Einfache digitale und analoge Schaltkreise und sonstige Bauelemente Kapitel 1.3.7 Fragen TC701 bis TC722 und TF505 bis TF506 Michael Funke – DL4EAX

Zahlensysteme Dezimalsystem Dualsystem Hexadezimalsystem

Das Dezimalsystem … ... ist das uns gewohnte Zehnersystem. Es verwendet als Basis die Zahl 10, was bedeutet das jede Stelle ein Vielfaches von 10 wert ist. Dezimal 1.000 100 10 1 5409 5 4 9 123 2 3

Das Dualsystem … ... ist das „natürliche“ System in der Digitaltechnik. Es verwendet als Basis die Zahl 2, was bedeutet das jede Stelle ein Vielfaches von 2 wert ist. Dezimal 8 4 2 1 13 7

Das Hexadezimalystem … ... ist ein Zahlensystem auf der Basis 16, was bedeutet das jede Stelle ein Vielfaches von 16 wert ist. Es ist das gebräuchliche System in der Digitaltechnik weil das Dualsystem sich mit der Zeit als zu sperrig erwiesen hat. Diese 16 Werte, Dezimal von 0 bis 15, möchte man mit einstelligen Zeichen beschreiben, dazu hat man A bis F hinzugefügt. Hex F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Dez 15 14 13 12 11 10

Das Hexadezimalystem … ... hat natürlich auch mehr als eine Stelle. Die Wertigkeit steigt um dem Faktor 16. Erste Stelle Wertigkeit 1, zweite Stelle 16 mal 1, dritte Stelle 16 mal 16 und so weiter. Einstellig: Hex F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Dez 15 14 13 12 11 10 Zweistellig: Hex 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 17 16 15 14 13 11 10 Dez 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 Schreibweise ist z.B. 18h, damit es nicht zu Verwechslungen kommt.

Das Hexadezimalystem … ... treffen wir in der Praxis bei ICOM Transceivern an. Dort identifiziert sich das Funkgerät über die CAT Schnittstelle mit einer bestimmten HEX Zahl. Falls die Software nur eine dezimale Eingabe erlaubt, muss man diese umrechnen. Nehmen wir als Beispiel 7Ch vom IC-9100. Die hohe Stelle ist 7, also 7•16 = 112 Die niedrige Stelle ist C, das entspricht 12. Zusammen ergibt das 124. Tipp: Das kann man auch am Taschenrechner umrechnen.

Grundbausteine der Digitaltechnik

Digitaltechnik … ... bedeutet die logische Verknüpfung der Zustände 0 und 1. Ein Gatter, auch Glied genannt, ist eine elektronische Schaltung die binäre (also 0 und 1) Eingangssignale nach logischen Grundmustern zu einem binären Ausgangssignal verarbeitet. Man sie recht gut mit Schaltern erklären.

UND (AND) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

ODER (OR) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

EXCLUSIV-ODER (EXOR) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

NICHT (NOT) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A Y 1

NICHT-UND (NAND) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

NICHT-ODER (NOR) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

Kombination von Gattern

Betrachtung über die Zeit Bei einem Gatter sind folgende Pegel gegeben. Was für eine Art von Gatter ist das?

Technische Realisierung Mit Transistoren kann man logische Schaltungen bauen. NAND NOR

Technische Realisierung Heute werden integrierte Schaltkreise benutzt. Diese werden Gatter in CMOS Technik realisiert, die in einen Spannungsbereich von +3 bis +15 Volt hat. CMOS steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor (sich ergänzender Metall-Oxid-Halbleiter). Das sind Halbleiterbauelemente, bei denen sowohl p-Kanal- als auch n-Kanal-MOSFETs verwendet werden.

Technische Realisierung Beispiel CMOS IC 4073. Drei mal dreifach UND. Bildquellen: By Inductiveload - Own work, Public Domain https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7125222 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7866283 By © Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons), CC BY-SA 4.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56426685

Operationsverstärker

Operationsverstärker Der Begriff Operationsverstärker (“OP“) stammt aus der Zeit, als man mathematische Operationen noch mit Analogrechnern berechnete. Er kann sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen verstärken und hat dabei eine hohe Linearität. Darüber hinaus gibt es Funktionen wie Addition, Subtraktion, Differentiation, Integration oder Loga-rithmierung. Solche Operationen werden durch die äußere Beschaltung des Operationsverstärkers realisiert. Bildquelle: CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=983277

Operationsverstärker 1952 1979 Heute Bildquellen: Übertragen aus de.wikipedia nach Commons.(Originaltext: eigene Arbeit), CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1824300 Photo taken by User:Mike1024, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=484975 Von © Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons), CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63860667

Operationsverstärker Die Leerlaufverstärkung eines OPs ist extrem hoch. Um die Verstärkung regeln zu können, wird ein Teil der Ausgangsspannung auf den invertierenden Eingang zurückgeführt. Das nennt man Gegenkopplung. Davon gibt es viele technische Varianten. Die Gleichstromkopp- lung ist dabei sehr geläufig. Bildquelle: Michael Funke –DL4EAX

Operationsverstärker Es gibt zwei Typen von Grundbeschaltung und diese sind in der Formelsammlung so beschrieben: Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Der invertierende Verstärker … ... kann verwendet werden um eine Eingangsspannung exakt zu invertieren. Der + Eingang wird dazu an Masse gelegt. Verwendet man zwei gleiche Widerstände im Gegenkoppelzweig, dann stellt sich z.B. bei einer Eingangsspannung von +1V eine Ausgangsspannung von -1V ein. Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Berechnung invertierender Verstärker Spannungsverstärkung Gegeben: R1 = 3,3 kΩ R2 = 33 kΩ Berechnung: - 𝑈𝐴 𝑈𝐸 = 𝑅2 𝑅1 𝑅2 𝑅1 = 33 kΩ 3,3 kΩ = 10 Rückkopplewiderstand R2 Gegeben: R1 = 2 kΩ 𝑈𝐴 𝑈𝐸 = ca. 10 Berechnung: R2 = 𝑈𝐴 𝑈𝐸 • R1 R2= 10 • 2 kΩ = 20 kΩ (ca.) Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Der nicht invertierende Verstärker … … wird für Anwendungen genutzt, die einen sehr großen Eingangswiderstand und einen sehr kleinen Ausgangswiderstand brauchen. Es ist also ein Impedanzwandler und eignet sich damit gut als hochohmiger Spannungs-messer für kleine Gleichspannungen. Das Eingangssignal wird direkt an den + Eingang gelegt. Lässt man den Widerstand weg und legt die Ausgangsspannung direkt an den invertierenden Eingang, hat man einen Impedanzwandler mit einem Verstärkungsfaktor von 1. Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Berechnung nicht invertierender Verstärker Spannungsverstärkung Gegeben: R1 = 4,4 kΩ R2 = 44 kΩ Berechnung: 𝑈𝐴 𝑈𝐸 = 1 + 𝑅2 𝑅1 1 + 𝑅2 𝑅1 = 1 + 44 kΩ 4,4 kΩ = 11 Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Elektronenröhren

Die Elektronenröhre Die Verstärkerwirkung von Elektro-nenröhren beruht darauf, dass der Strom zwischen Anode und Kathode den luftentleerten Raum durchfließt und dabei in seiner Stärke durch die Einwirkung elektrischer Felder (die durch die Gitterspannung hervor-gerufen werden) beeinflusst wird. Je höher die Gitterspannung, desto höher der Anodenstrom. Bildquelle: RokerHRO, geaendert von de:User:Fgli - gezeichnet mit Xfig / Inkscape, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1828827

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