Schaltungstechnik - analog und gemischt analog, digital Entwicklungsmethodik, Funktionsschaltungen, Funktionsprimitive von Schaltkreisen ; mit CD-ROM ; [CD-ROM mit virtuellem Labor, Testschaltungen und Aufgaben/Lösungen ; Extras im Web

Dieses bewährte Lehrbuch liegt nun in der 4. Auflage vor Es vermittelt das erfolgreiche Entwickeln von Schaltungen. - Es bietet eine gründliche und systematische Einführung in die Entwicklungs- und Analysemethodik analoger und gemischt analog/digitaler Schaltungen. - Wesentlich ist die funktionsorientierte Vorgehensweise bei der Schaltungsentwicklung und Aufteilung von komplexeren Schaltungen in bekannte Funktionsprimitive. - Unterstützt wird die Systematik durch eine Einführung in die Abschätzanalyse und in rechnergestützte Entwurfsverfahren zur Designbeschreibung und zur Designverifikation mit Orcad-Lite/PSpice (®) sowie durch - eine Einführung in die Hardwarebeschreibungssprache VHDL-AMS mit leicht durch SystemVision (®) nachvollziehbaren Beispielen. Der Leser lernt, das Schaltungsverhalten anhand von praktischen Aufgabenstellungen durch eigenes Abschätzen zu ermitteln und durch Simulation zu kontrollieren. Er kann es in zahlreichen Beispielen und ca. 60 Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen nachvollziehen. Die wichtigsten Funktionsprimitive und Funktionsschaltungen lassen sich in den über 300 vorbereiteten Experimenten im virtuellen Labor auf der beigefügten CD-ROM verifizieren. Cover 1 Springer-Lehrbuch 2 Schaltungstechnik – Analog und gemischt analog/digital, 4. Auflage 3 ISBN 9783642133039 4 Vorwort 6 Inhaltsverzeichnis 8 1 Einführung 14 1.1 Motivation für die analoge Schaltungstechnik 14 1.2 Wichtige Grundbegriffe 16 2 Entwicklungsund Analysemethodik 22 2.1 Methodik zur Elektroniksystementwicklung 22 2.1.1 Prozessablauf bei der Elektroniksystementwicklung 22 2.1.2 Beispiele für Anwendungen der analogen Schaltungstechnik 28 2.1.3 Technologien zur Realisierung von Schaltungen 33 2.1.4 Strukturierung der Schaltungstechnik 34 2.1.5 Prozessablauf bei der Schaltungsentwicklung 40 2.2 Schaltungsanalyse mit PSpice 44 2.2.1 Prozessablauf bei der Schaltkreissimulation 44 2.2.2 Beschreibung und Analyse einer Testanordnung 50 2.2.3 DC/AC/TR-Analyse dargestellt an einer Beispielschaltung 61 2.2.4 Analyse einer nichtlinearen Schaltung im Arbeitspunkt 73 2.2.5 Detektorschaltung mit Arbeitspunkteinstellung 76 2.3 Abschätzanalyse 79 2.3.1 Zur Systematik bei der Abschätzanalyse 79 2.3.2 Frequenzbereichsanalyse – Bodediagramm 83 2.4 Wärmeflussanalyse 96 2.5 Die Hardwarebeschreibungssprache VHDL-AMS 102 3 Modelle von Halbleiterbauelementen 118 3.1 Modellbeschreibungen von Dioden 118 3.1.1 Modellbeschreibungen einer Diode für die Schaltkreissimulation 118 3.1.2 Vereinfachte Modelle für die Abschätzanalyse 128 3.1.3 Modellbeschreibung einer Diode in VHDL-AMS 129 3.2 Grundlagen des Rauschens 130 3.2.1 Zur Beschreibung von Rauschgrößen 131 3.2.2 Modellierung von Rauschquellen 134 3.3 Modellbeschreibungen für Bipolartransistoren 140 3.3.1 Wichtige Kennlinien eines Bipolartransistors 140 3.3.2 Physikalischer Aufbau und Grundmodell 145 3.3.3 DC-Modellvarianten für die Abschätzanalyse 152 3.3.4 AC-Modellvarianten für die Abschätzanalyse 155 3.3.5 Rauschen eines BJT-Verstärkers 157 3.3.6 Gummel-Poon Modell 160 3.3.7 Verhaltensmodell in VHDL-AMS 165 3.4 Modellbeschreibungen von Feldeffekttransistoren 168 3.4.1 Aufbau, Eigenschaften und Kennlinien von Sperrschicht-FETs 168 3.4.2 AC-Modell und Rauschen von Sperrschicht-FETs 175 3.4.3 Aufbau, Eigenschaften und Kennlinien von Isolierschicht-FETs 176 3.4.4 Grundmodell eines Isolierschicht-FETs 180 3.4.5 AC-Modell und Rauschen von Isolierschicht-FETs 182 3.4.6 MOSFET-Level-i Modelle 183 3.4.7 Verhaltensmodell in VHDL-AMS 185 4 Grundlegende Funktionsprimitive 188 4.1 Passive Funktionsgrundschaltungen 188 4.1.1 Passiver Integrator und Differenziator 188 4.1.2 Kapazitiver Spannungsteiler 190 4.1.3 Frequenzkompensierter Spannungsteiler 191 4.1.4 Übertrager 194 4.1.5 RC-Resonator 195 4.1.6 LC-Resonatoren 197 4.1.7 Angepasster Tiefpass/Hochpass 203 4.2 Funktionsgrundschaltungen mit Dioden 205 4.2.1 Gleichrichterschaltungen und Spannungsvervielfacher 205 4.2.2 Anwendungen der Diode als Spannungsquelle 213 4.2.3 Signaldetektorschaltungen 214 4.2.4 Begrenzer-, Klemmund Schutzschaltungen 223 4.2.5 Wirkprinzip von Schaltnetzteilen 227 5 Linearverstärker 230 5.1 Eigenschaften von Linearverstärkern und Makro-modelle 230 5.1.1 Grundmodell eines Linearverstärkers 230 5.1.2 Schnittstellenverhalten 237 5.1.3 Aussteuergrenzen eines Linearverstärkers 239 5.1.4 Rauschen von Verstärkern 243 5.2 Rückgekoppelte Linearverstärker 248 5.2.1 Rückkopplung allgemein und Schwingbedingung 249 5.2.2 Frequenzgang des rückgekoppelten Systems 255 5.2.3 Seriengegengekoppelte LV mit gesteuerter Spannungsquelle 258 5.2.4 Seriengegengekoppelte LV mit gesteuerter Stromquelle 260 5.2.5 Parallelgegengekoppelte LV mit gesteuerter Spannungsquelle 263 5.2.6 Parallelgegengekoppelte LV mit gesteuerter Stromquelle 267 5.3 Stabilität und Frequenzgangkorrektur von LV 269 5.3.1 Analyse der Schleifenverstärkung 270 5.3.2 Frequenzgangkorrektur des Geradeausverstärkers 271 5.3.3 Frequenzgangkorrektur am Rückkopplungsnetzwerk 277 5.4 Operationsverstärker 284 5.4.1 Erweiterung des Makromodells 284 5.4.2 Gleichtaktunterdrückung und Aussteuergrenzen von OPs 291 5.4.3 Einflüsse der DC-Parameter auf die Ausgangsoffsetspannung 295 5.4.4 Rauschen von OP-Verstärkern 298 5.4.5 Slew-Rate Verhalten eines OP-Verstärkers 300 5.5 OP-Verstärkeranwendungen 304 5.5.1 Instrumentenverstärker 304 5.5.2 Sensorverstärker 305 5.5.3 Treppengenerator 306 5.5.4 Kompressor/Expander-Verstärker 308 5.5.5 Aktive Signaldetektoren 309 5.5.6 Tachometerschaltung zur analogen Frequenzbestimmung 310 5.5.7 Analoge Filterschaltungen 311 5.5.8 Virtuelle Induktivität 316 5.5.9 Schmitt-Trigger 317 5.5.10 Astabiler Multivibrator 319 5.5.11 Negative-Impedance-Converter 320 6 Funktionsschaltungen mit Bipolartransistoren 322 6.1 Vorgehensweise bei der Abschätzanalyse 322 6.1.1 Vorgehensweise bei der DC-Analyse 322 6.1.2 Vorgehensweise bei der AC-Analyse 323 6.1.3 Seriengegengekoppelter Transistor 324 6.1.4 Parallelgegengekoppelter Transistor 327 6.2 Arbeitspunkteinstellung und Stabilität 329 6.2.1 Schaltungsvarianten zur Arbeitspunkteinstellung 330 6.2.2 Arbeitspunktbestimmung und Arbeitspunktstabilität 335 6.3 Wichtige Funktionsprimitive mit BJTs 344 6.3.1 RC-Verstärker in Emittergrundschaltung 344 6.3.2 RC-Verstärker in Basisgrundschaltung 353 6.3.3 Emitterfolger 359 6.3.4 Der Bipolartransistor als Spannungsquelle 363 6.3.5 Der Bipolartransistor als Stromquelle 365 6.3.6 Darlingtonstufen 368 6.3.7 Kaskode-Schaltung 373 6.3.8 Verstärker mit Stromquelle als Last 376 6.4 Schalteranwendungen des Bipolartransistors 379 6.4.1 Spannungsgesteuerter Schalter 379 6.4.2 Gegentaktschalter 385 6.5 Beispiele von Funktionsschaltungen 388 6.5.1 Logarithmischer Verstärker 388 6.5.2 Optischer Empfänger 389 6.5.3 AM/FM-modulierbarer Oszillator 392 7 Funktionsschaltungen mit FETs 400 7.1 Vorgehensweise bei der Abschätzanalyse 400 7.1.1 Vorgehensweise bei der DC-Analyse 401 7.1.2 Vorgehensweise bei der AC-Analyse 401 7.2 Arbeitspunkteinstellung und Arbeitspunktstabilität 402 7.3 Anwendungsschaltungen mit Feldeffekttransistoren 410 7.3.1 Verstärkerschaltungen mit Feldeffekttransistoren 411 7.3.2 Anwendung des Linearbetriebs von Feldeffekttransistoren 423 7.4 Digitale Anwendungsschaltungen mit MOSFETs 428 7.4.1 NMOS-Inverter 428 7.4.2 CMOS-Inverter 437 7.4.3 Schalter-Kondensator-Technik 447 7.5 Beispiele von Funktionsschaltungen 452 7.5.1 Spannungsgesteuerter Oszillator 452 7.5.2 Phasenvergleicher 454 7.5.3 Induktiver Abstandssensor 457 7.5.4 Sekundär getaktetes Schaltnetzteil 461 8 Gemischte Funktionsprimitive und Funktionsschaltungen 464 8.1 Differenzstufen 464 8.2 Konstantstromund Konstantspannungsquellen 498 8.3 Schaltungsbeispiele zur Potenzialverschiebung 508 8.4 Schaltungsbeispiele für Treiberstufen 511 8.5 Beispiele von Funktionsschaltungen 529 8.6 PLL-Schaltkreise 545 8.7 Funktionsmodule von Funkempfängern 571 9 Analog/Digitale Schnittstelle 588 9.1 Zur Charakterisierung einer Logikfunktion 588 9.1.1 Modellbeschreibung einer Logikfunktion 589 9.1.2 Ereignissteuerung 596 9.1.3 Entsprechungen zwischen Schematicund VHDL-Beschreibung 600 9.2 Digital/Analog Wandlung 600 9.3 Abtastung analoger Signale 605 9.3.1 Abtasttheorem 605 9.3.2 Quantisierungsrauschen 606 9.3.3 Abtasthalteschaltungen 607 9.4 Analog/Digital Wandlung 610 9.4.1 Zählverfahren 610 9.4.2 Sukzessive Approximationsverfahren 613 9.4.3 Parallelverfahren 617 9.5 Delta-Sigma Wandler 622 9.5.1 Zum Aufbau von Delta-Sigma Wandlern 622 9.5.2 Rauschverhalten und Rauschformung 628 Formelzeichen 632 Empfohlene Literatur 637 Stichwortverzeichnis 639 3642133037,9783642133039 Springer Front Matter....Pages 1-1 Einführung....Pages 1-8 Entwicklungs- und Analysemethodik....Pages 9-104 Modelle von Halbleiterbauelementen....Pages 105-174 Grundlegende Funktionsprimitive....Pages 175-216 Linearverstärker....Pages 217-308 Funktionsschaltungen mit Bipolartransistoren....Pages 309-385 Funktionsschaltungen mit FETs....Pages 387-450 Gemischte Funktionsprimitive und Funktionsschaltungen....Pages 451-574 Analog/Digitale Schnittstelle....Pages 575-618 Back Matter....Pages 619-619