Elektrotechnik Und Elektronik Für Informatiker: Grundbegriffe Der Elektrotechnik

ISBN-13: 9783519021261 / Niemiecki / Miękka / 1994 / 552 str.

Paul, Reinhold

Opis

Der vorliegende Gesamttext entstand aus dem Anliegen, Informatikern, aber auch Ingenieuren und Wissenschaftlern, die keinen Bezug zur Elektrotech nik/Elektronik hatten, eine angemessene Einfiihrung in Schwerpunkte dieses Fachgebietes zu geben. Die Notwendigkeit diirfte unbestritten sein, nicht zu letzt ist gerade der Computer ein iiberzeugendes Produkt der elektronischen Industrie selbst. Auch fiir die Einbindung des Rechners iiber Sensoren und Aktoren in die technische Umwelt oder in Kommunikationsnetze sind elek tronische Grundkenntnisse fiir jeden Informatiker hochst niitzlich. Dies ist einer der Griinde, weshalb Einfiihrung in die Elektrotechnik/Elek tronik in den einschHigigen Ausbildungsempfehlungen vorgesehen ist. Die Zielstellung bedingt von Anfang an eine Stoffbeschriinkung auf wirkliche Grundkenntnisse, die mit minimalen Mathematikkenntnissen auskommen und dafiir'mehr Wert auf die anschauliche Darstellung legen. Hiiufiger Be zug auf uns tiiglich umgebende elektrotechnische Erscheinungen solI den Leser iiber Stofiklippen hinweghelfen und ein Gefiihl dafiir vermitteln, was sich z.B. hinter Begriffen wie analoge und digit ale Signalverarbeitung und -iibertragung, Wellenausbreitung u.a. verbirgt. Der gesamte Stoff wurde auf zwei Biinde verteilt: Der vorliegende erste Band enthiilt hauptsiichlich die elektrotechnischen Grundbegriffe und Phiinomene, die Grundlagen der Netzwerke (Stromkreise) und ihrer Netzwerkelemente, Wechselstromnetzwerke (als Grundlage einer allgemein zeitveriinderlichen Signaliibertragung), einen kurzen AbriB der Signal-. und Systembegriffe so wie eine phiinomenologische Einfiihrung in das elektromagnetische Feld (das auftritt). in konzentrierter Form z.B. in den Grundelementen Der folgende Band umfaBt die typischen Eigenschaften der wichtigsten Halb leiterbauelemente, analoge und vor allem digit ale Schaltungen und Schalt kreise, digit ale Systeme sowie Signalverarbeitung in solchen System und die Signaliibertragung zwischen Systemen.

Spis treści

1 Grundbegriffe.- 1.1 Physikalische Größen und Maßeinheiten.- 1.2 Elektrische Ladung.- 1.3 Elektrisches Feld, elektrische Feldstärke, elektrische Spannung.- 1.3.1 Elektrische Feldstärke.- 1.3.2 Elektrische Spannung.- 1.3.3 Maschensatz.- 1.4 Elektrischer Strom. Stromdichte.- 1.4.1 Elektrische Stromstärke.- 1.4.2 Stromdichte.- 1.4.3 Knotensatz.- 1.5 Energie, Arbeit und Leistung im Stromkreis.- 1.5.1 Energie, Arbeit, Leistung.- 1.5.2 Energie und Leistung am Zweipol.- 1.5.3 Wirkungsgrad.- Lernorientierungen, Wiederholungsfragen.- 2 Einfache Stromkreise und ihre Bauelemente. Netzwerkelemente.- 2.1 Die Grundelemente elektrischer Stromkreise.- 2.1.1 Unabhängige Quellen.- 2.2 Widerstand. Resistiver Zweipol.- 2.2.1 Linearer Widerstand. Ohmsches Gesetz.- 2.2.2 Einfache Zusammenschaltungen von linearen Widerständen.- 2.2.3 Nichtlineare resistive Zweipole.- 2.2.4 Temperatureinfluß auf Widerstandszweipole.- 2.3 Kondensator. Kapazitiver Zweipol.- 2.3.1 Grundprinzip des Kondensators.- 2.3.2 Der lineare kapazitive Zweipol als Netzwerkelement.- 2.3.3 Zusammenschaltungen von linearen Kapazitäten.- 2.3.4 Kondensator als Bauelement.- 2.3.5 Nichtlineare kapazitive Zweipole.- 2.4 Spule. Induktiver Zweipol.- 2.4.1 Grundprinzip der Spule.- 2.4.2 Der lineare induktive Zweipol als Netzwerkelement.- 2.4.3 Zusammenschaltung von linearen Induktivitäten.- 2.4.4 Spule als Bauelement.- 2.4.5 Nichtlineare induktive Zweipole.- 2.4.6 Gegeninduktion. Magnetisch verkoppelte Spulen.- 2.5 Mehrpolelemente.- 2.5.1 Gesteuerte Quellen.- 2.5.2 Passive Mehrpole.- Lernorientierungen, Wiederholungsfragen.- 3 Analyse elektrischer Netzwerke.- 3.1 Zusammenspiel aktiver-passiver Zweipol. Grundstromkreis.- 3.1.1 Reale unabhängige Quelle. Ersatzschaltungen des aktiven Zweipols.- 3.1.2 Der Grundstromkreis.- 3.1.3 Nichtlineare Zweipole im Grundstromkreis.- 3.1.4 Graphische Behandlung des nichtlinearen Grundstromkreises.- 3.1.5 Analytische und numerische Lösungsverfahren.- 3.1.6 Grundstromkreis im Kleinsignalbetrieb.- 3.2 Zweipoltheorie.- 3.3 Überlagerungssatz.- 3.4 Allgemeine Netzwerkanalyse.- 3.4.1 Zweigstromanalyse.- 3.4.2 Maschenstromanalyse.- 3.4.3 Knotenspannungsanalyse.- Lernorientierungen, Wiederholungsfragen.- 4 Netzwerke bei sinusförmiger und zeitveränderlicher Erregung. Wechselstromschaltungen.- 4.1 Periodische Zeitfunktionen.- 4.1.1 Sinusförmige Zeitfunktion.- 4.1.2 Mittelwerte periodischer Größen.- 4.1.3 Addition (Subtraktion) zweier Sinusspannungen gleicher Frequenz.- 4.2 Verhalten der Grundelemente und einfacher Zusammenschaltungen bei Sinusgrößen im Zeitbereich.- 4.2.1 Grundelemente.- 4.2.2 Zusammenschaltung von Grundelementen.- 4.3 Netzwerkanalyse im Frequenzbereich. Transformation in die komplexe Ebene.- 4.3.1 Eigenschaften komplexer Größen, Rechenoperationen.- 4.3.2 Zeigerdarstellung von Spannung und Strom.- 4.3.3 Differentiation und Integration rotierender Zeiger.- 4.3.4 Komplexer Widerstand und Leitwert. Widerstands-, Leitwertoperator.- 4.3.5 Widerstands-/Leitwertoperatoren der Grundelemente RLC.- 4.3.6 Zusammenfassung: Netzwerkanalyse im Frequenzbereich.- 4.3.7 Frequenzgang F(j ?).- 4.4 Darstellung von Netzwerkeigenschaften. Netzwerke bei veränderlicher Frequenz.- 4.4.1 Zeigerdarstellung, Zeigerbild.- 4.4.2 Amplitude und Phase des Frequenzganges.- 4.4.3 Scheinwiderstandsdiagramm.- 4.4.4 Ortskurven.- 4.5 Leistung und Energie im Wechselstromkreis.- 4.5.1 Leistungsbegriffe.- 4.5.2 Leistungsanpassung.- 4.6 Typische Wechselstromschaltungen.- 4.6.1 Lineare Vierpole.- 4.6.2 Resonanzkreis.- 4.6.3 Vierpole mit Filtereigenschaften.- 4.6.4 Besondere Wechselstromschaltungen.- 4.6.5 Übertrager, Transformator.- 4.7 Signale und Netzwerke (Systeme) im Frequenzbereich.- 4.7.1 Allgemeine Netzwerkerregungen. Signalbegriff.- 4.7.2 Periodische Signale. Fourierreihe.- 4.7.3 Aperiodische Signale. Fouriertransformation.- Lernorientierungen, Wiederholungsfragen.- 5 Ausgleichsvorgänge. Netzwerke bei beliebiger Erregung.- 5.1 Ausgleichs-, Schaltvorgänge im Zeitbereich.- 5.1.1 Netzwerke mit einem Energiespeicher.- 5.1.2 Netzwerke mit einem Energiespeicher und beliebiger Erregerfunktion.- 5.1.3 Netzwerke mit zwei Energiespeichern.- 5.2 Ausgleichsvorgänge im Frequenzbereich. Laplace-Transformation.- 5.2.1 Überblick und Definition.- 5.2.2 Laplace-Transformation und Netzwerkdifferentialgleichung.- 5.2.3 Laplace-Transformation des Netzwerkes.- 5.3 Die Übertragungseigenschaften von Netzwerken und ihre Beschreibungsmöglichkeiten.- 5.3.1 Beschreibung des Netzwerkes durch die Differentialgleichung.- 5.3.2 Beschreibung des Übertragungsverhaltens durch Antwortfunktionen.- 5.3.3 Die Übertragungsfunktion als verallgemeinertes Eingangs-/ Ausgangsverhalten im Bildbereich.- 5.3.4 Eigenschaften und Darstellungen der Übertragungsfunktion.- Lernorientierungen, Wiederholungsfragen.- 6 Das elektromagnetische Feld.- 6.1 Feldbegriff.- 6.2 Elektrisches Feld.- 6.2.1 Elektrische Feldstärke und Potential.- 6.2.2 Das elektrostatische Feld. Feld im Nichtleiter.- 6.2.3 Das Strömungsfeld. Feld im Leiter.- 6.3 Magnetisches Feld. Verknüpfung zwischen elektrischem und magnetischem Feld.- 6.3.1 Feldgrößen des Magnetfeldes. Durchflutungsgesetz.- 6.3.2 Materie im Magnetfeld.- 6.3.3 Integralgrößen des magnetischen Feldes. Magnetischer Kreis.- 6.3.4 Spule, Induktivität.- 6.3.5 Induktionsgesetz. Verkopplung magnetische ? elektrische Größen.- 6.3.6 Kraftwirkung und Energie des Magnetfeldes.- 6.3.7 Magnetische Energie.- 6.4 Elektromagnetische Felder und Wellen.- 6.4.1 Maxwellsche Gleichungen.- 6.4.2 Einteilung elektromagnetischer Felder.- 6.4.3 Elektromagnetische Wellen.- Lernorientierungen, Wiederholungsfragen.- Übungsaufgaben.- Lösungen.