1 Messverfahren in der Elektrotechnik/Elektronik 13
1.1 Untersuchung von Stromarten 16
1.1.1 Gleichstrom 16
1.1.2 Spannungssignale 19
1.1.3 Messungen mit dem Voltmeter 25
1.1.4 Messungen mit dem Amperemeter 29
1.1.5 Messungen mit dem Ohmmeter 31
1.2 Der einfache Stromkreis 33
1.2.1 Das ohmsche Gesetz 33
1.2.2 Ohmsche Widerstände 35
1.2.3 Leitungswiderstände 41
1.2.4 Temperaturabhängigkeit von Widerständen 45
1.2.5 Stromdichte 48
1.2.6 Reihenschaltung von Widerständen 51
1.2.7 Parallelschaltung von Widerständen 54
1.2.8 Gemischte Widerstandsschaltungen 57
1.2.9 Spannungsteiler 59
1.2.10 Einstellbarer Spannungsteiler 61
1.2.11 Vorwiderstand 67
1.3 Der erweiterte Stromkreis 68
1.3.1 Kenngrößen von Spannungsquellen 68
1.3.2 Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen 72
1.3.3 Messbereichserweiterung bei Spannungsmessern 76
1.3.4 Messbereichswerterweiterung bei Strommessern 78
1.3.5 Indirekte Messung von Widerständen 80
1.3.6 Messungen an Spannungsteilern 84
1.3.7 Dezibel-Messung 85
1.3.8 Brückenschaltung 86

2 Praktische Messtechnik mit dem Oszilloskop 89
2.1 Messen mit dem Oszilloskop 90
2.1.1 Aufbau eines analogen Oszilloskops 92
2.1.2 Horizontale Zeitablenkung und X-Verstärker 100
2.1.3 Triggerung 103
2.1.4 Y-Eingangskanal mit Verstärker 107
2.1.5 Zweikanaloszilloskop 110
2.2 Messungen an Wechselspannungen 114
2.2.1 Einstellungen für das Zweikanaloszilloskop 115
2.2.2 Frequenz und Periodendauer 118
2.2.3 Messen von Spannungen 122
2.2.4 Addition von Wechselspannungen 124
2.2.5 Scheitelfaktor und Formfaktor 130
2.2.6 Messung einer Schwebung 134
2.2.7 Messung einer Amplitudenmodulation 138
2.2.8 Messung einer Frequenzmodulation 139
2.3 Frequenz- und Phasenmessungen 141
2.3.1 Lissajous-Figuren zur Frequenzmessung 141
2.3.2 Lissajous-Figuren zur Phasenmessung 143
2.3.3 Aufnahme von Kennlinien 145
2.4 Analyseverfahren 148
2.4.1 Konvergenzprobleme und Analysefehler 152
2.4.2 Simulation und Analyse 157
2.4.3 AC-Frequenzanalyse 162
2.4.4 Transientenanalyse 165
2.4.5 Fourier-Analyse 169
2.4.6 Monte-Carlo-Analyse 172

3 Kondensator 176
3.1 Physikalische Grundlagen 176
3.1.1 Elektrische Feldstärke 177
3.1.2 Elektrisches Feld 180
3.1.3 Kondensatoren an Gleichspannung 182
3.1.4 Aufbau von Festkondensatoren 186
3.1.5 Aufbau von Kunststoffkondensatoren 190
3.1.6 Elektrolytkondensatoren 192
3.1.7 Veränderbare Kondensatoren 196
3.1.8 Kapazitäten von Kondensatoren und Leitungen 199
3.2 Kondensator an Rechteckspannung 200
3.2.1 Vorgänge am RC-Glied 201
3.2.2 RC-Glied an symmetrischer Rechteckspannung 202
3.2.3 Integrierglied an unsymmetrischer Rechteckspannung 205
3.2.4 Differenzierglied 206
3.2.5 Nadelimpulsgenerator 209
3.2.6 KO-Tastkopf mit frequenzkompensiertem Spannungsteiler 209
3.3 Kondensator an Wechselspannung 212
3.3.1 Kapazitätsmessung durch Strom und Spannung 214
3.3.2 Kapazitätsmessung durch Spannungsvergleich 216
3.3.3 Parallelschaltung von Kondensatoren 217
3.3.4 Reihenschaltung von Kondensatoren 218
3.3.5 Kapazitive Blindleistung 219
3.3.6 Wirkleistung und Phasenverschiebung 222
3.3.7 Phasenmessung mittels Lissajous-Figur 226
3.3.8 Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand 227
3.3.9 Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand 229
3.4 Filterschaltungen mit Widerständen und Kondensatoren 231
3.4.1 RC-Tiefpassfilter 234
3.4.2 Untersuchung eines Tiefpassfilters mit Bode-Plotter 236
3.4.3 RC-Hochpassfilter 242
3.5 Schaltungen mit Kondensatoren 246
3.5.1 Kondensator als Strombegrenzer 248
3.5.2 Einfache Kapazitätsmessbrücke 249
3.5.3 Wien-Brücke für Kondensatormessungen 251
3.5.4 Maxwell-Brücke für Kondensator- und Spulenmessungen 252
3.5.5 Schering-Brücke für Kondensatormessungen 255
3.5.6 Frequenzunabhängige Maxwell-Brücke 257

4 Spulen 259
4.1 Physikalische Grundlagen 259
4.1.1 Magnetischer Fluss und magnetische Feldstärke 261
4.1.2 Magnetische Feldstärke und magnetische Flussdichte 262
4.1.3 Hysterese 264
4.1.4 Permeabilität 268
4.1.5 Magnetische Kernformgrößen 270
4.1.6 Magnetischer Widerstand 271
4.1.7 Kräfte und Energie im Magnetfeld 272
4.2 Aufbau und Wirkungsweise von Spulen 274
4.2.1 Luftspulen 275
4.2.2 Spulen mit magnetisierbarem Kern 276
4.2.3 Blechkerne 279
4.2.4 Ferritkerne 281
4.2.5 Ferritkerne mit und ohne Luftspalt 282
4.2.6 Kerne für Filteranwendungen 285
4.3 Spule an Gleichstrom 287
4.3.1 Messung einer idealen Spule 287
4.3.2 Spule an Rechteckspannung 290
4.4 Spule im Wechselstromkreis 293
4.4.1 Messung einer idealen Spule 293
4.4.2 Messung einer realen Spule 294
4.4.3 Parallelschaltung von Spulen 296
4.4.4 Reihenschaltung von Spulen 297
4.4.5 Induktive Blindleistung 299
4.4.6 Wirkleistung und Phasenverschiebung 301
4.4.7 Reihenschaltung von Widerstand und Spule 301
4.4.8 Parallelschaltung von Widerstand und Spule 303
4.5 Filterschaltungen mit Widerstand und Spule 305
4.5.1 RL-Tiefpassfilter 305
4.5.2 RL-Hochpassfilter 309
4.6 Transformatoren und Übertrager 312
4.6.1 Funktionsweise 313
4.6.2 Kleintransformatoren 316
4.6.3 Simulation eines idealen Transformators 317
4.6.4 Berechnung eines Transformators 320
4.6.5 Innenwiderstand eines Transformators 322
4.6.6 Kopplung mit Übertragern und Transformatoren 324
4.6.7 SPICE-Modelle für Induktivitäten 326
4.7 Relais und Schalter 331
4.7.1 Aufbau eines Relais 331
4.7.2 Simuliertes Relais 333
4.7.3 Tastaturgesteuerter Schalter 334
4.7.4 Zeitgesteuerter Schalter 336
4.7.5 Spannungsgesteuerter Schalter 337
4.7.6 Stromgesteuerter Schalter 338
4.7.7 Spannungsgesteuerter Analogschalter 338
4.7.8 Sicherheitsrelais 339
4.8 Lautsprecher 346
4.8.1 Aufbau eines Lautsprechers 346
4.8.2 Simulation eines Lautsprechers 348
4.9 Gleichstrommotor 349
4.9.1 Wirkungsweise eines Gleichstrommotors 350
4.9.2 Elektromotoren und Antriebstechnik 354

5 Zusammengesetzte Wechselstromkreise 358
5.1 Reihen- und Parallelschaltung von Widerstand,
Kondensator und Spule 358
5.1.1 Reihenschaltung von R, C und L 359
5.1.2 Simulation einer RCL-Reihenschaltung 361
5.1.3 Parallelschaltung von R, C und L 363
5.1.4 Simulation einer RCL-Parallelschaltung 364
5.1.5 Messung der Leistung im Wechselstromkreis 367
5.1.6 Elektrische Arbeit und Energie 371
5.1.7 Leistungsmessung bei Einphasenwechselstromkreis 376
5.1.8 Kompensationsschaltung für den Einphasenbetrieb 380
5.2 Schwingkreise 384
5.2.1 Verluste in Wechselstrom- und Schwingkreisen 385
5.2.2 Simulation eines idealen Reihenschwingkreises 392
5.2.3 Simulation eines idealen Parallelschwingkreises 394
5.2.4 Realer Schwingkreis 397
5.2.5 Güte und Bandbreite 405
5.2.6 Simulation realer Widerstände 407
5.2.7 Simulation eines realen Kondensators 409
5.2.8 Simulation einer realen Spule 412
5.2.9 Bandspreizung 415
5.3 Filterschaltungen 419
5.3.1 CL-Bandpass 419
5.3.2 CL-Bandsperre 421
5.3.3 Kritische Bandfilter 422
5.3.4 Einfache LC- und CL-Glieder 424
5.3.5 T- und pi-Filter 426
5.3.6 m-Filter 429
5.4 Phasenschieber 433
5.4.1 RC-Tiefpass-Phasenkette 433
5.4.2 RC-Hochpass-Phasenkette 435
5.4.3 RC-Bandpass 436
5.4.4 RC-Bandsperre 437
5.4.5 Phasenschieberbrücke 439
5.5 Bandfilter 440
5.5.1 Induktive Kopplung 440
5.5.2 Kapazitive Kopfpunktkopplung 442
5.5.3 Kapazitive Fußpunktkopplung 443

6 Hinweise zur CD 444

Sachverzeichnis 445