Leseprobe - beck

Schaltungen der Elektrotechnik und Elektronik – verstehen und lösen
mit NI Multisim
Ein Übungs- und Arbeitsbuch
Bearbeitet von
Jürgen Liepe
4., neu bearbeitete Auflage 2014. Buch. 416 S. Hardcover
ISBN 978 3 446 44231 3
Format (B x L): 16,7 x 24,2 cm
Gewicht: 787 g
Weitere Fachgebiete > Technik > Elektronik > Bauelemente, Schaltkreise
schnell und portofrei erhältlich bei
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Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, eBooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm
durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr
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Leseprobe
Jürgen Liepe
Schaltungen der Elektrotechnik und Elektronik - verstehen und lösen mit
NI Multisim
Ein Übungs- und Arbeitsbuch
ISBN (Buch): 978-3-446-44231-3
ISBN (E-Book): 978-3-446-44164-4
Weitere Informationen oder Bestellungen unter
http://www.hanser-fachbuch.de/978-3-446-44231-3
sowie im Buchhandel.
© Carl Hanser Verlag, München
Vorwort
Fast 40 Jahre habe ich in der Berufs-, Meister- und Techniker-Ausbildung Elektrotechnik
und Elektronik unterrichtet und kenne die Schwierigkeiten, die Schüler und Studenten
beim Erkennen der elektrotechnischen Gesetzmäßigkeiten oder beim Verstehen elektronischer Schaltungen zum Ausbildungsbeginn haben. Das Begreifen und Vorstellen von
vermeintlich abstrakten Vorgängen fällt sehr schwer. Anfang der 90er Jahre lernte ich die
Simulationssoftware ELECTRONICS WORKBENCH kennen, die heute nach der Übernahme
durch National Instruments und vielen Verbesserungen und Erweiterungen MULTISIM
heißt. Sie ermöglicht vollkommen neue Möglichkeiten des Kenntniserwerbs, denn hier ist
der Lernende am Lernprozess nicht mehr passiv beteiligt, sondern setzt sich aktiv mit dem
Lehrstoff auseinander. Er konzentriert sich voll auf die Unterrichtsinhalte, die sehr effektiv
auf die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Es ist für mich eine Freude,
dass die Firma National Instruments für dieses Buch auf CD eine kostenlose Evaluationssoftware MULTISIM zur Verfügung stellt.
In dem vorliegenden Arbeitsbuch werden nach einer Einführung in das Programm MULTISIM 152 Aufgaben aus dem Bereich der Elektrotechnik und 194 Aufgaben aus der Elektronik vorgestellt, die mit dem Simulationsprogramm gelöst werden können. Die Aufgabenauswahl gewährleistet ein schrittweises Erarbeiten der Stoffgebiete. Eine parallele
Nutzung entsprechender Lehrbücher (siehe Literaturverzeichnis) wird zur Ergänzung und
Vertiefung empfohlen. Alle im Buch anführten Schaltungen liegen auf CD als Datei im Ordner „Schaltungen“ vor. Die Dateibezeichnung entspricht dabei der Aufgabenbezeichnung.
Die Lösung der meisten Aufgaben finden Sie auf meiner Homepage http://jliepe.de
Auf Grund der Aufgabenstruktur kann das Buch für Schüler und Studenten von der Berufsausbildung bis zur Hochschulausbildung eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil für die
Lehrenden ergibt sich bei der Begabtenförderung oder bei der Nachhilfe, denn sehr einfach
können Aufgaben erweitert oder ergänzt werden. Das Buch ist auch hervorragend für das
Selbststudium zur Auffrischung oder Erweiterung von Kenntnissen geeignet.
Ich bedanke mich bei Herrn Ingo Földvári und Herrn Philipp Krauss von der Firma National Instruments für die Ermunterung zu diesem Buch und die gewährte technische Unterstützung. Frau Erika Hotho und Frau Franziska Kaufmann vom Fachbuchverlag Leipzig
danke ich für die sehr gute Zusammenarbeit bei der Gestaltung dieses Buches. Bei meiner
Familie und besonders meiner Frau möchte ich mich für die Geduld bedanken, die sie
während der Erarbeitung aufbringen mussten.
Bei der Arbeit mit diesem Buch wünsche ich viel Freude.
Leipzig, Juli 2008
Jürgen Liepe
6
Vorwort
Vorwort zur 4. Auflage
Die gute Resonanz des Buches macht eine neue Auflage erforderlich. Dabei wurde die
aktuelle Version von NI Multisim zugrunde gelegt, die eine Überarbeitung besonders von
Kapitel 1 notwendig machte. Außerdem wurde das Buch dank Hinweise zahlreicher Leser
um das Kapitel Leistungselektronik ergänzt.
Ich möchte mich für die Unterstützung durch die Firma National Instruments, die wiederum die dem Buch beigefügte aktuelle Studentenversion von NI Multisim bereitstellten, bedanken. Besonders bei meinem Ansprechpartner Herrn Backmeyer und den Mitarbeitern
des Bereiches Technischer Support. Mein Dank gilt auch den Mitarbeitern des Hanser Verlages vom Fachbuchverlag Leipzig mit denen ich immer eine gute Zusammenarbeit hatte.
Ich hoffe, dass dieses Buch mit dazu beiträgt, die teilweise schwierigen Probleme der Elektrotechnik und Elektronik zu verstehen. Dabei wünsche ich allen Lesern viel Erfolg. Hinweise und Anregungen nehme ich gern entgegen möchte ich mich dafür bedanken.
Leipzig, August 2014
Jürgen Liepe
Inhalt
1
Einführung in die Simulations­software MULTISIM ................... 15
1.1 Was ist und was kann MULTISIM?.......................................................................
1.2Installation..................................................................................................................
1.3 Hilfe und Support......................................................................................................
1.3.1Benutzeroberfläche ...............................................................................
1.3.2Tastatur-Befehle......................................................................................
1.3.3
Arbeit mit der Maus-Taste...................................................................
1.3.4
Erklärung ausgewählter Menü-Befehle............................................
1.4 Übersicht der Übungsbeispiele.............................................................................
15
17
19
20
26
27
29
81
2 Gleichstromkreis........................................................................... 82
2.1Grundstromkreis.......................................................................................................
2.2 Reihenschaltung von Widerständen.....................................................................
2.3 Parallelschaltung von Widerständen...................................................................
2.4 Gemischte Widerstandsschaltungen....................................................................
2.5Brückenschaltungen.................................................................................................
2.6 Betriebszustände des Grundstromkreises..........................................................
2.7Netzwerke....................................................................................................................
82
88
93
95
101
114
121
3
Schaltvorgänge am Kondensator................................................. 128
4
Schaltvorgänge an der Spule........................................................ 134
5 Wechselstromkreis........................................................................ 136
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Grundlagen des Wechselstromes.......................................................................... 136
Widerstand, Kondensator und Spule an einer Wechselspannung............... 141
Reihenschaltung von Widerstand, Kondensator und Spule........................... 146
Parallelschaltung von Widerstand, Kondensator und Spule.......................... 150
Ausgewählte Wechselstromschaltungen............................................................. 153
5.5.1
Reihen- und Parallelresonanz............................................................. 153
5.5.2Kompensation......................................................................................... 159
5.5.3
Strombegrenzung und komplexer Spannungsteiler..................... 160
5.5.4
Vierpole und passive Filter................................................................. 163
5.5.4.1Vierpole...............................................................................................163
12
Inhalt
5.5.4.2 Passive Filter......................................................................................168
5.5.5Phasendrehglieder................................................................................. 175
5.5.6Wechselstrombrücken.......................................................................... 176
6 Drehstromsysteme........................................................................ 180
6.1 Entstehung von Drehstrom und Verkettung von Wechselspannungen...... 180
6.2Drehstromleistung..................................................................................................... 184
6.3 Kompensation in Drehstromnetzen...................................................................... 189
7
Analoge Schaltungen der Elektronik........................................... 192
7.1Halbleiterdioden........................................................................................................ 192
7.1.1Kennwerte................................................................................................ 192
7.1.2Arbeitspunkteinstellung...................................................................... 194
7.1.3Anwendungsschaltungen..................................................................... 195
7.2Z-Dioden....................................................................................................................... 209
7.3Transistoren................................................................................................................ 213
7.3.1
Bipolare Transistoren............................................................................ 213
7.3.1.1 Grundschaltungen und Arbeitspunkteinstellung........................213
7.3.1.2 Verstärkerschaltungen mit bipolaren Transistoren....................220
7.3.2Feldeffekttransistoren........................................................................... 243
7.3.2.1 Verstärker mit Sperrschicht-FET....................................................243
7.3.2.2 Verstärker mit MOSFET...................................................................247
7.3.2.3 Zweistufige Verstärker mit FET und bipolaren Transistoren.....248
7.3.2.4Leistungsverstärker..........................................................................249
8
Operationsverstärker (OPV)......................................................... 259
8.1 Grundschaltungen des OPV....................................................................................
8.1.1
Grundlagen und idealer OPV..............................................................
8.1.2Invertierender OPV...............................................................................
8.1.3
Dynamisches Verhalten eines OPV...................................................
8.1.4Nichtinvertierender OPV.....................................................................
8.1.5
OPV als Differenzverstärker...............................................................
8.2 Ausgewählte Anwendungsbeispiele mit OPV....................................................
259
259
263
264
265
267
269
9 Oszillatoren.................................................................................... 277
10 Digitale Schaltungen der Elektronik............................................ 283
10.1 Schaltungen logischer Grundfunktionen ...........................................................
10.1.1 Transistor als Schalter..........................................................................
10.1.2 TTL- und CMOS-Schaltkreise..............................................................
10.2 Kombinatorische Schaltungen...............................................................................
10.3 Sequentielle Schaltungen........................................................................................
283
283
291
306
321
Inhalt
13
10.3.1Kippschaltungen.................................................................................... 321
10.3.1.1 Astabile Kippschaltung (astabiler Multivibrator, RechteckGenerator) ..........................................................................................321
10.3.1.2 Monostabile Kippschaltung (Univibrator, Monoflop)..................325
10.3.1.3 Bistabile Kippstufe (Flip-Flop)........................................................328
10.3.1.4 Schwellwertschalter, Schmitt-Trigger............................................333
10.3.2 Zähler und Frequenzteiler................................................................... 338
10.3.3 Register, Schieberegister...................................................................... 356
10.3.4 Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzer............................... 370
10.3.4.1 Analog/Digital-Umsetzer (ADU).....................................................370
10.3.4.2 Digital/Analog-Umsetzer (DAU)......................................................376
11 Leistungselektronik...................................................................... 383
Literatur................................................................................................... 407
Index......................................................................................................... 409
Installationshinweis................................................................................ 416
2
Gleichstromkreis
2.1Grundstromkreis
Ein elektrischer Grundstromkreis besteht aus
•dem aktiven Zweipol (der Spannungsquelle) und
•dem passiven Zweipol (dem Verbraucher).
Im aktiven Zweipol wird nichtelektrische in elektrische Energie und im passiven Zweipol
elektrische in nichtelektrische Energie gewandelt.
Die Kenngrößen des Grundstromkreises sind:
• Quellenspannung Uo
• Klemmenspannung U
• Stromstärke I
• Innenwiderstand Ri
• Außenwiderstand Ra
▸▸ Hinweis: Bei vielen Schaltungen, so auch bei Schaltungsuntersuchungen mit MULTISIM, wird der Innenwiderstand vernachlässigt. Dann sind Quellen- und Klemmenspannung gleich groß.
Spannung und Stromstärke sind vorzeichenbehaftete, skalare Größen, die durch Richtungspfeile dargestellt werden. Es ist festgelegt:
Eine Spannung ist positiv, wenn sie vom positiveren zum negativeren Potenzial gerichtet ist. Die Stromstärke ist positiv, wenn der Strom vom positiveren zum negativeren
Potenzial fließt.
Der Zusammenhang zwischen der Spannung, der Stromstärke und dem Widerstand wird
durch das ohmsche Gesetz beschrieben:
U = I ◊R
In unserem ersten Übungsbeispiel wollen wir in dem Programm MULTISIM die Grundlagen zum Erstellen und zur Überprüfung einer Schaltung kennen lernen.
2.1 Grundstromkreis
83
Übungsbeispiel 2.1: Erstellen und Überprüfen einer Schaltung
Bauen Sie einen Grundstromkreis mit einer Quellenspannung von 100 V, einem Innenwiderstand von 20 Ω und einem Außenwiderstand von 80 Ω auf. Weisen Sie die
Spannungs- und Stromrichtung nach. Der Aufbau der Schaltung soll mit idealen Bauelementen erfolgen. Diese werden bei MULTISIM als „virtuelle Bauelemente“ bezeichnet.
Schritt 1: Eine neue Schaltung beginnen
Öffnen Sie das Programm MULTISIM. Nach dem Öffnen wird die leere Datei SCHALTUNG 1 ausgegeben. Ich möchte nochmals darauf verweisen, dass ich auf der Grundlage der Programmversion MULTISIM EDUCATION arbeite. Trotzdem sind fast alle dargestellten Handlungen und auch fast alle Programme mit der Studentenversion
realisierbar.
Bild 2.1:Die Arbeitsoberfläche von MULTISIM
Richten Sie die Arbeitsoberfläche entsprechend Ihren Bedürfnissen ein. Dazu rufen Sie
das Menü OPTIONEN auf. Im Menüpunkt ALLGEMEINE EINSTELLUNGEN können Sie im Register PFADE den Speicherort ihrer Schaltungs-dateien festlegen. Zweckmäßig ist die
Aktivierung einer automatischen Sicherung während des Arbeitens und die Speicherung von Simulationsergebnissen. Das nehmen Sie im Register SPEICHERN vor. Wichtig
ist es noch, im Register BAUELEMENTE, die DIN-Schaltzeichennorm zu aktivieren. Die
gewünschten Seiteneigenschaften, wie Größe der Arbeitsoberfläche, Rastereinblendung, Farben der Schaltungsteile oder Sichtbarkeit von Schaltungskennzeichnungen
werden unter dem Menüpunkt SEITENEIGENSCHAFTEn festgelegt.
84
2 Gleichstromkreis
Bild 2.2:Festlegung der Seiteneigenschaften
Weitere Einstellmöglichkeiten für eine zweckmäßige Arbeitsoberfläche finden Sie auch
im Menü ANSICHT. Der geeignete Inhalt der Symbolleiste hilft besonders bei der Arbeit.
Schritt 2: Auswahl der Bauelemente
Nachdem Sie die notwendigen Voreinstellungen abgeschlossen haben, beginnt die eigentliche Arbeit mit dem Erstellen der Schaltung. Dazu gehört die Auswahl der erforderlichen Bauelemente. MULTISIM bietet mehrere Varianten zum Einfügen von Bauelementen an. Sie können über das Menü EINFÜGEN/BAUELEMENTE gehen, diese aus der
Symbolleiste wählen oder mit einem Klick der rechten Maustaste ein Kontextmenü
aufrufen bzw. auch den Tastatur-Befehl Strg + W nutzen. Im Bild 2.3 sehen Sie diese
Varianten. Oft ist ein Drehen der Bauelemente notwendig. Wählen Sie dazu mit einem
Doppelklick das Bauelement aus. Dann können Sie über das Menü BEARBEITEN/ANZEIGERICHTUNG mit dem Aufrufen des Kontextmenüs über die rechte Maustaste oder wieder über einen Tastatur-Befehl das Bauelement in die gewünschte Richtung drehen.
Bild 2.3:Auswahl der Bauelemente
▸▸ Hinweis: Für die Simulation benötigt MULTISIM einen Bezugspunkt. Dazu schließen
Sie an den Minuspol der Spannungsquelle die Masse an (Toolbar Stromquellen-Familie). Da das Masse-Symbol in jeder Schaltung benötigt wird, ist es effektiv, das MasseSymbol über ein Tastenkürzel, wie im Abschnitt 1.3.1 erklärt wird, festzulegen.
2.1 Grundstromkreis
85
Schritt 3: Dimensionierung und Bezeichnung der Bauelemente
Ein Doppelklick auf das jeweilige Bauelement öffnet das Fenster Basic virtuell.
Bild 2.4:Dimensionierung und Bezeichnung der Bauelemente
Im Register Wert geben wir den gewünschten Widerstandswert ein und bestätigen mit
OK. Wir wechseln nun zum Register Etikette und ändern dort die Widerstandsbezeichnung in Ri bzw. Ra um.
Schritt 4: Verbinden der Bauelemente
Nachdem wir alle Bauelemente platziert haben, verbinden wir sie. Dabei können wir
zwischen der automatischen und der manuellen Verbindung wählen. Bei der automatischen Verbindung gehen Sie mit der Maus an einen Anschlusspunkt des Bauelementes. Nach einem Mausklick wandelt sich der Mauszeiger in ein Fadenkreuz. Ziehen Sie
bei gedrückter Maus-Taste das Fadenkreuz direkt zum nächsten gewünschten Anschlusspunkt. Lassen Sie nun die Maus-Taste los. Die Leiterbahnen bauen sich selbständig auf und verlaufen in einer bestimmten vertikalen oder horizontalen Richtung.
Beim manuellen Verbindungsaufbau klicken Sie ebenfalls den ersten Anschlusspunkt
an, führen aber jetzt die gedrückte Maus entlang des gewünschten Leitungsweges in
horizontaler oder vertikaler Richtung. Soll die Richtung geändert werden, muss ein
Mausklick erfolgen und dann mit der gedrückten Maus-Taste in die neue Richtung geführt werden. Die Lage eines bestehenden Leiterzuges lässt sich ändern, wenn Sie den
Mauszeiger an eine Leiterbahn führen. Dann ändert er sich in einen Doppelpfeil, den Sie
in die angezeigten Richtungen verschieben können. Bei der Verbindung sind Leitungskreuzungen möglich. Eine Verbindung an einer Kreuzung entsteht nur, wenn ein Knotenpunkt gesetzt wird. In einen bestehenden Leiterzug kann ein Bauteil (Bauelement
oder Messinstrument) direkt eingebunden werden, indem wir das Bauteil in den Leiterzug verschieben. Dazu klicken wir das Bauteil an und ziehen es bei gedrückter linker
Maus-Taste in den Leiterzug. Wenn wir die Maus-Taste lösen, ist das Bauteil eingebunden.
86
2 Gleichstromkreis
Bild 2.5:Verbinden der Bauelemente
Für die Leitungen kann eine Netznummerierung angezeigt werden. Dazu müssen wir
unter Optionen, Blatteigenschaften das Register Schaltung öffnen und dort bei Netzname den Schalter Alles anzeigen aktivieren.
Schritt 5: Einbau der Messinstrumente
Die für eine Schaltungsuntersuchung erforderlichen Messmittel legen Sie über ANSICHT/SYMBOLLEISTEN in der Symbolleiste ab. MESSBAUSTEINE sind dabei Strom- und
Spannungsmesser sowie Tastköpfe. Tastköpfe signalisieren das Erreichen eines einstellbaren Spannungswertes und sind besonders in der Digitaltechnik sinnvoll. Unter
INSTRUMENTE sind weitere Messmittel, wie Multimeter, Leistungsmesser oder Oszilloskop, zu finden. Diese können auch über SIMULIEREN/INSTRUMENTE aufgerufen werden.
Bild 2.6:Einbau der Messinstrumente
2.1 Grundstromkreis
87
Die Instrumente können entsprechend der benötigten Zahl beliebig kopiert werden.
Achten Sie beim Anschluss auf die Einstellung der richtigen Spannungsart (Modus)
und auf die Polung.
Schritt 6: Simulation der Schaltung
Für die Schaltungssimulation betätigen Sie den Schalter, der sich rechts oben in der
Menüleiste befindet, oder Sie gehen über Simulation, Start. In der Statusleiste wird
die laufende Simulation erkennbar.
Bild 2.7:Simulation
Überprüfen Sie durch eine Berechnung die angezeigten Ergebnisse.
▸▸ Hinweis: Beenden Sie nach dem Anzeigen der Werte die Simulation wieder. Sie ersparen Ihrem PC fortlaufende Rechenarbeit.
Aufgabe 2.1
Ein Verbraucher mit einem Widerstand von 30 Ω benötigt eine negative Spannung, die
von einer Spannungsquelle mit einer Quellenspannung von 10 V und einem Innenwiderstand von 0,5 Ω geliefert werden soll. Entwickeln Sie die Schaltung und ermitteln
Sie alle Schaltungsgrößen.
88
2 Gleichstromkreis
2.2 Reihenschaltung von Widerständen
Bei der Reihenschaltung sind alle Bauelemente hintereinandergeschaltet. Es gelten folgende Gesetzmäßigkeiten:
Der fließende Strom ist an allen Stellen des Stromkreises gleich groß. Er ist deshalb die
Bezugsgröße.
I = konst.
Die Summe aller Widerstände ergibt den Gesamtwiderstand.
R1 + R2 + R3 = R
An jedem Widerstand entsteht ein Spannungsabfall, der sich proportional zur Größe
des Widerstandes verhält.
U R1 = I ◊ R1 U R2 = I ◊ R2 U R3 = I ◊ R3
Die Summe der Spannungsabfälle über den Widerständen ergibt die Klemmenspannung.
U R1 + U R2 + U R3 = U 2. Kirchhoffsches Gesetz
Die Spannungsabfälle verhalten sich wie die Widerstände, über denen sie abfallen.
U R1 R1
U R1
R1
=
=
oder Spannungsteiler-Regel
U R 2 R2
U
R1 + R2 + R3
Bild 2.8:Reihenschaltung von Widerständen
Aufgabe 2.2
Beweisen Sie die Merkmale einer Reihenschaltung für eine Reihenschaltung von drei
Widerständen mit R1= 1 kΩ, R2 = 3 kΩ und R3 = 6 kΩ, die an eine Gleichspannungsquelle mit 10 V angeschlossen werden. Stellen Sie die Messergebnisse in einer Tabelle
zusammen.
2.2 Reihenschaltung von Widerständen
89
Aufgabe 2.3
An einer Gleichspannungsquelle mit einer Klemmenspannung von 100 V sind vier
Widerstände in Reihenschaltung angeschlossen. Bei einer Stromstärke von 100 mA soll
an dem Widerstand R1 ein Spannungsabfall von 20 V und am Widerstand R2 von 30 V
auftreten. An R3 und R4 muss der Spannungsabfall gleich groß sein. Entwickeln Sie die
Schaltung und überprüfen Sie Ihre berechneten Werte.
Vorwiderstand
Eine wichtige Anwendung der Reihenschaltung ist die Nutzung als Vorwiderstand zur
Spannungsherabsetzung bzw. zur Strombegrenzung an Bauelementen, wenn die Betriebsspannung höhere Spannungswerte als die Nennspannung des Bauelementes aufweist.
Aufgabe 2.4
Eine Glühlampe mit einer Nennspannung von 12 V und einer Nennleistung von 10 W
soll an eine Spannungsquelle mit einer Klemmenspannung von 20 V angeschlossen
werden. Ergänzen Sie die Schaltung nach Bild 2.9 und messen Sie alle Spannungen
und Ströme.
▸▸ Hinweis: Die Betätigung des Schalters erfolgt während der Simulation über die <Leer-
taste>. Ein anderer Hotkey ist nach Doppelklick auf das Taster-Symbol einstellbar. Sie
finden den Schalter bei Platzieren, Bauteil, Gruppe Electro Mechanical.
Bild 2.9:Lampe mit Vorwiderstand
Aufgabe 2.5
Das Reed-Relais EDR201A12 hat eine Nennspannung von 20 V und einen Wicklungswiderstand von 1 kΩ. Das Relais soll über einen Schalter an eine Gleichspannung von
60 V angeschlossen werden. Entwerfen Sie die Schaltung.
90
2 Gleichstromkreis
Besonders in elektronischen Schaltungen wenden wir den Vorwiderstand zur Einstellung
des Arbeitspunktes eines Bauelementes an. Im festgelegten Arbeitspunkt erfüllt das jeweilige Bauelement seine geforderte Funktion.
Aufgabe 2.6
Die Z-Diode 1N4736A soll an eine Spannungsquelle mit U = 12 V angeschlossen werden. Entwickeln Sie die Schaltung und bestimmen Sie den erforderlichen Vorwiderstand. Wählen Sie nach der Berechnung aus der Norm-Reihe E-24 den geeigneten Widerstand aus. Berechnen und messen Sie den Leistungsverlust am Vorwiderstand.
▸▸ Hinweis: Ermittlung der Dioden-Kennwerte:
1. Variante: Sie wählen in MULTISIM in der Toolbar Bauelemente die virtuelle Z-Diode
aus. Nach der Platzierung nehmen Sie einen Doppelklick am Bauelement vor. Es öffnet
sich das Fenster Diodes Virtuell. Klicken Sie jetzt Ersetzen an. Nachdem sich das
Fenster Bauteil wählen (siehe Bild 2.10) geöffnet hat, gehen Sie zum Eintrag Familie
und wählen dort Zener aus. Im mittleren Fenster Bauteil sehen Sie jetzt reale Z-Dioden
aufgelistet. Nach einem Doppelklick auf die gewünschte Z-Diode 1N4736A wandelt sich
das virtuelle in ein reales Bauelement mit dessen charakteristischen Kennwerten. Diese
können Sie unter Detailbericht aufrufen. Weitere Angaben finden Sie, wenn Sie auf
das Dioden-Schaltzeichen doppelklicken. Im sich öffnenden Fenster Zener rufen Sie im
Register Wert den Befehl Bauteil in der Bearbeitung und dort das Register ElektronikParameter auf.
Bild 2.10:Auswahl
der Z-Diode
2. Variante: Sie gehen über den Menübefehl Platzieren, Bauteil bzw. über die Tastenkombination <Strg>+<W>. Es öffnet sich das Fenster Bauteil wählen. Danach weiter
wie in Variante 1 beschrieben.
3. Variante: Sie öffnen über Platzieren, Bauteil das Bauteil-Fenster und gehen auf den
Schalter Suchen… In die sich öffnende Suchmaske geben Sie die Bauteilbezeichnung
ein.
Index
1-aus-M-Kodierer 311
2-zu-1-Multiplexer 1 317
7-Segment-Dekoder 314
74HC00D_6V 302
74HC02D_6V 302
74HC73 350
74HC73D 342
74HC164 368
74HC194 363
74LS15D 298
74LS42D 312
74LS148 374
74LS157 317
74LS164 367
74LS165 367
74LS194 365
74LS248N 314
74LS253 318
74LS259 358
74LS395 365
74S09D 298
74S93D 340
4002BD_10V 300
7400N 301
A
A-Betrieb 220
AB-Betrieb 249
Abfallzeit 301
abgeglichene Brücke 101, 102
AC-Analyse 144
Addierer 269
ADU 370
–– direkter 370
–– mit Parallelumsetzung 370
–– Spannungs-Zeit-Umsetzung 375
Akkumulator 368
aktiver Filter 269
Amplitudengang 164
Analog/Digitalumsetzer siehe ADU
Analyse
–– AC-Analyse 144
–– Analyse mit linear variabler
Eingangsspannung 284
–– Analyse mit linear variabler
Gleichspannung 260
–– Analyse mit variablen
Parameterwerten 276
–– DC WOBBELN 384, 391
–– Fourier-Analyse 255
–– Klirrfaktor 252
–– Monte-Carlo-Analyse 286
–– Worst-Case-Analyse 287
Anpassung 115
Anstiegsgeschwindigkeit 264
Anstiegszeit 301
äquivalente Wechselstromschaltungen 158
Arbeitspunkt 209
Arbeitspunkteinstellung 194, 213, 215,
221, 244
Arbeitspunktstabilisierung 216
arithmetischer Mittelwert 136
Auflösung 370
Augenblickswert 136
Ausgangsstufe 292, 293
Ausgangswiderstand 221
Aussteuerbereich 221, 225
B
Bandbreite 153, 220, 266
Bandpass 168, 172, 274
Bandsperre 168
Bargraph-Anzeige 313, 362, 364, 379
–– UNDCD-Bargraph-Anzeige 312
Basis-Schaltung 213, 214
BCD/DEC-Kodierer 312
410
Index
Begrenzerschaltungen mit Z-Dioden 211
Belastungsfälle 114
Betriebsfall, normaler 114
bipolare Transistoren 213
bistabile Kippstufe 328
Bitmuster-Generator 293, 340, 348
Blindleistung 142, 159, 184
Blindleistungskompensation 189
Blindleitwert 142
Blindwiderstand
–– induktiver 142
–– kapazitiver 142
Bode-Plotter 154, 223
Brücke
–– abgeglichene 101, 102
–– nicht abgeglichene 101, 104
Brückengleichrichter 198
Brückengleichrichter MDA 2501 200
Brückenschaltung 101, 176, 399, 406
–– Gleichrichter-Brückenschaltung 197
Brücken zur Temperaturmessung 106
Brummspannung 170, 203
Brummwechselspannung 169
C
CMOS-Schaltkreis 291
Colpitts-Oszillator 278
Current Probe 203
D
Dämpfungsfaktor 163, 168
Dämpfungsmaß 163, 168
Daten-Eingang 331, 356
DAU 376
–– mit Stromausgang 380
–– R2R-Netzwerk 378
–– Wägeverfahren 377
Dekodierer 311
–– 7-Segment-Dekoder 314
Demultiplexer 316, 320
Dezimalzähler 345
D-FF 331
Diacs 383
Differenzierglied 173
Differenzverstärker 238, 239, 240, 241,
242, 259, 267
Digital/Analog-Umsetzer siehe ADU
digitale Schaltungen 283
Digitaltechnik 195, 259, 283, 337, 338,
370
Diode 90, 192, 194
–– als Spannungsbegrenzer 206
Diodenkenndaten 193
Dioden-Kennwerte, Ermittlung 90
Drehstrom 180
Drehstromleistung 184
Drehstrommotor 185, 190
Drehstromnetz 184
Dreieckschaltung 183
Dreieck-Stern-Transformation 104
Durchlassrichtung 192
dynamische Flip-Flops 330
E
Effektivwert 136
Eingangswiderstand 221
Einpuls-Mittelpunktschaltung 405
Einweggleichrichtung 197
ELECTRONICS WORKBENCH 15
Emitter-Schaltung 213, 214
Entstörfilter 170
Ermittlung der Dioden-Kennwerte 90
Ersatzschaltbild eines
Drehstrommotors 186
Ersatzspannungsquelle 123
Ersatzstromquelle 123
Ersatzwiderstand 95
EXCEL 16
Excel exportieren siehe In Excel
exportieren F
Feldeffekttransistoren (FET) 243
FET, Sperrschicht 243
Filter 168
–– aktiver 269
–– LC- 173
–– passiver 163, 168
Filterschaltung 173
Index
Flip-Flop 328, 330, 331
Folgeschaltungen 321
Fourier-Analyse 281
Freigabe-Eingang 356
Frequenzgang 164, 263
Frequenzmesser 355
Frequenzteiler 341
G
Gatestrom 390
Gegenfrequenz 223
Gegenkopplung 216
Gleichrichter-Brückenschaltung 197
Gleichrichtung 196
Gleichrichtwert 136
Gleichstromkreis 82
Gleichstromzündung 394
Gleichtaktunterdrückung 238
Gleichtaktverstärkung 238
Grenzfrequenz 157, 168, 220, 223, 224,
227, 263
Grundstromkreis 82
Grundverknüpfung, logische 289
Gütefaktor 153
H
Halbleiterdioden 192
Hierarchischer Block 40, 43
Hochpass 168
I
IC 74192 353
IC 7643 382
Impedanzwandler 266
Impulsdauer 173
Impulsdiagramm 348, 350, 365
Impulsformung 173
Impulsgenerator 324
Impulsregenerierung 337
induktiver Blindwiderstand 142
In Excel exportieren 118
Installation 17
Integrierglied 173
Inverter 291
J
JK-FF 332
K
Kapazität 128, 142
Kapazitätsmessbrücke 179
kapazitiver Blindwiderstand 142
Kenngrößen 82, 163, 220
–– des Grundstromkreises 82
–– des Verstärkers 220
Kettenschaltung 167, 171, 174
Kippschaltung 321
Kippstufe 328
Kirchhoffsches Gesetz 88, 93
Kleinsignalverstärker 220
Klirrfaktor 252
Kodierer 311
–– 1-aus-M-Kodierer 311
–– BCD/DEC-Kodierer 312
Kollektor-Schaltung 213, 214
Komparator 323
Kompensation 189, 190
Kompensations-Blindleistung 189
Kompensationsschaltung 159
Komplementär-Transistor 237
Kondensator 128, 141
Konstantstromquelle 242
Konvertierung 310
Koppelglied 220, 233, 235
Koppel-Kondensator 234
Kopplung, direkte 235
Kurzschlussfall 114
L
Ladekondensator 201
Latch-FF 356, 357
LC-Filter 173
LC-Siebglied 170
Leerlauffall 114
Leistung 142
Leistungsanpassung 115
Leistungsfaktor 150, 159
Leistungsfaktor cos ϕ 147
Leistungssteuerung 400, 402
Leistungsverstärker 249
411
412
Index
Leiterspannung 183
Leiterströme 186
Leitwert 142
Lichtbandanzeige 362
LM555 336
Logik-Analysator 340
Logik-Analyser 296, 348
Logik-Konverter 293
logische Grundverknüpfung 289
LR-Siebglied 170
LSB – Least Significant Bit 370
M
M1C-Schaltung 404
Menü-Befehle, Übersicht 24
Menü-Befehle
–– Ansicht –– Fenster für die
Diagrammerstellung 32
–– Statusleiste 24
–– Bearbeiten –– Titelblockposition 24
–– Berichtsfenster 37, 91
–– Datei –– letzte Schaltung 24
–– Extras –– Datenbank 25
–– Simulieren –– Einstellung für Simulation digitaler
Bauelemente… 25
Messbereichsunterdrückung 212
Messgeräte, Klirrfaktor- 252, 253
Messprobe 237
Mitkopplung 277
–– Monoflop 325
–– nachtriggerbar 325
–– nicht nachtriggerbar 325
Mittelpunktgleichrichter 200
Mittelwert
–– arithmetischer 136
–– quadratischer 136
Modulo-m-Zähler 345
monostabile Kippschaltung 325
Monte-Carlo-Analyse 286
MOSFET 247
Multiplexer 316, 317
MULTISIM 15
–– Ansicht, Fenster für die
Diagrammerstellung 155
–– Auswahl der Bauelemente 84
–– Dimensionierung und Bezeichnung der
Bauelemente 85
–– Einbau der Messinstrumente 86
–– Export zu Excel 112
–– neue Schaltung beginnen 83
–– Simulation der Schaltung 87
–– Temperaturanalyse 108
–– Verbinden der Bauelemente 85
–– vereinfachte Version 20
–– virtuelle Verbindung 372
MULTISIM MCU-MODUL 17
Multivibrator 321
N
Nadelimpuls 174
Negator 289
Netzgerät 211
Netzgleichrichter 200
Netzgleichrichtung 196
Netzlistenbericht 373
Netzwerk 121
nicht abgeglichene Brücke 101, 104
NI MULTISIM 15
normaler Betriebsfall 114
Normalform, disjunktive 310
Nullkippspannung 383, 389, 390, 392
O
offener Kollektor 293
Offsetstrom-Kompensation 268
ohmscher Widerstand 141
ohmsches Gesetz 82, 141
Optionen –– vereinfachte Version 20
OPV 259
–– Differenzverstärker 267
–– ideal 259
–– invertierender 263
–– nichtinvertierender 265
–– realer 259
–– Slew Rate 264
Index
–– Spannungsfolger 266
–– Subtrahierer 268
–– Temperatur-Messbrücke 108
–– Tiefpass 168
–– 1. Ordnung 272
–– 2. Ordnung 273
–– Transitfrequenz 264
–– Übertragungskennlinie 260
–– Verstärkungsfaktor 220, 264, 265, 268
–– Vorverstärker 271
–– Wechselspannungsverstärker 259
Oszillator 277
–– durchstimmbarer 281
–– LC- 277
–– RC- 277, 278
–– Sinus- 277
P
π-Glied 169
Parallelregister 358
Parallelschaltung von Widerständen 93
Parallelschaltung von Widerstand,
Kondensator und Spule 150
Parallelschwingkreis 153, 158
Parallelübertrag 351
Parameter-Analyse 116, 228
passiver Filter 163, 168
Phase Angle Controller 401
Phasendrehbrücke 179, 398
Phasendrehglied 175, 176
Phasengang 164
Phasenschieber, RC 278
Phasenverschiebung 148
Phasenwinkel 147
–– φ 150
Phasenwinkelcontroller 401
Q
quadratischer Mittelwert 136
Quarz-Oszillator 277
R
R-2R-Schaltung 100
RC-Glied 171
RC-Oszillator 277, 278
RC-Phasenschieber 278
Rechteck-Generator 321
Rechteckspannung 138
Reflexionen 164
Register 356
–– Latch-FF 356
Reihenschaltung von Widerständen 88
Reihenschaltung von Widerstand,
Kondensator und Spule 146
Reihenschwingkreis 153, 156
Resonanz 153
Resonanzbedingung 153
Resonanzfrequenz 153, 156
RS-FF 328
S
Schalthysterese 333
Schaltungen
–– Abfallzeit 301
–– Anstiegszeit 301
–– digitale 283
–– kombinatorische 306
–– sequentielle 321
–– Signalübertragung 305
–– Störeinflüsse 303
–– Übertragungsleitung 337
–– Verzögerungszeit 301
Schaltungsassistent 323
Schaltungssynthese mit LogikKonverter 309
Schaltungstransformation 105
Scheinleistung 159, 184
Scheinleitwert 150
Scheinwiderstand 147
Schieberegister 360
–– 4-Bit-Rechts/Links- 363
–– Akkumulator 368
Schleusenspannung 193
Schmitt-Trigger 323, 333
Schwellwertschalter 333
SCR (silicon controlled rectifier) 389
Serienaddition 368
Serienübertrag 351
Siebglied 169, 204
Signalübertragung 305
413
414
Index
Signalverknüpfung 207
Sinusoszillator 277
Slew Rate 264
Source-Schaltung 243
Spannung 82
Spannungsanpassung 115
Spannungsbegrenzer 209
Spannungsbegrenzung 195, 206, 209
Spannungsfolger 266
Spannungs-Gegenkopplung 220, 231
Spannungsstabilisierung 195, 209
–– mit Z-Diode 210
Spannungsteiler 160
Spannungsteiler-Regel 88
Spannungsüberlagerung 141
Sperrrichtung 192
Sperrschicht-FET 243
Sperrschicht-FET BF 256B 245
Spike 347
–– belasteter Sannungsteiler 98
–– unbelasteter Sannungsteiler 91
Spule 134, 141
Stabilisierungsschaltungen 209
Stapel-Analyse 253
Sternpunkt 181
Störeinflüsse bei digitalen
Schaltungen 303
Strangspannung 183
Strangstrom 185
Stromanpassung 115
Strombegrenzung 160
Stromflusswinkel 202
Strom-Gegenkopplung 219, 230
Stromrichterschaltungen 403
Stromstärke 82
Subtrahierer 268
symmetrische Leitung 174
T
taktflankengesteuerte FF 330
taktzustandsgesteuerte FF 330
Temperaturabhängigkeit 194
–– einer Diode 194
Temperaturanalyse, mit MULTISIM 106
Temperaturkoeffizient 107
Temperatur-Messbrücke 108
T-Glied 171
Thyristor 383, 389, 393, 401, 402, 403,
404
Tiefpass 168
–– 1. Ordnung 272
–– 2. Ordnung 273
Timer-Baustein NE 555 323
Torschaltung 206
Totem-Pole-Ausgang 293
Transformator 159, 182, 189, 197, 198,
200, 201, 397, 398, 405
Transistor
–– bipolar 213
–– unipolar 243
Transistor 2N2218 215
Transistor BC 107BP 216
Transistorgrundschaltung 214
Transistor-Schalter 283
Transitfrequenz 264
Triggerschaltung 321
Tristate-Ausgang 293
T-Schaltung 165
TS-Schaltkreis 291
TTL-Schaltkreis 292
U
U7A 356
Überlagerung 140
–– von Wechselspannungen 140
Überlagerungsmethode 122
Übernahmeverzerrung 252
Übertragungsfaktor 163
Übertragungsfunktion 285
Übertragungsleitung 304, 337
Übertragungsmaß 163
Übertragungsverhalten 163
–– der Leitungen 304
ULTIBOARD 17
Umlaufspeicher 360
UNDCD-Bargraph-Anzeige 312
UND-Funktion 208
unipolare Transistoren 243
Univibrator 325
unsymmetrische Belastung 187
Index
V
Z
Verdopplerschaltung 205
Verkettung 182
Verknüpfungsschaltung 306
Verlustfaktor 152, 153
Verstärker 220
–– mit Gegenkopplung 226
–– MOSFET 247
–– ohne Gegenkopplung 221
–– zweistufiger Verstärker 233
Verstärkerbetrieb 215
Verstärkungsfaktor 220, 223, 230, 232,
263–265
Verzögerungszeit 301
Vierkanaloszillograf 200
Vier-Kanal-Oszilloskop 302
Vierleiter-Netz 182
Vierpol 163, 165, 167
–– Kettenschaltung 167
–– symmetrisch 165
–– unsymmetrisch 165
virtuelle Verbindung 372
Volladdierer 319
Vorwärts-/Rückwärtszähler 353
Vorwiderstand 210
Zähler 338
–– Bereichszähler 347
–– Binärzähler 338
–– dekadische Vorwärts-/
Rückwärtszähler 353
–– Dezimalzähler 345
–– mehrstufiger 352, 353
–– Modulo-m-Zähler 345
–– Parallelübertrag 351
–– programmierbare 353
–– Rückwärtszähler 343
–– Serienübertrag 351
–– synchroner 350
–– Verzögerungszeit 350, 351
–– Vorwärtszähler 343
Zählkapazität 351
Z-Diode 90, 209
Zeitkonstante 128, 134, 173
zeitmultiplexe Übertragung 366
Zündwinkel 394, 399, 400, 401, 404
Zustandstabelle 290, 364
Zweipol 82
Zweipuls-Brückenschaltung 406
Zweipulsgleichrichtung 197
Zweirichtungsdioden 383
Zweirichtungs-Thyristordiode 383
Zweitore 163
W
Wahrheitstabelle 289, 307
Wechselspannung 140, 141
Wechselstrom 136
Wechselstrombrücke 176, 177
Wechselstromkreis 136
Wechselstromschaltungen 153
–– äquivalente 158
Wechselstromzündung 395, 396, 397
Wellenwiderstand 163, 166
Wheatstonsche Messbrücken 102
Widerstand 141
Widerstandsschaltungen 95
Wien-Robinson-Brücke 278, 280
Wired-AND-Funktion 298
Wirkleistung 141, 142, 159, 184
Wirkungsgrad 119
Wirkwiderstand 141
Worst-Case-Analyse 287
415