Elektronische Schaltungstechnik

Transkript

1 Wolfgang Reinhold Elektronische Schaltungstechnik Grundlagen der Analogelektronik Mit 432 Bildern, 56 Beispielen und 95 Aufgaben Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Physikalische Grundlagen der Halbleiterelektronik Leitfähigkeit von Halbleitern Eigenleitung Halbleiter mit Störstellen Ladungsträgergeneration in Halbleitern Ladungsträgertransport in Halbleitern Aufgaben 21 2 Berechnungsmethoden elektronischer Schaltungen Analysemethoden und -Werkzeuge zur Schaltungsberechnung Ersatzschaltbilder Groß- und Kleinsignalanalyse Kleinsignalersatzschaltung Vierpoldarstellung Zusammenschaltung von Vierpolen Vierpole mit äußerer Beschaltung Darstellung des Übertragungsverhaltens Signalflussdarstellung Computergestützte Netzwerkanalyse Aufgaben 39 3 Halbleiterdioden pn-übergang Wirkprinzip Strom-Spannungs-Kennlinie Ladungsspeicherung Kleinsignalverhalten Schaltverhalten Temperaturverhalten Spezielle Dioden und ihre Anwendungen Gleichrichterdiode Z-Diode Kapazitätsdiode Tunneldiode Schottky-Diode Mikrowellendioden IMPATT-Diode Gunn-Diode Aufgaben 63

3 Inhaltsverzeichnis 4 Bipolartransistoren Wirkprinzip Strom-Spannungs-Kennlinie Nutzbarer Betriebsbereich Bipolartransistor als Verstärker Kleinsignalmodell des Bipolartransistors Frequenzabhängigkeit des Übertragungsverhaltens des Bipolartransistors Temperaturverhalten von Bipolartransistoren Arbeitspunktabhängigkeit der Stromverstärkung Bipolartransistor als elektronischer Schalter Schaltung eines Transistorschalters Stationäres Schaltermodell des Bipolartransistors Dynamisches Verhalten eines Transistorschalters Aufgaben 91 5 Thyristoren Aufbau und Wirkungsweise Thyristorvarianten Anwendungen von Thyristoren Aufgaben Feldeffekttransistoren MOSFET Wirkprinzipien verschiedener MOSFET-Typen Strom-Spannungs-Kennlinie eines MOSFET Ableitung der Strom-Spannungs-Kennlinie eines MOSFET MOSFET als Verstärker Kleinsignalmodell des MOSFET Frequenzabhängigkeit des Übertragungsverhaltens Effekte bei integrierten MOSFET MOSFET als elektronischer Schalter Thermisches Verhalten des MOSFET Sperrschicht-FET Strom-Spannungs-Kennlinie eines SFET Kleinsignalverhalten eines SFET SFET als Verstärker Aufgaben Rauschen elektronischer Bauelemente Widerstandsrauschen Diodenrauschen Transistorrauschen Rauschspannung Rauschfaktor Aufgabe 131

4 Inhaltsverzeichnis 8 Operationsverstärker Der ideale Operationsverstärker Aufbau eines Operationsverstärkers Statische Kenngrößen realer Operationsverstärker Dynamische Kenngrößen realer Operationsverstärker Verstärkerschaltungen mit Operationsverstärker Grundschaltungen eines SpannungsVerstärkers Kompensation von Offsetspannung und Offsetstrom des Operationsverstärkers Dynamisches Verhalten von Operationsverstärkerschaltungen Rauschen in Operationsverstärkern Moderne Operationsverstärkertypen Aufgaben Optoelektronische Bauelemente und Halbleitersensoren Fotosensoren Leuchtdioden Optokoppler Spezielle Halbleitersensoren Temperatursensoren Magnetfeldsensoren Piezowandler Aufgaben Lineare Verstärkergrundschaltungen Allgemeines Kleinsignalmodell eines Spannungsverstärkers Einstufige Verstärker mit Bipolartransistoren Emitterschaltung Basisschaltung Kollektorschaltung (Emitterfolger) Vergleich der einstufigen Transistorverstärkerschalrungen Einstufige Verstärker mit Feldeffekt-Transistoren Grundschaltungen mit mehreren Transistoren Kaskodeschaltung Differenzverstärker Stromspiegel Differenzverstärker mit Stromspiegellast Transistor-Stromquellen Darlington-Schaltung Leistungsendstufen Frequenzverhalten von Verstärkerstufen Kopplung von Verstärkerstufen Aufgaben 200

5 10 Inhaltsverzeichnis 11 Gegenkopplung Allgemeines Modell der Gegenkopplung Schaltungsarten der Gegenkopplung Effekte der Gegenkopplung Einstellung eines definierten Übertragungsfaktors Linearisierung des Übertragungsfaktors Parameterempfindlichkeit Einfluss der Gegenkopplung auf Ein-und Ausgangsimpedanz Übertragungsbandbreite Miller-Effekt Bootstrap-Effekt Gezielte Beeinflussung des Frequenzganges eines Verstärkers Anwendungen der Gegenkopplungsvarianten Operationsverstärkerschaltungen mit Gegenkopplung Transistorschaltungen mit Gegenkopplung Stabilität rückgekoppelterverstärker Frequenzgangkorrektur von Verstärkern Aufgaben, Schaltungen mit Operationsverstärkern Lineare Verstärker Nicht invertierender Verstärker Invertierender Verstärker Rechenschaltungen Addierer Subtrahierer Differenzierer Integrator Multiplizierer Dividierer Nichtlineare Schaltungen Komparatoren und Schmitt-Trigger Stromquellen Schaltungstechnik mit modernen Operationsverstärkern VC-OPV und seine Anwendung CV-OPV als Hochfrequenz-Baublock CC-OPV und seine Anwendung als idealer Transistor Elektronische Regler P-Regler PI-Regler PID-Regler Aufgaben 254

6 Inhaltsverzeichnis Filterschaltungen Filtereigenschaften und Kennwerte Passive Filter Aktive flc-filter Tiefpässe 2. Ordnung Hochpässe 2. Ordnung Bandpässe 2. Ordnung Bandsperren 2. Ordnung Universalfilter SC-Filter SC-Integrator Schaltungsrealisierung von SC-Filtern Aufgaben Schwingungserzeugung Sinusoszillatoren Zweipoloszillatoren Vierpoloszillatoren Grundstruktur und Schwingbedingung flc-oszillatoren LC-Oszillatoren Quarzoszillatoren Impulsoszillatoren Funktionsgeneratoren Relaxationsoszillatoren Dreieck-Rechteck-Generator Kippschaltungen Aufgaben Frequenzumsetzer Amplitudenmodulation AM-Modulatoren AM-Demodulatoren Frequenzmodulation FM-Modulatoren FM-Demodulatoren Phasenmodulation A PM-Modulatoren PM-Demodulatoren Mischer 317

7 12 Inhaltsverzeichnis 16 Stromversorgungseinheiten Gleichrichterschaltungen Spannungsstabilisierung Ungeregelte Stabilisierungsschaltungen Kontinuierliche Spannungsregler Diskontinuierliche Spannungsregler Drosselregler Ladungspumpen Erzeugung von Referenzspannungen Referenzspannungsquellen mit Z-Dioden Bandgap-Referenz Schaltnetzteile Aufgaben Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler Kennwerte von A/D- und D/A-Wandlern Stationäre Kennwerte Dynamische Kennwerte A/D-Wandlungsverfahren A/D-Wandlung nach dem Zählverfahren A/D-Wandlung mit sukzessiver Approximation A/D-Wandlung nach dem Parallelverfahren A/D-Wandlung nach dem Pipeline-Verfahren Sigma-Delta-Wandler D/A-Wandlungsverfahren D/A-Wandlung nach dem Zählverfahren D/A-Wandlung nach dem Wägeverfahren D/A-Wandlung nach dem Parallelverfahren Fehlerkorrigierende D/A-Wandlung Aufgaben 360 Formelzeichenverzeichnis 362 Literaturverzeichnis 365 Sachwortverzeichnis 368