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Grundwissen Elektronik Die Grundlagen der Elektronik für Hobby, Ausbildung und Beruf Teil 1: Analogtechnik
Teil 2: Digitaltechnik
Grundwissen Elektronik
Die Grundlagen der Elektronik für Hobby, Ausbildung und Beruf


Teil 1: Analogtechnik

Teil 2: Digitaltechnik



Burkhard Kainka, Martin Häßler, Hans-Werner Straub

Franzis' Verlag GmbH
EAN: 9783772355882 (ISBN: 3-7723-5588-9)
668 Seiten, hardcover, 16 x 23cm, 2004

EUR 39,95
alle Angaben ohne Gewähr

Umschlagtext
Wer heute einen Einstieg in die Elektronik sucht, hat es nicht leicht. Die zunehmende Komplexität moderner integrierter Schaltungen und die kaum zu überblickende Vielfalt an Fachinformationen verhindern den Blick auf das Wesentliche. Was ist wichtig, was ist weniger wichtig, welche Prinzipien sind grundlegend, welche Berechnungsgrundlagen sind unverzichtbar? Dieses Buch bietet Ihnen die notwendige Orientierung. Es ist in zwei Teile aufgegliedert:

Teil 1: Analogtechnik

Teil 2: Digitaltechnik

Die zahlreichen Applikationen bieten ein weites Betätigungsfeld im Hobby, zur Fortbildung und als Lösungsansatz für die berufliche Nutzung. Das Buch enthält eine Fülle von Informationen und schlägt eine Brücke zwischen der einfachen Schaltungstechnik mit Einzelhalbleitern sowie der Anwendung moderner integrierter Schaltungen. Es eignet sich nicht nur zur ersten Einführung in die Grundlagen, sondern auch als Nachschlagewerk für die Praxis.





Aus dem Inhalt:



Teil 1: Analogtechnik


Gleich- und Wechselstromkreis, Halbleiter, Transistorgrundlagen, Feldeffekttransistoren, Verstärkergrundschaltungen, Kippstufen und Oszillatoren, Operationsverstärker, Hochfrequenzanwendungen, Spannungsstabilisierung und Netzteile, Leistungselektronik, Spannungswandler und Schaltregler, Messtechnik und Sensoren, Signalgeneratoren, passive und aktive Filter, Mischer und Modulatoren



Teil 2: Digitaltechnik

Zahlensysteme, Codes und logische Verknüpfungen, Schaltalgebra und Netze, Schaltkreisfamilien, Flip-Flops, Zähler, Frequenzteiler, Register, Schaltungsdesign, AD/DA-Wandler, Schnittstellen, Speicher, Einführung Mikroprozessoren, Datenübertragung und Bussysteme, Datenreduktion, Digitale Signalverarbeitung im TV-Bereich, Servicefragen.
Rezension
"Grundwissen Elektronik" richtet sich an den Elektronikeinsteiger und vermittelt ausführlich mit Beispielen solides Fachwissen. Es ist übersichtlich in zwei Teile aufgeteilt. Der erste Teil befasst sich mit der Analogtechnik. Dabei wird sich nicht nur auf die Theorie beschränkt, sondern es bietet auch Schaltungen für praxisorientierte Projekte. Der zweite Teil setzt sich mit der Digitaltechnik auseinander. Der Analog- und der Digitalteil thematisieren jeweils einen weiten Bereichs ihres Gebietes. Dieses Werk stellt ein gutes und umfassendes Grundlagenbuch dar.

Ferrao, lehrerbibliothek.de
Inhaltsverzeichnis
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Teil 1: Analogtechnik
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1 Einleitung 11

2 Der Gleichstromkreis 13
2.1 Ladung und Strom 13
2.2 Leistung und Spannung 14
2.3 Der elektrische Widerstand, Ohmsches Gesetz 16
2.4 Drahtwiderstand 20
2.5 Reihenschaltung 24
2.6 Parallelschaltung 26
2.7 Vorwiderstände 27
2.8 Innenwiderstand 28

3 Der Wechselstromkreis 31
3.1 Effektivspannung und Leistung 31
3.2 Das Dezibel 33
3.3 Transformatoren 35
3.4 Kondensatoren 37
3.5 RC-Glieder 38
3.6 Kondensator-Bauformen 44
3.7 Induktivitäten 47
3.8 Spulen-Bauformen 50
3.9 Schwingkreise 52

4 Dioden-Sperrschichten 57
4.1 Leitfähigkeit und Dotierung 57
4.2 Die Diode 59
4.3 Anwendung der Diode als Gleichrichter 60
4.4 Dioden-Kennlinien 61
4.5 Dioden-Bauformen 65

5 Der bipolare Transistor 71
5.1 Aufbau und Grundfunktion 71
5.2 Der Stromverstärkungsfaktor 73
5.3 Transistor-Kennlinien 75
5.4 Transistor-Bauformen 80

6 Feldeffekttransistoren 84
6.1 Der J-FET 85
6.2 Doppelgate-MOS-FET 86
6.3 VMOS-Leistungstransistoren 88

7 Verstärker-Grundschaltungen 90
7.1 Der Verstärker in Emitterschaltung 90
7.2 Gegenkopplung 94
7.3 Steilheit und Innenwiderstand 97
7.4 Breitbandverstärker 99
7.5 Gleichstromgekoppelte Stufen 102
7.6 Die Kollektorschaltung (Der Emitterfolger) 105
7.7 Die Basisschaltung 107
7.8 Die Darlington-Schaltung 109
7.9 Der Differenzverstärker 110
7.10 Der Gegentaktverstärker 114
7.11 Die Konstantstromquelle 118

8 Transistor-Kippstufen 121
8.1 Statische Flip-Flops 121
8.2 Monoflops 123
8.3 Schmitt-Trigger 124

9 Transistor-Oszillatoren 126
9.1 Der Multivibrator 126
9.2 RC-Oszillatoren 127
9.3 LC-Oszillatoren 128

10 Operationsverstärker 130
10.1 Prinzipschaltung 130
10.2 Der OPV als Komparator 132
10.3 OPV-Grundschaltungen 134
10.4 Invertierende Verstärker 135
10.5 OPVs mit einfacher Spannungsversorgung 136
10.6 NF-Vorverstärker 136
10.7 Leistungsverstärker 137
10.8 Feldeffekt-OPV 139
10.9 Der OTA 145

11 Hochfrequenz-Anwendungen 148
11.1 Modulation und Demodulation 148
11.2 Das Diodenradio 149
11.3 Das Audion 150
11.4 UKW-Pendelaudion 154
11.5 HF-Oszillatoren 155

12 Stromversorgungen 159
12.1 Batterieversorgung 159
12.2 Netzteil-Grundschaltungen 160
12.3 Spannungs-Vervielfachung 163
12.4 Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden 164
12.5 Längsregler 171
12.6 Integrierte Spannungsregler 174
12.7 Bandgap-Referenzen 177
12.8 Entkopplung der Spannungsversorgung 182

13 Spannungswandler und Schaltnetzteile 185
13.1 Spannungswandler 185
13.2 Schaltregler 188
13.3 Spannungswandler mit geschalteten Kondensatoren 191

14 Messtechnik 196
14.1 Messbereichserweiterungen beim Voltmeter 196
14.2 Messbereichserweiterung beim Amperemeter 199
14.3 Das Ohmmeter 201
14.4 Messfehler 204
14.5 Messgleichrichter 205
14.6 Logarithmierer 208
14.7 Messbrücken 210

15 Signalgeneratoren 213
15.1 Rechteck-Generatoren mit OPV 213
15.2 Rechteckgenerator mit dem 555 215
15.3 CMOS-Oszillatoren 219
15.4 Wien-Brücken-Oszillator 221
15.5 Integrierte Funktionsgeneratoren 223
15.6 Spannungsgesteuerte Oszillatoren 226
15.7 Steuerbarer Sinusgenerator mit OTA 229

16 Sensoren 233
16.1 NTC-Sensoren 233
16.2 PT100-Messwiderstände 237
16.3 KTY-Sensoren 237
16.4 Dioden und Transistoren als Temperatursensoren 239
16.5 Integrierte Temperatursensoren 240
16.6 Thermoelemente 241
16.7 Lichtsensoren: LDR 243
16.8 Fotodioden und Fototransistoren 244
16.9 Kraftsensoren und Drucksensoren 247
16.10 Piezo-Sensoren 248
16.11 Magnetfeld-Sensoren 249

17 Leistungselektronik 251
17.1 Lineare Leistungsregler 251
17.2 Leistungsschalter 254
17.3 Leistungs-MOS-FETs 261
17.4 PWM-Regler 265
17.5 Integrierte Leistungsschalter 267
17.6 Brückentreiber 269
17.7 Power-OPV 270

18 Filter 273
18.1 Entstörmaßnahmen 273
18.2 Passive RC-Filter 277
18.3 LC-Filter 280
18.4 Quarzfilter 283
18.5 Aktive Filter 284
18.6 Universalfilter 287
18.7 Spannungsgesteuerte Filter 287

19 Mischer und Modulatoren 290
19.1 Empfängerkonzepte 290
19.2 Multiplikative Mischer 293
19.3 Additive Mischer 296
19.4 Ringmischer 298
19.5 Integrierte Balance-Mischer 299

Literatur 303

Sachverzeichnis 305



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Teil 2: Digitaltechnik
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1 Übersicht 13
1.1 Analog - kontinuierliche Signale 13
1.2 Digital - abzählbare Elemente 14
1.3 Fuzzy-unscharfe Logik 18

2 Zahlensysteme 20
2.1 Zahlendarstellungen 20
2.2 Zahlensystem-Umwandlungen 23
2.3 Grundrechenarten im Dualsystem 27

3 Codes 34
3.1 Tetradische Codes 34
3.1.1 Binäre Codes (BCD- oder 8.4.2.1-Code) 35
3.1.2 Selbstinvertierende Codes (Excess-3- oder Stibitz-Code) 38
3.1.3 Einschrittige, zyklische Codes (Gray-Code) 39
3.2 Redundante Codes 41
3.2.1 Redundanz und Fehlererkennung 41
3.2.2 Parity, dual ergänzter Code 42
3.2.3 "M aus N"-Codes 42
3.2.4 Fehlerkorrigierende Codes 43
3.3 Andere Codes 46
3.4 Verschlüsselung und Datensicherheit 51
3.5 Fehlerkorrektur und Fehlerverschleierung 53

4 Logische Verknüpfungen 62
4.1 Grundverknüpfungen 63
4.2 Erweiterte Grundverknüpfiingen 65

5 Schaltalgebra 71
5.1 Rechenregeln und Theoreme 71
5.1.1 Postulate 71
5.2.2 Theoreme der Schaltalgebra 72
5.2.3 Kommutativgesetz und Assoziativgesetz 73
5.2.4 Distributivgesetz 74
5.2.5 DeMorgansche Gesetze 74
5.2.6 Bindungsregel 75
5.2.7 Die Bedeutung von NAND und NOR 76
5.2 Normalformen (DNF, KNF) 78
5.3 Methoden der Schaltungsvereinfachung 81
5.3.1 Algebraische Vereinfachung 81
5.3.2 Graphische Umformung: KV-Diagramme 82
5.3.3 Algorithmische Umformung: Quine-McClusky (QM) 87

6 Schaltnetze 93
6.1 Codeumsetzer (Codierschaltungen) 94
6.2 Datenselektor, (De-)Multiplexer 97
6.3 Adreßdekoder 99
6.4 Rechenschaltungen 100
6.4.1 Halbaddierer 100
6.4.2 Volladdierer 101
6.4.3 Addierschaltungen 102
6.4.4 Halbsubtrahierer, Vollsubtrahierer 103
6.4.5 Mehrstellige Subtrahierer 104
6.4.6 Addierer und Subtrahierer in einer Schaltung 105
6.5 Komparator 106
6.6 Programmierbare Schaltnetze 108

7 Schaltkreisfamilien 111
7.1 Allgemeines 111
7.2 Baustein-Kenndaten 113
7.2.1 Übertragungskennlinien, Störabstände 113
7.2.2 Laufzeiten 114
7.2.3 Leistungsaufnahme 115
7.2.4 Eingangs- und Ausgangslastfaktoren 115
7.2.5 Schaltungsprinzip der Verknüpfungen 115
7.3 DTL-Schaltungen 117
7.4 TTL-Schaltungen 119
7.4.1 Grundschaltungen der TTL-Familie 119
7.4.2 Vergleich der TTL-Logikfamilien 120
7.5 ECL-Logikbausteine 123
7.6 MOS-Logik 124
7.6.1 NMOS 125
7.6.2 CMOS 126
7.6.3 TTL-Bausteme in CMOS realisiert 128
7.6.4 BICMOS 129
7.7 GaAs-Logik 130
7.8 Besondere Ausgangsstufen 132
7.9 Beschattung der Ein-und Ausgänge 133
7.10 Mischung von Schaltkreisfamilien 135

8 Flipflops (Kippstufen) 138
8.1 Basis-Flipflop (RS-Flipflop) 139
8.2 Taktzustandsgesteuerte Flipflops 142
8.3 Taktflankengesteuerte Flipflops 145

9 Zähler und Frequenzteiler 150
9.1 Theoretische Grundlagen für Schaltwerke 150
9.2 Allgemeines 150
9.3 Dualzähler, dualer Frequenzteiler 151
9.4 Modulo-N-Zähler 153
9.5 Synchronzähler 154
9.6 Frequenzteiler 157

10 Registerschaltungen 159
10.1 Latch-Register (Speicherregister) 159
10.2 Schieberegister 160
10.3 FIFO und LIFO 163

11 Sonstige Kippschaltungen 165
11.1 Monoflops und Verzögerungsglieder 165
11.2 Schmitt-Trigger 169
11.3 Kippglieder und Taktgeneratoren 169

12 Schaltungsdesign
173
12.1 Aufteilung der Leiterplatte 173
12.2 Leiterbahnführung 174
12.3 Stromversorgung, Stützkondensatoren 176
12.4 Ein- und Ausgänge einer Leiterplatte 178
12.5 Analog und Digital gemischt 178
12.6 EMV auf der Leiterplatte 179
12.7 Prüfkriterien, Testbarkeit 180

13 Umwandlung Analog <-> Digital 182
13.1 Allgemeines 182
13.2 Analog-Digital-Wandler 195
13.2.1 Integrationsverfahren 195
13.2.2 Kompensationsverfahren 197
13.2.3 Direktverfahren 199
13.2.4 Delta-Sigma-Verfahren 200
13.3 Bearbeitung digitaler Signale 201
13.4 Digital-Analog-Wandlung 204

14 Schnittstellen zur Umwelt 228
14.1 Schaltkontakte und Kontaktprellen 228
14.2 Leistungsausgänge 229
14.3 Displays 231
14.3.2 LCD-Anzeigen 233
14.3.3 Plasma-Anzeigen 236
14.3.4 Fluoreszenz-Anzeigen 236
14.3.5 CRT-Anzeigen (Monitor) 237

15 Speicher 240
15.1 Adressierungsformen 242
15.2 Schreib-Lese-Speicher (RAM) 244
15.3 Festwertspeicher (ROM) 251
15.3.1 ROM/PROM 251
15.3.2 EPROM 253
15.3.3 EEPROM/EAROM 256
15.4 Sonstige Speicherprinzipien 258
15.4.1 Magnetkernspeicher 258
15.4.2 Magnetblasenspeicher 259
15.4.3 Optische und magnetooptische Speicher 261
15.4.4 Zukünftige Speicherprinzipien 262

16 Mikroprozessoren 264
16.1 Aufbau von Mikroprozessoren 264
16.2 Einsatz von Mikroprozessoren 268

17 Datenübertragung 271
17.1 Parallele Datenübertragung 271
17.2 Serielle Datenübertragung 271
17.3 Kombinationen und Allgemeines 272
17.4 Parallel-Seriell- und Seriell-Parallel-Wandler 274
17.5.1 Die PCM 278
17.5.2 Die D-PCM 278
17.5.3 Die PWM 279
17.5.4 Die PW 281
17.5.5 Die PPM 282
17.5.6 Die PDM 282

18 Datenbussysteme 284
18.1 Bustreiberschaltungen 285
18.2 Der I2C-Bus 288
18.3 Andere Bussysteme 294

19 Datenreduktion 297
19.1 Grundlagen 297
19.2 Verschiedene Verfahren 300
19.2.1 Das MASCAM-Verfahren 300
19.2.2 Das OCF- und das MSC-Verfahren 301
19.2.3 Das PASC-Verfahren 304
19.2.5 Das MUSICAM-Verfahren 305
19.3 Datenreduktion in der Bildverarbeitung 306

20 Digitale TV-Signalverarbeitung 308
20.1 Grundlagen 308
20.2 Übersicht der digitalen Bildverarbeitung 309
20.3 100Hz-Technik 317

21 Service und Wartung 320
21.1 Methoden der Fehlersuche 320
21.2 Hinweise zum Umgang mit SMD-Bauteilen 328

22 Zukunftsperspektiven 333
22.1 Möglichkeiten der digitalen TV-Übertragung 333
22.2 Zukunftsvisionen 336
22.3 Schlußwort 340

Anhang 341
A Lösungen der Aufgaben 341
B Stichwortverzeichnis (Index) 345