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Über dieses Buch

Die in diesem Lehrbuch gestellten Prüfungsfragen beziehen sich auf die Funktion verschiedenartiger Halbleiter-Bauelemente als auch auf deren Zusammenwirken in Schaltungen. Die gegebenen Antworten erfolgen zunächst in Form kurz gefasster Erklärungen und werden anschließend mit Gleichungen und insbesondere mit Diagrammen aus PSPICE-Analysen anschaulich vertieft. Die Ausführung dieser Analysen wird nachvollziehbar dokumentiert. Die Prüfungsfragen zielen darauf ab, die jeweiligen Eigenschaften der Bauelemente bzw. Schaltungen schrittweise zu erfassen. Die mit den Prüfungsfragen angesprochenen Dioden, Thyristoren, bipolaren und unipolaren Transistoren, CMOS-Baugruppen sowie Operationsverstärker sind aus der frei zugänglichen Studenten-Version des Netzwerkanalyseprogramms PSPICE aufrufbar. Der nutzbare Schaltungsumfang reicht aus, um wichtige Grundschaltungen der Elektronik aufzubauen und zu analysieren. Die Antworten können daher mit konkreten Angaben versehen werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Dioden

Zusammenfassung
Dieses Kapitel wird mit Fragen zur Dotierung von Halbleitern sowie zum pn-Halbleiter-Übergang eingeleitet. In den Antworten werden Werte technologischer Parameter genannt. Weitere Fragen betreffen statische und dynamische Eigenschaften der Diode in der Anwendung als Gleichrichter. Angesprochen werden ferner die Anwendung der Z-Diode als Begrenzer, der Kapazitätsdiode zur Schwingkreisabstimmung und der Fotodiode als Belichtungsmesser. Die Antworten schließen Analyseergebnisse von PSPICE mit ein. Dazu werden die Kennlinienanalyse, die Transienten-Analyse und die Frequenzbereichsanalyse eingesetzt.
Peter Baumann

2. Thyristor

Zusammenfassung
Anhand der vorgegebenen Struktur und der Beschaltung des Thyristors werden Fragen zur Wirkungsweise und zu Hauptkenngrößen wie Kippspannung, Durchbruchspannung und Steuerstrom gestellt. Die Verifizierung der vorab gegebenen Antworten erfolgt durch Kennlinienanalysen von PSPICE. Mit Transienten-Analysen wird der Unterschied von zwei angebotenen Schaltungen zur Phasenanschnitt-Steuerung verdeutlicht.
Peter Baumann

3. Bipolartransistor

Zusammenfassung
Die Fragestellungen zum bipolaren npn-Transistor betreffen zunächst den Aufbau, die Beschaltung und das SPICE-Großsignal-Modell. In den Antworten werden die Werte von Kenngrößen wie Transport-Sättigungsstrom und Stromverstärkung zahlenmäßig angegeben. Weitere Fragen betreffen Grundschaltungen wie Kleinsignalverstärker, Darlington-Stufe, Differenzverstärker, Konstant-Stromquelle, Sinus-Oszillator und Schaltstufe. Die Antworten werden sowohl verbal gegeben als auch umfangreich mit SPICE-Analysen unterstützt.
Peter Baumann

4. Optokoppler

Zusammenfassung
Einleitend werden Fragen zur Wirkungsweise und den Hauptkenngrößen eines Diode-Transistor-Optokopplers gestellt. Die Antworten umfassen auch Kennlinienanalysen mit PSPICE, womit beispielsweise Größenordnungen zum Stromübertragungsverhältnis verdeutlicht werden. Die Fragen zur Impuls- oder NF-Signal-Übertragung dienen dazu, die Schaltungsfunktion schrittweise zu erfassen.
Peter Baumann

5. Sperrschicht-Feldeffekttransistor

Zusammenfassung
Zum Beginn des Kapitels werden Fragen zur Struktur, zur Beschaltung und zu Kennlinien des N-Kanal-Sperrschicht-FET gestellt und mit der Unterstützung durch PSPICE-Analysen beantwortet. Weitere Fragestellungen betreffen Grundschaltungen wie steuerbarer Spannungsteiler, Konstant-Stromquelle, Kleinsignal-Verstärker und Analog-Signalschalter. In den Antworten werden die Schaltungseigenschaften mit Kennlinien- und Transienten-Analysen erfasst und dargestellt.
Peter Baumann

6. MOS-Feldeffekttransistoren

Zusammenfassung
Die gestellten Fragen beziehen sich zunächst auf die Funktion und die Kennlinien von Anreicherungs- und Verarmungs-MOSFET. Die gegebenen Antworten stützen sich dabei auch auf Gleichungen zu den MOSFET-Modellen, wie sie im Programm PSPICE verwendet werden. Die Fragen zur Wirkungsweise von Schaltungen wie Kleinsignal-Verstärker, Konstant-Stromquelle oder zu CMOS-Baugruppen wie Inverter, Oszillator, Übertragungsgatter und Multiplexer sind so angelegt, dass die Anwendung schrittweise erfasst werden kann.
Peter Baumann

7. Operationsverstärker

Zusammenfassung
Zu gezielten Fragen betreffs vorgegebener SPICE-Modelle von Operationsverstärkern werden Antworten angegeben, mit denen schrittweise wichtige statische und dynamische Parameter dieser vielseitig einsetzbaren Bauelemente erfasst werden. Die Beantwortung von Fragen zum invertierenden und nicht invertierenden Verstärker, zu Komparator-Schaltungen, Umformern, Abtast-Halte-Schaltungen, Multivibratoren und Oszillatoren schließt SPICE-Analysen wie die Übertragungsfunktion, die Frequenzanalyse und die Transienten-Analyse ein. Bei den Rechenschaltungen wie Addierer, Integrator und Logarithmierer wird dazu angeregt, nicht nur Fragen zur grundsätzlichen Wirkungsweise zu beantworten, sondern auch überschaubare Berechnungen auszuführen, die anschließend mit SPICE-Analysen vertieft werden.
Peter Baumann

8. Prüfungsklausur Elektronik

Zusammenfassung
Aufgabe 1
Silizium-Diode (6 Punkte)
Peter Baumann

9. Sensoren

Zusammenfassung
Das abschließende Kapitel befasst sich mit Sensoren. Die gestellten Fragen beziehen sich auf die Modellierung und Anwendung von Temperatur‑ und Feuchtesensoren sowie von optischen und Folien‐Kraftsensoren. Demonstriert wird der Einsatz von US‐Transmitter und ‐Receiver in einer Abstands‐Warnschaltung mit piezoelektrischem Summer‐Signal. Basierend auf den Eigenschaften akustischer Oberflächenwellen folgen Berechnungen zur Temperaturabhängigkeit einer Verzögerungsleitung auf einem Lithiumniobat‐Substrat.
Peter Baumann

Backmatter

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