Lehre.Elektronik1 (Struktur)


Elektronik I (3V1Ü)

(G. Kemnitz, C. Giesemann)

Die Lehrveranstaltung "Elektronik I" vermittelt, wie elektronische Schaltungen modelliert und berechnet werden. Im begleitenden "Praktikum Elektronik I" werden im Labor Beispielschaltungen aufgebaut und getestet. Die Teilnehmer verfügen nach Abschluss über ein Grundverständnis der Funktionsweise elektronischer Bauteile, können Ströme, Spannungen und Signalverläufe abschätzen und einfache Schaltungen entwerfen.
Inhalt der Lehrveranstaltung
  1. stationärer Zustand: Abbildung von Schaltungen mit Quellen, Widerständen, Dioden, Bipolartransistoren, Operationsverstärkern und MOS-Transistoren auf Gleichungssysteme.
  2. Zeitveränderliche Spannungen und Ströme: Kapazität, Induktivität; zeitdiskrete Modellierung; geschaltete Systeme; Schaltungen im Frequenzraum.
  3. Fortgeschrittene Themen: Halbleiterbauelemente; digitale Halbleiterschaltungen; elektrisch lange Leitungen.
Zielgruppe: Bachelor Informatik, Maschinenbau/Mechatronik, Master Energiesystemtechnik, Technische BWL, ...

Organisation

Die Lehrveranstaltung findet in diesem Semester Online als BBB-Veranstaltungen statt.
  • Mi. 10:15 bis 11:45: Vorlesung im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt
  • Do. von 10:15 bis 11:00: Vorlesung im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt
  • Do. von 11:15 bis 12:00: Große Übung im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/car-z42-fz4
In der ersten Vorlesungswoche gibt es statt der großen Übung eine 90 min Vorlesung und in der letzten Vorlesungswoche statt der Vorlesung am Do. eine 90 minütige Übung. Die Foliensätze zur Vorlesung und zu den großen Übungen finden Sie auf der Web-Seite weiter unten. Die Dateien "Hxx.pdf" sind zum Ausdrucken gedacht. Sie dürfen die ausgedruckten Foliensätze, wenn sie mit eigenen Anmerkungen versehen sind, während der Prüfung benutzen (siehe Web-Seite unten).

Es gibt für jede Woche Hausübungen, ausgenommen für die Weihnachtspause. Die Übungsblätter und Abgabetermine finden Sie auf der Web-Seite weiter unten. Die Lösungen sind als PDF mit Dateinamen

E1_<anr>_<name>_<matr>_<opt>.pdf

(<anr> – Aufgabenummer, <name> – ihr Name, <matr> – ihre Matrikel-Nummer, <opt> – optionales Kürzel bei mehreren Dateien) bis zu den in der Ablauftabelle angegebenen Tagen per EMail an ha-e1@in.tu-clausthal.de zu schicken. Sie werden korrigiert und zurückgesendet. Für die Prüfungszulassung sich 50% der Hausübungspunkte insgesamt erforderlich. Für zusätzliche Hausübungspunkte gibt es bis zu 2 Bonuspunkte für die Prüfungsklausur. Bei den Hausübungen ist keine Gruppenarbeit zulässig. Bei offensichtlichen Plagiaten werde ich die angeblichen Autoren einzeln zu einer BBB-Video-Konferenz einladen und prüfen, wer der wirkliche Autor ist und entsprechend der Allgemeinen Prüfungsordnung verfahren.

Foliensätze [F] und Handouts für den Ausdruck [H]

  • [F1] [H1] Vorwort bis mathematische Grundlagen
    1. Physik: Energie, Potential, Spannung, Strom, Ohmsches Gesetz, Leistung.
    2. Mathematik: Knoten- und Maschengleichungen, Lineare Zweipole, Nützliche Vereinfachungen, gesteuerte Quellen, Bauteile mit nichtlinearen Kennlinien.
  • [F2] [H2] Handwerkszeug bis Schaltungen mit Dioden
    1. Handwerkszeug: Widerstandsnetzwerke, Spannungsteiler, Stromteiler, Zerlegung in Überlagerungen, Zweipolvereinfachung.
    2. Dioden: LED-Anzeige für Logikwerte, Gleichrichter, Diode als Spannungsquelle, Logikfunktionen.
  • [F3] [H3] Schaltungen mit Bipolartransistoren: Spannungsverstärker, Differenzverstärker, Stromquellen, Transistorinverter, DT-Gatter, Spannungsstabilisierung.
  • [F4] [H4] : Schaltungen mit MOS-Transistoren und Operationsverstärkern
    1. MOS-Transistoren: Verstärker, Schaltbetrieb, CMOS-Gatter, Speicherzellen.
    2. Operationsverstärker: Verstärker, Rechenelemente, Komparator, Analog-Digital-Wandler.
  • [F5] [H5] Kapazitäten und Induktivitäten, Zeitdiskrete Modellierung
    1. Kapazität, Induktivität, Gegeninduktivität, Dreckeffekte.
    2. Zeitdiskretes Modell: Prinzip, Glättungskondensator, Schaltnetzteil, H-Brücke, CMOS-Inverter.
  • [F6] [H6] Geschaltete Systeme: Sprungantwort, Geschaltetes RC-Glied, Abbildung auf RC-Glieder, Geschaltetes RL-Glied, Abbildung auf RL-Glieder, RC-Oszillator.
  • [F7] [H7] Frequenzraum: Fouriertransformation, FFT/Matlab, komplexe U, I, R, Abbildung von Schaltungen auf Gleichungssysteme, Handwerkszeug, Transistorverstärker, Operationsverstärker.
  • [F8] [H8] Halbleiter
    1. Halbleiter: Bewegliche Elektronen, Leiter und Nichtleiter, Dotierte Halbleiter.
    2. pn-Übergang: Spannungsfrei, Sperrbereich, Durchlassbereich.
    3. Bipolartransistor: Transistoreffekt, Übersteuerung.
    4. MOS-Transistor: Feldeffekt, Aktiver Bereich, Einschnürbereich.
  • [F9] [H9] Leitungen: Wellengleichung, Wellenwiderstand, Reflexion, Sprungantwort, Messen von Leitungsparametern.

Große Übungen

Hausübungen

VL-WocheThemaAufgabenblattPunkteAbgabetermin
1Physikalische Grundlagen und kirchhoffsche Sätze [E1U1.pdf] 1505.11.2020
2kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten [E1U2.pdf] 1812.11.2020
3Dioden [E1U3.pdf] 1819.11.2020
4Bipolartransistoren 1 [E1U4.pdf] 1826.11.2020
5Bipolartransistoren 2 [E1U5.pdf] 16 03.12.2020
6MOS-Transistoren [E1U6.pdf] 1610.12.2020
7Operationsverstärker [E1U7.pdf] 1817.12.2020
8Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation [E1U8.pdf] 1314.01.2021
9Geschaltete RC- und RL-Glieder [E1U9.pdf] 15 21.01.2021
10 Frequenzbereich 1 [E1U10.pdf] 14 28.01.2021
Hinweise zur Abgabe siehe oben unter Organisation.

Teilnehmer und Ergebnisse

Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
509035 11.5 12 15,5 - - 9.5 8 6 10.5 9.5 11 93.5 ja 0.5
493046 12.5 14 18 18 11.5 - - 17 - - - - - - 91 ja 0.5
464273 14.5 18 10 16 11 15 7 - - - - - - 91.5 ja 0.5
491532 14.5 15.5 17.5 18 16 15 18 13.5 15 14 157 ja 2
441960 - - - - - - 18 - - 16 17 11 13 14 89 ja 0
495354 15 16 16.5 18 - - 16 - - - - - - - - 81.5 ja 0
529259 14 18 17 16.5 15.5 15.5 17 9.5 15 10.5 148.5 ja 2
513036 15 15 15 18 12.5 13 15.5 12.5 13 8 137.5 ja 1.5
507253 13 15 13 11 14 14 5 9 - - - - 81 ja 0
494047 13.5 16 18 17 13 13.5 7 12 - - - - 110 ja 1
503510 12.5 14 17 18 14.5 16 18 14 10 13 147 ja 2
507538 14 17 13.5 12 9.5 10 - - 14 15 - - 105 ja 1
504731 13 16 18 18 13 16 17 14 15 14 154 ja 2
480431 6 9 11.5 14 - - 6 - - 6 11 - - 63.5 nein
503785 13 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 nein
502038 14.5 18 18 18 14.5 16 14.5 14 8 - - 140 ja 1.5
499994 9 12 14.5 18 6 8 - - 8 13 - - 88.5 ja 0
494456 12 - - 18 18 - - 13 - - - - - - - - 61 nein
482062 14.5 18 18 18 15.5 16 18 14 15 14 160 ja 2
503338 14 17.5 - - 16.5 12.5 16 16.5 11.5 14 11 129.5 ja 1
505684 9 9.5 - - - - - - - - - - - - - - - - 18.5 nein
502117 14 17 17 17.5 14 14 16 - - 10.5 14 134 ja 1.5
504078 14 17 17.5 18 - - 8 4.5 14 11.5 - - 104.5 ja 0.5
474476 13 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 nein
514604 10 18 - - 18 13.5 16 15.5 13 14.5 14 132.5 ja 1.5
506252 14 17 17 17 - - 12 9 11 - - - - 97 ja 0.5
503929 14.5 17 17.5 18 9.5 10 3.5 12 12.5 7 121.5 ja 1
506070 12.5 17 18 18 12 14.5 - - - - - - - - 92 ja 0.5
494449 13 17 18 16 9 8 5 - - - - - - 86 ja 0
503864 8.5 13 18 18 6.5 7.5 5.5 10 13 - - 100 ja 0.5
494274 13 12 12 17.5 9 11 4.5 10 13.5 - - 102.5 ja 0.5

Literatur:

  1. G. Kemnitz. Technische Informatik Band 1: Elektronik. Springer. 2009.
  2. U. Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer-Verlag. 2002.
  3. K.-H. Cordes, A. Waag, N. Heuck: Integrierte Schaltungen. Pearson 2011
  4. Java-Applet zur Simulation elektronischer Schaltungen

Prüfung

Das Präsidium hat Präsenzklausuren weiter bis zum 27. März 2021 ausgesetzt. Um Unsicherheiten zu vermeiden, wird die Klausur vom 12.04.2021 9:00 durch mündliche Prüfungen über bbb im Zeitraum vom 12.04.2012 bis 15.04.2021 ersetzt. Erlaubte Hilfsmittel bleiben auch für die mündliche Prüfung eigene Ausarbeitungen und Taschenrechner, die Sie neben ihrem Rechner liegen haben dürfen. Zu den eigenen Ausarbeitungen zählen Mitschriften, die ausgedruckten Foliensätze mit eigenen Kommentaren, die zurückgegebenen korrigierten und ausgedruckten eigenen Hausübungen, selbst angefertigte schriftliche Prüfungsvorbereitungen und Bücher mit Lesezeichen und Notizzetteln. Unterstützung durch andere Personen sind unzulässig. Handys sind während der Prüfung auszuschalten.

In den mündlichen Prüfung werden Folien mit Aufgaben, Lückentexten und unvollständigen Zeichnungen durchgeblättert und Sie werden zum Teil auch Formeln und Skizzen ergänzen müssen. Bereiten Sie sich deshalb bitte auch darauf vor, mit den Zeichen- und Schreibwerkzeugen in bbb (Tastatur, Maus oder Stift an ihrem Rechner zu Hause) Notizen auf Folien zu machen. Während der Prüfung müssen Sie über ihre Web-Kamera sichtbar und über Mikrofon gut verständlich zu hören sein. Bei technischen Problemen kann die Prüfung nicht durchgeführt werden bzw., wenn die Probleme erst nach Prüfungsbeginn sichtbar werden, wird die Prüfung abgebrochen und gilt als nicht durchgeführt.

Wenn Sie an der Prüfung teilnehmen wollen und nicht über geeignete technische Möglichkeiten verfügen, bitte bis zum 31.03.2021 eine EMail an ha-e1@in.tu-clausthal.de, damit nach Alternativen gesucht werden kann (einem Raum an der Uni mit geeigneter Ausrüstung). Wenn Sie in der Zeit vom 12.04 bis 15.04. andere Termine haben, bitte gleichfalls bis zum 31.03. eine EMail an ha-e1@in.tu-clausthal.de mit allen Zeiträumen, in denen für Sie eine Prüfungsteilnahme nicht möglich ist.

Vergangene Semester: [WS 2019/20] [WS 2018/19] [WS 2017/18] [WS 2016/17] [WS 2015/16] [WS 2014/15] [WS 2013/14] Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 23.02.2021 12:05:43


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