Analogtechnik multimedial

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1 Analogtechnik multimedial + cb-ufh Dr.-Ing. Hermann Deitert Prof. Dr.-Ing. habil. Mathias Vogel Mit 85 Bildern, 68 Übungen mit Lösungen und einer CD-ROM Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Übersicht zur Analogtechnik - multimedial Installation der CD-ROM Aufbau und Struktur der CD-ROM Aufteilung und Darstellung der Lehrinhalte Sachgebiete Darstellung der Lehrinhalte Ergebnisbewertung Hilfesysteme Infos & Hilfen im Elektronischen Lexikon Hilfen für die Übungsaufgaben Hilfen für die Simulation 24 2 Elektronisches Lexikon Gesamtübersicht Inhalt der Sachgebiete Elektrotechnische Grundlagen Halbleiterbauelemente Verstärkertechnik Vorverstärker Leistungsverstärker Operationsverstärker ; Schwingungserzeugung Elektronische Filter Stromversorgung 45

3 8 Inhaltsverzeichnis Übungsaufgaben und Simulationspraktikum Elektrotechnische Grundlagen 48 Übung 1.1: Lineares Netzwerk; Entwurf einer Ersatzschaltung 49 Übung 1.2: Leistung, Wirkungsgrad und Anpassung im Grundstromkreis 50 Übung 1.3: Kennwerte der Sinusschwingung 51 Übung 1.4: Transformation von Spannung, Strom, Widerstand 52 Übung 1.5: Lade- und Entladevorgang beim Kondensator 53 Übung 1.6: Kabelanschluss für UKW-Empfänger Halbleiterbauelemente 55 Übung 2.1: Charakteristische Größen des pn-übergangs bei Germanium, Silicium und Galliumarsenid 56 Übung 2.2: Berechnung der Konzentrationen, der Diffusionsspannung und der Breite der Sperrschicht eines Silicium-pn-Übergangs 57 Übung 2.3: Berechnung der Kennlinien von Ge-, Si- und GaAs- Dioden 58 Übung 2.4: Temperaturabhängigkeit der Kennlinie von Silicium- Dioden 59 Übung 2.5: Kennlinienaufnahme einer pn-diode in Durchlassrichtung 60 Übung 2.6: Parallelschaltung von zwei pn-dioden zwecks Erhöhung der Strombelastbarkeit 61 Übung 2.7: Kennlinienaufnahme einer Diode in Sperrrichtung 62 Übung 2.8: Reihenschaltung von zwei pn-dioden 63 Übung 2.9: Grundstromkreis mit einer Halbleiterdiode 64 Übung 2.10: Die Kennlinie einer Z-Diode 65 Übung 2.11: Sperrschichtweite und Kapazität einer Kapazitätsdiode 66 Übung 2.12: Berechnungen zur Einzel-Lichtemitterdiode 67 Übung 2.13: Berechnungen zur 7-Segment-LED-Anzeige 68 Übung 2.14: Berechnung der Giacoletto-Ersatzschaltelemente eines Bipolartransistors 69 Übung 2.15: Berechnungen zum thermischen Verhalten von. Halbleiterbauelementen Verstärkertechnik 71 Übung 3.1: Untere Grenzfrequenz f u I Einfluss der Längskapazität, Phasenverschiebung und Dämpfung bei/, 72 Übung 3.2: Obere Grenzfrequenz/, / Einfluss der Querkapazität, Phasenverschiebung und Dämpfung bei/> 73 Übung 3.3: Verstärkerkette 74

4 Inhaltsverzeichnis Übung 3.4: Gemeinschaftsantennenanlage 75 Übung 3.5: Überlagerung zweier Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz und Phase; Entstehung nichtlinearer Verzerrungen Vorverstärker 77 Übung 4.1: Emitterschaltung mit Basisvorwiderstand an der Betriebsspannung 78 Übung 4.2: Emitterschaltung mit Basisvorwiderstand am Kollektor (AP-Stabilisierung durch Spannungsgegenkopplung) 79 Übung 4.3: Emitterschaltung mit Basisspannungsteiler 80 Übung 4.4: Emitterschaltung mit Basisspannungsteiler und Emitterwiderstand (AP-Stabilisierung durch Stromgegenkopplung) 81 Übung 4.5: Spannungsverstärker (maximale Verstärkung kleiner Signale) 82 Übung 4.6: Bestimmung des Eingangswiderstandes einer Emitterstufe 83 Übung 4.7: Bestimmung des Ausgangswiderstandes einer Emitterstufe 84 Übung 4.8: Einfluss der Arbeitspunktlage auf die Form des Ausgangssignales 85 Übung 4.9: Einfluss der Steuerungsart (Strom- oder Spannungssteuerung) auf den Aussteuerbereich Leistungsverstärker 87 Übung 5.1: A-Verstärkerstufe ohne Ausgangsübertrager: Betriebsspannung, Arbeitspunkt und Wirkungsgrad 88 Übung 5.2: A-Verstärkerstufe mit Ausgangsübertrager: Dimensionierung des Ausgangsübertragers AÜ; Leistung und Wirkungsgrad bei Anpassung 89 Übung 5.3: B-Verstärker-Endstufe mit symmetrischer Betriebsspannung: Aussteuerung, Ausgangsleistung, Gleichleistung und Wirkungsgrad bei Vollaussteuerung 90 Übung 5.4: B-Verstärker-Endstufe mit unsymmetrischer Betriebsspannung: Dimensionierung der Schaltung; Ausgangsleistung, Gleichleistung und Wirkungsgrad bei Vollaussteuerung 91 Übung 5.5: B-Verstärker-Endstufe mit symmetrischer Betriebsspannung: Ausgangsleistung, Gleichleistung, Gesamtverlustleistung und Wirkungsgrad in Abhängigkeit von dem Aussteuergrad m 92

5 10 Inhaltsverzeichnis Übung 5.6: AB-Verstärker-Endstufe mit symmetrischer Betriebsspannung: Dimensionierung der Vorspannungserzeugung zur Vermeidung von Übernahmeverzerrungen 93 Übung 5.7: B-Verstärker-Endstufe mit OPV und Gegenkopplung vom OPV-Ausgang: Dimensionierung der Schaltung Übung 5.8: B-Verstärker-Endstufe mit OPV und Gegenkopplung vom Verstärkerausgang: Dimensionierung der Gegenkopplung zur Vermeidung von Übernahmeverzerrungen :. 95 Übung 5.9: Leistungs-OPV als NF-Verstärker: Dimensionierung und Kennwerte bei unsymmetrischer Betriebsspannung Operationsverstärker 97 Übung 6.1: OPV-Kennwerte: Leerlaufverstärkung, Offsetspannung, Grenzfrequenz 98 Übung 6.2: Invertierender Verstärker 99 Übung 6.3: Nichtinvertierender Verstärker 100 Übung 6.4: Addierschaltung 101 Übung 6.5: Subtrahierschaltung 102 Übung 6.6: Integrator 103 Übung 6.7: Logarithmischer Verstärker als Dynamikkompressor Übung 6.8: Komparator 105 Übung 6.9: Konstantstromquelle Schwingungserzeugung 107 Übung 7.1: Meißner-Oszillator ;. 108 Übung 7.2: Colpitts-Oszillator '. 109 Übung 7.3: Hartley-Oszillator 110 Übung 7.4: Schwingquarz für Quarzuhr 111 Übung 7.5: Frequenzsynthesizer mit PLL Elektronische Filter 113 Übung 8.1: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 1. Ordnung 114 Übung 8.2: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 2. Ordnung mit Bessel-Verlauf (1) 115 Übung 8.3: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 2. Ordnung mit Tschebyscheff-Verlauf 116

6 Inhaltsverzeichnis 11 Übung 8.4: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 2. Ordnung mit Bessel-Verlauf (2) 117 Übung 8.5: Berechnung von Kenngrößen eines selektiven Filters Stromversorgung 119 Übung 9.1: Berechnung der Kennwerte einer Einweg- und Zweiweg-Gleichrichterschaltung 120 Übung 9.2: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit einer Z-Diode 121 Übung 9.3: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit Z-Diode und Emitterfolger 122 Übung 9.4: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit einem Längstransistor und einem Transistor-Regelverstärker 123 Übung 9.5: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit einem Längstransistor und einem OPV-Regelverstärker Berechnungshilfen und Lösungen der Übungsaufgaben Elektrotechnische Grundlagen Halbleiterbauelemente Verstärkertechnik Vorverstärker Leistungsverstärker ' Operationsverstärker Schwingungserzeugung Elektronische Filter Stromversorgung Anhang 195 Anhang A: Normwert-Reihen für Widerstände und Kondensatoren 195 Anhang B: Filterkatalog (Auszug) 196 Literaturverzeichnis 197 Sachwortverzeichnis 198