Lehr- und Übungsbuch Elektronik - Analog- und Digitalelektronik

Günther Koß, Wolfgang Reinhold, Friedrich Hoppe

Lehr- und Übungsbuch Elektronik

Analog- und Digitalelektronik

2005

409 Seiten

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ISBN: 9783446403918

 

Vorwort

6

Vorwort zur 3. Auflage

7

Inhaltsverzeichnis

8

Formelzeichenverzeichnis

15

1 Elektronische Bauelemente

18

1.1 Physikalische Grundlagen der Halbleiterelektronik

18

1.1.1 Eigenleitung

18

1.1.2 Halbleiter mit Störstellen

19

1.1.3 Generationsmechanismen

22

1.1.4 Ladungsträgertransportmechanismen

23

1.1.5 Aufgaben

24

1.2 Halbleiterdioden

24

1.2.1 pn-Übergang

24

1.2.2 Kleinsignalverhalten

29

1.2.3 Schaltverhalten

30

1.2.4 Temperaturverhalten

32

1.2.5 Spezielle Dioden und ihre Anwendungen

33

1.2.6 Mikrowellendioden

38

1.2.7 Aufgaben

40

1.3 Bipolartransistoren

41

1.3.1 Wirkprinzip

41

1.3.2 Strom-Spannungs-Kennlinie

42

1.3.3 Nutzbarer Betriebsbereich

46

1.3.4 Bipolartransistor als Verstärker

48

1.3.5 Temperaturverhalten

53

1.3.6 Arbeitspunktabhängigkeit der Stromverstärkung

55

1.3.7 Bipolartransistor als elektronischer Schalter

55

1.3.8 Aufgaben

59

1.4 Thyristoren

61

1.4.1 Aufbau undWirkungsweise

61

1.4.2 Thyristorvarianten

62

1.4.3 Anwendungen von Thyristoren

63

1.4.4 Aufgaben

66

1.5 Feldeffekttransistoren

66

1.5.1 MOSFET

66

1.5.2 Sperrschicht-FET

78

1.5.3 Aufgaben

79

1.6 Rauschen elektronischer Bauelemente

81

1.6.1 Widerstandsrauschen

81

1.6.2 Diodenrauschen

82

1.6.3 Transistorrauschen

83

1.6.4 Rauschspannung

84

1.6.5 Rauschfaktor

84

1.6.6 Aufgabe

85

1.7 Operationsverstärker

85

1.7.1 Der ideale Operationsverstärker

86

1.7.2 Aufbau eines Operationsverstärkers

86

1.7.3 Statische Kenngrößen realer Operationsverstärker

87

1.7.4 Dynamisches Verhalten von Operationsverstärkern

90

1.7.5 Rauschen in Operationsverstärkern

91

1.7.6 Moderne Operationsverstärkertypen

92

1.7.7 Aufgaben

94

1.8 Optoelektronische Bauelemente und Halbleitersensoren

94

1.8.1 Fotosensoren

94

1.8.2 Leuchtdioden

97

1.8.3 Optokoppler

99

1.8.4 Spezielle Halbleitersensoren

99

1.8.5 Aufgaben

102

2 Analogtechnik

104

2.1 Berechnungsmethoden elektronischer Schaltungen

104

2.1.1 Ersatzschaltbilder

104

2.1.2 Groß- und Kleinsignalanalyse

105

2.1.3 Kleinsignalersatzschaltung

106

2.1.4 Vierpoldarstellung

107

2.1.5 Darstellung des Übertragungsverhaltens

111

2.1.6 Signalflussdarstellung

112

2.1.7 Computergestützte Netzwerkanalyse

113

2.1.8 Aufgaben

114

2.2 Lineare Verstärkergrundschaltungen

115

2.2.1 Grundmodell eines Spannungsverstärkers

115

2.2.2 Einstufige Verstärker mit Bipolartransistoren

116

2.2.3 Einstufige Verstärker mit Feldeffekt- Transistoren

124

2.2.4 Grundschaltungen mit mehreren Transistoren

125

2.2.5 Frequenzverhalten von Verstärkerstufen

139

2.2.6 Kopplung von Verstärkerstufen

142

2.2.7 Aufgaben

143

2.3 Gegenkopplung

145

2.3.1 Allgemeines Modell der Gegenkopplung

146

2.3.2 Schaltungsarten der Gegenkopplung

147

2.3.3 Effekte der Gegenkopplung

148

2.3.4 Anwendungen der Gegenkopplungsvarianten

152

2.3.5 Stabilität rückgekoppelter Verstärker

156

2.3.6 Frequenzgangkorrektur von Verstärkern

158

2.3.7 Aufgaben

159

2.4 Schaltungen mit Operationsverstärkern

160

2.4.1 Lineare Verstärker

160

2.4.2 Rechenschaltungen

162

2.4.3 Nichtlineare Schaltungen

166

2.4.4 Komparatoren und Schmitt-Trigger

166

2.4.5 Signalformung

168

2.4.6 Stromquellen

169

2.4.7 Schaltungstechnik mit modernen Operationsverstärkern

170

2.4.8 Aufgaben

174

2.5 Aktive Filter

175

2.5.1 Aktive Filter

179

2.5.2 Universalfilter

188

2.5.3 SC-Filter

190

2.5.4 Aufgaben

192

2.6 Oszillatoren

192

2.6.1 Grundstruktur und Schwingbedingung

193

2.6.2 RC-Oszillatoren

193

2.6.3 LC-Oszillatoren

196

2.6.4 Quarzoszillatoren

197

2.6.5 Aufgaben

198

2.7 Stromversorgungseinheiten

198

2.7.1 Gleichrichterschaltungen

199

2.7.2 Spannungsstabilisierung

201

2.7.3 Erzeugung von Referenzspannungen

203

2.7.4 Aufgaben

205

2.8 Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler

205

2.8.1 Kennwerte von A/D-Wandlern

205

2.8.2 A/D-Wandlungsverfahren

207

2.8.3 Grundprinzipien der D/ A- Wandlung

209

2.8.4 Aufgaben

213

3 Digitaltechnik

214

3.1 Einleitung

214

3.2 Codierung

217

3.2.1 Das Bit

217

3.2.2 Begriff der Codierung

219

3.2.3 Technisch bedeutsame Codes

220

3.2.4 Sicherung von Codes gegen Fehler

227

3.2.5 Aufgaben

228

3.3 Schaltkreisreihen

229

3.3.1 Bipolare Schaltkreisreihen

230

3.3.2 Unipolare Schaltkreisreihen

235

3.3.3 Aufgaben

238

3.4 Schaltalgebra

238

3.4.1 Schaltfunktionen

239

3.4.2 Schaltfunktionen und Schalt( er) netze

241

3.4.3 Gesetze und Rechenregeln der Schaltalgebra

241

3.4.4 Schaltfunktionen und Wertetabelle

243

3.4.5 Minimierung von Schaltfunktionen

245

3.4.6 NAND-NAND- und NOR- NOR- Strukturen

247

3.4.7 OR-NAND- und AND- NOR- Strukturen

249

3.4.8 Aufgaben

249

3.5 Synthese und Analyse kombinatorischer Schaltungen

249

3.5.1 Begriff der kombinatorischen Schaltung

249

3.5.2 Entwurf technisch bedeutsamer Funktionsgruppen

250

3.5.3 Entwurf kombinatorischer Schaltungen mit Multiplexern

258

3.5.4 Entwurf kombinatorischer Schaltungen mit Festwertspeichern ( ROM)

260

3.5.5 Analyse kombinatorischer Schaltungen

265

3.5.6 Aufgaben

266

3.6 Entwurf synchroner sequenzieller Schaltungen (Schaltwerke)

266

3.6.1 Flipflop

266

3.6.2 Synthese und Analyse synchroner sequenzieller Schaltungen

272

3.6.3 Kippschaltungen mit Digitalschaltkreisen

291

3.6.4 Aufgaben

296

3.7 Anwenderspezifische digitale Schaltkreise und Hardware-Beschreibungs-Sprachen

297

3.7.1 Schaltungsrealisierung in PAL

298

3.7.2 Schaltungsrealisierung mit FPGA

302

3.7.3 VHDL

304

3.7.4 Aufgaben

317

3.8 Halbleiterspeicher

320

3.8.1 Festwertspeicher

321

3.8.2 Schreib-Lese-Speicher

324

3.8.3 Erweiterung der Speicherkapazität

337

3.8.4 Aufgaben

341

3.9 Mikroprozessorsysteme

341

3.9.1 Elementarer Mikroprozessor

342

3.9.2 Mikroprozessorreihe 80x86

355

3.9.3 Assemblerprogrammierung

365

3.9.4 Aufgaben

370

3.10 Mikrocontroller

371

3.10.1 Architektur

371

3.10.2 Anwendungsbeispiele

373

3.10.3 Aufgaben

382

3.11 Signalprozessoren

383

3.11.1 Signalprozessoranwendungen

383

3.11.2 Signalprozessor-Strukturen

386

3.11.3 Der Signalprozessor DSP56303

387

3.11.4 DSP56303-Evaluation-Modul

389

3.11.5 Tasking-Entwicklungsumgebung

390

3.11.6 Beispielprogramme

391

3.11.7 Laufzeitanalyse

395

3.11.8 Aufgaben

396

Literaturverzeichnis

397

Elektronische Bauelemente

397

Analogtechnik

397

Digitaltechnik

399

Sachwortverzeichnis

400

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