Elektrotechnik fur Informatiker

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1 Leitfaden der Informatik Reinhold Paul Elektrotechnik fur Informatiker

2 Leitfaden der Informatik Herausgegeben von Prof. Dr. Bernd Becker, Freiburg Prof. Dr. Friedemann Mattern, ZOrich Prof. Dr. Heinrich MOiler, Dortmund Prof. Dr. Wilhelm Schafer, Paderborn Prof. Dr. Dorothea Wagner, Karlsruhe Prof. Dr. Ingo Wegener, Dortmund

3 Reinhold Paul Elektrotechnik fur Informatiker mit MATLAB und Multisim Teubner B. G. Teubner Stuttgart Leipzig Wiesbaden

4 Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet Ober < abrufbar. Prof. Dr. Reinhold Paul Geb in Zwickau, Studium der Elektrotechnik TH Dresden, Promotion 1961, Habilitation 1964, 1965 Berufung zum o. Professor for Elektronische Bauelemente/Mikroelektronik an die TH Chemnitz, 1972 Prof. for Elektronik, Verkehrshochschule Dresden, 1983 Gastaufenthalt RWTH Aachen und TU MOnchen, 1985 Prof. for Mikroelektronik TU Hamburg-Harburg. Lehrgebiete HalbleitertechnikiMikroelektronik, Schaltungsentwurf. Ab 1964 entstanden mehrere LehrbOcher und Monographien zu den Themenbereichen Halbleiterbauelemente, Mikroelektronik und Grundgebiete der Elektrotechnik. 1. Auflage Mai 2004 Aile Rechte vorbehalten B. G. Teubner Verlag I GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004 Der B. G. Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. Das Werk einschlieblich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschotzt. Jede Vervvertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulassig und strafbar. Das gilt insbesondere for Vervielfaltigungen, Obersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dorften. Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. ISBN-13: e-isbn-13: : /

5 Vorwort Der vorliegende Text entsprang dem Anliegen, Informatikem, aber auch Studenten solcher Fachrichtungen wie Maschinenbau, Verfahrens- und Messtechnik, Physik und selbst Elektrotechnik eine Einfiihrung in Gleich- und Wechse1stromnetzwerke, Signale und Systeme, elektrische und magnetische Felder sowie e1ektronische Grundlagen zu geben. Inhalt und Umfang der Schwerpunkte entsprechen weitgehend den inhalt1ichen und zeitlichen Vorgaben einer Vorlesung "Grundgebiete der ElektrotechnikiElektronik", wie sie durchweg an allen Universitaten und Fachhochschulen fiir unterschiedlichste Studiengange gehalten wird. Der Zie1stellung gemab wurden der Stoff auf wirkliche Grundlagen beschrankt, die Voraussetzungen an mathematischen Kenntnissen minimiert und dafiir Anschaulichkeit, Anwendungsbezogenheit und vor all em die Anreize zum Selbststudium erhoht. Das Buch stellt eine griindliche Neufassung eines bewahrten Vorgangers "Elektrotechnik und Elektronik fiir Informatiker, Bd. 1" in mehrerer Hinsicht dar: Straffung und komplette Uberarbeitung des Textes, eingehendere Aufnahme der Signaleund Systeme (zeitkontinuierlich und zeitdiskret) sowie der F ourier-, Laplace-und Z-Transformationen und ihrer Anwendungen. Letztere haben fiir die analoge und digitale Signalverarbeitung heute grobte praktische Bedeutung. Eine weitere, entscheidende padagogische Verbesserung betrifft - neben den bewahrten Lemhilfen, Ubungsaufgaben und Losungen - den Einbezug von PC und der Computerprogramme MATLAB und Multisim. Die Grunde dafiir erschienen mir vielfaltig: - das Programm Multisim 2001lElectronics Workbench geht auf Anregungen des Kanadischen Kultusministeriums (1998) zur Schaffung eines virtuellen Elektroniklabors zuruck und stellt ein exzellentes Werkzeug dar, mit dem Spicebasierte Simulationen in einer natiirlichen Laborumgebung mit Messinstrumenten, Generatoren und Oszillographen u.a. durchgefiihrt werden konnen. Es ist zudem leicht erlembar. Die Schaltungssimulation gehort aber heute zu den Standardwerkzeugen in der ElektrotechniklElektronik und vieler angrenzender Gebiete. das Programm MATLAB (und SIMULINK) ist heute weltweit Standard. Es bietet neben ausgezeichneten numerischen Fahigkeiten im Bereich der Mathematik mit seinen Toolboxen und Blocksets eine Hille von Werkzeugen fiir unterschiedlichste Problemstellungen der Signal- und Systemverarbeitung, der Signaltransformationen und vielfaitigen Anwendungsgebieten wie Regelungstechnik, Bildverarbeitung, Kommunikationstechnik u.v.a.m. Beide Programme kommen in Folgelehrveranstaltungen der Ausbildung ohnehin zum Einsatz, daher schien der Einbezug bereits in die Grundausbildung sinnvoll. Von beiden Programmen gibt es sehr leistungsfahige Studentenversionen (Bezugsque1- len finden sich im Anhang B) mit sehr gutem Preis-lLeistungsverhaltnis. Der PC gehort heute zum Arbeitsinstrument des Elektrotechnikers wie vormals Rechenschieber, GroBcomputer und Taschenrechner. Natiirlich lassen sich die Grundlagen der Elektrotechnik auch ohne Nutzung des PC's erlernen, Generationen von Elektrotechnikem haben das bisher bewiesen. Deshalb wurde da-

6 6 Vorwort rauf geachtet, dass das Stoffgebiet mit dem vorliegenden Buch grundsatzlich auch ohne Computer bewaltigt werden kann. Zahlreiche Lernhilfen, Ubungsaufgaben und Losungen unterstiitzen dabei. Man wird aber - vor allem durch das virtue lie Elektroniklabor mit Multisim - sehr schnell feststellen, dass sich viele Ubungsaufgaben am PC nicht nur schneller losen lassen, sondern imch HandlOsungen sehr bequem kontrolliert werden konnen. Daher wurden im Text an vielen Stellen unter der Notation "PC" Computeranwendungen und Hinweise auf ausfuhrlicher im Anhang B durchgefiihrte Computerbeispiele eingebaut. Dadurch wird einerseits die Stoffdarbietung nicht zu stark zersplittert, andererseits lassen sich die Beispiele ausfuhrlich genug erklaren - unterstiitzt durch zahlreiche Bildschirmkopien, Hinweise zur Programmbedienung und im FaIle von MATLAB eine Hille vorbereiteter sog. M- Files: das sind kleine Programme, die den Ablauf der jeweiligen Aufgabe steuern. Die gewahlten Beispiele sind typische Problemstellungen der Elektrotechnik und bieten viewiltig Raum fur eigene Abwandlungen und Erweiterungen. Nach dem gleichen Grundkonzept wird der Band 2 "Elektronik fur Informatiker mit MATLAB und Multisim!Electronics Workbench" die elektronischen Grundlagen der analogen und digitalen Schaltungstechnik und ihrer Anwendungen umfassen. Mein besonderer Dank gilt Frau Naomi Fernandes von der Firma The MathWorks (USA), in der MATLAB (und SIMULINK) entwickelt werden ( fur die freundliche Bereitstellung der neuesten Software und Herrn Dr. A. Goser (Firma Scientific-Computing, Filiale Mlinchen, Vertrieb fur Deutschland und 6sterreich), der mir mit Rat und Tat in technischen Problemen wahrend der Verwirklichung der Beispiele im Buch zur Verfugung stand. GleichermaBen danke ich nachdrlicklich der Firma Electronics Workbench Europe (The Netherlands, hat mich nicht nur mit der neuesten Version des Programms Multisim zur Erarbeitung der Beispiele und dem Folgetyp Multisim 7 versorgt, sondem auch in zahlreichen Detailfragen schnelle Unterstiitzung gewahrt. Die Beispiele lassen sich auch mit der Version Multism 7 verifizieren. Nicht zuletzt schulde ich grobe Dankbarkeit dem Verlag B.G.Teubner Stuttgart-Leipzig-Wiesbaden und dort Herrn Dr. Spuhler fur das Verstandnis der Projektgestaltung und die gute Zusammenarbeit, ebenso Frau Laux und Herrn Sandten fur eine Reihe nlitzlicher Hinweise und die gute Manuskriptbetreuung in der Realisierungsphase. Wie immer stand mir einer der Herausgeber der Reihe "Leitfaden der Informatik", Herr Prof. K. Waldschmidt, mit mancherlei Vorschlagen zur Seite, insbesondere hat auch Herr Dipl. Inf. W. Heupke (lw. Goethe-Universitat Frankfurt) als "erster Leser" mit grobem Engagement manchen niitzlichen Hinweis gegeben. BeiderTextgestaltung habe ich weitgehend versucht, die DlN-Richtlinien einzuhalten, dennoch mussten Zugestandnisse an die Einbindung libernommener Bilder, die Eigenheiten der Einzelprogramme und schlieblich auch die unterschiedlichen Grafikeinbindungen gemacht werden, was bei Beitragen mehrerer Programme zu einem Manuskript wohl unausbleiblich ist. Mit dies em Buch hoffe ich, einen Beitrag zur Nutzung von Multsim und MATLAB in der Grundausbildung Elektrotechnik an Hoch- und Fachschulen, der industr. Praxis und Weiterbildung zu leisten. Unzulanglichkeiten bleiben dabei natiirlich nicht aus und ich bin fur Anregungen, Fehler- und Verbesserungshinweise jederzeit offen ( paul@tu-harburg.de). Reinhold Paul Hamburg, Marz 2004

7 Hinweise zur Arbeit mit dem Lehrbuch, Studienmethodik Wohl kaum ein Bereich der Technikwissenschaften baut auf einem Teilgebiet der Physik - dem Elektromagnetismus - so systematisch und anwendungsorientiert auf wie die Elektrotechnik. Die Folgen sind nicht nur ein geschlossenes System von GesetzmiiBigkeiten, sondem gleichzeitig auch ihre UnterstUtzung durch ein Geriist mathematischer Methoden. Das fiihrt einerseits durch die enorme Anwendungsbreite der Elektrotechnik zu einem groben Stoffumfang, andererseits ist das Gebiet durch seine mathematische Durchdringung sehr gut durchschaubar und vor allem erlembar. Urn Letzteres moglichst rationell durchftihren zu konnen, dienen die folgenden Hinweise. Stoffstrukturierung. Die Aneignung des Stoffes erfordert ein intensives Selbststudium vor allem mit Papier und Schreibgeriit, aber auch ein Computer kann eine wertvolle Hilfe sein. Zielsetzungen sind das Versmndnis und die Erlemung wichtiger physikalischer Sachverhalte, Definitionen und GesetzmaBigkeiten sowie der Losungsstrategien fur typische Problemstellungen. Zum Erkennen der Schwerpunkte wurden jedem Abschnitt Lernziele als Orientierung vorangestellt. Durch Beantwortung von Fragen und die Losung von Ubungsaufgaben am Ende des Abschnittes kann der jeweilige Lemfortschritt uberpriift werden. Technik des Lernens. Die Erarbeitung des Stoffes ist ein mehrstufiger Prozess. Zunachst sollte man einen Teilabschnitt durchlesen und Notizen anfertigen (wichtige Definitionen, GesetzmaBigkeiten, grafische Zusammenbange, Regel ~... 1 Seite pro 10 Seiten Text). AnschlieBend versuchen Sie an Hand dieses Exzerptes durch Nachdenken und verstehendes Erlemen dieses Geriistes den Inhalt eigensmndig zu formulieren und ev. auch schon die eine oder andere Aufgabe zu losen und Fragen zu beantworten. Dabei wird es Lucken geben, Grund flir eine anschliebende repetierende Phase intensiver Durcharbeit: - Systematische Wiederholung der Schwerpunkte eines Teilabschnittes (in Verbindung mit denjeweiligen Lernzielen), - begleitende Losung von Ubungsaufgaben, Abwandlung der Aufgaben, - Ergiinzung des angefertigten Exzerptes, - inhaltsorientiertes Einpragen der oft eingefligten Losungsstrategien, z.b. fur die Zweipoltheorie u.a. Verfahren. Suchen Sie in dieser Phase auch die Diskussion mit Kommilitonlnnen. Sie erkennen dabei rasch Ihre Lucken und Smrken. Am Ende dieser Phase werden Sie die Lernziele grobtenteils erreicht haben und die Mehrzahl der Ubungen einigermaben losen konnen. Huten sollten Sie sich vor blobem Auswendiglemen moglichst vieler Formeln, oder etwa davor, zu einer Aufgabe die "passende" Formel zu rmden. 1m Vordergrund steht vielmehr der jeweilige physikalisch-elektrotechnische Prozess, also das "elektrotechnische Weltbild". Dieses schrittweise begreifen, nutzen und anwenden zu lemen, ist das Lernziel. Urn es moglichst gut zu erreichen, schliebt sich eine Vertiefimgsphase an: - Nehmen Sie fur noch nicht verstandene Detailprobleme auch andere LehrbUcher und Aufgabensammlungen zur Hand und suchen Sie gezielt nach dem Problem. Losen Sie weitere Aufgaben. - Suchen Sie in Einzelfragen Kontakt zu Ubungsleitem und Lehrpersonen.

8 8 Hinweise zur Arbeit mit dem Lehrbuch, Studienmethodik Arbeiten Sie den Teilabschnitt im Lehrbuch in Verbindung mit Ihren Notizen nochmals durch, runden Sie letzteres ab (Skizzen, Stichworte). Dieses so entstandene Nachschlageblatt sollten Sie auch spater von Zeit zu Zeit repetieren, urn das Stoffverstandnis langjristig zu erhalten. Es ist auch eine gute Grundlage flir Priifungsvorbereitungen. Sie werden jetzt feststellen, dass Sie die Zielstellungen des Abschnitts in ihren Notizen wiederfinden, die Elektrotechnik plotzlich viel einfacher wird und Sie bereits iiber ein verstandenes Stoffskelett verfligen. Die mathematische Formulierung der Gesetze ist dann die einfachste und verstandlichste Form. Wachst Ihre Neugier auf den nachsten Teilabschnitt, so war die Lernmethodik erfolgreich. In einer anschliebenden Phase sollten Sie am Computer arbeiten und sich folgende Ziele setzen: - Vertraut werden mit den beiden Programmen - Nachvollziehen der zum jeweiligen Abschnitt angegebenen Computerbeispiele (dabei gibt es einfachere und kompliziertere) - eigenstandiges Losen der im Text angeflihrten Aufgaben und Computerprobleme. Studienhinweise. Die anwendungsbereite Aneignung der elektrotechnischen Grundlagen schliebt zwei Phasen ein: die Teilnahme an der Lehrveranstaltung und das Selbststudium: In der Lehrveranstaltung flihrt der aufmerksame Horer gleichzeitig drei Funktionen aus: ZuhOren, Mitdenken und stichwortartiges Mitschreiben (durch Auswahl von Schwerpunkten). Unverbindliches ZuhOren und blobes Mitschreiben erfiillen die Funktion der Wissensvermittlung nicht! Unverstandene Probleme sollten sofort angemerkt werden. Wiinschenswert ist es, sich auf eine Lehrveranstaltung vorzubereiten: Vorlernen verkiirzt Nachlernen (doch das wird wohl stets Wunschdenken bleiben). Zur anwendungsbereiten Erlernung eines Stoffgebietes reicht die Lehrveranstaltung erfahrungsgemab nicht aus, vielmehr ist das Selbststudium der eigentlich kreative Teil des Studiums. Dabei will Ihnen das Lehrbuch eine Hilfe sein. Das Selbststudium dient - der Verarbeitung und "Speicherung" des Stoffgebietes, zur Erlernung von Fahigkeiten und Fertigkeiten, der Aneignung allgemeiner Strategien und Methoden als Voraussetzung eigener Kreativitat und der Herausbildung einer effektiven Arbeitsmethodik. Akzentuierung des Lehrstoffes. Die Stoffdarlegung versucht, dem Lernenden nicht nur den Stoff gezielt zu vermitteln, sondern ihm vor allem beim Selbststudium Unterstiitzung zu geben: - Ziele wei sen auf die zu erarbeitenden Kenntnisse des betreffenden Abschnittes hin, wichtige Aussagen sind optisch (Balken) hervorgehoben und Unterpunkte strukturiert dargestellt, eingefligte L6sungsstrategien bieten in straffer Form "Kochrezepte" zur Behandlung typischer Problemstellungen, zahlreiche Beispiele und Bilder dienen der Veranschaulichung und GroBenfindung, strukturierte ZusammenJassungen bilden das eigentliche Exzerpt des Textes, - Fragen dienen der Kontrolle des Lernfortschrittes. Sie sollten nach Durcharbeit des betreffenden Teils problemlos beantwortet werden konnen. Ein kritischer Gradmesser der Stoftbeherrschung ist die Fahigkeit zur Losung von Ubungsaufgaben. Dabei sind unterschiedliche Schwierigkeitsgrade vorgesehen. Sie beherrschen den Stoff im groben und ganzen, wenn die Mehrzahl der Aufgaben problemlos gelost werden kann.

9 Hinweise zur Arbeit mit dem Lehrbuch, Studienmethodik 9 VorschHige fur ein effektives Selbststudium. Da die Zeit fiir das Selbststudium nie reichlich vorhanden ist, sollte sie so effektiv wie maglich genutzt werden. Dazu gehoren - neben dem Leistungswillen - vor allem eine rationelle Arbeitstechnik, die Kenntnis der eigenen physischen Besonderheiten bei der wissenschaftlichen Arbeit, eine Arbeitsatmosphare (Ruhe, Konzentration) und vor allem Schreibgerate, Papier und ggf. der Computer. Ein Selbststudium ohne intensive Nutzung von Papier und Stift bleibt verlorene Zeit. Abzulehnen ist auch eine nochmalige Erarbeitung einer "sauberen" Nachschrift, blobes Durchlesen von gedrucktem Material, gedankenloses Unterstreichen oder zielloses Auswendiglernen von Stoff oder Formeln. Obwohl das Selbststudium ein sehr individueller Prozess ist, haben sich doch einige allgemeine Schritte bewahrt: a) Kennenlernen und Durcharbeit des Stoffes. Lesen Sie in Verbindung mit dem Vorlesungsmaterial die Zielstellungen eines Abschnittes und den betreffenden Stoff des Lehrbuchs (ohne Beispiele und Aufgaben), urn zunachst einen Uberblick des Teilgebiets zu gewinnen. b) Erarbeitung des Stoffes. 1m nachsten Schritt wiederholen Sie die Zielsetzungen und beginnen dann, den Stoff absatzweise intensiv zu durchdenken. Dabei sol1ten skizzenartige Notizen (wichtige Gleichungen und deren Zusammenhange) gemacht werden. Legen Sie Pausen ein und bemtihen Sie sich, den Stoff verstehend einzupragen (so dass sie wichtige Schritte skizzieren konnen). Konzentrieren Sie sich besonders auf die Losungsstrategien. Testen Sie ihre so erworbenen Kenntnisse durch den Versuch, einfache Aufgaben zu 16sen und Kontrollfragen zu beantworten. Das wird nicht in allen Fallen gelingen. c) Bearbeiten Sie anschliebend die Computerbeispiele des Abschnittes, wenden Sie die Computerprogramme zur Lasung der Ubungsaufgaben an. d) Vertiejimg, Stojjkontrolle. Diese Arbeitsstufe sollte erst nach einem zeitlichen Abstand ( Tage) zu Schritt b) und c) folgen und sich konzentrieren auf Probleme, die bei der Kontrolle der Kenntnisse nach b), c) offenbar wurden, Erganzungen der Notizen, urn so ein eigenes Repetitorium zu entwickeln, Losung weiterer Ubungsaufgaben (auch schwierigerer, die jetzt grobtenteils problemlos gelost werden konnen). Nur in Notfallen sollten Sie nach intensivem eigenen Bemtihungen die Losung im Anhang nachschlagen. Gehen Sie zum nichtverstandenen Stoffteil zuruck. die Beantwortung von Kontrollfragen. e) Konsultation. Gibt es dennoch off ene, nicht verstandene Probleme, so sollten Sie zunachst das Gesprach mit KommilitonInnen suchen oder sich urn eine Konsultation bemtihen. Sie werden im Gesprach sehr schnell erkennen, was verstanden wurde und was nicht. Dazu sollten Sie - das Problem prazise formulieren (was soli geklart werden?) - sich grundlich vorbereiten (eine Konsultation ist keine Nachhilfestunde!). Deljenige Leser, der die hier angegebenen Hinweise mit echtem Leistungswillen angeht, darf sich des Erfolges ziemlich sicher sein. R. Paul

10 Inhalt Hinweise zur Arbeit mit dem Lehrbuch, Studienmethodik Schaltungsvariable und Netzwerkelemente Physikalische GroBen und Einheitensysteme Elektrische GrundgroJ3en und Kirchhoffsche Gesetze Elektrische Ladung Elektrisches Feld, elektrische Feldstarke, elektrische Spannung Elektrische Feldstarke, elektrische Spannung, Potential Maschensatz Elektrischer Strom, Stromdichte Elektrische Stromstarke, Stromdichte Knotensatz Energie, Arbeit und Leistung im Stromkreis Energie, Arbeit, Leistung Energie und Leistung am Zweipol, Wirkungsgrad Lemorientierungen zu Abschnitt Wiederholungsfragen zu Abschnitt Einfache Stromkreise, 8au- und Netzwerkelemente Unabhangige Spannungs- und Stromquellen Widerstand, resistiver Zweipol Linearer Widerstand. Ohmsches Gesetz Nichtlineare resistive Zweipole Kondensator, kapazitiver Zweipol Kondensatorprinzip Das Netzwerkelement kapazitiver Zweipol. Zusammenschaltungen Nichtlinearer kapazitiver Zweipol Spule, induktiver Zweipol Spulenprinzip Das Netzwerkelement induktiver Zweipol. Zusammenschaltungen Spule als Bauelement Nichtlinearer induktiver Zweipol Gegeninduktion, magnetisch verkoppelte Spulen Mehrpolelemente Gesteuerte Quellen Passive Mehrpole Lemorientierungen zu Abschnitt Wiederholungsfragen zu Abschnitt

11 12 Inhalt 3 Analyse elektrischer Netzwerke Zusammenspiel aktiver-passiver Zweipol, Grundstromkreis Reale unabhangige Quellen, Ersatzschaltungen des aktiven Zweipols Der Grundstromkreis Nichtlineare Zweipole im Grundstromkreis Grafische Behandlung des nichtlinearen Grundstromkreises Analytische und numerische Losungsverfahren Grundstromkreis im Kleinsignalbetrieb Zweipoltheorie Uberlagerungssatz Allgemeine Netzwerkanalyse Zweigstromanalyse Maschenstromanalyse Knotenspannungsanalyse Lemorientierungen zu Abschnitt Wiederholungsfragen zu Abschnitt Netzwerke bei harmonischer Erregung,Wechselstromschaltungen KenngroBen harmonischer Zeitfunktionen Mittelwerte periodischer GroBen Addition und Subtraktion von SinusgroBen SinusgroBen an Netzwerkgrundelementen l Grundbeziehungen Zusammenschaltung von Grundelementen Netzwerkanalyse im Frequenzbereich, Transformation in die komplexe Ebene Eigenschaften komplexer GroBen, Rechenoperationen Beziehungen zwischen Sinus- und ZeigergroBen Differentiation und Integration rotierender Zeiger Widerstandsoperator, Leitwertoperator Zusammenfassung: Netzwerkanalyse im Frequenzbereich, Frequenzgang Darstellung von Netzwerkeigenschaften, Netzwerke bei veranderlicher Frequenz Zeigerdarstellung, Zeigerbild Bode-Diagramm Ortskurven Leistung und Energie im Wechselstromkreis Leistungsbegriffe Leistungsanpassung Typische Wechselstromschaltungen Lineare Vierpole Vierpolgleichungen, Vierpolbeschreibungen Vierpolersatzschaltungen Vierpol in der Schaltung, Vierpolzusammenschaltungen

12 Inhalt Resonanzkreise Vierpole mit Filtereigenschafien Tiefplisse, Hochplisse Bandpassschaltungen, Bandsperrenschaltungen Besondere Wechselstromschaltungen Ubertrager, Transformator Ausgleichsvorgange Schaltvorgange im Zeitbereich Netzwerke mit einem Energiespeicher Netzwerke mit einem Energiespeicher und beliebiger Erregerfunktion Netzwerke mit zwei Energiespeichem Lemorientierungen zu Abschnitt Wiederholungsfragen zu Abschnitt Netzwerke bei beliebiger Erregung. Signale und Systeme Allgemeine Netzwerkerregung, Signalbegriff Testsignale Periodische Signale, Fourierreihe Aperiodische Signale, Fourier-Transformation Laplace-Transformation, Ausgleichsvorgange im Frequenzbereich Definition der Laplace-Transformation, Beziehung zur Fourier-Transformation Laplace-Transformation des Netzwerkes in den Bildbereich Ubertragungseigenschafien von zeitkontinuierlichen Systemen und ihre Beschreibungen Zeitkontinuierliche Systeme und ihre Netzwerkdifferentialgleichung Beschreibung des Ubertragungsverhaltens durch Antwortfunktionen Die Ubertragungsfunktionen des Eingangs-Ausgangsverhaltens im Bildbereich Eigenschafien und Darstellungen der Ubertragungsfunktion Zeitdiskrete Signale und Systeme Zeitdiskrete Signale, Abtastung Z-Transformation Fourier-Transformation zeitdiskreter Signale Zeitdiskrete Systeme Differenzengleichung Impuls- und Sprungantwort Ubertragungsfunktion, Frequenzgang Pole, Nullstellen Z-Ubertragungsfunktion, Frequenzgang Strukturen zeitdiskreter Systeme Digitale Simulation analoger Systeme Lemorientierungen zu Abschnitt Wiederholungsfragen zu Abschnitt

13 14 Inhalt 6 Das elektromagnetische Feld..... " Feldbegriff Elektrisches Feld Elektrisches Feld und Potential Elektrostatisches Feld, Feld im Nichtleiter Elektrische FeldsUirke, Verschiebungsflussdichte im elektrostatischen Feld Kondensator C Kraftwirkung und Energie des elektrostatischen Feldes Elektrisches Feld im Leiter, Stromungsfeld Elektrische Feldswke, Stromdichte Widerstand R Leitungsmechanismen im Festkorper Leitungsmechanismen im Vakuum und in Gasen Leitungsmechanismen in FHissigkeiten und Elektrolyten Energieumsatz im Stromungsfeld Magnetisches Feld, Verknupfung zwischen elektrischem und magnetischem Feld..., FeldgroBen des Magnetfeldes, Durchflutungsgesetz..., Materie im Magnetfeld IntegralgroBen des magnetischen Feldes, magnetischer Kreis Spule, InduktiviUitL... " Induktionsgesetz. Verkopplung magnetischer und elektrischer GroBen Kraftwirkung und Energie des Magnetfeldes Magnetische Energie Elektromagnetische Felder und Wellen Maxwellsche Gleichungen Einteilung elektromagnetischer Felder Elektromagnetische Wellen Lemorientierungen zu Abschnitt Wiederholungsfragen zu Abschnitt Anhang A Obungsaufgaben und Losungen Al Ubungsaufgaben A 2 Losungen Anhang B Computerbeispiele Ubersicht der Multisim- und MATLAB-Beispiele B 1 Beispiele unter Verwendung von Multisim 20011Electronics Workbench B 2 Beispiele unter Verwendung von MATLAB Literaturverzeichnis Sachverzeichnis