Elektronik II (2V1Ü) - SS21

[F] -- Foliensätze, [H] -- Handouts für den Ausdruck , [A] -- Audio-Dateien zur Vorlesung, [GUF] -- Folien zur großen Übung zum Foliensatz, [GUH] -- Handout zur Großen Übung für den Ausdruck und [GUV] -- Video zur großen Übung.

• [F1] [H1] [A1] Einführung, Wiederholung:
  1. Stationärer Betrieb.
  2. Zeitveränderliche Spannungen und Ströme.
  3. Halbleiter.
  4. Leitungen.
• [F2] [H2] [A2] [GUF2] [GUH2] [GUV2] 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] [A3] [GUF3] [GUH3]
• [GUV3] 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] [A4] [GF4] Halbleiter, Dioden:
  1. Halbleiter: Stromfluss in Halbleitern, undotiert (intrinsisch), dotiert (extrinsisch), stromloser pn-Übergang, pn-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] Transistoren:
  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.

Vorlesung

Ab Di. dem 20.04.2021 findet jeden Dienstag ab 8:00 eine bbb-Web-Konferenz zur Lehrveranstaltung statt. Anmeldung über die Web-Seite webconf.tu-clausthal.de/b/gun-arg-ayt (Nur, wenn die Konferenz läuft, möglich). In dieser Konferenz können Sie über Mikrofon oder Chat Fragen stellen und es es sind Umfragen möglich. Die Foliensätze, Handout-Version und Audio-Aufnahmen dazu finden Sie auf der Web-Seite, so dass es prinzipiell auch möglich ist, die Vorlesungen im Selbststudium zu erarbeiten. Ich zeichne die Vorlesungen zusätzlich auf und stelle sie als Ersatz der Audio-Aufzeichnung ins Netz.

Große Übung

In der Großen Übung werden Schaltungen mit LT-Spice simuliert. Die Foliensätze mit den Aufgaben finden Sie auch oben auf der Web-Seite. Pandemie-bedingt können wir den Übungsraum an der UNI nicht nutzen, so dass Sie an ihren eigenen Rechnern zu Hause arbeiten müssen. Dazu müssen Sie LTspice auf ihrem Rechner installieren (https://www.analog.com/ => Design Center => Circuit Design Tools ...). Das war bisher immer problemlos.

Versuchen Sie zuerst jede Aufgabe, selbst zu lösen. Spielen Sie dann das Video bzw. die Audio-Datei zur Aufgabe mit den Zusatzerklärungen ab. Nehmen Sie an ihrer Lösung eventuell erforderliche Korrekturen vor und vergleichen Sie erst zum Abschluss ihre Lösung mit der Musterlösung. Wenn Sie beim ersten Durchgehen der Großen Übungen für weniger als 50% der Aufgaben die Lösungen selbst finden, dann gehen Sie die Große Übung ein paar Tage später nochmal durch. Machen Sie sich Notizen und heben Sie sich ihre Dateien auf. Es wird voraussichtlich wieder wie in den vergangenen Jahren Prüfungsaufgaben geben, die mit LT-Spiece zu lösen sind. Das erfordert die Fähigkeit, "flüssig" mit dem Simulator zu arbeiten. Eigene Dateien und Aufzeichnungen dürfen Sie in der Prüfung nutzen und es ist recht hilfreich, wenn Sie die vor der Prüfung gut aufbereiten.

Hausübungen

Nach Erarbeitung des Vorlesungsstoffs und Durchgehen der Großen Übung sollte die Lösung der Hausübungen schnell gehen. Die Lösungen sind als PDF mit Dateinamen

E2_<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 EMai 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. Das entspricht einer Notenstufe. 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 Rahmenprüfungsordnung verfahren.

Ablaufplan, Abgabetermine

In der nachfolgenden Tabelle steht in der ersten Spalte die Vorlesungswoche, in Spalte bbb-Termin der Termin der bbb-Web-Konferenz, in Spalte Vorlesung jeweils Foliensatz, Abschnitt und Unterabschnitt, bis zu dem die Vorlesung kommen wird (Richtwert). In der Spalte "Große Übung" stehen jeweils Foliensatz und Aufgabennummer, bis zu der Sie in der Woche im Selbststudium mit dem Simulator kommen sollten. In Spalte Hausübung finden Sie das Aufgabenblatt der Woche und unter Abgabetermin den spätesten Abgabetermin für die Hausübung, in der Regel der Dienstag der Folgewoche.

Ergebnisse der Hausübungen:

* Verbuchungsfehlermeldung „Studiengang konnte nicht eindeutig bestimmt werden“; # Verbuchungsfehlermeldung „Maximale Anzahl bestandener Versuche ist überschritten“. In beiden Fällen Weiterleitung an das Prüfungsamt in Papierform.

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]

Die Prüfung findet am 06.10.2021 von 8:00 bis 11:00 als Online-Klausur statt. Erlaubte Hilfsmittel sind eigene Ausarbeitungen, Taschenrechner, LTSpice auf ihrem Rechner und auch die Dateien mit eigenen Lösungen zu den Übungsaufgaben. Mehr als 25% der Punkte gibt es für Aufgaben, die mit dem Simulator zu lösen sind. Die Klausur bekommen Sie über Moodle als pdf. Sie können die Aufgaben dann auf Papier lösen und geben zum Schluss Fotos ihrer Lösungen auf Papier sowie die Dateien und Bildschirmfotos ihrer Lösungen auf dem Rechner per EMail an dieselben Adresse ab, wie die Hausübungen. Zur Vorbereitung sei empfohlen, dass Sie von der großen Übung zu Foliensatz 3, für die Komplexaufgabe 3.19 bis 3.24 die Schaltungseingabe, die Simulationsdurchführung und die Anfertigung vernünftiger Bildschirmfotos solange üben, bis Sie alle fünf Aufgaben innerhalb von 20 min schaffen.