Formeln und Tabellen Elektrotechnik

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1 Wolfgang Boge/ Wilfried PlaBmann (Hrsg.) Formeln und Tabellen Elektrotechnik Arbeitshilfen fiir das technische Studium Mit iiber 1700 Stichworten Viewegs Fachbucher der Technik vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis Vorwort V 1 Mathematik 1 1 Arithmetik Mengen Zahlenmengen Grundrechenarten Binomische Formeln Bruchrechnung Potenzrechnung Wurzelrechnung Logarithmen Mittelwerte Absolutbetrag Intervalle Komplexe Zahlen 5 2 Gleichungen Gleichungsarten Aquivalente Umformungen Lineare Gleichungen Quadratische Gleichungen Kubische Gleichungen Polynome Auf algebraische Gleichungen zuruckfuhrbare Gleichungen Transzendente Gleichungen Lineare Gleichungssysteme 8 3 Planimetrie Geraden und Strecken Winkel Projektionen Dreiecke Vierecke Regulare n-ecke Kreise Symmetrie Ahnlichkeit 18 4 Stereometrie Prismen, Zylinder Pyramiden Kegel Cavalierisches Prinzip, Polyeder Kugeln, 23

3 VIII Inhaltsverzeichnis 5 Funktionen Definition und Darstellungen Verhalten von Funktionen Einteilung der elementaren Funktionen Ganze rationale Funktionen Gebrochene rationale Funktionen Irrationale Funktionen Transzendente Funktionen 29 6 Trigonometrie Definition der trigonometrischen Funktionen Trigonometrische Funktionen fiir beliebige Winkel Beziehungen fur den gleichen Winkel Graphen der trigonometrischen Funktionen Reduktionsformeln Sinussatz und Kosinussatz Arkusfunktionen 34 7 Analytische Geometrie Koordinatensysteme Geraden Kreise Kugeln Kegelschnitte 38 8 Differenzial- und Integralrechnung Folgen Reihen Grenzwerte von Funktionen Ableitung einer Funktion Integralrechnung 47 2 Physik 51 1 Einfiihrung Physikalische GroSen Si-System 51 2 Mechanik Kinematik Gleichformige Bewegung GleichmaBig beschleunigte Bewegung FreierFall Senkrechter Wurf Schiefer Wurf Kreisbewegung, Rotation Dynamik Newtonsche Axiome Kraft "l'..'lzl"z!i..'l"..' Impuls, Drehimpuls Arbeit, Energie Leistung, Wirkungsgrad Tragheitsmoment,, Drehmoment 56

4 Inhaltsverzeichnis 3 Flussigkeiten und Gase Druck Auftrieb Hydrodynamik 57 4 Thermodynamik Temperaturskalen, Ausdehnung von Stoffen Ideale Gase Warmeleitung, Warmestrahlung 59 5 Harmonische Schwingungen Ungedampfte Schwingungen Gedampfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen, Resonanz 60 6 Wellen Ausbreitung Reflexion, Brechung Beugung 61 7 Optik Geometrische Optik, Abbildung durch Linsen Photometrie 63 8 Naturkonstante 64 3 Werkstoffkunde 65 1 Stoffe Eigenschaften der Stoffe Atombau und Periodensystem Aufbau derfesten Korper Chemische Grundzusammenhange Elektrochemie 67 2 Elektrische Leitfahigkeit Leitungsmechanismus Isolator Halbleiter, Normalleiter Supraleiter Halleffekt 70 3 Elektrische Leiter Normalleiter Halbleiter Supraleiter 72 4 Magnetische Leitfahigkeit Modellvorstellung Verhalten von Materie im Magnetfeld Magnetisierung Magnetisierungskurve Permeabilitat 76 5 Magnetika Weichmagnetika Hartmagnetika (Dauermagnete) 77

5 Inhaltsverzeichnis 6 Dielektrische Eigenschaften Modellvorstellungen zur dielektrischen Polarisation Materialeinteilung Dielektrische Materialien Elektrische Materialien 78 7 Dielektrika Natiirliche anorganische Dielektrika Naturliche organische Dielektrika Kunstliche anorganische Dielektrika Kunstliche organische Dielektrika Silikone 81 8 Literaturhinweise 81 4 Elektrotechnik 83 1 Grundbegriffe 83 2 Der Gleichstromkreis Kirchhoffsche Gesetze Schaltung von Widerstanden Energie, Leistung, Wirkungsgrad 85 3 Das Elektrische Feld Grundgrofien Kondensatoren Kapazitat Schaltungen mit Kondensatoren 87 4 Das Magnetische Feld GrundgroRen Krafte im Magnetfeld Krafte auf Ladungen Materie im Magnetfeld Definitionen Stoffmagnetismus Magnetische Kreise 90 5 Induktion Induktionsgesetz Induktivitat von Spulen Ein- und Ausschaltvorgange 92 5 Elektronik 93 1 Dioden Begriffe \ Gleichrichter Glattung, Siebung Spannungsstabilisierung, 96 2 Transistor (Bipolar) Grenz- und Kennwerte Ersatzschaltbild mit/j-parameter Feldeffekttransistoren (unipolare Transistoren), Sperrschicht-FET (selbstleitend) [ ZZZZ.ZZ Insulated-Gate-FET (MOS-FET) Ersatzschaltbild mit y-parameter 104

6 Inhaltsverzeichnis XI 4 Bipolar-Transistor als Verstarker Grundschaltungen des bipolaren Transistors Arbeitspunkteinstellung, -stabilisierung Dimensionierung von Schaltungen FET-Transistor als Verstarker Arbeitspunkteinstellung und -stabilisierung Dimensionierung von Schaltungen Mehrstufige Verstarker Endstufen Operationsverstarker Elektronische Schalter, Kippstufen Transistor als Schalter Kippschaltungen mit Transistoren Kippschaltungen mit Operationsverstarker Optoelektronik Leistungselektronik Technische Kommunikation/Technisches Zeichnen Grundlagen der zeichnerischen Darstellung Normen fur technische Zeichnungen Darstellung und Bemafiung von Korpern ISO-Toleranzsystem Projektion Schnitte Gewinde und Schrauben Normteile und Konstruktionselemente Wichtige Normteile des Maschinenbaues Schaltungsunterlagen VDE-Bestimmungen (Auszug) Diagramme Schaltzeichen nach DIN EN und DIN EN Elektrische Betriebsmittel Schaltungsunterlagen der Energietechnik Datentechnik Grundlagen Begriffe Grundverkniipfungen Gesetze und Regeln der Schaltalgebra Normalform einer binaren Funktion Ersatz der Grundfunktion durch NAND-und NOR-Technik Schaltungsvereinfachung Zahlen in Rechenanlagen Zahlensysteme Rechnen mit Dualzahlen Darstellung im Einer- und Zweierkomplement Codes 164

7 XII Inhaltsverzeichnis 4 Digitale Grundschaltungen Schaltnetze Schaltwerke Allgemein Flip-Flops Schieberegister, Zahler, Frequenzteiler Integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik Begriffe Standardbausteine Technische Daten TTL- und CMOS-Familie (IC-Auswahl) Programmierbare Logikbausteine Mikrocomputertechnik : Begriffe Mikroprozessoren Blockbild 8085 CPU Kurzbeschreibung Steuersignale und Interrupts Halbleiterspeicher Begriffe Schreib-Lese-Speicher Festwertspeicher Speichersysteme Mikrocontroller Mikrocontroller Mikrocontroller der 8051-Familie (Auswahl) Anschlusse und Anschlussbelegung Speicherorganisation Special Function Register Portregister Flags Interrupt Zeitgeber/Zahler (Timer/Counter) Serielle Schnittstelle Steuerungstechnik Grundlagen der Steuerungstechnik Steuerung und Regelung Merkmale von Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS Die Hardware einer SPS Programmierung einer SPS Programmiersprachen Programmieren grundlegender Funktionen nach EN und STEP 7 (Auswahl) Programmbeispiel: Wendeschutzschaltung Ablaufsteuerungen mit SPS Grundlagen _ Ablaufkette Befehlsausgabe, Aktionen, Aktionsblock 210

8 Inhaltsverzeichnis XIII 3.4 Programmbeispiel: Realisierung mit SR-Speicherfunktionen Realisierung mit der Ablaufsprache AS nach EN Realisierung mit der Ablaufsprache AS nach S7-GRAPH Messtechnik Grundlagen Begriffe Einheiten Messabweichung, Messfehler Mittelwerte, Haufigkeitsverteilungen, Vertrauensbereich Messverfahren zurmessung elektrischer Groften (Auswahl) Spannungs- und Strommessung Widerstands-und Impedanzmessung Wirkleistungsmessung Messung von L, C, Gutefaktor und Verlustfaktor Messung von nichtelektrischen GroSen (Auswahl) Widerstandsaufnehmer Kapazitive Aufnehmer Induktive Aufnehmer Drehzahlmessung, Drehfrequenzmessung Weg- und Winkelmessung Messdatenaufbereitung Bussysteme fur die Messtechnik lec-bus Aktor-Sensor-lnterface, ASI DIN-Messbus, DIN , Teil Energietechnik Elektrische Maschinen Transformatoren Begriffe Kuhlarten Leerlauf Belastung Leerlaufversuch Kurzschlussversuch Wirkungsgrad Drehstromtransformatoren Parallelschalten von Transformatoren Spartransformatoren Drosselspulen Drehstrommaschinen Asynchronmaschinen Synchronmaschinen, Gleichstrommaschinen Auswahl von Motoren, Elektrische Energietechnik Energietrager 248

9 XIV Inhaltsverzeichnis 2.2 Elektrische Energieerzeugung Drehstromnetz Netzstrukturen Betriebsmittel der Energietechnik Kabel Leitungen Spannungsfall auf Kabeln und Leitungen Kurzschlussstromberechnung Kompensationsanlagen Nachrichtentechnik Begriffe, Grundlagen Signale Signale im Zeit- und Frequenzbereich Zufallige (stochastische) Signale, Rauschen Verzerrungen Kenngroften einer Obertragungsstrecke / eines Systems Zweitore, Vierpole Grundbegriffe Zweitorgleichungen und Zusammenschaltung von zwei Zweitoren BetriebskenngroBen mit Lastadmittanz Y a = 1/Z a bzw. Eingangsadmittanz Y e = 1/Z e Spezielle Zweitore Allgemein Wellenparameter langssymmetrischer passiver Zweitore Haufig verwendete Zweitore Leitungen, Kabel Anordnungen, Leitungsbelage Leitungsgleichungen, Losungen Leitungskenngrolien Leitungen mit beliebiger Lastimpedanz am Leitungsende Sonderfalle Daten von Leitungen Hochfrequenzleitungen Hochfrequenz-Koaxialkabel Hohlleiter Streifenleitungen s-parameter Signalflussdiagramm Leistungsverstarkung Kreisdiagramm Grundlagen s-parameter im Kreisdiagramm Modulation Grundlagen, Sinustrager, mit Analogsignal moduliert Sinustrager, mit Digitalsignal moduliert, Pulstragermodulation, Trager uncodiert 288

10 Inhaltsverzeichnis XV 7 Filter Begriffe Passive R-C-Tiefpassfilter Passive R-C-Hochpassfilter Schwingkreis als Bandpass und Bandsperre Bandfilter Empfangerschaltungstechnik Ton-und Bildubertragung Rundfunk-Stereoubertragung Femseh-Bildubertragung Farbfernseh-Bildubertragung (analog) Farbfernsehbildiibertragung (digital) Mehrfachubertragung - Multiplexverfahren Richtfunktechnik Nachrichteniibertragung ubersatellit Lichtwellenleiter (LWL) Funkmesstechnik - Radar Elektroakustik - Grundbegriffe Vermittlungstechnik - Verkehrstheorie Kommunikations- und Datennetze Lokale Kommunikations- und Datennetze, LAN Offentliche Kommunikations-und Datennetze (Auswahl) Optimierte Nachrichten- und Datenubertragung Quellenkodierung Kanalkodierung Signal- und Systemtheorie Einfiihrung Grundbegriffe Periodische nichtsinusformige zeitkontinuierliche Signale Nichtperiodische zeitkontinuierliche Signale Fouriertransformation, Laplacetransformation Spezielle Signale, Leistung Faltungsintegral Abtasttheorem Nichtkontinuierliche (zeitdiskrete) Signale Diskrete Fouriertransformation (DFT) z-transformation Zufallige (stochastische, nichtdeterministische) Signale Signalerkennung bei gestorter Ubertragung 329 Sachwortverzeiehnis 331