Elektronik für Informatiker · Von den Grundlagen bis zur Mikrocontroller-Applikation · 2.Auflage by Rost, Manfred -- Read -- Imperial Library of Trantor

Index

Title Page Copyright Contents Geleitwort Vorwort Vorwort zur 2. Auflage 1. Einleitung und Überblick 2. Physikalische Grundlagen der Elektronik

2.1 . Elektrizität und elektrischer Strom

2.1.1 . Statische Elektrizität 2.1.2 . Elektrische Ladung 2.1.3 . Das elektrische Feld – elektrisches Potential 2.1.4 . Elektrizität und Atombau 2.1.5 . Leiter und Isolatoren 2.1.6 . Bewegung freier Ladungsträger

2.2 . Magnetismus – ein Überblick

2.2.1 . Permanent- und Elektromagnete 2.2.2 . Magnetische Kräfte – das magnetische Feld 2.2.3 . Induktionsgesetz

2.3 . Der Gleichstromkreis

2.3.1 . Darstellung von Stromkreisen – Schaltzeichen 2.3.2 . Ohmsches Gesetz und ohmscher Widerstand 2.3.3 . Kirchhoffsche Regeln 2.3.4 . Messung von Spannung, Strom und Widerstand 2.3.5 . Kondensatoren – Energiespeicher im Gleichstromkreis 2.3.6 . Spulen – magnetische Energiespeicher im Gleichstromkreis

2.4 . Wechselstrom

2.4.1 . Erzeugung und Darstellung von Wechselstrom 2.4.2 . Widerstände im Wechselstromkreis 2.4.3 . Zusammenschaltung von Widerständen im Wechselstromkreis 2.4.4 . Schwingkreise 2.4.5 . Transformatoren 2.4.6 . Ideale versus reale Bauelemente

2.5 . Fragen und Aufgaben

3 . Grundlagen elektrischer Netzwerke

3.1 . Vorbemerkungen und Überblick 3.2 . Lineare Zweipol-Netze

3.2.1 . Berechnung linearer Zweipol-Netze 3.2.2 . Lineare Zweipol-Netze – Beispiele und Anwendungen

3.3 . Vierpole und Zweitore 3.4 . Leitungen 3.5 . Computergestützte Netzwerkanalyse 3.6 . Fragen und Aufgaben

4 . Halbleiter und Halbleiterbauelemente

4.1 . Abgrenzung der Halbleiter 4.2 . Halbleitermaterialien 4.3 . Ausgewählte festkörperphysikalische Grundlagen

4.3.1 . Struktur fester Körper 4.3.2 . Zur Leitfähigkeit im Festkörper 4.3.3 . Leitfähigkeit im Halbleiter 4.3.4 . Einige Materialdaten und Ergänzungen

4.4 . Grundstrukturen von Halbleiterbauelementen

4.4.1 . Übersicht 4.4.2 . pn-Übergang 4.4.3 . MOS-Kapazität und Feldeffekt

4.5 . Halbleiterbauelemente

4.5.1 . Bauelemente mit homogenem Halbleiter 4.5.2 . Dioden – Bauelemente mit einem pn-Übergang 4.5.3 . Bipolartransistoren – Bauelemente mit zwei pn-Übergängen 4.5.4 . MOS-Feldeffekttransistoren 4.5.5 . Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren (JFET) 4.5.6 . Halbleiterbauelemente – Stand und Entwicklungstrends

4.6 . Fragen und Aufgaben

5 . Signal und Information

5.1 . Abgrenzung und Begriffsbestimmungen 5.2 . Nutz- und Störsignale 5.3 . Analoge und digitale Signale 5.4 . Darstellungen von Signalen

5.4.1 . Darstellung analoger Signale 5.4.2 . Darstellung digitaler Signale

5.5 . Fragen und Aufgaben

6 . Analogschaltungen

6.1 . Filter

6.1.1 . Frequenzfilter – Filtercharakteristiken 6.1.2 . RC-Tiefpass 6.1.3 . RC-Hochpass 6.1.4 . Begrenzer – Amplitudenfilter mit Dioden

6.2 . Gleichrichter 6.3 . Verstärker

6.3.1 . Verstärker als Vierpol 6.3.2 . Rückkopplung 6.3.3 . Transistor-Kleinsignalverstärker 6.3.4 . Direkt gekoppelte Verstärker

6.4 . Operationsverstärker

6.4.1 . Eigenschaften, Kenngrößen und Übertragungsfunktion 6.4.2 . Berechnung von Operationsverstärker-Schaltungen 6.4.3 . Lineare Grundschaltungen mit Operationsverstärkern 6.4.4 . Nichtlineare Schaltungen mit Operationsverstärkern

6.5 . Schwingungserzeugung – Oszillatoren 6.6 . Digital steuerbare Analogschaltungen

6.6.1 . Analogschalter und Analog-Multiplexer 6.6.2 . Programmierbare Verstärker

6.7 . Konzepte zur Stromversorgung

6.7.1 . Stromversorgung netzgebundener stationärer Geräte 6.7.2 . Stromversorgung mobiler Geräte 6.7.3 . Leistungs-Schalter und Umschalter, Energiemanagement 6.7.4 . Energy harvesting - Stromversorgung mit Energie aus der Umwelt 6.7.5 . Drahtlose Energieübertragung

6.8 . Fragen und Aufgaben

7 . Digitale Schaltungstechnik

7.1 . Grundlagen

7.1.1 . Digitale Signale und Digitalisierung 7.1.2 . Mathematische Beschreibung

7.2 . Logikklassen

7.2.1 . Schaltnetze, Kombinatorische Digitalschaltungen 7.2.2 . Schaltwerke, Sequentielle Digitalschaltungen

7.3 . Realisierung digitaler Schaltungen

7.3.1 . Schalter, Relais und Röhren 7.3.2 . Der Transistor als Schalter 7.3.3 . FET als Schalter 7.3.4 . Pass-Transistor Logik und differentielle Logik

7.4 . Busse und Digitale Ausgangsschaltungen

7.4.1 . Busse 7.4.2 . Open-Collector, Open-Drain Schaltungen und Wired Logic 7.4.3 . Tri-State 7.4.4 . Transmission Gate

7.5 . Zielarchitekturen

7.5.1 . ASIC 7.5.2 . PLD

7.6 . Fragen und Aufgaben

8 . Kombinatorische und sequentielle Digitalschaltungen

8.1 . Übersicht 8.2 . Kombinatorische Grundschaltungen

8.2.1 . Multiplexer und Demultiplexer 8.2.2 . Kodierer, Dekodierer und Codeumsetzer 8.2.3 . Halb- und Volladdierer, Addiererschaltungen 8.2.4 . Komparator 8.2.5 . Arithmetisch-Logische Einheit – ALU

8.3 . Sequentielle Schaltungen

8.3.1 . Flip-Flop 8.3.2 . Taktunabhängige Flip- Flops 8.3.3 . Taktpegelgesteuerte Flip-Flops und Latches 8.3.4 . Einflankengesteuerte Flip-Flops 8.3.5 . Master-Slave Flip-Flops 8.3.6 . Register 8.3.7 . Zähler- und Teilerschaltungen 8.3.8 . Digitale Kippschaltung

8.4 . Halbleiter-Speicherschaltungen

8.4.1 . Übersicht der Speichertechnologien 8.4.2 . Speicherorganisation 8.4.3 . RAM-Speicherzellen 8.4.4 . Festwertspeicher 8.4.5 . EEPROM-/Flash-Speicher

8.5 . Fragen und Aufgaben

9 . Sensorik

9.1 . Lebewesen und technische Systeme

9.1.1 . Unsere Sinne und Sinnesorgane – Sensoren, eine Gegenüberstellung 9.1.2 . Effektoren und Aktoren – eine Gegenüberstellung 9.1.3 . Sensoren und Aktoren im Prozess

9.2 . Effekte und Prinzipien zur Realisierung von Sensoren

9.2.1 . Abbildung nichtelektrischer Größen auf elektrische Größen 9.2.2 . Sensorelement – Sensor – Sensorsystem 9.2.3 . Die weitere Gliederung

9.3 . Sensoren mit beweglichen Komponenten

9.3.1 . Potentiometrische (resistive) Sensoren 9.3.2 . Kapazitive Sensoren 9.3.3 . Induktive Sensoren

9.4 . Temperatursensoren

9.4.1 . Widerstandsthermometer 9.4.2 . Thermoelektrischer Effekt und Thermoelemente

9.5 . Optische Sensoren 9.6 . Chemische Sensoren und Biosensoren

9.6.1 . Metalloxid-Gassensoren 9.6.2 . Leitfähigkeitssensoren für Flüssigkeiten 9.6.3 . Biosensoren

9.7 . Sensoren aus der Sicht des Anwenders 9.8 . Fragen und Aufgaben

10 . Anzeigen für elektrische Signale

10.1 . Mechanische Anzeigen (Zeigerinstrumente) 10.2 . Akustische Anzeige

10.2.1 . Piezoelektrische Schallwandler 10.2.2 . Dynamische Lautsprecher

10.3 . Optische Anzeigen und Displays

10.3.1 . Selbstleuchtende Anzeigen und Displays 10.3.2 . Nicht-selbstleuchtende Anzeigen und Displays 10.3.3 . Projektionssysteme 10.3.4 . Anmerkungen zum Energiebedarf verschiedener Displays

10.4 . Fragen und Aufgaben

11 . Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler

11.1 . Einleitung 11.2 . Wandlerkennlinien

11.2.1 . Digital-Analog-Wandler-Kennlinien 11.2.2 . Analog-Digital-Wandler-Kennlinien

11.3 . DAC-Wandlerprinzipien

11.3.1 . DAC nach dem Parallelverfahren 11.3.2 . DAC nach dem Wägeverfahren 11.3.3 . DAC nach dem Zählverfahren

11.4 . ADC-Wandlerprinzipien

11.4.1 . ADC nach dem Parallelverfahren 11.4.2 . ADC nach dem Wägeverfahren 11.4.3 . ADC nach dem Zählverfahren 11.4.4 . ADC nach dem interpolativen Sigma-Delta-Verfahren (∑Δ)

11.5 . Hilfsschaltungen

11.5.1 . Analoge Hilfsschaltungen 11.5.2 . Digitale Hilfsschaltungen und Schnittstellen

11.6 . Fragen und Aufgaben

12 . Mikrocontroller und SoC

12.1 . Begriff und Wurzeln 12.2 . Mikroprozessor, SoC und Mikrocontroller 12.3 . Informationsverarbeitung in SoC und Mikrocontrollern 12.4 . Hardware-Aspekte

12.4.1 . Prozessorkern (CPU) 12.4.2 . Das Bussystem 12.4.3 . Harvard- vs. von Neumann-Architektur 12.4.4 . Input-Output-Module 12.4.5 . Hilfsschaltungen

12.5 . Programmiermodell und -Software 12.6 . MSP430 – Einblicke in eine Mikrocontrollerfamilie

12.6.1 . MSP430 – Hardware, Komponenten und Ausbaustufen 12.6.2 . MSP430 – Software 12.6.3 . Mikrocontroller Entwicklungsumgebung und -werkzeuge 12.6.4 . MSP430 – ein kleines Projekt

12.7 . SoC-Systeme - eine Auswahl

12.7.1 . Der ESP8266 und ESP32 12.7.2 . Der Raspberry Pi

12.8 . Fragen und Aufgaben

13 . Simulation elektronischer Schaltungen

13.1 . Simulation und Synthese digitaler Schaltungen 13.2 . Analyse von analogen Schaltungen durch Software

13.2.1 . Netzliste 13.2.2 . Analysemethoden und Beispiele 13.2.3 . Simulations-Software

13.3 . Fragen und Aufgaben

A. Anhang

A. 1. Häufig verwendete Formelzeichen A. 2. Physikalische Grundlagen, Ergänzungen

A. 2.1. Physikalische Größen und Einheiten A. 2.2. Ausgewählte physikalische Konstanten (Naturkonstanten) A. 2.3. Zur Definition von Ampere, Volt und Ohm A. 2.4. Licht und seine Wechselwirkungen A. 2.5. Periodensystem der Elemente

A. 3. Mathematische Werkzeuge, Ergänzungen

A. 3.1. Koordinatensysteme A. 3.2. Vektoren A. 3.3. Komplexe Zahlen und Funktionen A. 3.4. Differentialgleichungen

A. 4. Ergänzungen zu passiven Bauelementen

A. 4.1. E-Reihen A. 4.2. Leiter und Isolatoren – elektrische Eigenschaften

A. 5. Kodierung von Informationen

A. 5.1. Maßeinheit A. 5.2. Kodierung von Zahlen A. 5.3. Kodierung von Zeichen

A. 6. Digitale Gatter

A. 6.1. Unäre Operation A. 6.2. Binäre Operationen A. 6.3. Weitere Gatter A. 6.4. Übersicht Flip-Flops

A. 7. Ein-Chip-Systeme und Einplatinencomputer

A. 7.1. ESP-Systeme A. 7.2. Ergänzung zum Raspberry Pi Einplatinencomputer A. 7.3. Weitere aktuell verbreitete SoC

A. 8. Historisches

A. 8.1. Von der Entdeckung der Glühemission bis zur Entdeckung des Transistoreffektes A. 8.2. Von der Entdeckung der Halbleiterelemente bis zum Mikroprozessor A. 8.3. Zeittafel zur Geschichte der Computertechnik A. 8.4. Zeittafel Scheibendurchmesser und Strukturbreiten

Englische Fachbegriffe Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis

Notes

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