Grundlagen der Elektrotechnik

Vorwort zur 2., aktualisierten Auflage

Inhaltsverzeichnis

1 Grundbegriffe

1.1 Elektrischer Strom

1.1.1 Ladung

1.1.2 Ladungsträger

1.1.3 Ionisation

1.1.4 Stromkreis

1.1.5 Stromstärke

1.1.6 Stromdichte

1.1.7 Richtungssinn und Bezugssinn

1.1.8 Strommessung

1.2 Elektrische Spannung

1.2.1 Ladungstrennung

1.2.2 Richtungssinn und Bezugssinn

1.2.3 Spannungsmessung

1.3 Leistung und Energie

1.3.1 Erzeuger und Verbraucher

1.3.2 Leistung an einem Eintor

1.3.3 Wirkungsgrad

1.3.4 Elektrowärme

1.4 Elektrischer Widerstand

1.4.1 Der Begriff Widerstand

1.4.2 Das OHMsche Gesetz

1.4.3 Linearer Leiter

1.4.4 Widerstand von Isolierstoffen

1.4.5 Nichtlinearer Widerstand

1.4.6 Temperaturabhängigkeit

1.4.7 Supraleitung

1.5 Quellen

1.5.1 Leerlauf und Kurzschluss

1.5.2 Ideale Quellen

1.5.3 Lineare Quellen

2 Netze an Gleichspannung

2.1 Verbindung von Eintoren

2.1.1 Bestimmung des Arbeitspunktes

2.1.2 Leistungsanpassung

2.2 Knotensatz

2.2.1 Der Begriff Knoten

2.2.2 Knotengleichung

2.2.3 Parallelschaltung von Widerständen

2.3 Maschensatz

2.3.1 Maschengleichung

2.3.2 Potenzial

2.3.3 Reihenschaltung von Widerständen

2.4 Ersatzschaltungen

2.4.1 Ersatzwiderstand

2.4.2 Ersatzquelle

2.5 Überlagerungssatz

2.6 Zweitore

2.6.1 Strombedingung

2.6.2 Zweitorgleichungen

2.6.3 Berechnung der Zweitorparameter

2.6.4 Umwandlung der Zweitorparameter

2.6.5 Zweitorschaltungen

2.6.6 Gesteuerte Quellen

2.6.7 Zweitor-Ersatzschaltung

2.6.8 Symmetrie von Zweitoren

2.7 Schaltungsberechnung

2.7.1 Netzwerkanalyse

2.7.2 Knotenpotenzialverfahren

2.7.3 Netzwerkanalyse mit PSpice

2.7.4 Start mit Schematics

2.7.5 Gleichanalyse

2.7.6 Variation von Bauelementwerten

3 Zeitkonstante Felder

3.1 Elektrisches Strömungsfeld

3.1.1 Homogenes Feld

3.1.2 Inhomogenes Feld

3.2 Elektrostatisches Feld

3.2.1 Homogenes Feld

3.2.2 Influenz

3.2.3 Inhomogenes Feld

3.2.4 Punktladungen

3.2.5 Permittivität

3.2.6 Elektret

3.2.7 Kapazitive Eintore

3.2.8 Kondensatorschaltungen

3.2.9 Kapazität von Leiteranordnungen

3.3 Magnetisches Feld

3.3.1 Feldlinien von Magneten

3.3.2 Magnetische Flussdichte

3.3.3 Durchflutungsgesetz

3.3.4 Das Gesetz von BIOT-SAVART

3.3.5 Materie im Magnetfeld

3.3.6 Magnetische Werkstoffe

3.3.7 Magnetische Kreise

3.3.8 Magnetischer Kreis mit Dauermagnet

3.3.9 Kraft auf eine bewegte Ladung

3.4 Energietransport

4 Zeitabhängige Größen

4.1 Periodische Größen

4.1.1 Periodendauer und Frequenz

4.1.2 Gleichwert und Gleichrichtwert

4.1.3 Wirkleistung und Effektivwert

4.1.4 Verhältniszahlen

4.2 Sinusgrößen

4.2.1 Kreisfrequenz und Phasenwinkel

4.2.2 Kenngrößen

4.2.3 Zeigerdarstellung

4.2.4 Komplexe Symbole

5 Zeitabhängige Felder

5.1 Vorgänge im elektrischen Feld

5.1.1 Der Begriff Grundeintor

5.1.2 Kondensator an Sinusspannung

5.1.3 Energie eines geladenen Kondensators

5.1.4 Elektrische Energiedichte

5.1.5 Kräfte auf Kondensatorplatten

5.1.6 Polarisationsverluste

5.1.7 Piezoelektrischer Effekt

5.2 Vorgänge im magnetischen Feld

5.2.1 Induktionsgesetz

5.2.2 Induktion bei Drehbewegung

5.2.3 Ruheinduktion

5.2.4 Selbstinduktion

5.2.5 Induktivität von Leiteranordnungen

5.2.6 Gegenseitige Induktion

5.2.7 Idealer Übertrager

5.2.8 Energie im Magnetfeld

5.2.9 Verluste im Magnetfeld

5.2.10 Kraft auf Magnetpole

5.3 Elektromagnetisches Feld

5.3.1 MAXWELL sche Gleichungen

5.3.2 Induzierte Feldstärke

6 Netze an Sinusspannung

6.1 Grundeintore an Sinusspannung

6.1.1 Komplexer Widerstand

6.1.2 Grundeintor R

6.1.3 Grundeintor L

6.1.4 Grundeintor C

6.2 Verbindung von Grundeintoren

6.2.1 Reihenschaltung von R und L

6.2.2 Parallelschaltung von R und C

6.2.3 Reihenresonanz

6.2.4 Parallelresonanz

6.3 Lineare Netze

6.3.1 Ersatzeintor

6.3.2 Ersatzschaltung

6.3.3 Berechnungsverfahren

6.3.4 Resonanz

6.4 Netze mit Quellen

6.4.1 Belastung idealer Sinusquellen

6.4.2 Ersatzquellen

6.4.3 Kompensation

6.5 Netze mit linearen Zweitoren

6.5.1 Nachrichten-Übertragungssystem

6.5.2 Ersatzwiderstände

6.5.3 Anpassung

6.5.4 Frequenzgang

6.6 Ortskurven

6.6.1 Verbindung von Grundeintoren

6.6.2 Inversion

6.6.3 Normierung

6.7 Sinusanalyse

7 Drehstrom

7.1 Ströme und Spannungen

7.1.1 Symmetrische Größen

7.1.2 Drehstromerzeuger

7.1.3 Spannungssysteme

7.2 Symmetrische Belastung

7.2.1 Sternschaltung

7.2.2 Dreieckschaltung

7.2.3 Zeitabhängigkeit der Leistung

7.2.4 Drehfeld

7.2.5 Kompensation

7.3 Unsymmetrische Belastung

7.3.1 Sternschaltung am Vierleiternetz

7.3.2 Dreieckschaltung

7.3.3 Sternschaltung am Dreileiternetz

7.4 Symmetrische Komponenten

7.4.1 Geschlossenes Zeigerdreieck

7.4.2 Beliebige Lage der Zeiger

8 Schaltvorgänge

8.1 Lineare Netze

8.1.1 Übergangsvorgang

8.1.2 Schalterarten

8.1.3 Netz mit einem Grundeintor C

8.1.4 Netz mit einer Spule

8.1.5 Netz mit einem Schwingkreis

8.2 Transientanalyse

8.2.1 BDF-Verfahren

8.2.2 Durchführung der Analyse

9 Nichtsinusförmige Größen

9.1 Synthese periodischer Größen

9.1.1 Zeitabhängige Größen

9.1.2 FOURIER-Reihe

9.2 Harmonische Analyse

9.2.1 Berechnung der FOURIER-Koeffizienten

9.2.2 Analyse mit PSpice

9.3 Eigenschaften periodischer Größen

9.3.1 Wirkleistung

9.3.2 Effektivwert

9.3.3 Leistungsgrößen

9.3.4 Verzerrungsleistung

9.3.5 Klirrfaktor

9.4 Nichtperiodische Größen

9.4.1 Komplexe FOURIER-Reihe

9.4.2 FOURIER-Transformation

9.4.3 Eigenschaften der FOURIER-Transformation

10 Leitungen

10.1 Wellenausbreitung auf Leitungen

10.1.1 Leitungsarten

10.1.2 Leitungsparameter

10.1.3 Leitungsgleichungen

10.1.4 Verlustlose Leitung

10.1.5 Reflexion

10.1.6 Reflexionsfaktor

10.1.7 Verlustbehaftete Leitung

10.2 Leitung an Sinusspannung

10.2.1 Wellengleichung

10.2.2 Phasengeschwindigkeit

10.2.3 Ströme und Spannungen

10.2.4 Leitung als Zweitor

10.2.5 Natürliche Leistung

10.2.6 Verlustlose Leitung

11 Bauelemente

11.1 Erwärmung und Kühlung

11.1.1 Leistungsbilanz

11.1.2 Thermische Ersatzschaltung

11.1.3 Maximal zulässige Verlustleistung

11.1.4 Thermische Stabilität

11.2 Widerstände

11.2.1 Konstante Widerstände

11.2.2 Einstellbare Widerstände

11.2.3 Temperaturabhängige Widerstände

11.2.4 Spannungsabhängige Widerstände

11.3 Kondensatoren

11.3.1 Wickelkondensator

11.3.2 Verlustfaktor

11.3.3 Kondensatoren mit konstanter Kapazität

11.3.4 Spannungsabhängige Kapazität

11.4 Spulen

11.5 Dioden

11.5.1 Eigenschaften einer Halbleiterdiode

11.5.2 Das Halbleiter-Grundmaterial Silizium

11.5.3 Dotierung

11.5.4 pn-Übergang

11.5.5 pn-Diode

11.5.6 Solarzelle

11.5.7 Z-Diode

11.5.8 SCHOTTKY-Diode

11.6 Transistoren

11.6.1 Feldeffekttransistor

11.6.2 Bipolartransistor

12 Analoge Schaltungen

12.1 Stabilisierungsschaltungen

12.1.1 Spannungsstabilisierung

12.1.2 Stromstabilisierung

12.2 Rückkopplung

12.2.1 Mit- und Gegenkopplung

12.2.2 Rückkopplungsschaltungen

12.2.3 MILLER- und Bootstrap-Effekt

12.2.4 Über-alles-Gegenkopplung

12.3 Stabilität

12.3.1 Stabilisierung und Stabilität

12.3.2 Übertragungsfunktion

12.3.3 Grundlegendes Stabilitätskriterium

12.3.4 NYQUIST-Kriterium

12.3.5 Stabilität von Verstärkern

12.4 Transistorverstärker

12.4.1 Schaltungsarten

12.4.2 Einstellung der Arbeitspunkte

12.4.3 Thermische Stabilität

12.4.4 Emitter- bzw. Sourceschaltung

12.4.5 Kollektor- bzw. Drainschaltung

12.4.6 Basis- bzw. Gateschaltung

12.5 Operationsverstärker

12.6 Operationsverstärker-Schaltungen

12.6.1 Invertierender Verstärker

12.6.2 Nicht invertierender Verstärker

12.6.3 Addierer

12.6.4 Subtrahierer

12.6.5 Integrierer

12.6.6 Betragsbildung

12.6.7 Aktive Filter

13 Elektrochemie

13.1 Elektrischer Strom in Flüssigkeiten

13.1.1 Chemische Wirkung des Stromes

13.1.2 Dissoziation

13.1.3 Elektrolyse

13.2 FARADAYsche Gesetze

13.3 Elektrochemische Spannungsreihe

13.3.1 Reduktion und Oxidation

13.3.2 DANIELL-Element

13.3.3 Standard-Wasserstoffelektrode

13.4 Batterien

13.5 Akkumulatoren

13.5.1 Bleiakkumulator

13.5.2 Nickel-Cadmium-Akkumulator

13.5.3 Nickel-Metallhydrid-Akkumulator

13.5.4 Lithium-Ionen-Akkumulator

13.6 Brennstoffzellen

13.7 Elektrolytische Korrosion

14 Ströme in Nichtleitern

14.1 Stromleitung im Vakuum

14.2 Stromleitung in Gasen

14.2.1 Ladungsträger in Gasen

14.2.2 Elektrische Erscheinungen in Luft

14.2.3 Dunkelentladung

14.2.4 Stoßionisation

14.2.5 Durchschlag im homogenen Feld

14.2.6 Sichtbare Gasentladungen

14.2.7 Anwendungen des Lichtbogens

Lösungen der Aufgaben

Anhang

A 1 Winkelfunktionen

A 1.1 Funktionen desselben Winkels

A 1.2 Funktionen zweier Winkel

A 1.3 Vielfache eines Winkels

A 1.4 Teile eines Winkels

A 1.5 Potenzen von Winkelfunktionen

A 2 SI-Einheiten

A 3 Rechenoperationen mit Matrizen

A 4 Komplexe Rechnung

A 5 Wichtige Konstanten

M1 Berechnungen mit MATLAB

M2 MATLAB-Einführung

M2.1 Reelle Zahlen

M2.2 Ein- und Ausgabe

M2.3 Komplexe Zahlen

M2.4 Matrizen

M2.5 Kontrollstrukturen

M2.6 Symbolische Rechnung

M2.7 Programmierung

M3 Konforme Abbildung

Literaturverzeichnis

Sachwortverzeichnis

Bildquellen