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, ...

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] 1530.10.2019
2kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten [E1U2.pdf] 1807.11.2019
3Dioden [E1U3.pdf] 1814.11.2019
4Bipolartransistoren 1 [E1U4.pdf] 1821.11.2019
5Bipolartransistoren 2 [E1U5.pdf] 16 28.11.2019
6MOS-Transistoren [E1U6.pdf] 1605.12.2019
7Operationsverstärker [E1U7.pdf] 1812.12.2019
8Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation [E1U8.pdf] 1319.12.2019
9Geschaltete RC- und RL-Glieder [E1U9.pdf] 15 16.01.2020
10 Frequenzbereich 1 [E1U10.pdf] 14 23.01.2020

Teilnehmer und Ergebnisse

Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
467702 13.5 18
494047 8.5 14
477888 14 18
479684 14.5 18
444114 - - 18
487270 - - 18
485168 12 17.5
494274 9 14
490892 12.5 18
406259 13.5 18
481913 15 18
486949 13.5 18
418124 14.5 18
472034 14 18
493541 13 18
490919 14 16
487579 13 16.5
487108 14.5 18
493534 13.5 17.5
487854 11 18
(LNE -- Leistungsnachweis erteilt; BP -- Anzahl der Bonuspunkte; * nicht online-verbuchbar. Leistungsnachweise werden schriftlich an das Prüfungsamt übermittelt.).

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

Organisation

Die Veranstaltung hat einen Gesamtstundenumfang von 3V+1Ü. Am Donnerstag ist immer Vorlesung und mittwochs findet alle zwei Wochen eine Übung statt. Es wird jede Woche Hausübungen geben. Die Aufgabenstellungen werden jeweils donnerstags bekannt gegeben und erfordern einen Arbeitsaufwand von 30 bis 90 Minuten. Die Ausarbeitungen sind am darauffolgenden Donnerstag abzugeben und werden korrigiert zurückgegeben. Der Leistungsnachweis für die Hausübungen wird ab 50% der Punkte erteilt. Für Punkte über 50% gibt es bis zu zwei Bonuspunkte für die Klausur.

Auch für die Studiengänge, für die das keine Pflicht ist, ist eine Teilnahme an dem Praktikum Elektronik I zu empfehlen. Für die meisten dieser Studiengänge wird es als Fachpraktikum anerkannt.

Aktuelles:

Die Prüfungsklausur findet ?noch festzulegen? im ?HB? statt (siehe [Aktuelles]. Erlaubte Hilfsmittel sind eigene Ausarbeitungen und Taschenrechner. Zu den eigenen Ausarbeitungen zählen Mitschriften, die ausgeteilten Foliensätze mit eigenen Kommentaren, die zurückgegebenen korrigierten Hausübungen, selbst angefertigte schriftliche Prüfungsvorbereitungen und Bücher mit Lesezeichen und Notizzetteln. Handys sind während der Prüfung auszuschalten. Laptops und andere elektronische Hilfsmittel sind nicht zugelassen.

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


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 12.11.2019 17:33:10


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