Grundlagen der Elektronik Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen
Shaker-Verlag
INHALTSVERZEICHNIS 1
EINFÜHRUNG IN DIE PHYSIK DER HALBLEITER
1.1
Einordnung der Halbleiter zwischen Leitern und Isolatoren
1.2 Aufbau von Leitern und Halbleitern 1.2.1 Aufbau der Atome 1.2.2 Kristallaufbau 1.3 Leitungsmechanismen in Halbleitern 1.3.1 Eigenleitung (Leitungsmechanismen im reinen Halbleiter) 1.3.2 Störstellenleitung 1.3.3 Erklärung der Leitungsmechanismen im Halbleiter mit Energie-Modellen 1.3.4 Energie-Verteilung der freien Elektronen und der Löcher
2
DER PN-ÜBERGANG
2.1 Der pn-Übergang ohne äußere Spannung 2.1.1 Der ideale abrupte pn-Übergang 2.1.2 Ladungsträgerdichte 2.1.3 Raumladungsdichte 2.1.4 Diftusionsspannung 2.1.5 Sperrschichtweite 2.1.6 Sperrschichtkapazität 2.1.7 Energiebänder-Modell des pn-Überganges X2 Der pn-Übergang mit äußerer Spannung 2.2.1 Sperrpolung 2.2.2 Flußpolung 2.2.3 Durchbruch bei hoher Feldstärke in Sperrpolung 2.2.4 Gesamtkennlinie des pn-Überganges 2.2.5 Temperaturabhängigkeit der Kennlinie 2.2.6 Schaltverhalten des pn-Übergangs
3
METALL-HALBLEITER-ÜBERGÄNGE
, 3.1 Schottky-Kontakt (Sperrschicht-Kontakt) 3.1.1 Übergang von n-Halbleiter zu Metall mit größerer Austrittsarbeit (WM > WH) 3.1.2 Übergang von p-Halbleiter zu Metall mit geringerer Austrittsarbeit (W M 0 ) 12.2.5 Der leitende Transistor (gesättigt) 12.2.6 Kennlinien-Arbeitsbereiche des Transistors als Schalter 123 Das dynamische Verhalten 12.3.1 Einschaltvorgang 12.3.2 Der Ausschaltvorgang 12.4 Maßnahmen zur Verbesserung des Schaltverhaltens 12.5 Schaltverlustleistung 12.6 Transistorschalter bei ohmscher, kapazitiver und induktiver Last 12.6.1 OhmscheLast 12.6.2 Ohmisch-induktive Last 12.6.3 Ohmisch-kapazitive Last 12.7 Transistor in digitalen Grundschaltungen
DER FELDEFFEKTTRANSISTOR (FET) Allgemeines / Grundprinzip
13-1 13-1
13.2 Sperrschicht-FET 13.2.1 Aufbau und Wirkungsprinzip 13.2.2 Einfluß der Kanalspannung auf die Kennlinie 13.2.3 Steuerung über das Gate 13.2.4 Die Kennlinien des Sperrschicht-FET 133 IG-FET (isolated gate) 13.3.1 Anreicherungstyp 13.3.2 Verarmungstyp 13.3.3 Kurzkanalstrukturen - Der VMOS-FET 13.3.4 Vorteile der IG-FET 13.4 Übersicht über alle FET-Typen
14.2 Anwendungsbeispiele ohne Rückkopplung oder mit Mitkopplung 14.2.1 Komparator 14.2.2 Schmitt-Trigger 143 Anwendungsbeispiele mit Gegenkopplung 14.3.1 Invertierender Verstärker 14.3.2 Nicht-invertierender Verstärker 14.3.3 Addition (mit Inversion) 14.3.4 Subtraktion (Differenzverstärker) 14.3.5 Integration 14.3.6 Differentiation 14.3.7 Tiefpaß oder Verzögerungsglied 1. Ordnung 14.3.8 Hochpaß 14.3.9 Bandpaß 143.10 PI-Regler 1*4 Fehler-Rechnung 14.4.1 Fehler durch Eingangs-Offset-Spannung 14.4.2 Fehler durch Eingangsströme (Bias-Ströme) 14.43 Fehler durch Ungleichheit der Eingangsströme (Eingangs-Offsetstrom) tU A a f t u und Funktionsweise eines Operationsverstärkers -' ]HS.l Eingangsstufe ' % * 2 Koppelstufe **•"•• Aosgmgsstufe Gnuntschalnmg des OP 741
18 HALBLEITERBAUELEMENTE OHNE PN-ÜBERGANG (HOMOGENE HALBLEITERBAUELEMENTE)
18-1
18.1
Heißleiter (NTC-Widerstände)
18.2
Kaltleiter (PTC-Widerstände)
18-3
183
Varistoren (VDR)
18-4
* 18.4
18-1
Fotowiderstand (LDR)
18-4
183
Feldplatte (MDR)
18-5
18.6
Hallgenerator
18-5
18.7
Dehnungsmeßstrelfen
18-6
INHALTSVERZEICHNIS 19
GLEICHSPANNUNGSWANDLER
19.1
Drossel-Aufwärtswandler
19.2
Drossel-Abwärtswandler
193
Drossel-Inverswandler
19.4
Einschwingvorgänge
20
THERMISCHE PROBLEME / WÄRMEABLEITUNG
20.1 Temperaturerhöhung von Bauelementen durch Wärmefreisetzung 20.1.1 Verlustwärme - Verlustleistung 20.1.2 Wärmekapazität 20.2 Wärmeableitung 20.2.1 Der Wärmewiderstand 20.2.2 Wärmewiderstand bei Wärmeleitung 20.2.3 Wärmewiderstand bei Konvektion 20.2.4 Wärmestrahlung 20.2.5 Kahlflächenberechnung 2 0 3 Der Wärmestromkreis 20.4 Berechnung des Wärmestromkreises 20.4.1 Analogie thermischer und elektrischer Größen 20.4.2 Berechnung von Temperaturen im stationären Betrieb 20.4.3 Reduzierung der zulässigen Verlustleistung bei hoher Umgebungstemperatur 20.4.4 Thermische Ausgleichsvorgänge
ANHANG A
SCHALTUNGSANALYSE
A.1 Grundlagen der Zweipoltheorie A.2 Einfache Zweipole A.2.1 Passive Zweipole A.2.2 Aktive Zweipole A.2.2./ Einfache Spannungsquelle A.2.2.2 Einfache Stromquelle A.2.2.3 Äquivalenzprinzip A3 Ersatzwiderstand passiver Zweipole A.3.1 Berechnung bei linearen Elementen A.3.2 Grafisches Verfahren bei nichtlinearen Elementen A.3.2.1 Reihenschaltung A.3.2.2 Parallelschaltung A.3.3 Linearisierung von Kennlinien A.4 Ersatzschaltung aktiver Zweipole A.4.1 Aktive Zweipole mit einer Quelle A.4.2 Aktive Zweipole mit mehreren Quellen AS Zusammenschaltung aktiver und passiver Zweipole A.5.1 Der lineare Grundstromkreis A.5.2 Der nichtlineare Grundstromkreis - Grafisches Schnittpunktverfahren A,5.2.i Nichtlinearer Gleichstromkreis A.5.2.2 Stromkreis mit zeitveränderlicher Quellenspannung A.5.2.3 Überlagerung von Gleich- und Wechselspannung (grafische Superposition) A.5.3 Stromkreise mit bipolarem Transistor A. 5.3.1 Vier-Quadranten-Kennlinienfeld A.5.3.2 Arbeits-Übertragungskennlinie A.5.3.3 Grafische Ermittlung des Arbeitspunktes A.5.3.4 Grafische Analyse des Wechselstromverhaltens
jr des Transistors h-Parameter aus den Kennlinien des Transistors Datenblättern von NF-Transistoren rüttelte Näherungswerte der Vierpolparameter des Transistors iltung ung
B-l B-l B-3 B-3 B-4 B-5 B-5 B-7 B-8 B-9 B-9 B-JO
IVENDETE GRÖSSENSYMBOLE UND SCHALTZEICHEN
C-l
SE
L-l
er (Hybrid-Parameter)
»rer Vierpol / WÄRMEABLEITUNG enten durch Wärmefreisetzung
mg
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LLYSE
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leiten assiver Zweipole - Grafisches Schnittpunktverfahren is :her Quellenspannung d Wechselspannung (grafische Supei stör eld ie eitspunktes elstromverhaltens
