دانلود کتاب Lehrgang Elektrotechnik und Elektronik: Theoretische Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik mit ihren Anwendungen zur Analyse elektrotechnischer Prozesse: Mit Übungsaufgaben und Lösungen

فهرست مطالب :

Vorwort
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung zu den theoretischen Grundlagen
2 Einleitung zur Elektrotechnik
2.1 Die Ladung
2.2 Die Ladung als Ausgangspunkt
3 Erster Exkurs Mathematik
3.1 Vektorrechnung
3.2 Ableitung und Integration nach Weg, Fläche und Volumen
3.3 Partielle Ableitungen*
4 Vorgänge in elektrischen Leitern
4.1 Grundbegriffe im Leiter – Strom, Spannung
4.1.1 Darstellung der Grundgrößen aus physikalischen Überlegungen
4.1.2 Messung der Größen in Leitern – Ladung, Strom, Spannung
4.1.3 Übungsaufgaben zur Verdeutlichung praktischer Größenordnungen
4.1.4 Wichtige Formen und Kenngrößen
4.1.5 Messung und Darstellung von Feldern in leitenden Medien – Feldlinien
4.2 Strom-Spannungs-Beziehung am Widerstand
4.2.1 Driftbewegung und Ohm’sches Gesetz
4.2.2 Bauformen und Kenngrößen
4.2.3 Messung von Widerständen
4.2.4 Nichtlineare Widerstände
4.2.5 Übungsaufgaben zum Widerstand
4.3 Kirchhoff’sche Sätze sowie Reihen- und Parallelschaltung
4.3.1 Knotenpunkt und Maschensatz
4.3.2 Parallel- und Reihenschaltung, Strom- und Spannungsteilung
4.3.3 Übungsaufgaben zu einigen praktischen Anwendungen
4.4 Energieumwandlung und Leistung
4.4.1 Energie, Leistung und Wirkungsgrad
4.4.2 Messung von Energie und Leistung
4.4.3 Übungsaufgaben zur Leistung
4.4.4 Anwendung in der Elektrochemie (Batterien, Akkus, Elektrolyse)*
4.4.5 Anwendung in der Wärmelehre*
4.4.6 Anwendung in der Lichttechnik*
4.4.7 Übungsaufgaben zu Chemie, Wärme, Licht *
5 Vorgänge in elektrischen Nichtleitern
5.1 Grundbegriffe im Nichtleiter – Verschiebungsfluss
5.1.1 Darstellung der Grundgrößen aus physikalischen Überlegungen
5.1.2 Messung und Darstellung von elektrostatischen Feldern
5.2 Ladung, Strom und Spannung am Kondensator
5.2.1 Zusammenhang von Ladung und Spannung sowie Strom und Spannung
5.2.2 Zeitverhalten von I und U an der Kapazität
5.2.3 Bauformen und Kenngrößen
5.2.4 Messung der Kapazität
5.2.5 Übungsaufgaben zur Kapazität
5.2.6 Messung des Zeitverlaufes mit einem Messoszilloskop
5.2.7 Anmerkungen zu Dielektrika*
5.3 Energie und Kräfte im elektrischen Feld des Nichtleiters
5.3.1 Beschreibung von Energie und Kräften
5.3.2 Anwendungsbeispiel zu Energie und Kräften
5.3.3 Übungsaufgabe zu Energie und Kräften
6 Vorgänge im Magnetfeld
6.1 Grundbegriffe: magnetische Urspannung, Fluss, Widerstand
6.1.1 Darstellung der Grundgrößen aus physikalischen Überlegungen
6.1.2 Der magnetische Kreis
6.1.3 Übungsaufgaben zum magnetischen Kreis
6.1.4 Das Durchflutungsgesetz
6.1.5 Messung und Darstellung von magnetischen Feldern – Feldlinien
6.1.6 Lorentzkraft
6.1.7 Das Induktionsgesetz
6.1.8 Übungsaufgaben zur Durchflutung und Induktion
6.2 Koppelfluss, Strom und Spannung an der Induktivität (Spule)
6.2.1 Zusammenhang zwischen Koppelfluss, Spannung und Strom
6.2.2 Anmerkungen zu magnetischen Materialien*
6.2.3 Bauformen und Kenngrößen
6.2.4 Messung der Induktivität
6.2.5 Übungsaufgaben zur Induktivität
6.2.6 Messung von Zeitverläufen an der Induktivität
6.3 Energie und Kräfte im magnetischen Feld
6.3.1 Beschreibung von Energie und Kräften
6.3.2 Anwendungen zu Kräften im Magnetfeld
6.3.3 Übungsaufgaben zu Kräften im Magnetfeld
7 Zusammenfassung und Gegenüberstellung
7.1 Gegenüberstellung der Grundgrößen
7.2 Erweiterungen zu den theoretischen Grundlagen
7.2.1 Beispiele verkoppelter Felder (Skineffekt, Wellenleitung)*
7.2.2 Zusammenfassende Aspekte der Messtechnik
7.2.3 Messoszilloskop
8 Zweiter Exkurs Mathematik
8.1 Lösung linearer Gleichungssysteme
8.2 Lösung linearer Differentialgleichungen*
9 Analyse elektrischer Stromkreise und Netzwerke
9.1 Grundstromkreis
9.1.1 Analyse eines Grundstromkreises
9.1.2 Interpretation der Kenngrößen für verschiedene Anwendungen
9.1.3 Messungen am Grundstromkreis
9.1.4 Übungsaufgaben zu Anwendungen des Grundstromkreises
9.2 Netzwerke – verzweigte und vermaschte Schaltungen
9.2.1 Analyse verzweigter und vermaschter Schaltungen
9.2.2 Übungsaufgaben mit Beispielen zur Schaltungsberechnung
9.3 Überlagerungsprinzip
9.3.1 Schaltungsanalyse mit Hilfe des Überlagerungssatzes
9.3.2 Übungsaufgaben zu Anwendungen des Überlagerungssatzes
9.4 Ersatzzweipole (Ersatzschaltungen)
9.4.1 Schaltungsanalyse mit Hilfe von Ersatzzweipolen
9.4.2 Übungsaufgaben zur Anwendung von Ersatzzweipolen
9.5 Modellierung und Simulation
9.5.1 Grundlagen der Modellierung für Simulationsprogramme
9.5.2 Beispielaufgabe für eine Rechnersimulation
9.6 Ausblick auf weitere Analysemethoden
10 Dritter Exkurs Mathematik
10.1 Komplexe Zahlen
10.2 Rechnen mit komplexen Zahlen
10.3 Grafische Darstellung komplexer Zahlen
10.4 Fourierreihe
10.5 Unstetige Zeitfunktionen (Distributionen)*
10.6 Fouriertransformation*
10.7 Diskrete Signale und diskrete Fouriertransformation*
10.8 Laplacetransformation*
10.9 Rechnen mit logarithmischen Pegeln
11 Analyse bei zeitveränderlichen Signalen
11.1 Schaltungen und Geräte mit sinusförmigen Signalen
11.1.1 Behandlung mit Hilfe der komplexen Rechnung
11.1.2 Behandlung mit grafischen Methoden
11.1.3 Analyse des Frequenzverhaltens wichtiger Schaltungen
11.1.4 Parameter für elektrische Stromkreise
11.1.5 Kennwerte und Übungsaufgaben
11.1.6 Messung des Frequenzgangs eines Schwingkreises
11.2 Nichtsinusförmige periodische Signale
11.2.1 Mehrere sinusförmige Quellen
11.2.2 Behandlung mit Hilfe der Fourierreihe
11.2.3 Wichtige Testsignale zur Analyse von Schaltungen
11.2.4 Kennwerte und Übungsaufgaben
11.3 Nichtperiodische Signale
11.3.1 Behandlung mit der Fouriertransformation
11.3.2 Diskrete Signale und diskrete Fouriertransformation
11.4 Schalt- und Übergangsvorgänge
11.4.1 Behandlung mit Hilfe der Laplacetransformation
11.4.2 Beispiel: Analyse des Ein- und Ausschaltens eines Schwingkreises
11.4.3 Übertragungsfunktionen von Systemen
11.4.4 Kennwerte und Aufgaben
11.4.5 Messung des Ein- und Ausschaltens eines Schwingkreises
12 Halbleiterbauelemente
12.1 Physikalische Grundlagen für Festkörper
12.1.1 Leitungsmechanismus in Festkörpern
12.1.2 Dotierung von Halbleitermaterial
12.1.3 Kennwerte von Halbleitermaterialien und Übungsaufgaben
12.2 PN-Übergang
12.2.1 Gleichgewicht von Diffusion und Feld
12.2.2 Einfluss einer äußeren Spannung
12.2.3 Kennlinie eines PN-Übergangs
12.2.4 Metall-Halbleiter-Übergang
12.2.5 Ersatzschaltungen für eine Halbleiterdiode
12.2.6 Kennwerte und Übungsaufgaben zu Halbleiterdioden
12.2.7 Messung und Auswertung der Kennlinie von Dioden
12.3 Bipolartransistor
12.3.1 Steuerung durch Trägerinjektion
12.3.2 Kennlinie des Bipolartransistors
12.3.3 Grundschaltungen, Vierpoldarstellung und Kleinsignalverhalten
12.3.4 Kennwerte und Übungsaufgaben zum Transistor
12.3.5 Messungen am Transistorverstärker
12.4 Feldeffekttransistor
12.4.1 Trägeranreicherung und -verarmung im Kanal
12.4.2 Kennlinien, Ersatz- und Grundschaltungen des FET
12.4.3 Kennwerte und Beispiele zum Feldeffekttransistor
12.5 Weitere wichtige Halbleiterbauelemente
13 Analoge Schaltungstechnik
13.1 Einteilung von Verstärkerschaltungen
13.1.1 Arbeitspunkt, Eigenschaften und Betriebsverhalten
13.1.2 Anforderungen der Anwendung
13.2 Operationsverstärkertechnik
13.2.1 Differenzverstärker, Operationsverstärker und seine Parameter
13.2.2 Prinzip der Gegenkopplung
13.2.3 Dimensionierung von Operationsverstärkerschaltungen
13.2.4 Messen von Parametern bei Operationsverstärkern
13.2.5 Schaltungsbeispiele mit Operationsverstärkern
13.3 Übungsaufgaben zum Operationsverstärker
14 Vierter Exkurs Mathematik
14.1 Mathematische Grundlagen – Zahlensysteme
14.2 Rechnen mit verschiedenen Zahlensystemen
15 Digitale Schaltungstechnik
15.1 Grundlagen digitaler Signale
15.1.1 Informationstechnische Grundlagen digitaler Signale
15.1.2 Quantisierung von Signalen und Codierung
15.1.3 Grundlagen digitaler Signalverarbeitung – Schaltalgebra
15.1.4 Übungsaufgaben zu Zahlen, Codierung und Schaltalgebra
15.2 Kombinatorische Schaltungen (Schaltnetze)
15.2.1 Entwurf kombinatorischer Schaltungen
15.2.2 Wichtige Beispiele zu Schaltnetzen
15.2.3 Übungsaufgaben und Versuch zu Schaltnetzen
15.3 Sequentielle Schaltungen (Schaltwerke)
15.3.1 Wichtige Speicheranordnungen
15.3.2 Beispiel für den Entwurf einer Ablaufsteuerung
15.3.3 Versuch zur Schrittkette *
15.4 Richtungen der weiteren Entwicklung
16 Analyse von Signalen und Systemen
16.1 Wichtige Signale und Systeme in der Elektronik
16.1.1 Kennwerte für Audiosignale und -geräte
16.1.2 Messungen an einem analogen Mischpult
16.1.3 Kennwerte und Beispiele für Videosignale und -geräte
16.1.4 Messung der Eigenschaften an RGB-Signalen
16.2 Analyse analog modulierter Signale
16.2.1 Amplitudenmodulation
16.2.2 Frequenzumsetzung mit dem Überlagerungsverfahren
16.2.3 Frequenzmodulation
16.2.4 Phasenmodulation
16.2.5 Stereo- und Videosignalmodulation
16.2.6 Kennwerte, Übungsaufgaben und Simulation modulierter Signale
16.3 Diskrete Signale
16.3.1 Diskrete Signale und diskrete Fouriertransformation
16.3.2 Digitale Modulationsverfahren
16.3.3 Codierung, Kompression und Fehlerkorrektur digitaler Signale
16.3.4 Kennwerte und Übungsaufgaben für diskrete (digitale) Signale
17 Zusammenfassung zur Regelungstechnik
17.1 Wichtige Regelkreisglieder und -strategien
17.1.1 Regelstrecken
17.1.2 Regeleinrichtungen
17.1.3 Reglerstrukturen
17.2 Regelungstechnische Analyse, Entwurf und Implementierung
17.3 Übungsaufgaben zur Steuerung und Regelung
18 Fünfter Exkurs Mathematik*
18.1 Raumzeigertransformation*
18.2 Drehstrom und -felder in der Raumzeigerdarstellung*
19 Energiewandlung und Antriebe
19.1 Maschinen bei Gleichstrom
19.1.1 Aufbau und Funktion der Gleichstrommaschine
19.1.2 Schaltungen und Betrieb der Gleichstrommaschine
19.1.3 Kennwerte und Übungsaufgaben
19.1.4 Messen der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie
19.2 Maschinen für Wechselstrom
19.2.1 Transformator als ruhende Maschine
19.2.2 Universalmotor
19.2.3 Kennwerte und Übungsaufgaben
19.2.4 Messen der Kennwerte eines Transformators
19.3 Drehfeldmaschinen
19.3.1 Dreiphasensysteme für Strom und Spannung
19.3.2 Das Drehfeld
19.3.3 Asynchronmaschine
19.3.4 Synchronmaschine
19.3.5 Parallelbetrieb eines Synchrongenerators zum Netz
19.3.6 Inselbetrieb und Betriebsverhalten der Synchronmaschine
19.3.7 Kennwerte Übungs- und Messaufgaben
19.4 Auswahl eines Motors für eine Antriebsaufgabe
19.5 Ausblick, weitere elektrische Maschinen
20 Leistungselektronische Energiewandler
20.1 Arbeitsweise von Stromrichtern
20.1.1 Grundprinzip und Eigenschaften
20.1.2 Steueralgorithmen für selbstgesteuerte Stromrichter
20.1.3 Steueralgorithmen für fremdgesteuerte Stromrichter
20.1.4 Kennwerte und Übungsaufgaben
20.2 Beispiele für Stromrichter
20.2.1 Phasenanschnittsteuerung für Wechselstromsteller
20.2.2 Messungen an einem Dimmer mit Phasenanschnitt
20.2.3 Mit Frequenzumrichter gesteuerter Asynchronmotor
20.2.4 Netzgelöschter Wechselrichter
20.2.5 Messen an einem netzgelöschten Wechselrichter
20.3 Entwicklungstrends
21 Kurzes Fazit zur Arbeit im Beruf
22 Lösungen der Übungsaufgaben
22.1 Lösungen zu Abschnitt 4
22.2 Lösungen zu Abschnitt 5
22.3 Lösungen zu Abschnitt 6
22.4 Lösungen zu Abschnitt 9
22.5 Lösungen zu Abschnitt 11
22.6 Lösungen zu Abschnitt 12
22.7 Lösungen zu Abschnitt 13
22.8 Lösungen zu Abschnitt 15
22.9 Lösungen zu Abschnitt 16
22.10 Lösungen zu Abschnitt 17
22.11 Lösungen zu Abschnitt 19
22.12 Lösungen zu Abschnitt 20
Literaturverzeichnis
Sachverzeichnis