Lehre.Elektronik2_SS2025 (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.
  • [F6] [H6] Schaltungstechnik:
    1. Fertigung: Bipolar-Prozess, Widerständer und Kapazitäten, CMOS-Prozess.
    2. I- und U-Quellen: Transistor als Stromquelle, Stromspiegel, Referenzspannungen.
    3. Verstärker: Kaskodenschaltung, Differenzverstärker, Impedanzwandler.
  • ältere Vorlesungsaufzeichnungen auf dem Video-Server

Organisation

Di. 8:15 bis 9:45 Vorlesung und 13:15 bis 14:45 alternierend Vorlesung und Übung. Die Übungen finden im Übungsraum Technische Informatik statt (Inst. für Math., rechter Eingang, Treppe runter).

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.

HausübungAbgabetermin
1 [HA1] 22.04.2025
2 [HA2] 29.04.2025
3 [HA3] 06.05.2025
4 [HA4] 13.05.2025
5 [HA5] 20.05.2025
6 [HA6] 27.05.2025
7 [HA7] 03.06.2025
8 [HA8] 10.06.2025
9 [HA9] 17.06.2025
10 [HA10] 24.06.2025
11
12
13

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 von den Grossen Übungen und Hausübungen in Vorbereitung auf die Prüfung auf einen Stick. Die Prüfung hat einen praktischen Teil, zu dem ihre Lösungen am Rechner als Hilfsmittel zugelassen sind.

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]
Alte Klausuren.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 05.03.2025 14:02:30

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