Einfache digitale und analoge Schaltkreise und sonstige Bauelemente

Präsentation zum Thema: "Einfache digitale und analoge Schaltkreise und sonstige Bauelemente"—  Präsentation transkript:

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

2 Zahlensysteme Dezimalsystem Dualsystem Hexadezimalsystem

3 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

4 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

5 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

6 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.

7 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 Die hohe Stelle ist 7, also 7•16 = 112 Die niedrige Stelle ist C, das entspricht 12. Zusammen ergibt das Tipp: Das kann man auch am Taschenrechner umrechnen.

8 Grundbausteine der Digitaltechnik

9 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.

10 UND (AND) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

11 ODER (OR) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A B Y 1

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

13 NICHT (NOT) Gatter Schaltsymbol Schalterlogik A Y 1

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

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

16 Kombination von Gattern

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

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

19 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.

20 Technische Realisierung
Beispiel CMOS IC Drei mal dreifach UND. Bildquellen: By Inductiveload - Own work, Public Domain By © Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons), CC BY-SA 4.0

21 Operationsverstärker

22 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

23 Operationsverstärker
Heute Bildquellen: Übertragen aus de.wikipedia nach Commons.(Originaltext: eigene Arbeit), CC BY-SA 3.0, Photo taken by User:Mike1024, Gemeinfrei, Von © Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons), CC BY-SA 4.0,

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

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

30 Elektronenröhren

31 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,

32 Wer mehr wissen will, könnte jetzt eine Frage stellen!

33 Initiales Autorenteam: Michael Funke - DL4EAX Willi Kiesow – DG2EAF Änderungen durch: Hier bitte Ihren Namen eintragen, wenn Sie Änderungen vorgenommen haben. Sie dürfen: Teilen: Das Material in jedwedem Format oder Medium vervielfältigen und weiterverbreiten. Bearbeiten: Das Material verändern und darauf aufbauen. Unter folgenden Bedingungen: Namensnennung: Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Diese Angaben dürfen in jeder angemessenen Art und Weise gemacht werden, allerdings nicht so, dass der Eindruck entsteht, der Lizenzgeber unterstütze gerade Sie oder Ihre Nutzung besonders. Nicht kommerziell: Sie dürfen das Material nicht für kommerzielle Zwecke nutzen. Weitergabe unter gleichen Bedingungen: Wenn Sie das Material verändern oder anderweitig direkt darauf aufbauen, dürfen Sie Ihre Beiträge nur unter derselben Lizenz wie das Original verbreiten. Der Lizenzgeber kann diese Freiheiten nicht widerrufen solange Sie sich an die Lizenzbedingungen halten. Details: