OPV Schaltungen, parbox

ELK2_FS/formelsammlung.tex

@@ -1,15 +1,15 @@
-% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
+% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
 % ELK2 Formelsammlung
 %
 % @encode: 	UTF-8, tabwidth = 4, newline = LF
 % @author:  Mario Fleischmann
 % @source:	http://www.latex4ei.de
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+% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
 
 
-% ======================================================================
+% ============================================================================================
 % Document Settings
-% ======================================================================
+% ============================================================================================
 
 % possible options: color/nocolor, english/german, threecolumn
 % default: color, english
@@ -17,32 +17,58 @@
 \usepackage{gensymb}
 \usepackage{cancel}
 
+
+\usepackage{pbox}			% Spaltenpaket
+
 % set document information
 \title{Elektronik 2}
 \author{Mario Fleischmann}
 \myemail{fleischmannma75068@th-nuernberg.de}
-
 \fancyfoot[L]{Keine Gewähr auf Vollständigkeit oder Richtigkeit!}
 
-% DOCUMENT_BEGIN ===============================================================
+% DOCUMENT_BEGIN =============================================================================
 \begin{document}
 
 \IfFileExists{git.id}{\input{git.id}}{}
 \ifdefined\GitRevision\mydate{\GitNiceDate\ (git \GitRevision)}\fi
 
-\maketitle	% requires ./img/Logo.pdf
+\maketitle	% requires EFI Logo: ./img/Logo.pdf
 
-% SECTION ====================================================================================
+% Thema 1: Grundlagen der Schaltungs-Analyse =================================================
+%TODO: \input{./thema1_grundlagen.tex}
+% ============================================================================================
+
+% Thema 2: SPICE Simulation, PSPICE Tutorial =================================================
+%TODO: \input{./thema2_pspice.tex}
+% ============================================================================================
+
+% Thema 3: Lineare Transistorschaltungen =====================================================
 \input{./thema3_transistor.tex}
 % ============================================================================================
 
-% SECTION ====================================================================================
+% Thema 4: Lineare OPV-Schaltungen============================================================
 \input{./thema4_linearer_OPV.tex}
 % ============================================================================================
 
-% SECTION ====================================================================================
+% Thema 5: Nichtlineare OPV-Schaltungen ======================================================
 \input{./thema5_nichtlinearer_OPV.tex}
 % ============================================================================================
 
+% Thema 6: Gegentakt-, Leistungs-Verstärker ==================================================
+%TODO :\input{./thema6_gegentakt_verstaerker.tex}
+% ============================================================================================
+
+% Thema 7: Leistungselektronische Schaltungen, Lastschalter ==================================
+%\input{./thema7_leistungselektronik_schalter.tex}
+% ============================================================================================
+
+% Thema 8: Leistungselektronische Schaltungen, Schaltverhalten, Brücken und Treiber ==========
+%\input{./thema8_leistungselektronik_schaltungen.tex}
+% ============================================================================================
+
+% Thema 9: Spannungsversorgung, DC-DC Wandler ================================================
+%\input{./thema9_spannungsversorgung.tex}
+% ============================================================================================
+
 % DOCUMENT_END ===============================================================================
 \end{document}

ELK2_FS/thema3_transistor.tex

@@ -3,31 +3,38 @@
 % ============================================================================================
 
 \begin{sectionbox}
+
+	% BJT Formeln
+	% ----------------------------------------------------------------------
 	\subsection{Bipolartransistor}
   % NF Modell %
-  \begin{bluebox}
+  \begin{emphbox}
   $g_m \approx \frac{{I_C}^{(A)}}{U_T}$ \quad\
   $g_{ce} \approx \frac{{I_C}^{(A)}}{VAF}$ \quad\
   $g_{be} \approx \frac{{g_m}^{(A)}}{BF(=β_0)}$
-  \end{bluebox}
+  \end{emphbox}
 
   % HF Modell %
-  \begin{bluebox}
+  \begin{emphbox}
   \item$c_{bc} \approx {C_{JBC}}^{(A)} = \frac{CJC}{(1-\frac{{U_{BC}}^{(A)}}{VJC})^{^{MJC}}}$
   \item$c_{be} \approx {C_{DBE}}^{(A)} = T_F \cdot g_m$
-  \end{bluebox}
+  \end{emphbox}
 
   % Typische Größenrelationen %
-  \begin{bluebox}
+  \begin{emphbox}
 	$g_m >> g_{be} >> g_{ce}$ \quad\
 	$g_m >> \omega \cdot c_{bc}$ \quad\
   $c_{be} >> c_{bc}$
-  \end{bluebox}
+  \end{emphbox}
 \end{sectionbox}
 
 \begin{sectionbox}
-  \subsection{Seriengegengekoppelte Emitterschaltung} % Ohne CE%
-  % Spannungsverstärkung %
+
+	% Seriengegengekoppelte	Emitterschaltung (ohne CE)
+	% ----------------------------------------------------------------------
+  \subsection{Seriengegengekoppelte Emitterschaltung}
+
+	% Spannungsverstärkung %
   $\underline{a}_V = \frac {-g_m \cdot {r_L}^*} {1+(g_m+g_{be}) \cdot R_E}$
 
   % Schnittstellenimpedanzen %
@@ -35,7 +42,10 @@
   $\underline{z}_{a,Tr} = r_{ce}\cdot(1+(R_E||(r_{be}+{r_G}^*))\cdot\frac{g_m\cdot r_{be}}{r_{be}+{r_G}^*})$ \newline
 	$\underline{z}_{a,Tr}({r_G^*}=0) \approx  r_{ce} \cdot (1 + g_m \cdot R_E))$
 
+	% Emitterschaltung (mit CE)
+	% ----------------------------------------------------------------------
   \subsection{Emitterschaltung}
+
   % Spannungsverstärkung %
   $\underline{a}_V = -g_m \cdot {r_L}^*$
 
@@ -49,6 +59,8 @@
   % Eckfrequenz Emitterkondensator
   $f_{3dB,CE} = \frac {g_m} {2\pi \cdot C_E}$
 
+	% Kollektorschaltung
+	% ----------------------------------------------------------------------
   \subsection{Kollektorschaltung}
   % Spannungsverstärkung %
   $\underline{a}_V = \frac{g_m \cdot {r_L}^*}{1+g_m \cdot {r_L}^*}$
@@ -69,6 +81,9 @@
 \end{sectionbox}
 
 \begin{sectionbox}
+
+	% Koppelkondensatoren
+	% ----------------------------------------------------------------------
   \subsection{AC-, DC- Kopplung}
 
   $f_{3dB,Ck1} = \frac{1}{2\pi\cdot (R_G + r_{in})\cdot C_{k1}}$ \newline
@@ -81,9 +96,16 @@
     $HP_2$: $f_{3dB,Ck2} = f_{3dB,Ck1} = 0,644 \cdot f_{3dB,uB}$
 	\end{cookbox}
 
+\end{sectionbox}
+
+\begin{sectionbox}
+	% Differenzstruktur
+	
+	% ----------------------------------------------------------------------
   \subsection{Differenzverstärkung}
   $\underline{a}_{VD1} (=\frac{\underline{u}_{out1}}{\underline{u}_{id}}) = - \underline{a}_{VD2}(=\frac{-\underline{u}_{out2}}{\underline{u}_{id}}) $ \newline
   $= -\frac{g_m}{2}\cdot (r_L||r_{ce})=\frac{\underline{a}_{VD}}{2}$ \newline
 
   $\underline{z}_{inD} (=\underline{z}_{id})  =\frac{\underline{u}_{id}}{\underline{i}_{in1}} = 2\cdot r_{be}$
+
 \end{sectionbox}

ELK2_FS/thema4_linearer_OPV.tex

@@ -3,33 +3,160 @@
 % ============================================================================================
 
 \begin{sectionbox}
+
+	% OPV Formeln
+	% ----------------------------------------------------------------------
 	\subsection{Operationsverstärker}
-  % Differenzverstärkung %
-  $A_{VD}(=V_{UD})=\frac{U_{OUT}}{U_{ID}}(typ.>100k)>>1$ \newline
-  % GLeichtaktverstärkung %
-  $A_{VC}=\frac{U_{OUT}}{U_{CM}} \approx 0$ \newline
-  % Common Mode Rejection Ratio %
-  $CMMR=\frac{A_{VD}}{A_{VC}}>>1$ \quad\
-  $CMMR/dB=20\cdot log(\frac{A_{VD}}{A_{VC}})$
 
-  % Frequenzgang %
-  $\underline{V}_{ud}(f)=\frac{V_{UD}}{\cancel{1}+\frac{j\cdot f}{f_1}}$ \newline
-  $f_1(=f_{1,3dB})=\frac{f_T(=GBW)}{V_{ud}}$
+		% Differenzverstärkung %
+	  $A_{VD}(=V_{UD})=\frac{U_{OUT}}{U_{ID}}(typ.>100k)>>1$
 
+		% GLeichtaktverstärkung %
+	  $A_{VC}=\frac{U_{OUT}}{U_{CM}} \approx 0$
+
+		% Common Mode Rejection Ratio %
+	  $CMMR=\frac{A_{VD}}{A_{VC}}>>1$ \quad\
+	  $CMMR/dB=20\cdot log(\frac{A_{VD}}{A_{VC}})$
+
+	  % Frequenzgang %
+	  $\underline{V}_{ud}(f)=\frac{V_{UD}}{\cancel{1}+\frac{j\cdot f}{f_1}}$
+		\begin{emphbox}
+	  	$f_1(=f_{1,3dB})=\frac{f_T(=GBW)}{V_{ud}}$
+		\end{emphbox}
+
+	% Standard-Rückkopplungsstruktur
+	% ----------------------------------------------------------------------
   \subsection{Standardstruktur}
+
   \begin{center}
     \includegraphics[width = 0.5\columnwidth]{img_02_01_Standardstruktur}
   \end{center}
-  $\underline{u}_2 = \underline{a}_V^+ \cdot \underline{u}_1^+ + \underline{a}_V^- \cdot \underline{u}_1^-$ \newline
 
-  $\underline{a}_V^+ = \frac{\underline{V}_{ud}}{1+\underline{k}\cdot\underline{V}_{ud}}$ \quad\
-  $\underline{a}_V^- = -\frac{\underline{V}_{ud}\cdot(1-\underline{k})}{1+\underline{k}\cdot\underline{V}_{ud}}$\newline
+	 	% Schleifenverstärkung %
+		Schleifenverstärkung: $\underline{g} = \underline{V}_{ud} \cdot \underline{k}$
 
-  % TODO: Nicht invertierender / invertierender Betrieb %
-  Betriebsfrequenzgrenze \emph{der Schaltung}: $f_g \approx \frac{GBW}{1/|\underline{k}(f_g)|}$
+		% Ausgangsspannung %
+	  $\underline{u}_2 = \underline{a}_V^+ \cdot \underline{u}_1^+ + \underline{a}_V^- \cdot \underline{u}_1^-$
 
-  \subsection{Standard Linearverstärker}
+		% Spannungsverstärkung %
+		\begin{emphbox}
+		  $\underline{a}_V^+ = \frac{\underline{V}_{ud}}{1+\underline{k}\cdot\underline{V}_{ud}}$ \quad \quad\
+		  $\underline{a}_V^- = -\frac{\underline{V}_{ud}\cdot(1-\underline{k})}{1+\underline{k}\cdot\underline{V}_{ud}}$\newline
+		\end{emphbox}
 
-  \subsection{Stabilität}
+		\subsubsection{Betriebsmodi}
+
+			% Nichtinvertierender Betrieb %
+	  	\underline{Nichtinvertierender Betrieb:}
+			\begin{bluebox}
+				\begin{center}
+					$\underline{u}_1^- = 0!$ \quad\
+					$\underline{u}_1 = \underline{u}_1^+$ \quad\
+					$\underline{g} = \underline{k} \cdot \underline{V}_{ud}$
+				\end{center}
+			\end{bluebox}
+
+			Normalbetrieb: $|\underline{k} \cdot \underline{V}_{ud}| >> 1$
+			\begin{emphbox}
+				$\underline{a}_V = +\frac{1}{\underline{k}} = 1 + \frac{\underline{Z}_2}{\underline{Z}_1}$
+			\end{emphbox}
+
+			OPV-Vorwärtsbertrieb:  $|\underline{k} \cdot \underline{V}_{ud}| << 1$
+			\begin{emphbox}
+				$\underline{a}_V = \underline{V}_{ud}$
+			\end{emphbox}
+
+			% Invertierender Betrieb %
+			\underline{Invertierender Betrieb:}
+			\begin{bluebox}
+				\begin{center}
+					$\underline{u}_1^+ = 0!$ \quad\
+					$\underline{u}_1 = \underline{u}_1^-$ \quad\
+					$\underline{g} = \underline{k} \cdot \underline{V}_{ud}$
+				\end{center}
+			\end{bluebox}
+
+			Normalbetrieb: $|\underline{k} \cdot \underline{V}_{ud}| >> 1$
+			\begin{emphbox}
+				$\underline{a}_V = -\frac{1-\underline{k}}{\underline{k}} = 1 - \frac{1}{\underline{k}}
+				= -\frac{\underline{Z}_2}{\underline{Z}_1}$
+			\end{emphbox}
+
+			OPV-Vorwärtsbertrieb:  $|\underline{k} \cdot \underline{V}_{ud}| << 1$
+			\begin{emphbox}
+				$\underline{a}_V = -\underline{V}_{ud} \cdot (1 - \underline{k})$
+			\end{emphbox}
+
+	  \subsubsection{Betriebsfrequenzgrenze der Schaltung}
+			Betriebsfrequenzgrenze $f_g$ (= Durchtrittsfreq. $f_D$)
+			\begin{bluebox}
+				\begin{center}
+					$|\underline{g}(f_g (= f_D))| = |\underline{k}(f_g) \cdot \underline{V}_{ud}(f_g)| = 1$
+				\end{center}
+			\end{bluebox}
+
+			\begin{emphbox}
+	  		$f_g \approx \frac{GBW}{1/|\underline{k}(f_g)|}$
+			\end{emphbox}
+\end{sectionbox}
+
+
+\begin{sectionbox}
+
+% Standard-Rückkopplungsstruktur
+% ----------------------------------------------------------------------
+\subsection{Stabilität von gegengekoppelten OPV-Schaltungen}
 
 \end{sectionbox}
+
+\begin{sectionbox}
+
+		% Standard lineare OPV-Schaltungen TODO
+		% ----------------------------------------------------------------------
+  \subsection{Standard Linearverstärker mit OPV}
+		\subsubsection{Invertierender Standard Verstärker}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_02_invertierender_verstaerker}}
+			\parbox{3.5cm}{\begin{emphbox} $f_g \approx \frac{GBW}{1/|\underline{k}(f_g)|}$ \end{emphbox} }
+
+		\subsubsection{Nichtinvertierender Standard Verstärker}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_03_nichtinvertierender_verstaerker}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\subsubsection{Spannungsfolger, Impedanzwandler}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_04_impedanzwandler}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\subsubsection{Integrierer}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_05_integrierer}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\subsubsection{Differentiator (Differenzierer)}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_06_differenzierer}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\subsubsection{Summierer (Invertierend)}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_07_summierer}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\subsubsection{Differenzverstärker (aktiver Subtrahierer, einfache Struktur)}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_08_differenzverstaerker}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+
+		\subsubsection{Instrumentenverstärker (verbesserter Differenzverstärker)}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_09_instrumentenverstaerker}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\end{sectionbox}
+		%Force column break
+		\begin{sectionbox}
+
+		\subsubsection{Spannungsgesteuerte Stromquelle ($G_m$)}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_10_stromquelle}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\subsubsection{Negativ-Impedanz-Konverter (NIC)}
+			\pbox{4cm}{\includegraphics[width = 3cm]{img_02_11_NIC}}
+			\parbox{3.5cm}{}
+
+		\end{sectionbox}