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Statistische Physik - Mikrozustand
Makrozustand Mikrozustand Potentialenergie E Teilchen Energiezustand E, N Mittlere Anzahl der Teilchen Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik - Makrozustand
Makrogröße - T Potentialenergie E Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Potentialenergie E Mittlere Energie Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Potentialenergie E Mittlere Energie Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Potentialenergie E Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Makrozustand mit vielen Realisierungsmöglichkeiten (Entropie) T1 T1 Potentialenergie E Energieverteilung mit wenigen… Anzahl der Teilchen Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Energieverteilung mit meisten Mikrozuständen Potentialenergie E Boltzmannsche Konstante Temperatur Konstante Aufgabe 1, E, N Bei Zimmertemperatur Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Statistische Physik Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
TM TM Potentialenergie E Wärmetransfer Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Klassisch Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs KM
Potentialenergie E Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Quantenmechanisch – Bose-Einstein und Fermi-Dirac
BA FD Potentialenergie E Ef, T Besetzungswahrscheinlichkeit Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Fermi-Energie Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs FD FD
Potentialenergie E Ef1, T Ef2, T Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Diffusion Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Teilchentransfer Ef1 Ef2 EfM EfM Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Halbleiter Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs E
Elektron in Bewegung Bandlücke Ef2, T Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Teilchendichte Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
n = ni p = ni p = Na Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Teilchendichte Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
n = Nd p = Na p = ? Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Ströme Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs p = Na
n = Nd Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Ströme n = Nd Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Ströme n = Nd Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Kondensator V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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DEPFET V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
N Silizium P Silizium Leitungsband Elektronen Löcher Valenzband Valenzelektronen + Donator-Ione Valenzelektronen + Anzeptor-Ione Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang - Verarmungszone
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang - Kontaktpotential
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang - Gleichgewicht
Drift Generation Diffusion Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Diffusion Leitungsband Rekombination Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Diffusion Leitungsband Rekombination Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Durchlassrichtung
Diffusion Leitungsband Rekombination Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Drift
Generation Diffusion Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Leitungsband Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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PN Übergang – Polung in Sperrrichtung
Drift Leitungsband Generation Valenzband Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Transistor Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Gate
Source Drain N N verarmt Leitungsband Löcher Elektronen Valenzband n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Transistor – Gate Spannung
q N N N N - q Leitungsband Elektronen Valenzband n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Transistor Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs q N
Leitungsband Elektronen Valenzband n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Transistor - Inversion
q0 N N N N - q0 ψ0 Leitungsband n Elektronen Valenzband ψ0 ~ 0.85 V ψ n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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MOS Transistor Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs q0 N
ψ0 Leitungsband n Elektronen Valenzband ψ0 ~ 0.85 V ψ n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Gate Spannung - Kanal VG=VT+ΔV VG=VT+ΔV q0+Δq N N - Δq N N - q0 ψ0 Leitungsband Elektronen Valenzband n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Gate Spannung - Kanalladung
VG=VT+ΔV VG=VT+ΔV q0+Δq N N - Δq N N - q0 ψ0 Ladung pro Fläche Leitungsband Oxydkapazität pro Fläche Valenzband Q‘ ( q/cm2) n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Gate Spannung – Drain/Source Bias
VG=VT+ΔV Vs Vs VG=VT+ΔV q0+Δq N N - Δq N N - q0 Vs Ψ0+V Ladung pro Fläche Leitungsband Oxydkapazität pro Fläche Valenzband Q‘ ( q/cm2) n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Gate Spannung – Drain/Source Bias
VG=VT+ΔV VT ΔV ΔV VG=VT+ΔV q0+0 N N N N - q0 ΔV Ψ0+V Ladung pro Fläche Leitungsband Oxydkapazität pro Fläche Valenzband Q‘ ( q/cm2) n p Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Strom VG Vds N N N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Breite/Lange des Gates
Drain Spannung - Strom VG Vds N N N N Mobilität Breite/Lange des Gates Ladungsdichte E-Feld Querschnitt Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Strom VG Vds N N N N Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Strom VG Vds I N N N N Vds eVds Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Stromsättigung
VG Vds Ilim VT Isat I N N N N Vdssat=Vgs-VT Vds Pinch off eVDB Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Stromsättigung
VG Vds I N N N N Vds Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Stromsättigung
VG Vds I N N N N Vds Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Drain Spannung - Stromsättigung
VG Vds I N N N N Vds Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Stromsättigung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs VG
Vds I N N N N Vds Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Widerstand Elektrostatische Wechselwirkung Viskose Reibung. Konstante Kraft bewirkt den konstanten Strom Keine Spannung I=0 Größere Spannung F I Noch größere Spannung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Widerstand (2) Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Keine Spannung I=0 Spannung F I U Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Analogie zu Kondensator
Kondensator und Spule + + I -I U U Analogie zu Kondensator Kleinere Spannung Größere Spannung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Spule Trägheit statt Reibung
Bei konstanter Kraft steigt der Strom gleichmäßig Keine Spannung I=0 Kg Kg Kg Kg F I ≈ 0, t = 0 Kg Kg Kg Kg I>>0, Später Kg Kg Kg Kg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
niedriges Potential hohes Potential Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Arbeitspunkt Arbeitspunkt Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
hohes Potential niedriges Potential Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Kleinsignalparameter
ΔVG VG0 Nicht-lineare Schaltung ΔVG gm ΔVG Kleinsignalschaltung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - gm Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Linearität
Vout Signalbereich Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Stabilisierung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Stabilisierung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker - Stabilisierung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärker – Stabilisierung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärkung mit Rückkopplung
Vout Δ=0 Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärkung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärkung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärkung mit Rückkopplung
Vout Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärkung mit Rückkopplung
Vout Δ=0 Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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AC Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Vout
Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Rückkopplung Rückkopplung – ein wichtiges Prozess in der Natur
Ein Teil des Ausgangssignals wird benutzt um das Eingangssignal zu beeinflussen. Regelung des Systems – negative Rückkopplung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Rückkopplung (2) Rückkopplung in Elektronik Vorteile Nachteile
Arbeitspunkt des Verstärkers mit Rückkopplung ist unempfindlich für Änderung des Prozessparameter und Temperatur Bandbreite ist höher Linearität besser Eingangs- und Ausgangsimpedanzen können angepasst werden. Nachteile Verstärkung wird kleiner Gefahr vor Schwingungen Millereffekt Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Einige Größen… Xs Xi A Xo Xs Xi Xi* A Xo + + β β Closed-loop Gain (Gegenkoppelte Verstärkung) Open-loop Gain (Lerlaufverstärkung) Loop Gain – Return ratio (Schleifenverstärkung) Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Negative und positive Rückkopplung
Negative Rückkopplung Positive Rückkopplung Wenn AOL und βA Realzahlen sind, negative Rückkopplung bedeutet: Wir definieren die negative Schleifenverstärkung T Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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„Messungen“ von AOL und T
Xs Xi Xi* A Xo Xi Xi* A Xo + + V V T Test β β Leerlaufverstärkung Schleifenverstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Empfindlichkeit von AF
A (Leerlaufverstärkung) ist groß, aber stark Prozessabhängig. Rückkopplung wird normalerweise mit R und C aufgebaut Wir rechnen die Empfindlichkeit von der rückgekoppelten Verstärkung auf die Änderung von A Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Rückkopplung und Linearität
Ein Verstärker mit schlechter Linearität Xo Xi Xo Xi Seine Verstärkung ist eine MacLaurinsche Reihe A Harmonic Distortion (harmonische Verzerrung) + Rot - Grundfrequenz B Blau – Die Oberwelle Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Nichtlinearer Verstärker mit Rückkopplung
Die Rückkopplung verursacht auch die höheren Oberwellen, wir begrenzen unsere Analyse nur auf die erste A + + B β Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Grundfrequenz A Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Xs
Xi A + Xo + β Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Quelle für die Oberwelle
Xi A + Xo + B Xs Eingang für die Quelle, Ergebnis von der letzten Folie β Mit RK Ohne RK war Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Verstärker, leitet die Signalen nur in eine Richtung Xo Passives Netzwerk Xi Xi* Passives Netzwerk Xs Feedback Masse Rückkopplung mit passiven Bauteilen, leitet die Signalen nur in beide Richtungen Xs Xi Xi* Xo Vereinfachtes Bild FB Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Aktive Verstärkung Xs Xi Xi* Xo Feedforward (Dead System Gain) Xs Xi Xi* Xo V Feedforward (Vorwärtsregelung) Aktive Verstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Signaldämpfung im Eingangsnetz Xs Xi Xi* Xo Rückkopplung Xs Xi Xi* Xo V Signaldämpfung Rückkopplung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Feedforward (Vorwärtsregelung) Aktive Verstärkung Leerlaufverstärkung Signaldämpfung am Eingang Rückkopplung Dead system Gain Schleifenverstärkung Schleifenverstärkung = =Aktive Verstärkung X Rückkopplung Leerlaufverstärkung = = Aktive Verstärkung X Signaldämpfung im Eingangsnetz Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Signaldämpfung am Eingang
Die „Messungen“ Xs Xi Xi* Xo Feedforward (Vorwärtsregelung) Aktive Verstärkung V Xs Xi Xi* Xo Signaldämpfung am Eingang Rückkopplung V Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Analyse von Schaltungen mit einer Schleife
Xi Xi* Xo V Leerlaufverstärkung Feedforward Aktive Verstärkung X Signaldämpfung Aktive Verstärkung X Rückkopplung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Feedback (DC) Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Rin +
Rout Xi Xo UIN UOUT = A UIN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Testschaltungen für Feedbackanalyse
Messpunkt - blau Kurzschluss Testquelle - rot AOL1 – Gain am Eingangsnetz AOL2 – aktive Verstärkung RK FF T - Schleifenverstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Nichtinvertierender Verstärker
Xo Xs Xi Xi + Xs + OUT + - Xo R2 R1 + OUT ROUT UIN RIN + - AUIN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Nichtinvertierender Verstärker (Verstärkung)
Xo Xs Xi Xi + Xs + OUT + - Xo R2 R1 + OUT ROUT = 0 UIN RIN = ∞ + - AUIN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Signaldämpfung im Eingangsnetz
Xi Xi* + Xs + OUT + - Xo R2 R1 + OUT ROUT = 0 UIN RIN = ∞ + - AUIN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Direkte (aktive) Verstärkung
Xi Xi* + Xs + OUT + - Xo R2 R1 + OUT Xi* + - AXi* Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Schleifenverstärkung
Xi Xi* + Xs + OUT + - Xo R2 R1 + OUT Xi* + - AXi* Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Dead System Gain (FF) Xo Xs Xi Xi* + Xs + OUT + - Xo R2 R1 + OUT UIN + - AUIN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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Verstärkung mit RK Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
+ Xs + OUT + - Xo R2 R1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
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