Lehre

Bauelemente und Grundschaltungen

Lernergebnisse:
Die Studierenden können die Ursachen von Bauelemente-Kennlinien erklären und deren Wirkung in elektronischen Schaltungen anwenden. Sie erkennen und bewerten die Material-, Technologie- und Systemparameter, die die Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Bauelementen in elektronischen Schaltungen beeinflussen. Sie lernen die grundlegenden Begriffe und Konzepte der Halbleiterschaltungstechnik kennen und wenden diese auf einfache Grundschaltungen an. Sie setzen physikalische oder elektrotechnische Modelle zur Lösung konkreter Problemstellungen ein. Sie nutzen moderne Messtechnik und die elektronischen Medien, um die Eigenschaften von Bauelementen zu charakterisieren und zu interpretieren. Einfache Grundschaltungen können dimensioniert und aufgebaut werden. 

Die Praktikumsergebnisse werden in technischen Berichten schriftlich zusammengefasst und präsentiert, um die Allgemein-Kompetenz einer sauberen und umfassenden Dokumentation zu erlernen.

Inhaltsbeschreibung:
Liste der behandelten  Bauelemente und Grundschaltungen:

  • Technische Widerstände: physikalische Grundlagen, elektrische und thermische Kennlinien und Bauformen
  • Ladungsspeicherung mit galvanischen Zellen, Polymer-, Elektrolyt- und Keramikkondensatoren
  • Spulen und Transformatoren
  • Physikalische Grundlagen der Halbleiterphysik: Bändermodell, Ladungsträgerdichten, Ladungsträgertransport, Ausgleichsvorgänge
  • Halbleiterdioden: pn-Übergang, Modellierung, Schaltverhalten, Gleichrichterschaltungen
  • Nichtlineare keramische NTC- und PTC-Widerstände und Varistoren: elektrische und thermische Kennlinien, Sensorgrundschaltungen
  • Bipolar- und Feldeffekttransistoren: Transistorgleichungen, Kennlinien, Modellierung, Grundschaltungen
  • Arbeitspunkteinstellung und Frequenzverhalten von Transistorverstärkern, Rückkopplung und Stabilität, Transistorschaltstufen und Kippschaltungen
  • Differenzverstärker und Operationsverstärker

In Übungen werden die physikalischen und elektronischen Modelle anhand von Beispielen angewendet. Im Laborpraktikum werden Kennlinien elektronischer Bauelemente bestimmt und  einfacher Halbleiterschaltungen aufgebaut und evaluiert. Einige Versuche können über eLearning Module und remote gesteuerte Experimente vorbereitet werden.

Die Ergebnisse werden in technischen Berichten schriftlich zusammengefasst und präsentiert.

Art der Prüfung:

Schriftliche Modulprüfung (180 Minuten) oder mündliche Modulprüfung (45 Minuten); weitere Zulassungsvoraussetzung: erfolgreiche Teilnahme am vorlesungs- und übungsbegleitenden Praktikum

 

Halbleiterschaltungstechnik

Lernergebnisse:
In „Halbleiterschaltungs- und Mikrorechnertechnik“ lernen die Studierenden, komplexere analoge und digitale Standardschaltungen, die aus passiven und aktiven Halbleiterbauelementen bestehen, zu analysieren und zu modifizieren. Im Hinblick auf geforderte Kenndaten, wie Arbeitspunkt, Verstärkung, Bandbreite und Grenzfrequenz  können die Studierenden mittels Anwendung mathematischer Modelle Bauelemente der Schaltungskomponenten dimensionieren. Bei der praktischen Vertiefung des Lehrstoffs können die Studierenden Schaltungen eigenständig entwerfen und mittels (SPICE-) Simulation auf Funktionsfähigkeit überprüfen. 


Inhaltsbeschreibung:

 

1) Digitaltechnik
    Grundlagen (Wiederholung aus DT), Verhalten logischer Gatter
    Schaltungstechnische Realisierung von Gattern, Schaltnetze, Schaltwerke,
    Speicher, Programmierbare Logik


2) Operationsverstärkeranwendungen (OP)
    Grundlagen (Wiederholung aus BG), Aktive Filter 1. und 2. Ordnung,
    Integratorfilter, Switched Capacitor Filter


3) Signalgeneratoren und Oszillatoren
    Sinus, Rechteck, Dreieck, Direkte digitale Synthese (DDS),
    LC & Quarzoszillator, Frequenzabstimmung, Amplitudenregelung

  
4) Stromversorgung
    Lineare Spannungsregler, Schaltregler

5) Leistungsverstärker

6) Phasenregelkreis

 

 

Art der Prüfung:

  • Schriftliche Prüfung, Dauer 90 Minuten
  • Prüfungsvoraussetzung ist die erfolgreiche Teilnahme am Praktikum

Imaging and Photonics (Optoelektronik)

Der Begriff Optoelektronik ist eine Kombination aus den Wörtern „Optik“ und „Halbleiterelektronik“ und umfasst alle Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten und Energien in Lichtemission ermöglichen und umgekehrt. Dabei sollen die Vorteile der elektronischen Datenaufbereitung und -verarbeitung mit den Vorteilen der Lichtübertragung kombiniert werden.  Die Inhalte des Wahlpflichtfaches sind Lichtquellen wie Leuchtdioden und Laser und die optischen Empfangselemente.  Außerdem werden Anwendungsgebiete der Optoelektronik wie die Kameratechnik und die optische Messtechnik behandelt.

Entwurf schneller Schaltungen

Lernergebnisse:

Die Studierenden können die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten, Zusammenhänge und Methoden der Signalintegrität und der Güte der Spannungsversorgung (Powerintegrität) elektronischer Systeme erklären und in den Kontext des störungsfreien Aufbaus bzw. der elektromagnetischen Verträglichkeit solcher Systeme setzen.

Sie können das prinzipielle Verhalten von Signalen und Spannungsversorgung vor dem Hintergrund der typischen Aufbau- und Verbindungstechnik erläutern.

Sie können Lösungsstrategien für Probleme der Signal- und Powerintegrität vorschlagen und beschreiben. Sie können einen Überblick über messtechnische und numerische Mtehoden zur Charakterisierung der Signal- und Powerintegrität in der elektrotechnischen Praxis geben.

Die Studierenden können eine Reihe von Verfahren zur Modellbildung zur Beschreibung des elektromagnetischen Verhaltens typischer Aufbau- und Verbindungstechnik elektronischer Systeme anwenden. Sie können einschätzen, welche prinzipiellen Effekte diese Modelle in Bezug auf die Signal- und Powerintegrität vorhersagen, können diese klassifizieren und quantitativ analysieren. Sie können Lösungsstrategien aus diesen Vorhersagen ableiten und für die Anwendung in der elektrotechnischen Praxis dimensionieren. Sie können verschiedene Lösungsstrategien gegeneinander abwägen.

Die Studierenden können in kleinen Gruppen fachspezifische Aufgaben gemeinsam bearbeiten und Ergebnisse in geeigneter Weise  präsentieren (z.B. während der CAD-Übungen).

Die Studierenden sind in der Lage, die notwendigen Informationen aus den angegebenen Literaturquellen zu beschaffen und in den Kontext der Vorlesung zu setzen. Sie können ihr erlangtes Wissen mit den Inhalten anderer Lehrveranstaltungen (z.B. Theoretischer Elektrotechnik, Halbleiterschaltungstechnik oder Algemeiner Leistungs- und Signaltheorie) verknüpfen.

Inhaltsbeschreibung:

- Die Rolle von Packages und Interconnects in elektronischen Systemen

- Komponenten der Aufbau- und Verbindungstechnik elektronischer Systeme

- Hauptziele und Konzepte der Signal- und Powerintegrität elektronischer Systeme

- Wiederholung relevanter Konzepte der elektromagnetischen Feldtheorie

- Eigenschaften digitaler Signale und Systeme

- Entwurf und Charakterisierung der Signalintegrität

- Entwurf und Charakterisierung der Spannungsversorgung

- Techniken und Geräte zur Messung in Zeit- und Frequenzbereich

- CAD-Werkzeuge für elektrische Analyse und Entwurf von Packages und Interconnects

- Bezug zur gesamten elektromagnetischen Verträglichkeit von elektronischen Systemen

- Entwurf und Layout elektronischer Schaltungen unter Berücksichtung der Signal- und Powerintegrität.

Art der Prüfung:

Mündliche Modulprüfung (ca. 30 Minuten)