Elektronische Schaltungstechnik - Grundlagen der Analogelektronik

von: Wolfgang Reinhold

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2017

ISBN: 9783446453821

Sprache: Deutsch

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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

Elektronische Schaltungstechnik - Grundlagen der Analogelektronik

von: Wolfgang Reinhold

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