Analogtechnik multimedial + cb-ufh Dr.-Ing. Hermann Deitert Prof. Dr.-Ing. habil. Mathias Vogel Mit 85 Bildern, 68 Übungen mit Lösungen und einer CD-ROM Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag
Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 17 1.1 Übersicht zur Analogtechnik - multimedial 17 1.2 Installation der CD-ROM 18 1.3 Aufbau und Struktur der CD-ROM 19 1.4 Aufteilung und Darstellung der Lehrinhalte 20 1.4.1 Sachgebiete 20 1.4.2 Darstellung der Lehrinhalte 21 1.4.3 Ergebnisbewertung 22 1.5 Hilfesysteme 23 1.5.1 Infos & Hilfen im Elektronischen Lexikon 23 1.5.2 Hilfen für die Übungsaufgaben 23 1.5.3 Hilfen für die Simulation 24 2 Elektronisches Lexikon 25 2.1 Gesamtübersicht 25 2.2 Inhalt der Sachgebiete 29 2.2.1 Elektrotechnische Grundlagen 29 2.2.2 Halbleiterbauelemente 31 2.2.3 Verstärkertechnik 33 2.2.4 Vorverstärker 35 2.2.5 Leistungsverstärker 37 2.2.6 Operationsverstärker ; 39 2.2.7 Schwingungserzeugung 41 2.2.8 Elektronische Filter 43 2.2.9 Stromversorgung 45
8 Inhaltsverzeichnis Übungsaufgaben und Simulationspraktikum 47 3.1 Elektrotechnische Grundlagen 48 Übung 1.1: Lineares Netzwerk; Entwurf einer Ersatzschaltung 49 Übung 1.2: Leistung, Wirkungsgrad und Anpassung im Grundstromkreis 50 Übung 1.3: Kennwerte der Sinusschwingung 51 Übung 1.4: Transformation von Spannung, Strom, Widerstand 52 Übung 1.5: Lade- und Entladevorgang beim Kondensator 53 Übung 1.6: Kabelanschluss für UKW-Empfänger 54 3.2 Halbleiterbauelemente 55 Übung 2.1: Charakteristische Größen des pn-übergangs bei Germanium, Silicium und Galliumarsenid 56 Übung 2.2: Berechnung der Konzentrationen, der Diffusionsspannung und der Breite der Sperrschicht eines Silicium-pn-Übergangs 57 Übung 2.3: Berechnung der Kennlinien von Ge-, Si- und GaAs- Dioden 58 Übung 2.4: Temperaturabhängigkeit der Kennlinie von Silicium- Dioden 59 Übung 2.5: Kennlinienaufnahme einer pn-diode in Durchlassrichtung 60 Übung 2.6: Parallelschaltung von zwei pn-dioden zwecks Erhöhung der Strombelastbarkeit 61 Übung 2.7: Kennlinienaufnahme einer Diode in Sperrrichtung 62 Übung 2.8: Reihenschaltung von zwei pn-dioden 63 Übung 2.9: Grundstromkreis mit einer Halbleiterdiode 64 Übung 2.10: Die Kennlinie einer Z-Diode 65 Übung 2.11: Sperrschichtweite und Kapazität einer Kapazitätsdiode 66 Übung 2.12: Berechnungen zur Einzel-Lichtemitterdiode 67 Übung 2.13: Berechnungen zur 7-Segment-LED-Anzeige 68 Übung 2.14: Berechnung der Giacoletto-Ersatzschaltelemente eines Bipolartransistors 69 Übung 2.15: Berechnungen zum thermischen Verhalten von. Halbleiterbauelementen 70 3.3 Verstärkertechnik 71 Übung 3.1: Untere Grenzfrequenz f u I Einfluss der Längskapazität, Phasenverschiebung und Dämpfung bei/, 72 Übung 3.2: Obere Grenzfrequenz/, / Einfluss der Querkapazität, Phasenverschiebung und Dämpfung bei/> 73 Übung 3.3: Verstärkerkette 74
Inhaltsverzeichnis Übung 3.4: Gemeinschaftsantennenanlage 75 Übung 3.5: Überlagerung zweier Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz und Phase; Entstehung nichtlinearer Verzerrungen 76 3.4 Vorverstärker 77 Übung 4.1: Emitterschaltung mit Basisvorwiderstand an der Betriebsspannung 78 Übung 4.2: Emitterschaltung mit Basisvorwiderstand am Kollektor (AP-Stabilisierung durch Spannungsgegenkopplung) 79 Übung 4.3: Emitterschaltung mit Basisspannungsteiler 80 Übung 4.4: Emitterschaltung mit Basisspannungsteiler und Emitterwiderstand (AP-Stabilisierung durch Stromgegenkopplung) 81 Übung 4.5: Spannungsverstärker (maximale Verstärkung kleiner Signale) 82 Übung 4.6: Bestimmung des Eingangswiderstandes einer Emitterstufe 83 Übung 4.7: Bestimmung des Ausgangswiderstandes einer Emitterstufe 84 Übung 4.8: Einfluss der Arbeitspunktlage auf die Form des Ausgangssignales 85 Übung 4.9: Einfluss der Steuerungsart (Strom- oder Spannungssteuerung) auf den Aussteuerbereich 86 3.5 Leistungsverstärker 87 Übung 5.1: A-Verstärkerstufe ohne Ausgangsübertrager: Betriebsspannung, Arbeitspunkt und Wirkungsgrad 88 Übung 5.2: A-Verstärkerstufe mit Ausgangsübertrager: Dimensionierung des Ausgangsübertragers AÜ; Leistung und Wirkungsgrad bei Anpassung 89 Übung 5.3: B-Verstärker-Endstufe mit symmetrischer Betriebsspannung: Aussteuerung, Ausgangsleistung, Gleichleistung und Wirkungsgrad bei Vollaussteuerung 90 Übung 5.4: B-Verstärker-Endstufe mit unsymmetrischer Betriebsspannung: Dimensionierung der Schaltung; Ausgangsleistung, Gleichleistung und Wirkungsgrad bei Vollaussteuerung 91 Übung 5.5: B-Verstärker-Endstufe mit symmetrischer Betriebsspannung: Ausgangsleistung, Gleichleistung, Gesamtverlustleistung und Wirkungsgrad in Abhängigkeit von dem Aussteuergrad m 92
10 Inhaltsverzeichnis Übung 5.6: AB-Verstärker-Endstufe mit symmetrischer Betriebsspannung: Dimensionierung der Vorspannungserzeugung zur Vermeidung von Übernahmeverzerrungen 93 Übung 5.7: B-Verstärker-Endstufe mit OPV und Gegenkopplung vom OPV-Ausgang: Dimensionierung der Schaltung... 94 Übung 5.8: B-Verstärker-Endstufe mit OPV und Gegenkopplung vom Verstärkerausgang: Dimensionierung der Gegenkopplung zur Vermeidung von Übernahmeverzerrungen :. 95 Übung 5.9: Leistungs-OPV als NF-Verstärker: Dimensionierung und Kennwerte bei unsymmetrischer Betriebsspannung 96 3.6 Operationsverstärker 97 Übung 6.1: OPV-Kennwerte: Leerlaufverstärkung, Offsetspannung, Grenzfrequenz 98 Übung 6.2: Invertierender Verstärker 99 Übung 6.3: Nichtinvertierender Verstärker 100 Übung 6.4: Addierschaltung 101 Übung 6.5: Subtrahierschaltung 102 Übung 6.6: Integrator 103 Übung 6.7: Logarithmischer Verstärker als Dynamikkompressor... 104 Übung 6.8: Komparator 105 Übung 6.9: Konstantstromquelle 105 3.7 Schwingungserzeugung 107 Übung 7.1: Meißner-Oszillator ;. 108 Übung 7.2: Colpitts-Oszillator '. 109 Übung 7.3: Hartley-Oszillator 110 Übung 7.4: Schwingquarz für Quarzuhr 111 Übung 7.5: Frequenzsynthesizer mit PLL... 112 3.8 Elektronische Filter 113 Übung 8.1: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 1. Ordnung 114 Übung 8.2: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 2. Ordnung mit Bessel-Verlauf (1) 115 Übung 8.3: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 2. Ordnung mit Tschebyscheff-Verlauf 116
Inhaltsverzeichnis 11 Übung 8.4: Berechnung der Spannungsverstärkung und Dimensionierung eines aktiven Tiefpasses 2. Ordnung mit Bessel-Verlauf (2) 117 Übung 8.5: Berechnung von Kenngrößen eines selektiven Filters... 118 3.9 Stromversorgung 119 Übung 9.1: Berechnung der Kennwerte einer Einweg- und Zweiweg-Gleichrichterschaltung 120 Übung 9.2: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit einer Z-Diode 121 Übung 9.3: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit Z-Diode und Emitterfolger 122 Übung 9.4: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit einem Längstransistor und einem Transistor-Regelverstärker 123 Übung 9.5: Dimensionierung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit einem Längstransistor und einem OPV-Regelverstärker 124 4 Berechnungshilfen und Lösungen der Übungsaufgaben 125 4.1 Elektrotechnische Grundlagen 126 4.2 Halbleiterbauelemente 134 4.3 Verstärkertechnik 146 4.4 Vorverstärker 151 4.5 Leistungsverstärker '. 159 4.6 Operationsverstärker 169 4.7 Schwingungserzeugung 179 4.8 Elektronische Filter 184 4.9 Stromversorgung 189 5 Anhang 195 Anhang A: Normwert-Reihen für Widerstände und Kondensatoren 195 Anhang B: Filterkatalog (Auszug) 196 Literaturverzeichnis 197 Sachwortverzeichnis 198