Elektronik I (3V1Ü) - WS 15/16

(G. Kemnitz, C. Giesemann)

Die Vorlesung "Elektronik 1" vermittelt, wie kleine Schaltungen aus Widerständen, Kondensatoren und anderen Bauteilen zusammengebaut und berechnet werden. Im begleitenden Praktikum Elektronik wird das erlernte Wissen an Steckbrettern und mit echten Bauteilen ausprobiert.

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: Diplom Informatik, Informationstechnik, Maschinenbau/Mechatronik, Bachelor Technische Informatik, Maschinenbau, Master Technische BWL

Foliensätze

  • [F1: 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: 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: Schaltungen mit Bipolartransistoren] Spannungsverstärker, Differenzverstärker, Stromquellen, Transistorinverter, DT-Gatter, Spannungsstabilisierung.
  • [F4: Schaltungen mit MOS-Transistoren und Operationsverstärkern]
    1. MOS-Transistoren: Verstärker, Schaltbetrieb, CMOS-Gatter, Speicherzellen.
    2. Operationsverstärker: Verstärker, Rechenelemente, Komparator, Analog-Digital-Wandler.
  • [F5: Kapazitäten und Induktivitäten, Zeitdiskrete Modellierung]
    1. Kapazität, Induktivität, Gegeninduktivität, Dreckeffekte.
    2. Zeitdiskretes Modell: Prinzip, Glättungskondensator, Schaltnetzteil, H-Brücke, CMOS-Inverter.
  • [F6: Geschaltete Systeme] Sprungantwort, Geschaltetes RC-Glied, Abbildung auf RC-Glieder, Geschaltetes RL-Glied, Abbildung auf RL-Glieder, RC-Oszillator.
  • [F7: Frequenzraum] Fouriertransformation, FFT/Matlab, komplexe U, I, R, Abbildung von Schaltungen auf Gleichungssysteme, Handwerkszeug, Transistorverstärker, Operationsverstärker.
  • [F8: 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: Leitungen] Wellengleichung, Wellenwiderstand, Reflexion, Sprungantwort, Messen von Leitungsparametern.

Übungsaufgaben

  • VL-WocheThemaAufgabenblattPunkteAbgabetermin
    1Physikalische Grundlagen und kirchhoffsche Sätze[E1U1.pdf]1505.11.2015
    2kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten[E1U2.pdf]1812.11.2015
    3Dioden[E1U3.pdf]1819.11.2015
    4Bipolartransistoren 1[E1U4.pdf]1826.11.2015
    5Bipolartransistoren 2[E1U5.pdf]1603.12.2015
    6MOS-Transistoren[E1U6.pdf]1610.12.2015
    7Operationsverstärker[E1U7.pdf]1817.12.2015
    8Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation[E1U8.pdf]1414.01.2016
    9Geschaltete RC- und RL-Glieder[E1U9.pdf]1521.01.2016
    10Frequenzbereich[E1U10.pdf]1428.01.2016
     
    Teilnehmer und Ergebnisse
    MatrNrUe1Ue2Ue3Ue4Ue5Ue6Ue7Ue8Ue9Ue10sumZPLN
    23672811.557.515.59.51412.56 5.5870x
    276001             
    34179213.5  9 1010.59.58868.5  
    365673             
    392028             
    3927291417 14.5813.516   83 x
    40028414.51712.5131415.5150-1411.57.5>120.51.5x
    4024061414171612.514.51511.5129.51361.5x
    40259212.59.5107.5713    59.5  
    40362713.58.579 126912.5481.5 x
    404477  2677.5    22.5  
    406503121516       43  
    413693             
    4146251313.5111298 9.5 8.584.5 x
    41717813         13  
    4179411414171612.514.51511.511.59.5135.51.5x
    41824113.59.58       31  
    41829613.58.57.53 5    37.5  
    418674             
    4192971414171612.515.51512.511.59.5137.51.5x
    42064211 4.596751213976.5 x
    42143013.58.57.53      32.5  
    421856             
    423607131214161112.5159  102.50.5x
    4248971316.576      42.5  
    425496   137     20  
    42757711148.5141112.5110-14103>950.5x
    428578             
    428585 6.58       14.5  
    4290434.516 85.5 1411.511.5677 x
    4324387 4       11  
    4327136.5 2.5       9  
    4360851313.51114.511.514710 7.51020.5x
    44272713         13  
    443333 9.512.59.54.596.59  60.5  
    4438071417.5131111.51513.59.512.55122.51x
    44465712.511.599.510811983.592 x
    445270121615163.5758.539950.5x
    44582312.51715163.5  8.53984.5 x
    44625714.51617158.51517.513.5133.5133.51.5x
    447760             
    449834144.5        18.5  
    46093213.5 1116.5121415.51011.571111x
    462484             
    462769             
    473059             
     12.5125       29.5  

    x -- Leistungsnachweis ausgestellt bzw. online verbucht

  • Hier finden Sie ein Java-Applet zur Simulation elektronischer Schaltungen. Beim Start erscheint eine einfache LRC-Schaltung, andere Schaltungen können über den Menüpunkt "Circuits" geladen werden. Grüne Leitungen signalisieren positive Spannungen, rote negative und graue Verbindungen die Masse. Schalter können mit der Maus geöffnet oder geschlossen werden. Um z.B einen Widerstandswert zu ändern, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ein Bauteil und dann auf "Edit".

    Interessante Beispiele:

    • Basics->Inductor/Capacitor (Spule/Kondensator)
    • Basics->Voltage Divider (Spannungsteiler)
    • Diodes->Half-Wave Rectifier (Einweggleichrichter)
    • Diodes->Full-Wave Rectifier w/Filter (Brückengleichrichter mit Glättung)
    • Op-Amps->Amplifiers->Inverting Amplifier (Invertierender Verstärker)
    • 555 Timer Chip->Square Wave Generator (Rechteckgenerator mit IC NE555)
  • Die Abbildungs- und Aufgabennummern beziehen sich auf das Lehrbuch: G. Kemnitz. Technische Informatik Band 1: Elektronik. Springer. 2009.

    Berechnung der Ströme zu Abb. 1.15
    Erzeugung eines breitbandigen Testsignals zu Abb.2.103
    Zeigerdarstellung der Wellenausbreitung zu Abb. 3.72
    Zeitdiskrete Simulation der RCL-Schaltung zu Aufgabe 2.8
    Zeitdiskrete Simulation RCL-Schaltung zu Aufgabe 2.9
    Zeitdiskrete Simulation einer CMOS-Inverterketter zu Aufgabe 2.22
    Zusammensetzen eines Ausgabesignals aus Sprungantworten zu Aufgabe 2.22
    Annäherung eines Sägezahns durch eine Fourierreihe zu Aufgabe 2.22
    Frequenz und Phasenfrequenzgang eines Filters mit Operationsverstärker zu Aufgabe 2.27

     

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

Organisation

Die Veranstaltung hat einen Gesamtstundenumfang von 3V+1Ü. Am Mittwoch ist immer Vorlesung und donnerstags 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 (max. eine Notenstufe, siehe Allg. Prüfungsordnung vom 28.04.2015).

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 07.04.2016 von 09:00 bis 11:00 Hörsaal A (IfM) statt. Erlaubte Hilfsmittel für die Prüfung 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