Elektrotechnik und Elektronik für Informatiker: by Reinhold Paul

Elektrotechnik und Elektronik für Informatiker: by Reinhold Paul

By Reinhold Paul

Der vorliegende Gesamttext entstand aus dem Anliegen, Informatikern, aber auch Ingenieuren und Wissenschaftlern, die keinen Bezug zur Elektrotech nik/Elektronik hatten, eine angemessene Einfiihrung in Schwerpunkte dieses Fachgebietes zu geben. Die Notwendigkeit diirfte unbestritten sein, nicht zu letzt ist gerade der laptop ein iiberzeugendes Produkt der elektronischen Industrie selbst. Auch fiir die Einbindung des Rechners iiber Sensoren und Aktoren in die technische Umwelt oder in Kommunikationsnetze sind elek tronische Grundkenntnisse fiir jeden Informatiker hochst niitzlich. Dies ist einer der Griinde, weshalb Einfiihrung in die Elektrotechnik/Elek tronik in den einschHigigen Ausbildungsempfehlungen vorgesehen ist. Die Zielstellung bedingt von Anfang an eine Stoffbeschriinkung auf wirkliche Grundkenntnisse, die mit minimalen Mathematikkenntnissen auskommen und dafiir'mehr Wert auf die anschauliche Darstellung legen. Hiiufiger Be zug auf uns tiiglich umgebende elektrotechnische Erscheinungen solI den Leser iiber Stofiklippen hinweghelfen und ein Gefiihl dafiir vermitteln, was once sich z.B. hinter Begriffen wie analoge und digit ale Signalverarbeitung und -iibertragung, Wellenausbreitung u.a. verbirgt. Der gesamte Stoff wurde auf zwei Biinde verteilt: Der vorliegende erste Band enthiilt hauptsiichlich die elektrotechnischen Grundbegriffe und Phiinomene, die Grundlagen der Netzwerke (Stromkreise) und ihrer Netzwerkelemente, Wechselstromnetzwerke (als Grundlage einer allgemein zeitveriinderlichen Signaliibertragung), einen kurzen AbriB der Signal-. und Systembegriffe so wie eine phiinomenologische Einfiihrung in das elektromagnetische Feld (das auftritt). in konzentrierter shape z.B. in den Grundelementen Der folgende Band umfaBt die typischen Eigenschaften der wichtigsten Halb leiterbauelemente, analoge und vor allem digit ale Schaltungen und Schalt kreise, digit ale Systeme sowie Signalverarbeitung in solchen procedure und die Signaliibertragung zwischen Systemen.

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B. durch einen Dauermagnet) eine Kraftwirkung auf bewegte Ladungstriiger aus. Deshalb ziehen sich zwei parallele Driihte an, wenn sie von Stromen in gleicher Richtung durchfiossen werden, wiihrend sie bei entgegengesetztem FluB auseinandergedruckt werden. Diese Kraftwirkung liegt der Definition der Stromstiirkeeinheit zugrunde. ). 44 1 Grundbegriffe Optische Wirkung (Elektroluminiszenz). Durch StromfluB kann es in Gasen oder Festkorpern zur Lichterzeugung kommen: 1m ersten Fall stoBen die vom elektrischen Feld erzeugten lonen und Elektronen sUindig mit Gasmolekiilen zusammen (StoBionisation, Erzeugung von weiteren Elektronen).

Eu), in denen nur frei bewegliche Elektronen vorhanden sind, wiirde sich eine Raumladungsdichte (! 10 3 Asjcm3 ergeben. Sie wird durch eine gleich grof3e positive Ladung der Atomriimpfe kompensiert. Insgesamt verschwindet die Gesamtladung eines metallischen Leiters, er ist elektrisch stets neutral. 1. 1). 1a). Ein solcher Raumzustand wird durch den Begriff "elektrisches Feld" beschrieben: I Elektrisches Feld kung erfahren. = Raumbereich, in dem Ladungstrager eine Kraftwir- Da die Ursache fiir die Kraftwirkung auf Q3 offenbar von Q1, Q2 herriihrt, ist es zweckvoll, dem Raumzustand "Kraftfeld" eine eigene GroBe, die elektrische Feldstiirke E zuzuordnen: f = QE MaBeinheit [E] = Vjm Definition der elektrischen Feldstarke.

U. sehr umstandlich. Die Darstellung wird erheblich einfacher, wenn man die Arbeit bestimmt, die das Kraftfeld F an der sich bewegenden Ladung verrichtet. 3 Elektrisches Feld, elektrische FeldsUirke, elektrische Spannung 33 Kraftfeld von A nach B liings eines Weges s (Wegelement dS), so betriigt die Arbeit = aufgewendete Kraft x Weg, also ~W = JF· B (WA - WB) = WAB = JQE. B ds= A ds. 2) A Weil hierbei noch die Ladung Q eine Rolle spielt, fiihrt man besser die spezifische, von Q unabhiingige Arbeit ein: JB WAB UAB=Q= E·ds, A [ ] = [W] = 1 Ws = 1 V 3) U [Q] lAs Definition der Spannung .

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