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 Lehrveranstaltung findet in diesem Semester Online als BBB-Veranstaltungen statt.
- Mi. 10:15 bis 11:45: Vorlesung im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt
- Do. von 10:15 bis 11:00: Vorlesung im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt
- Do. von 11:15 bis 12:00: Große Übung im BBB-Raum https://webconf.tu-clausthal.de/b/car-z42-fz4
In der ersten Vorlesungswoche gibt es statt der großen Übung eine 90 min Vorlesung und in der letzten Vorlesungswoche statt der Vorlesung am Do. eine 90 minütige Übung. 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, ausgenommen für die Weihnachtspause. 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. Bei offensichtlichen Plagiaten werde ich die angeblichen Autoren einzeln zu einer BBB-Video-Konferenz einladen und prüfen, wer der wirkliche Autor ist und entsprechend der Allgemeinen Prüfungsordnung verfahren.
Foliensätze [F] und Handouts für den Ausdruck [H]
- [F1] [H1] Vorwort bis mathematische Grundlagen
- Physik: Energie, Potential, Spannung, Strom, Ohmsches Gesetz, Leistung.
- Mathematik: Knoten- und Maschengleichungen, Lineare Zweipole, Nützliche Vereinfachungen, gesteuerte Quellen, Bauteile mit nichtlinearen Kennlinien.
- [F2] [H2] Handwerkszeug bis Schaltungen mit Dioden
- Handwerkszeug: Widerstandsnetzwerke, Spannungsteiler, Stromteiler, Zerlegung in Überlagerungen, Zweipolvereinfachung.
- 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
- MOS-Transistoren: Verstärker, Schaltbetrieb, CMOS-Gatter, Speicherzellen.
- Operationsverstärker: Verstärker, Rechenelemente, Komparator, Analog-Digital-Wandler.
- [F5] [H5] Kapazitäten und Induktivitäten, Zeitdiskrete Modellierung
- Kapazität, Induktivität, Gegeninduktivität, Dreckeffekte.
- 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
- Halbleiter: Bewegliche Elektronen, Leiter und Nichtleiter, Dotierte Halbleiter.
- pn-Übergang: Spannungsfrei, Sperrbereich, Durchlassbereich.
- Bipolartransistor: Transistoreffekt, Übersteuerung.
- 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
Hausübungen
| VL-Woche | Thema | Aufgabenblatt | Punkte | Abgabetermin |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Physikalische Grundlagen und kirchhoffsche Sätze | [E1U1.pdf] | 15 | 04.11.2021 |
| 2 | kirchhoffsche Sätze, Werzeugkasten | [E1U2.pdf] | 18 | 11.11.2021 |
| 3 | Dioden | [E1U3.pdf] | 18 | 18.11.2021 |
| 4 | Bipolartransistoren 1 | [E1U4.pdf] | 18 | 25.11.2021 |
| 5 | Bipolartransistoren 2 | [E1U5.pdf] | 16 | 02.12.2021 |
| 6 | MOS-Transistoren | [E1U6.pdf] | 16 | 09.12.2021 |
| 7 | Operationsverstärker | [E1U7.pdf] | 18 | 16.12.2021 |
| 8 | Kapazität, Induktivität, zeitdiskrete Simulation | [E1U8.pdf] | 13 | 13.01.2022 |
| 9 | Geschaltete RC- und RL-Glieder | [E1U9.pdf] | 15 | 20.01.2022 |
| 10 | Frequenzbereich 1 | [E1U10.pdf] | 14 | 27.01.2022 |
Hinweise zur Abgabe siehe oben unter Organisation.
Teilnehmer und Ergebnisse
| Matrn. | Ü1 | Ü2 | Ü3 | Ü4 | Ü5 | Ü6 | Ü7 | Ü8 | Ü9 | Ü10 | Sum | LNE | BP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 | 18 | 18 | 18 | 16 | 16 | 18 | 13 | 15 | 14 | 161 | |||
| 510686 | 14 | 14.5 | 17.5 | 18 | 11.5 | 15 | 15.5 | 12.5 | 11 | - | 129.5 | ja | 1.5 |
| 524364 | 14 | 17 | 14 | 18 | 14.5 | 16 | 13 | 12 | 14 | 10.5 | 143 | ja | 2 |
| 524742 | 14 | 16.5 | 12.5 | 18 | 14.5 | 16 | 13 | 12 | 14 | 10.5 | 141 | ja | 2 |
| 525059 | 14 | 16.5 | 13.5 | 18 | 14.5 | 16 | 13 | 12 | 13 | 10.5 | 141 | ja | 2 |
| 524560 | 14 | 07 | - | - | - | - | - | - | - | - | 21 | nein | |
| 510521 | 9 | 16 | 14 | 16.5 | 10 | - | 12.5 | 9.5 | - | - | 87.5 | ja | 0 |
| 474476 | 12 | 11 | 8 | 13 | 7.5 | 14.5 | 12 | - | 11.5 | - | 89.5 | ja | 0.5 |
| 494456 | 12 | 11.5 | 15 | 15.5 | 11 | - | 8.5 | 8.5 | - | - | 82 | ja | 0 |
| 433927 | 13.5 | 15 | 12.5 | 14 | 10.5 | 16 | 10.5 | 12.5 | 6 | - | 110.5 | ja | 1 |
| 509808 | 11 | 5 | - | - | - | - | - | - | - | - | 16 | nein | |
| 503297 | 12 | 7 | 12.5 | 15.5 | 14 | 13.5 | 11.5 | - | - | - | 86 | ja | 0 |
| 513139 | 13.5 | 12.5 | 14 | 16 | 10.5 | 12.5 | 16.5 | 11 | 14 | - | 120.5 | ja | 1.5 |
| 499028 | 13.5 | 13.5 | 14.5 | 16.5 | 14.5 | 16 | 10.5 | 10 | 11 | 11 | 131 | ja | 1.5 |
| 514329 | 13.5 | 15 | 14 | 16.5 | 14 | 16 | 7.5 | 10.5 | 13 | 8 | 128 | ja | 1.5 |
| 480431 | 9 | 10.5 | 14 | 15.5 | 2.5 | 6 | 5 | 6 | 13 | - | 81.5 | ja | 0 |
| 524649 | 14 | 12.5 | 15.5 | 9.5 | 6 | 16 | 13.5 | 8.5 | - | - | 95.5 | ja | 0.5 |
| 502021 | 6.5 | 4 | 1 | - | - | - | - | - | - | - | 11.5 | nein | |
| 504762 | 13 | 12 | 10 | 15 | 10 | 13 | 4.5 | - | 9 | - | 86.5 | ja | 0 |
| 505684 | 9 | 8.5 | 5.5 | 9.5 | 12 | 15 | 9.5 | - | 13 | - | 82 | ja | 0 |
| 500184 | 13.5 | 15.5 | 14 | 15.5 | 7 | 10 | 4 | 9 | 11 | - | 99.5 | ja | 0.5 |
| 505354 | 14 | 10.5 | 10 | 16 | 13 | 12.5 | 10 | 10.5 | - | - | 96.5 | ja | 0.5 |
| 514336 | 13 | 14.5 | 14 | 16.5 | 14 | 16 | 12.5 | 11 | 10.5 | 10 | 132 | ja | 1.5 |
| 519252 | 11 | - | - | 17.5 | 11 | 10 | - | 10.5 | 14 | 11 | 85 | ja | 0 |
| 503321 | 14 | 18 | 14.5 | 16.5 | 11 | 13 | 18 | - | - | - | 105 | ja | 1 |
| 406259 | 13.5 | 14.5 | - | - | - | - | - | - | - | - | 28 | nein | |
| 498821 | 9.5 | 18 | 17.5 | 12 | 14 | 14.5 | - | - | - | - | 85.5 | ja | 0 |
| 478360 | 12.5 | 8 | 9 | - | - | - | - | - | - | - | 29.5 | nein | |
| 499420 | 13 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 13 | nein | |
| 500335 | 7 | 3.5 | - | - | - | - | - | - | - | - | 10.5 | nein |
Literatur
- G. Kemnitz. Technische Informatik Band 1: Elektronik. Springer. 2009.
- U. Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer-Verlag. 2002.
- K.-H. Cordes, A. Waag, N. Heuck: Integrierte Schaltungen. Pearson 2011
- Java-Applet zur Simulation elektronischer Schaltungen
Prüfung
Die Prüfung findet am Donnerstag, den 24.03.2022 von 9:00 bis 11:00 im im Hörsaal A (Institut für Mathematik, Erzstrasse 1) als Präsenzklausur statt. Erlaubte Hilfsmittel sind eigene Ausarbeitungen und Taschenrechner. Zu den eigenen Ausarbeitungen zählen Mitschriften, die ausgedruckten Foliensätze mit eigenen Kommentaren, die zurückgegebenen korrigierten und ausgedruckten eigenen Hausübungen, selbst angefertigte schriftliche Prüfungsvorbereitungen und Bücher mit Lesezeichen und Notizzetteln. Unterstützung durch andere Personen sind unzulässig. Handys sind während der Prüfung auszuschalten.