B.Kainka: Einführung in die Elektronik

Franzis-Verlag 1998

Der Kurs vermittelt Grundlagen, Schaltungstechnik, Strategien der Berechnung und Dimensionierung von Schaltungen und prachtische Anwendungen. Zahlreiche kurze Lehrvorträge erleichtern die Arbeit mit der CD. Übungs- und Demonstrationsprogramme dienen der Vertiefung.

Sie müssen nicht jedes Kapitel der Reihe nach durchgehen. Vielmehr können Sie ganz frei nach Ihren Vorkenntnissen und Interessen zwischen den Themen navigieren. Zahlreiche Querverweise erleichtern Ihnen die Übersicht. Praktische Bauvorschläge werden mit Fotos verdeutlicht.

Es wäre schön, wenn Sie neben der CD auch zum Lötkoben greifen und einige Anregungen praktisch erproben würden. Der wahre Erfolg stellt sich meist erst ein, wenn man den Kampf mit dem realen Objekt bestanden hat. Bei der praktischen Arbeit wird die meiste Zeit beim Suchen von Fehlern gebraucht. Wer hier nicht aufgibt, sammelt wichtige Erfahrungen, die sich vielseitig nutzen lassen.

Ich wünsche Ihnen viel Erfolg bei der Arbeit!

Ihr Burkhard Kainka

Grundlagen der Elektrizitätzlehre
Gesetze des elektrischen Stromkreises
Halbleiter und Sperrschichten
Der Transistor
Verstärker-Grundschaltungen
Flip-Flops und Oszillatorschaltungen (eine davon wurde hier verwendet)
Operationsverstärker
HF-Schaltungen (ein kleiner Teil davon hier, Artverwandtes auch hier und da)

Anhang



1 Grundlagen der Elektrizitätslehre

Eine Voraussetzung für die erfolgreiche Einarbeitung in die Elektronik sind Grundkenntnisse der Elektrizitätslehre. Elektrische Ladung, Strom und Spannung sollten mit klaren Vorstellungen verbunden werden. Dieses Kapitel will die Grundlagen anschaulich darstellen.

1.1 Ladung und Strom
1.2 Die ersten Versuche
1.3 Die elektrische Spannung
1.4 Die elektrische Stromstärke
1.5 Verwendung von Meßgeräten
1.6 Arten von Verbrauchern
1.7 Die Parallelschaltung
1.8 Die Reihenschaltung
1.9 Die Richtung des elektrischen Stroms

2 Gesetze des elektrischen Stromkreises

Wer elektronische Schaltungen entwerfen möchte, muß etwas über die Gesetze des Stromkreises wissen. Vieles kann mit geringem Aufwand berechnet werden, wenn man die richtigen Formeln zur Hand hat. Dieses Kapitel will die wichtigsten Gesetze und Formeln vermitteln.

2.1 Ladung, Zeit, Strom
2.2 Leistung, Spannung und Strom
2.3 Der elektrische Widerstand, Ohmsches Gesetz
2.4 Reihenschaltung
2.5 Parallelschaltung
2.6 Vorwiderstände und Innenwiderstand
2.7 Wechselstrom und Transformatoren
2.8 Kondensatoren und Kapazität
2.9 Spulen und Induktivität

3 Halbleiter und Sperrschichten

Die Halbleitertechnik hat seit der Mitte des 20. Jahrhunderts zu einer Revolution in der Elektronik geführt. Wer mit Dioden, Transistoren und integrierten Schaltkreisen arbeiten möchte, der sollte einige grundlegende Vorstellungen von den physikalischen Grundlagen der Halbleitertechnik haben. Sie sollen hier in einfacher und anschaulicher Form vermittelt werden.

3.1 Leitfähigkeit und Dotierung
3.2 Die Diode
3.3 Anwendung der Diode als Gleichrichter
3.4 Besondere Dioden-Bauformen
3.5 Dioden-Kennlinien

4 Der Transistor

Der Transistor ist ein wichtiges Verstärker-Bauelement. Er ersetzt seit ca. 1960 die Elektronenröhre in den meisten Anwendungsbereichen. Hier soll zunächst der bipolare NPN- oder PNP-Transistor behandelt werden. Eine andere wichtige Bauform ist der Feldeffekttransistor.

4.1 Aufbau und Grundfunktion
4.2 Der Stromverstärkungsfaktor
4.3 Transistor-Kennlinien
4.4 Besondere Transistor-Bauformen

5 Verstärker-Grundschaltungen

Eine typische Aufgabe des Transistors ist die Verstärkung von Tonsignalen. Man spricht hier auch vom Niederfrequenz- (NF-) Verstärker. Das Prinzip ist, daß der kleine Basisstrom durch einen NF-Strom moduliert (vergrößert und verkleinert) wird, so daß der verstärkte Kollektorstrom entsprechend verstärkte NF-Signale enthält.

5.1 Der Verstärker in Emitterschaltung
5.2 Gegenkopplung
5.3 Steilheit und Innenwiderstand
5.4 Die Kollektorschaltung (Der Emitterfolger)
5.5 Die Basisschaltung
5.6 Die Darlington-Schaltung
5.7 Der Differenzverstärker
5.8 Der Gegentaktverstärker
5.9 Die Konstantstromquelle

6 Flip-Flops und Oszillatorschaltungen

Oszillatoren sind Schaltungen, die selbständig Signale einer definierten Frequenz erzeugen. Man verwendet sie z.B. für Schallquellen oder zu Meßzwecken. Flip-Flops sind Schaltungen, die zwei stabile Zustände kennen, An und Aus. Sie sind wichtige Grundelemente der digitalen Computertechnik. Wechseln die Zustände selbständig, kann z.B. ein Blinken oder ein Tonsignal erzeugt werden.

6.1 Statische Flip-Flops
6.2 Monoflops
6.3 Schmitt-Trigger
6.4 Der Multivibrator
6.5 RC-Oszillatoren
6.6 LC-Oszillatoren

7 Operationsverstärker

Nicht jede Verstäkungsaufgabe läßt sich optimal mit einfachen Transistoren lösen. Deshalb setzt man gern fertige Verstärker ein, um die herum man eine Schaltung aufbaut. Operationsverstärker (OPV) sind integrierte Schaltungen (IC) mit mehreren Transistoren und Widerständen. Der Name des Bauteils kommt von seinem ursprünglichen Einsatz als Rechenverstärker. Analoge Rechner führten Rechenoperationen wie Addition, Multiplikation usw. mit solchen Verstärkern aus.

7.1 Prinzipschaltung und Schaltsymbol
7.2 Grundschaltungen
7.3 Invertierende Verstärker
7.4 Einfache Spannungsversorgung
7.5 NF-Vorverstärker
7.6 Oszillatoren
7.7 Leistungsverstärker

8 Hochfrequenz-Technik

Seit der Entdeckung der elektromagnetischen Wellen vor rund 100 Jahren ist die Hochfrequenz-Technik aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Die ersten eigenen Versuche können den Empfang eines starken Mittelwellen-Senders zum Ziel haben.

8.1 Modulation und Demodulation
8.2 Das Diodenradio
8.3 Das Audion
8.4 UKW-Pendelaudion
8.5 HF-Oszillatoren

Anhang

9.1 Index
9.2 Alle Simulationsprogramme
9.3 Alle Kurzvorträge
9.4 Literaturhinweise

9.1 Index

1N4007, 1N4148

Abgleich, Addierer, Akku, Ampere, Amplitudenmodulation, Anode, Anpassung, Antenne, Anzapfung, Arbeitspunkt, Audion, Aussteuerung

Basis, Basisschaltung, Basiswiderstand, BC548, BC558, bipolar, bistabil

C-MOS, Coulomb

Dämpfung, Darlington-Transistor, Demodulation, Differenzverstärker, Diode, Dotierung, Drain, Drehkondensator, Durchlaßspannung

Effektivspannung, Einwegl-Gleichrichter, Eingangswiderstand, Elektrolytkondensator (Elko), Elektron, Emitter, Emitterfolger, Emitterschaltung, Empfindlichkeit, Ersatzschaltbild, exponentiell

Farbringe, Feldeffekttransistor (FET), Flip-Flop, Frequenz, Frequenzmodulation (FM)

Gate, Gallium-Arsenid, Gegenkopplung, Gegentaktverstärker, Germanium (Ge), Germaniumdiode, Gleichrichter

Halbleiter, Halbwelle, Henry, Hochfrequenz (HF), Hochpaßfilter, Hysterese

Induktion, Induktiver Widerstand, Induktivität, Innenwiderstand, invertieren

Kapazität, Kapazitätsdiode, Kapazitiver Widerstand, Kathode, Kennlinie, Kleinsignal, Kollektor, Kollektorschaltung, komplementär, Kondensator, Konstantstromquelle

Ladung, Leistung, Leistungsanpassung, Leistungsverstärker, Leitfähigkeit, Leuchtdiode (LED), LC-Oszillator, Linearität, LM358, LM324

N-Leitung, Niederfrequenz (NF), NPN-Transistor

Magnet, Masse, Meißner-Oszillator, Meßverstärker, Mikroampere, Mikrofon, Milliampere, Modulation, Monoflop, MOS-FET, Motor, Multivibrator

Offset-Fehler, Ohmsches Gesetz, Operationsverstärker (OPV), Oszilloskop

Parallelschaltung, P-Leitung, PNP-Transistor, Periode, Phasenverschiebung, Potentiometer (Poti)

Rechtecksignal, Reihenschaltung, Restwelligkeit, Ruhestrom, RC-Oszillator, RC-Filter, RS-Flipflop

Sättigung, Selbstinduktion, Selektion, Schaltschwelle, Schmitt-Trigger, Schottkydiode, Siebkondensator, Sinus-Signal, Silizium (Si), Siliziumdiode, Source, Spannung, Spannungsabfall, Spannungsverstärkung, Sperrschicht, Spule, Steilheit, Strom, Stromverstärkung

TBA820M, Temperatursensor, Tonfrequenz, Thermoelement, Thyristor, Transformator, Transistor, Transistor als Schalter, Transistor-Kennlinien, Treiberstufe, Trennschärfe, Trimmer (Widerstand), Trimmer (Kondensator)

Überlastung, Übersteuerung, Ultrakurzwelle (UKW)

Verbraucher, Verlustleistung, Verstärker, Verzerrungen, Vierweg-Gleichrichter, Vorspannung, Vorverstärker, Vorwiderstand

Watt, Wechselstrom, Widerstand

Zeitschalter, Zenerdiode, zweistufig