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title: ST

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# ST
:::info
- Videos s. [Studonkurs](https://www.studon.fau.de/crs162262.html) (Videos verfügbar Montags 12.15)
- Übung Donnerstag (16.15)
- Live Fragestunde (Dienstag und Mittwochs ab zweiter Woche 16.15-17.00)
- Grundschaltungen für Klausur
- Hilfsmittelklausur: TR und 4 Seiten FS
- Theoriefragen im StudOn-Kurs
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## Diode
<img src="https://i.imgur.com/dAkDz7c.png" width="200px"></img>

* Diode: Zweipol: Eintor
* Größe der Raumladungszone stark temperaturabhängig
* Temperatursp.: $U_T$ = 26 mV (bei Zimmertemperatur)
* Diode kann gut als elektrischer Schalter verwendet werden (typisches on-off-Verhalten)
    * Aus: Sperrrichtung, praktisch kein Strom
    * An: Flussrichtung, exponentieller Anstieg, viel Strom
    * $U_F$ Vorwärtsspannung / Flussspannung, da würde der Schalter schalten (Schaltpunkt)
* Kleinsignalbetrieb / Näherung: Um Arbeitspunkt herum ist eine kleine Aussteuerung nahezu linear, (wie ein differentieller Widerstand)
* Diode als Leistungsdetektor
* => maximal zulässigen Strom & Sperrspannung bei Schaltungsentwurf beachten
* Zener-Diode zur Spannungsstabilisierung
* Varaktor-Diode als spannungsgesteuerte Kapazität (Sperrschichtkapazität, $C_{Sperr}=f(U_{Sperr})$)
* Frequenz eines Oszillators kann durch die Steuerung des Kondensators in einem LC-Glied bestimmt werden (VCO - Voltage controlled oscillators)
    * z.B. Einstellen einer zu empfangenden Frequenz

## Bipolartransistor (Kombination von zwei pn-Übergängen)
- Wichtige Schaltzeichen:

    |            npn-Transistor            |            pnp-Transistor            |
    |:------------------------------------:|:------------------------------------:|
    |          Pfeil zum Emitter           |        Pfeil vom Emitter weg         |
    | ![](https://i.imgur.com/YA5W9lt.png) | ![](https://i.imgur.com/pAmC1dB.png) |
    | ![](https://i.imgur.com/Wcnm7Cd.png) | ![](https://i.imgur.com/XxH1e55.png) |

* Planartechnologie: um mehrere Transistoren, Dioden und Widerstände auf einem Substrat (Chip) zu platzieren und zu verbinden
* Substratdiode: alle gesperrt, trennen benachbarte Transistoren von diesem
* Stromverstärkung (typischer Wert 100): $I_C$: Ausgangsgröße meist in mA, $I_B$: Eingangsgröße meist in $\mu$A
* Großsignalverstärkung: steigt mit zunehmenden Kollektorstrom, kracht ab gewissen Wert zusammen (Hochstromeffekt)
* <img src="https://i.imgur.com/rnmuuFC.png" width="450px"></img>
* Großsignalverstärkung / Gleichstromverstärkung B nie gleich Kleinsignalverstärkung $\beta$
* Kennlinienfeld: $I_C=I_S\cdot e^{\frac{U{BE}}{U_T}}\left(1+\frac{U_{CE}}{U_A}\right)$
* Earlyspannung: $U_A$ (typisch 100V)
* Großsignalmodell z.B. Ebers-Moll-Modell
* ![](https://i.imgur.com/f5dTta2.png) (N für Normalbetríeb, I für Inversbetrieb in Zeichnung)

## Bipolartransitor - Kleinsignal
- Kleinsignalbetrieb: Verstärkung nahezu *linear* bei kleinen Aussteuerungen
- Linearität: $\omega$ konstant, es treten als keine neuen Freuquenzen auf
- Eingangs-, Übertragungs-& Ausgangskennlinie
    - Linearität (Tangente) im Arbeitspunkt in allen Kennlinien
- ![](https://i.imgur.com/PGf8Oth.png)
    - $r_{BE}=\frac{\Delta U_{BE}}{\Delta I_B} = \frac \beta S$ : Differentieller Kleinsignal*eingangs*widerstand
        - $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$: Kleinsignal-Stromverstärkung
    - $S=\frac{\Delta I_C}{\Delta U_{BE}}=\frac{I_C}{U_T}$: Steilheit (Leitwert) - Maß für die Verstärkung
        - Größere Steilheit -> mehr Verstärkung
    - $r_{CE}=\frac{\Delta U_{CE}}{\Delta I_C}=\frac{U_A}{I_C}$: Differentieller Kleinsignal*ausgangs*widerstand
- Rückwärtssteilheit (inverse Steilheit) $S_R\approx$ 0, in Praxis sehr klein
- $\mathrm{Kleinsignalgröße} = \mathrm{Gesamtgröße} - \mathrm{Arbeitspunktsgröße}$ 
    - gilt für U, I mit jeweiligen Indizes
> [color=#f48544] TODO: Diverse Ersatzschaltbilddarstellungen, Zweitore
- nichtlineare Effekte unerwünscht, auch nichtlineare Verzerrungen genannt
- Nichtidealitäten: Rauschen, Nichtlineare Verzerrungen, Fertigungstoleranzen, Alterung, ...
- Zur Berücksichtigung der Kennlinienkrümmungen können höhere Taylor-Potenzen betrachtet werden
    - *Höhere Taylor-Potenzen liefern Verzerrung / Oberwellen *
    - Quadratisch: Gleichanteil, doppelte Frequenz
    - Kubisch: verändert linearen Anteil, dreifache Frequenz
- Grenzdaten z.B. Transitor bei Überschreiten kann dieser kaputt gehen
- Durchbruch in Grenzen reversibel, wenn dieser nur kurzzeitig erfolgt
- Ausgangskennlinienfeld ?!
- Save Operation Area (SOA): sicherer Betrieb des Transistors möglich, bei Impulsbetrieb (als schneller Schalter) sind die Anforderungen an max. Strom deutlich geringer
- Einschirmeffekte ab 150°C bei Silizium (thermische Durchverbidnung zum Kühlkörper unteranderem um dies zu verhindern)
- JC: Junction: Sperrschicht
- thermischer Stromkreis (wärme Strom, Kapazität (Sperrschicht, Widerstände, Umgebung(Luft)) - keine Induktivitäten - wäre unphysikalisch warum?! :100:

## Feldeffekttransistor
- Mosfet: Gate ist isoliert, bei JFET nicht
- ![](https://i.imgur.com/6mrEeWR.png =300x)
- Sperrbereich, Ohmscher Bereich, Abschnürbereich
- Bipolartransitor deutlich stärkere Verstärkung (Steilheit!) als FET (Vorteil durch CMOS Technik bei Fertigung)
- Bipolartransistor hohe Ausgangsleistung, rauschärmer und für höhere Frequenzen geeignet z.B. bei Low Noise Amplifier
- ![](https://i.imgur.com/0yTA6hJ.png =400x)
- 
## Grundschaltung / Emitterschaltung
- npn bessere elektrische Eigenschaften als pnp (Bipolartransistor) - **warum?**
- ![](https://i.imgur.com/0e9Dp0W.png)
- ![](https://i.imgur.com/pMhdLS1.png)

- Wirkung Stromgegenkopplung

## Vorlesung 4
- Emitterschaltung: Emitter dient weder als Eingang noch als Ausgang, verstärkt Spannugn und Strom, npn Transistoren werden bevorzugt
- TODO verschiedene Formel Spannungs- und Stromgegenkopplung in Tabelle vergleichen
- 
## Emitterschaltung:
|Näherungsformeln|ohne Gegenkopplung|mit Stromgegenkopplung|mit Spannungsgegenkopplung|
| -------- | -------- | -------- |---|
|**Spannungsverstärkung** | $-SR_{Cges}$   | $-\frac{R_C}{R_E}$ |$-\frac{R_2}{R_1}$|
|**Eingangswiderstand** |$r_{BE}$| $r_{BE}+\beta\cdot R_E$|$R_1$
|**Ausgangswiderstand**|$R_C$|$R_C$|$R_C \parallel [\frac{1}{s}(1+\frac{R_2}{R_1})+\frac{R_2}{\beta}]$|
-  ![](https://i.imgur.com/4RgWo6I.png)
- n-kanal besser als p-kanal da diese einen größeren Steilheitskoeffizienten haben

## Kollektorschaltung

![](https://i.imgur.com/Bqt9aFF.png =250x)


## von Elektronik und Schaltungstechnik

* passive Netzwerke sind immer umkehrbar (auch wenn sie nicht aufbausymetrisch sind!)
* Dämpfungsglied, Ausgangsleistung immer kleiner als Eingangsleistung, an Widerstäden mit wärme
* db multiplizieren entspricht addieren

### Komplexe Bauelemente/Halbleiter (Kap. 4)
* HL widerstand nimmt bei wärme ab, strom steigt, heizt sich mehr auf, ... -> brennt durch, Bauelemente tot
* Temperatur ist Gitterschwingung
* Akkustik = Temp. Phononen?!
* gequantel nur bestimmte z.B. Kreisfreq. sind möglich, diskrete werte die erlaubt sind
* E=h*f
* verbotene Zone Energiebarriere
* 12
* abtastimpuls dauer 0: Dirac Impuls
tiefpass filter um so einfacher je größer abstand zu spiegelspektrum
höhere filterordnung -> desto höher ist hardwarerealisierungs aufwand
s&h sample and hold Abtast und haltglied
oversampling ratio osr
nso noise shapig order verhältnis
je größer snr desto höher die auflösung bitgeweinn höheres N
dual slope zählverfahren
