.2.2.2;2.2 Diode als Schalter;542
6.2.2.3;2.3 Transistor als Schalter;544
6.2.2.4;2.4 Definition der Schaltzeiten;547
6.2.2.5;2.5 Emitterschaltung im Schalterbetrieb;549
6.2.2.6;2.6 Kollektorschaltung im Schalterbetrieb;550
6.2.2.7;2.7 Transistorschalter bei induktiver und kapazitiver Last;551
6.2.2.8;2.8 Übertragung, Klammerung und Begrenzung digitaler Signale;555
6.2.2.8.1;2.8.1 Kapazitive Kopplung;555
6.2.2.8.2;2.8.2 Kompensierter Spannungsteiler;556
6.2.2.8.3;2.8.3 Klammer- und Begrenzerschaltungen;557
6.2.2.9;2.9 Übungen;559
6.2.2.10;2.10 Kennwerte von TTL-ICs;561
6.2.2.11;2.11 Kennwerte von CMOS-ICs;564
6.2.3;3 Logische Grundschaltungen;566
6.2.3.1;3.1 Negation (NICHT-Verknüpfung);567
6.2.3.2;3.2 Konjunktion (UND-Verknüpfung);569
6.2.3.3;3.3 Disjunktion (ODER-Verknüpfung);570
6.2.3.4;3.4 NAND-Verknüpfung;572
6.2.3.5;3.5 NOR-Verknüpfung;574
6.2.3.6;3.6 ANTIVALENZ-Verknüpfung;575
6.2.3.7;3.7 ÄQUIVALENZ-Verknüpfung;576
6.2.3.8;3.8 Übungen;577
6.2.4;4 Logische Schaltnetze;580
6.2.4.1;4.1 Prioritätsencoder;580
6.2.4.2;4.2 Multiplexer (Datenselektor);581
6.2.4.3;4.3 Demultiplexer (Decoder);583
6.2.4.4;4.4 Vergleicher;584
6.2.4.5;4.5 Komplementierer;587
6.2.4.6;4.6 Volladdierer;588
6.2.4.7;4.7 Arithmetisch-logische Einheit (ALU);594
6.2.5;5 Kippstufen, Speicherschaltungen;598
6.2.5.1;5.1 Gliederung und Funktion;598
6.2.5.2;5.2 Integrierte Kippschaltungen und Taktgeneratoren;600
6.2.5.2.1;5.2.1 RS- oder Basis-Flipflop;600
6.2.5.2.2;5.2.2 Positiv-flankengetriggertes Flipflop;601
6.2.5.2.3;5.2.3 Negativ-flankengesteuertes Flipflop;603
6.2.5.2.4;5.2.4 Pulsgetriggertes Flipflop (Master-Slave);604
6.2.5.2.5;5.2.5 Monoflop;605
6.2.5.2.6;5.2.6 Schmitt-Trigger;606
6.2.5.3;5.3 Übungen;607
6.2.6;6 Schaltwerke;609
6.2.6.1;6.1 Betriebsarten;609
6.2.6.1.1;6.1.1 Synchrone Steuerung;609
6.2.6.1.2;6.1.2 Asynchrone Steuerung;609
6.2.6.2;6.2 Taktgenerator;610
6.2.6.3;6.3 Zähler und Frequenzteiler;610
6.2.6.4;6.4 Ringzähler;615
6.2.6.5;6.5 Schieberegister;617
6.2.6.6;6.6 Rechenelemente;620
6.2.6.7;6.7 Übungen;624
6.2.7;7 Codes und Code-Umsetzer;625
6.2.7.1;7.1 Code-Umsetzer;626
6.2.7.1.1;7.1.1 BCD-zu-Dezimal-Decodierer;627
6.2.7.1.2;7.1.2 Excess-3-zu-Dezimal-Decodierer;627
6.2.7.1.3;7.1.3 BCD-zu-Siebensegment-Decodierer;629
6.2.7.2;7.2 Paritätsgenerator, Paritätsprüfer;631
6.2.8;8 Digital-Analog-Umsetzer (DAU);633
6.2.8.1;8.1 Stromsummierer;633
6.2.8.2;8.2 Widerstandskettenleiter;637
6.2.8.3;8.3 DAU mit elektronischen Schaltelementen;638
6.2.8.4;8.4 Einchip-DAU;641
6.2.8.5;8.5 Übungen;645
6.2.9;9 Digitale Filter;647
6.2.9.1;9.1 A-D- und D-A-Umsetzung;647
6.2.9.2;9.2 Grundaufbau;648
6.2.9.3;9.3 IC-Beispiel;649
6.2.10;10 KV-Diagramme zur Erstellung von Schaltnetzen;653
6.2.10.1;10.1 Das KV-Diagramm;653
6.2.10.2;10.2 Beispiel mit drei Variablen;654
6.2.10.3;10.3 Bausteinauswahl;656
6.2.10.4;10.4 Beispiel mit fünf Variablen;657
6.2.11;11 Lösungen zu den Übungen;660
6.3;C Mikroprozessor-und Computer-Schaltungstechnik;666
6.3.1;1 Was sind Bus-Leitungen und Bus-Systeme?;668
6.3.1.1;1.1 Mögliche schaltungstechnische Lösungen;670
6.3.1.2;1.2 Beispiel für eine Programminstruktion;672
6.3.1.3;1.3 Blockschaltbild eines Speicherbausteins;674
6.3.2;2 Aufbau des Computers und der MPU;676
6.3.2.1;2.1 Einige Prozessoren;676
6.3.2.2;2.2 16-bit-MPU;677
6.3.2.3;2.3 Eingehendere Erläuterung einiger Anschlussfunktionen;682
6.3.3;3 Was sind Befehle und Adressierungen?;686
6.3.3.1;3.1 Code-Informationen;686
6.3.3.2;3.2 Befehlsaufbau;686
6.3.4;4 Wie werden Befehle und Unterbrechungen zeitlich gesteuert?;692
6.3.4.1;4.1 Arbeitsgeschwindigkeit;692
6.3.4.2;4.2 Operationszyklen;692
6.3.5;5 Mikroprozessorgesteuerte Halbleiterspeicher;700
6.3.5.1;5.1 Speicherkenngrößen;700
6.3.5.2;5.2 Schreib-Lese-Speicher;701
6.3.5.2.1;5.2.1 Statische Speicher;701
6.3.5.2.2;5.2.2 Dynamische Speicher;704
6.3.5.3;5.3 Festwertspeicher;705
6.3.5.4;5.4 Wie werden Speicherbausteine an die MPU angeschlossen?;708
6.3.6;6 Arbeiten mit Ein-/Ausgabe- Bausteinen;717
6.3.6.1;6.1 Einfache Ein-/Ausgabe-Funktion;720
6.3.6.2;6.2 Programmierbare Ein-/Ausgabe-Funktion;722
6.3.6.3;6.3 Einchip-Speicher und Ein-/Ausgabe-Funktion;725
6.3.6.4;6.4 Programmierbarer Serienschnittstellen-Baustein;732
6.3.6.5;6.5 Programmierbarer Tastatur- und Anzeigebaustein;737
6.3.6.6;6.6 Programmierbarer Zeitgeberbaustein;742
6.3.7;7 Bildschirmsteuerung;747
6.3.7.1;7.1 Monochrome Bildschirmsteuerung;747
6.3.7.2;7.2 Farb-Bildschirmsteuerung;752
6.3.7.3;7.3 Grafik-Bildschirmsteuerung;758
6.3.8;8 Erstellen und Prüfen von Programmen;761
6.3.8.1;8.1 Programmbeispiele;764
6.3.8.1.1;8.1.1 Addition;764
6.3.8.1.2;8.1.2 Speicherplätze löschen;766
6.3.8.2;8.2 Assemblierung mit Computer-Entwicklungssystem;768
6.3.8.2.1;8.2.1 Befehls-Syntax des Primärprogramms;768
6.3.8.2.2;8.2.2 Pseudo-Befehle;769
6.3.8.3;8.3 Debugger;771
7;Teil 3: Fachstufe;774
7.1;A Energie-bzw.Leistungselektronik;774
7.1.1;1 Einsatzbereiche und Gliederung;776
7.1.1.1;1.1 Stromrichter-Betriebsarten;776
7.1.1.2;1.2 Stromrichter-Funktionsgruppen;777
7.1.2;2 Halbleiterventile;780
7.1.2.1;2.1 Dioden;780
7.1.2.2;2.2 Thyristoren;782
7.1.2.3;2.3 Triac;785
7.1.2.4;2.4 Selengleichrichter;788
7.1.2.5;2.5 Reihen- und Parallelschaltungen von Ventilen;790
7.1.3;3 Stromrichterschaltungen;792
7.1.3.1;3.1 Gleichrichterschaltungen;792
7.1.3.1.1;3.1.1 Brückenschaltungen;793
7.1.3.1.2;3.1.2 Spannungs- und Stromglättung;796
7.1.3.2;3.2 Wechselrichter;799
7.1.3.2.1;3.2.1 Selbstgelöschte Wechselrichter;800
7.1.3.2.2;3.2.2 Lastgelöschte Wechselrichter;801
7.1.3.3;3.3 Umrichter;803
7.1.3.4;3.4 Gleichspannungssteller;804
7.1.3.5;3.5 Wechsel- und Drehstromsteller;806
7.1.3.6;3.6 Steuerschaltungen und Taktgeneratoren;808
7.1.4;4 Schutz- und Hilfseinrichtungen;813
7.1.4.1;4.1 Überspannung- und Überstrom-Schutzschaltungen;813
7.1.4.2;4.2 Schutz vor Netzrückwirkungen;816
7.1.4.3;4.3 Funk-Entstörung;819
7.1.5;5 Stromversorgungsschaltungen;821
7.1.5.1;5.1 Lade- und Puffergeräte;821
7.1.5.2;5.2 Notstromgeräte für Wechselstrom;825
7.1.5.3;5.3 Elektronisch geregelte Gleichstrom- Versorgungsschaltungen;826
7.1.6;6 Anwendungsbeispiele mit integrierten Steuer- und Regelfunktionen;830
7.1.6.1;6.1 Sensorbedienbarer Treppenlicht-Zeitschalter;830
7.1.6.2;6.2 Nullspannungsschalter;834
7.1.6.3;6.3 Phasenanschnittsteuerung;836
7.1.6.4;6.4 Weitere Anwendungsbeispiele für integrierte Steuer- und Regelbausteine;841
7.1.7;7 Antriebssteuerungen und Antriebsregelungen;844
7.1.7.1;7.1 Drehzahlregelung mit Impulssteuerung;844
7.1.7.2;7.2 Drehzahlregelung mit Sägezahnsteuerung;845
7.1.7.3;7.3 Motorsteuerungen mit SPS;847
7.1.7.4;7.4 Wechselrichterbetrieb für Gleichstromantriebe;852
7.1.7.5;7.5 Getaktete Endstufen;857
7.1.8;8 Drehstrom-Servoantriebe mit modularen Regelverstärkersystemen;860
7.1.8.1;8.1 Versorgungsmodul;861
7.1.8.2;8.2 Verstärkermodul;864
7.1.8.3;8.3 Drehstrom-Servomotor;866
7.1.8.4;8.4 Netzanschluss für AC-Antriebe;867
7.1.9;9 Anwendungsbeispiele für Wechselrichter in der Photovoltaik;869
7.1.9.1;9.1 Schaltungsübersicht und Teilschaltungen;869
7.1.9.2;9.2 Dreiphasige Einspeisung;869
7.1.9.3;9.3 „Multi-String“-Netzkopplung;872
7.2;B Nachrichtentechnik;874
7.2.1;1 Übersicht;876
7.2.1.1;1.1 Fernseh- und Rundfunktechnik;878
7.2.1.2;1.2 Fernsprechsysteme;878
7.2.1.3;1.3 Bildschirmtext (Btx);878
7.2.1.4;1.4 Datentechnik, sprachgesteuert;880
7.2.1.5;1.5 Funktechnik;881
7.2.1.6;1.6 Verkehrs- und mobile Informationstechnik;882
7.2.1.7;1.7 Übertragungstechnik;882
7.2.2;2 Grundlagen der Nachrichten- und Übertragungstechnik;883
7.2.2.1;2.1 Schwingungen und ihre Übertragungseigenschaften;884
7.2.2.1.1;2.1.1 Lange Wellen;889
7.2.2.1.2;2.1.2 Mittlere Wellen;889
7.2.2.1.3;2.1.3 Kurze Wellen;889
7.2.2.1.4;2.1.4 Ultrakurze Wellen;891
7.2.2.2;2.2 Kabel und Glasfaserleitungen;892
7.2.2.2.1;2.2.1 Doppeladerkabel;893
7.2.2.2.2;2.2.2 Koaxialkabel;895
7.2.2.2.3;2.2.3 Lichtwellenleiter (LWL);896
7.2.2.3;2.3 Sende- und Empfangsantennen;899
7.2.2.3.1;2.3.1 Sendeantennen;899
7.2.2.3.2;2.3.2 Richtfunkantennen als Relaisstationen;904
7.2.2.3.3;2.3.3 Empfangsantennen;904
7.2.2.4;2.4 Verstärkung, Dämpfung, Anpassung;907
7.2.2.5;2.5 Modulation und Demolulation;909
7.2.2.6;2.6 Sender;914
7.2.3;3 Fernsprech-Vermittlungstechnik;915
7.2.3.1;3.1 Koppelnetze;916
7.2.3.2;3.2 Teilnehmeranschlusssystem im Fernsprechnetz;919
7.2.3.3;3.3 Netzstrukturen;924
7.2.3.4;3.4 Digitales Ortsnetz;926
7.2.3.5;3.5 Fernvermittlungstechnik;927
7.2.3.6;3.6 Internationale Fernvermittlungstechnik;928
7.2.3.7;3.7 Signalisierung im Fernverkehr;932
7.2.3.8;3.8 Gebührenerfassung;936
7.2.3.9;3.9 Dämpfungsplan;937
7.2.4;4 Digitales Vermittlungssystem (ISDN);939
7.2.4.1;4.1 Systemstruktur;939
7.2.4.2;4.2 Verteilte Steuerung;943
7.2.4.3;4.3 Digital-Koppelnetz;945
7.2.4.4;4.4 Anschlussmodule;947
7.2.4.5;4.5 Softwarestruktur;949
7.2.4.6;4.6 Systemverfügbarkeit;951
7.2.4.7;4.7 Analog-Teilnehmersatz;951
7.2.4.8;4.8 Analog-Verbindungssatz;956
7.2.4.9;4.9 Digitaler Verbindungssatz;960
7.2.4.10;4.10 Koppelnetz-Baustein;962
7.2.5;5 Richtfunksysteme;970
7.2.5.1;5.1 Analoges Richtfunksystem;970
7.2.5.2;5.2 Digitales Richtfunksystem;971
7.2.6;6 Satellitensysteme;978
7.2.6.1;6.1 Funktionsübersicht;978
7.2.6.2;6.2 Digitales Vermittlungssystem;980
7.2.6.3;6.3 Technik des Satellitenempfangs;981
7.3;C Regelungstechnik;994
7.3.1;1 Regelungstechnische Grundlagen;996
7.3.1.1;1.1 Regelungstechnische Grundbegriffe;997
7.3.1.2;1.2 Regelkreis im Blockschema;1001
7.3.1.3;1.3 Regelverstärker;1002
7.3.2;2 Regeln und Steuern;1010
7.3.2.1;2.1 Beispiele;1010
7.3.2.2;2.2 Funktionsschema;1013
7.3.3;3 Zeitverhalten von Regelkreisen;1016
7.3.3.1;3.1 Proportionalglied;1017
7.3.3.2;3.2 Totzeitglied;1020
7.3.3.3;3.3 Integrierglied;1021
7.3.3.4;3.4 Differenzierglied;1022
7.3.3.5;3.5 Summierungsstelle;1022
7.3.3.6;3.6 Kennlinienglied;1023
7.3.3.7;3.7 Multiplikatives Glied;1024
7.3.3.8;3.8 PI-Regler;1024
7.3.3.9;3.9 PID-Regler;1026
7.3.3.10;3.10 Regelung nichtlinearer Strecken;1029
7.3.4;4 Nachlaufsynchronisation;1033
7.3.4.1;4.1 Abtast-Halteglied;1034
7.3.4.2;4.2 Synchrongleichrichter;1035
7.3.4.3;4.3 Frequenzempfindlicher Phasendetektor;1037
7.3.4.4;4.4 Phasendetektor mit erweitertem Messbereich;1039
7.3.4.5;4.5 Frequenzvervielfacher mit PLL;1040
7.3.5;5 Sensoren;1042
7.3.5.1;5.1 Schutzarten und Einsatzbeanspruchung;1043
7.3.5.2;5.2 Induktiver Wegsensor;1044
7.3.5.3;5.3 Drehzahlsensor;1046
7.3.5.4;5.4 Kraftsensor;1048
7.3.5.5;5.5 Absolutdrucksensor;1050
7.3.5.6;5.6 Gabelkoppler;1052
7.3.5.7;5.7 Reflexkoppler;1053
7.3.5.8;5.8 Inkrementale Drehgeber;1057
7.3.6;6 Robotersteuerung und -regelung;1060
7.3.6.1;6.1 Mechanische Grundlagen;1060
7.3.6.2;6.2 Steuerung und Bedienung;1061
7.3.7;7 Anwendungsbeispiele und Anwendungsschaltungen;1064
7.3.7.1;7.1 Spannungsregler;1064
7.3.7.2;7.2 Nachlaufregelung mit P-, I- und D-Regler;1074
7.3.7.3;7.3 Drehzahlregelung mit Blockierschutz;1079
7.3.7.4;7.4 Nachlaufsteuerung für mechanische Stelleinrichtungen;1081
7.3.7.5;7.5 Zweipunkt-Temperaturregelung;1083
7.3.7.6;7.6 Regelschaltung für die Vertonung;1084
7.3.7.7;7.7 Digitalservo;1087
7.3.7.8;7.8 SPS- und Mikrocomputer-Regelungen;1089
7.3.7.9;7.9 Regelverstärker für Drehstrom-Servoantriebe;1093
7.3.7.10;7.10 Fuzzy-Control;1095
7.4;D Steuerungstechnik;1098
7.4.1;1 Grundlagen und Systemübersicht;1100
7.4.1.1;1.1 Grundlagen;1100
7.4.1.2;1.2 Systemübersicht;1102
7.4.1.3;1.3 Gesteuerte Verbraucher und Geräte;1104
7.4.1.4;1.4 Steuereinrichtungen;1107
7.4.2;2 Analoge Steuerungen;1112
7.4.2.1;2.1 Stabilisierungsschaltungen für Strom und Spannung;1112
7.4.2.2;2.2 Verstärkerschaltung;1120
7.4.2.3;2.3 Steuerschaltung für Gleichstrommotor;1121
7.4.2.4;2.4 Nachlaufsteuerung;1123
7.4.2.5;2.5 Frequenz- und Drehzahlmessung;1125
7.4.2.6;2.6 Impulsbreiten-Steuerung für Gleichstromlast;1129
7.4.3;3 DigitaleSteuerungen;1132
7.4.3.1;3.1 Normierschaltung;1132
7.4.3.2;3.2 Sicherheitsschaltung;1133
7.4.3.3;3.3 Führungssteuerung;1133
7.4.3.4;3.4 Drehrichtungssteuerung;1134
7.4.3.5;3.5 Digitale Drehzahlsteuerung für einen Gleichstrommotor;1135
7.4.3.6;3.6 Steuerschaltung für einen Schlittenantrieb;1137
7.4.3.7;3.7 Drehzahlmesser;1138
7.4.3.8;3.8 Umdrehungswächter;1139
7.4.3.9;3.9 Erstlingsmelder;1141
7.4.3.10;3.10 Prüfschaltung für Schaltnetze;1143
7.4.3.11;3.11 Druckgussautomat;1146
7.4.3.12;3.12 Hydraulische Presse;1148
7.4.3.13;3.13 Digitaler Phasenschieber;1152
7.4.4;4 Speicherprogrammierbare Steuerungen;1158
7.4.4.1;4.1 Wie arbeiten speicherprogrammierbare Steuerung;1159
7.4.4.2;4.2 Programmsteuerung der SPS;1159
7.4.4.3;4.3 Programmieren von logischen Verknüpfungen;1163
7.4.4.4;4.4 Programmieren von Speicherfunktionen;1164
7.4.4.5;4.5 Zeit- und Zähloperationen;1166
7.4.4.6;4.6 Sprunganweisungen;1168
7.4.4.7;4.7 Lade-Sofort-Anweisung;1170
7.4.4.8;4.8 Flankenerkennung;1171
7.4.4.9;4.9 Anwendungsbeispiele;1173
7.4.5;5 Mikrocomputer-Steuerungen;1179
7.4.5.1;5.1 Steuerung einer Modell-Verkehrsanlage;1179
7.4.5.2;5.2 Schrittmotorsteuerung;1183
7.4.5.3;5.3 Schnittstelle für Steuerungsmodelle;1190
7.4.6;6 Roboter-Controller;1196
7.4.6.1;6.1 Steuerungssysteme;1196
7.4.6.2;6.2 Sensor-Datenverarbeitung;1197
7.4.6.3;6.3 Anwendungsbereiche von RC-Systemen;1199
8;Sachverzeichnis;1204

Leseproben

4.4 Spule mit Massekern (S. 198-199)

Gepresstes Eisenpulver für Spulenkerne (Massekerne) wird als magnetischer Kern- werkstoff in der Nieder- und Hochfrequenztechnik in sehr vielen Ausführungsfor- men verwendet. Es hat die Aufgaben: ) die Spuleninduktivität zu erhöhen ) einen einfachen Induktivitätsabgleich in einem großen Abgleichbereich zu ermöglichen Bei der Entwicklung der Massekeme stand der Gedanke im Vordergrund, die Wir- belstromverluste des Eisens zu vermindern.

Da die Verluste von der Teilchengröße abhängen, wird für die Herstellung von Massekernen ein Eisenpulver (Carbonylei- sen) verwendet, dessen Teilchen einen Durchmesser bis herab zu 5 · 103mm aufwei- sen. Die magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität ` r) eines Massekerns ist – wegen der starken Streuung bei Kemen mit nicht geschlossenem Eisenweg – nur bei Ringker- nen genau anzugeben. Die sogenannte Ringpermeabilität ( ` r) ist die wirksame Permeabilität einer Toroid- spule mit ringförmigem Eisenkern und definiertem Spulenaufbau. Sie dient der Kennzeichnung des Pulverkern-Werkstoffs. Pulverkerne für Kurzwellenspulen haben eine Ringpermeabilität von ` r = 5 bis 7. Kerne für Mittel- und Langwellen- spulen haben einenWert von ` r = 7 bis 20. Pulverkern-Werkstoffe für Drosselspulen, Übertrager und Pupinspulen haben eine Ringpermeabilität von ` r = 30 und höher. Abb. 4.5 zeigt einige gebräuchliche Massekerne. Zu beachten sind bei Massekernen die Spulenverluste bei höheren Frequenzen.

Das einen Leiter umgebende Magnetfeld erzeugt bei hohen Frequenzen im Innern des Leiters Wirbelströme, die eine zusätzliche Erwärmung und damit Verluste bedingen (Wirbelstromverluste). Außerdem verursachen die Wirbelströme aber auch eine Stromverdrängung an die Oberfläche des Eisens (Skineffekt), sodass der Hochfrequenzstrom nur in einer dünnen Schicht an der Oberfläche des Leiters fließt (Verminderung der Leitfähigkeit des Leiters bei Hochfrequenz).

In einer vom Hochfrequenzstrom durchflossenen Spule treten somit Verluste auf, die durch ) den ohmschenWiderstand, ) dieWirbelströme und ) den Skineffekt bedingt sind. Enthält eine Spule einen Eisenkern, so treten zu diesen drei Verlusten noch hinzu: ) Hystereseverluste (Ummagnetisierungsverluste im Eisen) und ) Wirbelstromverluste im Eisen. Bei Frequenzen über 2 MHz machen sich noch die Verluste im Isolierstoff des Spu- lenkörpers (dielektrische Verluste) bemerkbar. Diese sind der Spulenkapazität pro- portional.

4.5 Spule mit Eisenblechkernen

Spulen (z. B. Drosseln und Übertrager) werden mit einem Kern aus Eisenblechen versehen, wenn sie im Nieder- oder Mittelfrequenzbereich betrieben werden. Aus- nahmsweise werden auch Übertrager und Drosselspulen bis zu einer Betriebsfre- quenz von 500 kHz und höher mit Eisenblechen ausgerüstet, insbesondere dann, wenn das zu übertragende Frequenzband relativ schmal ist. In zunehmendemMaße werden für Übertrager (z. B. Sparübertrager) im Mittel- und Hochfrequenzgebiet Ferritkerne verwendet. Zur Verminderung der Hysterese- und Wirbelstromverluste werden die Bleche aus legiertem Eisen (mit Zusätzen von Aluminium, Chrom, Nickel und/oder Silizium) hergestellt.

Diese Legierungen haben eine kleine Koerzitivfeldstärke, eine hohe Induktion und z. T. einen hohen spezifischen Widerstand. Eine Eisen-Chrom- Nickel-Legierung (Hypern 20) hat z. B. einen etwa 15 mal so hohen spezifischen Widerstand als reines Eisen. Die Vergrößerung des spezifischen Widerstands des Eisenkerns wirkt sich unmittelbar durch eine Verminderung der Wirbelströme aus. Eine weitere Herabsetzung der Wirbelströme lässt sich erzielen durch Verminde- rung der Blechdicke. Für Hochfrequenzübertrager werden Bleche mit einer Dicke von nur 0,05 bis 0,1 mm verwendet. Kernwerkstoffe und Schnittformen sind weit- gehend in die Normung einbezogen.