Elektronische Schaltungstechnik - Grundlagen der Analogelektronik

Elektronische Schaltungstechnik - Grundlagen der Analogelektronik

 

 

 

von: Wolfgang Reinhold

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2017

ISBN: 9783446453821

Sprache: Deutsch

375 Seiten, Download: 17681 KB

 
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Mehr zum Inhalt

Elektronische Schaltungstechnik - Grundlagen der Analogelektronik



  Vorwort 6  
  Inhalt 8  
  1 Physikalische Grundlagen der Halbleiterelektronik 14  
     1.1 Leitfähigkeit von Halbleitern 14  
        1.1.1 Eigenleitung 14  
        1.1.2 Halbleiter mit Störstellen 16  
     1.2 Ladungsträgergeneration in Halbleitern 20  
     1.3 Ladungsträgertransport in Halbleitern 21  
     1.4 Aufgaben 22  
  2 Berechnungsmethoden elektronischer Schaltungen 23  
     2.1 Analysemethoden und -werkzeuge zur Schaltungsberechnung 24  
        2.1.1 Ersatzschaltbilder 26  
        2.1.2 Groß- und Kleinsignalanalyse 27  
        2.1.3 Kleinsignalersatzschaltung 28  
     2.2 Vierpoldarstellung 29  
     2.3 Zusammenschaltung von Vierpolen 33  
     2.4 Vierpole mit äußerer Beschaltung 34  
     2.5 Darstellung des Übertragungsverhaltens 35  
     2.6 Signalflussdarstellung 37  
     2.7 Computergestützte Netzwerkanalyse 38  
     2.8 Aufgaben 40  
  3 Halbleiterdioden 42  
     3.1 pn-Übergang 42  
        3.1.1 Wirkprinzip 42  
        3.1.2 Strom-Spannungs-Kennlinie 46  
        3.1.3 Ladungsspeicherung 47  
     3.2 Kleinsignalverhalten 48  
     3.3 Schaltverhalten 51  
     3.4 Temperaturverhalten 53  
     3.5 Spezielle Dioden und ihre Anwendungen 54  
        3.5.1 Gleichrichterdiode 54  
        3.5.2 Z-Diode 57  
        3.5.3 Kapazitätsdiode 59  
        3.5.4 Tunneldiode 61  
        3.5.5 Schottky-Diode 61  
     3.6 Mikrowellendioden 62  
        3.6.1 IMPATT-Diode 62  
        3.6.2 Gunn-Diode 63  
     3.7 Aufgaben 64  
  4 Bipolartransistoren 66  
     4.1 Wirkprinzip 66  
     4.2 Strom-Spannungs-Kennlinie 68  
     4.3 Nutzbarer Betriebsbereich 73  
     4.4 Bipolartransistor als Verstärker 75  
        4.4.1 Kleinsignalmodell des Bipolartransistors 76  
        4.4.2 Frequenzabhängigkeit des Übertragungsverhaltens des Bipolartransistors 79  
     4.5 Temperaturverhalten von Bipolartransistoren 84  
     4.6 Arbeitspunktabhängigkeit der Stromverstärkung 86  
     4.7 Bipolartransistor als elektronischer Schalter 87  
        4.7.1 Schaltung eines Transistorschalters 87  
        4.7.2 Stationäres Schaltermodell des Bipolartransistors 88  
        4.7.3 Dynamisches Verhalten eines Transistorschalters 89  
     4.8 Aufgaben 92  
  5 Thyristoren 96  
     5.1 Aufbau und Wirkungsweise 96  
     5.2 Thyristorvarianten 98  
     5.3 Anwendungen von Thyristoren 99  
     5.4 Aufgaben 102  
  6 Feldeffekttransistoren 103  
     6.1 MOSFET 104  
        6.1.1 Wirkprinzipien verschiedener MOSFET-Typen 104  
        6.1.2 Strom-Spannungs-Kennlinie eines MOSFET 105  
        6.1.3 Ableitung der Strom-Spannungs-Kennlinie eines MOSFET 109  
        6.1.4 MOSFET als Verstärker 111  
           6.1.4.1 Kleinsignalmodell des MOSFET 111  
           6.1.4.2 Frequenzabhängigkeit des Übertragungsverhaltens 114  
           6.1.4.3 Effekte bei integriertem MOSFET 115  
        6.1.5 MOSFET als elektronischer Schalter 116  
        6.1.6 Thermisches Verhalten des MOSFET 118  
     6.2 Sperrschicht-FET 119  
        6.2.1 Strom-Spannungs-Kennlinie eines SFET 120  
        6.2.2 Kleinsignalverhalten eines SFET 120  
     6.3 SFET als Verstärker 121  
     6.4 Aufgaben 123  
  7 Rauschen elektronischer Bauelemente 126  
     7.1 Widerstandsrauschen 126  
     7.2 Diodenrauschen 128  
     7.3 Transistorrauschen 129  
     7.4 Rauschspannung 130  
     7.5 Rauschfaktor 131  
     7.6 Aufgabe 133  
  8 Operationsverstärker 134  
     8.1 Der ideale Operationsverstärker 134  
     8.2 Aufbau eines Operationsverstärkers 135  
     8.3 Statische Kenngrößen realer Operationsverstärker 136  
     8.4 Dynamische Kenngrößen realer Operationsverstärker 140  
     8.5 Verstärkerschaltungen mit Operationsverstärker 141  
        8.5.1 Grundschaltungen eines Spannungsverstärkers 142  
        8.5.2 Kompensation von Offsetspannung und Offsetstrom des Operationsverstärkers 143  
     8.6 Dynamisches Verhalten von Operationsverstärkerschaltungen 144  
     8.7 Rauschen in Operationsverstärkern 146  
     8.8 Moderne Operationsverstärkertypen 147  
     8.9 Aufgaben 149  
  9 Optoelektronische Bauelemente und Halbleitersensoren 151  
     9.1 Fotosensoren 151  
     9.2 Leuchtdioden 154  
     9.3 Optokoppler 157  
     9.4 Spezielle Halbleitersensoren 157  
        9.4.1 Temperatursensoren 157  
        9.4.2 Magnetfeldsensoren 159  
        9.4.3 Piezowandler 160  
     9.5 Aufgaben 161  
  10 Lineare Verstärkergrundschaltungen 163  
     10.1 Allgemeines Kleinsignalmodell eines Spannungsverstärkers 163  
     10.2 Einstufige Verstärker mit Bipolartransistoren 165  
        10.2.1 Emitterschaltung 166  
        10.2.2 Basisschaltung 174  
        10.2.3 Kollektorschaltung (Emitterfolger) 176  
        10.2.4 Vergleich der einstufigen Transistorverstärkerschaltungen 178  
     10.3 Einstufige Verstärker mit Feldeffekt-Transistoren 179  
     10.4 Grundschaltungen mit mehreren Transistoren 180  
        10.4.1 Kaskodeschaltung 180  
        10.4.2 Differenzverstärker 182  
        10.4.3 Stromspiegel 186  
        10.4.4 Differenzverstärker mit Stromspiegellast 189  
        10.4.5 Transistor-Stromquellen 190  
        10.4.6 Darlington-Schaltung 193  
        10.4.7 Leistungsendstufen 194  
     10.5 Frequenzverhalten von Verstärkerstufen 200  
     10.6 Kopplung von Verstärkerstufen 201  
     10.7 Aufgaben 202  
  11 Gegenkopplung 207  
     11.1 Allgemeines Modell der Gegenkopplung 207  
     11.2 Schaltungsarten der Gegenkopplung 209  
     11.3 Effekte der Gegenkopplung 210  
        11.3.1 Einstellung eines definierten Übertragungsfaktors 210  
        11.3.2 Linearisierung des Übertragungsfaktors 210  
        11.3.3 Parameterempfindlichkeit 212  
        11.3.4 Einfluss der Gegenkopplung auf Ein- und Ausgangsimpedanz 213  
        11.3.5 Übertragungsbandbreite 215  
        11.3.6 Miller-Effekt 216  
        11.3.7 Bootstrap-Effekt 217  
        11.3.8 Gezielte Beeinflussung des Frequenzganges eines Verstärkers 217  
     11.4 Anwendungen der Gegenkopplungsvarianten 218  
        11.4.1 Operationsverstärkerschaltungen mit Gegenkopplung 218  
        11.4.2 Transistorschaltungen mit Gegenkopplung 220  
     11.5 Stabilität rückgekoppelter Verstärker 223  
     11.6 Frequenzgangkorrektur von Verstärkern 226  
     11.7 Aufgaben 228  
  12 Schaltungen mit Operationsverstärkern 230  
     12.1 Lineare Verstärker 230  
        12.1.1 Nicht invertierender Verstärker 230  
        12.1.2 Invertierender Verstärker 231  
     12.2 Rechenschaltungen 232  
        12.2.1 Addierer 232  
        12.2.2 Subtrahierer 233  
        12.2.3 Differenzierer 236  
        12.2.4 Integrator 239  
        12.2.5 Multiplizierer 242  
        12.2.6 Dividierer 243  
     12.3 Nichtlineare Schaltungen 243  
     12.4 Komparatoren und Schmitt-Trigger 244  
     12.5 Stromquellen 246  
     12.6 Schaltungstechnik mit modernen Operationsverstärkern 247  
        12.6.1 VC-OPV und seine Anwendung 247  
        12.6.2 CV-OPV als Hochfrequenz-Baublock 249  
        12.6.3 CC-OPV und seine Anwendung als idealer Transistor 251  
     12.7 Elektronische Regler 252  
        12.7.1 P-Regler 253  
        12.7.2 PI-Regler 253  
        12.7.3 PID-Regler 254  
     12.8 Aufgaben 257  
  13 Filterschaltungen 258  
     13.1 Filtereigenschaften und Kennwerte 258  
     13.2 Passive Filter 263  
     13.3 Aktive RC-Filter 267  
        13.3.1 Tiefpässe 2. Ordnung 267  
        13.3.2 Hochpässe 2. Ordnung 272  
        13.3.3 Bandpässe 2. Ordnung 275  
        13.3.4 Bandsperren 2. Ordnung 279  
     13.4 Universalfilter 281  
     13.5 SC-Filter 282  
        13.5.1 SC-Integrator 282  
        13.5.2 Schaltungsrealisierung von SC-Filtern 284  
     13.6 Aufgaben 285  
  14 Schwingungserzeugung 287  
     14.1 Sinusoszillatoren 287  
        14.1.1 Zweipoloszillatoren 287  
        14.1.2 Vierpoloszillatoren 290  
           14.1.2.1 Grundstruktur und Schwingbedingung 290  
           14.1.2.2 RC-Oszillatoren 291  
           14.1.2.3 LC-Oszillatoren 294  
           14.1.2.4 Quarzoszillatoren 296  
     14.2 Impulsoszillatoren 299  
        14.2.1 Funktionsgeneratoren 299  
        14.2.2 Relaxationsoszillatoren 300  
           14.2.2.1 Dreieck-Rechteck-Generator 300  
           14.2.2.2 Kippschaltungen 301  
     14.3 Aufgaben 303  
  15 Frequenzumsetzer 304  
     15.1 Amplitudenmodulation 305  
        15.1.1 AM-Modulatoren 306  
        15.1.2 AM-Demodulatoren 308  
     15.2 Frequenzmodulation 311  
        15.2.1 FM-Modulatoren 314  
        15.2.2 FM-Demodulatoren 315  
     15.3 Phasenmodulation 316  
        15.3.1 PM-Modulatoren 317  
        15.3.2 PM-Demodulatoren 318  
     15.4 Mischer 318  
  16 Stromversorgungseinheiten 322  
     16.1 Gleichrichterschaltungen 322  
     16.2 Spannungsstabilisierung 326  
        16.2.1 Ungeregelte Stabilisierungsschaltungen 327  
        16.2.2 Kontinuierliche Spannungsregler 327  
        16.2.3 Diskontinuierliche Spannungsregler 329  
           16.2.3.1 Drosselregler 330  
           16.2.3.2 Ladungspumpen 334  
     16.3 Erzeugung von Referenzspannungen 336  
        16.3.1 Referenzspannungsquellen mit Z-Dioden 336  
        16.3.2 Bandgap-Referenz 337  
     16.4 Schaltnetzteile 339  
     16.5 Aufgaben 342  
  17 Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler 343  
     17.1 Kennwerte von A/D- und D/A-Wandlern 344  
        17.1.1 Stationäre Kennwerte 344  
        17.1.2 Dynamische Kennwerte 347  
     17.2 A/D-Wandlungsverfahren 348  
        17.2.1 A/D-Wandlung nach dem Zählverfahren 349  
        17.2.2 A/D-Wandlung mit sukzessiver Approximation 351  
        17.2.3 A/D-Wandlung nach dem Parallelverfahren 351  
        17.2.4 A/D-Wandlung nach dem Pipeline-Verfahren 352  
        17.2.5 Sigma-Delta-Wandler 353  
     17.3 D/A-Wandlungsverfahren 355  
        17.3.1 D/A-Wandlung nach dem Zählverfahren 356  
        17.3.2 D/A-Wandlung nach dem Wägeverfahren 357  
        17.3.3 D/A-Wandlung nach dem Parallelverfahren 360  
        17.3.4 Fehlerkorrigierende D/A-Wandlung 360  
     17.4 Aufgaben 361  
  Formelzeichen 363  
  Literatur 366  
  Index 370  

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