Verfügbarkeit: Halbleiter-Schaltungstechnik | Technische Universität München

Halbleiter-Schaltungstechnik:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteiligte Personen:	Tietze, Ulrich 1946-2024 (VerfasserIn), Schenk, Christoph 1945- (VerfasserIn), Gamm, Eberhard 1965- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Berlin Springer Vieweg [2019]
Ausgabe:	16., erweiterte und aktualisierte Auflage
Schlagwörter:	Semiconductors Integrated circuits Diodes, Semiconductor Digital electronics Halbleiterbauelement Digitaltechnik Nachrichtenübertragungstechnik Schaltungsentwurf Schaltnetz Integrierte Schaltung Analogschaltung Elektronisches Bauelement Nachrichtentechnik Halbleiterschaltung Transistor Halbleiterschalter Elektronische Schaltung Schaltwerk Halbleiter Digitalschaltung Lehrbuch
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Umfang:	xxxv, 1793 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm
ISBN:	9783662485538 3662485532

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adam_text	Inhaltsübersicht Teil I Grundlagen 1 Diode 3 2 Bipolartransistor 35 3 Feldeffekttransistor 177 4 Verstärker 279 5 Operationsverstärker 509 6 Digitaltechnik Grundlagen 619 7 Sehaitnet/ e (Kombinatorische Logik) 653 8 Schaltwerke (Sequentielle Logik) 679 9 HBloleiferspeicher 713 Teil li Anwendungen 10 Analogrechenschaltungen 739 11 Gesteuerte Quellen und Impedanzkonverter 767 12 Aktive Filter 789 13 Regler 863 14 Signalgeneratoren 883 15 Leistungsverstärker 899 16 Stromversorgung 927 17 DA- und AD-Umsetzer 1007 18 Messschaltungen 1049 19 Sensorik 1081 20 Optoelektronische Bauelemente 1121 Teil III Schaltungen der Nachrichtentechnik 21 Grundlagen 1143 22 Sender und Empfänger 1233 23 Passive Komponenten 1283 24 Hochfrequenz-Verstärker 1321 25 Mischer 1387 26 Oszillatoren 1503 27 Phasenregelschleife (PLL) 1621 28 Anhang 1703 Literaturverzeichnis 1749 Sachverzeichnis 1753 Inhaltsverzeichnis Teil I Grundlagen 1 Diode 3 1 1 Verhalten einer Diode 4 111 Kennlinie 4 112 Beschreibung durch Gleichungen 5 113 Schaltverhalten 7 1131 Schaltverhalten bei ohmscher Last 8 1132 Schaltverhalten bei ohmsch-induktiver Last 9 114 Kleinsignalverhalten 10 115 Grenzdaten und Sperrströme 10 1151 Grenzspannungen 10 1152 Grenzströme 11 1153 Sperrstrom 11 1154 Maximale Verlustleistung 11 116 Thermisches Verhalten 12 117 Temperaturabhängigkeit der Diodenparameter 12 1 2 Aufbau einer Diode 13 121 Einzeldiode 13 1211 Innerer Aufbau 13 1212 Gehäuse 14 122 Integrierte Diode 14 1221 Innerer Aufbau 15 1222 Substrat-Diode 15 1223 Unterschiede zwischen integrierten pn- und Schottky-Dioden 15 1 3 Modell für eine Diode 15 131 Statisches Verhalten 15 1311 Bereich mittlerer Durchlassströme 16 1312 Weitere Effekte 16 1313 Bahnwiderstand 18 132 Dynamisches Verhalten 18 1321 Sperrschichtkapazität 19 1322 Diffusionskapazität 19 133 Vollständiges Modell einer Diode 20 134 Kleinsignalmodell 21 1341 Statisches Kleinsignalmodell 21 1342 Dynamisches Kleinsignalmodell 23 1 4 Spezielle Dioden und ihre Anwendung 24 141 Z-Diode 24 1411 Kennlinie im Durchbruchbereich 24 1412 Spannungsstabilisierung mit Z-Diode 25 Inhaltsverzeichnis 1413 Spannungsbegrenzung mit Z-Dioden 142 pin-Diode 143 Kapazitätsdiode 144 Brückengleichrichter 145 Mischer 2 Bipolartransistor 2 1 Verhalten eines Bipolartransistors 211 Kennlinien 2111 Ausgangskennlinienfeld 2112 Übertragungskennlinienfeld 2113 Eingangskennlinienfeld 2114 Stromverstärkung 212 Beschreibung durch Gleichungen 2121 Early-Effekt 2122 Basisstrom und Stromverstärkung 2123 Großsignalgleichungen 213 Verlauf der Stromverstärkung 2131 Gummel-Plot 2132 Darstellung des Verlaufs 2133 Bestimmung der Werte 214 Arbeitspunkt und Kleinsignalverhalten 2141 Bestimmung des Arbeitspunkts 2142 Kleinsignalgleichungen und Kleinsignalparameter 2143 Kleinsignalersatzschaltbild 2144 Vierpol-Matrizen 2145 Gültigkeitsbereich der Kleinsignalbetrachtung 215 Grenzdaten und Sperrströme 2151 Durchbruchsspannungen 2152 Durchbruch 2 Art 2153 Grenzströme 2154 Sperrströme 2155 Maximale Verlustleistung 2156 Zulässiger Betriebsbereich 216 Thermisches Verhalten 2161 Thermisches Ersatzschaltbild 2162 Thermisches Verhalten bei statischem Betrieb 2163 Thermisches Verhalten bei Pulsbetrieb 217 Temperaturabhängigkeit der Transistorparameter 2 2 Aufbau eines Bipolartransistors 221 Einzeltransistoren 2211 Innerer Aufbau 2212 Gehäuse 2213 Komplementäre Transistoren 222 Integrierte Transistoren 2221 Innerer Aufbau 2 3 Modelle für den Bipolartransistor 231 Statisches Verhalten 26 27 28 30 31 35 35 36 36 37 37 37 37 38 38 39 39 39 40 41 41 42 43 45 46 46 47 47 49 49 49 49 50 51 52 53 54 55 57 57 57 57 59 59 59 60 60 Inhaltsverzeichnis xi 2311 Das Ebers-Moll-Modell 60 2312 Das Transportmodell 63 2313 Weitere Effekte 65 2314 Stromverstärkung bei Normalbetrieb 68 2315 Substrat-Dioden 69 2316 Bahnwiderstände 69 232 Dynamisches Verhalten 71 2321 Sperrschichtkapazitäten 71 2322 Diffusionskapazitäten 73 2323 Gummel-Poon-Modell 74 233 Kleinsignalmodell 78 2331 Statisches 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Temperaturabhängigkeit 144 2425 Arbeitspunkteinstellung 144 2426 Frequenzgang und obere Grenzfrequenz 147 2427 Impedanztransformation mit der Kollektorschaltung 153 243 Basisschaltung 155 2431 Übertragungskennlinie der Basisschaltung 155 2432 Kleinsignalverhalten der Basisschaltung 157 2A3 3 Nichtlinearität 100 2434 Temperaturabhängigkeit 100 2A3 5 Arbeitspunkteinstellung 101 Inhaltsverzeichnis 243 Ö Frequenzgang und obere Grenzfrequenz 244 Darlington-Schaltung 2441 Kennlinien eines Darlington-Transistors 2442 Beschreibung durch Gleichungen 2443 Verlauf der Stromverstärkung 2444 Kleinsignalverhalten 2445 Schaltverhalten 3 Feldeffekttransistor 3 1 Verhalten eines Feldeffekttransistors 311 Kennlinien 3111 Ausgangskennlinienfeld 3112 Abschnürbereich 3113 Übertragungskennlinienfeld 3114 Eingangskennlinien 312 Beschreibung durch Gleichungen 3121 Verlauf der Kennlinien 3122 Steilheitskoeffizient 3123 Alternative Darstellung 3124 Kanallängenmodulation 313 Feldeffekttransistor als steuerbarer Widerstand ’ 1 4 Arbeitspunkt und Kleinsignalverhalten 3141 Arbeitspunkt 3142 Kleinsignalgleichungen und Kleinsignalparameter 3143 Kleinsignalersatzschaltbild tl44 Vierpol-Matrizen ’ 4 5 Gültigkeitsbereich der Kleinsignalbetrachtung zdaten und Sperrströme Durchbruchsspannungen Grenzströme rrströme le Verlustleistung er Betriebsbereich er Fet-Parameter ngen 163 166 168 169 170 172 174 177 178 ISO 180 180 182 182 183 184 185 186 186 187 189 189 190 192 192 192 193 193 195 195 196 197 197 197 197 199 199 199 199 200 200 201 201 202 202 203 204 •s-Mosfets Inhaltsverzeichnis xiii 323 Sperrschicht-Fets 204 324 Gehäuse 205 3 3 Modelle für den Feldeffekttransistor 205 331 Statisches Verhalten 205 3311 Level-I-Mosfet-Modell 206 3312 Bahnwiderstände 211 3313 Vertikale Leistungs-Mosfets 211 3314 Sperrschicht-Fets 213 332 Dynamisches Verhalten 214 3321 Kanalkapazitäten 214 3322 Überlappungskapazitäten 216 3323 Sperrschichtkapazitäten 217 3324 Level- 1-Mosfet-Modell 218 3325 Einzel-Mosfets 219 3326 Sperrschicht-Fet-Modell 221 333 Kleinsignalmodell 221 3331 Statisches Kleinsignalmodell im Abschnürbereich 223 3332 Dynamisches Kleinsignalmodell im Abschnürbereich 225 3333 Grenzfrequenzen bei Kleinsignalbetrieb 227 3334 Zusammenfassung der Kleinsignalparameter 229 334 Rauschen 230 3341 Rauschquellen eines Feldeffekttransistors 230 3342 Äquivalente Rauschquellen 232 3343 Ersatzrauschquelle und Rauschzahl 234 3344 Rauschzahl eines Fets 235 3345 Vergleich der Rauschzahlen von Fet und Bipolartransistor 238 3 4 Grundschaltungen 238 341 Sourceschaltung 239 3411 Übertragungskennlinie der Sourceschaltung 240 3412 Kleinsignalverhalten der Sourceschaltung 241 3413 Nichtlinearität 242 3414 Temperaturabhängigkeit 243 3415 Sourceschaltung mit Stromgegenkopplung 243 3416 Sourceschaltung mit Spannungsgegenkopplung 248 3417 Arbeitspunkteinstellung 252 3418 Frequenzgang und Grenzfrequenz 254 3419 Zusammenfassung 260 342 Drainschaltung 262 3421 Übertragungskennlinie der Drainschaltung 262 3422 Kleinsignalverhalten der Drainschaltung 263 3423 Nichtlinearität 265 3424 Temperaturabhängigkeit 265 3425 Arbeitspunkteinstellung 266 3426 Frequenzgang und Grenzfrequenz 266 343 Gateschaltung 3431 Übertragungskennlinie der Gateschaltung 271 xiv Inhaltsverzeichnis 3432 Kleinsignalverhalten der Gateschaltung 273 3433 Nichtlinearität 275 3434 Temperaturabhängigkeit 275 3A3 5 Arbeitspunkteinstellung 275 3 43 6 Frequenzgang und Grenzfrequenz 276 4 Verstärker 279 4 1 Schaltungen 281 411 Grundlagen 281 4111 Kennlinien der Transistoren 281 4112 Skalierung 282 4113 Normierung 182 4114 Komplementäre Transistoren 2S3 4115 Auswirkung fertigungsbedingter Toleranzen 284 4116 Dioden 285 412 Stromquellen und Stromspiegel 287 4121 Prinzip einer Stromquelle 287 4122 Einfache Stromquellen für diskrete Schaltungen 290 4123 Einfacher Stromspiegel 292 4124 Stromspiegel mit Kaskode 304 4125 Kaskode-Stromspiegel 308 4126 Wilson-Stromspiegel 314 4127 Dynamisches Verhalten 316 4128 Weitere Stromspiegel und Stromquellen 317 4129 Stromspiegel für diskrete Schaltungen 324 413 Kaskodeschaltung 325 4131 Kleinsignalverhalten der Kaskodeschaltung 326 4132 Frequenzgang und Grenzfrequenz der Kaskodeschaltung 330 414 Differenzverstärker 339 4141 Grundschaltung 339 4142 Gleichtakt-und Differenzverstärkung 340 4143 Eigenschaften des Differenzverstärkers 342 4144 Unsymmetrischer Betrieb 342 4145 Übertragungskennlinien des npn-Differenzverstärkers 343 4146 Übertragungskennlinien des n-Kanal-Differenzver- stärkers 349 4147 Differenzverstärker mit aktiver Last 353 4148 Offsetspannung eines Differenzverstärkers 355 4149 Kleinsignalverhalten des Differenzverstärkers 357 414 10 Nichtlinearität 372 414 11 Arbeitspunkteinstellung 375 414 12 Frequenzgänge und Grenzfrequenzen des Differenzverstärkers 383 414 13 Zusammenfassung 398 415 Impedanzwandler 399 4151 Einstufige Impedanzwandler 399 4152 Mehrstufige Impedanzwandler 400 Inhaltsverzeichnis xv 4153 Komplementäre Impedanzwandler 404 416 Schaltungen zur Arbeitspunkteinstellung 410 4161 UBE-Referenzstromquelle 410 4162 PTAT-Referenzstromquelle 414 4163 Temperaturunabhängige Referenzstromquelle 420 4164 Referenzstromquellen in MOS-Schaltungen 421 4165 Arbeitspunkteinstellung in integrierten Verstärkerschaltungen 422 4 2 Eigenschaften und Kenngrößen 424 421 Kennlinien 424 422 Kleinsignal-Kenngrößen 427 4221 Arbeitspunkt 427 4222 Kleinsignalgrößen 427 4223 Linearisierung 428 4224 Kleinsignal-Kenngrößen 428 4225 Kleinsignalersatzschaltbild eines Verstärkers 429 4226 Verstärker mit Rückwirkung 431 4227 Berechnung mit Hilfe des Kleinsignalersatzschalt- bilds der Schaltung 434 4228 Reihenschaltung von Verstärkern 436 423 Nichtlineare Kenngrößen 441 4231 Reihenentwicklung der Kennlinie im Arbeitspunkt 441 4232 Gültigkeitsbereich der Reihenentwicklung 444 4233 Ausgangssignal bei sinusförmiger Ansteuerung 444 4234 Klirrfaktor 448 4235 Kompressionspunkt 450 4236 Intermodulation und Intercept-Punkte 451 4237 Reihenschaltung von Verstärkern 456 4238 Betriebsfälle bei der Ermittlung der nichtlinearen Kenngrößen 459 4239 Messung der nichtlinearen Kenngrößen 460 424 Rauschen 462 4241 Rauschquellen und Rauschdichten eines Verstärkers 462 4242 Ersatzrauschquelle und spektrale Rauschzahl 463 4243 Optimale Rauschzahl und optimaler Quellenwiderstand 466 4244 Rauschzahl einer Reihenschaltung von Verstärkern 469 4245 Signal-Rausch-Abstand und mittlere Rauschzahl 473 4246 Optimierung der Rauschzahl 482 4247 Rauschanpassung 490 4248 Äquivalente Rauschquellen der Grundschaltungen 491 5 Operationsverstärker 509 5 1 Übersicht 509 511 Operationsverstärker Grundlagen 509 512 Operationsverstärker-Typen 510 5 2 Der normale Operationsverstärker (VV-OPV) 513 521 Prinzip der Gegenkopplung 513 5211 Der nichtinvertierende Verstärker 514 xvi Inhaltsverzeichnis 5212 Der invertierende Verstärker 517 522 Einfache Spannungsverstärkung 519 5221 Einfache Verstärker 519 5222 Endstufen für Operationsverstärker 523 5223 Verstärker mit Kaskodeschaltung 525 523 Zweifache Spannungsverstärkung 527 5231 Gebräuchliche Schaltungstechnik 527 5232 Single-Supply-Verstärker 529 524 Breitband-Operationsverstärker 530 525 Niedrige Betriebsspannungen 534 5251 Betrieb mit einer einzigen Betriebsspannungsquelle 534 5252 Rail-to-Rail-Verstärker 536 526 Verstärker mit internem Offsetabgleich 543 527 Verstärker mit symmetrischen Ausgängen 546 5 3 Spannungsfolger, Buffer 550 531 Open-Loop-Buffer 550 532 Closed-Loop-Buffer 551 5 4 Frequenzgang-Korrektur 555 541 Grundlagen 555 542 Eine Verstärkerstufe 556 543 Zwei Verstärkerstufen 558 544 Universelle Frequenzgang-Korrektur 559 545 Angepasste Frequenzgangkorrektur 563 546 Slew-Rate 564 547 Kapazitive Last 566 5 5 Parameter von Operationsverstärkern 568 551 Differenz-und Gleichtaktverstärkung 570 552 Offsetspannung 573 53 Eingangsströme 575 Eingangswiderstände 577 Ausgangswiderstand 579 für statische Fehler 579 te 581 583 erstärker (CV-OPV) 587 au 587 VV- und CV-Operationsverstärkem 590 3ungen 594 fker(VC-OPV) 595 595 598 600 600 602 egenkopplung 602 sgegenkopplung 607 ! 609 Inhaltsverzeichnis xvii 591 Praktischer Einsatz 609 5911 Abblocken der Betriebsspannungen 610 5912 Schwingneigung 610 5913 Dämpfung 611 5914 Gegenkopplungswiderstände 611 5915 Verlustleistung 611 5916 Kühlung 611 5917 Übersteuerung 611 5918 Eingangsschutz 612 5 10 Vergleich 612 6 Digitaltechnik Grundlagen 619 ti i Die logischen Grundfunktionen 619 6 2 Aufstellung logischer Funktionen 621 621 Das Karnaugh-Diagramm 623 6 3 Abgeleitete Grundfunktionen 626 6 4 Schaltungstechnische Realisierung der Grundfunktionen 627 641 Statische und dynamische Daten 627 642 Transistor-Transistor-Logik (TTL) 629 6421 Open-Collector-Ausgänge 630 Ö 422 Tristate-Ausgänge 631 643 Komplementäre MOS-Logik (CMOS) 632 6431 CMOS-Inverter 632 6432 Offene Eingänge 633 6433 Statische Ladungen 634 6434 CMOS-Gatter 635 6435 Transmission-Gate 635 644 Emittergekoppelte Logik (ECL) 637 6441 PECL-Gatter 637 6442 NECL-Gatter 638 6443 Wired-OR-Verknüpfung 639 Ö 444 Schaltzeiten 639 6445 Verlustleistung 640 645 Current Mode Logik (CML) 640 6451 CML-Gatter 641 6452 CML-Flip-Flop 643 646 Low Voltage Differential Signaling (LVDS) 643 647 Vergleich der Logikfamilien 645 6 5 Verbindungsleitungen 646 6 6 Hazards 648 6 7 Kopplung von Logikfamilien 649 6 8 Betriebsspannungen 650 7 Schaltnetze (Kombinatorische Logik) 653 7 1 Multiplexer 654 711 1-aus-n-Decoder 655 712 Demultiplexer 655 713 Multiplexer 656 7 2 Schiebelogik (Barrel Shifter) 658 xviii Inhaltsverzeichnis 7 3 Prioritätsdecoder o:,y 7 4 KombinatorischerZähler 7 5 Paritätsgenerator 660 7 6 Komparatoren 661 7 7 Zahlendarstellung 663 771 Positive ganze Zahlen im Dualcode 663 7711 Oktalcode 663 7712 Hexadezimalcode 663 772 BCD-Code 664 773 Ganze Dualzahlen mit beliebigem Vorzeichen 664 7731 Darstellung nach Betrag und Vorzeichen 664 1 13 2 Darstellung im Zweierkomplement (Two’s Complement) 66h 1 133 Vorzeichenergänzung (Sign Extension) 666 7734 Offset-Dual-Darstellung (Offset Binary) 666 774 Festkomma-Dualzahlen 667 775 Gleitkomma-Dualzahlen 667 7 8 Addierer 670 781 Halbaddierer 670 782 Volladdierer 671 783 Parallele Übertragslogik 671 784 Subtraktion 673 785 Zweierkomplement-Überlauf 674 786 Addition und Subtraktion von Gleitkomma-Zahlen 675 7 9 Multiplizierer 675 791 Multiplikation von Festkomma-Zahlen 675 792 Multiplikation von Gleitkomma-Zahlen 677 8 Schaltwerke (Sequentielle Logik) 679 8 1 Flip-Flops 679 811 Transparente Flip-Flops 680 8111 Flip-Flop Grundschaltung 680 8112 Taktzustandgesteuerte RS-Flip-Flops 681 8113 Taktzustandgesteuerte D-Flip-Hops 681 812 Flip-Flops mit Zwischenspeicherung 682 8121 JK Master-Slave Flip-Flops 683 8122D Master-Slave Flip-Hops 684 813 Zeitverhalten von Flip-Flops 685 8131 Vergleich JK-und D-Flip-Flops 685 8132 Metastabilität 686 814 Hip-Hops für Zähler 688 8 2 Dualzähler 690 821 Asynchroner Dualzähler 691 822 Synchrone Dualzähler 692 823 Vorwärts-Rückwärts-Zähler 694 8231 Zähler mit umschaltbarer Zählrichtung 694 8232 Zähler mit Vorwärts- und Rückwärts-Eingängen 695 8 3 Synchrone BCD-Zähler 695 Inhaltsverzeichnis xix 8 4 Vorwahlzähler 696 8 5 Schieberegister 698 851 Grundschaltung 698 852 Schieberegister mit Paralleleingabe 698 853 Erzeugung von Pseudozufallsfolgen 700 8 6 Aufbereitung asynchroner Signale 702 861 Entprellung mechanischer Kontakte 702 862 Flankengetriggertes RS-Flip-Flop 703 863 Synchronisation von asynchronen Daten 704 864 Synchroner Zeitschalter 704 865 Synchroner Änderungsdetektor 706 866 Synchroner Taktschalter 706 8 7 Systematischer Entwurf von Schaltwerken 706 871 Zustandsdiagramm 707 872 Entwurfsbeispiel für einen Dualzähler 708 873 Entwurfsbeispiel für einen umschaltbaren Zähler 709 9 Halbleiterspeicher 713 9 1 Programmierbare Logik 713 911 Programmierbare Logische Bauelemente (PLDs) 713 912 Anwender-programmierbare Gate-Arrays 716 913 Computer-gestützter PLD-Entwurf 718 9 2 Datenspeicher 719 921 Statische RAMs 722 9211 Zeitbedingungen 722 922 Dynamische RAMs 723 923 Flash Speicher 728 9 3 Fehler-Erkennung und -Korrektur 730 931 Paritätsbit 730 932 Hamming-Code 731 9 4 First-ln-First-Out Memories (FIFO) 733 941 Prinzip 733 942 Standart FIFOs 734 943 FIFO-Realisierung mit Standard-RAMs 735 Teil II Anwendungen __________________________________ 10 Analogrechenschaltungen 739 10 1 Addierer 739 10 2 Subtrahierer 740 10 2 1 Rückführung auf die Addition 740 10 2 2 Subtrahierer mit einem Operationsverstärker 741 10 3 Bipolares Koeffizientenglied ^43 10 4 Integratoren ^44 10 4 1 Invertierender Integrator ^44 10 4 2 Anfangsbedingung ^47 10 4 3 Summationsintegrator 10 4 4 Nicht invertierender Integrator 748 10 4 5 Integrator für hohe Frequenzen 749 XX Inhaltsverzeichnis 10 5 Differentiatoren 751 10 5 1 Prinzipschaltung 751 10 5 2 Praktische Realisierung 751 10 5 3 Differentiator mit hohem Eingangswiderstand 752 10 6 Lösung von Differentialgleichungen 753 10 7 Funktionsnetzwerke 755 10 7 1 Logarithmus 755 10 7 2 Exponentialfunktion 758 10 7 3 Bildung von Potenzfunktionen über Logarithmen 760 10 8 Analog-Multiplizierer 76 i 10 8 1 Multiplizierer mit logarithmierenden Funktionsgeneratoren 761 10 8 2 Steilheitsmultiplizierer 76 : 11 Gesteuerte Quellen und Impedanzkonverter 767 11 1 Spannungsgesteuerte Spannungsquellen 767 11 1 1 Ideale Spannungsquelle 768 11 1 2 Spannungsquelle mit negativem Ausgangswiderstand 769 11 2 Stromgesteuerte Spannungsquellen 770 11 3 Spannungsgesteuerte Stromquellen 771 11 3 1 Stromquellen für potentialfreie Verbraucher 771 11 3 2 Stromquellen für geerdete Verbraucher 773 11 3 3 Transistor-Präzisionsstromquellen 774 11 331 Transistor-Stromquellen für bipolare Ausgangsströme 776 11 3 4 Schwimmende Stromquellen 779 11 4 Stromgesteuerte Stromquellen 780 11 5 Der NIC (Negative Impedance Converter) 781 11 6 Der Gyrator 783 11 6 1 Transformation von Zweipolen 784 11 6 2 Transformation von Vierpolen 785 Der Zirkulator 786 ter 789 Hische Grundlagen von Tiefpassfiltern 789 ’assive Tiefpässe 1 Ordnung 789 jMl Beschreibung im Frequenzbereich 789 2 Beschreibung im Zeitbereich 792 von Tiefpassfiltern 794 hscher Dämpfung 799 I fpässe 800 fpässe 801 804 Theorie 805 813 815 I Ordnung 815 Ordnung 817 817 817 819 i Inhaltsverzeichnis xxi 12 5 4 Hochpassfilter mit Einfachmitkopplung 821 12 6 Realisierung von Tiefpassfiltern höherer Ordnung 822 12 7 Tiefpass-Bandpass-Transformation 826 12 7 1 Bandpassfilter 2 Ordnung 827 12 7 2 Bandpassfilter 4 Ordnung 829 12 8 Realisierung von Bandpassfiltern 2 Ordnung 832 12 8 1 RC-Filter 832 12 8 2 LRC-Filter 832 12 8 3 Bandpass mit Mehrfachgegenkopplung 833 12 8 4 Bandpass mit Einfachmitkopplung 834 12 9 Tiefpass-Bandsperren-Transformation 835 12 10 Realisierung von Bandsperren 2 Ordnung 837 12 10 1 LRC-Sperrfilter ’ 837 12 10 2 Bandsperre aus Hoch-und Tiefpass 838 12 10 3 Bandsperre mit Bandpass 838 12 10 4 Bandsperre als inverser Bandpass 839 i 2 11 Allpässe 839 12 11 1 Grundlagen 839 12 11 2 Realisierung von Allpässen 1 Ordnung 843 12 11 3 Realisierung von Allpässen 2 Ordnung 844 12 12 Integralorfilter 845 12 12 1 Grundschaltung 846 12 12 2 Integratorfilter mit zusätzlichem Hochpass-Ausgang 847 12 12 3 Integratorfilter mit zusätzlichem Bandsperren-Ausgang 848 12 12 4 Elektronische Steuerung der Filterparameter 849 12 12 5 Filter mit einstellbaren Koeffizienten 851 12 12 6 Integratorfilter mit VC- und CC-Operationsverstärkern 853 12 13 Switched-Capacitor-Filter 856 12 13 1 Grundprinzip 856 12 13 2 Der SC-Integrator 856 12 13 3 SC-Filter 1 Ordnung 857 12 13 4 SC-Filter 2 Ordnung 858 12 13 5 Allgemeine Gesichtspunkte beim Einsatz von SC-Filtern 859 12 14 Vergleich der Übertragungsfunktionen 860 13 Regler 863 13 1 Grundlagen 863 13 1 1 Komponenten eines Regelkreises 864 13 1 2 Beispielstrecke 865 13 2 Regler-Typen 866 13 2 1 P-Regler 867 13 2 2 PI-Regler 868 13 2 3 PID-Regler 870 13 2 4 Kompensator 873 13 2 5 Realisierung der Regler 875 13 3 Regelung nichtlinearer Strecken 878 13 3 1 Statische Nichtlinearität 878 13 3 2 Dynamische Nichtlinearität 880 xxii Inhaltsverzeichnis 14 Signalgeneratoren ÖÖJ 14 1 Rechteckformung ^83 14 1 1 Komparator 883 14 111 Fensterkomparator 885 14 1 2 Schmitt-Trigger 885 14 2 Impulserzeugung 887 14 2 1 Erzeugung kurzer Impulse 887 14 2 2 Erzeugung längerer Impulse 887 14 3 Rechteckgeneratoren 890 14 3 1 Funktionsgeneratoren 891) 14 3 2 Einfache Rechteckgeneratoren 892 14 321 Timer als Schmitt-Trigger 892 14 322 Operationsverstärker als Schmitt-Trigger 894 14 323 Gatter als Schmitt-Trigger 895 14 3 3 Rechteckgeneratoren mit hoher Frequenzgenauigkeit 895 14 4 Sinusschwingungen 896 14 4 1 Generator für beliebige Signale 896 14 4 2 Direkte Digitale Synthese 897 15 Leistungsverstärker 899 15 1 Emitterfolger als Leistungsverstärker 899 15 2 Komplementäre Emitterfolger 901 15 2 1 Komplementäre Emitterfolger in B-Betrieb 901 15 2 2 Komplementäre Emitterfolger 903 15 3 Komplementäre Darlington-Schaltungen 905 15 4 Komplementäre Drainschaltungen 906 15 5 Komplementäre Sourceschaltungen 907 15 6 Strombegrenzung 909 15 601 SpannungsabhängigeStrombegrenzung 910 15 7 Vier-Quadranten-Betrieb 911 15 8 Dimensionierung einer Leistungsendstufe 912 15 9 Ansteuerschaltungen mit Spannungsverstärkung 914 15 9 1 Breitband-Ansteuerschaltung 915 15 10 Erhöhung der Ausgangsleistung integrierter Operationsverstärker 917 15 11 Eine Betriebsspannung 918 15 11 1 Wechselspannungskopplung 919 15 11 2 Brückenschaltung 919 5 12 Getaktete Leistungsverstärker 921 omversorgung 927 1 Eigenschaften von Netztransformatoren 929 Netzgleichrichter 930 16 2 1 Einweggleichrichter 930 16 2 2 Brückengleichrichter 932 16 2 3 Mittelpunkt-Schaltung 935 16 231 Grundschaltung 935 16 232 Doppelte Mittelpunktschaltung 936 are Spannungsregler 937 1 Prinzipien 937 Inhaltsverzeichnis xxiii 16 3 2 Praktische Ausführung 938 16 3 3 Einstellung der Ausgangsspannung 939 16 3 4 Spannungsregler mit geringem Spannungsverlust 940 16 3 5 Spannungsregler für negative Spannungen 941 16 3 6 Labornetzgeräte 942 16 4 Erzeugung der Referenzspannung 943 16 4 1 Referenzspannungsquellen mit Dioden 943 16 4 2 Bandabstands-Referenz 945 16 5 Schaltregler ohne Potentialtrennung 947 16 5 1 Der Abwärtswandler 948 16 511 Prinzip 948 16 512 Ausführungsbeispiel 950 16 513 Leistungsschalter 952 16 514 Pulsbreitenmodulation 954 16 515 Pulsfrequenzmodulation 957 16 5 2 Aufwärts-Wandler 959 16 5 3 Invertierender Wandler 960 16 5 4 Aufwärts-Abwärtswandler 961 16 5 5 Sepie Konverter 962 16 5 6 Spannungswandler mit Ladungspumpe 963 16 6 Schaltregler mit Potentialtrennung 965 16 6 1 Eintakt-Wandler 965 16 611 Eintakt-Sperrwandler 965 16 612 Eintakt-Durchflusswandler 968 16 6 2 Gegentakt-Wandler 970 16 621 Gegentakt-Wandler mit Parallelspeisung 970 16 622 Gegentakt-Wandler in Halbbrückenschaltung 971 16 623 Gegentakt-Wandler in Brückenschaltung 973 16 6 3 Resonanzumrichter 976 16 6 4 Aktive Gleichrichtung 976 16 6 5 Leistungsschalter 979 16 651 Leistungstransistoren 979 16 652 Gatetreiber ohne Potentialtrennung 983 16 653 Gatetreiber mit Potentialtrennung 986 16 6 6 Hochfrequenztransformatoren 989 16 6 7 Verlustanalyse 991 16 7 Leistungsfaktorkorrektur 992 16 8 Solarwechselrichter 995 16 9 Unterbrechungsfreie Stromversorgung 998 16 10 Stromversorgung mit Akkus 999 16 10 1 Akkutechnologien 999 16 10 2 Entladung 1000 16 10 3 Ladung 001 16 10 4 Ladegerät 1003 17 DA- und AD-Umsetzer 17 1 Systemtheoretische Grundlagen * 17 1 1 Quantisierung der Zeit 1008 XXIV Inhaltsverzeichnis 17 111 Abtasttheorem 100S? 17 112 Rückgewinnung des Analogsignals 1010 17 113 Praktische Gesichtspunkte 1010 17 1 2 Quantisierung der Amplitude 1013 17 1 3 Spannungseinheit 1014 17 2 Digital-Analog Umsetzung 014 17 2 1 Grundprinzipien der DA-Umsetzung 1014 17 2 2 Wägeverfahren mit geschalteten Spannungen 1015 17 221 Einsatz von Wechselschaltern 1016 17 222 Leitemetzwerk 1017 17 223 Inversbetrieb eines Leitemetzwerks 1018 17 2 3 Wägeverfahren mit geschalteten Strömen 10 9 17 2 4 DA-Umsetzer für spezielle Anwendungen 1073 17 241 Verarbeitung vorzeichenbehafteter Zahlen KLO 17 242 Multiplizierende DA-Umsetzer 1022 17 243 Dividierende DA-Umsetzer 1023 17 2 5 Genauigkeit von DA-Umsetzem 1023 17 251 Statische Kenngrößen 1023 17 252 Glitche 1024 17 3 Analog-Digital Umsetzer 1025 17 3 1 Parallelverfahren 1025 17 3 2 Pipelineumsetzer 1027 17 3 3 Wägeverfahren 1030 17 3 4 Zählverfahren 1031 17 341 Modifiziertes Wägeverfahren 1031 17 342 Dual-Slope-Verfahren 1033 17 3 5 Überabtastung 1034 17 3 6 Delta-Sigma-Verfahren 1036 17 3 7 Genauigkeit von AD-Umsetzem 1040 17 371 Statische Fehler 1040 17 372 Dynamische Fehler 1041 17 373 Vergleich der Verfahren 1042 17 4 Abtast-Halte-Glieder 1044 17 4 1 Grundlagen 1044 17 4 2 Transmission-Gate als Schalter 1046 17 4 3 Dioden-Brücke als Schalter 1046 18 Messschaltungen 1049 18 1 Spannungsmessung 1049 18 1 1 Impedanz wandler 1049 18 111 Vergrößerung der Spannungsaussteuerbarkeit 1049 18 1 2 Messung von Potentialdifferenzen 1050 18 121 Subtrahierer mit beschalteten Operationsverstärkern 1050 18 122 Subtrahierer für hohe Spannungen 1052 18 123 Subtrahierer mit gegengekoppelten Differenzverstärkem 1053 18 124 Subtrahierer in SC-Technik 1054 18 1 3 Trennverstärker (Isolation Amplifier) 1055 Inhaltsverzeichnis xxv 18 2 Strommessung 1057 18 2 1 Strommessung mit Shunts 1057 18 2 2 Potentialfreies Amperemeter mit niedrigem Spannungsabfall 1060 18 2 3 Strommessung auf hohem Potential 1061 18 2 4 Strommessung über das Magnetfeld 1061 18 3 Messgleichrichter (AC/DC-Converter) 1064 18 3 1 Messung des Betragsmittelwertes 1064 18 311 Vollweggleichrichter mit Signalausgang 1065 18 312 Gleichrichtung durch Umschalten des Vorzeichens 1066 18 313 Breitband-Vollweggleichrichter 1066 18 3 2 Messung des Effektivwertes 1067 18 321 Echte Effektivwertmessung (True RMS) 1069 18 322 Leistungsmesser 1071 18 3 3 Messung des Scheitelwertes 1072 18 331 Momentane Scheitelwertmessung 1073 18 3 4 Synchrongleichrichter 1075 19 Sensorik 1081 19 1 Temperaturmessung 1081 19 1 1 Kaltleiter auf Silizium-Basis, PTC-Sensoren 1084 19 1 2 Metalle als Kaltleiter, PTC-Sensoren 1088 19 1 3 Heißleiter, NTC-Sensoren 1089 19 1 4 Transistor als Temperatursensor 1090 19 1 5 Das Thermoelement 1093 19 2 Druckmessung 1097 19 2 1 Aufbau von Drucksensoren 1098 19 2 2 Betrieb temperaturkompensierter Drucksensoren 1099 19 2 3 Temperaturkompensation von Drucksensoren 1101 19 3 Feuchtemessung 1103 19 3 1 Feuchtesensoren 1104 19 3 2 Betriebsschaltungen für kapazitive Feuchtesensoren 1104 19 4 Drehwinkelkodierer 1106 19 5 Übertragung von Sensorsignalen 1109 19 5 1 Galvanisch gekoppelte Signalübertragung 1109 19 5 2 Galvanisch getrennte Signalübertragung 1112 19 6 Kalibrierung von Sensorsignalen 1114 19 6 1 Kalibrierung des Analogsignals 1114 19 6 2 Computer-gestützte Kalibrierung 1112 20 Optoelektronische Bauelemente H21 20 1 Fotometrische Grundbegriffe H21 20 2 Leuchtdioden 1124 20 3 Fotodiode 1126 20 3 1 Fotozellen als Empfänger * 127 20 3 2 Fotozellen zur Energiegewinnung 128 20 4 Fototransistor 29 20 5 Optokoppler H29 20 6 Optische Anzeige * 20 6 1 Flüssigkristallanzeigen 20 XXVI Inhaltsverzeichnis 20 6 2 Binär-Anzeige 31 20 6 3 Analog-Anzeige H33 20 6 4 Numerische Anzeige H34 20 6 5 Multiplex Anzeige 1136 20 6 6 Alpha-Numerische Anzeige 1137 20 661 16-Segment- Anzeigen 1137 20 662 35-Punktmatrix-Anzeigen 1138 Teil III Schaltungen der Nachrichtentechnik__________________________________ 21 Grundlagen 21 1 Nachrichtentechnische Systeme 21 2 Übertragungskanäle 21 2 1 Leitung 21 211 Feldwellenwiderstand und Ausbreitungsgeschwin- digkeit 21 212 Leitungswellen widerstand 21 213 Leitungsgleichung 21 214 Dämpfung 21 215 Kenngrößen einer Leitung 21 216 Vierpoldarstellung einer Leitung 21 217 Leitung mit Abschluss 21 218 Streifenleitung 21 2 2 Drahtlose Verbindung 21 221 Antennen 21 222 Leistungsübertragung über eine drahtlose Verbindung 21 223 Frequenzbereiche 21 2 3 Faseroptische Verbindung 21 231 Lichtwellenleiter 21 232 Wellenlängenbereiche 21 2 4 Vergleich der Übertragungskanäle Reflexionsfaktor und S-Parameter 11 3 1 Weliengrößen 21 311 Darstellung mit Hilfe von Spannung und Strom 2 Reflexionsfaktor 21 321 Reflexionsfaktor-Ebene (r-Ebene) 1322 Einfluss einer Leitung auf den Reflexionsfaktor vellenverhältnis nängige Welle einer Wellenquelle gbare Leistung 7 Nrameter i it den Y-Parametem Transistors 1143 11-13 1146 1 146 1147 1 147 1148 1 151 I 152 1153 1154 1156 1157 1)57 1160 1161 1162 1163 1166 1167 1168 1168 1169 1170 1170 1171 1173 1176 1176 1176 1177 1177 1180 1180 1180 1182 1184 i Inhaltsverzeichnis xxvii 21 4 1 Amplitudenmodulation 1188 21 411 Darstellung im Zeitbereich 1189 21 412 Darstellung im Frequenzbereich 1191 21 413 Modulation 1192 21 414 Demodulation 1193 21 4 2 Frequenzmodulation 1196 21 421 Darstellung im Zeitbereich 1197 21 422 Darstellung im Frequenzbereich 1198 21 423 Modulation 1201 21 424 Demodulation 1201 21 4 3 Digitale Modulationsverfahren 1204 21 431 Einfache Tastverfahren 1204 21 432 1/Q-Darstellung digitaler Modulationsverfahren 1207 21 433 Impulsformung 1214 21 434 Ein einfacher QPSK-Modulator 1219 2i5 Mehrfachnutzung und Gruppierung von Kanälen 1222 21 5 1 Multiplex-Verfahren 1222 21 511 Frequenzmultiplex 1222 21 512 Zeitmultiplex 1223 21 513 Codemultiplex 1224 21 5 2 Duplex-Verfahren 1230 21 521 Frequenzduplex 1230 21 522 Zeitduplex 1230 22 Sender und Empfänger 1233
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