Institut für Informatik - Arbeitsbereich Elektronik und Digitaltechnik

Lehre.Elektronik1_WS24 (Struktur)

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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 stationärer Zustand: Abbildung von Schaltungen mit Quellen, Widerständen, Dioden, Bipolartransistoren, Operationsverstärkern und MOS-Transistoren auf Gleichungssysteme. Zeitveränderliche Spannungen und Ströme: Kapazität, Induktivität; zeitdiskrete Modellierung; geschaltete Systeme; Schaltungen im Frequenzraum. Fortgeschrittene Themen: Halbleiterbauelemente; digitale Halbleiterschaltungen; elektrisch lange Leitungen. Zielgruppe: Bachelor Informatik, Maschinenbau/Mechatronik, Master Energiesystemtechnik, Technische BWL, ...

Organisation

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. 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.

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.

Video-Aufzeichnungen: [27.10.21], [28.10.21] [03.11.21], [04.11.21] [Ü 04.11.21] [10.11.21], [11.11.21] [Ü 11.11.21] [17.11.21], [18.11.21] [Ü 18.11.21] [24.11.21], [25.11.21] [Ü 25.11.21] [01.12.21], [02.12.21] [Ü 02.12.21] [08.12.21], [09.12.21] [Ü 09.12.21] [15.12.21], [16.12.21] [Ü 16.12.21] [12.01.22], [13.01.22], [Ü 13.01.22], [19.01.22], [20.01.22], [Ü 20.01.22], [26.01.22], [27.01.22], [Ü 27.01.22], [02.02.22], [03.02.22], [Ü 03.02.22], [09.02.22], [Ü 10.02.22],

Große Übungen

• [E1GU1.pdf]
• [E1GU2.pdf]
• [E1GU3.pdf]
• [E1GU4.pdf]
• [E1GU5.pdf]
• [E1GU6.pdf]
• 06.02.2025 Klausur von einem der Jahre zuvor

Hausübungen

Für die Prüfungszulassung sich 50% der Hausübungspunkte insgesamt, also mind. 80,5 Punkte erforderlich. Für zusätzliche Hausübungspunkte können bis zu 2 Bonuspunkte für die Prüfungsklausur erworben werden.

VL-Woche	Thema	Aufgabenblatt	Punkte	Abgabetermin
1	Physikalische Grundlagen und kirchhoffsche Sätze	[E1U1.pdf]	15	30.10.2024
2	kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten	[E1U2.pdf]	18	07.11.2024
3	Dioden	[E1U3.pdf]	18	14.11.2024
4	Bipolartransistoren 1	[E1U4.pdf]	18	21.11.2024
5	Bipolartransistoren 2	[E1U5.pdf]	16	28.11.2024
6	MOS-Transistoren	[E1U6.pdf]	16	05.12.2024
7	Operationsverstärker	[E1U7.pdf]	18	12.12.2024
8	Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation	[E1U8.pdf]	13	19.12.2024
9	Geschaltete RC- und RL-Glieder	[E1U9.pdf]	15	16.01.2025
10	Frequenzbereich 1	[E1U10.pdf]	14	23.01.2025

Hinweise zur Abgabe siehe oben unter Organisation.

Teilnehmer und Ergebnisse

Matr.-Nr	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Sum	BP	LNE
	15	18	18	18	16	16	18	13	14	15	161

Teilnehmer, die den Leistungsnachweis als Gasthörer erworben haben, müssen, sobald sie richtig immatrikuliert sind, einen Antrag stellen, dass der Leistungsnachweis für ihr Studium anerkannt wird. Dafür gibt es im Prüfungsamt ein Formular.

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

Aktuelles

Klausureinsicht 09.04.2024 um 16:00 Übungsraum Technische Informatik (Inst. f. Math. Raum 010).

Vergangene Semester: [WS 2022/23] [WS 2021/22] [WS 2020/21] [WS 2019/20] [WS 2018/19] [WS 2017/18] [WS 2016/17] Alte Klausuren.

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