Uwe Naundorf Analoge Elektronik Grundlagen, Berechnung, Simulation Hüthig Verlag Heidelberg
Inhaltsverzeichnis 1 Bauelemente 1 1.1 Nichtlinearer Widerstand 1 1.1.1 Allgemeine Beschreibung 1 1.1.2 Großsignalverhalten 3 1.1.2.1 Grafische Bestimmung des Arbeitspunktes 4 1.1.2.2 Linearisierung im Arbeitspunkt 7 1.1.3 Nichtlineare Verzerrungen 10 1.1.4 Kleinsignalverhalten 12 1.1.5 Zusammenfassung 15 1.1.6 Aufgaben 17 1.2 pn-diode 19 1.2.1 Großsignalverhalten 19 1.2.1.1 Temperaturverhalten 23 1.2.1.2 Arbeitspunkt 25 1.2.1.3 Ersatzschaltbilder 27 1.2.2 Dynamisches Verhalten 31 1.2.3 Kleinsignalverhalten 33 1.2.4 Aufgaben 36 1.3 Spezialdioden 41 1.3.1 Kapazitätsdiode 41 1.3.2 Z-Diode 45 1.3.2.1 Allgemeines 45 1.3.2.2 Kenngrößen und Ersatzschaltbild 46 1.3.3 Aufgaben 51 1.4 Bipolarer Transistor 54 1.4.1 Grundlagen 54 1.4.2 Großsignalverhalten 56 1.4.2.1 EBERS-MOLL-Modell 56 1.4.2.2 Kennlinien 63 1.4.2.3 Ersatzschaltbilder 68 1.4.2.4 Temperaturverhalten 74 1.4.3 Arbeitspunkt 76 1.4.3.1 Grundsatzüberlegungen 76 1.4.3.2 Schaltungsmaßnahmen zur Arbeitspunkteinstellung 78 1.4.3.3 Temperatureinfluss 86 1.4.4 Arbeitspunktstabilisierung 89 1.4.4.1 Strom-Spannungs-Gegenkopplung 90 1.4.4.2 Spannungs-Strom-Gegenkopplung 95 1.4.5 Kleinsignalverhalten 97 1.4.5.1 Hybridparameter der Emitterschaltung 99 1.4.5.2 Hybridparameter der Basis- und Kollektorschaltung 101 1.4.5.3 Alternative Beschreibungsformen 103
INHALTSVERZEICHNIS 1.4.5.4 Urnrechnungen der Hybridparameter 104 1.4.5.5 Arbeitspunktabhängigkeit der Hybridparameter 105 1.4.6 Aufgaben 108 1.4.6.1 Anlage Vierquadranten-Kennlinienfeld 113 1.5 Unipolarer Transistor 114 1.5.1 Sperrschicht-Feldeffekttransistor 116 1.5.1.1 Grundlagen 116 1.5.1.2 Kennlinien 117 1.5.1.3 Temperaturverhalten 118 1.5.1.4 Arbeitspunkteinstellung 119 1.5.1.5 Großsignal-Ersatzschaltbild 121 1.5.2 Isolierschicht-Feldeffekttransistor 122 1.5.2.1 Grundlagen 122 1.5.2.2 Kennlinien 123 1.5.2.3 Arbeitspunkteinstellung 125 1.5.2.4 Großsignal-Ersatzschaltbild 127 1.5.3 Kleinsignalverhalten 128 1.5.3.1 Admittanzparameter der Sourceschaltung 128 1.5.3.2 Arbeitspunktabhängigkeit der Admittanzparameter 130 1.5.4 FET als gesteuerter Widerstand 130 1.5.5 Aufgaben 135 Grundschaltungen 139 2.1 Netzgleichrichter 139 2.1.1 Gleichrichter mit ohmscher Last 139 2.1.1.1 Einweggleichrichter 139 2.1.1.2 Zweiweggleichrichter 142 2.1.2 Gleichrichter mit kapazitiver Last 144 2.1.2.1 Einweggleichrichter 145 2.1.2.2 Zweiweggleichrichter 148 2.1.3 Siebung 150 2.1.4 Aufgaben 153 2.2 Gleichspannungswandler 156 2.2.1 Flusswandler 156 2.2.1.1 Funktionsprinzip 156 2.2.1.2 Berechnung der Ausgangsspannung 157 2.2.1.3 Dimensionierung der Schaltung 158 2.2.2 Sperrwandler 161 2.2.2.1 Funktionsprinzip 161 2.2.2.2 Berechnung der Ausgangsspannung 162 2.2.2.3 Dimensionierung der Schaltung 163 2.2.2.4 Lückender Betrieb 165 2.2.3 Aufgaben 166 2.3 Spannungsstabilisierung 167 2.3.1 Grundschaltung 167 2.3.2 Erhöhung des Stabilisierungsfaktors 170 2.3.3 Verringerung des Irmenwiderstandes 170 2.3.4 Aufgaben 173 2.4 Betriebsverhalten des bipolaren Transistors 175 2.4.1 Allgemeine Bestimmung der Betriebskenngrößen 175 2.4.1.1, Eingangsimpedanz 176 2.4.1.2 Ausgangsimpedanz 176 2.4.1.3 Spannungsverstärkung 177 2.4.1.4 Stromverstärkung 177
INHALTSVERZEICHNIS ix 2.4.1.5 Leistungsverstärkung 178 2.4.1.6 Tabelle der Vierpol-Betriebskenngrößen 179 2.4.2 Betriebskenngrößen der drei Grundschaltungen 180 2.4.2.1 Emitterschaltung 180 2.4.2.2 Basisschaltung 183 2.4.2.3 Kollektorschaltung 185 2.4.3 Aufgaben.. 189 2.5 Frequenzverhalten der Emitterschaltung 192 2.5.1 Aufgaben 198 2.6 Gegengekoppelter Transistorverstärker 203 2.6.1 Einführung 203 2.6.2 Strom-Spannungs-Gegenkopplung 205 2.6.2.1 Funktionsprinzip 206 2.6.2.2 Schaltungsanalyse 207 2.6.2.3 Starke Gegenkopplung 211 2.6.3 Spannungs-Strom-Gegenkopplung 212 2.6.3.1 Funktionsprinzip 212 2.6.3.2 Schaltungsanalyse 213 2.6.3.3 Starke Gegenkopplung 217 2.6.3.4 Gesamtspannungsverstärkung 217 2.6.4 Linearisierung durch Gegenkopplung 218 2.6.5 Aufgaben 228 2.7 FET als Schalter 232 2.7.1 Übertragungsverhalten des NMOS-Schalters 233 2.7.1.1 Statisches Übertragungsverhalten 234 2.7.1.2 Dynamisches Übertragungsverhalten 237 2.7.2 Übertragungsverhalten des CMOS-Schalters 244 2.7.2.1 Statisches Übertragungsverhalten 245 2.7.2.2 Dynamisches Übertragungsverhalten 248 2.7.3 Digitale Torschaltung 254 2.7.4 Aufgaben 259 2.8 Differenzverstärker 261 2.8.1 Großsignalverhalten 261 2.8.2 Kleinsignalverhalten 263 2.8.3 Aufgaben 268 2.9 Endverstärker 270 2.9.1 Gegentakt-B-Endstufe 270 2.9.2 Gegentakt-AB-Endstufe 272 2.9.3 Aufgaben 276 2.10 Operationsverstärker 277 2.10.1 Der ideale Operationsverstärker 277 2.10.2 Lineare Grundschaltungen 280 2.10.2.1 Strom-Spannungs-Wandler 280 2.10.2.2 Invertierender Verstärker 280 2.10.2.3 Invertierender Addierer 281 2.10.2.4 Nichtinvertierender Verstärker 281 2.10.2.5 Nichtinvertierender Addierer 282 2.10.2.6 Differenzverstärker 282 2.10.2.7 Integrator 284 2.10.2.8 Differenzierer 285 2.10.3 Aufgaben 293
x INHALTSVERZEICHNIS A Lösungen zu Kapitel 1 297 A.l Lösungen zu Abschnitt 1.1 297 A.2 Lösungen zu Abschnitt 1.2 305 A.3 Lösungen zu Abschnitt 1.3 315 A.4 Lösungen zu Abschnitt 1.4 323 A.5 Lösungen zu Abschnitt 1.5 337 B Lösungen zu Kapitel 2 349 B.l Lösungen zu Abschnitt 2.1 349 B.2 Lösungen zu Abschnitt 2.2 360 B.3 Lösungen zu Abschnitt 2.3 368 B.4 Lösungen zu Abschnitt 2.4 373 B.5 Lösungen zu Abschnitt 2.5 379 B.6 Lösungen zu Abschnitt 2.6 395 B.7 Lösungen zu Abschnitt 2.7 409 B.8 Lösungen zu Abschnitt 2.8 414 B.9 Lösungen zu Abschnitt 2.9 418 B.10 Lösungen zu Abschnitt 2.10 420 C MILLER-Theorem 429 D Liste der Beispiele 431 E Dateiliste Aufgaben und Lösungen 435 Literaturverzeichnis 439 Sachverzeichnis 441 Satz: TEX, Version 3.14159 (Web2C 7.3.1) 14TEX2 e < 1999/12/01 > Grafik: GNUPLOT, Linux Version 3.7 XFIG, Linux Version 3.2 Simulation: SPICE, Version 3F5 TAMDIU DISCENDUM EST, QUAMDIU VIVAS Seneca