Bauelemente Und Grundschaltungen

ISBN-13: 9783519062585 / Niemiecki / Miękka / 1999 / 311 str.

Joachim Goerth

Opis

Dieses Buch soll ein Lehrbuch fiir das meist als eher trocken empfundene Fachgebiet der elektronischen Bauelemente sein. Nach einem kurzen Abriss der passiven Bauele mente Widerstand, Kondensator und Spule werden die heute meistverwendeten aktiven Bauelemente beschrieben. Es sind dies die aus dem Halbleiterwerkstoff Silizium beste henden Dioden, bipolaren und MOS-Feldeffekt-Transistoren, die als Einzelbauelemente oder als Bestandteile integrierter Schaltungen die derzeitige Welt der Elektronik be stimmen. Bauelemente aus anderen Halbleitermaterialien werden nicht besprochen. Zwar erfiillen sie eine Reihe wichtiger Aufgaben z.B. in der Optoelektronik und der Mikrowellentechnik, doch wurde ihre Behandlung den Rahmen dieses Buches sprengen. Ebenso wird die Physik der Halbleiter nur knapp und soweit erlautert, wie es nach mei ner Meinung erforderlich ist, um die Funktion und den Aufbau der Bauelemente zu verstehen. Das Ziel dieses Buches ist es zum einen, aus einem einfachen physikalischen Verstand nis heraus Gleichungen zu entwickeln, die die Funktion der Bauelemente beschreiben, und einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Funktion und den baulichen Eigen schaften herzustellen. Dazu gehort auch die Beschreibung der wichtigsten Parameter, die fiir die Modellierung der Bauelemente in Schaltungsanalyseprogrammen, z.B. SPIeE, benotigt werden. Zum zweiten soll das Verhalten der Bauelemente in Grundanwendun gen wie Gleichrichten, Schalten und Verstarken erlautert werden. Die Gleichungen zur Beschreibung der Bauelemente werden aus eindimensionalen Mo dellen heraus entwickelt. An einigen Stellen werden anschauliche Vergleiche benutzt, ohne jedoch auf schlussige Begrundungen zu verzichten."

Spis treści

1 Einleitung.- 2 Passive Bauelemente.- 2.1 Widerstände.- Spezifischer Widerstand.- Begriff des Schichtwiderstandes.- Temperaturkoeffizient.- Bauformen.- Ersatzschaltbild.- Normwerte.- 2.2 Kondensatoren.- Kapazität.- Verlustfaktor.- Bauformen.- 2.3 Spulen.- Induktivität.- Güte.- Bauformen.- 2.4 Aufgaben.- 3 Dioden.- 3.1 Sperrschichten.- 3.1.1 Festkörper.- Ionenbindung.- Kovalente Bindung.- Metallische Bindung.- Bändermodell des Festkörpers, bewegliche Ladungsträger.- Beispiele für Bändermodelle.- 3.1.2 Dotierung.- n-Dotierung.- p-Dotierung.- 3.1.3 Stromfluß.- Feldstrom.- Diffusionsstrom.- 3.1.4 Strom-Spannungs-Gleichung.- Diffusionsspannung.- Strom bei äußerer Spannung.- Bahnwiderstand und Ersatzschaltbild.- 3.1.5 Sperrschichtweite und Sperrschichtkapazität.- Sperrschichtweite.- Sperrschichtkapazität.- 3.1.6 Diffusionskapazität.- Diffusionsspeicherladung.- Diffusionskapazität.- 3.1.7 Durchbruchsspannung.- 3.1.8 Temperaturverhalten.- Betrieb an einer Spannungsquelle.- Betrieb an einer Stromquelle.- Sperrbereich.- 3.1.9 Modellparameter.- 3.1.10 Technologischer Aufbau.- Epitaxie.- Dotieren durch Diffusion.- Dotieren durch Ionenimplantation.- Gehäuse.- 3.2 Diodenschaltungen.- 3.2.1 Elektrisches Verhalten der Diode.- Wechselspannung ist groß gegen die Durchlaßspannung.- Wechselspannung ist klein gegen die Durchlaßspannung.- Allgemeiner Fall (Potenzreihennäherung).- 3.2.2 Gleichrichterschaltungen.- Einweggleichrichter mit Ladekondensator.- Zweiweggleichrichter.- Spannungsvervielfacher.- Innenwiderstände von Gleichrichterschaltungen.- 3.2.3 Stabilisierungsschaltung.- 3.3 Photodioden und Solarzellen.- Photodioden.- Solarzellen.- 3.4 Aufgaben.- 4 Bipolarer Transistor.- 4.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 4.1.1 Transistorgleichung.- 4.1.2 Stromverstärkung.- Definitionen.- Emitterwirkungsgrad.- Transportfaktor.- 4.1.3 Steilheit und Eingangswiderstände.- Steilheit.- Eingangswiderstände.- 4.1.4 Early-Effekt.- Earlyspannung.- Ausgangswiderstand.- Verstärkungs- und Rückwirkungsfaktor.- 4.1.5 Bahnwiderstände.- 4.1.6 Kennlinien.- 4.1.7 Vierpolparameter.- 4.1.8 Grenzfrequenzen.- Transitfrequenz.- Grenzfrequenz der Stromverstärkung.- Emitterdiffusionskapazität.- 4.1.9 Sättigung.- Transistor als Schalter.- Sättigungsspeicherladung und Speicherzeit.- Sättigungsspannung.- 4.1.10 Rauschen.- Rauschursachen.- Rauschzahl.- 4.1.11 Grenzwerte.- Durchbruchsspannungen.- Sicheres Betriebsgebiet (SOAR).- 4.1.12 Temperaturverhalten.- Temperaturkoeffizient.- Kühlung.- 4.1.13 Transistormodelle.- Ebers-Moll-Modell.- Gummel-Poon-Modell.- 4.1.14 Bauformen.- Kristallaufbau.- Gehäuseformen.- 4.2 Grundschaltungen.- 4.2.1 Arbeitspunkt.- 4.2.2 Verstärker in Emitterschaltung.- Spannungsverstärkung.- Eingangswiderstand.- Verstärker ohne Gegenkopplung.- 4.2.3 Emitterfolger.- Arbeitspunkt.- Spannungsverstärkung.- Ein- und Ausgangswiderstand.- Darlington-Schaltung.- Komplementärer Emitterfolger.- Stabilität.- 4.2.4 Basisschaltung.- 4.2.5 Stromspiegelschaltung.- Grundschaltung.- Erweiterte Schaltungen.- 4.2.6 Differenzverstärker.- Kennliniengleichung.- Verstärkungsfaktoren.- Ein- und Ausgangswiderstand.- Steilheitsmultiplizierer.- Aktive Last.- Operationsverstärker.- 4.2.7 Bandabstandsschaltung.- Stromquelle.- Referenzspannungsquelle.- 4.2.8 Schalter.- Schalter.- Inverter.- Digitale Schaltungsfamilien.- 4.3 Thyristor und Triac.- 4.4 Aufgaben.- 5 Feldeffekttransistoren.- 5.1 Funktionsprinzip „steuerbarer Widerstand“.- 5.1.1 Steuerbare Widerstände.- 5.1.2 Sperrschicht-Feldeffekttransistor.- Abschnürung.- Kennliniengleichungen.- Transistormodell.- Systemgrößen.- Einstellung des Arbeitspunktes.- 5.2 MOS-Feldeffekttransistor.- 5.2.1 MOS-Struktur.- Inversion.- Schwellenspannung.- 5.2.2 Aufbau und Kennliniengleichungen.- Aufbau des MOS-Feldeffekttransistors.- Kennliniengleichung für kleine Spannung UDS.- Allgemeine Kennliniengleichung.- 5.2.3 Betriebsgrößen im Abschnürbereich.- Steilheit.- Ausgangswiderstand.- Eingangswiderstand.- 5.2.4 Transistorarten.- 5.2.5 Transistormodelle mit SPICE-Parametem.- Level-l-Modell.- Erweiterte Modelle.- 5.3 Grundschaltungen.- 5.3.1 Torschaltung.- 5.3.2 Inverter.- Grundschaltung.- NMOS-Inverter.- CMOS-Inverter.- 5.3.3 Gatterschaltung.- 5.3.4 Stromspiegelschaltung.- 5.3.5 Differenzverstärker.- Kennliniengleichung.- Spannungsverstärkung.- Offsetspannung.- 5.3.6 Speicherprinzipien.- Statischer Speicher (SRAM).- Dynamischer Speicher (DRAM).- Nichtflüchtiger Speicher (EPROM).- 5.4 Leistungstransistoren.- Diffundierte MOS-Transistoren (DMOS).- Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT).- 5.5 Aufgaben.- 6 Lösungen zu den Aufgaben.- 6.1 Zu Kapitel 2 „Passive Bauelemente“.- 6.2 Zu Kapitel 3 „Dioden“.- 6.3 Zu Kapitel 4 „Bipolarer Transistor“.- 6.4 Zu Kapitel 5 „Feldeffekttransistor“.- 7 Literaturverzeichnis.- 8 Sachverzeichnis.

O autorze

Prof. Dipl.-Ing. Joachim Goerth, FB Elektrotechnik/Informatik, Lehrgebiet Nachrichtentechnik, Fachhochschule Hamburg

Blurb

Der heute erreichte Stand der Elektrotechnik, der die Automatisierung, Computertechnik, Energieversorgung, Telekommunikation und vieles mehr umfasst, wurde unter anderem durch eine ausgefeilte Technik der elektronischen Bauelemente ermöglicht. Diese Bauelemente können hochintegrierte Schaltungen, die "Chips", oder Einzelbauelemente, sogenannte "diskrete" Bauelemente, sein. Die Chips sind aus vielen Elementen zusammengesetzt, die prinzipiell den Einzelbauelementen gleichen. Das vorliegende Buch behandelt die elektronischen Bauelemente in schlüssiger und, so ist die Absicht, gut verständlicher Form. Aus einfachen physikalischen Vorstellungen heraus werden Aufbau, Funktion, Kennliniengleichungen und Anwendungen in Grundschaltungen entwickelt und erläutert. Dabei wurde besonderer Wert darauf gelegt, den Zusammenhang zwischen physikalischer Wirkungsweise einerseits und elektrischer Funktion in den Grundschaltungen andererseits zu verdeutlichen. - Nach einem kurzen Abschnitt über passive Bauelemente werden aus dem Halbleiterwerkstoff Silizium hergestellte Dioden, bipolare und Feldeffekttransistoren, insbesondere MOS-Transistoren, in Aufbau und Grundanwendungen beschrieben. Auch die für Analyseprogramme wie z.B. SPICE gebräuchlichen Modelle und die wesentlichen Modellparameter werden besprochen.