Elektronik 2. Klaus Beuth. Bauelemente. 19., überarbeitete und erweiterte Auflage. unter Mitarbeit von Olaf Beuth.

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1 Elektronik 2 Klaus Beuth Bauelemente 19., überarbeitete und erweiterte Auflage unter Mitarbeit von Olaf Beuth Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 Einführung in die Oszillographenmesstechnik Allgemeines Aufbau und Arbeitsweise eines Oszilloskops Bedienung eines Oszilloskops Lemziel-Test 22 2 Lineare und nichtlineare Widerstände Allgemeine Eigenschaften Festwiderstände Eigenschaften von Festwiderständen Bauarten von Festwiderständen Schichtwiderstände Widerstände in der Mikromodultechnik Drahtwiderstände Einstellbare Widerstände Einstellbare Schichtwiderstände Einstellbare Drahtwiderstände Temperaturabhängigkeit von Widerständen Heißleiterwiderstände und Kaltleiterwiderstände Heißleiterwiderstände Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Kaltleiterwiderstände Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte (siehe auch Bild 2.25) Anwendungen Spannungsabhängige Widerstände Aufbau und Arbeitsweise -._ Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Lemziel-Test 45 3 Kondensatoren und Spulen Kapazität Kondensatoren Allgemeines Bauarten von Kondensatoren Papierkondensatoren, Kunststoffkondensatoren (Folienkondensatoren) Metall-Papier-Kondensatoren (MP-Kondensatoren) Metall-Kunststoff-Kondensatoren (MK-Kondensatoren) Keramikkondensatoren Elektrolytkondensatoren 54 7

3 Einstellbare Kondensatoren Kondensator im Gleichstromkreis Kondensatorladung Kondensatorenergie Kondensatorentladung Kondensator im Wechselstromkreis Durchlass von Wechselstromschwingungen Kapazitiver Blindwiderstand Phasenverschiebung und Zeigerdiagramm Verlustfaktor und Verlustwinkel Reihen-und Parallelschaltung von Kondensatoren Reihenschaltung Parallelschaltung Spulen Induktivität Bauarten von Spulen Luftspulen Eisenkernspulen Spule im Gleichstromkreis Magnetfeldaufbau (Einschaltvorgang) Spulenenergie Magnetfeldabbau (Ausschaltvorgang) Spule im Wechselstromkreis Auf-und Abbau des Magnetfeldes Phasenverschiebung und Zeigerdiagramm Induktiver Blindwiderstand Verlustfaktor und Güte Wickeln von Spulen Reihen-und Parallelschaltung von Spulen Reihenschaltung Parallelschaltung Lernziel-Test 77 Frequenzabhängige Zwei- und Vierpole Allgemeines Zweipole Vierpole Reihenschaltung von R und C Reihenschaltung von R und L RC-Glied ' CR-Glied RL-Glied LR-Glied Schwingkreise Reihenschaltung von R, L und C Reihenschwingkreise Parallelschaltung von R, L und C Parallelschwingkreise RC-Glied als Integrierglied Arbeitsweise Integrationsvorgang Einfluss des speisenden Generators 98

4 4.10 CR-Glied als Differenzierglied Arbeitsweise Differentiationsvorgang Einfluss des speisenden Generators Lernziel-Test Halbleiterdioden Halbleiterwerkstoffe Aufbau eines Halbleiterkristalls Eigenleitfähigkeit n-silizium p-silizium pn-übergang pn-übergang ohne äußere Spannung pn-übergang mit äußerer Spannung Arbeitsweise von Halbleiterdioden Einkristall-Halbleiterdioden Vielkristall-Halbleiterdioden Schaltverhalten von Halbleiterdioden Temperaturverhalten von Halbleiterdioden Halbleiterdioden als Gleichrichter Einweg-Gleichrichterschaltung (Einpuls-Mittelpunktschaltung M 1) Mittelpunkts-Zweiweg-Gleichrichterschaltung (Zweipuls- Mittelpunktschaltung M 2) Brücken-Zweiweg-Gleichrichterschaltung (Zweipuls- Brückenschaltung B 2) Halbleiterdioden als Schalter Bauarten von Halbleiterdioden Flächendioden Spitzendioden Leistungsdioden (Gleichrichter) Prüfen von Halbleiterdioden Kennwerte und Grenzwerte Lernziel-Test Halbleiterdioden mit speziellen Eigenschaften Z-Dioden Allgemeines Zenereffekt Lawineneffekt Durchbruchverhalten Regeneration der Sperrschicht Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte Anwendungen 143 Temperaturkompensation Kapazitätsdioden Aufbau und Arbeitsweise Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte Anwendungen Tunneldioden (Esakidioden) Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen 151

5 Backwarddioden PIN-Dioden Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Schottky-Dioden(Hot-Carrier-Dioden) Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Lernziel-Test 157 Bipolare Transistoren Allgemeines Arbeitsweise von pnp-transistoren Arbeitsweise von npn-transistoren Spannungen und Ströme beim Transistor Kennlinienfelder und Kennwerte (Emittergrundschaltung) Eingangskennlinienfeld Ausgangskennlinienfeld Stromsteuerungskennlinienfeld Rückwirkungskennlinienfeld Vierquadrantenkennlinienfeld Wahl des Transistorarbeitspunktes Steuerung des Transistors Restströme, Sperrspannungen und Durchbruchspannungen Restströme Sperrspannungen Durchbrachspannungen Übersteuerungszustand und Sättigungsspannungen Transistorverlustleistung Verlustleistung und Verlusthyperbel Kühlung von Transistoren Temperatureinfluss und Arbeitspunktstabilisierung Transistor-Rauschen Ursachen des Rauschens, Widerstandsrauschen Rauschzahl und Rauschmaß Transistordaten Kennwerte Signalkennwerte Gleichstromverhältnis Restströme und Durchbruchspannungen Sperrschichtkapazitäten Grenzfrequenzen Wärmewiderstände Rauschmaß Transistor-Schaltzeiten Grenzwerte Höchstzulässige Sperrspannungen Höchstzulässige Ströme Höchstzulässige Verlustleistungen Höchstzulässige Temperaturen Datenblätter 196

6 7.14 Anwendungen Transistorschalterstufen Transistorverstärker Einstufige Verstärker Mehrstufige r Verstärker Verstärker-Grundschaltungen Lernziel-Test 201 Unipolare Transistoren Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) Aufbau und Arbeitsweise Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte Anwendungen MOS-Feldeffekttransistoren(IG-FET) Aufbau und Arbeitsweise 212 Allgemeines 212 Anreicherungstyp 214 Verarmungstyp 214 Sperrschichtaufbau und Kanalabschnürung 214 Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte 216 Temperaturabhängigkeit 220 Verlustleistung 220 Anwendungen 221 Sourceschaltung 221 Drainschaltung 223 Gateschaltung 224 Dual-Gate-MOS-FET 225 Unijunktiontransistoren (UJT) 226 Lernziel-Test Integrierte Schaltungen Allgemeines Integrationstechniken Monolithtechnik (Halbleiterblocktechnik) Hybridtechnik Dünnfilmtechnik Dickschichttechnik Analoge und digitale integrierte Schaltungen Digitale IC Analoge IC Integrationsgrad und Packungsdichte Vor-und Nachteile integrierter Schaltungen Nanotechnik Ergebnisse der Nanotechnik Festkörperspeicher in Nanotechnik Operationsverstärker Einführung Aufbau und Arbeitsweise Idealer Operationsverstärker Realer Operationsverstärker Anwendungen Lernziel-Test

7 10 Thyristoren Vierschichtdioden (Thyristordioden) Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Thyristoren (rückwärtssperrende Thyristortrioden) Aufbau und Arbeitsweise Schaltverhalten Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Thyristor im Wechselstromkreis Thyristor im Gleichstromkreis Thyristortetroden Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen GTO-Thyristören Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Lemziel-Test Diac und Triac Diac Zweirichtungsdioden Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Zweirichtungs-Thyristordioden Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendung von Diac Triac Aufbau und Arbeitsweise Triggermodes Kennwerte und Grenzwerte Steuerungen mit Diac und Triac Lemziel-Test Fotohalbleiter Innerer fotoelektrischer Effekt Fotowiderstände Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Fotoelemente und Solarzellen Aufbau und Arbeitsweise Silizium-Fotoelemente Selen-Fotoelemente Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Fotodioden Aufbau und Arbeitsweise

8 Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Fototransistoren Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Fotothyristoren, Fotothyristortetroden Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen " Leuchtdioden (LED) Grundlagen Aufbau und Arbeitsweise 302 ' Technologie der LED Bauformen Versorgungsschaltungen LED-Farben Anwendungen Wirkungsgrad Lebensdauer, Temperatureinflüsse Vorteile/Nachteile zu konventionellen Leuchtmitteln Kennwerte und Grenzwerte Halbleiterlaser Lichtwellenleiter ' Opto-Koppler Aufbau und Arbeitsweise Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Lernziel-Test Halbleiterbauelemente mit speziellen Eigenschaften Hallgeneratoren Halleffekt Hallspannung Aufbau Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Feldplatten > Aufbau Widerstandsänderung Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Magnetdioden Aufbau Widerstandsänderung Kennwerte und Grenzwerte Anwendungen Druckabhängige Halbleiterbauelemente Piezoeffekt Piezohalbleiter Flüssigkristall-Bauteile Flüssige Kristalle (LCD, engl. Liquid Crystal Device)

9 Aufbau von Anzeigebauteilen Anwendungen Thin-Film-Transistor(TFT)-LCD-Bildschirme Plasma-Displays (PDP = Plasma Display Panel) Lemziel-Test Elektronen-und Ionenröhren Thermoemission Röhrendiode (Zweipolröhre, Vakuumdiode) Triode (Dreipolröhre) Kennlinien Kennwerte Anodenrückwirkung Spannungsverstärkung Anodenverlustleistung Tetrode (Vierpolröhre) Pentode (Fünfpolrölire) Kennlinien Kennwerte Spannungsverstärkung Vor-und Nachteile der Pentode gegenüber der Triode Elektronenstrahlröhren Strahlerzeugungssystem Strahlbündelungssystem Strahlablenksystem Leuchtschirm Stromkreis der Elektronenstrahlröhren Ionenröhren Stoßionisation Gasdiode Glimmröhren Aufbau und Arbeitsweise Anwendungen Fotozellen Fotoemission Aufbau und Arbeitsweise Vakuumfotozellen Gasfotozellen Lemziel-Test Lösungen der Lernziel-Tests 360 Anhang Datenblätter 369 Glossar 378 Stichwortverzeichnis