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] 1501.11.2018
2kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten [E1U2.pdf] 1808.11.2018
3Dioden [E1U3.pdf] 1816.11.2018
4Bipolartransistoren 1 [E1U4.pdf] 1822.11.2018
5Bipolartransistoren 2 [E1U5.pdf] 16 29.11.2018
6MOS-Transistoren [E1U6.pdf] 1606.12.2018
7Operationsverstärker [E1U7.pdf] 1813.12.2018
8Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation [E1U8.pdf] 1320.12.2018
9Geschaltete RC- und RL-Glieder [E1U9.pdf] 15 10.01.2019
10 Frequenzbereich 1 [E1U10.pdf] 14 17.01.2019
11 Frequenzbereich 2 24.01.2019
12 Halbleiter 31.01.2019

Teilnehmer und Ergebnisse

Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
441960 - - 14 - - - - - -
475099 14 13.5 15 18 13.5
460303 13.5 13 12 16
493046 12 12 - - 7 - -
461012 11.5 17 17 18 13
490531 13.5 16.5 17.5 18 11
396194 12.5 11 14 14.5 9
444365 14 15 18 18 15.5
478009 16 16 12 16.5 11
499231 13 - - - - - - - -
487311 13 15 14.5 17 13.5
494748 - - - - - - 17 14
465205 14 14.5 18 17.5 15.5
403067 9.5 - - - - - - - -
460475 11.5 12.5 17.5 18 14.5
465126 12.5 12 11 14.5 11
429964 12 11 17 17 12.5
476038 12.5 11 14 13.5 13
477424 12 17 11.5 7 6
426291 14 16 17.5 18 14
474720 13 16 17.5 18 13
467276 12.5 14.5 12 14.5 11
429768 12 15.5 17 17.5 13.5
479206 13 13.5 8.5 14.5 10
481494 13 16 14 17 9
481913 12.5 17 18 18 12
481834 13 16 17.5 18 14.5
418124 13.5 18 18 18 15.5
466990 14 12 12 14.5 11
462769 12.5 13.5 12 - - 8.5
478755 13 18 17.5 17 15.5
461476 11.5 14 14 16 13
507349 - - 9 - - - - - -
461043 13 11 13 15.5 12.5
466976 12.5 12.5 12 13.5 11
495976 13.5 17 17.5 17 13
433037 10.5 16.5 17 18 - -
461036 11 13.5 17 15.5 12.5
483142 11.5 14 17.5 17.5 16
462068 12 15 17 18 13
474641 12.5 16 17 17.5 14
474658 15 16 18 16.5 14.5
(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 Prüfungsklausur findet am Mittwoch, den 03.04.2017 von 9:00 bis 11:00 voraussichtlich 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 2017/18] [WS 2016/17] [WS 2015/16] [WS 2014/15] [WS 2013/14] Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 07.12.2018 08:03:28


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