Inhalt. 1 Elektrischer Strom Der unverzweigte Gleichstromkreis Seite 1 von 9

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1 Inhaltsverzeichnis des Buches Grundwissen Elektrotechnik, Franzis-Verlag 6. Auflage, April 2011, ISBN Copyright Leonhard Stiny, alle Rechte vorbehalten Inhalt 1 Elektrischer Strom Der Aufbau der Materie Stoffe Stoffgemische Reinstoffe Verbindung Molekül Element Atom Zusammenfassung: Stoffe Beispiel zur Zerlegung der Materie Denkmodell für Atom und Molekül Der Atombau Das Bohr'sche Atommodell Beispiele für Atome Zusammenfassung: Der Atombau Der elektrische Strom Elektrische Ladung Elektrischer Strom Nichtleiter, Leiter und Halbleiter Widerstand und Leitfähigkeit Elektrische Spannung Zusammenfassung: Der elektrische Strom Halbleiter Elektrizitätsleitung in festen Stoffen (Wiederholung) Elektrizitätsleitung in reinen Halbleitern (Eigenleitung) Elektrizitätsleitung in dotierten Halbleitern (Störstellenleitung) Zusammenfassung: Halbleiter Der unverzweigte Gleichstromkreis Größen im Gleichstromkreis Allgemeines zu physikalischen Größen und Einheiten Die Größe für den elektrischen Strom Die Größe für die elektrische Spannung Die Größe für den elektrischen Widerstand Zusammenfassung: Größen im Gleichstromkreis Das Ohm sche Gesetz Aussage des ohmschen Gesetzes Rechnen mit dem ohmschen Gesetz Grafische Darstellung des ohmschen Gesetzes Zusammenfassung: Das ohmsche Gesetz Seite 1 von 9

2 2.3 Definitionen Gleichstrom, Gleichspannung, Wechselstrom, Wechselspannung Verbraucher Reihenschaltung Parallelschaltung Unverzweigter und verzweigter Stromkreis Schaltzeichen und Schaltbild Werte von Strömen und Spannungen in Schaltbildern Angabe der Spannungen unter Bezug auf Masse (als Potenzial) Angabe der Spannungen mit Zählpfeilen Angabe von Strömen in Schaltbildern Erzeuger- und Verbraucher- Zählpfeilsystem Kurzschluss Passive Bauelemente Aktive Elemente Zusammenfassung: Definitionen Arbeit und Leistung Elektrische Arbeit Elektrische Leistung Wirkungsgrad Die Stromdichte Lineare Bauelemente im Gleichstromkreis Definition des Begriffes»linear« Der ohmsche Widerstand Wirkungsweise des Widerstandes Spezifischer Widerstand Verwendungszweck von Widerständen Strombegrenzung durch einen Vorwiderstand Aufteilung einer Spannung Aufteilung des Stromes Widerstand als Bauelement Festwiderstände Veränderbare Widerstände Spezielle Widerstände Zusammenfassung: Der ohmsche Widerstand Der Kondensator Wirkungsweise des Kondensators Größe für die Kapazität Plattenkondensator Dielektrikum Verwendungszweck von Kondensatoren Stützen von Spannungen Glättung von Spannungen Trennen von Gleich- und Wechselspannung Entstörung mittels Kondensatoren Kondensator als Bauelement Festkondensatoren Veränderbare Kondensatoren Kenngrößen von Kondensatoren Nennspannung Kapazitätstoleranz Kapazitätsänderung Ersatzschaltbild Elektrisches Feld Seite 2 von 9

3 3.3.9 Zusammenfassung: Der Kondensator Die Spule Grundlagen des Magnetismus Zusammenfassung: Grundlagen des Magnetismus Elektromagnetismus Wirkungsweise der Spule Magnetwirkung des Stromes Induktion Kraft auf stromdurchflossene Leiter Selbstinduktion Induktivität Induktive Kopplung Induktiver Widerstand Aufbau der Spule Luftspule Spule mit Kern Verwendungszweck von Spulen Verwendung von Spulen im Gleichstromkreis Verwendung von Spulen im Wechselstromkreis Spule als Bauelement Feste Induktivität Veränderliche Induktivität Kenngrößen von Spulen Magnetische Kreise Zusammenfassung: Die Spule Gleichspannungsquellen Primärelemente (galvanische Elemente, Batterien) Wirkungsweise des galvanischen Elements Batterien Sekundärelemente (Akkumulatoren) Der Bleiakkumulator Nickel-Cadmium-Akkumulatoren Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen- Akkumulatoren Technische Eigenschaften von Akkumulatoren Netzgeräte Störungsfreie Versorgung mit Gleichspannung Die belastete Gleichspannungsquelle Ersatzspannungsquelle Ermittlung des Innenwiderstandes Kurzschlussstrom Leerlauf Anpassungen Spannungsanpassung Stromanpassung Leistungsanpassung Ersatzstromquelle Zusammenfassung: Gleichspannungsquellen Berechnungen im unverzweigten Gleichstromkreis Reihen- und Parallelschaltung von Zweipolen Reihenschaltung von ohmschen Widerständen Reihenschaltung von Kondensatoren Reihenschaltung von Spulen Seite 3 von 9

4 5.5 Reihenschaltung von Gleichspannungsquellen Reihenschaltung von Widerständen, Kondensatoren und Spulen Zusammenfassung von Bauelementen Reihenschaltung von Kondensator und R oder L Reihenschaltung einer Spule mit R oder C Reihenschaltung in der Praxis Ersatz von Bauteilen Vorwiderstand Spannungsabfall an Leitungen Spannungsteiler Zusammenfassung: Berechnungen im unverzweigten Gleichstromkreis Messung von Spannung und Strom Voltmeter und Amperemeter Erweiterung des Messbereiches eines Voltmeters Indirekte Messung von Widerstand und Leistung Schaltvorgänge im unverzweigten Gleichstromkreis Schaltvorgang beim ohmschen Widerstand Widerstand einschalten Widerstand ausschalten Schaltvorgang beim Kondensator Kondensator laden (einschalten) Kondensator ausschalten Kondensator entladen Exponentialfunktion von Spannung und Strom Schaltvorgang bei der Spule Spule einschalten Spule ausschalten (mit Abschalt-Induktionsstromkreis) Spule ausschalten (ohne Abschalt-Induktionsstromkreis) Zeitverlauf von Spannung und Strom Zusammenfassung: Schaltvorgänge im unverzweigten Gleichstromkreis Der verzweigte Gleichstromkreis Die Kirchhoff schen Gesetze Die Knotenregel (1. Kirchhoff sches Gesetz) Die Maschenregel (2. Kirchhoff sches Gesetz) Berechnung von Parallelschaltungen Parallelschaltung von ohmschen Widerständen Die Stromteilerregel Parallelschaltung von Kondensatoren Parallelschaltung von Spulen Parallelschaltung von Gleichspannungsquellen Parallelschaltung in der Praxis Ersatz von Bauteilen Erweiterung des Messbereiches eines Amperemeters Der belastete Spannungsteiler Berechnung des belasteten Spannungsteilers Gemischte Schaltungen Stern-Dreieck- und Dreieck-Stern-Umwandlung Umwandlung von Quellen Analyse von Netzwerken Die Maschenanalyse Die Knotenanalyse Seite 4 von 9

5 8.7.3 Der Überlagerungssatz Der Satz von der Ersatzspannungsquelle Bestimmung des Innenwiderstandes eines Netzwerkes Vierpole Zusammenfassung: Der verzweigte Gleichstromkreis Wechselspannung und Wechselstrom Grundlegende Betrachtungen Entstehung der Sinuskurve Kennwerte von Wechselgrößen Periodendauer Frequenz Kreisfrequenz Wellenlänge Amplitude Spitze-Spitze-Wert Effektivwert Gleichrichtwert (M) Phase Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung Zusammenfassung: Kennwerte von Wechselgrößen Zeigerdarstellung von Sinusgrößen Zusammensetzung von Wechselspannungen Oberschwingungen Fourierreihen (M) Beispiel zur Fourier-Analyse (M) Bedeutung der Fourier-Analyse Störungen Nicht sinusförmige Vorgänge in linearen Schaltungen Klirrfaktor Komplexe Darstellung von Sinusgrößen Grundbegriffe der komplexen Rechnung Rechenregeln für imaginäre Zahlen Rechenregeln für komplexe Zahlen Vorteil komplexer Zahlen Sinusförmige Wechselspannung in komplexer Darstellung Der komplexe Widerstand Zusammenfassung: Komplexe Darstellung von Sinusgrößen Einfache Wechselstromkreise Ohm scher Widerstand im Wechselstromkreis Spule im Wechselstromkreis Kondensator im Wechselstromkreis Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Spule Komplexe Frequenz»s« Anwendung von s bei der RL-Reihenschaltung Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Kondensator RC-Reihenschaltung in der Praxis Die Übertragungsfunktion Verstärkungsmaß, Dezibel Bodediagramm Dämpfung Grenzfrequenz Seite 5 von 9

6 Normierte Übertragungsfunktion Der RC-Tiefpass Bodediagramme mit Mathcad Filterung eines gestörten Sinussignals Der RC-Hochpass Reihenschaltung aus Spule, Widerstand und Kondensator Parallelschaltung aus Widerstand und Spule Parallelschaltung aus Widerstand und Kondensator Zusammenfassung: Einfache Wechselstromkreise Ersatzschaltungen für Bauelemente Die elektrische Leitung Widerstand mit Eigenkapazität und Eigeninduktivität Verluste in Spulen Wicklungsverluste Verluste durch den Skineffekt Hystereseverluste Wirbelstromverluste Verluste im Kondensator Zusammenfassung: Ersatzschaltungen für Bauelemente Leistung im Wechselstromkreis Reine Wirkleistung Reine Blindleistung Wirk- und Blindleistung Scheinleistung Blindleistungskompensation Zusammenfassung: Leistung im Wechselstromkreis Transformatoren (Übertrager) Grundprinzip Transformator mit Eisenkern Der verlustlose streufreie Transformator Transformation der Spannungen Transformation der Stromstärken Transformation des Widerstandes Der verlustlose Übertrager mit Streuung Der reale Transformator Übertrager zwischen ohmschen Widerständen Spezielle Ausführungen von Transformatoren Zusammenfassung: Transformatoren (Übertrager) Schwingkreise Reihenschwingkreis ohne Verluste Reihenschwingkreis mit Verlusten Parallelschwingkreis ohne Verluste Parallelschwingkreis mit Verlusten Zeitverhalten elektrischer Schwingkreise Grundsätzliche Kopplungsarten Galvanische Kopplung Induktive Kopplung Kapazitive Kopplung Fußpunktkopplung Seite 6 von 9

7 15.7 Bandfilter Kopplungsarten bei Bandfiltern Transformatorische Kopplung Induktive Kopplung mit Koppelspule Kapazitive Kopfpunktkopplung Kapazitive Fußpunktkopplung Zusammenschaltung von Schwingkreisen LC-Bandpass LC-Bandsperre Zusammenfassung: Schwingkreise Mehrphasensysteme Erzeugung von Drehstrom Sternschaltung des Generators Dreieckschaltung des Generators Verbraucher im Drehstromsystem Sternschaltung des Verbrauchers mit Mittelleiter Sternschaltung des Verbrauchers ohne Mittelleiter Dreieckschaltung des Verbrauchers Leistung bei Drehstrom Zusammenfassung: Mehrphasensysteme Analyse allgemeiner Wechselstromnetze Halbleiterdioden Der pn-übergang ohne äußere Spannung Der pn-übergang mit äußerer Spannung Äußere Spannung in Durchlassrichtung Äußere Spannung in Sperrrichtung Vollständige Kennlinie eines pn-übergangs Eigenschaften von Dioden Die ideale Diode Die reale Diode Ersatzschaltungen der Diode Kennwerte von Dioden Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie Diode und Verlustleistung Arten von Dioden Universaldioden Spezialdioden Schottkydiode (hot carrier-diode) Gunndiode PIN-Diode Kapazitätsvariationsdiode Tunneldiode Fotodiode Lumineszenzdiode Z-Diode (Zener-Diode) Suppressor-Dioden Arbeitspunkt und Widerstandsgerade Anwendungen von Dioden Gleichrichtung von Wechselspannungen Schutzdiode Eingangsschutzschaltung Seite 7 von 9

8 Dioden in der Digitaltechnik Begrenzung einer Wechselspannung Stabilisierung kleiner Gleichspannungen Zusammenfassung: Halbleiterdioden Bipolare Transistoren Definition und Klassifizierung von Transistoren Aufbau des Transistors Richtung von Strömen und Spannungen beim Transistor Wirkungsweise Die drei Grundschaltungen des Transistors Betriebsarten Kennlinien des Transistors Eingangskennlinie Ausgangskennlinie Steuerkennlinie Vierquadranten-Kennlinienfeld, Arbeitspunkt, Lastgerade Die Stromverstärkung α, β und γ Abhängigkeiten der Stromverstärkung Wahl des Arbeitspunktes Die Grundschaltungen im Detail Die Emitterschaltung Eingangsimpedanz Ausgangsimpedanz Wechselspannungsverstärkung Leistungsverstärkung Verhalten bei hohen Frequenzen Die Basisschaltung Eingangsimpedanz Ausgangsimpedanz Wechselspannungsverstärkung Leistungsverstärkung Verhalten bei hohen Frequenzen Die Kollektorschaltung Eingangsimpedanz Ausgangsimpedanz Wechselspannungsverstärkung Leistungsverstärkung Verhalten bei hohen Frequenzen Rückkopplung Emitterstufe mit Gegenkopplung Ersatzschaltungen des Transistors Die formale Ersatzschaltung Die physikalische Ersatzschaltung Spezielle Schaltungen mit Bipolartransistoren Darlington-Schaltung Bootstrap-Schaltung Kaskodeschaltung Konstantstromquelle Differenzverstärker Selektivverstärker Oszillatoren Der Transistor als Schalter Schalttransistor im Sperrzustand Schalttransistor im Durchlasszustand Seite 8 von 9

9 Dynamisches Schaltverhalten Verkürzung der Schaltzeiten Beispiele für die Anwendung von Schalttransistoren Schalten einer Last Astabile Kippschaltung (Multivibrator) Monostabile Kippschaltung (Univibrator, Monoflop) Bistabile Kippschaltung (Flipflop) Schmitt-Trigger Transistoren in der Digitaltechnik Kodes, Logische Funktionen, Schaltalgebra Schaltungstechnische Realisierung der logischen Grundfunktionen Zusammenfassung: Bipolare Transistoren Feldeffekt-Transistoren Bezeichnungen und Klassifizierung Sperrschicht-FET mit n-kanal Aufbau und Arbeitsweise Kennlinien und Arbeitsbereiche Schaltungstechnik mit FETs (Beispiele) Verstärkerbetrieb Sourceschaltung Gateschaltung Drainschaltung Verstärkung mit Gegenkopplung Betrieb als steuerbarer Widerstand Konstantstromquelle mit FET Der FET als Schalter Zusammenfassung: Feldeffekt-Transistoren Operationsverstärker Interner Aufbau von Operationsverstärkern Eigenschaften des Operationsverstärkers Leerlaufverstärkung Übertragungskennlinie Gleichtaktaussteuerung Offsetspannung Frequenzverhalten Sprungverhalten Betriebsarten Grundschaltungen, Anwendungsbeispiele Nicht invertierender Verstärker Invertierender Verstärker Impedanzwandler (Spannungsfolger) Differenzverstärker (Subtrahierer) Addierer (Summierer) Differenzierer Integrierer Spannungskomparator Aktive Filter Zusammenfassung: Operationsverstärker Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis Seite 9 von 9