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E-Book

Handbuch Elektrotechnik

Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker

VerlagVieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl1143 Seiten
ISBN9783834892454
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis66,99 EUR
Dieses Handbuch stellt in systematischer Form alle wesentlichen Grundlagen der Elektrotechnik in der komprimierten Form eines Nachschlagewerkes zusammen. Es wurde für Studenten und Praktiker entwickelt. Für Spezialisten eines bestimmten Fachgebiets wird ein umfassender Einblick in Nachbargebiete geboten. Die didaktisch ausgezeichneten Darstellungen ermöglichen eine rasche Erarbeitung des umfangreichen Inhalts. Über 1800 Abbildungen und Tabellen, passgenau ausgewählte Formeln, Hinweise, Schaltpläne und Normen führen den Benutzer sicher durch die Elektrotechnik.

Prof. Dr.-Ing. Wilfried Plaßmann lehrt an der Fachhochschule Hannover im Fachbereich Elektrotechnik.
Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz lehrt an der Fakultät Eletrotechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg im Fachgebiet Elektrische Energiesysteme.
Die Autoren sind Fachleute aus Industrie, Forschung und Lehre.

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Leseprobe
"Elektronik (S. 319)

I Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn-Übergang

1 Einführung in die Halbleiterphysik

Im Periodischen System der Elemente findet man zwischen den Metallen und den Nichtmetallen Elemente, die als Halbleiter bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei um Materialien mit einer spezifischen Leitfähigkeit, die in dem Bereich zwischen der spezifischen Leitfähigkeit von metallischen Leitern und der von Isolatoren liegt.

Die wichtigsten Halbleiterwerkstoffe sind das Silizium (Si) und das Germanium (Ge). Selen (Se) wird dagegen nur noch zur Herstellung kleinerer Netzgleichrichter verwendet. Hinzu kommen jedoch noch die intermetallischen Verbindungen wie Gallium-Arsenid (GaAs), Gallium- Phosphid (GaP) und Indium-Arsenid (InAs). Sie werden hauptsächlich zur Herstellung von Fotohalbleitern und Hallgeneratoren verwendet.

Silizium und Germanium sind 4wertige Elemente, also bilden Atome mit vier Valenzelektronen das Kristallgitter (Tetraeder-Gefüge) von reinem Silizium und Germanium. Bei diesen Elementen werden die Atome durch die Elektronenpaarbindung zusammengehalten. In den Atomkoordinationsgittern lagern sich die Atome mit ihren äußeren Elektronenschalen so aneinander, daß ihre Bindung über zwei Elektronen erfolgt.

Die Atome teilen sich die Elektronen der äußersten Schale. Diese erhält so nach Bild I-1 den Bau einer Edelgasschale (Abschnitt Werkstoffkunde). Bei einem störungsfreien Kristallgitteraufbau und absolutem Temperaturnullpunkt (V0 = –273 °C = 0 K(elvin) befinden sich alle Atome im Ruhezustand.

Die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials ist unter den genannten Bedingungen gleich Null, und damit ist das Material ein absoluter Nichtleiter. In reinem Silizium gibt nun jedes Si-Atom an vier Nachbaratome je ein Elektron ab oder nimmt von jedem der vier ein Elektron zur Aufrechterhaltung der Elektronenpaarbindung an.

In einem reinen Siliziumkristall sind alle Valenzelektronen fest gebunden, so daß keine freien Elektronen zur Verfügung stehen. Wird ein solcher Kristall der Einwirkung von Energie in Form von Licht und/oder Wärme ausgesetzt, so beginnen die Atome zu schwingen (thermische Eigenbewegung). Unter diesen Bedingungen können Valenzelektronen aus ihren Bindungen herausspringen und werden damit zu freien Elektronen, so daß die Leitfähigkeit des Materials größer wird.

An der Stelle, an der ein Valenzelektron aus seiner Bindung gerissen wurde, fehlt nun jedoch eine negative Ladung. Infolge der positiven Ladung der Protonen im Atom verbleibt dem Atom eine positive Ladung, die als „Defektelektron"" oder „Loch"" bezeichnet wird.

Das Entstehen eines freien Elektrons und eines Loches nach Bild I-2 wird als „thermische Paarbildung"" oder „Generation"" bezeichnet. Bei andauernder Energiezuführung werden fortlaufend Elektronen frei, die scheinbar ziellos durch den Kristall wandern, bis sie auf ein Loch treffen und dort wieder in einen festen Atomverband zurückspringen.

Dieser Vorgang wird „Rekombination"" genannt. Paarbildung und Rekombination sind stets im Gleichgewicht. Die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger hängt aber von der Temperatur ab und wird mit steigender Temperatur größer. Im Bereich der Raumtemperatur verdoppelt sich in etwa die Anzahl der Ladungsträgerpaare, wenn eine Temperaturerhöhung um 10 K vorgenommen wird.

Diese Erhöhung der Leitfähigkeit mit steigender Temperatur wird allgemein „Eigenleitung"" genannt. Beim Anlegen einer Spannung entsteht im Kristall ein elektrisches Feld, daß die frei gewordenen Elektronen vom Minuspol zum Pluspol der Spannungsquelle zieht. Sie springen auf ihrem Weg dahin immer von einem Loch zum anderen und „fallen hinein"" (rekombinieren)."
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis7
Mathematik39
I Arithmetik39
II Gleichungen62
III Planimetrie84
IV Stereometrie106
V Funktionen114
VI Trigonometrie135
VII Analytische Geometrie144
VIII Differential- und Integralrechnung169
Anhang199
Physik203
I Einführung203
II Mechanik204
III Thermodynamik221
IV Schwingungen227
V Wellen231
VI Akustik236
VII Optik238
VIII Anhang253
Werkstoffkunde255
I Stoffe255
II Elektrische Leitfähigkeit263
III Elektrische Leiter268
IV Magnetische Leitfähigkeit271
V Magnetika275
VI Dielektrische Eigenschaften283
VII Dielektrika286
I Grundbegriffe290
II Der Gleichstromkreis293
III Das Elektrische Feld302
IV Das Magnetische Feld311
V Induktion326
VI Wechselstrom331
VII Drehstrom350
Elektronik355
I Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn-Übergang355
II Dioden358
III Mehrschichtdioden und - trioden376
IV Transistoren385
V Besondere Halbleiter-Bauelemente401
VI Analoge Verstärker407
VII Endstufen433
VIII Operationsverstärker438
IX Elektronische Schalter, Kippstufen449
X Oszillatoren461
XI Schaltungstechniken465
XII Optoelektronik469
XIII Analog-Digital-Wandler477
XIV Digital-Analog-Wandler480
XV Leistungselektronik482
Technische Kommunikation/Technisches Zeichnen496
I Grundlagen der zeichnerischen Darstellung496
II Schaltungsunterlagen529
III Schaltungssynthese und -analyse546
IV CAD-Technik549
Datentechnik555
I Digitaltechnik555
II Integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik596
III Mikrocomputertechnik622
IV Computertechnik693
V Programmiertechnik704
VI Datenkommunikation708
Automatisierungstechnik723
Meßtechnik769
I Grundlagen und Grundbegriffe der Meßtechnik769
II Analog anzeigende Meßgeräte775
III Oszilloskop778
IV Schreibende Meßgeräte784
V Digital anzeigende Meßgeräte785
VI Meßverfahren zur Messung elektrischer Größen788
VII Meßverfahren zur Messung nichtelektrischer Größen807
VIII Meßdatenaufbereitung828
IX Bussysteme für die Meßtechnik Meßbus831
X Probleme bei der Digitalisierung analoger Meßwerte836
XI PC-gestützte Meßverfahren und Meßsignalanalyse839
Energietechnik843
I Elektrische Maschinen843
II Elektrische Anlagen891
III Elektrische Energieanwendung943
Nachrichtentechnik951
I Grundlagen der Nachrichtenübertragung951
II Vierpole, Zweitore968
III Leitungen984
IV Antennen1012
V Modulation1022
VI Filter1049
VII Empfängerschaltungstechnik1059
VIII Ton- und Bildübertragung1061
IX Mehrfachübertragung – Multiplexverfahren1068
X Richtfunktechnik1071
XI Nachrichtenübertragung über Satellit1073
XII Nachrichtenübertragung über Lichtwellenleiter (LWL)1076
XIII Funkmeßtechnik – Radar1082
XIV Elektroakustische Wandler1085
XV Vermittlungstechnik1094
XVI Kommunikations- und Datennetze1100
XVII Optimierte Nachrichten- und Datenübertragung1107
Häufig verwendete Formelzeichen1118
Signal- und Systemtheorie1118
I Einführung1119
II Grundbegriffe1121
III Periodische nichtsinusförmige zeitkontinuierliche Signale1122
IV Nichtperiodische zeitkontinuierliche Signale1126
V Spezielle Signale1140
VI Leistung1142
VII Faltungsintegral1143
VIII Abtasttheorem1144
IX Nichtkontinuierliche (zeitdiskrete) Signale1145
X Zufällige Signale1151
Sachwortverzeichnis1158

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