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E-Book

Mechatronik 1

VerlagVogel Communications Group GmbH & Co. KG
Erscheinungsjahr2002
Seitenanzahl372 Seiten
ISBN9783834360045
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis5,80 EUR

Die Mechatronik vereint Elemente des Maschinenbaus, der Elektrotechnik/Elektronik und der Informatik. Das zweibändige Werk, das sich in erster Linie an Studenten von Fachhochschulen und Universitäten wendet und dem Aufbau der Vorlesungen folgt, ist eine Einführung in die physikalischen und technischen Grundlagen der Mechatronik. Im ersten Band geht es um:

- Grundbegriffe und Grundlagen
- Analogelektronik
- Leistungselektronik
- Sensoren
- Aktoren.    

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Kapitelübersicht
  1. Vorwort und Inhaltsverzeichnis
  2. 1 Grundlagen
  3. 2 Analogelektronik
  4. 3 Leistungselektronik
  5. 4 Sensoren
  6. 5 Aktoren
  7. Weiterführende Literatur und Stichwortverzeichnis
Leseprobe

2 Analogelektronik (S. 55-56)

In der Schaltungstechnik unterscheidet man zwischen analoger und digitaler Signalerzeugung oder Signalverarbeitung. Analoge Signale sind zeitlich sich stetig ändernde Spannungen, Ströme oder Frequenzen. Digitale Signale hingegen sind zeitquantisiert mit konstanter Amplitude. Da Umwelt und Technik im weitesten Sinn durch analoge Signale beschreibbar sind (ausnahmen sind quantenphysikalische Signale), sind immer analoge Bausteine (Sensoren, Spannungsquellen, Stromquellen, Oszillatoren, Spannungsteiler, Brücken, Messverstärker, Operationsverstärker, Filter, A/D-Wandler usw.) zur Signalaufnahme und -verarbeitung notwendig. Erst danach werden die analogen Signale mit Hilfe von A/D-Wandlern in digitale Signale umgeformt und den Prozessoren zur Auswertung zugeführt. Nichtlinearitäten und Exemplarstreuungen der analogen Stufen können dann digital abgespeichert und rechnerisch korrigiert werden, was zu einer höheren Systemgenauigkeit führt. So viel zur Notwendigkeit der Analogelektronik.

2.1 Spannungsteiler

Der Spannungsteiler ist eine häufig angewandte Grundschaltung. Sie dient zur elektrischen Potentialanpassung, Übertragung und Amplitudendämpfung analoger elektrischer Signale und als elektrische Anpassungsschaltung für resistive Sensorelemente.

2.1.1 Unbelasteter fester Spannungsteiler

Er besteht aus 2 festen in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2 (Bild 2.1). An den äußeren Anschlüssen der Reihenschaltung liegt die Spannung Ue, und am Widerstand R2 wird die Teilspannung Ua abgegriffen. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass der Eingangwiderstand der nachfolgenden Schaltung viel größer ist als der Spannungsteilerwiderstand R2 (Leerlaufbetrieb). Für die Ausgangsspannung Ua gilt dann nach dem Spannungsteilergesetz, wobei n das Teileverhältnis R2/(R1 + R2) des Spannungsteilers ist.

2.1.2 Unbelastete variable Spannungsteilerschaltung

Einer der beiden Festwiderstände (R1 oder R2) wird durch einen variablen Widerstand ersetzt. Dem Spannungsteilerausgang soll praktisch kein Strom entnommen werden (Leerlaufbetrieb). Dieser Zustand lässt sich in der Praxis durch einen hochohmigen Abgriff der Ausgangsspannung gut realisieren. Es werden nun die am häufigsten eingesetzten Schaltungskonzepte beschrieben.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis8
1 Grundlagen14
1.1 Der Begriff Mechatronik und mechatronisches System14
1.2 Grundbegriffe15
1.3 Aufstellung und Lösung von linearen Differentialgleichungen im Zeitbereich19
1.4 Aufstellung und Lösung linearer Differentialgleichungen im Frequenzbereich28
1.5 Instationäres Verhalten technischer Systeme47
1.6 Laplace-Transformation53
1.7 Zusammenfassung55
2 Analogelektronik56
2.1 Spannungsteiler56
2.2 Gleichstrombrückenschaltungen61
2.3 Wechselstrombrückenschaltungen67
2.4 Operationsverstärker68
2.5 Analoge Filter81
2.6 Analog/Digital-Umsetzer und Digital/Analog-Umsetzer87
2.7 Trägerfrequenzverstärker97
3 Leistungselektronik104
3.1 Steuerbare Leistungshalbleiter104
3.2 Leistungsdioden108
3.3 Anforderungen an die Ansteuerung der Leistungshalbleiter (Tabelle 3.4)109
3.4 Transistorschaltstufen110
3.5 Ansteuerschaltungen für Leistungs-MOSFETs und IGBTs110
3.6 Brückenschaltungen mit Transistoren114
3.7 Endstufenansteuerung über PWM-Signal116
4 Sensoren120
4.1 Grundbegriffe120
4.2 Mechanoresistive Sensoren143
4.3 Elektromagnetische Sensoren155
4.4 Magnetfeldsensoren172
4.5 Magnetoelastische Sensoren192
4.6 Kapazitive Sensoren198
4.7 Piezoelektrische Sensoren205
4.8 Temperatursensoren218
4.9 Optoelektronische Sensoren227
4.10 Ultraschallsensoren252
4.11 Pneumatische Sensoren255
5 Aktoren260
5.1 Einführung in die Aktuatorik260
5.2 Festkörperaktoren: Piezoelektrische und magnetostriktive Steller263
5.3 Elektromagnetisch/mechanische Aktoren278
5.4 Arbeitspunkt im 4-Quadranten-Betrieb, Nennbetrieb und Typenschild305
5.5 Leistungselektronische Umrichter für mechatronische Aktoren312
5.6 Projektierungsvorschläge325
5.7 Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Redundanz [5.1]329
5.8 Dynamisches Verhalten, Hochlaufbetrieb und Thermodynamik333
5.9 Normrichtlinien: Bauformen, Schutzarten, Kühlung und Isolation338
5.10 Hydraulische Antriebstechnik340
5.11 Pneumatische Antriebstechnik354
Literaturverzeichnis358
Weiterführende Literatur360
Stichwortverzeichnis362

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