Plaßmann / Schulz Handbuch Elektrotechnik
5. Auflage 2009
ISBN: 978-3-8348-9245-4
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker
E-Book, Deutsch, 1143 Seiten, eBook
ISBN: 978-3-8348-9245-4
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Dieses Handbuch stellt in systematischer Form alle wesentlichen Grundlagen der Elektrotechnik in der komprimierten Form eines Nachschlagewerkes zusammen. Es wurde für Studenten und Praktiker entwickelt. Für Spezialisten eines bestimmten Fachgebiets wird ein umfassender Einblick in Nachbargebiete geboten. Die didaktisch ausgezeichneten Darstellungen ermöglichen eine rasche Erarbeitung des umfangreichen Inhalts. Über 1800 Abbildungen und Tabellen, passgenau ausgewählte Formeln, Hinweise, Schaltpläne und Normen führen den Benutzer sicher durch die Elektrotechnik.
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Plaßmann lehrt an der Fachhochschule Hannover im Fachbereich Elektrotechnik.
Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz lehrt an der Fakultät Eletrotechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg im Fachgebiet Elektrische Energiesysteme.
Die Autoren sind Fachleute aus Industrie, Forschung und Lehre.
Zielgruppe
Upper undergraduate
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Mathematik;39
3.1;I Arithmetik;39
3.2;II Gleichungen;62
3.3;III Planimetrie;84
3.4;IV Stereometrie;106
3.5;V Funktionen;114
3.6;VI Trigonometrie;135
3.7;VII Analytische Geometrie;144
3.8;VIII Differential- und Integralrechnung;169
3.9;Anhang;199
4;Physik;203
4.1;I Einführung;203
4.2;II Mechanik;204
4.3;III Thermodynamik;221
4.4;IV Schwingungen;227
4.5;V Wellen;231
4.6;VI Akustik;236
4.7;VII Optik;238
4.8;VIII Anhang;253
5;Werkstoffkunde;255
5.1;I Stoffe;255
5.2;II Elektrische Leitfähigkeit;263
5.3;III Elektrische Leiter;268
5.4;IV Magnetische Leitfähigkeit;271
5.5;V Magnetika;275
5.6;VI Dielektrische Eigenschaften;283
5.7;VII Dielektrika;286
5.8;I Grundbegriffe;290
5.9;II Der Gleichstromkreis;293
5.10;III Das Elektrische Feld;302
5.11;IV Das Magnetische Feld;311
5.12;V Induktion;326
5.13;VI Wechselstrom;331
5.14;VII Drehstrom;350
6;Elektronik;355
6.1;I Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn-Übergang;355
6.2;II Dioden;358
6.3;III Mehrschichtdioden und - trioden;376
6.4;IV Transistoren;385
6.5;V Besondere Halbleiter-Bauelemente;401
6.6;VI Analoge Verstärker;407
6.7;VII Endstufen;433
6.8;VIII Operationsverstärker;438
6.9;IX Elektronische Schalter, Kippstufen;449
6.10;X Oszillatoren;461
6.11;XI Schaltungstechniken;465
6.12;XII Optoelektronik;469
6.13;XIII Analog-Digital-Wandler;477
6.14;XIV Digital-Analog-Wandler;480
6.15;XV Leistungselektronik;482
7;Technische Kommunikation/Technisches Zeichnen;496
7.1;I Grundlagen der zeichnerischen Darstellung;496
7.2;II Schaltungsunterlagen;529
7.3;III Schaltungssynthese und -analyse;546
7.4;IV CAD-Technik;549
8;Datentechnik;555
8.1;I Digitaltechnik;555
8.2;II Integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik;596
8.3;III Mikrocomputertechnik;622
8.4;IV Computertechnik;693
8.5;V Programmiertechnik;704
8.6;VI Datenkommunikation;708
9;Automatisierungstechnik;723
10;Meßtechnik;769
10.1;I Grundlagen und Grundbegriffe der Meßtechnik;769
10.2;II Analog anzeigende Meßgeräte;775
10.3;III Oszilloskop;778
10.4;IV Schreibende Meßgeräte;784
10.5;V Digital anzeigende Meßgeräte;785
10.6;VI Meßverfahren zur Messung elektrischer Größen;788
10.7;VII Meßverfahren zur Messung nichtelektrischer Größen;807
10.8;VIII Meßdatenaufbereitung;828
10.9;IX Bussysteme für die Meßtechnik Meßbus;831
10.10;X Probleme bei der Digitalisierung analoger Meßwerte;836
10.11;XI PC-gestützte Meßverfahren und Meßsignalanalyse;839
11;Energietechnik;843
11.1;I Elektrische Maschinen;843
11.2;II Elektrische Anlagen;891
11.3;III Elektrische Energieanwendung;943
12;Nachrichtentechnik;951
12.1;I Grundlagen der Nachrichtenübertragung;951
12.2;II Vierpole, Zweitore;968
12.3;III Leitungen;984
12.4;IV Antennen;1012
12.5;V Modulation;1022
12.6;VI Filter;1049
12.7;VII Empfängerschaltungstechnik;1059
12.8;VIII Ton- und Bildübertragung;1061
12.9;IX Mehrfachübertragung – Multiplexverfahren;1068
12.10;X Richtfunktechnik;1071
12.11;XI Nachrichtenübertragung über Satellit;1073
12.12;XII Nachrichtenübertragung über Lichtwellenleiter (LWL);1076
12.13;XIII Funkmeßtechnik – Radar;1082
12.14;XIV Elektroakustische Wandler;1085
12.15;XV Vermittlungstechnik;1094
12.16;XVI Kommunikations- und Datennetze;1100
12.17;XVII Optimierte Nachrichten- und Datenübertragung;1107
12.18;Häufig verwendete Formelzeichen;1118
13;Signal- und Systemtheorie;1118
13.1;I Einführung;1119
13.2;II Grundbegriffe;1121
13.3;III Periodische nichtsinusförmige zeitkontinuierliche Signale;1122
13.4;IV Nichtperiodische zeitkontinuierliche Signale;1126
13.5;V Spezielle Signale;1140
13.6;VI Leistung;1142
13.7;VII Faltungsintegral;1143
13.8;VIII Abtasttheorem;1144
13.9;IX Nichtkontinuierliche (zeitdiskrete) Signale;1145
13.10;X Zufällige Signale;1151
14;Sachwortverzeichnis;1158
Mathematik.- Physik.- Werkstoffkunde.- Grundlagen der Elektrotechnik.- Elektronik.- Technische Kommunikation/Technisches Zeichnen.- Datentechnik.- Automatisierungstechnik.- Meßtechnik.- Energietechnik.- Nachrichtentechnik.- Signal- und Systemtheorie.
"Elektronik (S. 319)
I Leitungsmechanismen bei Halbleitern, pn-Übergang
1 Einführung in die Halbleiterphysik
Im Periodischen System der Elemente findet man zwischen den Metallen und den Nichtmetallen Elemente, die als Halbleiter bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei um Materialien mit einer spezifischen Leitfähigkeit, die in dem Bereich zwischen der spezifischen Leitfähigkeit von metallischen Leitern und der von Isolatoren liegt.
Die wichtigsten Halbleiterwerkstoffe sind das Silizium (Si) und das Germanium (Ge). Selen (Se) wird dagegen nur noch zur Herstellung kleinerer Netzgleichrichter verwendet. Hinzu kommen jedoch noch die intermetallischen Verbindungen wie Gallium-Arsenid (GaAs), Gallium- Phosphid (GaP) und Indium-Arsenid (InAs). Sie werden hauptsächlich zur Herstellung von Fotohalbleitern und Hallgeneratoren verwendet.
Silizium und Germanium sind 4wertige Elemente, also bilden Atome mit vier Valenzelektronen das Kristallgitter (Tetraeder-Gefüge) von reinem Silizium und Germanium. Bei diesen Elementen werden die Atome durch die Elektronenpaarbindung zusammengehalten. In den Atomkoordinationsgittern lagern sich die Atome mit ihren äußeren Elektronenschalen so aneinander, daß ihre Bindung über zwei Elektronen erfolgt.
Die Atome teilen sich die Elektronen der äußersten Schale. Diese erhält so nach Bild I-1 den Bau einer Edelgasschale (Abschnitt Werkstoffkunde). Bei einem störungsfreien Kristallgitteraufbau und absolutem Temperaturnullpunkt (V0 = –273 °C = 0 K(elvin) befinden sich alle Atome im Ruhezustand.
Die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials ist unter den genannten Bedingungen gleich Null, und damit ist das Material ein absoluter Nichtleiter. In reinem Silizium gibt nun jedes Si-Atom an vier Nachbaratome je ein Elektron ab oder nimmt von jedem der vier ein Elektron zur Aufrechterhaltung der Elektronenpaarbindung an.
In einem reinen Siliziumkristall sind alle Valenzelektronen fest gebunden, so daß keine freien Elektronen zur Verfügung stehen. Wird ein solcher Kristall der Einwirkung von Energie in Form von Licht und/oder Wärme ausgesetzt, so beginnen die Atome zu schwingen (thermische Eigenbewegung). Unter diesen Bedingungen können Valenzelektronen aus ihren Bindungen herausspringen und werden damit zu freien Elektronen, so daß die Leitfähigkeit des Materials größer wird.
An der Stelle, an der ein Valenzelektron aus seiner Bindung gerissen wurde, fehlt nun jedoch eine negative Ladung. Infolge der positiven Ladung der Protonen im Atom verbleibt dem Atom eine positive Ladung, die als „Defektelektron"" oder „Loch"" bezeichnet wird.
Das Entstehen eines freien Elektrons und eines Loches nach Bild I-2 wird als „thermische Paarbildung"" oder „Generation"" bezeichnet. Bei andauernder Energiezuführung werden fortlaufend Elektronen frei, die scheinbar ziellos durch den Kristall wandern, bis sie auf ein Loch treffen und dort wieder in einen festen Atomverband zurückspringen.
Dieser Vorgang wird „Rekombination"" genannt. Paarbildung und Rekombination sind stets im Gleichgewicht. Die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger hängt aber von der Temperatur ab und wird mit steigender Temperatur größer. Im Bereich der Raumtemperatur verdoppelt sich in etwa die Anzahl der Ladungsträgerpaare, wenn eine Temperaturerhöhung um 10 K vorgenommen wird.
Diese Erhöhung der Leitfähigkeit mit steigender Temperatur wird allgemein „Eigenleitung"" genannt. Beim Anlegen einer Spannung entsteht im Kristall ein elektrisches Feld, daß die frei gewordenen Elektronen vom Minuspol zum Pluspol der Spannungsquelle zieht. Sie springen auf ihrem Weg dahin immer von einem Loch zum anderen und „fallen hinein"" (rekombinieren)."
