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E-Book

Lehr- und Übungsbuch Elektronik

Analog- und Digitalelektronik

AutorFriedrich Hoppe, Günther Koß, Wolfgang Reinhold
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2005
Seitenanzahl409 Seiten
ISBN9783446403918
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis23,99 EUR

3., neu bearbeitete Auflage

Das Lehrbuch führt die Studenten im Grundstudium in die Elektroniklehrveranstaltungen Bauelemente, Schaltungs- sowie Analog- und Digitaltechnik ein. Die durchgängige Systematik erleichtert die Einarbeitung in das Gesamtgebiet. Das Buch bietet Aufgabenstellungen, Lösungswege und mathematisches Handwerkszeug.

Der Schwerpunkt der 3. Auflage liegt auf einer durchgängigen Aktualisierung und Überarbeitung zu mehr Anschaulichkeit sowie ausführlicheren Erläuterungen und Beispielen. Stark erweitert sind die Abschnitte Operationsverstärker und Schaltungen mit Operationsverstärkern sowie eine vertiefende Einführung in die Digitaltechnik. Das Kapitel Digitaltechnik ist stark aktualisiert und der Teil Signalprozessor völlig neu gefasst.

Die Autoren

Dr. Wolfgang Reinhold ist Professor für Elektronische Schaltungstechnik an der HTWK Leipzig.
Günther Koß ist Professor für Digitalelektronik/Digitale Systeme an der FHTW Berlin.
Dr. Friedrich Hoppe ist Professor für Elektrotechnik und Digitalelektronik ebenfalls an der FHTW Berlin

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Kapitelübersicht
  1. Inhaltsverzeichnis, Vorwort und Formelzeichenverzeichnis
  2. Elektronische Bauelemente: Physikalische Grundlagen der Halbleiterelektronik und Halbleiterdioden
  3. Elektronische Bauelemente: Bipolartransistoren
  4. Elektronische Bauelemente: Thyristoren
  5. Elektronische Bauelemente: Feldeffekttransistoren
  6. Elektronische Bauelemente: Rauschen elektronischer Bauelemente, Operationsverstärker, Optoelektronische Bauelemente und Halbleitersensoren
  7. Analogtechnik: Berechnungsmethoden elektronischer Schaltungen und Lineare Verstärkergrundschaltungen
  8. Analogtechnik: Gegenkopplung und Schaltungen mit Operationsverstärkern
  9. Analogtechnik: Aktive Filter und Oszillatoren
  10. Analogtechnik: Stromversorgungseinheiten, Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler
  11. Digitaltechnik: Einleitung, Codierung, Schaltkreisreihen und Schaltalgebra
  12. Digitaltechnik: Synthese und Analyse kombinatorischer Schaltungen und Entwurf synchroner sequenzieller Schaltungen (Schaltwerke)
  13. Digitaltechnik: Anwenderspezifische digitale Schaltkreise und Hardware-Beschreibungs-Sprachen und Halbleiterspeicher
  14. Digitaltechnik: Mikroprozessorsysteme
  15. Digitaltechnik: Mikrocontroller und Signalprozessoren
  16. Sachwortverzeichnis
Leseprobe

2 Analogtechnik (S. 103-104)

Die Analogtechnik umfasst alle schaltungstechnischen Lösungen zur Verarbeitung kontinuierlicher Signale. Diese Signale sind im allgemeinen Ströme und Spannungen, deren Informationsgehalt durch stetige Zeitfunktionen beschreibbar ist. Elektronische Schaltungen realisieren signalverarbeitende Funktionen durch Netzwerke aus elektronischen Bauelementen. Die wichtigsten Funktionseinheiten sind in Tabelle 2.1 zusammengestellt.

Diese werden durch charakteristische Baugruppen realisiert. Durch Zusammenschalten solcher Funktionseinheiten lassen sich komplexe signalverarbeitende Systeme zusammensetzen.

Für alle wichtigen Funktionseinheiten existieren zahlreiche schaltungstechnische Umsetzungen, bei denen sich die funktionelle Qualität und der Bauelementeaufwand proportional verhalten. In den meisten Fällen werden die Funktionsgruppen durch die Kombination von typischen analogen Grundschaltungen realisiert. Die Kenntnis dieser universell einsetzbaren Baublöcke gehört zum wichtigsten Handwerkszeug des Schaltungstechnikers. Zu ihnen gehören Verstärkerstufen, Differenzstufen, Stromspiegel, Referenzspannungsquellen, Stromquellen und Leistungsendstufen.

2.1 Berechnungsmethoden elektronischer Schaltungen

2.1.1 Ersatzschaltbilder

Ersatzschaltbilder stellen eine elektrische Interpretation der Funktion eines elektronischen Bauelementes bzw. einer elektronischen Baugruppe in Form eines Netzwerkes (elektrisches Netzwerkmodell des realen Bauelementes) dar. Die komplexe Funktion des Bauelementes oder der Baugruppe wird in einem Ersatzschaltbild in einige wichtige Teilfunktionen zergliedert. Die Netzwerkelemente widerspiegeln einzelne Eigenschaften bzw. Teilfunktionen. Direkte Zusammenhänge bestehen zwischen messbaren Kennlinien eines Bauelementes, den Ersatzschaltbildelementen und den Kennliniengleichungen. Die Genauigkeit der Repräsentation des realen Verhaltens wird entsprechend den Notwendigkeiten gewählt. Auf der Basis der Ersatzschaltbilder wird eine überschaubare Netzwerkberechnung der Gesamtschaltung (Bauelement mit äußerer Beschaltung) möglich.

Wichtige Elemente von Ersatzschaltbildern sind Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Konstantstrom- und Spannungsquellen sowie gesteuerte Quellen (stromgesteuerte Stromund Spannungsquellen, spannungsgesteuerte Strom- und Spannungsquellen).

Gesteuerte Quellen.

Die Ströme bzw. Spannungen dieser Quellen sind von anderen Zweigspannungen bzw. Zweigströmen der Ersatzschaltung abhängig. Ursache und Wirkung der Steuerung liegen an verschiedenen Stellen in der Ersatzschaltung (siehe Bild 2.1).

Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Vorwort zur 3. Auflage7
Inhaltsverzeichnis8
Formelzeichenverzeichnis15
1 Elektronische Bauelemente18
1.1 Physikalische Grundlagen der Halbleiterelektronik18
1.1.1 Eigenleitung18
1.1.2 Halbleiter mit Störstellen19
1.1.3 Generationsmechanismen22
1.1.4 Ladungsträgertransportmechanismen23
1.1.5 Aufgaben24
1.2 Halbleiterdioden24
1.2.1 pn-Übergang24
1.2.2 Kleinsignalverhalten29
1.2.3 Schaltverhalten30
1.2.4 Temperaturverhalten32
1.2.5 Spezielle Dioden und ihre Anwendungen33
1.2.6 Mikrowellendioden38
1.2.7 Aufgaben40
1.3 Bipolartransistoren41
1.3.1 Wirkprinzip41
1.3.2 Strom-Spannungs-Kennlinie42
1.3.3 Nutzbarer Betriebsbereich46
1.3.4 Bipolartransistor als Verstärker48
1.3.5 Temperaturverhalten53
1.3.6 Arbeitspunktabhängigkeit der Stromverstärkung55
1.3.7 Bipolartransistor als elektronischer Schalter55
1.3.8 Aufgaben59
1.4 Thyristoren61
1.4.1 Aufbau undWirkungsweise61
1.4.2 Thyristorvarianten62
1.4.3 Anwendungen von Thyristoren63
1.4.4 Aufgaben66
1.5 Feldeffekttransistoren66
1.5.1 MOSFET66
1.5.2 Sperrschicht-FET78
1.5.3 Aufgaben79
1.6 Rauschen elektronischer Bauelemente81
1.6.1 Widerstandsrauschen81
1.6.2 Diodenrauschen82
1.6.3 Transistorrauschen83
1.6.4 Rauschspannung84
1.6.5 Rauschfaktor84
1.6.6 Aufgabe85
1.7 Operationsverstärker85
1.7.1 Der ideale Operationsverstärker86
1.7.2 Aufbau eines Operationsverstärkers86
1.7.3 Statische Kenngrößen realer Operationsverstärker87
1.7.4 Dynamisches Verhalten von Operationsverstärkern90
1.7.5 Rauschen in Operationsverstärkern91
1.7.6 Moderne Operationsverstärkertypen92
1.7.7 Aufgaben94
1.8 Optoelektronische Bauelemente und Halbleitersensoren94
1.8.1 Fotosensoren94
1.8.2 Leuchtdioden97
1.8.3 Optokoppler99
1.8.4 Spezielle Halbleitersensoren99
1.8.5 Aufgaben102
2 Analogtechnik104
2.1 Berechnungsmethoden elektronischer Schaltungen104
2.1.1 Ersatzschaltbilder104
2.1.2 Groß- und Kleinsignalanalyse105
2.1.3 Kleinsignalersatzschaltung106
2.1.4 Vierpoldarstellung107
2.1.5 Darstellung des Übertragungsverhaltens111
2.1.6 Signalflussdarstellung112
2.1.7 Computergestützte Netzwerkanalyse113
2.1.8 Aufgaben114
2.2 Lineare Verstärkergrundschaltungen115
2.2.1 Grundmodell eines Spannungsverstärkers115
2.2.2 Einstufige Verstärker mit Bipolartransistoren116
2.2.3 Einstufige Verstärker mit Feldeffekt- Transistoren124
2.2.4 Grundschaltungen mit mehreren Transistoren125
2.2.5 Frequenzverhalten von Verstärkerstufen139
2.2.6 Kopplung von Verstärkerstufen142
2.2.7 Aufgaben143
2.3 Gegenkopplung145
2.3.1 Allgemeines Modell der Gegenkopplung146
2.3.2 Schaltungsarten der Gegenkopplung147
2.3.3 Effekte der Gegenkopplung148
2.3.4 Anwendungen der Gegenkopplungsvarianten152
2.3.5 Stabilität rückgekoppelter Verstärker156
2.3.6 Frequenzgangkorrektur von Verstärkern158
2.3.7 Aufgaben159
2.4 Schaltungen mit Operationsverstärkern160
2.4.1 Lineare Verstärker160
2.4.2 Rechenschaltungen162
2.4.3 Nichtlineare Schaltungen166
2.4.4 Komparatoren und Schmitt-Trigger166
2.4.5 Signalformung168
2.4.6 Stromquellen169
2.4.7 Schaltungstechnik mit modernen Operationsverstärkern170
2.4.8 Aufgaben174
2.5 Aktive Filter175
2.5.1 Aktive Filter179
2.5.2 Universalfilter188
2.5.3 SC-Filter190
2.5.4 Aufgaben192
2.6 Oszillatoren192
2.6.1 Grundstruktur und Schwingbedingung193
2.6.2 RC-Oszillatoren193
2.6.3 LC-Oszillatoren196
2.6.4 Quarzoszillatoren197
2.6.5 Aufgaben198
2.7 Stromversorgungseinheiten198
2.7.1 Gleichrichterschaltungen199
2.7.2 Spannungsstabilisierung201
2.7.3 Erzeugung von Referenzspannungen203
2.7.4 Aufgaben205
2.8 Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler205
2.8.1 Kennwerte von A/D-Wandlern205
2.8.2 A/D-Wandlungsverfahren207
2.8.3 Grundprinzipien der D/ A- Wandlung209
2.8.4 Aufgaben213
3 Digitaltechnik214
3.1 Einleitung214
3.2 Codierung217
3.2.1 Das Bit217
3.2.2 Begriff der Codierung219
3.2.3 Technisch bedeutsame Codes220
3.2.4 Sicherung von Codes gegen Fehler227
3.2.5 Aufgaben228
3.3 Schaltkreisreihen229
3.3.1 Bipolare Schaltkreisreihen230
3.3.2 Unipolare Schaltkreisreihen235
3.3.3 Aufgaben238
3.4 Schaltalgebra238
3.4.1 Schaltfunktionen239
3.4.2 Schaltfunktionen und Schalt( er) netze241
3.4.3 Gesetze und Rechenregeln der Schaltalgebra241
3.4.4 Schaltfunktionen und Wertetabelle243
3.4.5 Minimierung von Schaltfunktionen245
3.4.6 NAND-NAND- und NOR- NOR- Strukturen247
3.4.7 OR-NAND- und AND- NOR- Strukturen249
3.4.8 Aufgaben249
3.5 Synthese und Analyse kombinatorischer Schaltungen249
3.5.1 Begriff der kombinatorischen Schaltung249
3.5.2 Entwurf technisch bedeutsamer Funktionsgruppen250
3.5.3 Entwurf kombinatorischer Schaltungen mit Multiplexern258
3.5.4 Entwurf kombinatorischer Schaltungen mit Festwertspeichern ( ROM)260
3.5.5 Analyse kombinatorischer Schaltungen265
3.5.6 Aufgaben266
3.6 Entwurf synchroner sequenzieller Schaltungen (Schaltwerke)266
3.6.1 Flipflop266
3.6.2 Synthese und Analyse synchroner sequenzieller Schaltungen272
3.6.3 Kippschaltungen mit Digitalschaltkreisen291
3.6.4 Aufgaben296
3.7 Anwenderspezifische digitale Schaltkreise und Hardware-Beschreibungs-Sprachen297
3.7.1 Schaltungsrealisierung in PAL298
3.7.2 Schaltungsrealisierung mit FPGA302
3.7.3 VHDL304
3.7.4 Aufgaben317
3.8 Halbleiterspeicher320
3.8.1 Festwertspeicher321
3.8.2 Schreib-Lese-Speicher324
3.8.3 Erweiterung der Speicherkapazität337
3.8.4 Aufgaben341
3.9 Mikroprozessorsysteme341
3.9.1 Elementarer Mikroprozessor342
3.9.2 Mikroprozessorreihe 80x86355
3.9.3 Assemblerprogrammierung365
3.9.4 Aufgaben370
3.10 Mikrocontroller371
3.10.1 Architektur371
3.10.2 Anwendungsbeispiele373
3.10.3 Aufgaben382
3.11 Signalprozessoren383
3.11.1 Signalprozessoranwendungen383
3.11.2 Signalprozessor-Strukturen386
3.11.3 Der Signalprozessor DSP56303387
3.11.4 DSP56303-Evaluation-Modul389
3.11.5 Tasking-Entwicklungsumgebung390
3.11.6 Beispielprogramme391
3.11.7 Laufzeitanalyse395
3.11.8 Aufgaben396
Literaturverzeichnis397
Elektronische Bauelemente397
Analogtechnik397
Digitaltechnik399
Sachwortverzeichnis400

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