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E-Book

Elektronik für Entscheider

Grundwissen für Wirtschaft und Technik

AutorMarco Winzker
VerlagVieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr2008
Seitenanzahl201 Seiten
ISBN9783834894588
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis39,99 EUR
Die Entwicklung, Produktion und Vermarktung elektronischer Güter ist ein bedeutender Wirtschaftsfaktor, an dem Menschen mit verschiedenen Ausbildungen beteiligt sind. Um Produkte zum richtigen Preis, mit den richtigen Eigenschaften und zum richtigen Zeitpunkt anbieten zu können, müssen die Verantwortlichen eines Projektes miteinander über Projektziele kommunizieren können.
Dieses Buch soll Nichtingenieuren, die sich beruflich mit Produkten der Elektronik beschäftigen, die Möglichkeit geben, sich ein Stück auf dieses Fachgebiet zu begeben, um sowohl Aufgaben als auch Sprache und Vorgehensweise von Ingenieuren verstehen zu können. Ziel ist es dabei nicht, nach dem Lesen dieses Buches eine elektronische Schaltung entwickeln zu können. Im Vordergrund steht vielmehr ein generelles Verständnis für die Zusammenhänge und Grundbegriffe der Elektronik.

Dr. Marco Winzker ist Professor an der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg und lehrt dort Elektrotechnik und Digitaltechnik.

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Leseprobe
12 Fertigung (S. 94-95)

In diesem Kapitel lernen Sie, . die wichtigsten Arbeitsschritte bei der Fertigung elektronischer Baugruppen kennen, . die Bedeutung der Beschaffung für die Fertigung, . Nutzen und Probleme der Auslagerung von Fertigungsschritten.

12.1 Beschaffung elektronischer Komponenten

Verfügbarkeit

Die Vorbereitung der Fertigung beginnt bereits während der Schaltungsentwicklung. Für alle verwendeten Bauelemente müssen Verfügbarkeit und Kosten überprüft werden. Schließlich ist es nicht ausreichend, dass ein Bauelement prinzipiell existiert, wenn es in einem Produkt eingesetzt werden soll. Es muss auch in ausreichender Stückzahl und zu kalkulierbaren Kosten für eine Produktion zur Verfügung stehen.

Bei einfachen Bauelementen ist die Verfügbarkeitmeist kein Problem.Widerstände und Kondensatoren werden von mehreren Herstellern angeboten. Falls ein Bauelement von einem Hersteller zeitweise nicht verfügbar ist, kann fast immer ein anderer Hersteller gewählt werden. Um eine Auswahl an Herstellern zu haben, sollten bei der Entwicklung möglichst nur Bauelemente mit Werten aus Normreihen verwendet werden. Diese sind außerdem kostengünstiger, da sie in größeren Stückzahlen produziert und nachgefragt werden.

Beispiel: Für eine Schaltung wird ein Kondensator mit 20 pF (Pikofarad) benötigt. In der Normreihe E6 sind jedoch nur dieWerte 10, 15 und 22 pF verfügbar. Darum sollte bei der Entwicklung geprüft werden, ob die Schaltung auch mit einem Wert von 22 pF funktioniert. Ist dies nicht möglich, ist es eventuell sinnvoll, zwei Kondensatoren mit je 10 pF zu kombinieren.

Auch bei Transistoren und Dioden sind vielfach vergleichbare Bauelemente von anderenHerstellern einsetzbar.Wenn die Bauelemente die gleichen Parameter haben, bezeichnetman den zweiten Hersteller als „Second Source". Sind die Parameter des alternativen Bausteins nicht exakt gleich, aber für die typischen Anwendungen fast übereinstimmend, spricht man von einem Ersatztyp. Für die meisten integrierten Schaltungen sind allerdings keine alternativen Hersteller oder Ersatztypen verfügbar. Dies liegt daran, dass die Hersteller ihre Entwicklungen nicht mit der Konkurrenz teilen wollen. Zwar gibt es manchmal vergleichbare Produkte mit ähnlichem Leistungsumfang, ein Ersatz in der Produktion ist jedoch nicht möglich, da sich die ICs in der konkreten Ausführung voneinander unterscheiden.

Beispiel: Ein Computer kann prinzipiell mit einem Prozessor von Intel oder AMD aufgebaut werden. Allerdings muss die Hauptplatine zu dem Prozessor passen. Es ist nicht möglich, in einem Computer einfach den Prozessor eines Herstellers durch einen Prozessor des anderen Herstellers auszutauschen.

Auch eher unscheinbare Bauelemente wie Steckverbinder können in den Mittelpunkt eines Projektes rücken, wenn sie für die Fertigung nicht verfügbar sind. Steckverbinder können sehr fortschrittliche Bauelemente sein, bei denen viele Leitungen auf kleinem Platz untergebracht sind, ohne dass sich die Leitungen gegenseitig stören. Darum muss generell bei allen Bauelementen die Verfügbarkeit sichergestellt werden.

Fertigungsplanung

Zur Vermeidung von Lieferengpässen ist eine gute Kommunikation zwischen Fertigung und Lieferanten nötig. Prinzipiell sollte die Fertigung möglichst rechtzeitig und möglichst genau den Bauteilbedarf an die Hersteller melden. In der Praxis ist dies natürlich nicht so einfach, da der Bedarf abhängig vom Markterfolg eines Produktes ist. Fertigung als Kunde und Bauteilhersteller als Lieferant sind normalerweise an langfristigen Geschäftsbeziehungen interessiert, haben jedoch auch unterschiedliche Interessen. Der Kunde möchte Zugriff auf möglichst hohe Stückzahlen haben, ohne sich zu verp.ichten, diese auch abzunehmen.

Der Lieferant hingegen möchte seinen Lagerbestand gering halten und möglichst genau so viel produzieren, wie von seinen Kunden bestellt wird. Für einen Betrieb, der elektronische Bauelemente verwendet, ist auf jeden Fall eine rechtzeitige Produktionsplanung erforderlich, denn oft kann ein Hersteller seine Produktion nicht kurzfristig steigern, so dass die Lieferzeit von Bauelementen mehrereMonate betragen kann.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis8
Einleitung12
1 Bedeutung der Elektronik12
1.1 Kurze geschichtliche Einordnung12
1.2 Gesellschaftliche Bedeutung14
1.3 Wirtschaftliche Bedeutung16
2 Elektrische Ladung, Strom, Spannung19
2.1 Elektrische Ladung19
2.2 Strom und Spannung20
2.3 Zusammenhang von Strom und Spannung21
2.4 Darstellung als Schaltplan22
3 Bauelemente der Elektronik24
3.1 Passive Bauelemente24
3.2 Aktive Bauelemente26
3.3 Integrierte Schaltungen28
3.4 Platinen29
3.5 Weitere Komponenten32
4 Analoge Signale34
4.1 Grundformen analoger Signale34
4.2 Amplitude und Frequenz37
4.3 Frequenzbereiche technischer Systeme39
4.4 Analoge Datenübertragung41
5 Grundschaltungen der Analogtechnik43
5.1 Schaltungsdarstellung in der Elektrotechnik43
5.2 Diodenschaltungen zum Gleichrichten45
5.3 Verstärkerschaltungen mit Transistoren47
6 Digitale Signale51
6.1 Digitaltechnik51
6.2 Zahlendarstellungen und Codes53
6.3 Darstellung und Übertragung digitaler Daten56
6.4 Digitalisierung58
7 Grundschaltungen der Digitaltechnik61
7.1 Verarbeitung von digitalen Daten61
7.2 Schaltungselemente63
7.3 Speicherelemente64
7.4 Implementierung digitaler Schaltungen66
8 Halbleitertechnik und Dotierung70
8.1 Aufbau der Materie70
8.2 Leiter, Isolator, Halbleiter73
8.3 Elektrische Leitung in Halbleitern74
8.4 Dotierung von Halbleitermaterial77
9 Dioden und Transistoren80
9.1 pn-Übergang80
9.2 Diode83
9.3 Transistor84
9.4 Schaltsymbole86
10 Optoelektronik und Solartechnik88
10.1 Eigenschaften von Licht88
10.2 Optoelektronik88
10.3 Solartechnik90
11 Entwicklung elektronischer Systeme94
11.1 Produktentwicklung94
11.2 Spezi.kation und Schaltungskonzept96
11.3 Schaltungsentwurf99
11.4 Veri.kation101
11.5 Rechnergestützter Schaltungsentwurf102
12 Fertigung105
12.1 Beschaffung elektronischer Komponenten105
12.2 Fertigungsschritte107
12.3 Auslagerung von Arbeitsschritten111
12.4 Lebensdauer und umweltverträgliche Fertigung112
13 Inbetriebnahme115
13.1 Methodik115
13.2 Ausstattung der Arbeitsplätze117
13.3 Messgeräte119
14 Wirtschaftliche Betrachtungen123
14.1 Markteinführung von Produkten123
14.2 Investitionen und Profit125
14.3 Disruptive Technologien127
14.4 Patente und ihre Bedeutung129
15 Integrierte Schaltungen133
15.1 Überblick133
15.2 Aufbau integrierter Schaltungen137
15.3 Entwicklung139
16 Chip-Technologie142
16.1 CMOS-Technologie142
16.2 Funktionsprinzip der CMOS-Technologie143
16.3 Physikalischer Aufbau145
16.4 Herstellung148
17 Halbleiterspeicher151
17.1 Grundstruktur151
17.2 Flüchtige Speicher152
17.3 Nicht.üchtige Speicher154
18 Elektronik im Kraftfahrzeug156
18.1 Überblick156
18.2 Anforderungen an Automobilelektronik158
18.3 Steuerung und Regelung160
18.4 Anwendungsgebiete161
19 Bussysteme in der Automobiltechnik163
19.1 Grundlagen von Bussystemen163
19.2 Eigenschaften aktueller Bussysteme166
20 Embedded System und Mikrocontroller168
20.1 Anwendungsgebiete168
20.2 Begriffsbestimmung169
20.3 Software-Entwicklung für Embedded System171
Anhang174
A Fragen zur Selbstkontrolle174
B Rechnen in der Elektronik179
C Ausführliche Anwendungsbeispiele184
C.1 Analogtechnik – Dämmerungsschalter184
C.2 Digitaltechnik – Elektronischer Würfel186
C.3 Fertigung – USB-Stick190
C.4 Embedded System – Stoppuhr195
Literaturverzeichnis201
Abbildungsverzeichnis203
Tabellenverzeichnis206
Sachwortverzeichnis207

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