Elektronik: Eine Einführung Für Naturwissenschaftler Und Ingenieure Mit Beispielen Zur Computer-Simulation

ISBN-13: 9783540566939 / Niemiecki / Miękka / 1993 / 320 str.

Christian Weddigen; Wolfgang Jungst

Opis

Diese Einf}hrung zeichnet sich nicht nur durch die didaktisch geschickte Darstellung der Grundlagen, sondern durch eine F}lle von Erl{uterungen zu vielverwendeten Schaltungen aus. Der aktuelle Stand der analogen und digitalen Halbleiterelektronik wird exemplarisch aufgezeigt. Auf typische Anf{ngerschwierigkeiten, z.B. bei Entwurf und Dimensionierung einfacher Schaltungen, wird eingegangen. Die Eigenschaften von grundlegenden Transistor- und Operationsverst{rkerschaltungen werden im Rahmen der linearen Netzwerkanalyse berechnet. Die wichtigsten Logikfamilien der digitalen Elektronik werden besprochen und zahlreiche TTL-Schaltungen angegeben - bis hin zu parallelen und seriellen Schaltungen der Grundrechenarten. Die letzten Kapitel sind modernen me technischen Problemen gewidmet: Signalumsetzung, Messung kleiner Signale und Beispiele aus dernuklearen Elektronik. Das Buch wendet sich sowohl an den Anf{nger, sei er Student oder Hobby-Elektroniker, als auch an den Elektronik-Anwender. Ein gro er Teil der angegebenen Schaltungen kann mit einfacher Experimentierausr}stung oder durch Computer-Simulation getestet werden. In den Abschnitten DO IT YOURSELF werden hierzu Vorschl{ge gemacht.

Spis treści

1. Lineare Netzwerkelemente.- 1.1 Der Widerstand.- 1.2 Die Spannungsquelle.- 1.3 Die Stromquelle.- 1.4 Die Kapazität.- 1.5 Die Induktivität.- 1.6 Das Koaxialkabel.- 1.6.1 Das ideale Koaxialkabel.- 1.6.2 Abschlußwiderstand und Reflexionen.- 1.6.3 Angepaßte Signalabschwächung und -Verteilung.- 1.6.4 Das reale Koaxialkabel.- 1.6.5 Das Verzögerungskabel.- 1.E Do It Yourself.- 2. Das Wechselstromverhalten von RCL-Schaltungen.- 2.1 Die komplexe Beschreibung des Wechselstromverhaltens linearer Netzwerke.- 2.2 Serienschaltungen von R und C (Hoch- und Tiefpaß).- 2.3 Schwingkreise.- 2.4 Kettenschaltung dreier RC-Glieder.- 2.5 Der frequenzkompensierte Spannungsteiler.- 2.6 Eine iterative Filterkette als Verzögerungsleitung.- 2.7 Ein Verfahren zur Messung von Impedanzen.- 2.E Do It Yourself.- 3. Analyse linearer Netzwerke.- 3.1 Die Maschenanalyse.- 3.2 Die Knotenanalyse.- 3.3 Das Überlagerungstheorem.- 3.4 Der Satz von der Zweipolquelle (Das Theorem von Thevenin).- 3.5 Der Satz von der Ersatzstromquelle (Das Theorem von Norton).- 3.6 Analyse eines DAC-Leiternetzwerkes.- 3. E Do It Yourself.- 4. Das Impulsverhalten von RCL-Schaltungen.- 4.1 Die RL-Serienschaltung.- 4.2 Die RC-Serienschaltung.- 4.2.1 Das Differenzierglied.- 4.2.2 Das Integrierglied.- 4.3 RCL-Schaltungen.- 4.3.1 Die RCL-Serienschaltung.- 4.3.2 Die RCL-Parallelschaltung.- 4.4 Zwei weitere RC-Netzwerke.- 4.4.1 Das Integrier-Differenzierglied.- 4.4.2 Das Doppeldifferenzierglied.- 4.5 Antwortfunktionen für beliebige Eingangsimpulse.- 4. E Do It Yourself.- 5. Dioden und Diodenschaltungen.- 5.1 Die Flächendiode.- 5.1.1 Kennlinie und Schaltverhalten.- 5.1.2 Linearisierte Ersatzschaltungen.- 5.2 Spezialdioden.- 5.2.1 Die Zener-Diode.- 5.2.2 Die Tunnel- und die Backward-Diode.- 5.2.3 Kapazitäts- und0.- 7.1.2 Gegenkopplung: G Kaskodenschaltung.- 7.7 Stromspiegel.- 7. E Do It Yourself.- 8. Feldeffekttransistoren (FETs).- 8.1 Der JFET.- 8.2 Der MOSFET.- 8.3 Linearisierte Ersatzschaltung für FETs.- 8.4 Einige typische FET-Schaltungen.- 8.4.1 Sourcefolger.- 8.4.2 Kaskoden-Differenzverstärker.- 8.4.3 Variable Widerstände.- 8.4.4 Lineare Schalter.- 8. E Do It Yourself.- 9. Der integrierte Operationsverstärker und seine Grundschaltungen.- 9.1 Der elektronische Aufbau des.- 9.2 Kenngrößen und linearisierte Ersatzschaltung des IOP.- 9.3 Der IOP in analogen Schaltungen (Goldene Regeln).- 9.4 Berechnung der Grundschaltungen des IOP.- 9.4.1 Die invertierende Grundschaltung (Umkehrverstärker, Driftkompensation).- 9.4.2 Die nichtinvertierende Grundschaltung (Elektrometerverstärker und Spannungsfolger).- 9.5 Das dynamische Verhalten des IOP.- 9.5.1 Frequenzgang und Frequenzkompensation.- 9.5.2 Anstiegsgeschwindigkeit und interne Verzögerung.- 9.6 übersicht über das Angebot an Operationsverstärkern.- 9. E Do It Yourself.- 10. Weitere Schaltungen mit Operationsverstärkern.- 10.1 Analoge Rechenoperationen.- 10.1.1 Der Rechenverstärker.- 10.1.2 Die analoge Subtraktion.- 10.2 Schwellenwertdetektoren.- 10.2.1 Der Komparator.- 10.2.2 Der Schmitt-Trigger mit IOP.- 10.3 Generatoren.- 10.3.1 Der Phasenschieberoszillator.- 10.3.2 Der Rampengenerator (Spannung-Frequenz-Umsetzer).- 10.3.3 Flipflop-Schaltungen mit IOP.- 10.4 Ideale Gleichrichter.- 10.4.1 Der ideale Halbwellengleichrichter und Spitzenwertdetektor.- 10.4.2 Der ideale Vollwellengleichrichter.- 10.5 NIC-Schaltungen.- 10.5.1 Die Erzeugung negativer Widerstände und Kapazitäten.- 10.5.2 Konstantstromquelle mit NIC.- 10.5.3 Der Gyrator.- 10.6 Aktive Filter.- 10. E Do It Yourself.- 11. Grundlagen der digitalen Elektronik.- 11.1 Grundlagen der Schaltalgebra.- 11.1.1 Schaltalgebraische Variable und ihre Standardverknüpfungen.- 11.1.2 Normalformen schaltalgebraischer Funktionen.- 11.1.3 Gesetze und Regeln der Schaltalgebra.- 11.2 Der Entwurf einer digitalen Schaltung.- 11.3 Logikfamilien.- 11.3.1 DTL-Grundschaltungen.- 11.3.2 Die TTL-Grundschaltung.- 11.3.3 Die ECL-Grundschaltung.- 11.3.4 CMOS-Grundschaltungen.- 11.3.5 Vergleich der Logikfamilien.- 11.4 Weiteres über TTL-Gatter.- 11.4.1 TTL-Baureihen.- 11.4.2 NAND- und AND-Gatter, TTL-Schaltverhalten.- 11.4.3 NOR-, 0R- und EXOR-Gatter.- 11.4.4 Inverter, offene Eingänge und spezielle Ausgänge von TTL-Gattern.- 11. E Do It Yourself.- 12. Digitale Kippschaltungen.- 12.1 Grundschal tungen.- 12.1.1 Das RS-Flipflop.- 12.1.2 Das D-Flipflop.- 12.1.3 Der Univibrator und der Multivibrator.- 12.2 Klassifizierung digitaler Flipflops.- 12.2.1 Klassifizierung nach Ansteuerung.- 12.2.2 Klassifizierung nach Wahrheitstabelle.- 12.3 Beispiele für Flipfloptypen.- 12.3.1 RS-Flipflops.- 12.3.2 D-Flipflops.- 12.3.3 JK-Flipflops.- 12.4 Clock-Generatoren.- 12. E Do It Yourself.- 13. Weitere digitale Schaltungen.- 13.1 Kombinatorische Schaltungen.- 13.1.1 Codewandler.- 13.1.2 Multiplexer und Demultiplexer.- 13.2 Zählerschaltungen.- 13.2.1 Asynchrone Binärzähler.- 13.2.2 Synchrone Binärzähler.- 13.2.3 Untersetzer (Frequenzteiler).- 13.3 Schieberegister.- 13.4 Halbleiterspeicher.- 13. E Do It Yourself.- 14. Digitale Rechenschaltungen.- 14.1 Addierer.- 14.1.1 Der Halbaddierer.- 14.1.2 Der Volladdierer.- 14.1.3 Der 4-Bit-Volladdierer SN7483.- 14.2 Darstellungen von Dualzahlen.- 14.2.1 Die natürliche Darstellung A(n)ganzer positiver Zahlen.- 14.2.2 Die Standarddarstellung A(n) ganzer Zahlen mit Vorzeichen.- 14.2.3 Die n-Bit-Darstellung A(n) ganzer Zahlen mit Vorzeichen.- 14.3 Digitale Parallel rechennetze.- 14.3.1 Addiernetze.- 14.3.2 Subtrahiernetze.- 14.3.3 Die parallele Multiplikation.- 14.3.4 Die parallele Division.- 14.4 Die serielle Multiplikation.- 14. E Do It Yourself.- 15. Signalumsetzer.- 15.1 Amplitudenumsetzer.- 15.1.1 Diskriminatoren.- 15.1.2 Diskriminatoren mit verbesserter Zeitauflösung.- 15.1.3 Amplitude-Zeit-Umsetzer (ATC).- 15.1.4 Spannung-Frequenz-Umsetzer (VFC, VCO).- 15.2 Umsetzung digitaler Signale.- 15.2.1 Digital-Analog-Umsetzer (DAC).- 15.2.2 Funktionsgeneratoren.- 15.2.3 Erzeugung eines Zeitintervalls (Timer).- 15.3 Frequenzumwandlung.- 15.3.1 Zählratenmesser (‘rate meter’).- 15.3.2 Weitere Frequenzumwandler.- 15.4 Uniwandlung von Zeitsignalen.- 15.4.1 Zeit-Amplitude-Umsetzer (TAC).- 15.4.2 Koinzidenzen.- 15.4.3 Zeit-Digital-Umsetzer (TDC).- 15.4.4 Zeitmittelwertbildner (‘mean-timer’).- 15.5 Analog-Digital-Umsetzer (ADCs).- 15.5.1 Parallelkonversion (FADCs).- 15.5.2 Die inkrementelle Technik.- 15.5.3 Die schrittweise Näherung (‘successive approximation’).- 15.5.4 Die Methode der gleitenden Schwellen.- 15.5.5 Serielle Konversion.- 15.E Do It Yourself.- 16. Kernphysikalische Meßanordnungen.- 16.1 Flugzeitmessungen.- 16.2 Messung von Energiespektren mit Teilchenidentifizierung.- 17. Der Vielkanalanalysator und seine Anwendungen.- 17.1 Der Vielkanalanalysator (VKA).- 17.2 Anwendungen des VKA.- 17.2.1 Der Vielfachzählerbetrieb.- 17.2.2 Messung von Mößbauer-Spektren.- 17.2.3 Messung von Signalhöhenwahrscheinlichkeiten.- 17.2.4 Zweiparametrige Vielkanalanalysatoren.- 17.3 Der Signalhöhenmittler.- 18. Messung kleiner Signale.- 18.1 Elektrometer-Multimeter.- 18.2 Störungen bei der Messung kleiner Signale.- 18.2.1 Rauschen.- 18.2.2 äußere Störeinflüsse.- 18.3 Rauschkenngrößen.- 18.4 Techniken zur Messung kleiner Signale.- 18.E Do It Yourself.- Anhang A: Eigenschaften von übertragungsleitungen.- Anhang B: Gruppen- und Phasengeschwindigkeit.- Anhang C: Rechnen mit komplexen Zahlen.- Anhang D: Verzeichnis der übungsaufgaben.- Anhang E: Zum Analyseprogramm PSPICE.- Anhang F: Zur Bearbeitung der Experimentiervorschläge.- Quellen und Literaturhinweise.