Nachrichtentechnik: Eine Einführende Darstellung

ISBN-13: 9783642961359 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 494 str.

Karl Steinbuch; Werner Rupprecht

Opis

Das Gebiet del' elektrischen Nachrichtentechnik ist im Laufe del' Zeit so umfang reich geworden, daB es heute unmoglich ist, aile Teilbereiche in einem einzigen Studiengang in voller Tiefe zu studieren. Eine Aufteilung in selbstandige Teil gebiete ist jedoch wegen del' starken Verflochtenheit wenig zweckmaBig. Sinnvoiler erscheint eine breite Einfiihrung, auf welcher dann spezielle Studiengange auf. bauen konnen. Um eine solche Einfiihrung haben sich die Autoren schon bei del' ersten Auflage dieses Buches bemiiht. DaB inzwischen eine zweite Auflage notwendig wurde, mag bestatigen, daB ein Bediirfnis nach einer zusammenfassenden Darstellung del' Nachrichtentechnik vorhanden ist. Bei del' Uberarbeitung des Textes war zu priifen, was an neuem Stoff hinzukom men muBte, und auf welche Teile des alten Textes verzichtet werden konnte. Die getroffene Auswahl muB natiirlich etwas willkiirlich sein. Einerseits erfordern didaktische Griinde eine ausfiihrliche Darstellung; andererseits durfte sich del' Umfang nicht wesentlich erhohen, denn del' studentische Leser solI ja mit endlichem Aufwand in endlicher Zeit die Materie erarbeiten konnen. Aus diesen Uberlegungen resultiert die neu aufgenommene Behandlung del' Theorie del' Betriebsparameterfilter, die den kauflichen Filterbausteinen und den katalogisierten Filtern zugrunde liegt, unter Verzicht auf die Beschreibung von Wellenparameterfiltern. Aktualisiert wurden groBere Teile del' Verstarkertechnik."

Spis treści

0 Zusammenstellung einiger Hilfsmittel aus der theoretischen Elektrotechnik.- 0.1 Spannungen, Ströme.- 0.1.1 Gleichspannung, Gleichstrom.- 0.1.2 Sinusförmige Wechselspannungen und -ströme.- 0.1.2.1 Komplexe Darstellung sinusförmiger Wechselspannungen und -ströme.- 0.1.3 Nichtsinusförmige Spannungen und Ströme.- 0.1.3.1 Periodische nichtsinusförmige Spannungen, Pulse.- 0.1.3.1.1 Klirrfaktor.- 0.1.3.2 Unperiodische nichtsinusförmige Spannungen, Impulse.- 0.1.3.3 Zufällige Spannungen.- 0.1.4 Frequenzen, komplexe Frequenz.- 0.2 Leistung.- 0.2.1 Leistung bei Gleichstrom.- 0.2.2 Leistung bei sinusförmigem Wechselstrom.- 0.2.2.1 Komplexe Leistung.- 0.2.3 Leistung bei nichtsinusförmigen Strömen.- 0.2.4 Leistungen bei zufälligen Strömen.- 0.3 Zweipolige und vierpolige Schaltelemente.- 0.3.1 Zweipolige Schaltelemente.- 0.3.2 Yierpolige Schaltelemente.- 0.4 Analyse von Netzwerken.- 0.4.1 KmcHHOFFsche Sätze.- 0.4.2 Schleifen- und Knotenanalyse.- 0.4.3 Anpassung von Zweipolquellen, Reflexionsfaktor, Echomaß.- 0.4.3.1 Anpassung.- 0.4.3.2 Reflexionsfaktor.- 0.4.3.3 Echomaß.- 0.5 Lineare Vierpole.- 0.5.1 Zusammenschaltung mehrerer Vierpole.- 0.5.2 Wellenparameter eines Vierpols.- 0.5.2.1 Anpassung von Vierpolen. Reflexionsfaktor.- 0.5.3 Betriebsparameter eines Übertragungssystems.- 0.5.4 Spezielle Vierpole.- 0.5.4.1 Umkehrbare und passive Vierpole.- 0.5.4.2 Symmetrische Vierpole.- 0.6 Weitere allgemeine Netzwerkeigenschaften.- 0.6.1 Verzerrungen.- 0.6.1.1 Nichtlineare Verzerrungen.- 0.6.1.2 Lineare Verzerrungen.- 0.6.2 Darstellungsformen komplexer Netzwerkgrößen.- 0.6.3 Ergänzende Bemerkungen.- 0.7 Magnetische Gesetze.- 0.7.1 Durchflutungs- und Induktionsgesetz.- 0.7.2 Der magnetische Kreis einer Toroidspule und die Selbstinduktion.- 0.7.3 Die Permeabilität.- 0.8 Einiges über Größen und Einheiten.- Literatur.- I Elemente der Nachrichtentechnik.- 1 Reale lineare passive Schaltelemente.- 1.1 Ohmsche Widerstände.- 1.1.1 Widerstandsmaterial und technischer Auf bau von Widerständen.- 1.1.2 Temperaturabhängigkeit, Belastbarkeit und zeitliche Konstanz.- 1.1.3 Unerwünschte Kapazitäten und Induktivitäten, Verhalten bei Hochfrequenz.- 1.1.4 Veränderbare Widerstände, ergänzende Bemerkungen.- 1.2 Kondensatoren.- 1.2.1 Abhängigkeit der Kapazität von Geometrie und Dielektrikum.- 1.2.2 Technischer Aufbau und Temperaturabhängigkeit von Kondensatoren.- 1.2.3 Verlustfaktor und schädliche Induktivitäten.- 1.2.4 Veränderbare Kondensatoren.- 1.3 Spulen.- 1.3.1 Berechnung magnetischer Kreise mit ferromagnetischem Kern.- 1.3.2 Induktivität bei Kernen mit Luftspalt, Trägheitserscheinungen.- 1.3.3 Verluste und unerwünschte Kapazitäten der Spulen.- 1.3.4 Veränderbare Induktivitäten, Temperaturabhängigkeit.- 1.4 Übertrager.- 1.4.1 Allgemeine Übertragertheorie.- 1.4.1.1 Der verlustlose streufreie Übertrager.- 1.4.1.2 Der ideale Übertrager.- 1.4.1.3 Der verlustlose Übertrager mit Streuung.- 1.4.1.4 Vierpoleigenschaften des Übertragers.- 1.4.2 Der Übertrager in speziellen technischen Anwendungen.- 1.4.2.1 Übertrager für relativ breite Frequenzbänder und reelle Beschaltung.- 1.4.2.2 Der Übertrager mit relativ hochohmiger oder vorwiegend kapazitiver Beschaltung.- 1.4.2.3 Abschließende Bemerkungen über weitere Übertragerarten.- 1.5 Piezoelektrische und magnetostriktive Schwinger.- 1.5.1 Der piezoelektrische Effekt.- 1.5.2 Schwingungsformen und elektrische Ersatzbilder von Schwingkristallen.- 1.5.3 Der magnetostriktive Effekt.- 1.5.4 Magnetostriktive Schwinger.- Literatur.- 2 Lineare passive Netzwerke.- 2.1 Lineare passive Zweipole.- 2.1.1 Elektrische Schwingkreise.- 2.1.1.1 Frequenz verhalten elektrischer Schwingkreise.- 2.1.1.2 Spannungs- und Stromüberhöhungen in Schwingkreisen.- 2.1.1.3 Zeitverhalten elektrischer Schwingkreise.- 2.1.2 Eigenschaften des allgemeinen linearen Zweipols.- 2.1.3 Reaktanzzweipole.- 2.2 Duale Netzwerke.- 2.3 Synthese einfacher Vierpole.- 2.3.1 Siebschaltungen.- 2.3.2 Verwirklichung ausgangsseitig beschalteter Polynomfilter.- 2.3.3 Normierte Potenz- und TSCHEBYSCHEFF-Tiefpässe.- 2.3.4 Berechnung von Hochpässen und Bandpässen mittels Frequenzachsentransformation.- 2.3.5 Berechnung von Laufzeitgliedern.- 2.3.6 Entzerrer.- 2.3.6.1 Dämpfungsentzerrung.- 2.3.6.2 Phasen- bzw. Laufzeitentzerrung.- 2.4 Theorie einfacher Bandfilter.- 2.4.1 Eigenschaften des induktiv gekoppelten Zweikreisbandfilters.- 2.4.2 Diskussion der Bandfilterselektion in einfachen Fällen.- Literatur.- 3 Lineare Verstärker.- 3.1 Elektronenröhren.- 3.1.1 Gleichstrom verhalten und Kennlinien der Triode.- 3.1.2 Die Triode mit ohmschem Arbeits widerstand, Einstellung des Arbeitspunktes.- 3.1.3 Verstärkung kleiner Wechselspannungen, Röhrenersatzbilder der Triode.- 3.1.4 Pentoden.- 3.1.5 Berechnung einzelner einfacher Verstärkerstufen.- 3.1.6 Untere und obere Grenzfrequenz von Verstärkerstufen.- 3.1.7 Mehrstufige Verstärker.- 3.1.8 Grenzdaten.- 3.2 Transistoren.- 3.2.1 Grundlagen aus der Halbleiterphysik.- 3.2.2 Gleichstromverhalten und Kennlinienfelder des Transistors.- 3.2.3 Der Transistor als Kleinsignalverstärkerelement.- 3.2.3.1 Arbeitspunkteinstellung und Arbeitspunktstabilisierung.- 3.2.3.2 Kleinsignal-Vierpolparameter und Ersatzbilder bei niedrigen Frequenzen.- 3.2.3.3 Kleinsignal-Vierpolparameter und Ersatzbilder bei höheren Frequenzen.- 3.2.4 Berechnung einzelner Transistorverstärkerstufen.- 3.2.5 Feldeffekt-Transistoren.- 3.3 Allgemeine Probleme der Verstärkertechnik.- 3.3.1 Obere Aussteuerungsgrenze, nichtlineare Verzerrungen.- 3.3.2 Untere Aussteuerungsgrenze, Störeinflüsse.- 3.3.3 Gegenkopplung.- 3.3.3.1 Allgemeine Beschreibung gegengekoppelter Schaltungen.- 3.3.3.2 Berechnung einfacher GK-Schaltungen.- 3.3.3.3 Stabilitätsbedingungen insbesondere bei Gegenkopplung.- 3.4 Operationsverstärker.- 3.4.1 Eigenschaften des idealen Operationsverstärkers und Schaltungen mit idealen Operationsverstärkern.- 3.4.2 Statische Un Vollkommenheiten des realen Operationsverstärkers.- 3.4.3 Dynamische Un Vollkommenheiten des realen Operationsverstärkers.- Literatur.- 4 Impulstechnik.- 4.1 Lineare Impulstechnik.- 4.1.1 Lineare Formungsvorgänge.- 4.1.2 Lineare Impulsverstärkung.- 4.2 Nichtlineare Impulstechnik mit nichtspeichernden Elementen.- 4.2.1 Nichtspeichernde nichtlineare FormungsVorgänge.- 4.2.1.1 Scherung nichtlinearer Stromspannungskennlinien.- 4.2.1.2 Amplitudenfilter.- 4.2.2 Statische Betrachtung des Transistors im Schalterbetrieb.- 4.3 Nichtlineare Impulstechnik mit speichernden Elementen.- 4.3.1 Einfache Beispiele speichernder nichtlinearer Formungsvorgänge.- 4.3.2 Dynamische Eigenschaften von Halbleiterelementen.- 4.3.2.1 Dynamische Eigenschaften von Dioden.- 4.3.2.2 Dynamische Eigenschaften von Transistoren.- 4.3.3 Stabile Kippschaltungen mit Transistoren.- 4.3.3.1 Die bistabile Kippschaltung (Flipflop).- 4.3.3.2 Die monostabile Kippschaltung (Monoflop).- 4.3.3.3 Der ScHMiTT-Trigger.- 4.3.4 Der astabile Multivibrator.- Literatur.- II Nachrichtenübertragung.- 5 Sprache und Wandler.- 5.1 Spracherzeugung.- 5.1.1 Einige Eigenschaften von Sprachsignalen.- 5.2 Das Gehör.- 5.2.1 Lautstärke und Hörfläche.- 5.3 Elektroakustische Wandler.- 5.3.1 Das Mikrophon.- 5.3.1.1 Das Kondensatormikrophon und das Kristallmikrophon.- 5.3.1.2 Das Tauchspulmikrophon und das Bändchenmikrophon.- 5.3.1.3 Das Kohlemikrophon.- 5.3.1.4 Anwendung des Kohlemikrophons in der Fernsprechtechnik.- 5.3.2 Das Telefon (Hörkapsel).- 5.4 Verständlichkeit.- 5.4.1 Besistenz des Sprachsignals gegen Veränderungen.- 5.5 Wichtige technische Einrichtungen zur Sprachübertragung.- 5.5.1 Die Gabelschaltung.- 5.5.2 Der Teilnehmerapparat.- Literatur.- 6 Übertragungswege, Leitungen.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Homogene Leitungen.- 6.2.1 Sonderfälle.- 6.2.2 Beispiel einer Leitungsberechnung.- 6.3 Die Leitungsbeläge verschiedener Leitungen.- 6.3.1 Der Einfluß des Skineffektes auf die Leitungsbeläge.- 6.3.2 Die Leitungsbeläge von Freileitungen.- 6.3.3 Die Leitungsbeläge von Koaxialleitungen bei hohen Frequenzen.- 6.3.4 Einiges über symmetrische Kabel.- 6.3.4.1 Pupinleitungen.- 6.3.4.2 Phantomkreisbildung.- 6.3.4.3 Typische Daten neuerer symmetrischer Kabel.- 6.4 Wellenausbreitung auf der Leitung.- 6.4.1 Anschauliche Deutung des Reflexionsfaktors bei Leitungen.- 6.4.2 Phasen- und Gruppenlaufzeit.- 6.5 Nebensprechen.- Literatur.- 7 Modulation und Selektion.- 7.1 Allgemeines.- 7.2 Selektionskennzeichen.- 7.3 Zweck und grundsätzliche Verfahren der Modulation.- 7.4 Amplitudenmodulation (AM) eines Sinusträgers.- 7.4.1 Lineare Modulation.- 7.4.2 Demodulation bei linearer Modulation.- 7.4.3 Gewöhnliche Zweiseitenband-AM.- 7.4.4 Demodulation von Zweiseitenband-AM.- 7.4.5 Einseitenband-, Eestseitenband- und Quadratur-AM.- 7.4.6 Beeinflussung der AM durch lineare Verzerrungen.- 7.4.7 Nichtlineare Verzerrungen bei AM.- 7.4.7.1 Kreuzmodulation.- 7.4.8 Störbeeinflussung bei AM.- 7.4.9 Trägerfrequenz (TF)-Systeme für Frequenzselektion.- 7.5 Winkelmodulation.- 7.5.1 Frequenzmodulation (FM).- 7.5.2 Phasenmodulation (PM), Vergleich von Phasen- und Frequenzmodulation.- 7.5.3 Spektrum der Frequenzmodulation.- 7.5.4 Verzerrungen bei FM durch Bandbegrenzung.- 7.5.5 Frequenzmodulatoren.- 7.5.6 Frequenzdemodulatoren.- 7.5.7 Störbeeinflussung bei FM und PM.- 7.6 Pulsmodulation.- 7.6.1 Das Abtasttheorem.- 7.6.2 Übertragungsverfahren.- 7.6.3 Pulsamplitudenmodulation (PAM).- 7.6.3.1 Die Abtastfunktion.- 7.6.3.2 Die getastete Sinusschwingung.- 7.6.3.3 Abtastschaltungen.- 7.6.3.4 Demodulation von PAM.- 7.7 Selektion durch unterschiedliche Modulationsverfahren.- Literatur.- III Nachrichtenverarbeitung und Informationstheorie.- 8 Codes und Codierung.- 8.1 Analoge und digitale Darstellung.- 8.2 Allgemeine Grundbegriffe der Codierung.- 8.3 Darstellung und Übertragung von Codewörtern.- 8.4 Codes mit Codewörtern gleicher Länge.- 8.4.1 Codierung durch polyadische Zahlensysteme.- 8.4.2 Beispiele spezieller häufig verwendeter Codes.- 8.4.2.1 Codes für Digitalrechner.- 8.4.2.2 Codes für Analog-Digital-Umwandlungen.- 8.4.2.3 Schaltungen zur Analog-Digital-Umwandlung und Digital-Analog-Um- wandlung.- 8.4.3 Prüfbare und korrigierbare Codes.- 8.4.3.1 Gleichgewichtige Codes.- 8.4.3.2 Ein-Fehler-prüfbare Codes mit geradzahligem Gewicht.- 8.4.3.3 Fehler-Korrigierbarkeit durch Blocksicherung.- 8.4.3.4 Ein-Fehler-korrigierbare Codes.- 8.4.3.5 Korrigierbare Gruppencodes höherer Distanz.- 8.5 Zur Auswahl des günstigsten Codes bei Übertragungssystemen.- 8.6 Pulscodemodulation.- 8.6.1 Erzeugung von Pulscodemodulation.- 8.6.2 Demodulation von PCM-Signalen.- 8.6.3 Der Einfluß von Störungen auf PCM-Signale.- Literatur.- 9 Informationstheorie.- 9.1 Allgemeines.- 9.2 Diskrete Informationsquellen und Kanäle.- 9.2.1 Informationsgehalt diskreter Quellen statistisch unabhängiger Zeichen.- 9.2.1.1 Informationsgehalt gleichwahrscheinlicher Zeichen.- 9.2.1.2 Informationsgehalt nicht gleichwahrscheinlicher Zeichen.- 9.2.1.3 Bezogene Größen, Bedundanz, Informationsfluß.- 9.2.1.4 Redundanzsparende („optimale“) Codes.- 9.2.2 Informationsgehalt diskreter Quellen statistisch verbundener Zeichen.- 9.2.2.1 Verbundwahrscheinlichkeit und bedingte Wahrscheinlichkeit.- 9.2.2.2 Entropie diskreter Quellen statistisch verbundener Zeichen.- 9.2.3 Informationsübertragung, Kanalkapazität diskreter Kanäle.- 9.3 Kontinuierliche Informationsquellen und Kanäle.- 9.3.1 Einiges zur Beschreibung kontinuierlicher statistischer Vorgänge.- 9.3.2 Entropie kontinuierlicher Quellen.- 9.3.3 Kanalkapazität gestörter kontinuierlicher Kanäle.- 9.4 Informationstheoretische Beurteilung einiger Modulationsverfahren.- Literatur.- 10 Schaltalgebra und logische Schaltungen.- 10.1 Schaltalgebra.- 10.1.1 Grundverknüpfungen.- 10.1.2 Vollständige Beschreibbarkeit, Normalformen.- 10.1.3 VENN-Diagramme.- 10.1.4 Anzahl der möglichen Funktionen binärer Variabler.- 10.1.5 Weitere Verknüpfungsarten, insbesondere NAND und NOR.- 10.1.6 Schaltzeichen der Schaltalgebra.- 10.1.7 Die wichtigsten Sätze der Schaltalgebra.- 10.1.8 Vereinfachung logischer Schaltfunktionen.- 10.1.8.1 QumEsche Methode zur Auffindung der Primimplikanden.- 10.1.8.2 Graphische Methode nach KARNAUGH-VEITCH.- 10.1.9 Abschließende Bemerkungen zur Schaltalgebra.- 10.2 Logische Schaltungen.- 10.2.1 Allgemeiner Überblick.- 10.2.2 Logische Schaltungen mit Beiais.- 10.2.3 Logische Schaltungen mit Dioden.- 10.2.4 Logische Schaltungen mit Transistoren.- 10.2.4.1 Schaltkreistechniken mit Widerstandskopplung.- 10.2.4.2 Schaltkreistechniken mit Diodenkopplung.- 10.2.4.3 Schaltkreistechniken mit Transistorkopplung.- 10.2.4.4 Logische Schaltungen in Stromschaltertechnik.- Literatur.- 11 Theorie und Struktur digitaler nachrichtenverarbeitender Systeme.- 11.1 Allgemeine Einführung.- 11.2 Schaltnetze.- 11.2.1 Dualzahlenaddiernetz.- 11.2.2 Codewandler, Codeprüfer, Auswahlschaltungen.- 11.3 Schaltwerke.- 11.3.1 Das Zeitproblem bei der digitalen Informationsverarbeitung.- 11.3.2 Grundzüge der Automatentheorie.- 11.3.3 Analyse vorgegebener Schaltwerke.- 11.3.4 Beschreibung und Klassifizierung von Speichergliedern.- 11.3.5 Synthese einfacher Schaltwerke vom MEDWEDEW-Typ.- 11.3.5.1 Register.- 11.3.5.2 Zähler.- 11.3.6 Synthese einfacher Schaltwerke vom MOORE- und MEALY-Typ.- 11.4 Nachrichtenverarbeitende Systeme.- 11.4.1 Funktionseinheiten digitaler Universalrechner.- 11.4.2 Organisation und Arbeitsablauf im Universalrechner.- 11.4.2.1 Maschinensprache.- 11.4.2.2 Informationsfluß innerhalb des Systems.- 11.4.2.3 Einfache Programmierbeispiele.- 11.4.3 Wirkungsweise der Funktionseinheiten.- 11.4.3.1 Rechenwerk.- 11.4.3.2 Steuerwerk.- 11.4.3.3 Speicher.- 11.4.3.4 Ein- und Ausgabe.- Literatur.