Prof. Dr. sc. techn. Roland Köstner Prof. Dr.-Ing. habil. Albrecht Möschwitzer Elektronische Schaltungstechnik 5., stark bearbeitete Auflage IJJ VEB VERLAG TECHNIK BERLIN
Inhaltsverzeichnis Schreibweise und Formelzeichen der wichtigsten Größen 10 1. Grundlagen der elektronischen Schaltungstechnik 15 1.1. Bauelemente 15 1.1.1. Widerstände 15 1.1.2. Kondensatoren 16 1.1.3. Induktivitäten 16 1.1.4. Halbleiterdioden 17 1.1.5. Bipolartransistoren 17 1.1.6. Feldeffekttransistoren 21 1.2. Grundzüge der Stromkreisberechnung 26 1.2.1. Die Kirchhoffschen Sätze 26 1.2.2. Strom- und Spannungsteilerregel 26 1.2.3. Grundstromkreis 26 1.2.4. Einfache RLC-Netzwerke 27 1.2.4.1. Tiefpaß 27 1.2.4.2. Hochpaß 27 1.2.4.3. Resonanzkreis (Bandpaß) 27 1.3. Rauschverhalten von Bauelementen und Schaltungen 28 1.4. Grenzwerte von Bauelementen und Schaltungen 33 X Grundschaltungen der Analogtechnik 35 2.1. Merkmale der Analogtechnik 35 2.2. Gleichrichterschaltungen 35 2.2.1. Einweggleichrichterschaltungen 36 2.2.2. Zweiweggleichrichterschaltungen 40 2.2.2.1. Mittelpunktschaltungen 40 2.2.2.2. Brückenschaltungen 42 2.2.3. Spannungsvervielfacher 44 2.2.4. Siebschaltungen 47 2.3. Referenzspannungsquellen 49 2.3.1. Schaltungen mit Dioden und Bipolartransistoren 49 2.3.2. Schaltungen mit MOS-Feldeffekttransistoren 55 2.4. Stromquellen 56 2.4.1. Schaltungen mit Bipolartransistoren für Üi = 1 57 2.4.2. Schaltungen mit Bipolartransistoren für Ü t = 1 62 2.4.3. Schaltungen mit MOS-Feldeffekttransistoren 65 2.4.4. Präzisionsstromquellen 65 2.5. Schaltungen zur Potentialverschiebung 66 2.6. Verstärkerstufen 69 2.6.1. Statisches Verhalten - Arbeitspunkteinstellung 70 2.6.2. Kleinsignalverhalten 75
Inhaltsverzeichnis 7 2.6.2.1. Verstärkervierpol ohne Gegenkopplung 75 2.6.2.2. Verstärkervierpol mit Gegenkopplung 79 2.6.3. Emitterschaltung 83 2.6.4. Kollektorschaltung (Emitterfolger) 85 2.6.5. Basisschaltung 89 2.6.6. Sourceschaltung 90 2.6.7. Drainschaltung (Sourcefolger) 92 2.6.8. Gateschaltung 93 2.6.9. Darlington-Schaltung (Kaskadenschaltung) 94 2.6.10. Kaskodeschaltung 98 2.6.11. Mehrstufige Anordnungen 100 2.7. Differenzverstärkerstufen 105 2.7.1. Grundsätzlicher Aufbau und Dimensionierung 105 2.7.2. Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung 109 2.7.3. Übergang von symmetrischer zu asymmetrischer Signalverarbeitung (phasenaddierende Schaltungen) 110 2.7.4. Differenzverstärker mit regelbarer Verstärkung 114 2.7.5. Differenzverstärker mit Begrenzerverhalten 116 2.7.6. Differenzverstärker als Multiplizierer 121 2.7.7. Differenzverstärker mit MOS-Feldeffekttransistoren 123 2.8. Ausgangsstufen 125 2.8.1. Eintaktanordnungen 125 2.8.2. Gegentaktanordnungen 131 2.9. Selektiwerstärkerstufen 142 2.9.1. Verstärker mit verteilter Selektion '. 143 2.9.2. Verstärker mit konzentrierter Selektion 146 2.9.3. Aktive J?C-Filter 146 2.10. Oszillatoren 148 2.10.1. Grundsätzlicher Aufbau und Schwingbedingung 148 2.10.2. LC-Oszillatoren 149 2.10.3. ijc-oszillatoren 153 2.10.4. Frequenzstabilisierte Oszillatoren (Quarzoszillatoren) 156 2.10.5. Gesteuerte Oszillatoren (VCO, CCO) 158 2.11. Aufgaben 159 3. Integrierte Analogschaltkreise und deren Anwendung 161 3.1. Operationsverstärker 161 3.1.1. Prinzipielle Eigenschaften von Operationsverstärkern 161 3.1.2. Aufbau von Operationsverstärkern 165 3.1.2.1. Operationsverstärker mit Eintaktendstufe 165 3.1.2.2. Operationsverstärker mit Gegentaktendstufe 166 3.1.2.3. Operationsverstärker mit Feldeffekttransistoren 170 3.1.2.4. Vergleich der Kennwerte idealer und realer Operationsverstärker 174 3.1.3. Betriebsverhalten von Operationsverstärkern 175 3.1.3.1. Invertierender Operationsverstärker 175 3.1.3.2. Nichtinvertierender Operationsverstärker 177 3.1.3.3. Kompensation von Eingangsfehlergrößen 180 3.1.3.4. Frequenzgang und Frequenzgangkompensation 181 3.1.4. Einsatzmöglichkeiten von Operationsverstärkern 189
8 Inhaltsverzeichnis 3.2. Leistungsverstärker 195 3.2.1. Leistungsverstärker mit Gegentakttransistoren gleicher Zonenfolge 195 3.2.2. Leistungsverstärker mit Gegentakttransistoren komplementärer Zonenfolge 197 3.2.2.1. Stromgegengekoppelte Emitterschaltung als Eingangsstufe 197 3.2.2.2. Dififerenzverstärker als Eingangsstufe 199 3.2.3. Leistungsverstärker für hohe Ausgangsleistungen (Leistungs-Operationsverstärker) 201 3.2.4. Leistungsverstärker mit sehr hohem Wirkungsgrad (D-Verstärker) 206 3.3. ZF-Verstärker 207 3.3.1. AM-ZF-Verstärker 207 3.3.2. FM-ZF-Verstärker 210 3.4. Demodulatoren 212 3.4.1. AM-Demodulatoren 212 3.4.2. FM-Demodulatoren 216 3.5. Phasenregelkreise (PLL) 220 3.5.1. Aufbau und Wirkungsweise von Phasenregelkreisen 220 3.5.2. Einsatzmöglichkeiten von Phasenregelkreisen 222 3.6. Stromversorgungsschaltungen 224 3.6.1. Prinzipielle Möglichkeiten der Spannungsstabilisierung 224 3.6.2. Aufbau von Spannungsstabilisatoren 225 3.6.2.1. Stabilisatoren mit fest eingestellter Ausgangsspannung 225 3.6.2.2. Stabilisatoren mit frei einstellbarer Ausgangsspannung 226 3.7. Aufgaben 232 4. Grundschaltungen der Digitaltechnik 234 4.1. Grundlagen der Digitaltechnik 234 4.1.1. Grundzüge der Schaltalgebra 234 4.1.2. Informationsdarstellung in der binären Digitaltechnik 237 4.1.3. Rechnen mit Dualzahlen 238 4.2. Der Inverter als Elementarstruktur digitaler Schaltungen 239 4.2.1. MOS-Inverter 239 4.2.1.1. EE-, ED- und CMOS-Inverter 239 4.2.1.2. Weitere MOS-Inverter 241 4.2.2. Bipolarinverter 242 4.2.2.1. TTL-Inverter 242 4.2.2.2. ECL-Inverter 243 4.2.2.3.1 2 L-Inverter 245 4.3. Kombinatorische Logikschaltungen 247 4.3.1. MOS-Gatter (mit Beispiel Volladder) 247 4.3.2. TTL-Gatter (mit Beispiel BCD-Dekoder) 249 4.3.3. ECL-Gatter 251 4.3.4. I 2 L-Gatter (mit Beispiel Multiplexer) 252 4.4. Sequentielle Grundschaltungen 253 4.4.1. /JS-Flipflop 253 4.4.2..D-Flipflop (Data latch) 254 4.4.3. /JsT-Flipflop 256 4.4.4. r-flipflop 256 4.4.5. Schieberegisterzellen 257 4.4.5.1. Statische Schieberegisterzellen 257
Inhaltsverzeichnis 9 4.4.5.2. Dynamische Schieberegisterzellen 258 4.4.6. Speicherzellen 259 4.4.6.1. Statische Speicherzellen 259 4.4.6.2. Dynamische Speicherzellen 260 4.5. Trigger und Vibratoren 261 4.5.1. Schmitt-Trigger 261 4.5.2. Monostabiler Vibrator (Monoflop) 262 4.5.3. Astabiler Vibrator (Multivibrator) 263 4.6. Aufgaben 264 5. Komplexe Digitalschaltungen in TTL-Technik 266 5.1. Elektrische Eigenschaften von TTL-Schaltkreisen 266 5.2. Beschaltung nichtbenutzter Eingänge, Schutz gegen Überspannung 267 5.3. Zähler und Teiler 268 5.4. Schieberegister 270 5.5. Dekoder und Multiplexer 272 5.6. Arithmetikschaltungen 274 5.7. Aufgaben 278 6. Hochintegrierte Mikrorechnerschaltkreise in MOS-Technik 279 6.1. Mikroprozessorsysteme 279 6.1.1. Der CPU-Schaltkreis U 880 bzw. Z 80-CPU 279 6.1.1.1. Aufbau und Funktion 279 6.1.1.2. Befehle und Programmierung 281 6.1.2. Der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis U 855 bzw. Z 80-PIO 285 6.1.2.1. Aufbau und Funktion 285 6.1.2.2. Programmierung 286 6.2. Halbleiterspeicher 288 6.2.1. Überblick 288 6.2.2. ROM/PROM 288 6.2.3. EPROM 289 6.2.4. RAM 291 6.2.4.1. Statische MOS-RAMs 291 6.2.4.2. Dynamische MOS-RAMs 291 6.3. Aufgaben 293 7. AD- und DA-Konverter 294 7.1. Allgemeine Grundlagen 294 7.2. DA-Konverter (DAC) 295 7.3. AD-Konverter (ADC) 297 7.3.1. Parallelverfahren (word at a time) 298 7.3.2. Sequentielle Wägeverfahren (bit at a time) 298 7.3.3. Zählverfahren (level at a time) 298 7.4. Integrierte DA- und AD-Konverterschaltkreise und ihre Anwendung 300 7.4.1. DA-Konverterschaltkreise 300 7.4.2. AD-Konverterschaltkreise 301 Literaturrerzeichnis 304 Sachwörterrerzeichnis 308