Mechatronik 1
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2 - Inhaltsverzeichnis [Seite 8]
3 - 1 Grundlagen [Seite 14]
3.1 - 1.1 Der Begriff Mechatronik und mechatronisches System [Seite 14]
3.2 - 1.2 Grundbegriffe [Seite 15]
3.3 - 1.3 Aufstellung und Lösung von linearen Differentialgleichungen im Zeitbereich [Seite 19]
3.4 - 1.4 Aufstellung und Lösung linearer Differentialgleichungen im Frequenzbereich [Seite 28]
3.5 - 1.5 Instationäres Verhalten technischer Systeme [Seite 47]
3.6 - 1.6 Laplace-Transformation [Seite 53]
3.7 - 1.7 Zusammenfassung [Seite 55]
4 - 2 Analogelektronik [Seite 56]
4.1 - 2.1 Spannungsteiler [Seite 56]
4.2 - 2.2 Gleichstrombrückenschaltungen [Seite 61]
4.3 - 2.3 Wechselstrombrückenschaltungen [Seite 67]
4.4 - 2.4 Operationsverstärker [Seite 68]
4.5 - 2.5 Analoge Filter [Seite 81]
4.6 - 2.6 Analog/Digital-Umsetzer und Digital/Analog-Umsetzer [Seite 87]
4.7 - 2.7 Trägerfrequenzverstärker [Seite 97]
5 - 3 Leistungselektronik [Seite 104]
5.1 - 3.1 Steuerbare Leistungshalbleiter [Seite 104]
5.2 - 3.2 Leistungsdioden [Seite 108]
5.3 - 3.3 Anforderungen an die Ansteuerung der Leistungshalbleiter (Tabelle 3.4) [Seite 109]
5.4 - 3.4 Transistorschaltstufen [Seite 110]
5.5 - 3.5 Ansteuerschaltungen für Leistungs-MOSFETs und IGBTs [Seite 110]
5.6 - 3.6 Brückenschaltungen mit Transistoren [Seite 114]
5.7 - 3.7 Endstufenansteuerung über PWM-Signal [Seite 116]
6 - 4 Sensoren [Seite 120]
6.1 - 4.1 Grundbegriffe [Seite 120]
6.2 - 4.2 Mechanoresistive Sensoren [Seite 143]
6.3 - 4.3 Elektromagnetische Sensoren [Seite 155]
6.4 - 4.4 Magnetfeldsensoren [Seite 172]
6.5 - 4.5 Magnetoelastische Sensoren [Seite 192]
6.6 - 4.6 Kapazitive Sensoren [Seite 198]
6.7 - 4.7 Piezoelektrische Sensoren [Seite 205]
6.8 - 4.8 Temperatursensoren [Seite 218]
6.9 - 4.9 Optoelektronische Sensoren [Seite 227]
6.10 - 4.10 Ultraschallsensoren [Seite 252]
6.11 - 4.11 Pneumatische Sensoren [Seite 255]
7 - 5 Aktoren [Seite 260]
7.1 - 5.1 Einführung in die Aktuatorik [Seite 260]
7.2 - 5.2 Festkörperaktoren: Piezoelektrische und magnetostriktive Steller [Seite 263]
7.3 - 5.3 Elektromagnetisch/mechanische Aktoren [Seite 278]
7.4 - 5.4 Arbeitspunkt im 4-Quadranten-Betrieb, Nennbetrieb und Typenschild [Seite 305]
7.5 - 5.5 Leistungselektronische Umrichter für mechatronische Aktoren [Seite 312]
7.6 - 5.6 Projektierungsvorschläge [Seite 325]
7.7 - 5.7 Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Redundanz [5.1] [Seite 329]
7.8 - 5.8 Dynamisches Verhalten, Hochlaufbetrieb und Thermodynamik [Seite 333]
7.9 - 5.9 Normrichtlinien: Bauformen, Schutzarten, Kühlung und Isolation [Seite 338]
7.10 - 5.10 Hydraulische Antriebstechnik [Seite 340]
7.11 - 5.11 Pneumatische Antriebstechnik [Seite 354]
8 - Literaturverzeichnis [Seite 358]
9 - Weiterführende Literatur [Seite 360]
10 - Stichwortverzeichnis [Seite 362]
2 Analogelektronik (S. 55-56)
In der Schaltungstechnik unterscheidet man zwischen analoger und digitaler Signalerzeugung oder Signalverarbeitung. Analoge Signale sind zeitlich sich stetig ändernde Spannungen, Ströme oder Frequenzen. Digitale Signale hingegen sind zeitquantisiert mit konstanter Amplitude. Da Umwelt und Technik im weitesten Sinn durch analoge Signale beschreibbar sind (ausnahmen sind quantenphysikalische Signale), sind immer analoge Bausteine (Sensoren, Spannungsquellen, Stromquellen, Oszillatoren, Spannungsteiler, Brücken, Messverstärker, Operationsverstärker, Filter, A/D-Wandler usw.) zur Signalaufnahme und -verarbeitung notwendig. Erst danach werden die analogen Signale mit Hilfe von A/D-Wandlern in digitale Signale umgeformt und den Prozessoren zur Auswertung zugeführt. Nichtlinearitäten und Exemplarstreuungen der analogen Stufen können dann digital abgespeichert und rechnerisch korrigiert werden, was zu einer höheren Systemgenauigkeit führt. So viel zur Notwendigkeit der Analogelektronik.
2.1 Spannungsteiler
Der Spannungsteiler ist eine häufig angewandte Grundschaltung. Sie dient zur elektrischen Potentialanpassung, Übertragung und Amplitudendämpfung analoger elektrischer Signale und als elektrische Anpassungsschaltung für resistive Sensorelemente.
2.1.1 Unbelasteter fester Spannungsteiler
Er besteht aus 2 festen in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2 (Bild 2.1). An den äußeren Anschlüssen der Reihenschaltung liegt die Spannung Ue, und am Widerstand R2 wird die Teilspannung Ua abgegriffen. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass der Eingangwiderstand der nachfolgenden Schaltung viel größer ist als der Spannungsteilerwiderstand R2 (Leerlaufbetrieb). Für die Ausgangsspannung Ua gilt dann nach dem Spannungsteilergesetz, wobei n das Teileverhältnis R2/(R1 + R2) des Spannungsteilers ist.
2.1.2 Unbelastete variable Spannungsteilerschaltung
Einer der beiden Festwiderstände (R1 oder R2) wird durch einen variablen Widerstand ersetzt. Dem Spannungsteilerausgang soll praktisch kein Strom entnommen werden (Leerlaufbetrieb). Dieser Zustand lässt sich in der Praxis durch einen hochohmigen Abgriff der Ausgangsspannung gut realisieren. Es werden nun die am häufigsten eingesetzten Schaltungskonzepte beschrieben.
