Ing. Dieter Nuhrmann

große WerkbuchElektronik

Das große Arbeitsbuch mit Entwurfsdaten, ToilTabellen und Grundschaltungen für alle I CllBereiche der angewandten und praktischenElektronik. Das Elektronikbuch für Studiumund Laborpraxis

Mit 2230 Abbildungen und 156 Tabellen5., völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage

Franzis

Inhalt

3 Elektronische Bauelemente für den SchaltungsentwurfAufbau, Eigenschaften, Werte, Bauformen und Berechnungaus der Praxis 1401

3.11 Operationsverstärker 1403

3.11.4 Der OP mit Gegenkopplung (Negative Feedback) 1403A Die Grundschaltungen der Gegenkopplung 1403B Die Daten des nichtinvertierenden Spannungsverstärkers 1406C Der Spannungsfolger 1410D Die Daten des nichtinvertierenden Stromverstärkers 1411E Der invertierende Strom-Spannungswandler 1414F Der invertierende Spannungs-Stromwandler 1417G Der invertierende Spannungsverstärker 1419H Der Eingangswiderstand des invertierenden Spannungsverstärkers 1423

3.11.5 Eingangsschaltungen eines OP 1425 rA Erhöhung der Wechselstromeingangsimpedanz (Boot-strapping) 1425B Schutzschaltung für den Eingang 1425C Eingangsabschirmung im Layout 1427D Eingangsschaltungen mit FET 1428E Offsetkompensationsschaltungen 1432F Offsetkompensation nach Herstellerangaben 1433G Kompensationsschaltungen für die OP-Eingänge 1433H Offsetschaltungstechnik bei einem als Verstärker geschalteten OP 1434

3.11.6 Sonderschaltungen mit Gegen- und Mitkopplung 1437A Der Komparator 1437B Der Fensterkomparator 1442C Der Nulldurchgangs-Detektor 1445D Der OP als hochwertiger Meß-Differenzverstärker 1446E Spannungsfolger mit regelbarer Verstärkung und Ausgangsphase 1451F Brückenverstärker 1452G Der OP als Logarithmierer geschaltet 1453H Der OP als Differenzierer geschaltet — Hochpaßfilter 1457I Der OP als Integrierer geschaltet — Tiefpaßfilter 1461K Der OP als Schmitt-Trigger geschaltet 1464

3.11.7 Betriebs- und Versorgungsdaten des OP 1473A Übersicht ; 1473B Stromaufnahme und maximale Ausgangsspannung 1473C Duale Spannungsversorgung 1475D Einzelspannungsversorgung 1476E Untere Grenzfrequenz bei R-C-Kopplung 1477

XI

Inhalt

F Siebung der Betriebsspannung 1479G Der Einfluß von Betriebsspannungsschwankungen und der Temperatur auf

die OP-Daten 1481H Rauschgrößen des Operationsverstärkers 1484I Meßschaltungen für den OP (SIEMENS) 1486

3.11.8 Bezeichnungen und Kurzdaten von OPs 1490A Wichtige Vergleichsdaten von OPs und Komparatoren 1490B Einzeldaten wichtiger OPs (Siemens — Valvo Signetics) 1493C Die wichtigsten Anschlußbilder 1496D Technische Daten der OPs 741 und LF 355 ... 357 1501E Fachausdrücke des OP 1522

3.11.9 Schaltungsauswahl mit OPs 1531A Rechteckgenerator mit veränderlicher Impulsbreite 1531B Tongenerator mit Rechtecksignal 1534C Konstantstromquelle 1535D Ein sehr einfacher Spannungskonstanter 1535E Funktionsgenerator 1536F NF-Millivoltmeter 1538G Meßbrückenverstärker 1541H Temperaturmessung mit dem OP als Differenzverstärker 1543I Ultraschallwarnanlage 1544K Lichtverstärker mit 50-Hz-Unterdrückung 1546L Lichtschwankungsmesser als Differenzverstärker 1547M Mikrofon- und Telefonadapterverstärker 1548N NF-Vorverstärker mit Klangregelung 1549

3.12 Optoelektronik 1551

3.12.1 Grundlagen und Begriffe 1551A Sichtbares Licht und Infrarotstrahlung 1551B Augenempfindlichkeit und Farbensehen 1553C Definitionen der physikalisch-optischen Größen 1556

3.12.2 Optische Gesetze für die Elektronik 1565A Einfluß der Entfernung ' 1565B Transmission' 1565C Reflexion 1566D Linsengesetze 1569

3.12.3 Optische Formeln für die Videokamera 1571A Allgemeine Angaben 1571.B Brennweite 1573C Blendenbereich, Beleuchtungsstärke 1574D Einsatzbereiche für die verschiedenen Objekte 1575E Blendensteuerung 1576

3.12.4 Der Fotowiderstand (LDR = Light dependent resistor) 1576A Prinzipschaltung , 1577B Spektrale Empfindlichkeit 1578C Zeitverhalten 1578D Verschiebung der Arbeitskennlinie — Temperatureinfluß 1578E Betriebsspannung 1580F Arbeitsstrom 1581

XII

Inhalt

G Zulässige Verlustleistung und Arbeitskennlinie 1581H Dunkelwiderstand 1581I Hellwiderstand : 1581K Daten von Fotowiderständen 1581

3.12.5 Infrarot-Detektoren (IR-Detectors) 1584A Wellenlänge der Wärmestrahlung — Betriebstemperatur 1585B Empfindlichkeit 1585G Begriffserläuterung 1586D Technische Daten 1588E Linsensysteme fürTR-Bewegungsmelder 1594F Schaltungs- und Anschlußtechnik der Einzelelemente 1596G Komplette Schaltung für Bewegungsmelder 1599

3.12.6 Fotoelemente : 1601A Funktion 1601B Praktische Hinweise 1601C Zellenkapazität 1603D Sperrspannung 1603E Spektrale Empfindlichkeit . . . . F Daten von Fotoelementen 1604

3.12.7 Fotodioden 1608- - • A Schaltzeiten — Trägheit (PN- und PIN-Diode) 1609

B Arbeitsweise 1610C Arbeitsbereich und Betriebsstrom 1611D Temperatureinfluß 1612E Kapazität 1613F Optische Linse 1613G Spektralbereich 1614H Technische Daten einer PN- und PIN-Fotodiode 1615I Foto-Lawinen-Dioden 1625

3.12.8 Fototransistoren 1625A Funktion 1625

, B Basisanschluß . . 1626C Signal-Rauschverhältnis 1627D Spektrale Empfindlichkeit 1627E Kennlinienfeld '. 1627F Maximaler Kollektorstrom • 1628G Kollektor-Hellstrom 1628H Kollektor-Dunkelstrom 1629I Impulsverhalten und Schaltzeiten 1630K Fotodarlingtontransistoren 1633L Schaltungstechnik . . . : 1633M Technische Daten 1633

3.12.9 LED — Lumineszenz-Dioden 1642A Funktion 1642B Wellenlänge und Bandbreite 1643C Abstrahlwinkel 1644D Eigenschaften von LEDs 1644E Lebensdauer • 1646F Betriebswerte '. 1646G Impulsbetrieb ~.... 1650

XIII

Inhalt

H Low current-LEDs 1650I Blinkende LEDs 1650K Zweifarbig leuchtende LEDs 1651L LEDs für Lichtwellenleiter 1651M Schaltungstechnik". 1652N Daten von LEDs 1654

3.12.10 Sieben-Segment-Anzeige und Rastermatrix 1666A LED-Anzeigen 1666B LCD-Flüssigkristall-Anzeigen 1668

3.12.11 Laserdiode (Halbleiter-Laser) 1671A Prinzip 1671B Lasereigenschaften : 1672C Daten einer Laser-Dauerstrich-Diode 1674

3.12.12 Optikoppler 1679A Anwendung 1679B Funktion 1680C Isolationseigenschaften 1681D Feldeffekt, Verhalten im elektrischen Feld 1682E Lebensdauer 1682F Stromübertragungsverhältnis — Koppelfaktor 1683G Temperaturverlauf 1684H Übertragungskennlinie 1685I Schaltzeiten 1686K Grundschaltungen 1688

3.13 Sensoren für Sonderanwendungen 1699

3.13.1 Temperatursensoren für NTC-, PTC- und Metallbasis 1699A Heißleiter-Sensoren (NTC-Widerstände) 1699B Kaltleiter-Sensoren (PTC-Widerstände) 1700C Temperatursensoren auf Metallbasis 1700

3.12.2 Temperatursensoren auf Siliziumbasis — KTY-Typen (Siemens; Valvo) 1701A Prinzipieller Kennlinienverlauf 1701B Linearisierung mit Serienwiderstand und Konstantspannung 1701C Linearisierung mit Parallelwiderstand und Konstantstrom 1702D Anwendung des KTY 10 mit einem OP 1703E Meßstellenauswertung mit Multiplexer, AD-Wandler und uC 1704F Technische Daten KTY 10 (Siemens) 1709

3.13.3 Magnetfeldhalbleiter (Feldplatten) 1714

3.13.4 Hallgeneratoren (Siemens) 1714A Funktion und Aufbau 1714B Hallgeneratoren und ihre Anwendung 1715C Erläuterungen zu den Datenangaben 1716D Anwendung von Signalhallgeneratoren — Hallspannungsverlauf 1721E Praktische Beispiele 1724F Technische Daten 1730

3.13.5 Induktive Näherungsschalter (Valvo) 17323.13.6 Reed-Kontakte 17333.13.7 Feuchtesensor (Valvo) 1735

XIV

Inhalt

3.13.8 Gassensor (Valvo) '.... 1739

3.13.9 Beschleunigungssensoren (Valvo) 1740

3.13.10 Radar-Bewegungssensoren 1742

3.13.11 Silizium-Drucksensoren (piezoresistive Sensoren) 1747A Beschreibung und Anwendung 1747B Temperaturkompensation, Signalverarbeitung 1748C Technische Daten KPY 10 (Siemens) 1752

3.14 Röhren für Verstärker, Sender und Sichtgeräte 1754

3.14.1 Prinzipbilder — allgemeine Anschlußdaten 1755A Erläuterung der Anschlußbilder 1755B Funktionsprinzip 1755C Bezeichnung einzelner Röhrengrößen 1757D Gegenüberstellung der Trioden und Pentoden-Kennlinie 1758E Gewinnung der Gittervorspannung 1760F Galvanische Trennung zu den Röhrenelektroden 1761G Röhrenbasisschaltungen — Vergleich mit Transistorbasisschaltungen 1762H Verlusthyperbel — Wahl des Arbeitswiderstandes 1762I Allgemeine Betriebshinweise für Verstärkerröhren 1764

3.14.2 Verstärkerröhren 1769A Definitionen von Werten für die Barkhausen-Gleichung 1769B Trioden (Bezug auf Schaltung Abb. 3.14.2-1) 1769C Pentoden (Bezug auf Schaltung Abb. 3.14.2-2) 1770D Berechnungen bei Sonderschaltungen 1771

3.14.3 HF-Senderöhren kleiner Leistung 1772A Ansteuerung und Ankopplung bei HF-Röhren 1772B Allgemeine Angaben für den Betrieb von Sendeföhren 1775

3.14.4 Röhren für Oszilloskope, Radar- und Datensichtgeräte 1778A Behandlung von Oszilloskop- und Monitorröhren 1778B Schlüssel für Typenbezeichnung 1779C Zusammenstellung der am häufigsten verwendeten Leuchtschirme 1780D Schirmdaten der Pro Elektron- und JEDEC-Bezeichnung 1784E Nachleuchtdauer der Schirmarten 1784F Hinweise für die Anwendung der Leuchtschirme 1785G Angabe zu den technischen Daten 1793H Schirmgeometrie > 1795I Elektrische Daten > 1797K Beispiel von technischen Datenangaben 1799L Praktische Ausführung einer Versorgung mit Betriebsdaten 1805

3.15 Lichtwellenleiter - LWL 1807

3.15.1 Einführung 1807A Prinzip der LWL-Technik 1807B Störanfälligkeit der Information 1808C Aufbau und Daten der Glasfaser 1808

3.15.2 Technische Daten 1809A Die drei Typen der Glasfaser 1809B Spezielle Daten 1811C Fachausdrücke in der LWL-Technik 1812

XV

Inhalt

3.15.3 Daten von LWL-Systemen 1818A Audio-Übertragungssystem (Hirschmann) 1818B Video-Übertragungssystem 25 MHz (Hirschmann) . • 1819C Digitales Übertragungssystem 10 MBit/s (Hirschmann) 1820

3.16 Kontakte, Schalter, Verbindungen , 1821

3.16.1 Allgemeine Daten mechanischer Kontakte 1821A Kontakte 1821B Kontaktführungen in der HF-Technik 1822

3.16.2 Schalter 1826A Bauarten 1826B Ersatzbild 1828

3.16.3 Relais 1828A Symbole 1828B Relaisbauformen 1829C Schaltarten 1831D Beschreibung von Relaisbegriffen 1832E Reed-Relais 1834F Induktionsspannungsschutz 1835

3.16.4 Elektronisches Lastrelais 1836

3.16.5 Halbleiterschalter 1837

4 Schaltungen der Elektronik — Berechnungen und Beispieleaus der Praxis 1839

4.1 Gleichrichterschaltungen 1841

4.1.1 Halbleiterbauelemente für Gleichrichterschaltungen 1841A Dioden für Gleichrichterzwecke 1841B Daten von Gleichrichterdioden 1841C Durchlaßwiderstand der Diode 1848D Durchlaßspannung der Diode 1850E Zulässige Verlustleistung 1850F Wärmeableitung bei Gleichrichterdioden 1855G Parallelschalten von Gleichrichterdioden 1855H Serienschalten von Gleichrichterdioden 1856I Gleichrichtersätze '. 1857

4.1.2 Gleichrichterschaltungen 1864A Gleichrichterschaltungen mit rein ohmscher Last 1864B Gleichrichterschaltungen mit Ladekondensator 1878C Spannungs- und Stromdaten von Gleichrichterschaltungen 1889D Siebschaltungen mit R-L-C-Gliedern : 1910

4.2 Stabilisierungsschaltungen für Gleichspannungen 1913

4.2.1 Stabilisierungsprinzip 1913A Konstantspannungsquelle 1913B Konstantstromquelle 1914C Die Parallelstabilisierung 1915D Die Serienstabilisierung 1915

XVI

Inhalt

4.2.2 Serien-Spannungsstabilisierung mit Z-Diode und Serientransistor 1915A Der Transistor in einem Serienregelzweig 1915B Basisspannung des Serientransistors über eine Z-Diode stabilisiert 1917C Kurzschlußbegrenzung 1919D Stabilisierung mit Serientransistor und Regelverstärker 1920E Spannungsstabilisierung mit Operationsverstärker 1928

4.2.3 Festspannungsregler 1929A Datenangaben , 1931B Prinzipielle Schaltung und Entkopplung der Regler 1936C Ausgangskennlinie 1938D Einsatz bei höheren Leistungen 1939E Änderung der Reglerspannung 1943F Änderung der Reglerspannung über einen OP 1946G Konstantstromquelle mit Spannungsregler und Transistoren 1948

4.2.4 Schaltungstechnik der Spannungs- und Stromkonstanter 1953A Spannungs- und Stromkonstanter-Schaltungen mit dem OP 1953B Präzisionsspannungsregler 723 1961

4.3 Schaltungsprinzipien mit aktiven Halbleiterbauelementen 1970

4.3.1 Schaltungsprinzipien mit Transistoren 1970A Transistor im Schalterbetrieb 1970B Phasenumkehrstufen mit symmetrischen Ausgängen 1971C Gleichstromgegenkopplung über zwei Stufen 1973D Verstärkerstufen mit Transistor als Ausgangswiderstand 1976E Kaskadenstufen 1976F Komplementärbreitband-Endstufen 1978G Differenzverstärker . , 1978H Transistprkopplung — Pegelanpassungen 1981T Schmitt-Trigger ' 1985K Komparator 1988L Eingang von FET-Voltmetern 1991M Regelschaltungen mit Feldeffekttransistoren 1991

4.3.2 Schaltungsprinzipien mit Operationsverstärkern 1994A Leistungserweiterung durch einen Emitterfolger 1994B Leistungserweiterung durch eine Komplementärendstufe 1995C Leistungserhöhung durch eine Gegentaktstufe 1999D Spannungserhöhung für den Ausgang 1999E Kompensation höherer Lastkapazitäten 2001F Phasenumkehrstufe .- 2001G Einfache Ausgangsschaltungen für Leitungstreiber 2002H Schnittstellen-Umsetzung 0... 20 mA auf 0... 10 V 2004I Pegelanpassungen an höhere Pegel bei TTL- oder CMOS-Schaltungen 2005K Mikrocomputer-Interface für Wechselspannungs-Tachogenerator 2007L Schmitt-Trigger für kleine Eingangswechselspannungen 2008M Luxmeterfür 500 bis 50.000 Lux 2009N Überstromabtastung 2010O Temperaturmeßschaltung für die Vorlauftemperatur in Heizungsreglern 2011

XVII

Inhalt

4.4 Schutzschaltungen und Entstörungen bei Transistoren 2012

4.4.1 Schaltungstechnik 2012A Schutzschaltungen mit Dioden und Transistoren 2012B Eingänge von bipolaren Transistoren 2013C Eingänge von Feldeffekttransistoren 2014D Schaltungen mit induktiven Ausgängen 2015E Schwingerscheinungen bei Transistoren 2015F Neutralisation von Emitter-(Source-)Schaltungen 2017G Entkopplung einzelner Stufen 2018

4.5 R-C-(NF-)Filter 2020

4.5.1 Passive R-C-Filter 2020

4.5.2 Bemessungsgrundlagen für aktive Frequenz-Filterschaltungen 2028A Filterübersicht 2028B Frequenzverhalten von Filtern -. 2028C Hinweise, Bezeichnungen und.Filter-Praxis 2030

4.5.3 Aktiver Tief- und Hochpaß 2036A Tief- und Hochpaß 1. Ordnung 2036B Tief- und Hochpaß 2. Ordnung 2040C Tief- und Hochpaß 3. Ordnung, Dimensionierte Filter 2. und 3. Ordnung 2047

4.5.4 Aktive Bandpaß- und Sperrfilter 2052A Bandpaßschaltungen 2. und 3. Ordnung 2052B Bandpaßschaltungen mit hoher Güte und 2 Polen . 2061C Sperr-(notch-)Filter 2063

4.5.5 Schaltungsvorschläge 2066

4.5.6 R-C-Filter für Klangregelungen 2069A Baßregelung 2069B Höhenregelung 2070C Beispiel einer aktiven Klangregelung 2071

4.6 NF-HiFi-Technik 2073

4.6.1 Klangregelung, Vorverstärker, Mischer 2073A Aktiver Klangeinsteller 2073B Aktiver Präsenzeinsteller 2074C Trennverstärker 2076C Tiefen-Höhen-Filter > 2076E Rausch- und Rumpelfilter 2077F Mischverstärker 2078G Basisbreiteneinsteller mit Stereo-Monoumschaltung 2079H Elektronischer Verstärkungssteiler 2082

4.6.2 Leistungsendstufen 2083A 25-W-, 50-W- und 100-W-Verstärker 2083B Verstärker in Hybridtechnik 2086C 25-W-NF-Verstärker in Brückenschaltung mit TDA 2030 2090

4.6.3 Lautsprecherweichen 20914.6.4 Bemessungsgrundlagen von Komplementärendstufen 2096

XVIII

Inhalt

4.7 Breitbandverstärker und Signaltastung 2099

4.7.1 Breitbandverstärker 2099A Verzerrungen bei R-C-Gliedern (Hochpaß-Tiefpaß) 2099B Praxis der Kompensation 2100C Einschalten von Induktivitäten zur Anhebung der oberen Grenzfrequenz 2104

4.7.2 Schaltungsgrundlagen der Signalbegrenzung und der Signaltastung 2115

4.8 Wellenwiderstand von Aufbauten und Leitungen 21204.8.1 Grundlagen , 2120

4.8.2 Wellenwiderstand koaxialer Anordnungen — Topfkreise 2122

4.8.3 Zweileitersysteme 2124

4.8.4 Wellenwiderstand offener Leitungen (Wandhöhe <Z D) 2125

4.8.5 Wellenwiderstand von Leiterbahnanordnungen (Strip-line) 2127A Asymmetrische Streifenleitung (Microstrip) 2127B Symmetrische Doppelbandleitung 2129C Strip-line (symmetrisch geschirmte Streifenleitung) Tri-Plate Strip-line 2131

4.8.6 Wellenwiderstand von Helical-Topfkreisen 2132

4.9 Schwingkreise 2133

4.9.1 Grundlagen 2133A Dämpfung -^ Güte 2133B Verluste bei Spule und Kondensator 2133C Summe der Schwingkreis Verluste 2134D Resonanzwiderstand Ro 2134E Resonanzfrequenz fo 2135F GüteQ 2137G Resonanzkurve 2137H Bandbreite b (3 dB Bandbreite); b' (6 dB Bandbreite) 2144I Selektion s; Trennschärfe 2144K Grenzbedingungen 2145L Schwingkreiszeitkonstante 2146M Stabilität der Schwingkreise 2146N Frequenzabweichungen durch thermische Einflüsse 2147O Abschirmungen und deren Einfluß .- 2150

4.9.2 Schwingkreise mit drei Blindwiderständen — 2 Resonanzstellen 2152

4.10 Frequenzabstimmung und Bandspreizung bei L-C-Kreisen 2154

4.10.1 Grundlagen der L-C-Abstimmung 2154A Änderung der Güte 2154B Änderung der Frequenz 2156C Abstimmung auf feste Frequenzwerte 2157D Mechanische Stabilität 2157

4.10.2 Frequenzstabilität 2159A Sollfrequenz 2159B Frequenzdrift von Oszillatoren 2160C Temperaturkompensation von Kondensatoren 2160

XIX

Inhalt

4.10.3 Anfangskapazität des Schwingkreises 2161: 4.10.4 Allbandkreis :' 2161

4.10.5 Frequenzbandspreizung 2162A Bandspreizung mit Parallelkondensator 2166B Bandspreizung mit Serienkondensator 2167C Bandspreizung mit Serien- und Parallelkondensator 2168D Berechnung für eine optimale Frequenzlinearität 2169E Gegenüberstellung der Verfahren zur Bandspreizung 2170F Bandspreizung mit Induktivitäten 2172

4.10.6 Abstimmung und Bandspreizung mit Kapazitätsdioden 2176

4.11 Hochfrequenzfilter '. 2184

4.11.1 Bandfilter und gestaffelte Einzelkreise 2184A Funktion 2184B Schaltungsarten und Kopplung 2184C Durchlaßkurve von gekoppelten und nichtgekoppelten Kreisen 2187D Gestaffelt aufgebaute Schwingkreise 2188E Bandfilter aus zwei Schwingkreisen 2192

4.11.2 Hoch- und Tiefpaß mit L-C-Gliedern 2195A Halbglied - Tiefpaß 2196B T-Glied - Tiefpaß 2196C u-Glied - Tiefpaß 2198D Versteuerter Tiefpaß 2199E T-Glied - Hochpaß : . . . . 2200F *-Glied - Hochpaß 2203G Versteuerter w-Hochpaß 2203

4.11.3 Bandpaß und Bandsperren mit L-C-Gliedern 2204A Bandpaß : 2204B Versteuerter Bandpaß 2207C Bandsperre 2209D Versteuerte Bandsperre 2210E Paßdämpfung 2211

4.12 Laufzeitglieder 2213A Verzögerungsglieder 2213B Phasenausgleichsglieder 2214

4.13 Anpaßschaltungen in der HF-Technik 2216

4.13.1 Eingangs- und Ausgangsimpedanzen von Transistoren 2216A Bipolare Transistoren 2216B Feldeffekt-Transistoren 22i9C Arbeitspunkteinstellung beim Transistor A-B-C-Betrieb 2224D Hinweise für die Wahl des Arbeitspunktes und des Netzwerkes 2226

4.13.2 Resonanztransformatoren und Koppelschaltungen 2230A Transformatoren mit K < 1 2230B Transformation mit L-Unterteilung 2231

XX

Inhalt

C Transformation mit C-Unterteilung 2234D Link-Leitung als Ankopplung 2236E Anpaßschaltungen mit Streifenleitungen — X/4-Resonanzleitungen 2237

4.13.3 Impedanztransformation mit dem Collinsfilter 2242

4.13.4 Spezielle Anpaßschaltungen für HF-Transistoren 2244A Allgemeine Grundlagen ; 2244B Anpaßschaltungen — Übersicht 2253C Anpaßschaltungen für Kopplungen zwischen zwei Transistoren 2257D Filter für Leistungsstufen — Ein- und Ausgangskopplung .. 2267E Schaltbeispiele zu den Transformationsgleichungen 2275

4.13.5 Neutralisation von HF-Stufen 2287

4.14 Breitband- und Leitungsübertrager 2288

4.14.1 Übertrager mit Ferritkernen 2288

4.14.2 Spezielle X/4- und X/2-Leitungen als Übertrager und Impedanzwandler 2292

4.14.3 Leistungsteiler — Leistungsaddierer 2295

4.14.4 Zirkulatoren; Einwegleitungen 2297A Prinzip des Zirkulators 2297B Typengruppen 2299C Kenngrößen : 2300D Allgemeine Hinweise für Messungen am Zirkulator 2302

4.14.5 Einspeisung mehrerer HF-Quellen auf eine Leitung 2302A Zusammenschaltung von zwei HF-Quellen durch eine Widerstandsverzweigung . .v.. 2302B Rückwirkungsfreie Zusammenschaltung von zwei HF-Quellen mit einer Ringleitung . 2303

4.15 Topfkreistechnik im Gebiet bis 1,5 GHz 2305

4.15.1 Resonanzeigenschaften von abgestimmten Leitungen 2308A Der Topfkreis 2308B Reflexionsfaktor, Stehwellenverhältnis 2308C Spannungs- und Impedanzverlauf einer verlustfreien Leitung 2311D Leitungsgleichungen ; 2314E X/2-Leitungskreise 2315F X/4-Leitungen • 2317G X/8-Leitungen 2323H Exponentialleitungen 2324I Stichleitungen (stub) 2324

4.15.2 Datenangaben für Berechnungen und mechanische Konstruktionvon Topfkreisen 2327A Eingangsblindwiderstand einer Leitung 2327B Rechenhilfe für die Winkelfunktionen 2330C Daten elektrischer Werte zur Konstruktion 2330

4.15.3 Berechnung von belasteten abgestimmten Leitungslängen 2334A Prinzip der Abstimmung 2334B Durchstimmbare Leitung 2337C Berechnung der X/4-abgestimmten Leitung 2338D Berechnung der X/2-abgestimmten Leitung 2339

XXI

Inhalt V:J_

4.15.4 Kopplungsmöglichkeiten bei Topfkreisen 2343A Prinzip 2343B Galvanische Kopplungen ; 2345C Induktive Kopplungen 2345D Kapazitive Kopplungen 2346E Gemischte Kopplungen 2347

4.16 Helical-Topfkreise 2350

4.16.1 Funktion des Helical-Topfkreises 2350

4.16.2 Dimensionierung des Helical-Topfkreises 2351

4.16.3 Helical-Filter als Bandpaß 2353

4 . 1 7 F r e q u e n z v e r v i e l f a c h e r . . . . 2355

4.17.1 Prinzip der Vervielfachung mit Transistoren 2355A Anordnung der Resonanzkreise 2355B Arbeitspunkteinstellungen von Transistoren für Vervielfacher 2359C Schaltungsbeispiele von Transistorvervielfachern 2362

4.17.2 Frequenzvervielfachung mit Varactoren 2365A Grunddaten 2365B Datenbeispiel einer step recovery-Varactordiode 2368C Grundschaltungen 2370

4.18 Quarze und Quarzfilter : 2371

4.18.1 Quarze 2371A Resonanzfrequenzen 2371B Lastkapazität und Ziehen der Frequenz 2373C Die Resonanzfrequenzen 2374D Standardwerte für Lastkapazitäten 2375E Belastung 2378F Temperaturabhängigkeit der Frequenz 2378G Alterung 2378

4.18.2 Quarzoszillatoren '. 2380

4.18.3 Oszillatoren mit Quarzstabilisierung 2387A Quarzoszillatoren für niedrige Frequenzbereiche : . . 2387B Quarzoszillatoren für mittlere Frequenzbereiche : . . 2389C Quarzoszillatoren ab 2 MHz... 400 MHz 2390D Spezielle Colpittsoszillatoren mit Quarzstabilisierung 2392E Einfache Pierce-Oszillatoren 2394F FET-Oszillatoren mit Quarzstabilisierung 2395G Quarzoszillatoren mit integrierten Schaltkreisen 2397H Umschaltbarer Quarzoszillator .' ; . . . . 2399

4.18.4 Quarzfilter 2400A Prinzip : 2400B Prüfung von Filtern 2401C Technische Daten 2403D Anschlußbilder und Daten gebräuchlicher Kristallfilter 2408E Schaltungsdesign mit Keramik-Filtern . 2411

XXII

Inhalt

4.19 Oszillatoren 2414A Übersicht 2414B Signalformen '. 2415C Impulsformer '. 2419D Vervielfacher 2419E Leistungsverstärker 2419F Quarzoszillatoren 2419G Lade- und Entladekurven von R-C-Gliedern 2419H Wahl des zeitbestimmenden Kondensatortyps 2421

4.19.1 R-C-Sinus- und Rechteck-Oszillatortypen 2425A Sinus-Oszillatoren mit phasendrehenden R-C-Gliedern 2426B Sinus-Oszillatoren mit der Wien-Robinson-Brücke 2427C Astabile R-C-Kippschaltungen — Multivibratoren 2429D Monostabile Kippschaltungen (Monoflop) 2434E Bistabile Kippschaltung (binäre Schaltstufe) 2434

4.19.2 R-C-Oszillatoren mit integrierten Schaltkreisen 2435A Sinusoszillator für eine Festfrequenz ; 2435B Rechteckgenerator mit einem OP 2437C Rechteckgenerator mit änderbarer Impulsbreite 2438D Rechteckgenerator mit Impulsbreiten- und Frequenzänderung 2439E Multivibrator mit veränderbaren Taktzeiten 2442F Multivibrator mit Synchronisation und unterschiedlichen Impulszeiten 2444G Multivibrator mit änderbarer Impulszeit durch eine Steuerspannung 2445'

- H Multivibrator mit drei NAND-Gliedern 2446

4.19.3 Monoflop und Pulsgeneratoren 2447A Monoflop Standardschaltung 2447B Monoflop mit störsicherem Eingang 2449C Monoflop mit negativer Triggerung 2450D Impulsgeber als Monoflop 2451

4.19.4 VCO — Spannungsgeregelter R-C-Oszillator (Voltage ControlledOszillator) 2452A Einfacher VCO 2452B VCO für den professionellen Einsatz : 2453C Präzisions-VCO . 2456

4.19.5 Oszillator- und Zeitschaltungen mit dem IC-Typ 555 2458A Allgemeine Daten 2458B Multivibrator 2462C VCO (Voltage Controlled Oszillator) 2466D Einfacher Oszillator mit D = 0,5 - 2467E Monoflop 2468F Linearer Sägezahngenerator 2474G Impulsdetektor 2474

4.19.6 L-C-Oszillatoren 2476A L-C-Meißner-Schaltung 2476B Hartley-Oszillator 2481C L-C-Colpitts-Schaltung 2486

XXIII

Inhalt

D Clapp-Schaltung 2491E Oszillator mit zwei Transistoren und Amplitudennachregelung 2493F L-C-Gegentakt-(Balance-)Schaltung 2494G Topfkreisoszillatoren-Schmetterlingskreise und Oszillatoren mit

Lecher-Leitungen ; 2497H Mikrowellen-Oszillatoren 2501

4.20 Stripline und Kabel für Impuls- und HF-Signale 25034.20.1 Stripline-Design 2503

A Aufbauten 2503B Wellenwiderstand (siehe auch Abschnitt 4.8.5) '. 2505C Verzögerungszeiten td 2510D Stripline-Resonatoren 2511

4.20.2 Koaxiale Kabel 2518A Dielektrizitätskonstante er von Kabelisolierstoffen 2519B Induktivität 2519C Kapazität 2520D Wellenwiderstand Zo 2520E Fortpflanzungsgeschwindigkeit (Verzögerungszeit) 2520F Verkürzungsfaktor a 2521G Dämpfung a 2521H Grenzfrequenz fG 2522I Leistung, Spannung 2523J Daten wichtiger Kabel 2524

4.20.3 Zweidraht-Leitungen 2526

4.20.4 Verdrillte Leitungen 2527

4.20.5 Hohlleiter 2528A Definition 2529B Frequenzbezeichnungen, Abmessungen von Hohlleitern 2530C Wellenausbreitung 2534D Ersatzbilder und TEM-Einkopplungen 2540E Beispiel für Berechnungen 2541F Hohlleiterdämpfung 2542

4.21 Impulsübertragungen auf Leitungen , . . . 2544

4.21.1 Allgemeine Angaben zur Impulsübertragung auf Leitungen 2544A Störsicherheit 2544B Störungen durch falsche Masseverlegung 2545

4.21.2 Signallaufzeit auf einer Leitung 2545

4.21.3 Frequenz-Bandbreite-Anstiegszeit eines Übertragungssystems 2549

4.21.4 Signalleitungen mit Abschlußwiderstand in der Impulstechnik 2549

4.21.5 Leistungsreduzierung von Signalen 2551

4.21.6 Berechnung der Einfügungsdämpfung bei Leitungen 2552

4.21.7 Der Wellenwiderstand von Impulsübertragungsleitungen 2555.

4.21.8 Maximale Länge einer Impulsleitung 2556

XXIV

Inhalt

4.21.9 Reflexionen auf Leitungen bei Impulsübertragungen 2557

4.21.10 Clamping-Dioden als Impulsbegrenzung bei Reflexionen 2563

4.21.11 Reflexionen an Leitungsinhomogenitäten 2564

4.22 Schaltnetzteile (SNT) - Switched Mode Power Supplies (SMPS) 25654.22.1 Schaltnetzteile zur Stromversorgung 2565

A Übersicht 2565B Funktion 2567

4.22.2 Grundschaltungen der Schaltnetzteile 2568A Übersicht 2568B Schaltungsprinzipien der Wandler 2569C Durchflußwandler-(Eintakt-)Funktion 2571D Prinzip eines Eintakt-Durchflußwandlers mit Spannungsnachregelung 2573E Sperrwandler-Funktion 2573F Sperrwandler mit galvanischer Trennung 2580

4.22.3 Schaltnetzteil-Schaltungen 2581A Steuerbausteine 2581B Sperrwandler — SNT mit drei Ausgangsspannungen

AC 220 V; DC 5 V/5 A, ± 12 V/2 A mit TDA 4714 2583C Flußwandler mit TDA 4601 2585D Gegentaktflußwandler 2588

5 Hochfrequente und drahtgebundene Signalübertragung 2595

5.1 Modulationssysteme und Infrarot-Signalmodulation 25975.1.1 AM-Modulatoren '. 2597

A Betriebsdaten 2597B AM-Modulationsschaltungen mit Transistoren 2597C Modulation mit Dioden 2599

- D Typische Modulationsoszillogramme 259.9

5.1.2 FM-Modulatoren 2600

5.1.3 Mischer und Modulatoren mit Trägerunterdrückung 2601A Additive Mischung 2602B Multiplikative Mischung 2603C Gegentaktmischer (Balanced Mixer) 2603D Doppelgegentaktmischer (Double-Balanced Mixer) 2604E Mischer mit integrierten Schaltungen 2607F Interferenzprodukte (Mehrfachempfang) bei Mischern 2611

5.1.4 Infrarot-Steuermodulatoren und Codierung 2613A IR-Steuercode - RC 5 und RECS 80 , , 2614B IR-Systeme für eine Signalübertragung 2616C Aufbau eines IR-Empfangssystems 2618D Einfache Empfangstestschaltungen 2619

5.2 Empfangsschaltungen von HF-Informationen 26335.2.1 AM-Empfangsteile bis 60 MHz (One Chip) 2633

A Schaltungsbeschreibung 2633B Schaltbeispiele 2636

XXV

Inhalt

5.2.2 FM-Empfänger (One Chip) 2641A Monoempfang 2641B Stereoempfang 2643C Kurzdaten der verwendeten ICs 2643

5.2.3 FM-Stereoempfänger mit ICs 2651A Schaltungsbeschreibung des HF-Eingangs TDA 1574(Valvo) 2651B Schaltungsbeschreibung des Stereoempfängers 2662C Kurzdaten der verwendeten Valvo-ICs 2664

5.3 Antennen 2669

5.3.1 Begriffe und Berechnungen für die Antenne 2669A Wirkfläche, Strahlungsdichte, Antennenspannung 2669B Strom- und Spannungsverteilung beim Dipol , 2672C Effektive Antennenhöhe und Antennenlänge 2673D Resonanz einer Antenne durch Bestimmung ihrer L-C-Werte 2673E Verkürzung oder Verlängerung einer Antenne durch Blindkomponenten 2674F Strahlungsleistung der Antenne 2675G Strahlungswiderstand der Antenne 2675H Antennenwirkungsgrad ' 2676

5.3.2 Einfluß des Antennendurchmessers (Schlankheitsgrad) 2676

5.3.3 Antennen mit mehreren Elementen (Yagi-Antennen) 2679A Antennengewinn und VR-Dämpfung 2679B Dimensionierung von Mehrelementen-Yagi-Antennen 2680

5.3.4 X/4-Vertikalstrahler (Marconi-Antenne), Helical-Antennen 2682A Wellenwiderstand und Daten der Marconi-Antenne (X/4-Strahler) 2682B Daten der Helical-Antenne 2684

5.3.5 Antennenzusammenschaltungen 2688A Parallelschalten von Antennen . 2688B Asymmetrische — symmetrische Speisungen 2689

5.3.6 Künstliche Antennen 2690

6 Digitale Schaltungstechnik 2693

6.1 Digitaltechnik 2695

6.1.1 Einführung 2695A Begriffe, Typenspektrum 2695B Begriffe der Digitaltechnik 269.7C Schaltzeichen 2702

6.1.2 Signalcodierung 2708A Dualcode (BCD) 2708B Boolesche Algebra 2708C Digitalcode 2710D ASCII-Code (American Standard Code for Information Interchange) '. 2712E Weitere Zahlen-Code 2713

6.1.3 Logikschaltungen und deren Verknüpfung 2713A Buffer (Leistungstreiber) 2713B UND-Gatter (AND) '. 2714C ODER-Gatter (OR) 2715

XXVI

Inhalt

D NAND-Gatter 2715E NOR-Gatter 2716F Äquivalenz-Verknüpfung 2716G EXOR-Gate (Exclusive-ODER-Verknüpfung) 2717H Umkehrstufe (Inverter) 2718I Kombination von Gattern 2718J Schaltungsvarianten mit dem NAND-Gatter 7400 .'. • 2721K Digitale Schaltkreise mit „INHIBIT"-, „STROBE"- und „ENABLE"-Eingängen 2724L Das Transmissionsgate 2725M Tristate-Ausgang (Three-state) : 2726

6.1.4 Schaltkreisfamilien 2727A Schaltkreisfamilien — Übersicht — Kenndaten 2727B TTL-Reihen, Daten 2730C FAST-(TTL-)Reihe 2732D MOSVCMOS-Reihen, Daten 2740

6.1.5 Flip-Flop-Schaltungen 2754A Flip-Flop-Übersicht 2754B RS-Flip-Flop 2756C D-Flip-Flop 2759D JK-Flip-Flop 2760E JK-Master-Slave-Flip-Flop 2761F T-Flip-Flop (Trigger-Flip-Flop) 2764G Besonderheiten der Flip-Flop-Eingänge 2764H Synchronbetrieb/Asynchronbetrieb 2766

6.1.6 Frequenzteiler 2766A Frequenzteiler mit Flip-Flop-Stufen 2766B Frequenzteiler mit dem Baustein 7490 2770C Frequenzteiler mit dem Baustein 7493 2775

6.1.7 Frequenzzähler 2777A Dezimalzähler 2777B Asynchrone Zähler 2779C Synchronzähler in der Schaltungspraxis 2782D Vor-Rückwärts-Zähler (Abwärtszähler) 2784

6.1.8 Spezielle Logikbausteine und Schaltungen 2786A Schieberegister 2786B Zwischenspeicherung der Zählerergebnisse (Latch) 2786C Schmitt-Trigger 2787D Optoelektronisches Zählsystem 2788E Monostabile Kippstufe 2790F Taktgenerator für digitale Steuerstufen mit Quarzen 2790G Start-Stop-Oszillator 2790H Prellfreier Schalter - 2790

6.2 Mikroprozessortechnik — Software 2792

6.2.1 Software für Laboranwendungen 2792A Systemprogramme , 2792B Programmiersprachen 2796C Assembler, Compiler, Interpreter, Quellencode-Umsetzer 2797D Anwenderprogramme für die Laborpraxis 2800

XXVII

Inhalt

6.3 Mikroprozessortechnik — Hardware 2824

6.3.1 Die Entwicklungsumgebung 2824

6.3.2 Architekturmerkmale 2825

6.3.3 Mikrocontroller .,.'.' 2825A Rechnerleistung 2826B Speicherkapazität 2826C Modularität 2826D Speisestrom 2826E Hardware-Konfigurationen • 2827F Die 8051-Familie und 80C51-Derivate 2828

6.3.4 Mikroprozessoren 2832A Die 68000-Familie 2832B Neues 68000-Derivat 2833

6.3.5 Programmierbare Logikbausteine (PLDs) 2839A Funktionsweise der PLDs 2842B Die Sicherungselemente (Fusible/Programmable Link) 2844C Übersicht/Architekturen 2845D PLD-Schaltungsentwicklung 2850E Entwicklungsumgebung für PLDs 2851F Typische PLD-Schaltungen und Applikationsbeispiele 2853

6.3.6 Bussysteme und Schnittstellen 2861A Serieller Bus: J2C-Bus . 2862B Paralleler Bus: VMEBus 2866C Schnittstellen und Controllerzuordnung für Bussysteme 2867

6.3.7 Häufig verwendete Abkürzungen und Kurzbegriffe 2871

7 Meßtechnik 2875

7.1 Abschwächer 2877

7.1.1 Eingangsabschwächer 2877A Gleichspannungsteiler 2877B Wechselspannungsteiler 2879

7.1.2 Ausgangsabschwächer 2882A Allgemeine Hinweise 2882B T-Teiler nach Abb. 7.1.2-1 2882C it-Teiler nach Abb. 7.1.2-2 '. 2883D Ausgangsteiler+ 20 . . . -70 dB nach Abb. 7.1.2-3 2884E Einzelne Dämpfungsglieder 2885F Komplementärbreitband-Endstufen 2886

7.1.3 Gleichstromteiler — Ringshunt 2886

7.1.4 Elektronische Amplitudenregelung 2880A Spannungsteiler mit einer Verstärkungsregelung 2880B Verstärkungsregelung bei Operationsverstärkern 2880C Spannungsregelung mit Kapazitätsdioden 2880D Spannungsnachregelung mit Feldeffekttransistor 2890E Verstärkungsregelung mit symmetrischen Gleichspannungsverstärkern 2894

7.1.5 Hochfrequenz-Spannungsteiler 2894

XXVIII

Inhalt

7.2 Breitbandverstärker 2896

7.2.1 HF-Verstärker für Breitbandübertragung 2896

7.2.2 Anwendung von Operationsverstärkern mit hoher slew rate 2897

7.2.3 Phasenumkehrstufen mit symmetrischen Ausgängen 2899A Phasenumkehr mit einem Transistor 2899B Phasenumkehr mit zwei Transistoren 2899C Phasenumkehr mit Operationsverstärkern 2900

7.2.4 Breitbandverstärker für Oszilloskope 2901A Vorverstärker für Breitband-Oszilloskope 0 bis 300 MHz 2901B Kaskadestufen als Leistungsendstufen für die Plattenansteuerung 2903C Dimensionierungshinweise für Kaskadestufen 2904D Y-Verstärker für ein Oszilloskop mit einem Nennfrequenzbereich

von 0 bis 375 MHz 2906'

7.3 Meßgleichrichter mit Operationsverstärkern 2908

7.3.1 Gleichrichterbrückenschaltung mit einem OP 2908

7.3.2 Der Einweggleichrichter 2910

7.3.3 Der Spitzendetektor 2911

7.3.4 Der Zweiweggleichrichter 2911

7.3.5 Präzisionsgleichrichter für Wechselspannungsmeßgeräte , 2913

7.3.6 Präzisionsgleichrichter mit gleichem Widerstandswert 2916

7.4 Spezielle Schaltungen für Meßgeräte 2918

7.4.1 Differenzverstärker 2918

7.4.2 Brückenverstärkerschaltung mit Diferenzeingang 2921

7.4.3 Eingang von FET-Voltmetern 2922

7.4.4 Vorverstärker, Abschwächer und Präzisionsgleichrichter 2923

7.4.5 NF-Millivoltmeter 2924

7.4.6 Schmitt-Trigger 2927

7.4.7 Komparator 2929A Komparator mit Hysterese 2930

7.5 Hochfrequenzmeßschaltungen 2932

7.5.1 Frequenzmessungen mit Topfkreisen 2932

7.5.2 Feldstärkemessung mit X/2-Dipol und HF-Spannungsmessung 2932

7.5.3 Impedanz- und Reflexionsmessungen 2935

7.5.4 Richtkoppler (Directional Couplerr) 2937A Prinzip 2937B Richtkoppler-Aufbau 2937C Richtkopplerdaten 2940D Abgleich 2941

Sachverzeichnis 2942

XXIX