VIII Inhaltsverzeichnis 6 Vorgänge im Magnetfeld Grundbegriffe: magnetische Urspannung, Fluss, Widerstand Darstellung der Grundg

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung zu den theoretischen Grundlagen Einleitung zur Elektrotechnik Die Ladung Die Ladung als Ausgangspunkt Erster Exkurs Mathematik Vektorrechnung Ableitung und Integration nach Weg, Fläche und Volumen Partielle Ableitungen* Vorgänge in elektrischen Leitern Grundbegriffe im Leiter Strom, Spannung Darstellung der Grundgrößen aus physikalischen Überlegungen Messung der Größen in Leitern Ladung, Strom, Spannung Übungsaufgaben zur Verdeutlichung praktischer Größenordnungen Wichtige Formen und Kenngrößen Messung und Darstellung von Feldern in leitenden Medien Feldlinien Strom-Spannungs-Beziehung am Widerstand Driftbewegung und Ohm sches Gesetz Bauformen und Kenngrößen Messung von Widerständen Nichtlineare Widerstände Übungsaufgaben zum Widerstand Kirchhoff sche Sätze sowie Reihen- und Parallelschaltung Knotenpunkt und Maschensatz Parallel- und Reihenschaltung, Strom- und Spannungsteilung Übungsaufgaben zu einigen praktischen Anwendungen Energieumwandlung und Leistung Energie, Leistung und Wirkungsgrad Messung von Energie und Leistung Übungsaufgaben zur Leistung Anwendung in der Elektrochemie (Batterien, Akkus, Elektrolyse)* Anwendung in der Wärmelehre* Anwendung in der Lichttechnik* Übungsaufgaben zu Chemie, Wärme, Licht * Vorgänge in elektrischen Nichtleitern Grundbegriffe im Nichtleiter Verschiebungsfluss Darstellung der Grundgrößen aus physikalischen Überlegungen Messung und Darstellung von elektrostatischen Feldern Ladung, Strom und Spannung am Kondensator Zusammenhang von Ladung und Spannung sowie Strom und Spannung Zeitverhalten von I und U an der Kapazität Bauformen und Kenngrößen Messung der Kapazität Übungsaufgaben zur Kapazität Messung des Zeitverlaufes mit einem Messoszilloskop Anmerkungen zu Dielektrika* Energie und Kräfte im elektrischen Feld des Nichtleiters Beschreibung von Energie und Kräften Anwendungsbeispiel zu Energie und Kräften Übungsaufgabe zu Energie und Kräften... 61

2 VIII Inhaltsverzeichnis 6 Vorgänge im Magnetfeld Grundbegriffe: magnetische Urspannung, Fluss, Widerstand Darstellung der Grundgrößen aus physikalischen Überlegungen Der magnetische Kreis Übungsaufgaben zum magnetischen Kreis Das Durchflutungsgesetz Messung und Darstellung von magnetischen Feldern Feldlinien Lorentzkraft Das Induktionsgesetz Übungsaufgaben zur Durchflutung und Induktion Koppelfluss, Strom und Spannung an der Induktivität (Spule) Zusammenhang zwischen Koppelfluss, Spannung und Strom Anmerkungen zu magnetischen Materialien* Bauformen und Kenngrößen Messung der Induktivität Übungsaufgaben zur Induktivität Messung von Zeitverläufen an der Induktivität Energie und Kräfte im magnetischen Feld Beschreibung von Energie und Kräften Anwendungen zu Kräften im Magnetfeld Übungsaufgaben zu Kräften im Magnetfeld Zusammenfassung und Gegenüberstellung Gegenüberstellung der Grundgrößen Erweiterungen zu den theoretischen Grundlagen Beispiele verkoppelter Felder (Skineffekt, Wellenleitung)* Zusammenfassende Aspekte der Messtechnik Messoszilloskop Zweiter Exkurs Mathematik Lösung linearer Gleichungssysteme Lösung linearer Differentialgleichungen* Analyse elektrischer Stromkreise und Netzwerke Grundstromkreis Analyse eines Grundstromkreises Interpretation der Kenngrößen für verschiedene Anwendungen Messungen am Grundstromkreis Übungsaufgaben zu Anwendungen des Grundstromkreises Netzwerke verzweigte und vermaschte Schaltungen Analyse verzweigter und vermaschter Schaltungen Übungsaufgaben mit Beispielen zur Schaltungsberechnung Überlagerungsprinzip Schaltungsanalyse mit Hilfe des Überlagerungssatzes Übungsaufgaben zu Anwendungen des Überlagerungssatzes Ersatzzweipole (Ersatzschaltungen) Schaltungsanalyse mit Hilfe von Ersatzzweipolen Übungsaufgaben zur Anwendung von Ersatzzweipolen Modellierung und Simulation Grundlagen der Modellierung für Simulationsprogramme Beispielaufgabe für eine Rechnersimulation Ausblick auf weitere Analysemethoden Dritter Exkurs Mathematik Komplexe Zahlen

3 Inhaltsverzeichnis IX 10.2 Rechnen mit komplexen Zahlen Grafische Darstellung komplexer Zahlen Fourierreihe Unstetige Zeitfunktionen (Distributionen)* Fouriertransformation* Diskrete Signale und diskrete Fouriertransformation* Laplacetransformation* Rechnen mit logarithmischen Pegeln Analyse bei zeitveränderlichen Signalen Schaltungen und Geräte mit sinusförmigen Signalen Behandlung mit Hilfe der komplexen Rechnung Behandlung mit grafischen Methoden Analyse des Frequenzverhaltens wichtiger Schaltungen Parameter für elektrische Stromkreise Kennwerte und Übungsaufgaben Messung des Frequenzgangs eines Schwingkreises Nichtsinusförmige periodische Signale Mehrere sinusförmige Quellen Behandlung mit Hilfe der Fourierreihe Wichtige Testsignale zur Analyse von Schaltungen Kennwerte und Übungsaufgaben Nichtperiodische Signale Behandlung mit der Fouriertransformation Diskrete Signale und diskrete Fouriertransformation Schalt- und Übergangsvorgänge Behandlung mit Hilfe der Laplacetransformation Beispiel: Analyse des Ein- und Ausschaltens eines Schwingkreises Übertragungsfunktionen von Systemen Kennwerte und Aufgaben Messung des Ein- und Ausschaltens eines Schwingkreises Halbleiterbauelemente Physikalische Grundlagen für Festkörper Leitungsmechanismus in Festkörpern Dotierung von Halbleitermaterial Kennwerte von Halbleitermaterialien und Übungsaufgaben PN-Übergang Gleichgewicht von Diffusion und Feld Einfluss einer äußeren Spannung Kennlinie eines PN-Übergangs Metall-Halbleiter-Übergang Ersatzschaltungen für eine Halbleiterdiode Kennwerte und Übungsaufgaben zu Halbleiterdioden Messung und Auswertung der Kennlinie von Dioden Bipolartransistor Steuerung durch Trägerinjektion Kennlinie des Bipolartransistors Grundschaltungen, Vierpoldarstellung und Kleinsignalverhalten Kennwerte und Übungsaufgaben zum Transistor Messungen am Transistorverstärker Feldeffekttransistor Trägeranreicherung und -verarmung im Kanal

4 X Inhaltsverzeichnis Kennlinien, Ersatz- und Grundschaltungen des FET Kennwerte und Beispiele zum Feldeffekttransistor Weitere wichtige Halbleiterbauelemente Analoge Schaltungstechnik Einteilung von Verstärkerschaltungen Arbeitspunkt, Eigenschaften und Betriebsverhalten Anforderungen der Anwendung Operationsverstärkertechnik Differenzverstärker, Operationsverstärker und seine Parameter Prinzip der Gegenkopplung Dimensionierung von Operationsverstärkerschaltungen Messen von Parametern bei Operationsverstärkern Schaltungsbeispiele mit Operationsverstärkern Übungsaufgaben zum Operationsverstärker Vierter Exkurs Mathematik Mathematische Grundlagen Zahlensysteme Rechnen mit verschiedenen Zahlensystemen Digitale Schaltungstechnik Grundlagen digitaler Signale Informationstechnische Grundlagen digitaler Signale Quantisierung von Signalen und Codierung Grundlagen digitaler Signalverarbeitung Schaltalgebra Übungsaufgaben zu Zahlen, Codierung und Schaltalgebra Kombinatorische Schaltungen (Schaltnetze) Entwurf kombinatorischer Schaltungen Wichtige Beispiele zu Schaltnetzen Übungsaufgaben und Versuch zu Schaltnetzen Sequentielle Schaltungen (Schaltwerke) Wichtige Speicheranordnungen Beispiel für den Entwurf einer Ablaufsteuerung Versuch zur Schrittkette * Richtungen der weiteren Entwicklung Analyse von Signalen und Systemen Wichtige Signale und Systeme in der Elektronik Kennwerte für Audiosignale und -geräte Messungen an einem analogen Mischpult Kennwerte und Beispiele für Videosignale und -geräte Messung der Eigenschaften an RGB-Signalen Analyse analog modulierter Signale Amplitudenmodulation Frequenzumsetzung mit dem Überlagerungsverfahren Frequenzmodulation Phasenmodulation Stereo- und Videosignalmodulation Kennwerte, Übungsaufgaben und Simulation modulierter Signale Diskrete Signale Diskrete Signale und diskrete Fouriertransformation Digitale Modulationsverfahren Codierung, Kompression und Fehlerkorrektur digitaler Signale Kennwerte und Übungsaufgaben für diskrete (digitale) Signale

5 Inhaltsverzeichnis XI 17 Zusammenfassung zur Regelungstechnik Wichtige Regelkreisglieder und -strategien Regelstrecken Regeleinrichtungen Reglerstrukturen Regelungstechnische Analyse, Entwurf und Implementierung Übungsaufgaben zur Steuerung und Regelung Fünfter Exkurs Mathematik* Raumzeigertransformation* Drehstrom und -felder in der Raumzeigerdarstellung* Energiewandlung und Antriebe Maschinen bei Gleichstrom Aufbau und Funktion der Gleichstrommaschine Schaltungen und Betrieb der Gleichstrommaschine Kennwerte und Übungsaufgaben Messen der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie Maschinen für Wechselstrom Transformator als ruhende Maschine Universalmotor Kennwerte und Übungsaufgaben Messen der Kennwerte eines Transformators Drehfeldmaschinen Dreiphasensysteme für Strom und Spannung Das Drehfeld Asynchronmaschine Synchronmaschine Parallelbetrieb eines Synchrongenerators zum Netz Inselbetrieb und Betriebsverhalten der Synchronmaschine Kennwerte Übungs- und Messaufgaben Auswahl eines Motors für eine Antriebsaufgabe Ausblick, weitere elektrische Maschinen Leistungselektronische Energiewandler Arbeitsweise von Stromrichtern Grundprinzip und Eigenschaften Steueralgorithmen für selbstgesteuerte Stromrichter Steueralgorithmen für fremdgesteuerte Stromrichter Kennwerte und Übungsaufgaben Beispiele für Stromrichter Phasenanschnittsteuerung für Wechselstromsteller Messungen an einem Dimmer mit Phasenanschnitt Mit Frequenzumrichter gesteuerter Asynchronmotor Netzgelöschter Wechselrichter Messen an einem netzgelöschten Wechselrichter Entwicklungstrends Kurzes Fazit zur Arbeit im Beruf Lösungen der Übungsaufgaben Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt

6 XII Inhaltsverzeichnis 22.6 Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Lösungen zu Abschnitt Literaturverzeichnis Sachverzeichnis

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