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All main topics / Informatk / Technische Informatik

Grundlagen der technischen Informatik (127 Cards)

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0
Was ist eine elektrische Ladung?
  • Einheit: 1 Coloumb = 1 Amperesekunde
  • Ladung eines Elektrons:
  • Ladungsmenge Q ist das Vielfache der Elementarladung
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
2
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0
Was ist ein Potentiometer?
Ein regelbarer Spannungsteiler
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0
Was besagt das Coulombsche Gesetz?
  • Kraftwirkung nimmt mit der Ladungsmenge zu
  • im Vakuum: Die Kraft zwischen und ist proportional zu dem Produkt der Ladungen:
  • Kraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes


Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
4
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0
Was ist die Permittivität?
= elektrische Feldkonstante
= Dielektrizitätskonstante
  • im Vakuum:
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0
Was sind Feldlinien?
  • Veranschaulichung eines elektrischen Feldes
  • füllen den Raum kontinuierlich
  • sind senkrecht zur Oberfläche gerichtet
  • zeigen in Richtung der Kraft
  • verlaufen von einer positiven zu einer negativen Ladung
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
6
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0
Was ist die Spannung?
  • Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine Elementarladung von nach zu bewegen
  • eine Potentialdifferenz:  




Einheit:                                             Formel:
                                    
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
7
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0
Was ist die elektrische Feldstärke?
Kraftwirkung, die eine Probleladung q erfährt

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0
Was ist die elektrische Flussdichte?
  • das Verhältnis zwischen Ladungsmenge Q und der Fläche A


Einheit:                           Formel:
                          
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
9
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0
Welche Faktoren haben Einfluss auf die Leistung des Kondensators?
  • Abstand der Platten
  • Material des Stoffes zwischen den Platten (Dielektrikum)
  • Fläche der Platten
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
10
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0
Was ist die Kapazität eines Kondensators?
  • gibt an, wie viel elektrische Ladung ein Kondensator speichern kann
  • Einheit: Farad


Einheit:                                      Formel:
                         
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
11
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0
Was ist die Stromstärke?
  • entspricht der bewegten Ladungsmenge pro Zeiteinheit


Formel:


Einheit:
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
12
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Was besagt das Ohmsche Gesetz?
  • es gibt einen festen Zusammenhang zwischen dem Strom I und der Spannung U


Formel: 
Tags: Elektrotechnische Grundlagen
Source:
13
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Was ist die elektrische Arbeit?
Die Energie, die notwendig ist, um die Ladung Q von Potential φ nach φ zu transportieren

Einheit: 1J = 1Ws = 1AVs = 1Nm
Formel:
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Was ist die elektrische Leistung?
  • die an einem Widerstand freigesetzte Energie
  • entspricht der elektrischen Arbeit pro Zeiteinheit

Einheit: 1W = 1VA
Formel:   

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Was ist ein Netz?
  • ein System aus mehreren Spannungsquellen und Verbrauchern
  • Richtung der Pfeile: Stromfluß
  • Knoten: Verzweigungspunkte
  • Masche: geschlossener Pfad, bei dem kein Knoten mehrfach durchlaufen wird
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Was besagt der 1. Kirchhoffsche Satz?
= Knotenregel
  • in einem Knoten ist die Summe aller Ströme null
  • zufließende Ströme haben ein positives Vorzeichen
  • abfließende Ströme haben ein negatives Vorzeichen
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0
Was besagt der 2. Kirchhoffsche Satz?
=   Maschenregel
  • Bei einem geschlossenen Umlauf einer Masche ist die Summe aller Spannungen Null
  • Spannung in Umlaufrichtung der Masche hat positives Vorzeichen
  • Spannung gegen Umlaufrichtung der Masche hat negatives Vorzeichen
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0
Wie wird die Stromstärke gemessen?
  • Amperemeter als Reihenschaltung in Stromkreis einfügen
  • Amperemeter besitzt Innenwiderstand , dieser sollte möglichst gering sein, dann gilt

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Wie wird die Spannung gemessen?
  • Voltmeter als Parallelschaltung in Stromkreis einfügen
  • Voltmeter besitzt Innenwiderstand , dieser sollte möglichst groß sein, dann gilt:

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0
Wie wird der Widerstand gemessen?
  • benötigt: Strom und Spannung 

Stromfehlerschaltung Spannungsfehlerschaltung
für Messung an kleinen Widerständen für Messung an großen Widerständen
Strom durch Voltmeter klein Spannungsabfall an Amperemeter klein
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0
Wie ist die ideale Spannungsquelle aufgebaut?
  • liefert Quellenspannung 
  • nach dem ohmschen Gesetz gilt
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0
Wie ist eine reale Spannungsquelle aufgebaut?
  • kann durch Hinzufügen eines Innenwiderstandes modelliert werden
  • →die abgreifbare Spannung heißt Klemmspannung
  • möglichst kleiner Innenwiderstand

                               
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0
Was ist eine Leerlaufspannung?
= Spannungsquelle ohne Last
              
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Was ist ein Kurzschluss?
  • widerstandslose Verbindung der Pole einer Spannungsquelle
  • →Spannung fällt auf 0
  • hohe Leistung kann Spannungsquelle zerstören


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Was ist eine Ideale Stromquelle?
  • Stromstärke ist für alle Widerstände konstant

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Was ist eine reale Stromquelle?

  • Ziel: möglichst großer Innenwiderstand

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Was ist eine Leerlaufstromquelle aufgebaut?

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Was passiert beim Kurzschließen einer Stromquelle?


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Wie entsteht ein elektromagnetisches Feld?
  • elektrischer Strom verursacht ein Magnetfeld, das senkrecht zum Strom ist
  • magnetische Feldlinien umschließen den stromführenden Leiter ringförmig
  • sie sind konzentrisch um den Leiter angeordnet
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Was besagt die Rechte-Hand-Regel?
Zeigt der Daumen in Richtung des Stromes im Leiter, so zeigen die Finger, die den Leiter umfassen, in Richtung der Feldlinien
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Was ist die magnetische Feldstärke H?
  • proportional zur Stromstärke I
  • umgekehrt proportional zum Abstand r vom Leiter




Definition
1 [Ampere durch Meter] ist gleich der magnetischen Feldstärke, die ein durch einen unendlich langen, geraden Leiter von kreisförmigen Querschnitt fließender elektrischer Strom von 1A im Vakuum außerhalb des Leiters auf dem Rand einer zum Leiterquerschnitt konzentrischen Kreisfläche vom Umfang 1m hervorrufen würde
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Was ist die magnetische Durchflutung Θ?
= analog zur elektrischen Spannung



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Was besagt die 1. Maxwellsche Gleichung?
= Durchflutungsgesetz

Das Linienintegral der magnetischen Feldstärke über eine in sich geschlossene Kurve ist proportional dem Flächenintegral der Stromdichte über die von der Kurve umschlossene Fläche

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0
Was ist die Stromdichte?
  • Stromdichte ist ein Vektor, der die Richtung des Ladungstransports angibt
  • für einen geraden Leiter, der von Strom durchflossen wird und einen Kreis senkrecht zum Leiter mit diesem als Mittelpunkt als Integrationnsweg gilt:

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Wie wirkt die Kraft im elektrischen Magnetfeld?
  • steht senkrecht auf H und I

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Was ist die magnetische Flussdichte B?
  • hergeleitet aus der Kraftwirkung
  • [B] = T

Definition
Die magnetische Flussdichte beträgt 1 Tesla, wenn ein 1m langer Draht, durch den ein Strom von 1A fließt, und der senkrecht zur Feldrichtung steht, eine Kraft von 1N erfährt
37
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0
Was ist Ferromagnetismus?
  • ferromagnetische Stoffe haben eine Permeabilität von
  • →sie können magnetische Zustände speichern
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Was ist der Remanenzpunkt?
Wert der magnetischen Flußdichte , der auch nach Rückkehr von einer Magnetisierung bei Feldstärke H = 0 noch übrigbleibt
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Was ist die Koerzitivfeldstärke?
Feldstäkre , die notwendig ist, um ein magnetisiertes Material wieder vollständig zu entmagnetisieren
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Was ist die elektromagnetische Induktion?
  • durch Bewegung des Stabmagneten wird in dem Leiter eine Spannung induziert

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0
Was ist der magnetische Fluss Φ?
  • proportional zum Strom
  • Proportionalitätsfaktor L ist die Selbstinduktivität der Spule
  • Einheit: Henry
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Was ist die Induktionsspannung?
  • nach dem Anlegen einer Spannung wirkt ihr die induzierte Spannung entgegen (der Widerstand der Spule ist zunächst zu groß)
  • Spannung an der Spule ist porportional zur Änderung des Stromes
  • an einer Spule gibt es keine sprunghaften Stromänderungen
  • bei Gleischstrom wirkt eine Spule wie ein Kurzschluss
43
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0
Wie erfolgt die Induktion bei mehreren Spulen?
  • magnetischer Fluß in einer Spule induziert in einer anderen Spule Spannung
  • fließen Ströme durch beide Spulen, können sich die Magnetfelder verstärken (links) oder abschwächen (rechts)

  • Gegeninduktivität M beschreibt den Grad der Kopplung
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0
Welche Kenngrößen besitzt die Wechselspannung?
  • linearer Mittelwert
  • Gleichrichtwert
  • Effektivwert
  • Formfaktor
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Was ist der Effektivwert?
  • Wechselstrom mit dem Effektivwert verrichtet an einem Widerstand R die gleiche Leisteng, wie ein Gleichstrom
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Was ist der Formfaktor k?
  • das Verhältnis von Effektivwert zu Gleichrichtwert
  • wird angewandt bei der Skalierung von Ampere- und Voltmetern
  • Gleichrichtwert von Wechselstrom und -spannung werden mit einer Gleichrichterschaltung gemessen
  • Skala ist so geeicht, dass der Effektivwert angezeigt wird

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0
Welche 3 Lastarten gibt es?
  • Ohmsch
  • Kapazitiv
  • Induktiv
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Wie ist der Energieverbrauch der Lastarten?
  • Ohmsche Widerstände setzen elektrische Energie irreversibel in thermische Energie (Wärme) um
  • Kondensatoren/Spulen speichern Energie
  • Feldenergie kann wieder in elektrische Energie umgewandelt werden
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0
Was ist ein Transformator?
= Spannungsteiler mit Spulen
  • durch Primärspule fließt Wechselstrom
  • Spannungsinduzierung in beiden Spulen durch Änderung des magnetischen Flusses
  • in Primärspule:  induzierte Spannung = negative Quellspannung
  • Spannungsteiler arbeitet verlustfrei

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Was sind Komplexe Größen?
Komplexe Zahlen: Realteil und Imaginärteil
  • =
  • x = Realteil und y Imaginärteil von =
  • imaginäre Achse = Einheit j ()
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Welche Möglichkeiten zur Darstellung komplexer Zahlen gibt es?
  • Polarschreibweise
  • eulersche Formeln
  • Sinus/Kosinusfunktion
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Wie funktioniert die Polarschreibweise?
  • Betrag: r =
  • Winkel (=Phase):
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Wie lautet die Eulersche Formel?
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Was ist der komplexe Widerstand?
= Impedanz


  • → Scheinwiderstand
  • R → Wirkwiderstand
  • X → Blindwiderstand
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Was ist die komplexe Leistung?
  • analog zum komplexen Widerstand
  • →Schein-, Wirk- und Blindleistung
  • für Ohmsche Widerstände: Leistung = Wirkleistung
  • Blindleistung bei Spulen & Kondensatoren
          — pendelt zwischen Stromerzeuger und Verbraucher
         →durch den Widerstand der Leitungen "verschwindet" ein Teil
             des Blindstroms in zusätzlicher Wärmeleistung
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0
Was ist die Fourieranalyse (Signale)?
Dastellung einer periodischen Funktion durch eine Summe von Sinus- und Kosinusfunktionen

  • mit Hilfe der Fourrierreihe (Zerlegung)
  • Bestimmung der Koeffizienten über Harmonische Analyse
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0
Was ist die Dirichletsche Bedingung ?
  • Fourierdarstellung des Intervalls einer Funktion, wenn sie nur in diesem periodisch ist
  • lässt sich das Intervall (0:T) in endlich viele Teile zerlegen und
          — ist F(t) in jedem Teilintervall stetig und monoton
          —existiert an jeder Unstetigkeitsstelle der rechts- und
              linksseitige Grenzwert
       so ist F(t) in (0:T) in eine Fourierreihe entwickelbar

alternative Beschreibungsmöglichkeiten zu F
  • Zeitraum (F(t))
  • Frequenzraum ()
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0
Probleme bei Übertragung eines elektrischen Signals?
  • Abschwächung der Amplitude
  • Verzerrung
  • →Amplitudenabschwächung mit steigender Frequenz stärker
  • Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sinusschwingung steigt bei zunehmender Frequenz
  • Interferenz mit benachbarten Leitungen
  • Störung durch elektromagnetische Strahlung
  • unvermeidliches Rauschen
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0
Welche Kenngrößen gibt es bei der Übertragung von Signalen?
Grenzfrequenz
  • nur Frequenzen bis zur Grenzfrequenz werden gut übertragen

Bandbreite W
= with
  • Größe des Frequenzebereiches, der ohne Amplitudenabschwächung oder Phasenverschiebungen übetragen wird

Kanalkapazität C
  • Informationsmenge, die auf einem Kanal pro Sekunde befördert wird (Bits /Sec)
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Was ist weißes Rauschen?
=  zufälliges Rauschen (white noise)
  • Summe aller zufälligen Störungen auf Übertragungsmedium

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Welche Arten von Signalen und Daten gibt es?
Daten
  • analog → zeitkontinuierlich und wertekontinuierlich (Sprache)
  • digital → zeitdiskret und wertediskret (Texte)
Signale (zeitkontinuierlich)
  • analog → wertekontinuierlich
  • digital → wertediskret

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0
Warum und wie frischt man Signale auf?
→damit elektische Signale im Vergleich zu den Störungen nicht zu schwach werden

Analog Übertragung
  • Verstärker
  • Problem: Verzerrung mit verstärkt

Digitale Übertragung
  • Regeneratoren (Repeater)
  • interpretiert ankommendes Signal als Digitalwert und sendet neues Signal
  • →0/1 könnten vertauscht werden

63
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0
Wie erfolgt die digitale Übertragung eines analogen Signals?
  • Abtasten in bestimmten Zeitabständen
  • diskrete Werte auslesen und in Bitgruppen codieren
  • (Pulse Code Modulation, Analog-Digatil-Umwandlung)
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0
Was besagt der Satz von Nyquist?
= Abtasttheorem
Ein Signal dessen Spektrum nur Schwingungen mit Periode >= enthält kann aus regelmäßigen Abtastwerten im Abstand von
<(1/2) rekonstruiert werden
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0
Welche Probleme treten bei verrauschten Signalen auf?
  • Rauschen ist oft eine breitbandige Störung
  • auch wenn das Abtastheorem erfüllt ist, kann es durch Rauschen verletzt werden
  • →erhöhter Rauschanteil im abgetasteten Signal
  • Tiefpassfilter um Rauschanteile außerhalb des Frequenzbandes zu beseitigen (Antil-Alias-Tiefpassfilter)
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0
Was sind analoge Filter?
  • dient der Trennung von Nutz-, Störsignal und Rauschen
  • Frequenzselektiver Filter selektieren Frequenzbereiche
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Was sind Halbleiter?
Elemente, deren Leitfähigkeit zwischen Isolatoren und Leitern liegt
  • kristalliner Aufbau ohne Metallbindung
  • Leitfähigeit durch Fremdatome und Temperatur beeinflussbar
  • →Isolator beim absoluten Nullpunkt
68
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0
Welche Kristallstrukturen gibt es in Germanium und Silizium?
Struktur Atomgefüge
Amorphe unregelmäßig
Kristall regelmäig angeordnet
Mischkristall Fremdatome in Kristallstruktur
Polykristalle mehrere Kristalle bilden ein Gefüge
Einkristall Körper aus einem einzigen Kristall
Siliziumkristalle Atome in Tetraederstruktur
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Was ist das Orbitalmodell?
  • in Einzelatomen bewegen sich die Elektronen in verschiedenen Aufenthaltsbereichen, die jeweils verschiedenen Energieniveaus entsprechen
  • je mehr Atome in Wechselwirkung treten, desto mehr Energieniveaus sind möglich
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0
Was ist das Bändermodell?
  • verschiedene Energieniveaus werden zu Bändern zusammengefasst
  • kein Elektronenfluss in vollen oder leeren Bändern möglich
  • Differenz der Energienivaus ist wesentlich für die elektrische Leitfähigkeit

Valenzband
  • Elektronen im obersten Energieband (voll)

Leitungsband
  • Energieband über Valenzband
  • werden Elektronen durch Energiezufuhr in Leitungsband gehoben, können sie sich frei bewegen
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0
Was ist Dotierung?
  • gezielter Einbau von Fremdatomen in Silizium- oder Germaniumkristalle in einen Halbleiter
  • fehlende Valenzelektronen durch Aluminium, Bor, Indium
  • zusätzliche Valenzelektronen durch Arsen, Antimon oder Phosphor
72
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0
Was ist ein ein Donator- bzw. Akzeptoratom?
Donatoratom
  • Atom gibt zusäztliches Elektron leicht ab
  • →n-Dotierung

Akzeptoratom
  • Atom nimmt Elektron leicht auf
  • →p-Dotierung
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0
Was ist ein pn-Übergang?
= Grenzschicht zwischen p- und n-dotierter Schicht
  • Ausgleich der Ladungsträger durch Diffusion über Grenzschicht
  • →elektisches Feld entsteht
  • wenn Diffusions- und Feldwirkung gleich
→Gleichgewicht
→Zone ohne Majoritätsträger
→Diffusionspannung
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0
Was sind Majoritätsträger?
  • Elektronen bei n-Dotierung
  • Löcher bei p-Dotierung
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0
Was sind Halbleiterdioden?
  • nutzt Leitfähigkeitseigenschaften eines pn-Übergangs

Sperrrichtung
  • Ladungsträgerfreie Zone wird größer
  • kein Strom fließt
  • Durchbruch wenn Feldstärke zu groß wird (Lawineneffekt)
Durchlassrichtung
  • Ladungsfreie Zone wird kleiner
  • bei U > fließt ein Strom
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Was sind Zener-Dioden?
=  Z-Dioden
  • Ausnutzung des Lawinen-Effekts
  • Höchstwert nicht überschreiten
  • Anwendung: Spannungsbegrenzung bei Wechselspannung
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Was sind Foto-Dioden?
  • Licht gelangt durch Öffnung an den pn-Übergang
  • einfallendes Lichtquant erzeugt ein Elektron-Loch-Paar
  • in Sperrichtung betrieben (kein Licht → kein Strom)
  • →bei Lichteinfall fließt durch den Photoeffekt ein Strom proportional zur Lichtstärke
  • Anwendung: Lichtschranken, Datenübertragung mit Lichtwellenleitern
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0
Was sind Lumineszenzioden?
= LED
  • pn-Übergang mit hoher Dotierung
  • Betrieb in Durchlassrichtung (Vorwiderstand)
  • Durchlassstrom injiziert Ladungsträger in den p- und n-Bereich
  • →Rekombination (überschüssige Elektronen bzw. Löcher werden aus dem Leitungsband in das Valenzband gezogen)
  • durch Energieerhaltungssatz muss Energie abgegeben werden
  • →es entsteht ein Lichtquant
  • Anwendung: Anzeigen,  Datenübertragung mit Lichtwellenleitern, Optokoppler (Verbindung elektrisch getrennter Bauteile)
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0
Was ist ein Bipolarer Transistor?
  • Ausnutzung der Eigenschaft zweier pn-Übergänge
   NPN-Transistor
   PNP-Transistor
  • von jeder Zone ein Anschluss
   Emitter (E)
   Basis (B)
   Kollektor (C)

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Was ist der Transistoreffekt?
Basis der Transistoren extrem dünn
  • Emitter-Basis-Diode in Durchlassrichtung gepolt
  • meisten Elektronen nicht über Basis, sondern vom Kollektor aufgenommen
  • → kleiner Basisstrom

npn-Transistor
  • Spannung an Basis erhöht
  • →Basistrom bleibt klein, Kollektorstrom wächst stark
→ stromgesteuerter Widerstand
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Was ist der Arbeitspunkt (AP)?
  • kann sich nur entlang der Arbeitsgeraden verschieben

Sprerrbereich
  • AP1 bis AP2
  • Schalter aus

Aktiver Bereich
  • AP2 bis AP3
  • Transitor als Verstärker

Sättigungsbereich
  • AP3 bis AP4
  • Übersteuerung
  • Schalter ein

Übersteuerungsbereich
  • AP4 bis AP5
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0
Was ist ein Unipolarer Transistor?
  • Strom durch Spannung gesteuert
  • elektrisches Feld →Feldeffekt-Transistor (FET)
  • spannungsgesteuerter Widerstand

Anschlüsse
  • Source S (Quelle)
  • Drain D (Senke)
  • Gate G (Tor)

Wichtige Typen
  • Sperrschicht-FET (J-FET)
  • Isolationsschicht-FET (MOS-FET)
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0
Was ist die Sperrschicht-FET?
=  Sperrschicht-Feldeffekttransistor
=  Junction-FET
  • hier: n-Kanal
  • n-Kanal ist leitender Bereich
  • Stromfluss durch Spannung am Gate gesteuert
  • Erhöhung der Gatespannung
→Ausdehnung der Sperrschicht (Raumladungszone)
→Strom von Drain nach Source verringert)
  • kein Strom am G rötig, um Stromfluss von G zu S zu steuern
84
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0
Was ist ein Isolierschicht-FET?
=   MOS-FET
  • Leitfähigkeit durch Influenz beeinflusst
  • Gate durch dünne Isoierschicht abgetrennt
  • MOS = Metal Oxide Semiconductor
  • da n- bzw. p-Zonen weit auseinanderliegen, kommt es nicht zum Transistoreffekt
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0
Was ist der NMOS-Transistor?
  • gesteuertes Halbleiter-Substrat ist p-dotiert
  • Anschlüsse stark n-dotiert
  • n-Kanal-MOS-FET
  • Anreicherungstyp: enhancement, selbstsperrend
  • leitet wenn positiv

Funktionsweise
  • unter Oxidschicht sammeln sich Ladungsträger an
  • Raumladung (Löcher) zurückgedrängt
  • leitender n-Kanal bildet sich
  • Dicke abhängig von
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0
Was ist ein PMOS-Transistor?
  • gesteuertes Halbleiter-Substrat ist n-dotiert
  • Anschlüsse sind stark p-dotiert
  • p-Kanal-MOS-FET
  • leitet, wenn negativ

Funktionsweise
  • analog zum PMOS-Transistor
  • statt Ladungsträger werden Löcher durch Influenz angesammelt
  • →leitender p-Kanal
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0
Was ist der selbstleitende MOS-Transistor?
  • Verarmungstyp (depletion, selbstleitend)

Funktionsweise
  • leitender Kanal Vorhanden
  • →n-Kanal bei n-MOS/ p-Kanal bei p-MOS
  • Anlegen geeigneter Spannung zwischen G und S sperrt Kanal durch Influenz
  • →negative Spannung bei n-MOS/ posivite bei p-MOS
88
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0
Wie kann man den Transistor als Schalter nutzen?
Elektronische Verknüpfungselemente aus Halbleiterbauelementen
  • binäre Schaltvariablen nach Gesetzen der Schaltalgebra verknüpft
  • Werte = Zweiwertigkeit von Schaltzuständen
  • "Ein" = 1 = 5V = POWER = VDD
  • "Aus" = 0  = 0V = GROUND = VSS
  • Verknüpfungselemente werden zu komplexen Schaltnetzen und Schaltwerken zusammengefügt
  • beteiligte Schaltelemente müssen gleiche Signalpegel haben
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0
Zeige ein paar Schaltzeichen nach DIN!
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0
Was ist der ideale Schalter?
Schaltvorgang
  • erfordert keine Leistung
  • benötigt keine Zeit
  • am geschlossenen Schalter fällt keine Spannung

Schaltzustand "Ein"
(Innenwiderstand)

Schaltzustand "Aus"
(Sperrwiderstand)
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0
Was ist ein realer Schalter?
  • kann nicht 0 sein
  • kann nicht sein

→es wird versucht, möglichst klein und möglichst groß zu machen
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0
Wie funktioniert ein bipolarer Transistor als Schalter?
  • Schaltvorgang duch Basisstrom gesteuert
  • Schalter Ein→ Transistor leitet
  • Schalter Aus→ Transistor sperrt
  • Arbeitspunkte so berechnet, dass leitender Transitor sich im Übersteuerungsbereich befindet
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0
NMOS-Transistor als Schalter?
  • muss Tresholdspannung (Grenzwertspannung) übersteigen
  • Verwendung wie bipolarer Transistor
  • Substrat-Anschluss (Bulk) muss "negativer" sein als Gate
  • →häufig zusätzlich negative Spannung (-5V)
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0
Der PMOS-Transistor als Schalter?
  • Gate-Anschluss auf 0V (Masse)
  • Spannung hoch (ca. 1,7V)
  • Problem: leitet schlecht, da Spannungsunterschied von Gate und Source zu gering
  • Lösung: Widerstand an Drain
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Fasse die MOS-Transistoren als Schalter in einer Übersicht zusammen!
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0
Was sind Integrierte Widerstände?
  • Problem: konventionelle Widerstände brauchen viel Plaz
  • Lösung: nur MOS-Transistoren verwenden
   kein Gate-Widerstand nötig (Gate isoliert →kein Strom)
   Drain-Widerstand ersetztbar (schlecht leitende NMOS/PMOS)
   Transistoren lassen sich kleiner bauen als integrierte Widerstände
  • Nachteile: Versorgungsspannung und 0-Pegel am Ausgang nicht mehr erreichbar
  • Schaltungen nicht miteinander verbindbar

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0
Was ist ein Signalpegel?
  • Signale nie genau dargestellt
  • Transistor keine idealer Schalter
  • Eingang eines nachfolgenden Transistors hat Auswirkungen auf den vorgehenden

Kenngrößen
  • Störspannung
  • Pegel
  • Signalübergangszeit
  • Signallaufzeit
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0
Was ist die Störspannung?
Spannung, welche das Signal stört
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Was ist ein Pegel?
  • verhindert, dass Störspannungen zu falschen Signalen führen
  • High →Spannung ist mindestens so hoch wie der high Pegel
  • Low→Spannung ist höchstens so hoch wie der low Pegel
  • Pegel werden logische Werte zugeordnet
  • →High = 1, Low = 0
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0
Was ist die Signalübergangszeit?
=transition tirne
  • Flankensteilheit
  • Übergang von "H" nach "L" oder von "L" nach "H"
101
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Was ist die Signallaufzeit?
=Propagation delay
  • Zeit, die das Signalimpuls vom Eingang bis zum Ende der Schaltung benötigt
  • mittlere Signallaufzeit bezogen auf die 50%-Marke der Amplitude zwischen H- und L-Pegel
102
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0
Was sind logische Schaltglieder?
  • Schaltungen werden aus logischen Gattern aufgebaut
  • →logische Grundfunktion: UND, ODER, NICHT
  • logische Gatter sind atomare Bausteine der Digitaltechnik
  • Eingangssignalpegel der Gatter müssen zu Ausgangspegeln kompatibel sein
  • → Leitungen verbinden Ausgänge eines Gatters mit nachfolgenden
103
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0
Was ist das NICHT-Gatter?
= Inverter
  • Eingangswert wird negiert
A Y
0 1
1 0
104
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0
Was ist das NAND-Gatter?
Reihenschaltung zweier Schalter oder zweier Transistoren
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

105
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0
Was ist ein NOR-Gatter
Parallelschaltung zweier Schalter oder zweier Transistoren

Wertetahbelle:
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
106
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0
Was ist ein UND-Gatter?
Verknüpfung aus NAND und NICHT
→NMOS-Transistorschaltbild

A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
11 1
107
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0
Was ist das ODER-Gatter?
Verknüpfung aus NOR und NICHT
→NMOS-Transistorschaltbild
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
108
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0
Was ist die CMOS-Tecknik?
= Complementary MOS
  • komplementäre Paare aus nMOS- und pMOS-Transistoren
  • Widerstände durch PMOS-Transistor ersetzt
  • Vorteile: keine Widerstände nötig, nur geringer Strom fließt
  • Nachteil: schwierige Herstellung, da n- und p-MOS auf demselben Substrat integriert werden müssen
109
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0
Welche CMOS-Gatter gibt es?
Schaltzeichen für NICHT-Gatter:

NAND-Gatter:

NOR-Gatter:

UND-Gatter:

ODER-Gatter:

110
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0
Wie ist die Wertetabelle für CMOS Nicht-/NANND-/NOR-/UND-/Oder-Gatter?
Nicht-Gatter:
A Y
0 1
1 0

Nand-Gatter
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

NOR-Gatter
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

UND-Gatter (NAND und NOT)
A B NAND UND
0 0 1 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1

ODER-Gatter (NOR und NOT)
A B NOR Oder
0 0 1 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 0 1
111
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0
Was ist der Komplementärschalter?
  • Transmission Gate
  • Parallelschaltung eines PMOS- und NMOS-Transitors
  • Schalter S erlaubt Durchschalten des Signals an Schalter A
112
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0
Was ist ein Multiplexer?
  • Signalfluss wird über ein Steuersignal ausgewählt
  • können aus Komplementärschaltern aufgebaut werden
113
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0
Was ist ein FlipFlop?
  • hält stabile Zustände
  • für Zähler entwickelt

NAND
S R Q
0 0
1 0 1 0
0 1 0 1
1 1 X X nicht erlaubt

114
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0
Wie lässt sich ein Speicher aufbauen?
Speicherelement aus CMOS-Struktur
  • zwei Inverter und ein Multiplexer
  • Ausgabe fogt der Eingabe, falls L = 1
  • Ausgabe speichert letzten wert, falls L = 0
115
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0
Wie lauten die Grundregeln des CMOS-Entwurfs?
  • zu keinem Zeitpunkt darf ein Pfad von der Spannungsversorgung zur Referenzspannung geschaltet sein
  • alle parallelen NMOS-Transistoren müssen im P-Teil in Reihe geschaltet werden
  • alle in Reihe geschalteten NMOS-Transistoren müssen im P-Teil parallel geschaltet werden

→PMOS-Transistoren schalten die Spannungsversorgung
→NMOS-Transistoren schalten die Referenzspannung
116
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0
Wie werden MOS-Schaltkreise physikalisch dargestellt?
  • verwendet, um physikalischen Aufbei einer integrierten Schaltung zu beschreiben
  • →automatische Erzeugung von Belichtungsmasken für Chipherstellung
  • einzelne Transistoren entstehen durch Übereinanderlegen von
117
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0
Was regeln die Entwurfsregeln für MOS-Schaltkreise?
  • minimale Leiterbahnbreiten
  • minimale Abstände zwischen Leiterbahnen
  • minimale Größen von Transistoren, Kontakten, I/O-Pads

→Einhaltung führt zur korrekten elektrischen Funktionsfähigkeit
→Entwurfsregeln begrenzen Integrationsdichte (Transistoren pro Fläche)
118
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0
Welche Entwurfsmethoden gibt es um MOS-Schaltkreise herzustellen?
Full-custom
  • graphischer Layout-Editor, um durch farbige Rechtecke die Schichten auf dem Chip festzulegen

Semi-custom
  • Entwurf basiert auf Standardzellen
  • Layout wird daraus automatisch erzeugt

Silicon-Compiler
  • funktionelles Verhalten wird beschrieben
  • daraus werden automatisch die Schaltkreise und das Layout erzeugt
119
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0
Was ist ein Wafer?
  • monokristalline Siliziumscheibe
  • Dicke: ca 0.2mm
  • Durchmesser: bis 300mm
120
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0
Wie erfolgt die Oxydation?
  • Siliciumoxyd ist ein guter Isolator
  • wird erzeugt, indem der Wafer einer oxydierenden Umgebung ausgesetzt wird (Wasserdampf / Sauerstoff)
  • besitzt das doppelte Volumen von Silizium und wächst vertikal und horizontal
121
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0
Was ist die selektive Diffusion?
= das Erzeugen verschieden dotierter Siliziumschichten
  • Flächen müssen beliebige Formen annehmen können
  • und genau platziert und skaliert sein
  • verhindert den Dotierungsvorgang, kann später durch Säure entfernt werden


122
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0
Wie läuft die selektive Diffusion ab?
  • Oxydieren der Siliziumoberfläche
  • beschichten mit einem lichtempfindlichen Lack
  • belichten mit UL-Licht über eine Maske
  • entfernen des nicht belichteten Photolacks und des darunterliegenden Siliziumoxyds
123
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0
Wie entsteht ein NMOS-Transistor?
  • selektive Diffusion
  • Polykristallines Silizium wird aufgedampft

  • gleiche Schritte für die Flächen mit negativer Dotierung
  • Kontaktstellen werden durch Ätzung freigelegt
  • Metallbahnen zur Verbindung werden aufgedampft
124
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0
Was ist ein Die?
Zersägen des Wafers
→Plättchen, auf dem sich ein vollständiges und funktionsfähiges Bauteil befindet
125
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0
Was ist das Bonding?
= Verbindung des Die mit dem Gehäuse

Chipbonden
  • Befestigung (Kleben, Löten) des Die mit dem Trägermaterial (Keramik, Leiterbahnen) des Gehäuses

Drahtbonden
  • Die wird durch dünne Drähte (Gold, Alu) mit den Anschlüssen des Gehäuses verbunden
  • mittels Wärmeenergie oder Ultraschall

Vergießen
  • Aufbringen von Vergussmasse zum Schutz des Chips
  • Molding: zu umhüllende Teile werden in eine Form gebracht, die mittels Druck in eine Kunststoffmasse aufgefüllt wird
126
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0
Was ist die Flip-Chip-Montage?
  • ungehäuster Chip wird direkt, ohne Anschlussdrähte, mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten zum Substrat/Schaltungsträger montiert
  • Kontaktierung mittels Kontaktierhügel

Vorteile
  • kurze Verbindungen
  • Chips mit mehreren tausend Anschlüssen möglich
127
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0
Welche Package-Arten gibt es?
System-in-Package (SiP)
= 3D-Integration
  • mehere Komponenten werden übereinander in einem Gehäuse integriert
  • mehere Dies aus unterschiedlichen Materialien möglich

System-on-Package (SoP)
  • ganzes System mit vielen Funktionseinheiten wird in einem Package vereinigt

Package-on-Package (PoP)
  • mehrere verbundene Packages
Flashcard set info:
Author: David
Main topic: Informatk
Topic: Technische Informatik
School / Univ.: Universität Leipzig
City: Leipzig
Published: 11.02.2011
Tags: TI, Middendorf
 
Card tags:
All cards (127)
Elektrotechnische Grundlagen (9)
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