Übersicht

  1. Table of Contents

Contents

  1. Geleitwort
  2. Vorwort
  3. Vorwort zur 2. Auflage
  4. 1. Einleitung und Überblick
  5. 2. Physikalische Grundlagen der Elektronik
    1. 2.1 . Elektrizität und elektrischer Strom
      1. 2.1.1 . Statische Elektrizität
      2. 2.1.2 . Elektrische Ladung
      3. 2.1.3 . Das elektrische Feld – elektrisches Potential
      4. 2.1.4 . Elektrizität und Atombau
      5. 2.1.5 . Leiter und Isolatoren
      6. 2.1.6 . Bewegung freier Ladungsträger
    2. 2.2 . Magnetismus – ein Überblick
      1. 2.2.1 . Permanent- und Elektromagnete
      2. 2.2.2 . Magnetische Kräfte – das magnetische Feld
      3. 2.2.3 . Induktionsgesetz
    3. 2.3 . Der Gleichstromkreis
      1. 2.3.1 . Darstellung von Stromkreisen – Schaltzeichen
      2. 2.3.2 . Ohmsches Gesetz und ohmscher Widerstand
      3. 2.3.3 . Kirchhoffsche Regeln
      4. 2.3.4 . Messung von Spannung, Strom und Widerstand
      5. 2.3.5 . Kondensatoren – Energiespeicher im Gleichstromkreis
      6. 2.3.6 . Spulen – magnetische Energiespeicher im Gleichstromkreis
    4. 2.4 . Wechselstrom
      1. 2.4.1 . Erzeugung und Darstellung von Wechselstrom
      2. 2.4.2 . Widerstände im Wechselstromkreis
      3. 2.4.3 . Zusammenschaltung von Widerständen im Wechselstromkreis
      4. 2.4.4 . Schwingkreise
      5. 2.4.5 . Transformatoren
      6. 2.4.6 . Ideale versus reale Bauelemente
    5. 2.5 . Fragen und Aufgaben
  6. 3 . Grundlagen elektrischer Netzwerke
    1. 3.1 . Vorbemerkungen und Überblick
    2. 3.2 . Lineare Zweipol-Netze
      1. 3.2.1 . Berechnung linearer Zweipol-Netze
      2. 3.2.2 . Lineare Zweipol-Netze – Beispiele und Anwendungen
    3. 3.3 . Vierpole und Zweitore
    4. 3.4 . Leitungen
    5. 3.5 . Computergestützte Netzwerkanalyse
    6. 3.6 . Fragen und Aufgaben
  7. 4 . Halbleiter und Halbleiterbauelemente
    1. 4.1 . Abgrenzung der Halbleiter
    2. 4.2 . Halbleitermaterialien
    3. 4.3 . Ausgewählte festkörperphysikalische Grundlagen
      1. 4.3.1 . Struktur fester Körper
      2. 4.3.2 . Zur Leitfähigkeit im Festkörper
      3. 4.3.3 . Leitfähigkeit im Halbleiter
      4. 4.3.4 . Einige Materialdaten und Ergänzungen
    4. 4.4 . Grundstrukturen von Halbleiterbauelementen
      1. 4.4.1 . Übersicht
      2. 4.4.2 . pn-Übergang
      3. 4.4.3 . MOS-Kapazität und Feldeffekt
    5. 4.5 . Halbleiterbauelemente
      1. 4.5.1 . Bauelemente mit homogenem Halbleiter
      2. 4.5.2 . Dioden – Bauelemente mit einem pn-Übergang
      3. 4.5.3 . Bipolartransistoren – Bauelemente mit zwei pn-Übergängen
      4. 4.5.4 . MOS-Feldeffekttransistoren
      5. 4.5.5 . Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren (JFET)
      6. 4.5.6 . Halbleiterbauelemente – Stand und Entwicklungstrends
    6. 4.6 . Fragen und Aufgaben
  8. 5 . Signal und Information
    1. 5.1 . Abgrenzung und Begriffsbestimmungen
    2. 5.2 . Nutz- und Störsignale
    3. 5.3 . Analoge und digitale Signale
    4. 5.4 . Darstellungen von Signalen
      1. 5.4.1 . Darstellung analoger Signale
      2. 5.4.2 . Darstellung digitaler Signale
    5. 5.5 . Fragen und Aufgaben
  9. 6 . Analogschaltungen
    1. 6.1 . Filter
      1. 6.1.1 . Frequenzfilter – Filtercharakteristiken
      2. 6.1.2 . RC-Tiefpass
      3. 6.1.3 . RC-Hochpass
      4. 6.1.4 . Begrenzer – Amplitudenfilter mit Dioden
    2. 6.2 . Gleichrichter
    3. 6.3 . Verstärker
      1. 6.3.1 . Verstärker als Vierpol
      2. 6.3.2 . Rückkopplung
      3. 6.3.3 . Transistor-Kleinsignalverstärker
      4. 6.3.4 . Direkt gekoppelte Verstärker
    4. 6.4 . Operationsverstärker
      1. 6.4.1 . Eigenschaften, Kenngrößen und Übertragungsfunktion
      2. 6.4.2 . Berechnung von Operationsverstärker-Schaltungen
      3. 6.4.3 . Lineare Grundschaltungen mit Operationsverstärkern
      4. 6.4.4 . Nichtlineare Schaltungen mit Operationsverstärkern
    5. 6.5 . Schwingungserzeugung – Oszillatoren
    6. 6.6 . Digital steuerbare Analogschaltungen
      1. 6.6.1 . Analogschalter und Analog-Multiplexer
      2. 6.6.2 . Programmierbare Verstärker
    7. 6.7 . Konzepte zur Stromversorgung
      1. 6.7.1 . Stromversorgung netzgebundener stationärer Geräte
      2. 6.7.2 . Stromversorgung mobiler Geräte
      3. 6.7.3 . Leistungs-Schalter und Umschalter, Energiemanagement
      4. 6.7.4 . Energy harvesting - Stromversorgung mit Energie aus der Umwelt
      5. 6.7.5 . Drahtlose Energieübertragung
    8. 6.8 . Fragen und Aufgaben
  10. 7 . Digitale Schaltungstechnik
    1. 7.1 . Grundlagen
      1. 7.1.1 . Digitale Signale und Digitalisierung
      2. 7.1.2 . Mathematische Beschreibung
    2. 7.2 . Logikklassen
      1. 7.2.1 . Schaltnetze, Kombinatorische Digitalschaltungen
      2. 7.2.2 . Schaltwerke, Sequentielle Digitalschaltungen
    3. 7.3 . Realisierung digitaler Schaltungen
      1. 7.3.1 . Schalter, Relais und Röhren
      2. 7.3.2 . Der Transistor als Schalter
      3. 7.3.3 . FET als Schalter
      4. 7.3.4 . Pass-Transistor Logik und differentielle Logik
    4. 7.4 . Busse und Digitale Ausgangsschaltungen
      1. 7.4.1 . Busse
      2. 7.4.2 . Open-Collector, Open-Drain Schaltungen und Wired Logic
      3. 7.4.3 . Tri-State
      4. 7.4.4 . Transmission Gate
    5. 7.5 . Zielarchitekturen
      1. 7.5.1 . ASIC
      2. 7.5.2 . PLD
    6. 7.6 . Fragen und Aufgaben
  11. 8 . Kombinatorische und sequentielle Digitalschaltungen
    1. 8.1 . Übersicht
    2. 8.2 . Kombinatorische Grundschaltungen
      1. 8.2.1 . Multiplexer und Demultiplexer
      2. 8.2.2 . Kodierer, Dekodierer und Codeumsetzer
      3. 8.2.3 . Halb- und Volladdierer, Addiererschaltungen
      4. 8.2.4 . Komparator
      5. 8.2.5 . Arithmetisch-Logische Einheit – ALU
    3. 8.3 . Sequentielle Schaltungen
      1. 8.3.1 . Flip-Flop
      2. 8.3.2 . Taktunabhängige Flip- Flops
      3. 8.3.3 . Taktpegelgesteuerte Flip-Flops und Latches
      4. 8.3.4 . Einflankengesteuerte Flip-Flops
      5. 8.3.5 . Master-Slave Flip-Flops
      6. 8.3.6 . Register
      7. 8.3.7 . Zähler- und Teilerschaltungen
      8. 8.3.8 . Digitale Kippschaltung
    4. 8.4 . Halbleiter-Speicherschaltungen
      1. 8.4.1 . Übersicht der Speichertechnologien
      2. 8.4.2 . Speicherorganisation
      3. 8.4.3 . RAM-Speicherzellen
      4. 8.4.4 . Festwertspeicher
      5. 8.4.5 . EEPROM-/Flash-Speicher
    5. 8.5 . Fragen und Aufgaben
  12. 9 . Sensorik
    1. 9.1 . Lebewesen und technische Systeme
      1. 9.1.1 . Unsere Sinne und Sinnesorgane – Sensoren, eine Gegenüberstellung
      2. 9.1.2 . Effektoren und Aktoren – eine Gegenüberstellung
      3. 9.1.3 . Sensoren und Aktoren im Prozess
    2. 9.2 . Effekte und Prinzipien zur Realisierung von Sensoren
      1. 9.2.1 . Abbildung nichtelektrischer Größen auf elektrische Größen
      2. 9.2.2 . Sensorelement – Sensor – Sensorsystem
      3. 9.2.3 . Die weitere Gliederung
    3. 9.3 . Sensoren mit beweglichen Komponenten
      1. 9.3.1 . Potentiometrische (resistive) Sensoren
      2. 9.3.2 . Kapazitive Sensoren
      3. 9.3.3 . Induktive Sensoren
    4. 9.4 . Temperatursensoren
      1. 9.4.1 . Widerstandsthermometer
      2. 9.4.2 . Thermoelektrischer Effekt und Thermoelemente
    5. 9.5 . Optische Sensoren
    6. 9.6 . Chemische Sensoren und Biosensoren
      1. 9.6.1 . Metalloxid-Gassensoren
      2. 9.6.2 . Leitfähigkeitssensoren für Flüssigkeiten
      3. 9.6.3 . Biosensoren
    7. 9.7 . Sensoren aus der Sicht des Anwenders
    8. 9.8 . Fragen und Aufgaben
  13. 10 . Anzeigen für elektrische Signale
    1. 10.1 . Mechanische Anzeigen (Zeigerinstrumente)
    2. 10.2 . Akustische Anzeige
      1. 10.2.1 . Piezoelektrische Schallwandler
      2. 10.2.2 . Dynamische Lautsprecher
    3. 10.3 . Optische Anzeigen und Displays
      1. 10.3.1 . Selbstleuchtende Anzeigen und Displays
      2. 10.3.2 . Nicht-selbstleuchtende Anzeigen und Displays
      3. 10.3.3 . Projektionssysteme
      4. 10.3.4 . Anmerkungen zum Energiebedarf verschiedener Displays
    4. 10.4 . Fragen und Aufgaben
  14. 11 . Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler
    1. 11.1 . Einleitung
    2. 11.2 . Wandlerkennlinien
      1. 11.2.1 . Digital-Analog-Wandler-Kennlinien
      2. 11.2.2 . Analog-Digital-Wandler-Kennlinien
    3. 11.3 . DAC-Wandlerprinzipien
      1. 11.3.1 . DAC nach dem Parallelverfahren
      2. 11.3.2 . DAC nach dem Wägeverfahren
      3. 11.3.3 . DAC nach dem Zählverfahren
    4. 11.4 . ADC-Wandlerprinzipien
      1. 11.4.1 . ADC nach dem Parallelverfahren
      2. 11.4.2 . ADC nach dem Wägeverfahren
      3. 11.4.3 . ADC nach dem Zählverfahren
      4. 11.4.4 . ADC nach dem interpolativen Sigma-Delta-Verfahren (∑Δ)
    5. 11.5 . Hilfsschaltungen
      1. 11.5.1 . Analoge Hilfsschaltungen
      2. 11.5.2 . Digitale Hilfsschaltungen und Schnittstellen
    6. 11.6 . Fragen und Aufgaben
  15. 12 . Mikrocontroller und SoC
    1. 12.1 . Begriff und Wurzeln
    2. 12.2 . Mikroprozessor, SoC und Mikrocontroller
    3. 12.3 . Informationsverarbeitung in SoC und Mikrocontrollern
    4. 12.4 . Hardware-Aspekte
      1. 12.4.1 . Prozessorkern (CPU)
      2. 12.4.2 . Das Bussystem
      3. 12.4.3 . Harvard- vs. von Neumann-Architektur
      4. 12.4.4 . Input-Output-Module
      5. 12.4.5 . Hilfsschaltungen
    5. 12.5 . Programmiermodell und -Software
    6. 12.6 . MSP430 – Einblicke in eine Mikrocontrollerfamilie
      1. 12.6.1 . MSP430 – Hardware, Komponenten und Ausbaustufen
      2. 12.6.2 . MSP430 – Software
      3. 12.6.3 . Mikrocontroller Entwicklungsumgebung und -werkzeuge
      4. 12.6.4 . MSP430 – ein kleines Projekt
    7. 12.7 . SoC-Systeme - eine Auswahl
      1. 12.7.1 . Der ESP8266 und ESP32
      2. 12.7.2 . Der Raspberry Pi
    8. 12.8 . Fragen und Aufgaben
  16. 13 . Simulation elektronischer Schaltungen
    1. 13.1 . Simulation und Synthese digitaler Schaltungen
    2. 13.2 . Analyse von analogen Schaltungen durch Software
      1. 13.2.1 . Netzliste
      2. 13.2.2 . Analysemethoden und Beispiele
      3. 13.2.3 . Simulations-Software
    3. 13.3 . Fragen und Aufgaben
  17. A. Anhang
    1. A. 1. Häufig verwendete Formelzeichen
    2. A. 2. Physikalische Grundlagen, Ergänzungen
      1. A. 2.1. Physikalische Größen und Einheiten
      2. A. 2.2. Ausgewählte physikalische Konstanten (Naturkonstanten)
      3. A. 2.3. Zur Definition von Ampere, Volt und Ohm
      4. A. 2.4. Licht und seine Wechselwirkungen
      5. A. 2.5. Periodensystem der Elemente
    3. A. 3. Mathematische Werkzeuge, Ergänzungen
      1. A. 3.1. Koordinatensysteme
      2. A. 3.2. Vektoren
      3. A. 3.3. Komplexe Zahlen und Funktionen
      4. A. 3.4. Differentialgleichungen
    4. A. 4. Ergänzungen zu passiven Bauelementen
      1. A. 4.1. E-Reihen
      2. A. 4.2. Leiter und Isolatoren – elektrische Eigenschaften
    5. A. 5. Kodierung von Informationen
      1. A. 5.1. Maßeinheit
      2. A. 5.2. Kodierung von Zahlen
      3. A. 5.3. Kodierung von Zeichen
    6. A. 6. Digitale Gatter
      1. A. 6.1. Unäre Operation
      2. A. 6.2. Binäre Operationen
      3. A. 6.3. Weitere Gatter
      4. A. 6.4. Übersicht Flip-Flops
    7. A. 7. Ein-Chip-Systeme und Einplatinencomputer
      1. A. 7.1. ESP-Systeme
      2. A. 7.2. Ergänzung zum Raspberry Pi Einplatinencomputer
      3. A. 7.3. Weitere aktuell verbreitete SoC
    8. A. 8. Historisches
      1. A. 8.1. Von der Entdeckung der Glühemission bis zur Entdeckung des Transistoreffektes
      2. A. 8.2. Von der Entdeckung der Halbleiterelemente bis zum Mikroprozessor
      3. A. 8.3. Zeittafel zur Geschichte der Computertechnik
      4. A. 8.4. Zeittafel Scheibendurchmesser und Strukturbreiten
  18. Englische Fachbegriffe
  19. Literaturverzeichnis
  20. Stichwortverzeichnis
  1. I
  2. II
  3. III
  4. IV
  5. V
  6. VI
  7. VII
  8. VIII
  9. IX
  10. X
  11. XI
  12. XIII
  13. XIV
  14. XV
  15. XVI
  16. XVII
  17. 1
  18. 2
  19. 3
  20. 4
  21. 5
  22. 6
  23. 7
  24. 8
  25. 9
  26. 10
  27. 11
  28. 12
  29. 13
  30. 14
  31. 15
  32. 16
  33. 17
  34. 18
  35. 19
  36. 20
  37. 21
  38. 22
  39. 23
  40. 24
  41. 25
  42. 26
  43. 27
  44. 28
  45. 29
  46. 30
  47. 31
  48. 32
  49. 33
  50. 34
  51. 35
  52. 36
  53. 37
  54. 38
  55. 39
  56. 40
  57. 41
  58. 42
  59. 43
  60. 44
  61. 45
  62. 46
  63. 47
  64. 48
  65. 49
  66. 50
  67. 51
  68. 52
  69. 53
  70. 54
  71. 55
  72. 56
  73. 57
  74. 58
  75. 59
  76. 60
  77. 61
  78. 62
  79. 63
  80. 64
  81. 65
  82. 66
  83. 67
  84. 68
  85. 69
  86. 70
  87. 71
  88. 72
  89. 73
  90. 74
  91. 75
  92. 76
  93. 77
  94. 78
  95. 79
  96. 80
  97. 81
  98. 82
  99. 83
  100. 84
  101. 85
  102. 86
  103. 87
  104. 88
  105. 89
  106. 90
  107. 91
  108. 92
  109. 93
  110. 94
  111. 95
  112. 96
  113. 97
  114. 98
  115. 99
  116. 100
  117. 101
  118. 102
  119. 103
  120. 104
  121. 105
  122. 106
  123. 107
  124. 108
  125. 109
  126. 110
  127. 111
  128. 112
  129. 113
  130. 114
  131. 116
  132. 115
  133. 117
  134. 118
  135. 119
  136. 120
  137. 121
  138. 122
  139. 123
  140. 124
  141. 125
  142. 126
  143. 127
  144. 128
  145. 129
  146. 130
  147. 131
  148. 132
  149. 133
  150. 134
  151. 135
  152. 136
  153. 137
  154. 138
  155. 139
  156. 141
  157. 142
  158. 143
  159. 144
  160. 145
  161. 146
  162. 147
  163. 148
  164. 149
  165. 150
  166. 151
  167. 152
  168. 153
  169. 154
  170. 155
  171. 157
  172. 158
  173. 159
  174. 160
  175. 161
  176. 162
  177. 163
  178. 164
  179. 165
  180. 166
  181. 167
  182. 168
  183. 169
  184. 170
  185. 171
  186. 172
  187. 173
  188. 174
  189. 175
  190. 176
  191. 177
  192. 178
  193. 179
  194. 180
  195. 181
  196. 182
  197. 183
  198. 184
  199. 185
  200. 186
  201. 187
  202. 188
  203. 189
  204. 190
  205. 191
  206. 192
  207. 193
  208. 194
  209. 195
  210. 196
  211. 197
  212. 198
  213. 199
  214. 200
  215. 201
  216. 202
  217. 203
  218. 204
  219. 205
  220. 206
  221. 207
  222. 208
  223. 209
  224. 210
  225. 211
  226. 212
  227. 213
  228. 214
  229. 215
  230. 216
  231. 217
  232. 218
  233. 219
  234. 220
  235. 221
  236. 222
  237. 223
  238. 224
  239. 225
  240. 226
  241. 227
  242. 228
  243. 229
  244. 230
  245. 231
  246. 232
  247. 233
  248. 234
  249. 235
  250. 236
  251. 237
  252. 238
  253. 239
  254. 240
  255. 241
  256. 242
  257. 243
  258. 244
  259. 245
  260. 246
  261. 247
  262. 248
  263. 249
  264. 250
  265. 251
  266. 252
  267. 253
  268. 254
  269. 255
  270. 256
  271. 257
  272. 258
  273. 259
  274. 260
  275. 261
  276. 262
  277. 263
  278. 264
  279. 265
  280. 266
  281. 267
  282. 268
  283. 269
  284. 270
  285. 271
  286. 272
  287. 273
  288. 274
  289. 275
  290. 276
  291. 277
  292. 278
  293. 279
  294. 280
  295. 281
  296. 282
  297. 283
  298. 284
  299. 285
  300. 286
  301. 287
  302. 288
  303. 289
  304. 290
  305. 291
  306. 292
  307. 293
  308. 294
  309. 295
  310. 296
  311. 297
  312. 298
  313. 299
  314. 300
  315. 301
  316. 302
  317. 303
  318. 304
  319. 305
  320. 306
  321. 307
  322. 308
  323. 309
  324. 310
  325. 311
  326. 312
  327. 313
  328. 314
  329. 315
  330. 316
  331. 317
  332. 318
  333. 319
  334. 320
  335. 321
  336. 322
  337. 323
  338. 324
  339. 325
  340. 326
  341. 327
  342. 328
  343. 329
  344. 330
  345. 331
  346. 332
  347. 333
  348. 334
  349. 335
  350. 336
  351. 337
  352. 338
  353. 339
  354. 340
  355. 341
  356. 342
  357. 343
  358. 344
  359. 345
  360. 346
  361. 347
  362. 348
  363. 349
  364. 350
  365. 351
  366. 352
  367. 353
  368. 354
  369. 355
  370. 356
  371. 357
  372. 358
  373. 359
  374. 360
  375. 361
  376. 362
  377. 363
  378. 364
  379. 365
  380. 366
  381. 367
  382. 368
  383. 369
  384. 370
  385. 371
  386. 372
  387. 373
  388. 374
  389. 375
  390. 376
  391. 377
  392. 378
  393. 379
  394. 380
  395. 381
  396. 382
  397. 383
  398. 384
  399. 385
  400. 386
  401. 387
  402. 388
  403. 389
  404. 390
  405. 391
  406. 392
  407. 393
  408. 394
  409. 395
  410. 396
  411. 397
  412. 398
  413. 399
  414. 400
  415. 401
  416. 402
  417. 403
  418. 404
  419. 405
  420. 406
  421. 407
  422. 408
  423. 409
  424. 410
  425. 411
  426. 412
  427. 413
  428. 414
  429. 415
  430. 416
  431. 417
  432. 418
  433. 419
  434. 420
  435. 421
  436. 422
  437. 423
  438. 424
  439. 425
  440. 426
  441. 427
  442. 428
  443. 429
  444. 430
  445. 431
  446. 432
  447. 433
  448. 434
  449. 435
  450. 436
  451. 437
  452. 438
  453. 439
  454. 440
  455. 441
  456. 442
  457. 443
  458. 444
  459. 445
  460. 446
  461. 447
  462. 448
  463. 449
  464. 450
  465. 451
  466. 452
  467. 453
  468. 454
  469. 455
  470. 456
  471. 457
  472. 458
  473. 459
  474. 460
  475. 461
  476. 462
  477. 463
  478. 464
  479. 465
  480. 466
  481. 467
  482. 468
  483. 469
  484. 470
  485. 471
  486. 472
  487. 473
  488. 474
  489. 475
  490. 476
  491. 477
  492. 478
  493. 479
  494. 480
  495. 481
  496. 482
  497. 483
  498. 484
  499. 485
  500. 486
  501. 487
  502. 488
  503. 489
  504. 490
  505. 491
  506. 492
  507. 493
  508. 494
  509. 495
  510. 496
  511. 497
  512. 498
  513. 499
  514. 500
  515. 501
  516. 502
  517. 503
  518. 504
  519. 505
  520. 506
  521. 507
  522. 508
  523. 510
  524. 509
  525. 511
  526. 512
  527. 513
  528. 514
  529. 515
  530. 516
  531. 517
  532. 518
  533. 519
  534. 520
  535. 521
  536. 522
  537. 523
  538. 524
  539. 525
  540. 526
  541. 527
  542. 528
  543. 529
  544. 530
  545. 531
  546. 532
  547. 533
  548. 534
  549. 535
  550. 536
  551. 537
  552. 538
  553. 539
  554. 540
  555. 541
  556. 542
  557. 543
  558. 544
  559. 545
  560. 546
  561. 547
  562. 548
  563. 549
  564. 550
  565. 551
  566. 552
  567. 553
  568. 554
  569. 555
  570. 556
  571. 557
  572. 558
  573. 559
  574. 560
  575. 561
  576. 562
  577. 563
  578. 564
  579. 565
  580. 566
  581. 567
  582. 568
  583. 569
  584. 570
  585. 571
  586. 573
  587. 574
  588. 575
  589. 576
  590. 577
  591. 578
  592. 579
  593. 580
  594. 581
  595. 582
  596. 583
  597. 584
  598. 585
  599. 586
  600. 587
  601. 588
  602. 589
  603. 590
  604. 591
  605. 592
  606. 593
  607. 594
  608. 595