Elektronik-Praktikum-Eingangstest Lernzettel

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1 Elektronik-Praktikum-Eingangstest Lernzettel 22. Oktober 2004 Ich möchte jeden, der von dieser Liste profitiert, bitten, zu ihrer Vollständigkeit beizutragen. Wenn Dir also auffällt, dass noch etwas fehlt, was Du kannst/lernen willst, schicke bitte eine an 1 Analogelektronik Hoch/Tiefpass: Einfach als Spannungsteiler mit komplexem Widerstand betrachten (z.b. ist der Widerstand einer Spule bei hohen Frequenzen hoch, da Z = iwl) Induktivität Wellenleiter ln(r 1 /r 2 ) Kapazität Wellenleiter 1 ln(r 1 /r 2 ) Halbleiter: Leitende Elektronen im Leitungsband, Löcher im Valenzband. Materialien: Germanium, Silizium Ladungsträgerkonz. hängt stark von Temp. ab, bei hoher Temp. bessere Leitung Majoritätsladungsträger: Elektronen bei n-dotierung, Löcher bei p-dotierung (Minoritätstr. umgekehrt) Dioden: pn-übergang, leitend bei + an p 1

2 1 ANALOGELEKTRONIK 2 Zenerdioden: Betrieb bei Durchbruchspannung, zur Spannungsstabilisierung. Funktionsweise beruht auf Zenereffekt und Lawineneffekt. Zenereffekt: Lösung von gebundenen Elektronen durch hohe Feldstärke (2,7-5V). Lawineneffekt: Elektronen schlagen immer mehr Elektronen aus (> 5V ) Schottky-Diode: Vorteil: schneller Schalter, kleine Flußspannung, hohe Ströme möglich. Nachteil: kleine Sperrspannung, < 125 C Tunneldiode (Esaki-D.): keine Sperrspannung, kleine Spannungen wie Widerstand, Spannung etwas höher: Strom fällt ab. Spannung noch höher: Strom steigt wieder an. Gleichrichter (Einweg, Zweiweg, Spannungsverdoppler) Nachteil Einweg: Nur eine Halbwelle. Nachteil Zweiweg: zwei Dioden = 2*0,7V Spannungsverlust Transistor Bipolar: Leitend ab Spannung 0,7V an Basis (Pluspol bei npn, Minuspol bei pnp), CE-Strom hängt nur von BE-Strom ab (I CE = B I BE, B Verstärkung) Unipolar (Basis Gate, Collector Drain, Emitter Source) JFET: Steuerung des DS Stroms durch Gatespannung. Größter Strom bei 0V, je mehr Spannung, desto weniger DS-Strom. N- Kanal: negative Gatespannung. P-Kanal: positive Gatespannung (DS Spannung jeweils umgekehrt) MOSFET Schaltungen Anreicherungstyp, N-Kanal: Sperrung bei 0V Gatespannung, Leitend bei positiver Gatespannung Verarmungstyp, N-Kanal: Leitend bei 0V, Sperrung durch Gatespannung negativer als Sourcespannung P-Kanal: jeweils umgedreht (welcher Idiot lernt sowas auswendig? Ich sollte BWL studieren) Emitterschaltung: Verstärkung von Strom und Spannung, Invertierung von Wechselspannung (um Wechselspannung zu verstärken,

3 2 DIGITALELEKTRONIK 3 kann man die Collectorspannung auf die Basis legen nur positive Spannung), niedriger Eingangswiderstand Kollektorschaltung: Stromverstärkung, Spannung bleibt ungefähr gleich. Impedanzwandler von niedrig auf hoch Basisischaltung: Spannungsverstärkung, Strom bleibt ungefähr gleich. Impedanzwandler von hoch auf niedrig Bei allen Schaltungen: Gegenkopplung über Emitterwiderstand verringert Temp.effekte Differenzverstärker: Verstärkt Diff. der Eingangsspannungen, Gleichspannungen können genau verstärkt werden. Operationsverstärker: Verstärken Differenz zw. Eingängen. +Eingang: nicht invertierender Eingang, -Eingang: invertierender Eingang. Im Einsatz wird der Verstärker rückgekoppelt (der Ausgang wird wieder an den Eingang gelegt). Dadurch wird die Spannungsdiff. zw. den Eingängen auf Null geregelt. Schaltungen: invertierender Verstärker (Verstärkung R 1 /R 2, nicht invertierender Verstärker (Verstärkung: R 1 /R 2 + 1), Schmitt-Trigger (Sinusspannung Rechteckspannung), Integrator (Kondensator über Rückkopplungswiderstand, Integriert die Eingangspannung auf), Summierer (addiert Spannungen), Subtrahierer, Spannungsfolger (ermöglicht hohe Stromentnahme) 2 Digitalelektronik Rauschen: Widerstandsrauschen: Verursacht durch thermische Bewegung der Elektronen, P = 4K T B (K: Boltzmannk., T: Temp., B: Bandbreite) Schrotrauschen: Proportional zum Quadrat der Stromstärke und der Bandbreite (etwas unsicher) weißes Rauschen: konstante Leistungsdichte farbiges Rauschen: Gegenteil weißes Rauschen

4 2 DIGITALELEKTRONIK 4 Kippstufen monostabile Kippstufe: Impulse, die langsam ansteigen und abrupt abfallen, äußeres Signal setzt einen Zustand, nach bestimmter Zeit fällt die Schaltung zurück astabile Kippstufe (Multivibrator): Kippt zwischen zwei Zuständen hin und her, ohne das äußeres Signal anliegt bistabile Kippstufe: FlipFlop Boolesche Algebra Wahrheitstabellen: Konjunktion (und, *), Disjunktion (oder, +), NAND, NOR, EXOR, EXNOR Rechenregeln: Kommutativ, Assoziativ, Distributiv (jeweils für + und *, Distr. bei +: x 1 + x 2 x 3 = (x 1 + x 2 )(x 1 + x 3 )) De-Morgan: x 1 x 2 = x 1 + x 2, x 1 + x 2 = x 1 x 2 Schaltsymbole nach DIN KV-Diagramme: Disjunktive Normalform: Alle Einsen im Diagramm mit OR verknüpfen ergibt die ges. Funktion. Vereinfachungsregeln: benachbarte Einsen können zusammengefasst werden, da dann immer mind. eine Variable negiert und nicht negiert mit OR Verknüpft auftaucht. Zahlensysteme: Dual: negative Zahlen durch letztes Bit (most significant bit, links) codiert. (1: negativ) Zweierkomplementdarstellung: Bei negativen Zahlen invertieren und eins addieren Halbaddierer: Addiert zwei Zustände, aber kann keinen Übertrag aufnehmen Aufbau aus XOR (für die Rechnung) und AND (für den Übertrag) Volladdierer: Addiert zwei Zustände und kann dabei Übertrag aufnehmen. Logische Bauelemente DTL: Logikelemente aus Dioden und Transistoren. Schlecht, da zu hohe Energieaufnahme.

5 2 DIGITALELEKTRONIK 5 TTL: Logikelemente nur aus Transistoren. Besser als DTL. ECL: extrem schnelle Schaltzeit, aber auch extrem hohe Leistungsaufnahme CMOS: extrem niedrige Leistungsaufnahme, abhängig von Umschalthäufigkeit, festlegbare Betriebsspannung von 3-15V, alle Eingänge müssen beschaltet werden. SMD: Werden direkt auf die Platine gelötet, ohne Löcher. Flip-Flops RS-FlipFlop: Zwei Eingänge (R,S), Zwei Ausgänge (Q 1, Q 2 ). S=1, R=0: Setzen (Q 1 = 1, Q 2 = 0) S=0, R=1: Rücksetzen (Q 1 = 0, Q 2 = 1) S=0, R=1: Speichern S0=1, R=1: Undef. Zustand, zufälliges Ergebnis D-FlipFlop: R-Eingang mit S-Eingang per Negation verbunden kein undef. Zustand mehr Taktgesteuert: Takt 1: Setzen/Rücksetzen (1 am Eingang: Setzen), Takt 0: Speichern JK-FlipFlop: Wie RS-FlipFlop, aber Taktgesteuert (bei Takt 0: immer Speichern), bei R=1,S=1: Wechseln des Zustands (Toggeln) Master-Slave-FlipFlop: Taktgesteuertes FlipFlop: Bei Takt 1 wird gespeichert und erst bei Takt 2 wieder ausgegeben (komplementäre Verriegelung). Aufbau: zwei Verbundene JK-FlipFlops, deren Takteingang durch Negierung verbunden ist. AD-Wandler Parallelverfahren: Vergleich mit Referenzspannungen 2 n Komparatoren, ein Schritt (n: Anzahl der aufzulösenden Bit), schnell Wägeverfahren (sukzessive Approximation): Fallunterscheidung ob größer oder kleiner als Referenzspannung, setzen der ersten Stelle, wiederum Vergleich, etc. n Referenzspannungen, n Schritte, mittelschnell Zählverfahren: Abzählung, wie oft man Referenzspannung addieren muss, um Meßspannung er erhalten. 2 n Schritte, eine Referenzspannung, langsam