Elektrodynamik:
In diesem Kapitel wird die Verbindung von Physik und Elektrotechnik beschrieben.
Es werden die grundlegenden Begriffe
Ladung, Strom, elektrisches und magnetisches Feld und Spannung
eingeführt.
Hinzu kommen die in den vier Maxwell-Gleichungen zusammengefassten elementaren Zusammenhänge,
auf denen die gesamte Elektrotechnik beruht.
Passive Bauelemente:
Die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Materie und deren Behandlung im Rahmen der Maxwellschen Gleichungen
bilden die Grundlage der Konstruktion von Bauelementen, die heute passiv genannt werden. Ausgehend von den
Materialeigenschaften werden Kondensatoren, Spulen und Widerstände beschrieben. Es folgen die Beschreibungen von
Parasitärelementen, deren Modellierung, Quantifizierung durch Güten und Verlustwinkel, sowie deren Einfluss
auf das Frequenzverhalten.
Aktive Bauelemente:
In diesem Kapitel werden Halbleiter-Materialien, ihre Eigenschaften und deren Modifizierung durch das Dotieren beschrieben.
Daurauf aufbauend werden die Funktionen von Dioden, Bipolar-Transistoren und MOS-Transistoren vorgestellt.
Dazu gehören die Entwicklung und Interpretation der Kennlinien. Zusätzlich werden Modelle
für vereinfachte Schaltungsberechnungen vorgestellt und diskutiert. Mit Hilfe dieser Modelle werden Tests auf die jeweiligen
Betriebszustände entwickelt.
Netzwerke:
Eine systematischen Beschreibung linearer elektrischer Netze und ihrer Elemente ist die Basis. Reale Strom- und Spannungsquellen,
Energieflüsse und Anpassung werden diskutiert.
Die Kirchhoff'schen Gesetze werden als Konsequenz
physikalischer Erhaltungssätze vorgestellt. Denn
diese bilden die Grundlage für
das Knotenpotenzial-Verfahren, das Maschenstrom-Verfahren
und das Überlagerungsverfahren.
Wechselstromnetze:
In diesem Kapitel werden die grundlegenden Konzepte zur Beschreibung von Phänomenen
in Wechselstromnetzen in einfacher und in komplexer Notation
dargelegt. Dazu gehören
Parallelersatzwiderstände, Effektivwerte, Scheinleistung und Blindleistungskompensation ebenso wie die komplexe Anpassung. Die Transformatorgleichungen und
deren Eigenschaften werden hergeleitet. Deren Modifikation
durch Verluste werden ebenfalls behandelt.
Die Eigenschaften des Drei-Phasen-Wechselstromes werden analysiert und damit Hausnetze erklärt.
Filter:
Hier wird beschrieben, wie durch Schwingkreise Frequenzbereiche ausgewählt oder abgeblockt werden,
wie RC-Filter funktionieren und wie dies durch Ortskurven und Bode-Diagramme darstellbar ist.
Im Rahmen der Vierpoltheorie werden Methoden gezeigt, die es erlauben, komplexere Filter zu konstruieren. Die Telegrafengleichungen
werden als Spezielfall hergeleitet.
So können Quellen und Verbraucher
an Kabel angepasst werden.
Transistorschaltungen:
In diesem Kapitel werden die Eigenschaften elementarer Transistorschaltungen aus den Eigenschaften der
aktiven Bauelemente
abgeleitet. Techniken zum Entwurf und zur Berechnung von Bipolar-Transistorschaltungen und von CMOS-Schaltungen werden ebenso behandelt
wie Methoden zur sicheren Entwicklung von Kleinsignal-Ersatzschaltbildern. Außerdem werden Wege zur Stabilisierung der Schaltungen
gegen Temperatur- und Parameterschwankungen aufgezeigt.
Operationsverstärker: In diesem Kapitel werden die Eigenschaften, der Aufbau und exemplarische Anwendungen von Operationsverstärkern gezeigt. Aus den Forderungen an einen Operationsverstärker (kurz: OP) wird die Aufteilung in Diffe-renz-, Verschiebungs- und Endstufe abgeleitet. Es werden die Unterschiede zwischen bipolaren Verstärkern und CMOS-Verstärkern aufgezeigt. Anhand der Vereinfachung des idealen Operationsverstärkers werden Techniken zur Schaltungsberechnung eingeführt. Diese werden dann auf die Schaltungen mit realen Operationsverstärkern verallgemeinert. Dabei werden die Slew Rate, Verzögerungszeiten, Offset-Spannung und endliche Verstärkung berücksichtigt.
Zu allen Themen werden nach Schwierigkeitsgrad geordnete Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen bereitgestellt.
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Hier einige Tipps, wie man...
...
Belastete Spannungsteiler berechnet
...
Vierpol Wellenparameter benutzt und warum,
...
Vierpole zur Anpassung bringt,
...
Betriebszustände von Bipolar Transistoren bestimmt,
...
die Emitter-Schaltung so verändert, dass sie stabil funktioniert,
...
Betriebszustände von MOS Transistoren bestimmt,
...
Schaltungen mit idealen OPs berechnet,
...
OP Lehrbuch-Schaltungen so verändert, dass sie auch funktionieren.
Hier finden Sie eine Vorlesung, in der die elektromagnetischen Felder erklärt werden. Und Sie erfahren, warum nur zwei Felder bis in die Nanotechnologie hinein verwendbar sind. Danach können Sie Teil 2 und Teil 3 ansehen. Oder Sie drucken sich den Artikel aus, der beim General Meeting der IEC in Frankfurt 2016 verteilt wurde.
... wie man sofort alle Vorzeichen von Bauelemente-Gleichungen richtig hinbekommt? (S. 139)
... dass idealer und verlustloser Transformator nicht identisch sind? (S. 185)
... wie man Magnetkreise ohne den üblichen pseudo-theoretischen Wasserkopf berechnet? (S. 53)
... wann die Maschenregel nicht gilt? (S. 142)
... warum der MOS Kanallängenmodulationsfaktor λ seinen Namen zu Unrecht trägt? (S. 107)
... woher die Formel E = mc2 kommt? (S. 337)
... warum unterhalb von 1 nm E und B, nicht aber H, M, P und D verwendbar sind? (S. 26)
... in denen Sie lernen, wo es bei Gewitter im Flugzeug am sichersten ist,
... wie ein Zündtransformator von 12 auf 30000 Volt kommt,
... wie ein Quarz-Oszillator funktioniert,
... wie aus den Vierpolgleichungen auf das Verhalten einer Leitung geschlossen werden kann,
... oder wie man im Labor die Güte eines Bauteils bestimmt.
Martin Poppe, Jahrgang 1956, promovierte 1981 in Physik an der University of Oxford und habilitierte 1986 über das Thema "Exclusive Hadron Production in Photon Photon Collisions" an der Universität Hamburg. Über die Stationen CERN und Robert Bosch GmbH gelangte er an die Fachhochschule Münster, wo er seit 1994 Elektronik und Elektrotechnik lehrt. Seine Entwicklungsarbeiten wurden mit mehreren Innovationspreisen geehrt. Er war 2007-2009 Vorsitzender des VDE Rhein-Ruhr e.V.. Seit 2013 arbeitet er in der Deutschen Kommission Elektrotechnik (DKE) an einer Modernisierung der elektrotechnischen Begriffsdefinitionen.
Die im 'International Journal of Modern Physics A' 1986 erschienene Habilitationsschrift Exclusive Hadron Production in Two-Photon Reactions wird bis heute regelmäßig zitiert.
Im 2015 erschienen Heft Die Maxwellsche Theorie wird gezeigt, dass sich die gesamte Elektrodynamik ohne die Größen H und D beschreiben lässt.
Der Prüfungstrainer Elektrotechnik erschien in 3. Auflage 2018.
Zum Buch Maschinenbau - Ein Lehrbuch für das ganze Bachelor-Studium wurde der Elektrotechnik-Teil beigesteuert.
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