Taschenbuch der Elektrotechnik
Grundlagen und Elektronik
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Das Taschenbuch behandelt die Gebiete Gleichstrom, elektrische und magnetische Felder, Wechselstrom und Drehstrom, Stromversorgungen.Neben Kapiteln zu den Themen Elektronik, Digitaltechnik, Schaltzeichen, Grundlagen der elektrischen Meßtechnik und Signale und Systeme enthält das Werk Tabellen zu Grundlagen, Elektrotechnik und Elektronik, Größen und Maßeinheiten, eine Formelsammlung sowie Abkürzungen der Elektrotechnik, Elektronik und Telekommunikation und deutsch/englische Fachbegriffe.Für diese Auflage wurde das Taschenbuch um ein Kapitel über Elektrische Maschinen ergänzt. Zum besse...
Das Taschenbuch behandelt die Gebiete Gleichstrom, elektrische und magnetische Felder, Wechselstrom und Drehstrom, Stromversorgungen.
Neben Kapiteln zu den Themen Elektronik, Digitaltechnik, Schaltzeichen, Grundlagen der elektrischen Meßtechnik und Signale und Systeme enthält das Werk Tabellen zu Grundlagen, Elektrotechnik und Elektronik, Größen und Maßeinheiten, eine Formelsammlung sowie Abkürzungen der Elektrotechnik, Elektronik und Telekommunikation und deutsch/englische Fachbegriffe.
Für diese Auflage wurde das Taschenbuch um ein Kapitel über Elektrische Maschinen ergänzt. Zum besseren Verständnis beginnt dieser Abschnitt mit einer kompakten Zusammenfassung der für das Verständnis wesentlichen Grundbegriffe des magnetischen Feldes.
Die 7. Auflage wurde, dem Wunsch vieler Leser entsprechend, um die Abschnitte 5.4 Berührungslose Messung von Gleich- und Wechselströmen, 5.6 Digitale Messung von Gleichspannung und 5.7 Digital-Analog-Umsetzung ergänzt, das Abkürzungsverzeichnis erweitert.
Die kompakte Darstellung und die Verarbeitung mit praktischer Griffleiste und farbigen Lesebändchen machen das Buch zu einem unentbehrlichen Nachschlagewerk für Berufspraktiker und Studierende wie Lehrende der Fachrichtungen Elektrotechnik, Nachrichtentechnik, Technische Informatik, der allgemeinen Ingenieurwissenschaften und der Naturwissenschaften.
Inhaltsverzeichnis:
1 Gleichstrom. 1
2 Elektrische Felder. 39
3 Wechselstrom. 105
4 Elektrische Maschinen. 176
5 Messung von Strom, Spannung, Leistung. 223
6 Netzwerke bei veränderlicher Frequenz. 260
7 Signale und Systeme. 277
8 Analoge Schaltungstechnik. 332
9 Digitaltechnik. 463
10 Stromversorgungen. 540
A Mathematische Grundlagen. 587
B Tabellen. 604
C Elemente der Installationstechnik. 643
D Abkürzungsverzeichnis. 653
E Schaltzeichen. 720
Sachwortverzeichnis deutsch. 725
Sachwortverzeichnis englisch. 745
Inhaltsverzeichnis:
1 Gleichstrom 1
1.1 Grundgrößen, Grundgesetze. 1
1.1.1 Elektrische Ladung, Elementarladung. 1
1.1.2 Elektrischer Strom. 1
1.1.3 Spannung und Potential. 2
1.1.4 Ohmsches Gesetz. 3
1.1.5 Widerstand und Leitwert. 3
1.1.6 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes. 3
1.1.7 Induktivität. 4
1.1.8 Kapazität. 5
1.1.9 Ideale Spannungsquelle. 5
1.1.10 Ideale Stromquelle. 6
1.1.11 Kirchhoffsches Gesetz. 6
1.1.11.1 1. Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktregel). 6
1.1.11.2 2. Kirchhoffscher Satz (Maschenregel). 7
1.1.12 Leistung und Energie. 7
1.1.12.1 Energie und Leistung am ohmschen Widerstand. 8
1.1.12.2 Energie in einer Induktivität. 9
1.1.12.3 Energie in der Kapazität. 9
1.1.13 Wirkungsgrad. 10
1.1.14 Leistungsanpassung. 11
1.2 Grundschaltungen. 12
1.2.1 Reale Spannungs- und Stromquellen. 12
1.2.1.1 Reale Spannungsquelle. 12
1.2.1.2 Reale Stromquelle. 12
1.2.1.3 Umrechnung von Spannungs- in Stromquellen und umgekehrt. 13
1.2.2 Reihen- und Parallelschaltung von Bauelementen. 14
1.2.2.1 Reihenschaltung von Widerständen. 14
1.2.2.2 Parallelschaltung von Widerständen. 14
1.2.2.3 Reihenschaltung von Leitwerten. 15
1.2.2.4 Parallelschaltung von Leitwerten. 15
1.2.2.5 Reihenschaltung von Induktivitäten. 16
1.2.2.6 Parallelschaltung von Induktivitäten. 16
1.2.2.7 Reihenschaltung von Kapazitäten. 17
1.2.2.8 Parallelschaltung von Kapazitäten. 17
1.2.3 Stern-Dreieck-Umrechnung. 18
1.2.4 Spannungs- und Stromteilerregel. 18
1.2.4.1 Spannungsteilerregel. 18
1.2.4.2 Stromteilerregel. 19
1.2.4.3 Kapazitive und induktive Teiler. 19
1.2.5 RC- und RL-Kombinationen. 20
1.2.5.1 Reihenschaltung von R und C an einer Spannungsquelle. 21
1.2.5.2 Reihenschaltung von R und C an einer Stromquelle. 22
1.2.5.3 Parallelschaltung von R und C an einer Stromquelle. 22
1.2.5.4 Parallelschaltung von R und C an einer Spannungsquelle. 23
1.2.5.5 Reihenschaltung von R und L an einer Spannungsquelle. 23
1.2.5.6 Reihenschaltung von R und L an einer Stromquelle. 23
1.2.5.7 Parallelschaltung von R und L an einer Spannungsquelle. 24
1.2.5.8 Parallelschaltung von R und L an einer Stromquelle. 24
1.2.6 RLC-Kombinationen. 25
1.2.6.1 Reihenschaltung aus R, L, und C. 26
1.3 Berechnungsverfahren für lineare Netzwerke. 29
1.3.1 Zählpfeile und Vorzeichenregeln. 29
1.3.2 Netzwerkberechnung mit Maschen- und Knotenpunktregel. 30
1.3.3 Überlagerungssatz (Superposition). 31
1.3.4 Maschenstromanalyse. 32
1.3.5 Knotenpotentialanalyse. 33
1.3.6 Aktive und passive Zweipole. 34
1.3.7 Zweipolverfahren. 34
1.4 Formelzeichen. 37
1.5 Weiterführende Literatur. 38
2 Elektrische Felder 39
2.1 Elektrostatisches Feld. 39
2.1.1 Coulombsches Gesetz. 39
2.1.2 Definition der elektrischen Feldstärke. 40
2.1.3 Spannung und Potential. 41
2.1.4 Influenz. 42
2.1.5 Verschiebungsdichte (elektrische Erregung). 43
2.1.6 Dielektrikum. 44
2.1.7 Coulombintegral. 45
2.1.8 Gaußscher Satz der Elektrostatik. 46
2.1.9 Kapazität. 47
2.1.10 Elektrostatisches Feld an Grenzflächen. 48
2.1.11 Übersicht: Felder und Kapazitäten verschiedener geometrischer Anordnungen. 49
2.1.12 Energie im elektrostatischen Feld. 50
2.1.13 Kräfte im elektrostatischen Feld. 51
2.1.13.1 Kraft auf eine Ladung. 51
2.1.13.2 Kraft auf Grenzflächen. 51
2.1.14 Übersicht: Eigenschaften des elektrostatischen Feldes. 53
2.1.15 Zusammenhang der elektrostatischen Feldgrößen. 54
2.2 Stationäres elektrisches Strömungsfeld. 55
2.2.1 Spannung und Potential. 55
2.2.2 Strom. 55
2.2.3 Elektrische Feldstärke. 55
2.2.4 Stromdichte. 57
2.2.5 Spezifischer Widerstand, spezifischer Leitwert. 58
2.2.6 Widerstand und Leitwert. 59
2.2.7 Kirchhoffsches Gesetz. 60
2.2.7.1 1. Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktregel). 60
2.2.7.2 2. Kirchhoffscher Satz (Maschenregel). 61
2.2.8 Das Strömungsfeld an Grenzflächen. 62
2.2.9 Übersicht: Felder und Widerstände verschiedener geometrischer Anordnungen. 63
2.2.10 Leistung und Energie im stationären elektrischen Strömungsfeld. 64
2.2.11 Übersicht: Eigenschaften des stationären elektrischen Strömungsfeldes. 65
2.2.12 Zusammenhang der Größen im stationären elektrischen Strömungsfeld. 66
2.3 Magnetisches Feld. 66
2.3.1 Kraft auf die bewegte Ladung. 68
2.3.2 Definition der magnetischen Flußdichte. 68
2.3.3 Gesetz von BIOT-SAVART. 71
2.3.4 Magnetische Feldstärke. 72
2.3.5 Magnetischer Fluß. 73
2.3.6 Magnetische Spannung und Durchflutungssatz. 74
2.3.7 Magnetischer Widerstand, magnetischer Leitwert, Induktivität. 76
2.3.8 Materie im Magnetfeld. 78
2.3.8.1 Ferromagnetische Materialien. 79
2.3.9 Das magnetische Feld an Grenzflächen. 81
2.3.10 Der magnetische Kreis. 82
2.3.11 Magnetischer Kreis mit Permanentmagnet. 84
2.3.12 Übersicht: Induktivitäten verschiedener geometrischer Anordnungen. 86
2.3.13 Induktion. 87
2.3.13.1 Induktion im bewegten elektrischen Leiter. 87
2.3.13.2 Das allgemeine Induktionsgesetz. 88
2.3.13.3 Selbstinduktion. 92
2.3.14 Gegeninduktion. 93
2.3.15 Transformatorprinzip. 95
2.3.16 Energie im magnetischen Feld. 96
2.3.16.1 Energie im magnetischen Kreis mit Luftspalt. 96
2.3.17 Kraft im magnetischen Feld. 97
2.3.17.1 Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter. 97
2.3.17.2 Kraft auf Grenzflächen. 98
2.3.18 Übersicht: Eigenschaften des magnetischen Feldes. 99
2.3.19 Zusammenhang der magnetischen Feldgrößen. 100
2.4 Maxwellsche Gleichungen. 101
2.5 Formelzeichen. 102
2.6 Weiterführende Literatur. 103
3 Wechselstrom 105
3.1 Mathematische Grundlagen der Wechselstromtechnik. 105
3.1.1 Sinus- und Kosinusfunktionen. 105
3.1.1.1 Addition von Sinusgrößen. 106
3.1.2 Komplexe Zahlen. 107
3.1.2.1 Arithmetik im Komplexen. 108
3.1.2.2 Darstellung komplexer Zahlen. 109
3.1.2.3 Umrechnung zwischen verschiedenen Darstellungen. 111
3.1.3 Rechenoperationen im Komplexen. 111
3.1.3.1 Addition und Subtraktion im Komplexen. 111
3.1.3.2 Multiplikation komplexer Zahlen. 112
3.1.4 Übersicht: Rechnen mit komplexen Zahlen. 113
3.1.5 Die komplexe Exponentialfunktion. 114
3.1.5.1 Exponentialfunktion mit imaginärem Exponenten. 114
3.1.5.2 Exponentialfunktion mit komplexem Exponenten. 115
3.1.6 Trigonometrische Funktionen mit komplexem Argument. 115
3.1.7 Von Sinusgrößen zu Zeigergrößen. 116
3.1.7.1 Komplexe Amplitude. 116
3.1.7.2 Anschauliche Beziehung zwischen Sinusgrößen und Zeigern. 117
3.1.7.3 Addition und Subtraktion von Zeigergrößen. 117
3.2 Sinusförmige Wechselgrößen. 118
3.2.1 Kenngrößen sinusförmiger Wechselgrößen. 119
3.2.2 Kenngrößen nicht sinusförmiger Wechselgrößen. 122
3.3 Komplexer Widerstands- und Leitwertoperator. 123
3.3.1 Widerstandsoperator. 123
3.3.2 Komplexe Widerstände der Grundzweipole. 125
3.3.2.1 Widerstand. 125
3.3.2.2 Induktivität. 125
3.3.2.3 Kapazität. 125
3.3.3 Leitwertoperator. 126
3.3.4 Komplexe Leitwerte der Grundzweipole. 127
3.3.5 Übersicht: Komplexe Widerstände. 128
3.3.5.1 Widerstands- und Leitwertoperator. 128
3.4 Wechselstromwiderstände der Grundzweipole. 129
3.5 Kombinationen von Zweipolen. 130
3.5.1 Reihenschaltungen. 130
3.5.1.1 Allgemeiner Fall. 130
3.5.1.2 Widerstand und Induktivität in Reihe. 131
3.5.1.3 Widerstand und Kapazität in Reihe. 132
3.5.1.4 Widerstand, Induktivität und Kapazität in Reihe. 133
3.5.2 Parallelschaltungen. 135
3.5.2.1 Allgemeiner Fall. 135
3.5.2.2 Widerstand und Induktivität parallel. 136
3.5.2.3 Widerstand und Kapazität parallel. 137
3.5.2.4 Widerstand, Induktivität und Kapazität parallel. 138
3.5.3 Übersicht: Reihen- und Parallelschaltung. 140
3.6 Netzwerkumformungen. 142
3.6.1 Umwandlung von Parallel- in Reihenschaltung und umgekehrt. 142
3.6.2 Stern-Dreieck-Wandlung und umgekehrt. 143
3.6.3 Duale Schaltungen. 145
3.7 Einfache Netzwerke. 147
3.7.1 Komplexe Strom- und Spannungsteiler. 147
3.7.2 Belasteter komplexer Spannungsteiler. 148
3.7.3 Widerstandsanpassung. 149
3.7.4 Spannungsteiler mit definierten Eingangs- und Ausgangswiderständen. 151
3.7.5 Netzwerke zur Phasenverschiebung. 152
3.7.5.1 RC-Phasenschieber. 153
3.7.5.2 Sonstige Schaltungen zur Phasenverschiebung. 154
3.7.6 Wechselstrombrücken. 156
3.7.6.1 Abgleichbedingung. 156
3.7.6.2 Anwendung: Meßtechnik. 157
3.8 Leistung im Wechselstromkreis. 158
3.8.1 Augenblickleistung. 158
3.8.1.1 Leistung am Wirkwiderstand. 158
3.8.1.2 Leistung am Blindwiderstand. 158
3.8.2 Mittlere Leistung. 159
3.8.2.1 Wirkleistung. 159
3.8.2.2 Blindleistung. 160
3.8.2.3 Scheinleistung. 162
3.8.3 Komplexe Leistung. 162
3.8.4 Übersicht: Wechselstromleistung. 163
3.8.5 Blindstromkompensation. 164
3.9 Drehstrom. 165
3.9.1 Mehrphasensysteme. 165
3.9.2 Dreiphasensystem. 166
3.9.2.1 Eigenschaften des Drehoperators a. 167
3.9.3 Generator-Dreieckschaltung. 168
3.9.4 Generator-Sternschaltung. 169
3.10 Übersicht: Symmetrische Drehstromsysteme. 171
3.10.1 Leistung im Dreiphasensystem. 172
3.11 Formelzeichen. 173
3.12 Weiterführende Literatur. 174
4 Elektrische Maschinen 176
4.1 Grundlagen des magnetischen Feldes. 176
4.1.1 Erzeugung eines magnetischen Feldes. 176
4.1.2 Motorprinzip. 177
4.1.3 Generatorprinzip. 177
4.1.4 Allgemeines Induktionsgesetz. 178
4.1.5 Ferromagnetische Werkstoffe. 179
4.1.6 Streuung. 179
4.1.7 Eisenverluste. 180
4.1.7.1 Hystereseverluste. 180
4.1.7.2 Wirbelstromverluste. 180
4.2 Drehmoment, mechanische Leistung und Beschleunigung. 180
4.2.1 Typenschildangaben. 181
4.2.2 Baugröße, Drehmoment, Leistung. 181
4.2.3 Rechtslauf/Linkslauf. 182
4.2.4 Drehzahl-Drehmoment-Arbeitspunkt. 182
4.2.5 Beschleunigung und Hochlaufzeiten. 182
4.2.5.1 Beschleunigung. 183
4.2.5.2 Hochlaufzeit. 183
4.2.5.3 Beschleunigungsweg. 184
4.3 Transformatoren. 186
4.3.1 Der ideale Transformator. 186
4.3.2 Der reale Transformator. 187
4.3.2.1 Messung der Leerlaufverluste P0. 188
4.3.2.2 Messung der Stromwärmeverluste. 188
4.3.2.3 Betriebsverluste. 189
4.3.3 Parallelschalten von Transformatoren. 189
4.3.4 Spartransformatoren. 190
4.3.5 Trenntransformatoren. 190
4.3.6 Drehstromtransformatoren. 190
4.3.6.1 Schaltgruppen und Kennzeichnung. 191
4.4 Gleichstrommaschinen. 192
4.4.1 Aufbau von Gleichstrommaschinen. 192
4.4.1.1 Ankerquerfeld. 193
4.4.1.2 Kompensationswicklung. 193
4.4.1.3 Wendepolwicklung. 194
4.4.2 Der drehende Rotor und sein Ersatzschaltbild. 194
4.4.3 Nebenschluß- und Reihenschlußmaschinen. 195
4.4.4 Nebenschlußmaschinen. 195
4.4.5 Drehzahlverstellung beim Gleichstromnebenschlußmotor. 197
4.4.5.1 Drehzahlverstellung durch Veränderung der Ankerspannung. 197
4.4.5.2 Drehzahlverstellung mittels Feldschwächung. 199
4.4.5.3 Drehzahlverstellung mittels Vorwiderstand. 199
4.4.6 Reihenschlußmaschinen. 199
4.4.6.1 Reihenschlußmaschinen am Wechselstromnetz. 201
4.4.7 Drehzahlsteuerung von Universalmotoren. 202
4.4.8 Nebenschluß- und Reihenschlußverhalten. 202
4.5 Drehstrommotoren. 203
4.5.1 Erzeugung des Drehfeldes. 203
4.5.2 Synchronmaschinen. 204
4.5.3 Asynchronmotoren. 205
4.5.3.1 Funktionsprinzip. 205
4.5.3.2 Bemessungsdaten (Nenndaten) der Asynchronmaschine. 207
4.5.3.3 Elektrisches Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine. 208
4.5.3.4 Drehzahl-Drehmomentverlauf. 209
4.5.3.5 Einfluß des Läuferwiderstandes. 210
4.5.3.6 Stromverdrängung. 210
4.5.3.7 Einfluß der Speisespannung auf das Drehmoment. 211
4.5.4 Die Stromortskurve der Drehstromasynchronmaschine. 211
4.5.4.1 Konstruktion der Stromortskurve. 213
4.5.4.2 Die reale Stromortskurve. 213
4.5.5 Reduzierung des Anlaufstromes. 213
4.5.5.1 Stern-Dreieck-Umschaltung. 213
4.5.5.2 Sanftanlaufgeräte. 214
4.5.6 Drehzahlverstellung von Asynchronmotoren. 214
4.5.6.1 Polumschaltung. 214
4.5.6.2 Frequenzumrichter. 215
4.5.7 Generatorischer Betrieb der Asynchronmaschine. 216
4.5.8 Bremsen der Drehstromasynchronmaschine. 217
4.5.8.1 Generatorisches Bremsen. 217
4.5.8.2 Gleichstrombremsen. 217
4.5.9 Linearmotor. 217
4.5.10 Einphasig gespeister Drehstromasynchronmotor. 218
4.6 Kleinmotoren. 219
4.6.1 Kondensatormotor. 219
4.6.2 Spaltpolmotor. 219
4.6.3 Schrittmotor. 220
4.7 Formelzeichen. 221
4.8 Weiterführende Literatur. 221
5 Messung von Strom, Spannung, Leistung 223
5.1 Elektrische Meßwerke. 223
5.1.1 Drehspulmeßwerk. 223
5.1.2 Kreuzspulmeßwerk. 224
5.1.3 Elektrodynamisches Meßwerk. 224
5.1.4 Dreheisenmeßwerk. 225
5.1.5 Weitere Meßwerke. 225
5.1.6 Übersicht: Elektrische Meßwerke. 227
5.2 Messung von Gleichstrom und Gleichspannung. 228
5.2.1 Drehspulinstrument. 228
5.2.2 Meßbereichserweiterung für Strommessungen. 228
5.2.3 Meßbereichserweiterung für Spannungsmessungen. 230
5.2.4 Überlastschutz. 230
5.2.5 Systematische Meßabweichungen. 230
5.3 Messung von Wechselspannung und Wechselstrom. 231
5.3.1 Drehspulinstrument mit Gleichrichter. 231
5.3.2 Dreheiseninstrument. 233
5.3.3 Meßbereichserweiterung durch Meßwandler. 233
5.3.4 Effektivwertmessung. 234
5.4 Berührungslose Messung von Gleich- und Wechselströmen. 235
5.5 Leistungsmessung. 237
5.5.1 Leistungsmessung im Gleichstromkreis. 237
5.5.2 Leistungsmessung im Wechselstromkreis. 238
5.5.2.1 Drei-Voltmeter-Methode. 239
5.5.2.2 Leistungsfaktormessung. 240
5.5.3 Leistungsmessung im Drehstromkreis. 241
5.5.3.1 Messung der Wirkleistung im Drehstromnetz. 241
5.5.3.2 Messung der Blindleistung im Drehstromnetz. 242
5.5.3.3 Leistungsmeßkoffer. 243
5.6 Digitale Messung von Gleichspannung. 245
5.6.1 Parallel-Umsetzer (Flashconverter). 245
5.6.2 Kompensationsverfahren. 246
5.6.3 Nachlauf-Umsetzer. 247
5.6.4 Sukzessive Approximation. 247
5.6.5 Einrampenverfahren. 248
5.6.6 Zweirampenverfahren. 249
5.6.7 Abtast-Halte-Kreis. 250
5.6.8 Übersicht: Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung. 251
5.6.9 Schaltzeichen für Analog-Digital-Umsetzer. 251
5.7 Digital-Analog-Umsetzung. 251
5.7.1 Schaltzeichen für Digital-Analog-Umsetzer. 251
5.7.2 Parallelverfahren. 251
5.7.3 Wägeverfahren. 252
5.7.4 Deglitching. 253
5.7.5 Pulsweitenmodulation. 253
5.7.6 Übersicht: Auflösung und Codierung bei ADU und DAU. 254
5.8 Meßfehler. 255
5.8.1 Systematische und zufällige Fehler. 255
5.8.2 Garantie-Fehlergrenzen. 255
5.9 Übersicht: Hinweiszeichen auf Meßinstrumenten. 256
5.10 Übersicht: Meßverfahren. 257
5.11 Formelzeichen. 258
5.12 Weiterführende Literatur. 259
6 Netzwerke bei veränderlicher Frequenz 260
6.1 Lineare Systeme. 260
6.1.1 Übertragungsfunktion, Amplituden- und Phasengang. 261
6.2 Filter. 263
6.2.1 Tiefpaß. 263
6.2.2 Hochpaß. 264
6.2.3 Bandpaß. 264
6.2.4 Bandsperre. 265
6.2.5 Allpaß. 265
6.3 Einfache Filter. 266
6.3.1 Tiefpaß. 266
6.3.1.1 Anstiegszeit. 267
6.3.2 Frequenznormierung. 268
6.3.2.1 Verstärkungsmaß in der Näherung. 269
6.3.3 Hochpaß. 269
6.3.3.1 Verstärkungsmaß in der Näherung. 271
6.3.4 Filter höherer Ordnung. 271
6.3.5 Bandpaß. 273
6.3.6 Realisierungen von Filtern. 275
6.4 Formelzeichen. 275
6.5 Weiterführende Literatur. 276
7 Signale und Systeme 277
7.1 Signale. 277
7.1.1 Definitionen. 277
7.1.2 Symmetrie-Eigenschaften von Signalen. 278
7.2 FOURIER-Reihe. 279
7.2.1 Trigonometrische Form. 279
7.2.1.1 Symmetrie-Eigenschaften. 281
7.2.2 Amplituden-Phasen-Form. 281
7.2.3 Exponential-Form. 281
7.2.3.1 Symmetrie-Eigenschaften. 282
7.2.4 Übersicht: FOURIER-Reihendarstellung. 283
7.2.5 Nützliche Integrale bei der Berechnung von FOURIER-Koeffizienten. 284
7.2.6 Tabelle: FOURIER-Reihen. 285
7.2.7 Anwendung der FOURIER-Reihen. 287
7.2.7.1 Spektrum eines Rechtecksignals. 287
7.2.7.2 Spektrum eines Sägezahnsignals. 288
7.2.7.3 Spektrum eines zusammengesetzten Signals. 289
7.3 Systeme. 290
7.3.1 System-Eigenschaften. 290
7.3.1.1 Lineare Systeme. 290
7.3.1.2 Kausale Systeme. 291
7.3.1.3 Zeitinvariante Systeme. 291
7.3.1.4 Stabile Systeme. 292
7.3.1.5 LTI-Systeme. 292
7.3.2 Elementarsignale. 292
7.3.2.1 Die Sprungfunktion. 292
7.3.2.2 Die Rechteckfunktion. 293
7.3.2.3 Der Dreieckimpuls. 293
7.3.2.4 Der Gaußimpuls. 293
7.3.2.5 Die Stoßfunktion (DIRAC-Funktion). 294
7.3.3 Verschiebung und Dehnung eines Zeitsignals. 295
7.3.4 Systemreaktionen. 296
7.3.4.1 Impulsantwort. 297
7.3.4.2 Sprungantwort. 297
7.3.4.3 Systemantwort bei beliebigem Eingangssignal. 298
7.3.4.4 Rechenregeln der Faltung. 299
7.3.4.5 Übertragungsfunktion. 300
7.3.4.6 Berechnung der Systemantwort im Frequenzbereich. 301
7.3.5 Berechnung der Impuls- und Sprungantwort. 302
7.3.5.1 Normierung von Schaltkreisen. 302
7.3.5.2 Impuls/Sprungantwort von Systemen erster Ordnung. 303
7.3.5.3 Impuls-/Sprungantwort von Systemen zweiter Ordnung. 304
7.3.6 Ideale Systeme. 307
7.3.6.1 Das verzerrungsfreie System. 307
7.3.6.2 Der ideale Tiefpaß. 308
7.3.6.3 Der ideale Bandpaß. 311
7.4 FOURIER-Transformation. 312
7.4.1 Prinzip. 312
7.4.2 Definition. 313
7.4.3 Darstellung der FOURIER-Transformierten. 314
7.4.3.1 Symmetrie-Eigenschaften. 314
7.4.4 Übersicht: Eigenschaften der FOURIER-Transformation. 315
7.4.5 FOURIER-Transformierte von Elementarsignalen. 316
7.4.5.1 Spektrum der DIRAC-Funktion. 316
7.4.5.2 Spektrum der Signum- und Sprungfunktion. 317
7.4.5.3 Spektrum des Rechteckimpulses. 318
7.4.5.4 Spektrum des Dreieckimpulses. 319
7.4.5.5 Spektrum des Gaußimpulses. 319
7.4.5.6 Spektrum harmonischer Zeitfunktionen. 320
7.4.6 Tabelle: FOURIER-Transformierte. 321
7.5 Nichtlineare Systeme. 324
7.5.1 Definition. 324
7.5.2 Charakterisierung nichtlinearer Systeme. 324
7.5.2.1 Kennliniengleichung. 325
7.5.2.2 Klirrfaktor. 325
7.5.2.3 Intermodulationsabstand. 327
7.6 Formelzeichen. 329
7.7 Weiterführende Literatur. 331
8 Analoge Schaltungstechnik 332
8.1 Berechnungsverfahren. 332
8.1.1 Linearisierung im Arbeitspunkt. 332
8.1.2 Wechselstromersatzschaltung. 333
8.1.3 Ein- und Ausgangsimpedanz. 334
8.1.3.1 Bestimmung der Eingangsimpedanz. 334
8.1.3.2 Bestimmung der Ausgangsimpedanz. 334
8.1.3.3 Zusammenschaltung von Zweipolen. 335
8.1.4 Vierpolverfahren. 336
8.1.4.1 Vierpolgleichungen. 336
8.1.4.2 h-Parameter (Hybrid-Parameter*). 337
8.1.4.3 y-Parameter (Leitwertparameter*). 337
8.1.5 Blockschaltbilder. 338
8.1.5.1 Rechenregeln für Blockschaltbilder. 339
8.1.6 Bode-Diagramm. 340
8.2 Silizium- und Germaniumdioden. 341
8.2.1 Strom-Spannungsverhalten von Si- und Ge-Dioden. 341
8.2.2 Temperaturabhängigkeit der Schleusenspannung. 342
8.2.3 Differentieller Widerstand (dynamischer Widerstand). 342
8.3 Kleinsignalverstärker mit Bipolartransistoren. 342
8.3.1 Transistorkenngrößen. 343
8.3.1.1 Schaltbilder und Zählpfeilrichtungen für Bipolartransistoren. 343
8.3.1.2 Ausgangskennlinien. 343
8.3.1.3 Steuerkennlinie (Übertragungskennlinie). 344
8.3.1.4 Eingangskennlinie. 344
8.3.1.5 Statische Stromverstärkung B. 345
8.3.1.6 Differentielle Stromverstärkung ß. 345
8.3.1.7 Steilheit S. 345
8.3.1.8 Temperaturdrift. 346
8.3.1.9 Differentieller Eingangswiderstand rBE. 346
8.3.1.10 Differentieller Ausgangswiderstand rCE. 346
8.3.1.11 Spannungsrückwirkung Ar. 347
8.3.1.12 Transitfrequenz fT. 347
8.3.2 Ersatzschaltbilder. 347
8.3.2.1 Statisches Ersatzschaltbild. 347
8.3.2.2 Wechselstromersatzschaltbild. 348
8.3.2.3 Ersatzschaltbild nach GIACOLETTO. 348
8.3.3 Darlingtonschaltung. 349
8.3.3.1 Quasidarlingtonschaltung. 350
8.3.4 Grundschaltungen mit Bipolartransistoren. 351
8.3.5 Emitterschaltung. 351
8.3.5.1 Vierpolgleichungen der Emitterschaltung. 352
8.3.5.2 Wechselstromersatzschaltbild der Emitterschaltung. 353
8.3.5.3 Eingangswiderstand der Emitterschaltung. 354
8.3.5.4 Ausgangswiderstand der Emitterschaltung. 355
8.3.5.5 Wechselspannungsverstärkung der Emitterschaltung. 356
8.3.5.6 Arbeitspunkteinstellung. 357
8.3.5.7 Arbeitspunktstabilisierung. 359
8.3.5.8 Arbeitsgerade. 361
8.3.5.9 Emitterschaltung bei hohen Frequenzen. 362
8.3.6 Kollektorschaltung (Emitterfolger). 362
8.3.6.1 Wechselstromersatzschaltbild der Kollektorschaltung. 363
8.3.6.2 Eingangswiderstand der Kollektorschaltung. 363
8.3.6.3 Ausgangswiderstand der Kollektorschaltung. 364
8.3.6.4 Wechselstromverstärkung der Kollektorschaltung. 364
8.3.6.5 Kollektorschaltung bei hohen Frequenzen. 364
8.3.7 Basisschaltung. 365
8.3.7.1 Wechselstromersatzschaltbild der Basisschaltung. 365
8.3.7.2 Eingangswiderstand der Basisschaltung. 366
8.3.7.3 Ausgangswiderstand der Basisschaltung. 366
8.3.7.4 Wechselspannungsverstärkung der Basisschaltung. 366
8.3.7.5 Basisschaltung bei hohen Frequenzen. 367
8.3.8 Übersicht: Bipolartransistor-Grundschaltungen. 367
8.3.9 Stromquellen mit Bipolartransistoren. 368
8.3.10 Differenzverstärker mit Bipolartransistoren. 369
8.3.10.1 Differenzverstärkung (Gegentaktverstärkung). 371
8.3.10.2 Gleichtaktverstärkung. 371
8.3.10.3 Gleichtaktunterdrückung. 372
8.3.10.4 Eingangswiderstand des Differenzverstärkers. 372
8.3.10.5 Ausgangswiderstand des Differenzverstärkers. 373
8.3.10.6 Offsetspannung des Differenzverstärkers. 373
8.3.10.7 Offsetstrom des Differenzverstärkers. 373
8.3.10.8 Offsetspannungsdrift. 373
8.3.10.9 Beispiele für Differenzverstärker. 374
8.3.11 Übersicht: Differenzverstärker mit Bipolartransistoren. 375
8.3.12 Stromspiegelschaltung. 375
8.3.12.1 Varianten der Stromspiegelschaltung. 376
8.4 Kleinsignalverstärker mit Feldeffekttransistoren. 376
8.4.1 Transistorkenngrößen. 376
8.4.1.1 Schaltbilder und Zählpfeilrichtungen für Feldeffekttransistoren. 376
8.4.1.2 Übertragungskennlinien und Ausgangskennlinienfeld von JFETs. 378
8.4.1.3 Übertragungskennlinie und Ausgangskennlinienfeld von IGFETs. 379
8.4.1.4 Steilheit. 379
8.4.1.5 Differentieller Ausgangswiderstand. 380
8.4.1.6 Eingangsimpedanz. 380
8.4.2 Ersatzschaltbilder. 380
8.4.2.1 Ersatzschaltbild für niedrige Frequenzen. 380
8.4.2.2 Ersatzschaltbild für hohe Frequenzen. 381
8.4.2.3 Grenzfrequenz der Vorwärtssteilheit. 381
8.4.3 Grundschaltungen mit Feldeffekttransistoren. 381
8.4.4 Sourceschaltung. 382
8.4.4.1 Vierpolgleichungen der Sourceschaltung. 383
8.4.4.2 Wechselstromersatzschaltbild der Sourceschaltung. 383
8.4.4.3 Eingangsimpedanz der Sourceschaltung. 384
8.4.4.4 Ausgangsimpedanz der Sourceschaltung. 384
8.4.4.5 Wechselspannungsverstärkung. 385
8.4.4.6 Arbeitspunkteinstellung. 385
8.4.4.7 Drainschaltung, Sourcefolger. 387
8.4.4.8 Wechselstromersatzschaltbild der Drainschaltung. 387
8.4.4.9 Eingangswiderstand der Drainschaltung. 387
8.4.4.10 Ausgangswiderstand der Drainschaltung. 388
8.4.4.11 Spannungsverstärkung der Drainschaltung. 388
8.4.4.12 Drainschaltung bei hohen Frequenzen. 388
8.4.5 Gateschaltung. 388
8.4.5.1 Eingangswiderstand der Gateschaltung. 389
8.4.5.2 Ausgangswiderstand der Gateschaltung. 389
8.4.5.3 Spannungsverstärkung der Gateschaltung. 389
8.4.6 Übersicht: Grundschaltungen mit Feldeffekttransistoren. 389
8.4.7 Stromquelle mit FETs. 390
8.4.8 Differenzverstärker mit Feldeffekttransistoren. 390
8.4.8.1 Differenzverstärkung (Gegentaktverstärkung). 391
8.4.8.2 Gleichtaktverstärkung. 391
8.4.8.3 Gleichtaktunterdrückung. 391
8.4.8.4 Eingangsimpedanz. 392
8.4.8.5 Ausgangswiderstand. 392
8.4.9 Übersicht: Differenzverstärker mit Feldeffekttransistoren. 392
8.4.10 Der FET als steuerbarer Widerstand. 392
8.5 Gegenkopplung. 393
8.5.1 Gegenkopplungsarten. 395
8.5.2 Einfluß der Gegenkopplung auf die Ein- und Ausgangsimpedanz. 397
8.5.2.1 Ein- und Ausgangsimpedanz der vier Gegenkopplungsarten. 398
8.5.3 Einfluß der Gegenkopplung auf den Frequenzgang. 398
8.5.4 Stabilität gegengekoppelter Systeme. 399
8.6 Operationsverstärker. 400
8.6.1 Kennwerte des Operationsverstärkers. 401
8.6.1.1 Ausgangsaussteuerbereich. 401
8.6.1.2 Offsetspannung. 401
8.6.1.3 Offsetspannungsdrift. 401
8.6.1.4 Gleichtaktaussteuerbereich. 401
8.6.1.5 Differenzverstärkung. 402
8.6.1.6 Gleichtaktverstärkung. 402
8.6.1.7 Gleichtaktunterdrückung. 402
8.6.1.8 Betriebsspannungsdurchgriff. 402
8.6.1.9 Eingangswiderstand. 403
8.6.1.10 Ausgangswiderstand*. 403
8.6.1.11 Eingangsruhestrom*. 403
8.6.1.12 Verstärkungsbandbreiteprodukt* (Transitfrequenz). 403
8.6.1.13 Grenzfrequenz. 404
8.6.1.14 Anstiegssteilheit der Ausgangsspannung (Slew Rate). 404
8.6.1.15 Ersatzschaltbild des Operationsverstärkers. 404
8.6.2 Frequenzgangkorrektur. 405
8.6.3 Komparatoren. 406
8.6.4 Operationsverstärkerschaltungen. 406
8.6.4.1 Impedanzwandler. 407
8.6.4.2 Nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerverstärker). 407
8.6.4.3 Invertierender Verstärker. 408
8.6.4.4 Addierer. 410
8.6.4.5 Subtrahierer. 410
8.6.4.6 Instrumentenverstärker. 411
8.6.4.7 Spannungsgesteuerte Stromquellen. 412
8.6.4.8 Integrator. 413
8.6.4.9 Differenzierer (Differentiator). 414
8.6.4.10 Wechselspannungsverstärker mit einer Betriebsspannung. 414
8.6.4.11 Spannungseinsteller mit definierter Änderungsgeschwindigkeit. 415
8.6.4.12 Schmitt-Trigger. 415
8.6.4.13 Dreieck-Rechteck-Generator. 416
8.6.4.14 Multivibrator. 417
8.6.4.15 Sägezahn-Generator. 417
8.6.4.16 Pulsweitenmodulator. 418
8.7 Aktive Filter. 419
8.7.1 Tiefpässe. 420
8.7.1.1 Theorie der Tiefpässe. 420
8.7.1.2 Berechnung von Tiefpässen. 426
8.7.1.3 Tiefpaß-Schaltungen. 428
8.7.2 Hochpässe. 430
8.7.2.1 Theorie der Hochpässe. 430
8.7.2.2 Hochpaß-Schaltungen. 430
8.7.3 Bandpässe. 431
8.7.3.1 Bandpässe 2. Ordnung. 431
8.7.3.2 Bandpaß-Schaltung 2. Ordnung. 432
8.7.3.3 Bandpässe 4. und höherer Ordnung. 433
8.7.4 Universalfilter. 433
8.7.5 Filter mit geschalteten Kapazitäten. 434
8.8 Oszillatoren. 435
8.8.1 RC-Oszillatoren. 436
8.8.1.1 Phasenschieberoszillator. 436
8.8.1.2 Wien-Robinson-Oszillator, Wienbrückenoszillator. 437
8.8.2 LC-Oszillatoren. 437
8.8.2.1 Meißner-Oszillator. 437
8.8.2.2 Hartley-Oszillator (Induktiver Dreipunkt-Oszillator). 438
8.8.2.3 Colpitts-Oszillator (kapazitiver Dreipunktoszillator). 439
8.8.3 Quarz-Oszillatoren*. 439
8.8.3.1 Pierce-Oszillator*. 440
8.8.3.2 Quarzoszillator mit TTL-Gattern. 440
8.8.4 Multivibratoren. 441
8.9 Erwärmung und Kühlung. 441
8.9.1 Zuverlässigkeit und Lebensdauer. 442
8.9.2 Temperaturberechnung. 443
8.9.2.1 Wärmewiderstand*. 444
8.9.2.2 Wärmekapazität. 445
8.9.2.3 Der transiente Wärmewiderstand (Pulswärmewiderstand). 446
8.10 Leistungsverstärker. 447
8.10.1 Emitterfolger*. 447
8.10.2 Komplementärer Emitterfolger im B-Betrieb. 451
8.10.3 Komplementärer Emitterfolger im C-Betrieb. 453
8.10.4 Die Betriebsarten im Ausgangskennlinienfeld. 454
8.10.5 Komplementärer Emitterfolger im AB-Betrieb. 454
8.10.5.1 Vorspannungserzeugung für den AB-Betrieb. 455
8.10.5.2 Komplementärer Emitterfolger mit Darlingtontransistoren. 456
8.10.5.3 Strombegrenzung beim komplementären Emitterfolger. 457
8.10.6 Ansteuerung von Leistungsverstärkern. 458
8.10.6.1 Ansteuerung über Differenzverstärker. 458
8.10.6.2 Ansteuerung über Operationsverstärker. 459
8.10.7 Taktverstärker. 459
8.11 Formelzeichen. 460
8.11.1 Weiterführende Literatur. 462
9 Digitaltechnik 463
9.1 Schaltalgebra (Boolesche Algebra). 463
9.1.1 Logische Variablen und logische Grundfunktionen. 463
9.1.1.1 Negation. 463
9.1.1.2 UND-Funktion (Konjunktion). 464
9.1.1.3 ODER-Funktion (Disjunktion). 464
9.1.2 Logische Funktionen und ihre Symbole. 464
9.1.2.1 Inverter (NOT). 465
9.1.2.2 UND-Verknüpfung (AND). 465
9.1.2.3 ODER-Verknüpfung (OR). 465
9.1.2.4 NAND-Verknüpfung. 466
9.1.2.5 NOR-Verknüpfung. 466
9.1.2.6 EXOR-Verknüpfung (Antivalenz, exklusives ODER). 467
9.1.3 Termumformungen. 468
9.1.3.1 Kommutativ-Gesetze. 468
9.1.3.2 Assoziativ-Gesetze. 468
9.1.3.3 Distributiv-Gesetze. 468
9.1.3.4 Inversions-Gesetze (De Morgansche Regeln). 468
9.1.4 Übersicht: Termumformungen. 469
9.1.5 Analyse von logischen Schaltungen. 470
9.1.6 Normalformen. 470
9.1.6.1 Disjunktive Normalform. 471
9.1.6.2 Konjunktive Normalform. 472
9.1.7 Systematische Reduktion einer logischen Funktion. 472
9.1.7.1 Karnaugh-Diagramm. 473
9.1.7.2 Das Verfahren nach Quine und McCluskey. 476
9.1.8 Synthese von Schaltnetzen. 478
9.1.8.1 Typisierung auf NAND-Glieder. 479
9.1.8.2 Typisierung auf NOR-Glieder. 479
9.2 Elektronische Realisierung von Schaltfunktionen. 480
9.2.1 Elektrische Kenndaten. 480
9.2.1.1 Pegel. 480
9.2.1.2 Übertragungskennlinie. 480
9.2.1.3 Lastfaktoren. 481
9.2.1.4 Störabstand. 481
9.2.1.5 Verzögerungszeit. 482
9.2.1.6 Anstiegszeiten. 482
9.2.1.7 Verlustleistung. 483
9.2.1.8 Mindeststeilheit. 483
9.2.1.9 Integration. 483
9.2.2 Übersicht: Bezeichnungen in Datenblättern. 484
9.2.3 TTL-Familie. 485
9.2.3.1 TTL-Baureihen. 486
9.2.3.2 Grundschaltung von TTL-Gattern. 487
9.2.4 CMOS-Familie. 488
9.2.5 Vergleich TTL vs. CMOS. 489
9.2.5.1 Weitere Logik-Familien. 490
9.2.6 Spezielle Schaltungsvarianten. 490
9.2.6.1 Ausgänge mit offenem Kollektor. 490
9.2.6.2 Phantom UND/ODER Verknüpfung. 491
9.2.6.3 Tristate-Ausgänge. 492
9.2.6.4 Schmitt-Trigger-Eingänge. 493
9.3 Schaltnetze, Schaltwerke. 494
9.3.1 Abhängigkeitsnotation. 494
9.3.1.1 Übersicht: Abhängigkeitsnotation. 496
9.3.2 Schaltsymbole für Schaltnetze und Schaltwerke. 496
9.4 Beispiele für Schaltnetze. 497
9.4.1 1-aus-n-Dekoder. 497
9.4.2 Multiplexer und Demultiplexer. 498
9.4.2.1 Typenübersicht. 499
9.5 Flip-Flops. 499
9.5.1 Anwendungen von Flip-Flops. 499
9.5.2 RS-Flip-Flop. 500
9.5.2.1 RS-Flip-Flop mit Takteingang. 501
9.5.3 D-Flip-Flop. 501
9.5.4 Master-Slave-Flip-Flop. 502
9.5.5 JK-Flip-Flop. 503
9.5.6 Steuerung (Triggerung) von Flip-Flops. 503
9.5.7 Bezeichnungen an Flip-Flop-Schaltsymbolen. 504
9.5.8 Übersicht: Flip-Flops. 505
9.5.9 Übersicht: Flankengetriggerte Flip-Flops. 505
9.5.10 Synthese von flankengesteuerten Flip-Flops. 507
9.5.11 Übersicht: Flip-Flop Schaltkreise. 509
9.6 Speicher. 510
9.6.1 Prinzipieller Aufbau. 510
9.6.2 Speicherzugriff. 511
9.6.3 Statische und dynamische RAMs. 512
9.6.3.1 Erweiterungen und Varianten von RAM Speichern. 513
9.6.4 Festwertspeicher. 514
9.6.5 Programmierbare Funktionsspeicher. 515
9.6.5.1 Prinzip. 515
9.6.5.2 PLD Typen. 516
9.6.5.3 Ausgangsschaltungen. 517
9.7 Register und Schieberegister. 519
9.8 Zähler. 520
9.8.1 Asynchron-Zähler. 520
9.8.1.1 Dualzähler. 520
9.8.1.2 Dezimalzähler. 522
9.8.1.3 Rückwärtszähler. 524
9.8.1.4 Vorwärts-Rückwärtszähler. 525
9.8.1.5 Programmierbare Zähler. 525
9.8.2 Synchronzähler. 526
9.8.2.1 Kaskadierung von Synchron-Zählern. 527
9.8.3 Übersicht: TTL- und CMOS Zähler. 529
9.8.3.1 TTL-Zähler. 530
9.8.3.2 CMOS-Zähler. 531
9.9 Entwurf und Synthese von Schaltwerken. 531
9.10 Weiterführende Literatur. 538
10 Stromversorgungen 540
10.1 Netztransformatoren. 540
10.2 Gleichrichtung und Siebung. 542
10.2.1 Verschiedene Gleichrichterschaltungen. 543
10.2.2 Spannungsvervielfacher. 545
10.2.2.1 Delon-Schaltung. 545
10.2.3 Villard-Schaltung. 546
10.2 4 Ladungspumpen. 546
10.3 Phasenanschnittsteuerung. 547
10.4 Analoge Spannungsstabilisierungen. 549
10.4.1 Spannungsstabilisierung mit Zenerdiode. 549
10.4.2 Stabilisierung mit Längstransistor. 549
10.4.3 Spannungsregelung. 550
10.4.3.1 Integrierte Spannungsregler. 551
10.5 Schaltnetzteile. 551
10.5.1 Sekundärgetaktete Schaltnetzteile (Drosselwandler). 552
10.5.1.1 Abwärtswandler. 552
10.5.1.2 Aufwärtswandler. 554
10.5.1.3 Invertierender Wandler. 556
10.5.2 Primärgetaktete Schaltnetzteile. 557
10.5.2.1 Sperrwandler. 557
10.5.2.2 Eintaktdurchflußwandler. 561
10.5.2.3 Gegentaktwandler. 563
10.5.2.4 Resonanzwandler. 565
10.5.3 Übersicht: Schaltnetzteile. 568
10.5.4 Regelung von Schaltnetzteilen. 570
10.5.4.1 Voltage-mode-Regelung. 570
10.5.4.2 Current-mode-Regelung. 570
10.5.4.3 Vergleich: voltage-mode vs. current-mode-Regelung. 571
10.5.4.4 Dimensionierung des PI-Reglers. 572
10.5.5 Wickelgüter. 572
10.5.5.1 Berechnung von Speicherdrosseln. 572
10.5.5.2 Berechnung von Hochfrequenztransformatoren. 574
10.5.6 Leistungfaktor-Vorregelung. 577
10.5.6.1 Ströme, Spannungen und Leistung im Leistungsfaktor-Vorregler. 578
10.5.6.2 Die Regelung des Leistungsfaktor-Vorreglers. 579
10.5.7 Funkentstörung von Schaltnetzteilen. 580
10.5.7.1 Funkstörstrahlung. 581
10.5.7.2 Leitungsgebundene Störungen. 581
10.5.7.3 Verminderung der asymmetrischen Funkstörspannungen. 582
10.5.7.4 Verminderung der symmetrischen Funkstörspannungen. 583
10.5.7.5 Vollständiges Funkentstörfilter. 584
10.6 Formelzeichen. 584
10.7 Weiterführende Literatur. 585
A Mathematische Grundlagen 587
A.1 Trigonometrische Funktionen. 587
A.1.1 Eigenschaften. 587
A.1.2 Summen und Differenzen von Winkelfunktionen. 588
A.1.3 Summen und Differenzen im Argument. 589
A.1.4 Vielfache des Arguments. 589
A.1.5 Gewichtete Summe von Winkelfunktionen. 590
A.1.6 Produkte von Winkelfunktionen. 590
A.1.7 Dreifachprodukte. 590
A.1.8 Potenzen von Winkelfunktionen. 591
A.1.9 Winkelfunktionen mit komplexem Argument. 591
A.2 Inverse Winkelfunktionen (Arkusfunktionen). 591
A.3 Hyperbelfunktionen. 592
A.4 Differentialrechnung. 592
A.4.1 Differentiationsregeln. 592
A.4.2 Ableitungen einfacher Funktionen. 593
A.5 Integralrechnung. 593
A.5.1 Integrationsregeln. 593
A.5.1.1 Integrale einfacher Funktionen. 594
A.5.2 Integrale mit Winkelfunktionen. 595
A.5.3 Integrale mit Exponentialfunktionen. 597
A.5.4 Integrale mit inversen Winkelfunktionen. 598
A.5.5 Bestimmte Integrale. 598
A.6 Das Integral der Standard-Normalverteilung. 601
B Tabellen 604
B.1 Das SI-System. 604
B.1.1 Dezimalvorsätze. 605
B.1.2 SI-Einheiten der Elektrotechnik. 606
B.2 Naturkonstanten. 607
B.3 Formelzeichen des griechischen Alphabets. 607
B.4 Einheiten und Definitionen technisch-physikalischer Größen. 608
B.5 Englisch/Amerikanische Einheiten. 609
B.6 Sonstige Einheiten. 611
B.7 Lade- und Entladekurven. 614
B.8 IEC-Normreihe. 615
B.9 Farbcode zur Kennzeichnung von Widerständen. 616
B.10 Parallelschaltung von Widerständen. 617
B.11 Strombelastbarkeit von Leiterbahnen. 618
B.12 Amerikanische Drahtstärken. 619
B.13 Trockenbatterien. 621
B.14 Bezeichnung der Radiofrequenzbereiche. 622
B.15 Pegel. 623
B.15.1 Absolute Pegel. 623
B.15.1.1 Umrechnung von Leistungs- und Spannungspegeln. 624
B.15.2 Relative Pegel. 625
B.16 Kontaktbelegung ausgewählter Steckverbinder. 626
B.16.1 VGA (9-polig). 626
B.16.2 VGA (15-polig). 626
B.16.3 9-zu-15-Stift-VGA-Kabel. 627
B.16.4 SCART. 627
B.16.5 SCART-Verbindungskabel. 628
B.16.6 S-Video. 628
B.16.7 Serielle Schnittstelle (9-polig). 629
B.16.8 Serielle Schnittstelle (25-polig). 629
B.16.9 Verbindungsschema serielle Schnittstelle. 630
B.16.10 Cisco Console Port. 631
B.16.11 Cisco Console Kabel (9-polig). 631
B.16.12 Cisco Console Kabel (25-polig). 632
B.16.13 Universal Serial Bus (USB). 632
B.16.14 Diodenstecker (3-polig). 633
B.16.15 Diodenstecker (5-polig). 633
B.16.16 Klinkenstecker mono. 634
B.16.17 Klinkenstecker stereo. 634
B.17 Telefontechnik. 635
B.17.1 Mehrfrequenzwahl. 635
B.17.2 TAE-Dosen Anschlußschema. 635
B.17.3 ISDN-Dosen Anschlußschema. 636
B.18 ASCII-Codierung. 637
B.19 Chemische Elemente. 638
B.20 Werkstoffe. 641
C Elemente der Installationstechnik 643
C.1 Schmelzsicherungen. 643
C.2 Bezeichnung von Leitern. 643
C.3 Schutzklassen. 644
C.4 Farbkurzzeichen nach DIN IEC 757. 644
C.5 Adernfarben in mehradrigen Leitungen. 645
C.6 Typen-Kennzeichnung bei isolierten Leitungen. 646
C.7 Leitungsausführungen. 647
C.8 Schutzarten. 649
C.9 Installationen in Feuchträumen. 650
C.10 Spannungsabfall. 650
C.11 Wechselschaltung, Kreuzschaltung. 650
C.12 Übersicht: Bildzeichen der Installationstechnik. 651
C.13 Schutzmaßnahmen. 652
D Abkürzungsverzeichnis 653
E Schaltzeichen 720
Sachwortverzeichnis deutsch 725
Sachwortverzeichnis englisch 745
Neben Kapiteln zu den Themen Elektronik, Digitaltechnik, Schaltzeichen, Grundlagen der elektrischen Meßtechnik und Signale und Systeme enthält das Werk Tabellen zu Grundlagen, Elektrotechnik und Elektronik, Größen und Maßeinheiten, eine Formelsammlung sowie Abkürzungen der Elektrotechnik, Elektronik und Telekommunikation und deutsch/englische Fachbegriffe.
Für diese Auflage wurde das Taschenbuch um ein Kapitel über Elektrische Maschinen ergänzt. Zum besseren Verständnis beginnt dieser Abschnitt mit einer kompakten Zusammenfassung der für das Verständnis wesentlichen Grundbegriffe des magnetischen Feldes.
Die 7. Auflage wurde, dem Wunsch vieler Leser entsprechend, um die Abschnitte 5.4 Berührungslose Messung von Gleich- und Wechselströmen, 5.6 Digitale Messung von Gleichspannung und 5.7 Digital-Analog-Umsetzung ergänzt, das Abkürzungsverzeichnis erweitert.
Die kompakte Darstellung und die Verarbeitung mit praktischer Griffleiste und farbigen Lesebändchen machen das Buch zu einem unentbehrlichen Nachschlagewerk für Berufspraktiker und Studierende wie Lehrende der Fachrichtungen Elektrotechnik, Nachrichtentechnik, Technische Informatik, der allgemeinen Ingenieurwissenschaften und der Naturwissenschaften.
Inhaltsverzeichnis:
1 Gleichstrom. 1
2 Elektrische Felder. 39
3 Wechselstrom. 105
4 Elektrische Maschinen. 176
5 Messung von Strom, Spannung, Leistung. 223
6 Netzwerke bei veränderlicher Frequenz. 260
7 Signale und Systeme. 277
8 Analoge Schaltungstechnik. 332
9 Digitaltechnik. 463
10 Stromversorgungen. 540
A Mathematische Grundlagen. 587
B Tabellen. 604
C Elemente der Installationstechnik. 643
D Abkürzungsverzeichnis. 653
E Schaltzeichen. 720
Sachwortverzeichnis deutsch. 725
Sachwortverzeichnis englisch. 745
Inhaltsverzeichnis:
1 Gleichstrom 1
1.1 Grundgrößen, Grundgesetze. 1
1.1.1 Elektrische Ladung, Elementarladung. 1
1.1.2 Elektrischer Strom. 1
1.1.3 Spannung und Potential. 2
1.1.4 Ohmsches Gesetz. 3
1.1.5 Widerstand und Leitwert. 3
1.1.6 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes. 3
1.1.7 Induktivität. 4
1.1.8 Kapazität. 5
1.1.9 Ideale Spannungsquelle. 5
1.1.10 Ideale Stromquelle. 6
1.1.11 Kirchhoffsches Gesetz. 6
1.1.11.1 1. Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktregel). 6
1.1.11.2 2. Kirchhoffscher Satz (Maschenregel). 7
1.1.12 Leistung und Energie. 7
1.1.12.1 Energie und Leistung am ohmschen Widerstand. 8
1.1.12.2 Energie in einer Induktivität. 9
1.1.12.3 Energie in der Kapazität. 9
1.1.13 Wirkungsgrad. 10
1.1.14 Leistungsanpassung. 11
1.2 Grundschaltungen. 12
1.2.1 Reale Spannungs- und Stromquellen. 12
1.2.1.1 Reale Spannungsquelle. 12
1.2.1.2 Reale Stromquelle. 12
1.2.1.3 Umrechnung von Spannungs- in Stromquellen und umgekehrt. 13
1.2.2 Reihen- und Parallelschaltung von Bauelementen. 14
1.2.2.1 Reihenschaltung von Widerständen. 14
1.2.2.2 Parallelschaltung von Widerständen. 14
1.2.2.3 Reihenschaltung von Leitwerten. 15
1.2.2.4 Parallelschaltung von Leitwerten. 15
1.2.2.5 Reihenschaltung von Induktivitäten. 16
1.2.2.6 Parallelschaltung von Induktivitäten. 16
1.2.2.7 Reihenschaltung von Kapazitäten. 17
1.2.2.8 Parallelschaltung von Kapazitäten. 17
1.2.3 Stern-Dreieck-Umrechnung. 18
1.2.4 Spannungs- und Stromteilerregel. 18
1.2.4.1 Spannungsteilerregel. 18
1.2.4.2 Stromteilerregel. 19
1.2.4.3 Kapazitive und induktive Teiler. 19
1.2.5 RC- und RL-Kombinationen. 20
1.2.5.1 Reihenschaltung von R und C an einer Spannungsquelle. 21
1.2.5.2 Reihenschaltung von R und C an einer Stromquelle. 22
1.2.5.3 Parallelschaltung von R und C an einer Stromquelle. 22
1.2.5.4 Parallelschaltung von R und C an einer Spannungsquelle. 23
1.2.5.5 Reihenschaltung von R und L an einer Spannungsquelle. 23
1.2.5.6 Reihenschaltung von R und L an einer Stromquelle. 23
1.2.5.7 Parallelschaltung von R und L an einer Spannungsquelle. 24
1.2.5.8 Parallelschaltung von R und L an einer Stromquelle. 24
1.2.6 RLC-Kombinationen. 25
1.2.6.1 Reihenschaltung aus R, L, und C. 26
1.3 Berechnungsverfahren für lineare Netzwerke. 29
1.3.1 Zählpfeile und Vorzeichenregeln. 29
1.3.2 Netzwerkberechnung mit Maschen- und Knotenpunktregel. 30
1.3.3 Überlagerungssatz (Superposition). 31
1.3.4 Maschenstromanalyse. 32
1.3.5 Knotenpotentialanalyse. 33
1.3.6 Aktive und passive Zweipole. 34
1.3.7 Zweipolverfahren. 34
1.4 Formelzeichen. 37
1.5 Weiterführende Literatur. 38
2 Elektrische Felder 39
2.1 Elektrostatisches Feld. 39
2.1.1 Coulombsches Gesetz. 39
2.1.2 Definition der elektrischen Feldstärke. 40
2.1.3 Spannung und Potential. 41
2.1.4 Influenz. 42
2.1.5 Verschiebungsdichte (elektrische Erregung). 43
2.1.6 Dielektrikum. 44
2.1.7 Coulombintegral. 45
2.1.8 Gaußscher Satz der Elektrostatik. 46
2.1.9 Kapazität. 47
2.1.10 Elektrostatisches Feld an Grenzflächen. 48
2.1.11 Übersicht: Felder und Kapazitäten verschiedener geometrischer Anordnungen. 49
2.1.12 Energie im elektrostatischen Feld. 50
2.1.13 Kräfte im elektrostatischen Feld. 51
2.1.13.1 Kraft auf eine Ladung. 51
2.1.13.2 Kraft auf Grenzflächen. 51
2.1.14 Übersicht: Eigenschaften des elektrostatischen Feldes. 53
2.1.15 Zusammenhang der elektrostatischen Feldgrößen. 54
2.2 Stationäres elektrisches Strömungsfeld. 55
2.2.1 Spannung und Potential. 55
2.2.2 Strom. 55
2.2.3 Elektrische Feldstärke. 55
2.2.4 Stromdichte. 57
2.2.5 Spezifischer Widerstand, spezifischer Leitwert. 58
2.2.6 Widerstand und Leitwert. 59
2.2.7 Kirchhoffsches Gesetz. 60
2.2.7.1 1. Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktregel). 60
2.2.7.2 2. Kirchhoffscher Satz (Maschenregel). 61
2.2.8 Das Strömungsfeld an Grenzflächen. 62
2.2.9 Übersicht: Felder und Widerstände verschiedener geometrischer Anordnungen. 63
2.2.10 Leistung und Energie im stationären elektrischen Strömungsfeld. 64
2.2.11 Übersicht: Eigenschaften des stationären elektrischen Strömungsfeldes. 65
2.2.12 Zusammenhang der Größen im stationären elektrischen Strömungsfeld. 66
2.3 Magnetisches Feld. 66
2.3.1 Kraft auf die bewegte Ladung. 68
2.3.2 Definition der magnetischen Flußdichte. 68
2.3.3 Gesetz von BIOT-SAVART. 71
2.3.4 Magnetische Feldstärke. 72
2.3.5 Magnetischer Fluß. 73
2.3.6 Magnetische Spannung und Durchflutungssatz. 74
2.3.7 Magnetischer Widerstand, magnetischer Leitwert, Induktivität. 76
2.3.8 Materie im Magnetfeld. 78
2.3.8.1 Ferromagnetische Materialien. 79
2.3.9 Das magnetische Feld an Grenzflächen. 81
2.3.10 Der magnetische Kreis. 82
2.3.11 Magnetischer Kreis mit Permanentmagnet. 84
2.3.12 Übersicht: Induktivitäten verschiedener geometrischer Anordnungen. 86
2.3.13 Induktion. 87
2.3.13.1 Induktion im bewegten elektrischen Leiter. 87
2.3.13.2 Das allgemeine Induktionsgesetz. 88
2.3.13.3 Selbstinduktion. 92
2.3.14 Gegeninduktion. 93
2.3.15 Transformatorprinzip. 95
2.3.16 Energie im magnetischen Feld. 96
2.3.16.1 Energie im magnetischen Kreis mit Luftspalt. 96
2.3.17 Kraft im magnetischen Feld. 97
2.3.17.1 Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter. 97
2.3.17.2 Kraft auf Grenzflächen. 98
2.3.18 Übersicht: Eigenschaften des magnetischen Feldes. 99
2.3.19 Zusammenhang der magnetischen Feldgrößen. 100
2.4 Maxwellsche Gleichungen. 101
2.5 Formelzeichen. 102
2.6 Weiterführende Literatur. 103
3 Wechselstrom 105
3.1 Mathematische Grundlagen der Wechselstromtechnik. 105
3.1.1 Sinus- und Kosinusfunktionen. 105
3.1.1.1 Addition von Sinusgrößen. 106
3.1.2 Komplexe Zahlen. 107
3.1.2.1 Arithmetik im Komplexen. 108
3.1.2.2 Darstellung komplexer Zahlen. 109
3.1.2.3 Umrechnung zwischen verschiedenen Darstellungen. 111
3.1.3 Rechenoperationen im Komplexen. 111
3.1.3.1 Addition und Subtraktion im Komplexen. 111
3.1.3.2 Multiplikation komplexer Zahlen. 112
3.1.4 Übersicht: Rechnen mit komplexen Zahlen. 113
3.1.5 Die komplexe Exponentialfunktion. 114
3.1.5.1 Exponentialfunktion mit imaginärem Exponenten. 114
3.1.5.2 Exponentialfunktion mit komplexem Exponenten. 115
3.1.6 Trigonometrische Funktionen mit komplexem Argument. 115
3.1.7 Von Sinusgrößen zu Zeigergrößen. 116
3.1.7.1 Komplexe Amplitude. 116
3.1.7.2 Anschauliche Beziehung zwischen Sinusgrößen und Zeigern. 117
3.1.7.3 Addition und Subtraktion von Zeigergrößen. 117
3.2 Sinusförmige Wechselgrößen. 118
3.2.1 Kenngrößen sinusförmiger Wechselgrößen. 119
3.2.2 Kenngrößen nicht sinusförmiger Wechselgrößen. 122
3.3 Komplexer Widerstands- und Leitwertoperator. 123
3.3.1 Widerstandsoperator. 123
3.3.2 Komplexe Widerstände der Grundzweipole. 125
3.3.2.1 Widerstand. 125
3.3.2.2 Induktivität. 125
3.3.2.3 Kapazität. 125
3.3.3 Leitwertoperator. 126
3.3.4 Komplexe Leitwerte der Grundzweipole. 127
3.3.5 Übersicht: Komplexe Widerstände. 128
3.3.5.1 Widerstands- und Leitwertoperator. 128
3.4 Wechselstromwiderstände der Grundzweipole. 129
3.5 Kombinationen von Zweipolen. 130
3.5.1 Reihenschaltungen. 130
3.5.1.1 Allgemeiner Fall. 130
3.5.1.2 Widerstand und Induktivität in Reihe. 131
3.5.1.3 Widerstand und Kapazität in Reihe. 132
3.5.1.4 Widerstand, Induktivität und Kapazität in Reihe. 133
3.5.2 Parallelschaltungen. 135
3.5.2.1 Allgemeiner Fall. 135
3.5.2.2 Widerstand und Induktivität parallel. 136
3.5.2.3 Widerstand und Kapazität parallel. 137
3.5.2.4 Widerstand, Induktivität und Kapazität parallel. 138
3.5.3 Übersicht: Reihen- und Parallelschaltung. 140
3.6 Netzwerkumformungen. 142
3.6.1 Umwandlung von Parallel- in Reihenschaltung und umgekehrt. 142
3.6.2 Stern-Dreieck-Wandlung und umgekehrt. 143
3.6.3 Duale Schaltungen. 145
3.7 Einfache Netzwerke. 147
3.7.1 Komplexe Strom- und Spannungsteiler. 147
3.7.2 Belasteter komplexer Spannungsteiler. 148
3.7.3 Widerstandsanpassung. 149
3.7.4 Spannungsteiler mit definierten Eingangs- und Ausgangswiderständen. 151
3.7.5 Netzwerke zur Phasenverschiebung. 152
3.7.5.1 RC-Phasenschieber. 153
3.7.5.2 Sonstige Schaltungen zur Phasenverschiebung. 154
3.7.6 Wechselstrombrücken. 156
3.7.6.1 Abgleichbedingung. 156
3.7.6.2 Anwendung: Meßtechnik. 157
3.8 Leistung im Wechselstromkreis. 158
3.8.1 Augenblickleistung. 158
3.8.1.1 Leistung am Wirkwiderstand. 158
3.8.1.2 Leistung am Blindwiderstand. 158
3.8.2 Mittlere Leistung. 159
3.8.2.1 Wirkleistung. 159
3.8.2.2 Blindleistung. 160
3.8.2.3 Scheinleistung. 162
3.8.3 Komplexe Leistung. 162
3.8.4 Übersicht: Wechselstromleistung. 163
3.8.5 Blindstromkompensation. 164
3.9 Drehstrom. 165
3.9.1 Mehrphasensysteme. 165
3.9.2 Dreiphasensystem. 166
3.9.2.1 Eigenschaften des Drehoperators a. 167
3.9.3 Generator-Dreieckschaltung. 168
3.9.4 Generator-Sternschaltung. 169
3.10 Übersicht: Symmetrische Drehstromsysteme. 171
3.10.1 Leistung im Dreiphasensystem. 172
3.11 Formelzeichen. 173
3.12 Weiterführende Literatur. 174
4 Elektrische Maschinen 176
4.1 Grundlagen des magnetischen Feldes. 176
4.1.1 Erzeugung eines magnetischen Feldes. 176
4.1.2 Motorprinzip. 177
4.1.3 Generatorprinzip. 177
4.1.4 Allgemeines Induktionsgesetz. 178
4.1.5 Ferromagnetische Werkstoffe. 179
4.1.6 Streuung. 179
4.1.7 Eisenverluste. 180
4.1.7.1 Hystereseverluste. 180
4.1.7.2 Wirbelstromverluste. 180
4.2 Drehmoment, mechanische Leistung und Beschleunigung. 180
4.2.1 Typenschildangaben. 181
4.2.2 Baugröße, Drehmoment, Leistung. 181
4.2.3 Rechtslauf/Linkslauf. 182
4.2.4 Drehzahl-Drehmoment-Arbeitspunkt. 182
4.2.5 Beschleunigung und Hochlaufzeiten. 182
4.2.5.1 Beschleunigung. 183
4.2.5.2 Hochlaufzeit. 183
4.2.5.3 Beschleunigungsweg. 184
4.3 Transformatoren. 186
4.3.1 Der ideale Transformator. 186
4.3.2 Der reale Transformator. 187
4.3.2.1 Messung der Leerlaufverluste P0. 188
4.3.2.2 Messung der Stromwärmeverluste. 188
4.3.2.3 Betriebsverluste. 189
4.3.3 Parallelschalten von Transformatoren. 189
4.3.4 Spartransformatoren. 190
4.3.5 Trenntransformatoren. 190
4.3.6 Drehstromtransformatoren. 190
4.3.6.1 Schaltgruppen und Kennzeichnung. 191
4.4 Gleichstrommaschinen. 192
4.4.1 Aufbau von Gleichstrommaschinen. 192
4.4.1.1 Ankerquerfeld. 193
4.4.1.2 Kompensationswicklung. 193
4.4.1.3 Wendepolwicklung. 194
4.4.2 Der drehende Rotor und sein Ersatzschaltbild. 194
4.4.3 Nebenschluß- und Reihenschlußmaschinen. 195
4.4.4 Nebenschlußmaschinen. 195
4.4.5 Drehzahlverstellung beim Gleichstromnebenschlußmotor. 197
4.4.5.1 Drehzahlverstellung durch Veränderung der Ankerspannung. 197
4.4.5.2 Drehzahlverstellung mittels Feldschwächung. 199
4.4.5.3 Drehzahlverstellung mittels Vorwiderstand. 199
4.4.6 Reihenschlußmaschinen. 199
4.4.6.1 Reihenschlußmaschinen am Wechselstromnetz. 201
4.4.7 Drehzahlsteuerung von Universalmotoren. 202
4.4.8 Nebenschluß- und Reihenschlußverhalten. 202
4.5 Drehstrommotoren. 203
4.5.1 Erzeugung des Drehfeldes. 203
4.5.2 Synchronmaschinen. 204
4.5.3 Asynchronmotoren. 205
4.5.3.1 Funktionsprinzip. 205
4.5.3.2 Bemessungsdaten (Nenndaten) der Asynchronmaschine. 207
4.5.3.3 Elektrisches Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine. 208
4.5.3.4 Drehzahl-Drehmomentverlauf. 209
4.5.3.5 Einfluß des Läuferwiderstandes. 210
4.5.3.6 Stromverdrängung. 210
4.5.3.7 Einfluß der Speisespannung auf das Drehmoment. 211
4.5.4 Die Stromortskurve der Drehstromasynchronmaschine. 211
4.5.4.1 Konstruktion der Stromortskurve. 213
4.5.4.2 Die reale Stromortskurve. 213
4.5.5 Reduzierung des Anlaufstromes. 213
4.5.5.1 Stern-Dreieck-Umschaltung. 213
4.5.5.2 Sanftanlaufgeräte. 214
4.5.6 Drehzahlverstellung von Asynchronmotoren. 214
4.5.6.1 Polumschaltung. 214
4.5.6.2 Frequenzumrichter. 215
4.5.7 Generatorischer Betrieb der Asynchronmaschine. 216
4.5.8 Bremsen der Drehstromasynchronmaschine. 217
4.5.8.1 Generatorisches Bremsen. 217
4.5.8.2 Gleichstrombremsen. 217
4.5.9 Linearmotor. 217
4.5.10 Einphasig gespeister Drehstromasynchronmotor. 218
4.6 Kleinmotoren. 219
4.6.1 Kondensatormotor. 219
4.6.2 Spaltpolmotor. 219
4.6.3 Schrittmotor. 220
4.7 Formelzeichen. 221
4.8 Weiterführende Literatur. 221
5 Messung von Strom, Spannung, Leistung 223
5.1 Elektrische Meßwerke. 223
5.1.1 Drehspulmeßwerk. 223
5.1.2 Kreuzspulmeßwerk. 224
5.1.3 Elektrodynamisches Meßwerk. 224
5.1.4 Dreheisenmeßwerk. 225
5.1.5 Weitere Meßwerke. 225
5.1.6 Übersicht: Elektrische Meßwerke. 227
5.2 Messung von Gleichstrom und Gleichspannung. 228
5.2.1 Drehspulinstrument. 228
5.2.2 Meßbereichserweiterung für Strommessungen. 228
5.2.3 Meßbereichserweiterung für Spannungsmessungen. 230
5.2.4 Überlastschutz. 230
5.2.5 Systematische Meßabweichungen. 230
5.3 Messung von Wechselspannung und Wechselstrom. 231
5.3.1 Drehspulinstrument mit Gleichrichter. 231
5.3.2 Dreheiseninstrument. 233
5.3.3 Meßbereichserweiterung durch Meßwandler. 233
5.3.4 Effektivwertmessung. 234
5.4 Berührungslose Messung von Gleich- und Wechselströmen. 235
5.5 Leistungsmessung. 237
5.5.1 Leistungsmessung im Gleichstromkreis. 237
5.5.2 Leistungsmessung im Wechselstromkreis. 238
5.5.2.1 Drei-Voltmeter-Methode. 239
5.5.2.2 Leistungsfaktormessung. 240
5.5.3 Leistungsmessung im Drehstromkreis. 241
5.5.3.1 Messung der Wirkleistung im Drehstromnetz. 241
5.5.3.2 Messung der Blindleistung im Drehstromnetz. 242
5.5.3.3 Leistungsmeßkoffer. 243
5.6 Digitale Messung von Gleichspannung. 245
5.6.1 Parallel-Umsetzer (Flashconverter). 245
5.6.2 Kompensationsverfahren. 246
5.6.3 Nachlauf-Umsetzer. 247
5.6.4 Sukzessive Approximation. 247
5.6.5 Einrampenverfahren. 248
5.6.6 Zweirampenverfahren. 249
5.6.7 Abtast-Halte-Kreis. 250
5.6.8 Übersicht: Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung. 251
5.6.9 Schaltzeichen für Analog-Digital-Umsetzer. 251
5.7 Digital-Analog-Umsetzung. 251
5.7.1 Schaltzeichen für Digital-Analog-Umsetzer. 251
5.7.2 Parallelverfahren. 251
5.7.3 Wägeverfahren. 252
5.7.4 Deglitching. 253
5.7.5 Pulsweitenmodulation. 253
5.7.6 Übersicht: Auflösung und Codierung bei ADU und DAU. 254
5.8 Meßfehler. 255
5.8.1 Systematische und zufällige Fehler. 255
5.8.2 Garantie-Fehlergrenzen. 255
5.9 Übersicht: Hinweiszeichen auf Meßinstrumenten. 256
5.10 Übersicht: Meßverfahren. 257
5.11 Formelzeichen. 258
5.12 Weiterführende Literatur. 259
6 Netzwerke bei veränderlicher Frequenz 260
6.1 Lineare Systeme. 260
6.1.1 Übertragungsfunktion, Amplituden- und Phasengang. 261
6.2 Filter. 263
6.2.1 Tiefpaß. 263
6.2.2 Hochpaß. 264
6.2.3 Bandpaß. 264
6.2.4 Bandsperre. 265
6.2.5 Allpaß. 265
6.3 Einfache Filter. 266
6.3.1 Tiefpaß. 266
6.3.1.1 Anstiegszeit. 267
6.3.2 Frequenznormierung. 268
6.3.2.1 Verstärkungsmaß in der Näherung. 269
6.3.3 Hochpaß. 269
6.3.3.1 Verstärkungsmaß in der Näherung. 271
6.3.4 Filter höherer Ordnung. 271
6.3.5 Bandpaß. 273
6.3.6 Realisierungen von Filtern. 275
6.4 Formelzeichen. 275
6.5 Weiterführende Literatur. 276
7 Signale und Systeme 277
7.1 Signale. 277
7.1.1 Definitionen. 277
7.1.2 Symmetrie-Eigenschaften von Signalen. 278
7.2 FOURIER-Reihe. 279
7.2.1 Trigonometrische Form. 279
7.2.1.1 Symmetrie-Eigenschaften. 281
7.2.2 Amplituden-Phasen-Form. 281
7.2.3 Exponential-Form. 281
7.2.3.1 Symmetrie-Eigenschaften. 282
7.2.4 Übersicht: FOURIER-Reihendarstellung. 283
7.2.5 Nützliche Integrale bei der Berechnung von FOURIER-Koeffizienten. 284
7.2.6 Tabelle: FOURIER-Reihen. 285
7.2.7 Anwendung der FOURIER-Reihen. 287
7.2.7.1 Spektrum eines Rechtecksignals. 287
7.2.7.2 Spektrum eines Sägezahnsignals. 288
7.2.7.3 Spektrum eines zusammengesetzten Signals. 289
7.3 Systeme. 290
7.3.1 System-Eigenschaften. 290
7.3.1.1 Lineare Systeme. 290
7.3.1.2 Kausale Systeme. 291
7.3.1.3 Zeitinvariante Systeme. 291
7.3.1.4 Stabile Systeme. 292
7.3.1.5 LTI-Systeme. 292
7.3.2 Elementarsignale. 292
7.3.2.1 Die Sprungfunktion. 292
7.3.2.2 Die Rechteckfunktion. 293
7.3.2.3 Der Dreieckimpuls. 293
7.3.2.4 Der Gaußimpuls. 293
7.3.2.5 Die Stoßfunktion (DIRAC-Funktion). 294
7.3.3 Verschiebung und Dehnung eines Zeitsignals. 295
7.3.4 Systemreaktionen. 296
7.3.4.1 Impulsantwort. 297
7.3.4.2 Sprungantwort. 297
7.3.4.3 Systemantwort bei beliebigem Eingangssignal. 298
7.3.4.4 Rechenregeln der Faltung. 299
7.3.4.5 Übertragungsfunktion. 300
7.3.4.6 Berechnung der Systemantwort im Frequenzbereich. 301
7.3.5 Berechnung der Impuls- und Sprungantwort. 302
7.3.5.1 Normierung von Schaltkreisen. 302
7.3.5.2 Impuls/Sprungantwort von Systemen erster Ordnung. 303
7.3.5.3 Impuls-/Sprungantwort von Systemen zweiter Ordnung. 304
7.3.6 Ideale Systeme. 307
7.3.6.1 Das verzerrungsfreie System. 307
7.3.6.2 Der ideale Tiefpaß. 308
7.3.6.3 Der ideale Bandpaß. 311
7.4 FOURIER-Transformation. 312
7.4.1 Prinzip. 312
7.4.2 Definition. 313
7.4.3 Darstellung der FOURIER-Transformierten. 314
7.4.3.1 Symmetrie-Eigenschaften. 314
7.4.4 Übersicht: Eigenschaften der FOURIER-Transformation. 315
7.4.5 FOURIER-Transformierte von Elementarsignalen. 316
7.4.5.1 Spektrum der DIRAC-Funktion. 316
7.4.5.2 Spektrum der Signum- und Sprungfunktion. 317
7.4.5.3 Spektrum des Rechteckimpulses. 318
7.4.5.4 Spektrum des Dreieckimpulses. 319
7.4.5.5 Spektrum des Gaußimpulses. 319
7.4.5.6 Spektrum harmonischer Zeitfunktionen. 320
7.4.6 Tabelle: FOURIER-Transformierte. 321
7.5 Nichtlineare Systeme. 324
7.5.1 Definition. 324
7.5.2 Charakterisierung nichtlinearer Systeme. 324
7.5.2.1 Kennliniengleichung. 325
7.5.2.2 Klirrfaktor. 325
7.5.2.3 Intermodulationsabstand. 327
7.6 Formelzeichen. 329
7.7 Weiterführende Literatur. 331
8 Analoge Schaltungstechnik 332
8.1 Berechnungsverfahren. 332
8.1.1 Linearisierung im Arbeitspunkt. 332
8.1.2 Wechselstromersatzschaltung. 333
8.1.3 Ein- und Ausgangsimpedanz. 334
8.1.3.1 Bestimmung der Eingangsimpedanz. 334
8.1.3.2 Bestimmung der Ausgangsimpedanz. 334
8.1.3.3 Zusammenschaltung von Zweipolen. 335
8.1.4 Vierpolverfahren. 336
8.1.4.1 Vierpolgleichungen. 336
8.1.4.2 h-Parameter (Hybrid-Parameter*). 337
8.1.4.3 y-Parameter (Leitwertparameter*). 337
8.1.5 Blockschaltbilder. 338
8.1.5.1 Rechenregeln für Blockschaltbilder. 339
8.1.6 Bode-Diagramm. 340
8.2 Silizium- und Germaniumdioden. 341
8.2.1 Strom-Spannungsverhalten von Si- und Ge-Dioden. 341
8.2.2 Temperaturabhängigkeit der Schleusenspannung. 342
8.2.3 Differentieller Widerstand (dynamischer Widerstand). 342
8.3 Kleinsignalverstärker mit Bipolartransistoren. 342
8.3.1 Transistorkenngrößen. 343
8.3.1.1 Schaltbilder und Zählpfeilrichtungen für Bipolartransistoren. 343
8.3.1.2 Ausgangskennlinien. 343
8.3.1.3 Steuerkennlinie (Übertragungskennlinie). 344
8.3.1.4 Eingangskennlinie. 344
8.3.1.5 Statische Stromverstärkung B. 345
8.3.1.6 Differentielle Stromverstärkung ß. 345
8.3.1.7 Steilheit S. 345
8.3.1.8 Temperaturdrift. 346
8.3.1.9 Differentieller Eingangswiderstand rBE. 346
8.3.1.10 Differentieller Ausgangswiderstand rCE. 346
8.3.1.11 Spannungsrückwirkung Ar. 347
8.3.1.12 Transitfrequenz fT. 347
8.3.2 Ersatzschaltbilder. 347
8.3.2.1 Statisches Ersatzschaltbild. 347
8.3.2.2 Wechselstromersatzschaltbild. 348
8.3.2.3 Ersatzschaltbild nach GIACOLETTO. 348
8.3.3 Darlingtonschaltung. 349
8.3.3.1 Quasidarlingtonschaltung. 350
8.3.4 Grundschaltungen mit Bipolartransistoren. 351
8.3.5 Emitterschaltung. 351
8.3.5.1 Vierpolgleichungen der Emitterschaltung. 352
8.3.5.2 Wechselstromersatzschaltbild der Emitterschaltung. 353
8.3.5.3 Eingangswiderstand der Emitterschaltung. 354
8.3.5.4 Ausgangswiderstand der Emitterschaltung. 355
8.3.5.5 Wechselspannungsverstärkung der Emitterschaltung. 356
8.3.5.6 Arbeitspunkteinstellung. 357
8.3.5.7 Arbeitspunktstabilisierung. 359
8.3.5.8 Arbeitsgerade. 361
8.3.5.9 Emitterschaltung bei hohen Frequenzen. 362
8.3.6 Kollektorschaltung (Emitterfolger). 362
8.3.6.1 Wechselstromersatzschaltbild der Kollektorschaltung. 363
8.3.6.2 Eingangswiderstand der Kollektorschaltung. 363
8.3.6.3 Ausgangswiderstand der Kollektorschaltung. 364
8.3.6.4 Wechselstromverstärkung der Kollektorschaltung. 364
8.3.6.5 Kollektorschaltung bei hohen Frequenzen. 364
8.3.7 Basisschaltung. 365
8.3.7.1 Wechselstromersatzschaltbild der Basisschaltung. 365
8.3.7.2 Eingangswiderstand der Basisschaltung. 366
8.3.7.3 Ausgangswiderstand der Basisschaltung. 366
8.3.7.4 Wechselspannungsverstärkung der Basisschaltung. 366
8.3.7.5 Basisschaltung bei hohen Frequenzen. 367
8.3.8 Übersicht: Bipolartransistor-Grundschaltungen. 367
8.3.9 Stromquellen mit Bipolartransistoren. 368
8.3.10 Differenzverstärker mit Bipolartransistoren. 369
8.3.10.1 Differenzverstärkung (Gegentaktverstärkung). 371
8.3.10.2 Gleichtaktverstärkung. 371
8.3.10.3 Gleichtaktunterdrückung. 372
8.3.10.4 Eingangswiderstand des Differenzverstärkers. 372
8.3.10.5 Ausgangswiderstand des Differenzverstärkers. 373
8.3.10.6 Offsetspannung des Differenzverstärkers. 373
8.3.10.7 Offsetstrom des Differenzverstärkers. 373
8.3.10.8 Offsetspannungsdrift. 373
8.3.10.9 Beispiele für Differenzverstärker. 374
8.3.11 Übersicht: Differenzverstärker mit Bipolartransistoren. 375
8.3.12 Stromspiegelschaltung. 375
8.3.12.1 Varianten der Stromspiegelschaltung. 376
8.4 Kleinsignalverstärker mit Feldeffekttransistoren. 376
8.4.1 Transistorkenngrößen. 376
8.4.1.1 Schaltbilder und Zählpfeilrichtungen für Feldeffekttransistoren. 376
8.4.1.2 Übertragungskennlinien und Ausgangskennlinienfeld von JFETs. 378
8.4.1.3 Übertragungskennlinie und Ausgangskennlinienfeld von IGFETs. 379
8.4.1.4 Steilheit. 379
8.4.1.5 Differentieller Ausgangswiderstand. 380
8.4.1.6 Eingangsimpedanz. 380
8.4.2 Ersatzschaltbilder. 380
8.4.2.1 Ersatzschaltbild für niedrige Frequenzen. 380
8.4.2.2 Ersatzschaltbild für hohe Frequenzen. 381
8.4.2.3 Grenzfrequenz der Vorwärtssteilheit. 381
8.4.3 Grundschaltungen mit Feldeffekttransistoren. 381
8.4.4 Sourceschaltung. 382
8.4.4.1 Vierpolgleichungen der Sourceschaltung. 383
8.4.4.2 Wechselstromersatzschaltbild der Sourceschaltung. 383
8.4.4.3 Eingangsimpedanz der Sourceschaltung. 384
8.4.4.4 Ausgangsimpedanz der Sourceschaltung. 384
8.4.4.5 Wechselspannungsverstärkung. 385
8.4.4.6 Arbeitspunkteinstellung. 385
8.4.4.7 Drainschaltung, Sourcefolger. 387
8.4.4.8 Wechselstromersatzschaltbild der Drainschaltung. 387
8.4.4.9 Eingangswiderstand der Drainschaltung. 387
8.4.4.10 Ausgangswiderstand der Drainschaltung. 388
8.4.4.11 Spannungsverstärkung der Drainschaltung. 388
8.4.4.12 Drainschaltung bei hohen Frequenzen. 388
8.4.5 Gateschaltung. 388
8.4.5.1 Eingangswiderstand der Gateschaltung. 389
8.4.5.2 Ausgangswiderstand der Gateschaltung. 389
8.4.5.3 Spannungsverstärkung der Gateschaltung. 389
8.4.6 Übersicht: Grundschaltungen mit Feldeffekttransistoren. 389
8.4.7 Stromquelle mit FETs. 390
8.4.8 Differenzverstärker mit Feldeffekttransistoren. 390
8.4.8.1 Differenzverstärkung (Gegentaktverstärkung). 391
8.4.8.2 Gleichtaktverstärkung. 391
8.4.8.3 Gleichtaktunterdrückung. 391
8.4.8.4 Eingangsimpedanz. 392
8.4.8.5 Ausgangswiderstand. 392
8.4.9 Übersicht: Differenzverstärker mit Feldeffekttransistoren. 392
8.4.10 Der FET als steuerbarer Widerstand. 392
8.5 Gegenkopplung. 393
8.5.1 Gegenkopplungsarten. 395
8.5.2 Einfluß der Gegenkopplung auf die Ein- und Ausgangsimpedanz. 397
8.5.2.1 Ein- und Ausgangsimpedanz der vier Gegenkopplungsarten. 398
8.5.3 Einfluß der Gegenkopplung auf den Frequenzgang. 398
8.5.4 Stabilität gegengekoppelter Systeme. 399
8.6 Operationsverstärker. 400
8.6.1 Kennwerte des Operationsverstärkers. 401
8.6.1.1 Ausgangsaussteuerbereich. 401
8.6.1.2 Offsetspannung. 401
8.6.1.3 Offsetspannungsdrift. 401
8.6.1.4 Gleichtaktaussteuerbereich. 401
8.6.1.5 Differenzverstärkung. 402
8.6.1.6 Gleichtaktverstärkung. 402
8.6.1.7 Gleichtaktunterdrückung. 402
8.6.1.8 Betriebsspannungsdurchgriff. 402
8.6.1.9 Eingangswiderstand. 403
8.6.1.10 Ausgangswiderstand*. 403
8.6.1.11 Eingangsruhestrom*. 403
8.6.1.12 Verstärkungsbandbreiteprodukt* (Transitfrequenz). 403
8.6.1.13 Grenzfrequenz. 404
8.6.1.14 Anstiegssteilheit der Ausgangsspannung (Slew Rate). 404
8.6.1.15 Ersatzschaltbild des Operationsverstärkers. 404
8.6.2 Frequenzgangkorrektur. 405
8.6.3 Komparatoren. 406
8.6.4 Operationsverstärkerschaltungen. 406
8.6.4.1 Impedanzwandler. 407
8.6.4.2 Nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerverstärker). 407
8.6.4.3 Invertierender Verstärker. 408
8.6.4.4 Addierer. 410
8.6.4.5 Subtrahierer. 410
8.6.4.6 Instrumentenverstärker. 411
8.6.4.7 Spannungsgesteuerte Stromquellen. 412
8.6.4.8 Integrator. 413
8.6.4.9 Differenzierer (Differentiator). 414
8.6.4.10 Wechselspannungsverstärker mit einer Betriebsspannung. 414
8.6.4.11 Spannungseinsteller mit definierter Änderungsgeschwindigkeit. 415
8.6.4.12 Schmitt-Trigger. 415
8.6.4.13 Dreieck-Rechteck-Generator. 416
8.6.4.14 Multivibrator. 417
8.6.4.15 Sägezahn-Generator. 417
8.6.4.16 Pulsweitenmodulator. 418
8.7 Aktive Filter. 419
8.7.1 Tiefpässe. 420
8.7.1.1 Theorie der Tiefpässe. 420
8.7.1.2 Berechnung von Tiefpässen. 426
8.7.1.3 Tiefpaß-Schaltungen. 428
8.7.2 Hochpässe. 430
8.7.2.1 Theorie der Hochpässe. 430
8.7.2.2 Hochpaß-Schaltungen. 430
8.7.3 Bandpässe. 431
8.7.3.1 Bandpässe 2. Ordnung. 431
8.7.3.2 Bandpaß-Schaltung 2. Ordnung. 432
8.7.3.3 Bandpässe 4. und höherer Ordnung. 433
8.7.4 Universalfilter. 433
8.7.5 Filter mit geschalteten Kapazitäten. 434
8.8 Oszillatoren. 435
8.8.1 RC-Oszillatoren. 436
8.8.1.1 Phasenschieberoszillator. 436
8.8.1.2 Wien-Robinson-Oszillator, Wienbrückenoszillator. 437
8.8.2 LC-Oszillatoren. 437
8.8.2.1 Meißner-Oszillator. 437
8.8.2.2 Hartley-Oszillator (Induktiver Dreipunkt-Oszillator). 438
8.8.2.3 Colpitts-Oszillator (kapazitiver Dreipunktoszillator). 439
8.8.3 Quarz-Oszillatoren*. 439
8.8.3.1 Pierce-Oszillator*. 440
8.8.3.2 Quarzoszillator mit TTL-Gattern. 440
8.8.4 Multivibratoren. 441
8.9 Erwärmung und Kühlung. 441
8.9.1 Zuverlässigkeit und Lebensdauer. 442
8.9.2 Temperaturberechnung. 443
8.9.2.1 Wärmewiderstand*. 444
8.9.2.2 Wärmekapazität. 445
8.9.2.3 Der transiente Wärmewiderstand (Pulswärmewiderstand). 446
8.10 Leistungsverstärker. 447
8.10.1 Emitterfolger*. 447
8.10.2 Komplementärer Emitterfolger im B-Betrieb. 451
8.10.3 Komplementärer Emitterfolger im C-Betrieb. 453
8.10.4 Die Betriebsarten im Ausgangskennlinienfeld. 454
8.10.5 Komplementärer Emitterfolger im AB-Betrieb. 454
8.10.5.1 Vorspannungserzeugung für den AB-Betrieb. 455
8.10.5.2 Komplementärer Emitterfolger mit Darlingtontransistoren. 456
8.10.5.3 Strombegrenzung beim komplementären Emitterfolger. 457
8.10.6 Ansteuerung von Leistungsverstärkern. 458
8.10.6.1 Ansteuerung über Differenzverstärker. 458
8.10.6.2 Ansteuerung über Operationsverstärker. 459
8.10.7 Taktverstärker. 459
8.11 Formelzeichen. 460
8.11.1 Weiterführende Literatur. 462
9 Digitaltechnik 463
9.1 Schaltalgebra (Boolesche Algebra). 463
9.1.1 Logische Variablen und logische Grundfunktionen. 463
9.1.1.1 Negation. 463
9.1.1.2 UND-Funktion (Konjunktion). 464
9.1.1.3 ODER-Funktion (Disjunktion). 464
9.1.2 Logische Funktionen und ihre Symbole. 464
9.1.2.1 Inverter (NOT). 465
9.1.2.2 UND-Verknüpfung (AND). 465
9.1.2.3 ODER-Verknüpfung (OR). 465
9.1.2.4 NAND-Verknüpfung. 466
9.1.2.5 NOR-Verknüpfung. 466
9.1.2.6 EXOR-Verknüpfung (Antivalenz, exklusives ODER). 467
9.1.3 Termumformungen. 468
9.1.3.1 Kommutativ-Gesetze. 468
9.1.3.2 Assoziativ-Gesetze. 468
9.1.3.3 Distributiv-Gesetze. 468
9.1.3.4 Inversions-Gesetze (De Morgansche Regeln). 468
9.1.4 Übersicht: Termumformungen. 469
9.1.5 Analyse von logischen Schaltungen. 470
9.1.6 Normalformen. 470
9.1.6.1 Disjunktive Normalform. 471
9.1.6.2 Konjunktive Normalform. 472
9.1.7 Systematische Reduktion einer logischen Funktion. 472
9.1.7.1 Karnaugh-Diagramm. 473
9.1.7.2 Das Verfahren nach Quine und McCluskey. 476
9.1.8 Synthese von Schaltnetzen. 478
9.1.8.1 Typisierung auf NAND-Glieder. 479
9.1.8.2 Typisierung auf NOR-Glieder. 479
9.2 Elektronische Realisierung von Schaltfunktionen. 480
9.2.1 Elektrische Kenndaten. 480
9.2.1.1 Pegel. 480
9.2.1.2 Übertragungskennlinie. 480
9.2.1.3 Lastfaktoren. 481
9.2.1.4 Störabstand. 481
9.2.1.5 Verzögerungszeit. 482
9.2.1.6 Anstiegszeiten. 482
9.2.1.7 Verlustleistung. 483
9.2.1.8 Mindeststeilheit. 483
9.2.1.9 Integration. 483
9.2.2 Übersicht: Bezeichnungen in Datenblättern. 484
9.2.3 TTL-Familie. 485
9.2.3.1 TTL-Baureihen. 486
9.2.3.2 Grundschaltung von TTL-Gattern. 487
9.2.4 CMOS-Familie. 488
9.2.5 Vergleich TTL vs. CMOS. 489
9.2.5.1 Weitere Logik-Familien. 490
9.2.6 Spezielle Schaltungsvarianten. 490
9.2.6.1 Ausgänge mit offenem Kollektor. 490
9.2.6.2 Phantom UND/ODER Verknüpfung. 491
9.2.6.3 Tristate-Ausgänge. 492
9.2.6.4 Schmitt-Trigger-Eingänge. 493
9.3 Schaltnetze, Schaltwerke. 494
9.3.1 Abhängigkeitsnotation. 494
9.3.1.1 Übersicht: Abhängigkeitsnotation. 496
9.3.2 Schaltsymbole für Schaltnetze und Schaltwerke. 496
9.4 Beispiele für Schaltnetze. 497
9.4.1 1-aus-n-Dekoder. 497
9.4.2 Multiplexer und Demultiplexer. 498
9.4.2.1 Typenübersicht. 499
9.5 Flip-Flops. 499
9.5.1 Anwendungen von Flip-Flops. 499
9.5.2 RS-Flip-Flop. 500
9.5.2.1 RS-Flip-Flop mit Takteingang. 501
9.5.3 D-Flip-Flop. 501
9.5.4 Master-Slave-Flip-Flop. 502
9.5.5 JK-Flip-Flop. 503
9.5.6 Steuerung (Triggerung) von Flip-Flops. 503
9.5.7 Bezeichnungen an Flip-Flop-Schaltsymbolen. 504
9.5.8 Übersicht: Flip-Flops. 505
9.5.9 Übersicht: Flankengetriggerte Flip-Flops. 505
9.5.10 Synthese von flankengesteuerten Flip-Flops. 507
9.5.11 Übersicht: Flip-Flop Schaltkreise. 509
9.6 Speicher. 510
9.6.1 Prinzipieller Aufbau. 510
9.6.2 Speicherzugriff. 511
9.6.3 Statische und dynamische RAMs. 512
9.6.3.1 Erweiterungen und Varianten von RAM Speichern. 513
9.6.4 Festwertspeicher. 514
9.6.5 Programmierbare Funktionsspeicher. 515
9.6.5.1 Prinzip. 515
9.6.5.2 PLD Typen. 516
9.6.5.3 Ausgangsschaltungen. 517
9.7 Register und Schieberegister. 519
9.8 Zähler. 520
9.8.1 Asynchron-Zähler. 520
9.8.1.1 Dualzähler. 520
9.8.1.2 Dezimalzähler. 522
9.8.1.3 Rückwärtszähler. 524
9.8.1.4 Vorwärts-Rückwärtszähler. 525
9.8.1.5 Programmierbare Zähler. 525
9.8.2 Synchronzähler. 526
9.8.2.1 Kaskadierung von Synchron-Zählern. 527
9.8.3 Übersicht: TTL- und CMOS Zähler. 529
9.8.3.1 TTL-Zähler. 530
9.8.3.2 CMOS-Zähler. 531
9.9 Entwurf und Synthese von Schaltwerken. 531
9.10 Weiterführende Literatur. 538
10 Stromversorgungen 540
10.1 Netztransformatoren. 540
10.2 Gleichrichtung und Siebung. 542
10.2.1 Verschiedene Gleichrichterschaltungen. 543
10.2.2 Spannungsvervielfacher. 545
10.2.2.1 Delon-Schaltung. 545
10.2.3 Villard-Schaltung. 546
10.2 4 Ladungspumpen. 546
10.3 Phasenanschnittsteuerung. 547
10.4 Analoge Spannungsstabilisierungen. 549
10.4.1 Spannungsstabilisierung mit Zenerdiode. 549
10.4.2 Stabilisierung mit Längstransistor. 549
10.4.3 Spannungsregelung. 550
10.4.3.1 Integrierte Spannungsregler. 551
10.5 Schaltnetzteile. 551
10.5.1 Sekundärgetaktete Schaltnetzteile (Drosselwandler). 552
10.5.1.1 Abwärtswandler. 552
10.5.1.2 Aufwärtswandler. 554
10.5.1.3 Invertierender Wandler. 556
10.5.2 Primärgetaktete Schaltnetzteile. 557
10.5.2.1 Sperrwandler. 557
10.5.2.2 Eintaktdurchflußwandler. 561
10.5.2.3 Gegentaktwandler. 563
10.5.2.4 Resonanzwandler. 565
10.5.3 Übersicht: Schaltnetzteile. 568
10.5.4 Regelung von Schaltnetzteilen. 570
10.5.4.1 Voltage-mode-Regelung. 570
10.5.4.2 Current-mode-Regelung. 570
10.5.4.3 Vergleich: voltage-mode vs. current-mode-Regelung. 571
10.5.4.4 Dimensionierung des PI-Reglers. 572
10.5.5 Wickelgüter. 572
10.5.5.1 Berechnung von Speicherdrosseln. 572
10.5.5.2 Berechnung von Hochfrequenztransformatoren. 574
10.5.6 Leistungfaktor-Vorregelung. 577
10.5.6.1 Ströme, Spannungen und Leistung im Leistungsfaktor-Vorregler. 578
10.5.6.2 Die Regelung des Leistungsfaktor-Vorreglers. 579
10.5.7 Funkentstörung von Schaltnetzteilen. 580
10.5.7.1 Funkstörstrahlung. 581
10.5.7.2 Leitungsgebundene Störungen. 581
10.5.7.3 Verminderung der asymmetrischen Funkstörspannungen. 582
10.5.7.4 Verminderung der symmetrischen Funkstörspannungen. 583
10.5.7.5 Vollständiges Funkentstörfilter. 584
10.6 Formelzeichen. 584
10.7 Weiterführende Literatur. 585
A Mathematische Grundlagen 587
A.1 Trigonometrische Funktionen. 587
A.1.1 Eigenschaften. 587
A.1.2 Summen und Differenzen von Winkelfunktionen. 588
A.1.3 Summen und Differenzen im Argument. 589
A.1.4 Vielfache des Arguments. 589
A.1.5 Gewichtete Summe von Winkelfunktionen. 590
A.1.6 Produkte von Winkelfunktionen. 590
A.1.7 Dreifachprodukte. 590
A.1.8 Potenzen von Winkelfunktionen. 591
A.1.9 Winkelfunktionen mit komplexem Argument. 591
A.2 Inverse Winkelfunktionen (Arkusfunktionen). 591
A.3 Hyperbelfunktionen. 592
A.4 Differentialrechnung. 592
A.4.1 Differentiationsregeln. 592
A.4.2 Ableitungen einfacher Funktionen. 593
A.5 Integralrechnung. 593
A.5.1 Integrationsregeln. 593
A.5.1.1 Integrale einfacher Funktionen. 594
A.5.2 Integrale mit Winkelfunktionen. 595
A.5.3 Integrale mit Exponentialfunktionen. 597
A.5.4 Integrale mit inversen Winkelfunktionen. 598
A.5.5 Bestimmte Integrale. 598
A.6 Das Integral der Standard-Normalverteilung. 601
B Tabellen 604
B.1 Das SI-System. 604
B.1.1 Dezimalvorsätze. 605
B.1.2 SI-Einheiten der Elektrotechnik. 606
B.2 Naturkonstanten. 607
B.3 Formelzeichen des griechischen Alphabets. 607
B.4 Einheiten und Definitionen technisch-physikalischer Größen. 608
B.5 Englisch/Amerikanische Einheiten. 609
B.6 Sonstige Einheiten. 611
B.7 Lade- und Entladekurven. 614
B.8 IEC-Normreihe. 615
B.9 Farbcode zur Kennzeichnung von Widerständen. 616
B.10 Parallelschaltung von Widerständen. 617
B.11 Strombelastbarkeit von Leiterbahnen. 618
B.12 Amerikanische Drahtstärken. 619
B.13 Trockenbatterien. 621
B.14 Bezeichnung der Radiofrequenzbereiche. 622
B.15 Pegel. 623
B.15.1 Absolute Pegel. 623
B.15.1.1 Umrechnung von Leistungs- und Spannungspegeln. 624
B.15.2 Relative Pegel. 625
B.16 Kontaktbelegung ausgewählter Steckverbinder. 626
B.16.1 VGA (9-polig). 626
B.16.2 VGA (15-polig). 626
B.16.3 9-zu-15-Stift-VGA-Kabel. 627
B.16.4 SCART. 627
B.16.5 SCART-Verbindungskabel. 628
B.16.6 S-Video. 628
B.16.7 Serielle Schnittstelle (9-polig). 629
B.16.8 Serielle Schnittstelle (25-polig). 629
B.16.9 Verbindungsschema serielle Schnittstelle. 630
B.16.10 Cisco Console Port. 631
B.16.11 Cisco Console Kabel (9-polig). 631
B.16.12 Cisco Console Kabel (25-polig). 632
B.16.13 Universal Serial Bus (USB). 632
B.16.14 Diodenstecker (3-polig). 633
B.16.15 Diodenstecker (5-polig). 633
B.16.16 Klinkenstecker mono. 634
B.16.17 Klinkenstecker stereo. 634
B.17 Telefontechnik. 635
B.17.1 Mehrfrequenzwahl. 635
B.17.2 TAE-Dosen Anschlußschema. 635
B.17.3 ISDN-Dosen Anschlußschema. 636
B.18 ASCII-Codierung. 637
B.19 Chemische Elemente. 638
B.20 Werkstoffe. 641
C Elemente der Installationstechnik 643
C.1 Schmelzsicherungen. 643
C.2 Bezeichnung von Leitern. 643
C.3 Schutzklassen. 644
C.4 Farbkurzzeichen nach DIN IEC 757. 644
C.5 Adernfarben in mehradrigen Leitungen. 645
C.6 Typen-Kennzeichnung bei isolierten Leitungen. 646
C.7 Leitungsausführungen. 647
C.8 Schutzarten. 649
C.9 Installationen in Feuchträumen. 650
C.10 Spannungsabfall. 650
C.11 Wechselschaltung, Kreuzschaltung. 650
C.12 Übersicht: Bildzeichen der Installationstechnik. 651
C.13 Schutzmaßnahmen. 652
D Abkürzungsverzeichnis 653
E Schaltzeichen 720
Sachwortverzeichnis deutsch 725
Sachwortverzeichnis englisch 745