Vorlesungsskript Grundlagen der Elektrotechnik

Technische Universität Hamburg-Harburg
Institut für Mechatronik im Maschinenbau
Prof. Dr.-Ing. T. A. Kern Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg
Tel.: 040/428 78-4204






Manuskript der Vorlesung





„Grundlagen der Elektrotechnik"



Grundlagen
Netzwerke
Wechselstrom
Drehstrom
Elektronik








Im Wintersemester für die Bachelor-Studiengänge:
Maschinenbau, Schiffbau, Verfahrenstechnik, Energie- und Umwelttechnik, Bioverfahrenstechnik, Logistik und Mobilität


Inhalt
1 Einheitensystem der Elektrotechnik
1.1 Physikalische Größe
1.2 Größengleichungen
1.3 Umrechnung von Einheiten
1.4 Grundeinheiten der Elektrotechnik
1.5 Abgeleitete Einheiten
2 Spannung, Strom, Widerstand, Leistung
2.1 Elektrische Spannung
2.2 Elektrischer Strom, Stromstärke
2.3 Elektrischer Widerstand und Ohm'sches Gesetz
2.4 Elektrische Arbeit (Energie) und elektrische Leistung
2.5 Abgeleitete Einheiten
2.6 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes
2.7 Nichtlineare Widerstände
2.8 Ideale Strom- und Spannungsquelle
3 Lineare Netzwerke bei Gleichstrom
3.1 Grundaufgabe der Netzwerkberechnung
3.2 Zählpfeilsysteme
3.3 Knotenregel (Erste Kirchhoff'sche Regel)
3.4 Parallelschaltung von Widerständen, Stromteilerregel
3.5 Maschenregel (zweite Kirchhoff'sche Regel)
3.6 Reihenschaltung von Widerständen, Spannungsteilerregel
3.7 Berechnung mit den Kirchhoffschen Regeln
3.8 Überlagerungs-Verfahren
3.9 Ersatzspannungs- und stromquelle
3.10 Verfahren der Ersatzspannungsquelle und -stromquelle
3.11 Netzwerkberechnung durch schrittweise Vereinfachung
3.12 Leistung bei Spannungsquellen und Verbraucher
3.13 Die Messung von Spannungen, Strömen und Widerständen
4 Kapazitäten, Induktivitäten (Kurzfassung)
4.1 Kapazitäten, Kondensatoren
4.2 Induktivitäten, Spulen
5 Wechselstrom
5.1 Allgemeiner Fall und Motivation
5.2 Sinusförmige Größen
5.3 Winkel- oder Phasenbeziehungen zwischen Wechselstromgrößen
5.4 Arithmetischer Mittelwert
5.5 Effektivwert
6 Die komplexe Wechselstromrechnung
6.1 Grund für die Anwendung der komplexen Rechnung
6.2 Die Zeigerdarstellung in der Gauß`schen Zahlenebene
6.3 Rechenregeln
6.3.1 Addition und Subtraktion von Zeigern
6.3.2 Multiplikation und Division von Zeigern
6.3.3 Differentiation und Integration
6.4 Anwendung der komplexen Rechnung in der Wechselstromtechnik
6.4.1 Darstellung von harmonischen Funktionen durch komplexe Zahlen
6.4.2 Das Ohm'sche Gesetz und der Scheinwiderstand, Impedanz
6.5 Berechnung von Wechselstromkreisen mit komplexen Rechnung
6.5.1 Parallelschaltung von R und L
6.5.2 Netzwerk mit Widerständen, Induktivität und Kapazität
6.6 Leistung bei Wechselstrom
7 Drehstrom
7.1 Prinzip
7.2 Leistung
7.3 Leistungsmessung
7.4 Transformator für Drehstrom
8 Elektronische Bauelemente
8.1 Grundlagen elektronischer Halbleiter, Diode
8.1.1 Halbleiter
8.1.2 Dotierung
8.1.3 pn-Übergang
8.1.4 Diode
8.1.5 Zenerdiode
8.2 Transistoren
8.2.1 Der bipolare Transistor
8.2.2 Der Feldeffekttransistor
8.3 Bauelemente der Leistungselektronik
8.3.1 Thyristor
8.3.2 GTO
8.3.3 IGBT
9 Operationsverstärker
9.1 Einführung
9.2 Äußere Anschlüsse, Betriebsverhalten ohne äußere Beschaltung
9.3 Gegenkopplung, Verstärker
9.3.1 Invertierender Verstärker
9.3.2 Differenzverstärker
9.3.3 Verstärker mit vorgegebener Verstärkung mit Begrenzung der Ausgangsspannung
9.3.4 Addition und Subtraktion von Spannungen
9.3.5 Realisierung von Zeitfunktion mit Operationsverstärkern
9.3.6 Operationsverstärker bei Wechselstrom
9.4 Operationsverstärker als binärer Schalter (Trigger, Kippverstärker)
9.4.1 Einfacher Komparator
9.4.2 Komparator mit Hysterese, Mitkopplung
Anhang A: Übungsaufgaben
Anhang B: Lösungen zu den Übungsaufgaben