U. Tietze Ch. Schenk

HalbleiterSchaltungstechnik 11., völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage 1. korrigierter Nachdruck Unter Mitarbeit von E. Gamm

Mit 1328 Abbildungen, 189 Tabellen und CD-ROM

«®jj Springer

Inhaltsverzeichnis

Teil I. Grundlagen

1

1

Diode 1.1 Verhalten einer Diode 1.1.1 Kennlinie 1.1.2 Beschreibung durch Gleichungen 1.1.3 Schaltverhalten 1.1.4 Kleinsignalverhalten 1.1.5 Grenzdaten und Sperrströme 1.1.6 Thermisches Verhalten 1.1.7 Temperaturabhängigkeit der Diodenparameter 1.2 Aufbau einer Diode 1.2.1 Einzeldiode 1.2.2 Integrierte Diode 1.3 Modell für eine Diode 1.3.1 Statisches Verhalten 1.3.2 Dynamisches Verhalten 1.3.3 Kleinsignalmodell 1.4 Spezielle Dioden und ihre Anwendung 1.4.1 Z-Diode 1.4.2 pin-Diode 1.4.3 Kapazitätsdiode 1.4.4 Brückengleichrichter 1.4.5 Mischer

3 4 4 6 8 11 12 13 13 15 15 16 17 17 21 24 27 27 30 32 34 35

2

Bipolartransistor 2.1 Verhalten eines Bipolartransistors 2.1.1 Kennlinien 2.1.2 Beschreibung durch Gleichungen 2.1.3 Verlauf der Stromverstärkung

39 40 40 42 43

XIV

Inhaltsverzeichnis

2.2

2.3

2.4

3

2.1.4 Arbeitspunkt und Kleinsignalverhalten 2.1.5 Grenzdaten und Sperrströme 2.1.6 Thermisches Verhalten 2.1.7 Temperaturabhängigkeit der Transistorparameter Aufbau eines Bipolartransistors 2.2.1 Einzeltransistoren 2.2.2 Integrierte Transistoren Modelle für den Bipolartransistor 2.3.1 Statisches Verhalten 2.3.2 Dynamisches Verhalten 2.3.3 Kleinsignalmodell 2.3.4 Rauschen Grundschaltungen 2.4.1 Emitterschaltung 2.4.2 Kollektorschaltung 2.4.3 Basisschaltung 2.4.4 Darlington-Schaltung

Feldeffekttransistor 3.1 Verhalten eines Feldeffekttransistors 3.1.1 Kennlinien 3.1.2 Beschreibung durch Gleichungen 3.1.3 Feldeffekttransistor als steuerbarer Widerstand 3.1.4 Arbeitspunkt und Kleinsignalverhalten 3.1.5 Grenzdaten und Sperrströme 3.1.6 Thermisches Verhalten 3.1.7 Temperaturabhängigkeit der Fet-Parameter 3.2 Aufbau eines Feldeffekttransistors 3.2.1 Integrierte Mosfets 3.2.2 Einzel-Mosfets 3.2.3 Sperrschicht-Fets 3.2.4 Gehäuse 3.3 Modelle für den Feldeffekttransistor 3.3.1 Statisches Verhalten 3.3.2 Dynamisches Verhalten 3.3.3 Kleinsignalmodell 3.3.4 Rauschen 3.4 Grundschaltungen 3.4.1 Sourceschaltung 3.4.2 Drainschaltung 3.4.3 Gateschaltung

....

46 52 57 61 62 63 65 66 66 77 84 93 107 108 146 164 177 187 190 191 194 198 200 205 209 209 212 212 214 217 218 218 219 228 237 245 253 254 278 288

Inhaltsverzeichnis

XV

4

Verstärker 4.1 Schaltungen 4.1.1 Stromquellen und Stromspiegel 4.1.2 Kaskodeschaltung 4.1.3 Differenzverstärker 4.1.4 Impedanzwandler 4.1.5 Schaltungen zur Arbeitspunkteinstellung 4.2 Eigenschaften und Kenngrößen 4.2.1 Kennlinien 4.2.2 Kleinsignal-Kenngrößen 4.2.3 Nichtlineare Kenngrößen

297 300 306 345 361 425 437 450 450 453 460

5

Operationsverstärker 5.1 Übersicht 5.1.1 Operationsverstärker-Typen 5.1.2 Prinzip der Gegenkopplung 5.2 Der normale Operationsverstärker (VV-OPV) 5.2.1 Das Prinzip 5.2.2 Universalverstärker 5.2.3 Betriebsspannungen 5.2.4 Single-Supply-Verstärker 5.2.5 Rail-to-Rail-Verstärker 5.2.6 Breitband-Operationsverstärker 5.2.7 Frequenzgang-Korrektur 5.2.8 Parameter von Operationsverstärkern 5.3 Der Transkonduktanz-Verstärker (VC-OPV) 5.3.1 Innerer Aufbau 5.3.2 Typische Anwendung 5.4 Der Transimpedanz-Verstärker (CV-OPV) 5.4.1 Innerer Aufbau 5.4.2 Frequenzverhalten 5.4.3 Typische Anwendungen 5.5 Der Strom-Verstärker (CC-OPV) 5.5.1 Innerer Aufbau 5.5.2 Typische Anwendung 5.6 Vergleich 5.6.1 Praktischer Einsatz 5.6.2 Typen

479 479 481 484 489 490 493 495 497 499 504 509 525 545 545 548 549 549 553 557 558 558 561 571 578 581

6

Kippschaltungen 6.1 Der Transistor als digitales Bauelement 6.2 Kippschaltungen mit gesättigten Transistoren 6.2.1 Bistabile Kippschaltung

595 595 598 599

Inhaltsverzeichnis

6.3

6.4

6.5

6.2.2 Monostabile Kippschaltungen 6.2.3 Astabile Kippschaltung Kippschaltungen mit emittergekoppelten Transistoren 6.3.1 Emittergekoppelter Schmitt-Trigger 6.3.2 Emittergekoppelter Multivibrator Kippschaltungen mit Gattern 6.4.1 Flip-Flop 6.4.2 Univibrator 6.4.3 Multivibrator Kippschaltungen mit Komparatoren 6.5.1 Komparatoren 6.5.2 Schmitt-Trigger 6.5.3 Multivibratoren 6.5.4 Univibratoren

602 603 604 604 605 607 607 607 608 610 610 612 615 618

Digitaltechnik Grundlagen 7.1 Die logischen Grundfunktionen 7.2 Aufstellung logischer Funktionen 7.2.1 Das Karnaugh-Diagramm 7.3 Abgeleitete Grundfunktionen 7.4 Schaltungstechnische Realisierung der Grundfunktionen 7.4.1 Widerstands-Transitor-Logik (RTL) 7.4.2 Dioden-Transistor-Logik (DTL) 7.4.3 Langsame Störsichere Logik (LSL) 7.4.4 Transistor-Transistor-Logik (TTL) 7.4.5 Emittergekoppelte Logik (ECL) 7.4.6 Komplementäre MOS-Logik (CMOS) 7.4.7 NMOS-Logik 7.4.8 Übersicht 7.5 Verbindungsleitungen

623 623 626 628 630 632 633 634 634 635 639 643 647 648 650

Schaltnetze (Kombinatorische Logik) 8.1 Zahlendarstellung 8.1.1 Positive ganze Zahlen im Dualcode 8.1.2 Positive ganze Zahlen im BCD-Code 8.1.3 Ganze Dualzahlen mit beliebigem Vorzeichen 8.1.4 Festkomma-Dualzahlen 8.1.5 Gleitkomma-Dualzahlen 8.2 Multiplexer 8.2.1 1-aus-n-Decoder 8.2.2 Demultiplexer 8.2.3 Multiplexer

655 657 657 658 658 661 662 665 665 666 667

XVII

Inhaltsverzeichnis

8.3 8.4 8.5 8.6

8.7

9

Prioritäts-Decoder Schiebelogik (Barrel Shifter) Komparatoren Addierer 8.6.1 Halbaddierer 8.6.2 Volladdierer 8.6.3 Parallele Übertragslogik 8.6.4 Subtraktion 8.6.5 Zweierkomplement-Überlauf 8.6.6 Addition und Subtraktion von Gleitkomma-Zahlen Multiplizierer 8.7.1 Multiplikation von Festkomma-Zahlen 8.7.2 Multiplikation von Gleitkomma-Zahlen

Schaltwerke (Sequentielle Logik) 9.1 Integrierte Flip-Flops 9.1.1 Transparente Flip-Flops 9.1.2 Flip-Flops mit Zwischenspeicherung 9.2 Dualzähler 9.2.1 Asynchroner Dualzähler 9.2.2 Synchrone Dualzähler 9.2.3 Vorwärts-Rückwärtszähler 9.3 BCD-Zähler im 8421-Code 9.3.1 Asynchroner BCD-Zähler 9.3.2 Synchroner BCD-Zähler 9.4 Vorwahlzähler 9.5 Schieberegister 9.5.1 Grundschaltung 9.5.2 Schieberegister mit Paralleleingabe 9.6 Aufbereitung asynchroner Signale 9.6.1 Entprellung mechanischer Kontakte 9.6.2 Flankengetriggertes .RS-Flip-Flop 9.6.3 Synchronisation von Impulsen 9.6.4 Synchrones Monoflop 9.6.5 Synchroner Änderungsdetektor 9.6.6 Synchroner Taktschalter 9.7 Systematischer Entwurf von Schaltwerken 9.7.1 Zustandsdiagramm 9.7.2 Entwurfsbeispiel für einen umschaltbaren Zähler 9.7.3 Reduzierung des Speicherplatzbedarfs 9.8 Abhängigkeitsnotation

. . .

....

668 669 671 673 673 674 675 677 678 679 680 680 682 685 685 685 688 693 694 695 697 701 701 703 704 705 705 706 707 707 708 709 710 711 711 712 712 715 717 721

XVIII

Inhaltsverzeichnis

10 Halbleiterspeicher 10.1 Schreib-Lese-Speicher (RAM) 10.1.1 Statische RAMs 10.1.2 Dynamische RAMs 10.2 RAM-Erweiterungen 10.2.1 Zweitorspeicher 10.2.2 RAM als Schieberegister 10.2.3 First-In-First-Out Memories (FIFO) 10.2.4 Fehler-Erkennung und -Korrektur 10.3 Festwertspeicher (ROM) 10.3.1 Masken-ROMs 10.3.2 Programmierbare Festwertspeicher (PROM) 10.3.3 UV-löschbare Festwertspeicher (EPROM) 10.3.4 Elektrisch löschbare Festwertspeicher(EEPROMs) . . . . 10.4 Programmierbare logische Bauelemente (PLD) 10.4.1 Programmable Array Logic (PAL) 10.4.2 Computer-gestützter PLD-Entwurf 10.4.3 Typenübersicht 10.4.4 Anwender-programmierbare Gate-Arrays

Teil II. Anwendungen 11 Lineare und nichtlineare Analogrechenschaltungen 11.1 Addierer 11.2 Subtrahierer 11.2.1 Rückführung auf die Addition 11.2.2 Subtrahierer mit einem Operationsverstärker 11.3 Bipolares Koeffizientenglied 11.4 Integratoren 11.4.1 Umkehrintegrator 11.4.2 Anfangsbedingung 11.4.3 Summationsintegrator 11.4.4 Nicht invertierender Integrator 11.5 Differentiatoren 11.5.1 Prinzipschaltung 11.5.2 Praktische Realisierung 11.5.3 Differentiator mit hohem Eingangswiderstand 11.6 Lösung von Differentialgleichungen 11.7 Funktionsnetzwerke 11.7.1 Logarithmus 11.7.2 Exponentialfunktion

725 727 727 732 735 735 737 738 741 746 746 746 748 751 753 757 758 761 764

767 769 769 770 770 771 774 774 775 778 779 779 780 780 781 782 783 785 785 789

Inhaltsverzeichnis

11.7.3 Bildung von Potenzfunktionen über Logarithmen . . . . 11.7.4 Sinus- und Cosinusfunktion 11.7.5 Einstellbares Funktionsnetzwerk 11.8 Analog-Multiplizierer 11.8.1 Multiplizierer mit logarithmierenden Funktionsgeneratoren 11.8.2 Steilheits-Multiplizierer 11.8.3 Multiplizierer mit elektrisch isolierten Kopplern 11.8.4 Abgleich von Multiplizierern 11.8.5 Erweiterung von Ein- und Zweiquadrantenmultiplizierern zu Vierquadrantenmultiplizierern 11.8.6 Multiplizierer als Dividierer und Radizierer 11.9 Koordinatentransformation 11.9.1 Transformation von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten 11.9.2 Transformation von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten

XIX 790 791 797 800 800 801 806 808 809 810 811 811 812

12 Gesteuerte Quellen und Impedanzkonverter 12.1 Spannungsgesteuerte Spannungsquellen 12.2 Stromgesteuerte Spannungsquellen 12.3 Spannungsgesteuerte Stromquellen 12.3.1 Stromquellen für erdfreie Verbraucher 12.3.2 Stromquellen für geerdete Verbraucher 12.3.3 Transistor-Präzisionsstromquellen 12.3.4 Schwimmende Stromquellen 12.4 Stromgesteuerte Stromquellen 12.5 Der NIC (Negative Impedance Converter) 12.6 Der Gyrator 12.7 Der Zirkulator

815 815 816 817 818 819 821 827 828 828 831 835

13 Aktive Filter 13.1 Theoretische Grundlagen von Tiefpaßfiltern 13.1.1 Butterworth-Tiefpässe 13.1.2 Tschebyscheff-Tiefpässe 13.1.3 Bessel-Tiefpässe 13.1.4 Zusammenfassung der Theorie 13.2 Tiefpaß-Hochpaß-Transformation 13.3 Realisierung von Tief- und Hochpaßfiltern 1. Ordnung 13.4 Realisierung von Tief- und Hochpaßfiltern 2. Ordnung 13.4.2 Filter mit Mehrfachgegenkopplung 13.4.3 Filter mit Einfachmitkopplung

839 839 844 846 850 853 861 862 863 864 866

XX

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13.5 Realisierung von Tief- und Hochpaßfiltern höherer Ordnung . . 13.6 Tiefpaß-Bandpaß-Transformation 13.6.1 Bandpaßfilter 2. Ordnung 13.6.2 Bandpaßfilter 4. Ordnung 13.7 Realisierung von Bandpaßfiltern 2. Ordnung 13.7.1 L#C-Filter 13.7.2 Bandpaß mit Mehrfachgegenkopplung 13.7.3 Bandpaß mit Einfachmitkopplung 13.8 Tiefpaß-Bandsperren-Transformation 13.9 Realisierung von Sperrfiltern 2. Ordnung 13.9.1 L#C-Sperrfilter 13.9.2 Aktive Doppel-T-Bandsperre 13.9.3 Aktive Wien-Robinson-Bandsperre 13.10Allpässe 13.10.1 Grundlagen 13.10.2 Realisierung von Allpässen 1. Ordnung 13.10.3 Realisierung von Allpässen 2. Ordnung 13.11 Einstellbare Universalfilter 13.12 Switched-Capacitor-Filter 13.12.1 Grundprinzip 13.12.2 Der SC-Integrator 13.12.3 SC-Filter erster Ordnung 13.12.4 Entwurf von SC-Filtern zweiter Ordnung 13.12.5 Integrierte Realisierung von SC-Filtern 13.12.6 Allgemeine Gesichtspunkte beim Einsatz von SC-Filtern 13.12.7 Typenübersicht

868 870 871 873 875 876 876 878 879 880 880 881 882 883 883 886 886 888 893 893 894 895 896 898 898 899

14 Signalgeneratoren 14.1 LC-Oszillatoren 14.1.1 Schwingbedingung 14.1.2 Meißner-Schaltung 14.1.3 Hartley-Schaltung (induktive Dreipunktschaltung) . . . . 14.1.4 Colpitts-Oszillator (kapazitive Dreipunktschaltung) . . . 14.1.5 Emittergekoppelter LC-Oszillator 14.1.6 Gegentaktoszillatoren 14.2 Quarzoszillatoren 14.2.1 Elektrische Eigenschaften eines Schwingquarzes 14.2.2 Grundwellen-Oszillatoren 14.2.3 Oberwellen-Oszillatoren 14.3 Wien-Brücken-Oszillatoren 14.4 Analogrechner-Oszillatoren

903 903 903 906 907 908 908 909 910 911 912 914 916 920

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14.5 Funktionsgeneratoren 14.5.1 Prinzipielle Anordnung 14.5.2 Praktische Realisierung 14.5.3 Funktionsgeneratoren mit steuerbarer Frequenz 14.5.4 Funktionsgeneratoren zur gleichzeitigen Erzeugung von Sinus- und Cosinus-Schwingungen

XXI 923 923 924 926 928

15 Leistungsverstärker 15.1 Emitterfolger als Leistungsverstärker 15.2 Komplementäre Emitterfolger 15.2.1 Komplementäre Emitterfolger in B-Betrieb 15.2.2 Komplementäre Emitterfolger in AB-Betrieb 15.2.3 Erzeugung der Vorspannung 15.3 Komplementäre Darlington-Schaltungen 15.4 Komplementäre Sourcefolger 15.5 Elektronische Strombegrenzung 15.6 Vier-Quadranten-Betrieb 15.7 Dimensionierung einer Leistungsendstufe 15.8 Ansteuerschaltungen mit Spannungsverstärkung 15.9 Erhöhung des Ausgangsstromes integrierter Operationsverstärker

931 931 933 933 935 937 939 940 942 944 945 948 950

16 Stromversorgung 16.1 Eigenschaften von Netztransformatoren 16.2 Netzgleichrichter 16.2.1 Einweggleichrichter 16.2.2 Brückengleichrichter 16.2.3 Mittelpunkt-Schaltung 16.3 Lineare Spannungsregler 16.3.1 Einfachste Ausführung 16.3.2 Spannungsregler mit fester Ausgangsspannung 16.3.3 Spannungsregler mit einstellbarer Ausgangsspannung . . 16.3.4 Spannungsregler mit geringem Spannungsverlust . . . . 16.3.5 Spannungsregler für negative Spannungen 16.3.6 Symmetrische Aufteilung einer erdfreien Spannung . . . 16.3.7 Spannungsregler mit Sensor-Anschlüssen 16.3.8 Labornetzgeräte 16.3.9 Übersicht über integrierte Spannungsregler 16.4 Erzeugung der Referenzspannung 16.4.1 Referenzspannungsquellen mit Z-Dioden 16.4.2 Bandabstands-Referenz 16.4.3 Typenübersicht 16.5 Schaltnetzteile

953 953 954 954 956 959 960 961 962 964 965 967 968 969 970 971 973 973 975 977 978

Inhaltsverzeichnis

16.6 Sekundärgetaktete Schaltregler 16.6.1 Der Abwärts-Wandler 16.6.2 Erzeugung des Schaltsignals 16.6.3 Der Aufwärts-Wandler 16.6.4 Der invertierende Wandler 16.6.5 Spannungs-Wandler mit Ladungspumpe 16.6.6 Typenübersicht 16.7 Primärgetaktete Schaltregler 16.7.1 Eintakt-Wandler 16.7.2 Gegentakt-Wandler 16.7.3 Hochfrequenztransformatoren 16.7.4 Leistungsschalter 16.7.5 Erzeugung der Schaltsignale 16.7.6 Verlustanalyse 16.7.7 Integrierte Ansteuerschaltungen

979 980 983 985 986 986 988 989 989 991 993 995 998 1000 1001

17 Analogschalter und Abtast-Halte-Glieder 17.1 Anordnung der Schalter 17.2 Elektronische Schalter 17.2.1 Fet als Schalter 17.2.2 Dioden als Schalter 17.2.3 Bipolartransistor als Schalter 17.2.4 Differenzverstärker als Schalter 17.3 Analogschalter mit Verstärkern 17.3.1 Analogschalter für hohe Spannungen 17.3.2 Verstärker mit umschaltbarer Verstärkung 17.4 Abtast-Halte-Glieder 17.4.1 Grundlagen 17.4.2 Praktische Ausführung

1005 1005 1006 1007 1010 1011 1015 1017 1017 1018 1019 1019 1021

18 DA- und AD-Umsetzer 18.1 Grundprinzipien der DA-Umsetzung 18.2 DA-Umsetzer in CMOS-Technologie 18.2.1 Summation gewichteter Ströme 18.2.2 DA-Umsetzer mit Wechselschaltern 18.2.3 Leiternetzwerk 18.2.4 Inversbetrieb eines Leiternetzwerks 18.3 Leiternetzwerk zur Dekadenkopplung 18.4 DA-Umsetzer in Bipolartechnologie 18.5 DA-Umsetzer für spezielle Anwendungen 18.5.1 Verarbeitung vorzeichenbehafteter Zahlen 18.5.2 Multiplizierende DA-Umsetzer

1025 1025 1026 1026 1027 1028 1029 1031 1031 1033 1033 1035

Inhaltsverzeichnis

18.6

18.7 18.8

18.9

18.5.3 Dividierende DA-Umsetzer 18.5.4 DA-Umsetzer als Funktionsgenerator Genauigkeit von DA-Umsetzern 18.6.1 Statische Kenngrößen 18.6.2 Dynamische Kenngrößen Grundprinzipien der AD-Umsetzung Genauigkeit von AD-Umsetzern 18.8.1 Statische Fehler 18.8.2 Dynamische Fehler Ausführung von AD-Umsetzern 18.9.2 Kaskadenumsetzer 18.9.3 Wägeverfahren 18.9.4 Zählverfahren

XXIII 1036 1036 1039 1039 1040 1043 1044 1044 1045 1047 1050 1053 1056

19 Mikrocomputer-Grundlagen 19.1 Grundstruktur eines Mikrocomputers 19.2 Arbeitsweise eines Mikroprozessors 19.2.1 Innerer Aufbau 19.2.2 Befehls-Struktur 19.2.3 Ausführung eines Befehls 19.3 Befehls-Satz 19.3.1 Speicher-Operationen 19.3.2 Arithmetische und logische Operationen 19.3.3 Sprungbefehle 19.4 Entwicklungshilfen 19.4.1 Programmierung im Hex-Code 19.4.2 Programmierung mit Assembler 19.4.3 Simulation und Emulation 19.5 Typenübersicht 19.6 Ein-Chip-Mikrocomputer

1065 1065 1067 1067 1068 1073 1074 1074 1075 1078 1088 1088 1089 1091 1091 1096

20 Modularer Aufbau von Mikrocomputern 20.1 Mikroprozessor-Platine 20.2 Parallele Schnittstelle 20.2.1 Feste Datenrichtung 20.2.2 Bidirektionale Parallel-Schnittstellen 20.3 Serielle Schnittstelle 20.3.1 Serielle Übertragung 20.3.2 DasACIA 20.3.3 AnschluO an den Mikrocomputer Bus 20.3.4 Programmierung des ACIAs 20.3.5 Der ASCII-Code 20.3.6 RS 232 C-, V.24-Schnittstelle

1103 1103 1105 1105 1106 1109 1109 1110 1111 1112 1114 1115

Inhaltsverzeichnis

20.3.7 Stromschnittstelle 20.3.8 RS449-Norm 20.4 IEC-Bus-Schnittstelle 20.5 Datenausgabe auf Anzeigeeinheiten 20.6 Analog-Ein-/Ausgabe 20.6.1 Analog-Eingabe 20.6.2 Analog-Ausgabe 21 Digitale Filter 21.1 Abtasttheorem 21.1.1 Praktische Gesichtspunkte 21.2 Digitale Übertragungsfunktion 21.2.1 Beschreibung im Zeitbereich 21.2.2 Beschreibung im Frequenzbereich 21.3 Grundstrukturen 21.4 Berechnung von FIR-Filtern 21.4.1 Grundgleichungen 21.4.2 Einfache Beispiele 21.4.3 Berechnung der Filterkoeffizienten 21.5 Realisierung von FIR-Filtern 21.5.1 Parallele Realisierung von FIR-Filtern 21.5.2 Serielle Realisierung von FIR-Filtern 21.6 Berechnung von IIR-Filtern 21.6.1 Berechnung der Filterkoeffizienten 21.6.2 IIR-Filter in Kaskadenstruktur 21.7 Realisierung von IIR-Filtern 21.7.1 Aufbau aus einfachen Bausteinen 21.7.2 Aufbau aus hochintegrierten Bausteinen 21.8 Vergleich von FIR- und IIR-Filtern

1119 1120 1121 1126 1129 1129 1130 1133 1134 1137 1140 1140 1140 1144 1147 1148 1149 1152 1167 1168 1169 1171 1171 1174 1177 1177 1181 1184

22 Meßschaltungen 1189 22.1 Spannungsmessung 1189 22.1.1 Impedanzwandler 1189 22.1.2 Messung von Potentialdifferenzen 1190 22.1.3 Trennverstärker (Isolation Amphner) 1197 22.2 Strommessung 1200 22.2.1 Erdfreies Amperemeter mit niedrigem Spannungsabfall . 1200 22.2.2 Strommessung auf hohem Potential 1201 22.3 Meßgleichrichter (AC/DC-Converter) 1202 22.3.1 Messung des Betragsmittelwertes 1202 22.3.2 Messung des Effektivwertes 1207 22.3.3 Messung des Scheitelwertes 1212 22.3.4 Synchrongleichrichter 1215

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23 Sensorik 23.1 Temperaturmessung 23.1.1 Metalle als Kaltleiter 23.1.2 Kaltleiter auf Siliziumbasis, PTC 23.1.3 Heißleiter, NTC 23.1.4 Betrieb von Widerstandstemperaturfühlern 23.1.5 Transistor als Temperatursensor 23.1.6 Das Thermoelement 23.1.7 Typenübersicht 23.2 Druckmessung 23.2.1 Aufbau von Drucksensoren 23.2.2 Betrieb temperaturkompensierter Drucksensoren . . . . 23.2.3 Temperaturkompensation von Drucksensoren 23.2.4 Handelsübliche Drucksensoren 23.3 Feuchtemessung 23.3.1 Feuchtesensoren 23.3.2 Betriebsschaltungen für kapazitive Feuchtesensoren . . . 23.4 Übertragung von Sensorsignalen 23.4.1 Galvanisch gekoppelte Signalübertragung 23.4.2 Galvanisch getrennte Signalübertragung 23.5 Eichung von Sensorsignalen 23.5.1 Eichung des Analogsignals 23.5.2 Computer-gestützte Eichung

XXV

1221 1224 1224 1225 1225 1226 1231 1235 1239 1241 1242 1243 1248 1250 1251 1253 1253 1256 1256 1260 1261 1262 1266

24 Elektronische Regler 1271 24.1 Grundlagen 1271 24.2 Regler-Typen 1272 24.2.1 P-Regler 1272 24.2.2 PI-Regler 1274 24.2.3 PID-Regler 1277 24.2.4 Einstellbarer PID-Regler 1279 24.3 Regelung nichtlinearer Strecken 1281 24.3.1 Statische Nichtlinearität 1281 24.3.2 Dynamische Nichtlinearität 1282 24.4 Nachlaufsynchronisation (PLL) 1284 24.4.1 Abtast-Halte-Glied als Phasendetektor 1286 24.4.2 Synchrongleichrichter als Phasendetektor 1289 24.4.3 Frequenzempfindlicher Phasendetektor 1291 24.4.4 Phasendetektor mit beliebig erweiterbarem Meßbereich . 1293 24.4.5 PLL als Frequenzvervielfacher 1294

XXVI

Inhaltsverzeichnis

25 Optoelektronische Bauelemente 25.1 Photometrische Grundbegriffe 25.2 Photowiderstand 25.3 Photodiode 25.4 Phototransistor 25.5 Leuchtdioden 25.6 Optokoppler 25.7 Optische Anzeige 25.7.1 Binär-Anzeige 25.7.2 Analog-Anzeige 25.7.3 Numerische Anzeige 25.7.4 Alpha-Numerische Anzeige

1299 1299 1301 1303 1305 1306 1307 1307 1308 1310 1312 1313

26 Anhang 26.1 PSpice-Kurzanleitung 26.1.1 Grundsätzliches 26.1.2 Programme und Dateien 26.1.3 Ein einfaches Beispiel 26.1.4 Weitere Simulationsbeispiele 26.1.5 Einbinden weiterer Bibliotheken 26.1.6 Einige typische Fehler 26.2 Passive RC- und LRC-Netzwerke 26.2.1 Der Tiefpaß 26.2.2 Der Hochpaß 26.2.3 Kompensierter Spannungsteiler 26.2.4 Passiver #C-Bandpaß 26.2.5 Wien-Robinson-Brücke 26.2.6 Doppel-T-Filter 26.2.7 Schwingkreis 26.3 Erklärung der verwendeten Größen 26.4 Typen der 7400-Logik-Familien 26.5 Normwert-Reihen 26.6 Farbcode 26.7 Hersteller und Distributoren

1319 1319 1319 1319 1322 1340 1345 1347 1350 1350 1354 1357 1358 1359 1360 1361 1364 1372 1387 1388 1390

Sachverzeichnis

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