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E-Book

Elektronik und Schaltungstechnik

AutorMario Huemer, Markus Pfaff, W. Friedrich Oehme
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl254 Seiten
ISBN9783446410770
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis29,90 EUR

Bei Studenten ist Zeit zum Lernen Mangelware - das gilt erst recht im Bachelorstudiengang. Dieses Lehrbuch kommt dem entgegen: Es bietet eine gut verständliche, aufs Wesentliche ausgerichtete Einführung in die elektronische Schaltungstechnik. Das Buch beginnt mit ausgewählten Themen aus der Elektrizitätslehre, welche für das Verständnis der Bauelemente nötig sind.

Anschließend werden passive und aktive Bauelemente behandelt. Stromkreise, Elektrodynamik und fundamentale Systemtheorie bilden die Basis für die dann folgende Anwendung von Halbleiterbauelementen in analogen und digitalen Schaltungen. Ein Einblick in die digitalen Speicherbausteine rundet die Darstellung ab. Zahlreiche Beispiele u.a. mit PSPICE tragen zum besseren Verständnis der Inhalte bei. Im Internet: Aufgaben mit Lösungen, Weiterführende Links

Dieses Buch soll für technisch interessierte Leser den Zugang zu elektronischen Schaltungen eröffnen, ohne dass ein Grundlagenstudium der Elektrotechnik vorausgesetzt wird. Die Grundlagen werden, soweit benötigt, mit behandelt. Der Leser erfährt, wie die bekannten Bauelemente (Widerstand, Kondensator, Spule, Diode, Bipolar- und MOS-Transistor usw.) funktionieren und wie sie in Schaltungen eingesetzt werden. Kleinsignal-(Verstärker-)Betrieb und Großsignal-(Digital-)Betrieb werden erläutert und die wichtigsten Berechnungsmethoden vorgestellt.

Anhand ausgewählter Anwendungsschaltungen (Operationsverstärker, Analog-Digital-Umsetzer, CMOS-Technik, Speicher u. a.) erhält der Leser Einblick in die Realisierung komplexer Funktionen durch elektronische Schaltungen. Auf die Schaltungsanalyse mit Computer wird am Beispiel des Frequenzfilters kurz eingegangen (Programm PSPICE).

Die Autoren Apl. Prof. Dr.-Ing. W. Friedrich Oehme hat viele Jahre als Professor am Lehrstuhl für Technische Elektronik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg gelehrt. Prof. Dr. techn. Mario Huemer hat seit 2004 eine Professur für Technische Elektronik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg inne. FH-Prof. Dr. Markus Pfaff leitet die Fachbereiche Elektrotechnik und Hardwareentwurf an der Fachhochschule Hagenberg/Oberösterreich, wo er seit dem Jahre 2000 lehrt. Auf der Website zum Buch Aufgaben mit Lösungen, Linksammlung

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Leseprobe

1 Einführung (S. 13)

1.1 Elektronische Schaltungen

Jeder kennt aus der Schule das einfache Experiment, bei dem man mit einem Schalter einen Stromkreis schließt, und eine Lampe leuchtet daraufhin (Abbildung 1.1). Das Schalten oder – anders ausgedrückt – der durch das Schließen des Schalters vervollständigte Stromkreis hat der Lampe zu Strom verholfen. Nun kann der Glühdraht in der Lampe glühen und die Lampe kann ihre lichtspendende Funktion ausüben.

Stromkreise werden uns in den folgenden Kapiteln stets beschäftigen, wobei glühende Drähte eher die Ausnahme darstellen werden. Der Schalter hat die Elemente Batterie und Lampe verbunden. Für dieses Verbinden sind auch die Begriffe Zusammenschalten oder miteinander Verschalten üblich. Das Ergebnis ist dann eine Schaltung.

Und wenn von elektronischen Schaltungen die Rede ist, dann soll speziell darauf hingewiesen werden, dass sich hier nichts bewegen soll – außer den Elektronen. Mit Motoren werden wir uns also nicht befassen. Ziel jeder Schaltung ist die Realisierung einer Funktion. Diese kann sehr einfach sein, wie bei unserer Lampe, nämlich Licht in Abhängigkeit von der Stärke eines Stromes zu liefern. Komplizierte Funktionen finden wir reichlich in unserer Umgebung.

Der kleine Taschenrechner soll Zahlen addieren und zum Schluss vielleicht noch den Barzahlungsrabatt für eine Ware ausrechnen. Diese Funktion erinnert schon richtig an die Mathematik, mit Variablen und einem Ergebnis. Genaugenommen können wir auch alle Funktionen, welche durch Schaltungen ausgeübt werden sollen, durch mathematische Formeln darstellen.

Davon werden wir Gebrauch machen, soweit das nötig ist. Eine sehr umfassende und verzweigte Funktion ist der Fernsehapparat. Als Ergebnisgrößen erkennen wir sofort Bild und Ton. Als Eingabegrößen erkennen wir die Nummer des Kanals bzw. des Senders, die Lautstärke usw. Und wie bei einer richtigen Funktion finden wir eine Anzahl von Parametern, die Farbabstimmung, den Kontrast, die Helligkeit u.a.m. All das stellen wir ein, an kleinen Schaltern oder über den Bildschirm und die Fernbedienung.

Somit wird etwas klar, was eigentlich für jede Dienstleistung gilt. Die Aufgabe muss nicht nur ausgeführt werden, sondern die Details der Ausführung müssen beim Auftraggeber abgeholt werden und die Ergebnisse müssen zu ihm gebracht werden. Auf unsere Schaltung bezogen heißt das, dass es Verbindungen zur Welt des Anwenders geben muss, denn er kann nicht direkt mit den Elektronen kommunizieren.

Geeignete Wandlerelemente müssen seine Wünsche in die Schaltung übertragen bzw. die Ergebnisse sichtbar machen. So hat sich unser Horizont geweitet und wir können die Schaltung im Sinne der Darstellung von Abbildung 1.2 in Bereiche gliedern. Die Zeit, als der Käufer eines Fernsehapparats mit seinen Unterlagen ein großes Blatt mit der kompletten Schaltung erhielt, ist Vergangenheit.

Moderne Unterlagen zeigen ggf. ein Blockbild mit modularen Komponenten, welche über mehr oder weniger standardisierte Verbindungen kommunizieren. Für eine solche Anordnung ist der Begriff System in Gebrauch. Von Schaltung spricht man innerhalb der Komponenten. Abbildung 1.2 zeigt noch eine weitere wichtige Komponente, die Speicherung von Parametern. Schaltungen für diese spezielle Funktion werden wir uns ebenfalls ansehen. Nach diesem Exkurs in die Anwendungen können wir ahnen, dass die Vielfalt der Funktionsschaltungen enorm sein wird. So erhebt sich die Frage, ob das Entwickeln von Schaltungen ein Handwerk ist, mit strengen Regeln, oder eine Kunst.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis8
Verzeichnis von Formelzeichen und Abkürzungen10
1 Einführung14
1.1 Elektronische Schaltungen14
1.2 Die Welt der elektronischen Bauelemente15
1.3 Mikroelektronik18
1.4 Der Weg durch das Buch20
2 Physikalische Grundlagen elektrischer Schaltungen22
2.1 Spannung und Strom22
2.2 Widerstand, Kapazität, Induktivität27
2.3 Stromkreis37
2.4 Reale Bauelemente50
2.5 Verständnisfragen61
3 Passive Netzwerke62
3.1 Signale in Schaltungen62
3.2 Übertragungseigenschaften linearer Schaltkreise69
3.3 Von der Übertragungsfunktion zum Netzwerk84
3.4 Verständnisfragen90
4 Halbleiterbauelemente92
4.1 Diode und Transistor92
4.2 Der Transistor in der Schaltung103
4.3 Dynamische Signale in Transistoren und Dioden118
4.4 Verständnisfragen128
5 Analoge Grundschaltungen130
5.1 Einzeltransistor als Verstärkergrundschaltung130
5.2 Funktionsschaltungen mit mehreren Transistoren145
5.3 Operationsverstärker157
5.4 Funktionsbausteine der Signalverarbeitung166
5.5 Rechnergestützte Schaltungsanalyse185
5.6 Verständnisfragen191
6 Digitale Grundschaltungen und Speicher193
6.1 Digitale Schaltungen und ihre Charakterisierung193
6.2 Realisierung der digitalen Grundfunktionen199
6.3 Ausblick auf das Feld komplexer Digitalbausteine212
6.4 Speicherbausteine für Digitalrechner229
6.5 Verständnisfragen248
7 Anhang250
Umrechnungstabelle der Vierpolparameter250
Literaturverzeichnis251
Sachwortverzeichnis252

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