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 Uebungen

Hausübungen

VL-WocheThemaAufgabenblattPunkteAbgabetermin
1Physikalische Grundlagen und kirchhoffsche Sätze [E1U1.pdf] 1502.11.2017
2kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten [E1U2.pdf] 1809.11.2017
3Dioden [E1U3.pdf] 1816.11.2017
4Bipolartransistoren 1 [E1U4.pdf] 1823.11.2017
5Bipolartransistoren 2 [E1U5.pdf] 16 30.11.2017
6MOS-Transistoren [E1U6.pdf] 1607.12.2017
7Operationsverstärker [E1U7.pdf] 1814.12.2017
8Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation [E1U8.pdf] 1321.12.2017
9Geschaltete RC- und RL-Glieder [E1U9.pdf] 15 11.01.2018
10 Frequenzbereich 1 [E1U10.pdf] 14 18.01.2018
11 Frequenzbereich 2 25.01.2018
12 Halbleiter 01.02.2018

Teilnehmer und Ergebnisse

Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
495220 11 8 13 7.5 13.5 6 8.5 3 7 80
478669 10.5 10 16.5 11 7.5 12 14.5 9.5 91.5 ja 0.5
476069 16 17.5 18 13 14.5 16.5 12 7 13 127.5 ja 1
476038 7.5 1 2 8 8.5 7 2.5 2.5 39
468363 14.5 18 12 15 15.5 15 16 12.5 15 13 146.5 ja 1.5
467032 12.5 18 12 12 16 15 17 11.5 14 12 140 ja 1.5
464455 14 14.5 10 13 13.5 15 15.5 10 12.5 9.5 127.5 ja 1
463959 14 8.5 22.5
462068 10.5 10 8 13 6.5 8 6.5 3.5 66
461775 12.5 12 11.5 17 7.5 8 8.5 7.5 4.5 89 ja 0
461043 13 7.5 9.5 10 6 2.5 8 9.5 4 70
461036 11.5 7.5 8.5 14 3.5 12 3.5 7.5 6 4.5 80
460475 8.5 12 9.5 17 9.5 7 7.5 8.5 4.5 84 ja 0
460303 11.5 6 3 4 10 34.5
450423 10 7 15 15 12 11.5 11 7.5 9.5 10 108.5 ja 0.5
447698 9.5 8.5 7.5 10.5 12 13 8.5 69.5
439837 9.5 13.5 10.5 6.5 13.5 15 8.5 10.5 87.5 ja 0
437031 12.5 13 18 17.5 14 12.5 87.5 ja 0
436092 14.5 14 15 16 11.5 13.5 17 10 11 12 134.5 ja 1.5
435022 13 12 9.5 13 7.5 7.5 7.5 4.5 80
428585 14.5 3.5 7.5 9.5 7 7.5 12.5 9 10 6.5 87.5 ja 0
293411 14.5 12 12.5 11.5 14 11 9 84.5 ja 0
276001 11 7.5 18.5
(LNE -- Leistungsnachweis erteilt; BP -- Anzahl der Bonuspunkte).

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 Prüfung findet am Ende der vorlesungsfreien Zeit schriftlich 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 2016/17] [WS 2015/16] [WS 2014/15] [WS 2013/14] Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 12.07.2018 13:38:19


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