Lehre.Elektronik2_SS2023 (Struktur)

Elektronik II (3V1Ü) oder (2V1Ü)

(G. Kemnitz)

Analyse, Simulation und Entwurf elektronischer Schaltungen.
Fortsetzung der Lehrveranstaltung Elektronik I mit dem Übergang zu in der Praxis gebräuchlichen Bauteilmodellen. Lernziel ist der simulationsgestützte Schaltungsentwurf. Dieses Lernziel erfordert ein tieferes Verständnis der Funktionsweise von Halbleiterbauteilen.

Zielgruppe: Master Mechatronik, Master Informatik

Für die 3SWS/4CP Teilnehmer des auslaufenden MB Studiengangs (Elektronik IIa) enden die Veranstaltung mit der 10. Vorlesungswoche. Alles, was in der 6CP Version für die anderen Studiengänge danach behandelt wird, ist nicht mehr prüfungsrelevant.

Die Veranstaltung wird in deutsch angeboten. Language for lectures and exams is German.

Foliensätze

[F] -- Foliensätze, [GU] -- Folien zur großen Übung zum Foliensatz, [H] -- Handouts für den Ausdruck.
  • [F1] [H1] Einführung, Wiederholung:
    1. Stationärer Betrieb.
    2. Zeitveränderliche Spannungen und Ströme.
    3. Halbleiter.
    4. Leitungen.
  • [F2] [H2] [GUF2] [GUH2] Schaltungssimulation im stationären Betrieb:
    1. Simulationsarten.
    2. Arbeitspunkt: Brückenschaltung, RD-Schaltung, Transistorschaltung.
    3. Kennlinie: Diode, Bipolartransistor, MOS-Transistor, Transistorverstärker, Operationsverstärkerschaltung.
    4. Transferfunktion: Kleinsignalverhalten, Vierpole, Simulationsart .tf, Transfergatter.
    5. Bauteiltoleranzen: Sensivitätsanalyse, Monte-Carlo-Simulation, Worst-Case-Analyse, E-Reihe.
  • [F3] [H3] [GUF3] [GUH3]
    • Simulation mit zeitveränderlichen Größen:
    1. Simulationsarten.
    2. Zeitdiskrete Simulation: Geschaltete RC-Glieder, Gatterschaltzeiten, Kippstufen, Sinussignale, Testsignale.
    3. Frequenzbereich: Frequenzgang, Laplace-Transformierte, Verstärker, Filter.
    4. Spektralanalyse: Fourier-Transformation, Klirrfaktor.
    5. Rauschen: Physikalische Ursachen, Rauschquellen und Transformationen, Rauschanalyse, Verstärker, SNR und Rauschzahl.
  • [F4] [H4] [GF4] Halbleiter, Dioden:
    1. Halbleiter: Stromfluss in Halbleitern, undotiert (intrinsisch), dotiert (extrinsisch), stromloser pn-Übergang, p n-Übergang im Sperrbereich, pn-Übergang im Durchlassbereich.
    2. Dioden: Spice-Modell, Durchlassbereich, Sperr- und Durchbruchbereich, Sperrschicht- und Diffusionskapazitäten, Kleinsignalmodell.
    3. Spezielle Dioden: Schottky-Diode, PIN-Diode, Kapazitätsdiode.
  • [F5] [H5] [GF5] Weitere Halbleiterbauteile:
    1. Bipolartransistor: Aufbau und Funktion, Spice-Modell stationär, Kapazitäten, Kleinsignalmodell, Grundschaltungen.
    2. Thyristor.
    3. J- und MesFET: Aufbau und Funktion, Spice-Modell, Kleinsignalmodell, Grundschaltungen, Rauschen.
    4. MOSFET: Aufbau und Funktion, Spice-Modell, digitale Grundschaltungen, Latch-Up, Leistungs-MOSFETS.
    5. IGBT.
  • Schaltungstechnik:
  • aktuelle Vorlesungsvideos: [E2_V21.mp4] [E2_V13.mp4] [E2_V15.mp4] [E2_V19.mp4] [E2_V9.mp4] [E2_V17.mp4] [E2_V20.mp4] [E2_V10.mp4] [E2_V5.mp4] [E2_V16.mp4] [E2_V14.mp4] [E2_V11.mp4] [E2_V7.mp4] [E2_V12.mp4] [E2_V4.mp4] [E2_V8.mp4] [E2_V3.mp4] [E2_V6.mp4] [E2_V18.mp4]
  • ältere Vorlesungsaufzeichnungen auf dem Video-Server

Organisation

Vorlesung

Geplant ist eine Mischung aus Präsenz- und BBB-Veranstaltungen. Die Vorlesung Di. 8-10 findet in der ersten Woche im SA und danach im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt mit Aufzeichnung statt. Am Di. im Zeitfenster 13-15 Uhr finden alternierend Präsenzveranstaltungen im SB und Rechnerübungen im Übungsraum Technische Informatik (Inst. für Math., rechter Eingang, Treppe runter) statt.

Hausübungen

Die wöchentlichen Hausübungen sind als PDF mit den Dateinamen

E2_<anr>_<name>_<matr>_<opt>.pdf

(<anr> – Aufgabenummer, <name> – ihr Name, <matr> – ihre Matrikel-Nummer, <opt> – optinales Kürzel bei mehreren Dateien) bis zu den in der Ablauftabelle angegebenen Tagen per EMail an ha-e2@in.tu-clausthal.de zu schicken, werden korrigiert und zurückgesendet. Für die Prüfungszulassung sind 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 auffälligen Übereinstimmungen werden die angeblichen Autoren einzeln zu bbb-Video-Konferenzen eingeladen und geprüft, wer die Aufgaben lösen kann. Bei Abgabe offensichtlich nicht selbst bearbeiteter Lösungen wird wie bei Plagiaten entsprechend der allgemeinen Rahmenprüfungsordnung verfahren.

Große Übung

In der Großen Übung werden Schaltungen mit LT-Spice simuliert. Die Foliensätze mit den Aufgaben finden Sie oben bei den Foliensätzen zur Vorlesung. Den Simulator können Sie sich auch zu Hause auf einen eigenen Windows-Rechner installieren. Quelle:

https://www.analog.com/ => Design Center => Circuit Design Tools ...
Speichern Sie sich ihre Rechnerlösungen und Hausübungen in Vorbereitung auf die Prüfungsklausur auf einen Stick.

Ablaufplan, Hausübungen und Abgabetermine

Die nachfolgende Tabelle ordnet den Vorlesungswochen Themen und Hausübungen zu. In der Spalte Video-Aufzeichungen werden fortlaufend die Video-Aufzeichungen des aktuellen Semesters ergänzt. Die Audio- und Video-Aufzeichungen, Foliensätze und Hausübungen von früheren Semestern finden Sie auf der Web-Seite unten unter vergangene Semester. In der letzten Tabellenspalte steht für jede Hausübung der späteste Abgabetermin.
Die Zuordnungen der Themen, Übungsaufgaben und Abgabetermine verschieben sich in der Regel innerhalb des Semesters etwas und werden hier in der Tabelle zusammen mit den Video-Aufzeichnungen und den noch fehlenden Hausübungsblättern aktualisiert.
ThemenVideoPräsenzterminHausübungAbgabe
1 F1 Wiederholung, F2.1 Arbeitspunkt V2 [HA1] 25.04.2023
2 F2.1 Arbeitspunkt, F2.2 Kennlinie [V3] L: A2.1 bis A2.6 [HA2] 02.05.2023
3 F2.3 Transferfunktion, F2.4 Bauteiltoleranzen [V4] V5 [HA3] 09.05.2023
4 F3.1 Zeitdiskrete Simulation, Frequenzb. [V6] L: A2.7 bis A2.10 [HA4] 16.05.2023
5 F3.1 Zeitdiskrete Simulation, F3.2 Frequenzbereich [V7] V8 [HA5] 23.05.2023
6 F3.2 Frequenzbereich [V9] L: A3.1 bis A3.7 [HA6] 06.06.2023
7 F3.2 Frequenzbereich, F3.3 Spektralanalyse [V10] V/Ü [HA7] 13.06.2023
8 F3.4 Rauschen [V11] L [HA8] 20.06.2023
9 F4.1 Halbleiter [V12] V/Ü [HA9] 27.06.2023
10 F4.2 Dioden [V13] L [HA10] 04.07.2023
11 F5.1 Bipolartransistoren V/Ü
12 F5.2 Thyristoren, F5.3 JFET, MESFET L
13 F5.4 MOSFET, F5.5 IGBT V/Ü
14 F6 Schaltungstechnik L
(V/Ü -- Vorlesung oder Übung im SB; L -- Laborübung im Übungsraum Technische Informatik).

Ergebnisse der Hausübungen:

ENTRY:TeilnSS23
Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
Punkte 14 12 14 22 14 12 12 10 10 12 132
503510 14 11 13 21,5 11 12 11,5 9 10 9,5 122,5 ja 2
502117 11 11 13,5 19,5 12,5 12 11,5 8 10 12 121 ja 2
467276 10,5 7 2,5 8,5 8 12 5 10 9 72,5 ja 0
600461 10 11,5 7 14,5 8,5 12 12 10 5 9 99,5 ja 1
475099 12 11 14 37
502038 14 11 12,5 21 12 9,5 9,5 10 99,5 ja 1
600711 0 6,5 6,5
ENTRY:TeilnSS22
(versteckt)
Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
Punkte 14 12 14 22 14 12 12 10 10 12 132
502117 12 12
536067 4 4
404611 12 10 9,5 19 13 12 12 4 10 101,5 ja 1,5
487579 14 12 14 19 11 10 11 6 4 7 108 ja 1,5
527776 13 10,5 13,5 14 14 11 12 8,5 10 9 115,5 ja 2
488680 9,5 5,5 9,5 11,5 11 12 12 10 81 ja 0
539342 0 0
464211 14 12 14 22 11 12 12 10 10 11 128 ja 2
529651 6 2,5 2,5
511670 0 12 14 15,5 13 11 8 73,5 ja 0
523363 13,5 22 12 11,5 10,5 69,5 ja 0
ENTRY:TeilnSS21
(versteckt)
Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
Punkte 14 12 14 22 14 12 12 10 10 12 132
504346 4 13 15 8 7,5 6,5 8 10 72 ja 0
475099 14 12 10 20,5 10 11 9 86,5 *ja 0
474713 10 8 13 11 8 10 6 10 76 ja 0
516307 9 12 14 14 13,5 10,5 9 9,5 10 10,5 112 ja 1,5
490531 14 11 14 19 13,5 12 12 9,5 10 9 124 *ja 2
523363 10 4 11.5 18 13 11 10 8 8 10 103,5 ja 1
494748 12 2.5 14,5
518024 14 12 14 22 13,5 12 12 10 9 12 130,5 #ja 2
450423 8 6.5 4.5 19,5
523961 12 14 20 13 11 8,5 10 10 98,5 ja 1
533982 11 10.5 13 14 7 12 12 9 10 9 117,5 ja 1,5
481504 13 12 14 22 11 12 11 9,5 10 12 126,5 ja 2
507655 14 12 14 20 9,5 11 10 10 100,5 #ja 1
527776 9 7 11 18 12,5 12 12 3 9 11 104,5 *ja 1
511670 10 7 14 21 13,5 12 11 10 10 10 118,5 #ja 1,5
481913 14 10.5 24,5
481494 14 12 9 21.5 2 8 8 74.5 ja 0
511144 0.5 0,5
487579 14 10.5 24,5
487108 14 12 14 22 10 72 *ja 0
483142 9 9.5 14 19 10,5 10,5 12 4 8 6 102,5 ja 1
487270 14 14
487854 14 12 14 21 10,5 71,5 ja 0
ENTRY:TeilnSS20
(versteckt)
Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
517157 12 11.5 11 21.5 14 - - - - - - - - - - 70 ja 0
497033 14 7 11 12 11 - - 12 9 10 - - 86 ja 0.5
511670 13 6.5 10.5 17 - - 9.5 8 8 - - - - 72.5 ja 0
429964 12 11.5 14 21.5 13 12 12 10 10 - - 116 ja 1.5
516527 - - - - 11.5 3 8 9.5 8 - - - - - - 40 nein - -
518024 13 7 11.5 17 7.5 - - 12 10 - - - - 78 ja 0
418124 13.5 11.5 14 21 14 12 12 9.5 10 11.5 129 ja 2
512107 14 12 14 21 14 12 12 10 10 12 129 ja 2
465205 14 12 14 21.5 14 11.5 12 10 10 12 131 ja 2
464455 14 8.5 11.5 20 13 12 12 10 9 11 121 ja 2
478009 14 12 14 22 14 12 12 10 10 12 132 ja 2
517580 14 12 - - - - - - - - - - - - - - - - 26 nein - -
505718 5.5 11.5 14 13.5 - - - - - - - - - - - - 44.5 nein - -
507655 14 12 14 20 13 11 12 10 - - - - 104 ja 1
479206 14 12 14 22 13.5 12 12 10 10 12 131.5 ja 2
478669 13.5 9.5 14 20.5 14 12 12 9.5 10 12 127 ja 2
509970 13.5 12 14 21.5 14 12 12 10 10 12 131 ja 2
499231 14 12 14 22 14 - - 12 10 10 10 118 ja 1.5
ENTRY:TeilnSS19
(versteckt)
Matrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sum LNE BP
424282 14 11 14 22 12.5 12 12 8 10 10 125.5 ja 2
499255 14 12 13.5 21.5 3 12 12 10 10 11 119 ja 2
499231 - - - - - - 22 - - 12 12 10 10 11 77 ja 0
403067 14 12 14 22 12.5 11 - - - - - - - - 85.5 ja 0.5
497033 14 11.5 11.5 12 7 - - - - - - - - - - 56 nein - -
509619 14 6.5 14 18 11 12 12 10 10 10.5 118 ja 2
446257 14 12 14 22 12.5 12 12 10 10 10 128.5 ja 2
411639 - - - - 13 - - 13 11 12 7.5 10 - - 66.5 ja 0
499750 14 10 12 19.5 11.5 11 12 7.5 - - - - 97.5 ja 1
507655 14 12 14 20 - - 10 11.5 10 10 - - 101.5 ja 1
468916 14 12 14 22 10.5 12 12 7 10 10.5 124 ja 2
509970 14 12 13.5 21.5 - - 9.5 11.5 8.5 10 10 110.5 ja 1.5
509561 10 6.5 12.5 22 12.5 12 12 10 10 11 118.5 ja 2
443436 14 12 14 19 12.5 12 12 7 10 11 123.5 ja 2
493596 14 12 14 22 11.5 12 12 8.5 10 10 126 ja 2
489973 14 12 14 22 12.5 12 12 10 10 12 130.5 ja 2
ENTRY:TeilnSS18
(versteckt)
Matr.-Nr. HA 1 HA 2 HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 7 HA 8 HA 9 HA 10 HA 11 Summe BP
(14) (12) (14) (22) (14) (12) (12) (10) (10) (12) 132
500964 3 7 22 32 nb
464716 12 10o 14 36 nb
493905 14 12 14 21 13 12 12 10 9.5 12 129.5 2
499231 4 4 nb
499255 8 10 22 10.5 4.5 12 10 10 10 97 1
420013 14 12 26 nb
499705 14 12 10 4 4.5 11 8 10 73.5 0
403421 12 9.5 12 7 9 11 60,5 0
497033 12 12 nb
488477 12 12 13 20 10.5 12 12 10 10 111,5 1.5
499516 6 17.25 8.5 12 12 8 10 8 81.75 0.5
464644 12 9.5 14 21.25 8.5 12 11 3 10 12 113.25 1.5
463643 12 9 14 21.25 8.5 12 11 3 10 12 112.75 1.5
494463 14 14 12 10 50 nb
484806 14 12 13 15.5 7 8 10 10 89.5 1
498625 14 9 10 4.5 10 8 10 4 69.5 0
499750 9.5 15.5 11 9 12 8 4 69 0
495701 14 12 10 22 4.5 11 12 10 9.5 12 117 2
498577 12 20.75 11.5 10.5 12 6 10 82.75 0.5
443333 14 9 21.5 9 10.5 7 71 0
495787 14 12 13 22 13 12 12 10 10 12 130 2
492595 12 12 13.5 20.5 13 12 12 9 10 12 126 2
495464 14 12 14 21.5 13 12 12 10 10 12 130.5 2
491477 14 12 13 20.5 12 12 12 9 10 12 126.5 2
493596 14 13 22 11 12 12 84 0.5
460413 11.5 11 11 21 4 10.5 8 10 87 0.5
489973 14 12 13.5 22 12 12 12 10 10 12 129.5 2
477053 14 11 14 22 12 12 10 10 105 1.5
ENTRY:TeilnSS17
(versteckt)
Matr.-Nr. HA 1 HA 2 HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 7 HA 8 HA 9 HA 10 HA 11 HA 12 ZP/bestanden
(14) (12) (14) (22) (14) (12) (12) (10) (10) (12)
371762 10 8 13 22 6.5 12 12 7 10 9 1,5
364373 14 11 10 20 6 11 11.5 10 10 3 1,5
479385 13 12 13 21.5 9 12 12 10 10 1,5
446886 10 9 14 16.5 13 11 12 6.5 10 1
403421 6.5 3 4 7 6 nein
403407 11 11 9.5 11.5 12 8 12 5.5 4 1 0,5
411639 11 3.5 10 5 nein
484806 14 11 4 15.5 9.5 6 nein
470458 14 10 12 21.5 10 11.5 12 8.5 10 10 2
341792 10 8 12 15.5 8 12 12 6 10 0 1
431293 2 nein
427577 11 9 13 20 9 12 11 3.5 10 6 1
475020 14 10 13 16 10 4 0
484260 14 12 13 21 10.5 12 12 8 10 8 2
487902 2 9 12.5 16.5 7 12 11.5 8.5 10 9 0,5
477053 11 9 12 13 9 9.5 0 8 6 0
474940 14 11 14 19 11 12 12 10 9 1,5
ENTRY:TeilnSS16
(versteckt)
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 Summe LNE BP
(14) (12) (14) (12) (14) (12) (12) (10) (10) (12) (122)
10 12 13 12 12 12 12 6 10 10 109 ja 2 nicht verbuchbar ES Master
8 8 8 7 3 5 39 nein
12 10 14 12 13 12 12 9,5 94,5 ja 1.5 MMB
13,5 10 11 10 11,5 10 1 67 ja 0 nicht verbuchbar Mechatronik Master
12 8,5 11 31,5 nein
14 12 12 11 13 10 12 8 10 9 111 ja 1.5 MMB
10,5 8 10,5 LVJ
14 11 13,5 12 14 12 12 8 10 12 118 ja 2 nicht verbuchbar Mechatronik Master
14 9,5 13,5 11 12 11 12 6 7,5 9 105 ja 1.5 nicht verbuchbar Energietechnologie Bachelor
14 11,5 13 11 13 9 12 8 10 9.5 109 ja 2 MMB
11 12 14 12 14 11 12 10 96 ja 1.5 MMB
10 5,5 12,5 8 7,5 9,5 10 8 5 75,5 ja 0.5 nicht verbuchbar ES Master
11 7,5 7,5 6 1 9 6 4 10 3.5 67.5 ja 0 MMB
8 12 14 10,5 13 11,5 12 6 10 9 106 ja nicht verbuchbar Maschinenbau Bachelor
14 14 nein
6 7 9 9 7 6 6 8.5 58,5 ja 0 nicht verbucht, MMB
9 9 9,5 9 4 40,5 nein
10,5 11 12 12 10 8 10 73,5 ja 0.5 MMB
7,5 10 9 10 36,5 nein

Literatur:

  1. Beetz, B.: Elektroniksimulation mit PSPICE. Vieweg-Verlag, 2008. ISBN 978-3-8348-0238-5. (E-Book in der TUC-Bibliothek)
  2. G. Kemnitz. Technische Informatik Band 1: Elektronik. Springer. 2009.
  3. U. Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer-Verlag. 2002.
  4. K.-H. Cordes, A. Waag, N. Heuck: Integrierte Schaltungen. Pearson 2011
  5. [LTspice IV User Manual] . ecee.colorado.edu/~mathys/ecen1400/pdf/scad3.pdf
  6. [Spice-Modell TLC07x]
  7. [Spice-Modell BAT43]

Prüfung

Die Prüfung findet finden mündlich, voraussichtlich am Dienstag, den 26.09.2023 und Mittwoch, den 27.09.2023 im Labor Technische Informatik, Institut für Mathematik, Raum 09 statt. Termine sind beim Dozenten unter gkemnitz at in.tu-clausthal.de zu erfragen. Der Prüfung ist ein praktischer Teil vorangestellt, in dem Sie eine Aufgabe mit dem Simulator lösen. Die Ergebnisse sind Teil des nachfolgenden Prüfungsgespräches. Erlaubte Hilfsmittel eigener Laptop mit LTSpiece. Für den praktischen Teil dürfen Sie alle Unterlagen zur Vorlesung, Skript, gelösten Aufgeben, ... dabei haben. Untersagt ist nur die Kommunikation mit anderen Personen. Beim Prüfungsgespräch ist nur der Laptop mit den Simulationsergebnissen und maximal ein A4-Blatt einseitig mit Notizen zu den Ergebnissen des praktischen Teils zugelassen.

Vergangene Semester: [SS 2022] [SS 2021] [SS 2020] [SS 2019] [SS 2018] [SS 2017] [SS 2016] Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 21.03.2024 19:29:57

 TU Clausthal 2020  Impressum