Modulhandbuch

Elektrische Energietechnik / Physik plus (EP-plus)

Schaltungsdesign

Empfohlene Vorkenntnisse

• Grundkenntnisse aus der Elektrotechnik
• Labore Elektro- Messtechnik 1 und 2
• Modul Halbleitertechnik

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden befähigt:

  • Grundschaltungen mit idealen Operationsverstärkern zu kennen und anwendungsbezogen dimensionieren zu können. Ausgewählte Grundfunktionen zu synthetisieren und kompliziertere Funktionen zu analysieren.
  • Funktion und Aufbauprinzipien von Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandlern zu kennen und zu verstehen.
  • Funktionsweise von Phasenregelkreisen zu kennen.
  • Methoden zum Entwurf von Digitalen Schaltkreisen und Systemen zu kennen und anwenden zu können.
  • Digitale Systeme mit modernen rechnergestützten Verfahren wie Simulation und CAE-Tools entwerfen zu können.
  • Den Aufbau von Digitalen Schaltkreisen und deren wichtigsten Bestandteilen zu kennen und zu verstehen
  • Möglichst eigenständig Zusammenhänge und Auswirkungen zwischen den einzelnen thematischen Schwerpunkten der Vorlesung herstellen zu können.
  • Messtechnische Untersuchungen an Schaltungen durchführen zu können.
Dauer 2
SWS 10.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 150 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 150 h
Workload 300 h
ECTS 10.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Die Vorlesungen werden durch eine Klausur K120 abgeprüft. Das Labor Schaltungsdesign ist unbenotet, muss aber m. E. attestiert sein

Modulverantwortlicher

Prof. Dr. Elke Mackensen

Empf. Semester 3-4
Haeufigkeit jährlich (SS+WS)
Verwendbarkeit

Erster Teil der Vorlesung EI, EI-plus, MT, MKA, MK-plus, EI-3nat, EP, EP-plus
Zweiter Teil der Vorlesung EI, EI-plus, EI-3nat, EP, EP-plus

Veranstaltungen

Analoge Schaltungen (1)

Art Vorlesung
Nr. EMI819
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Lehrveranstaltung gliedert sich folgendermaßen:
• Aufbau und Funktionsweise eines Operationsverstärker
• Merkmale und Eigenschaften des Operationsverstärkers
• Der Operationsverstärker als linearer Verstärker
• Diverse Grundschaltungen in Gegenkopplung
• Stabilitätsbetrachtungen im Bode-Diagramm
• Fehler-Rechnung
• Operationsverstärker in Mitkopplung

Literatur
  • Goßner, S., Grundlagen der Elektronik: Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Shaker -Verlag, 2008
  • Zastrow, D., Elektronik, Springer-Verlag, 12. Auflage, 2014
  • Tietze U., Schenk C., Gamm E., Halbleiter-Schaltungstechnik, 15.
  • Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016

Digitale Schaltungen 1

Art Vorlesung
Nr. EMI820
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Grundlagen der Digitaltechnik
  • Reales Verhalten digitaler Schaltungen in Hardware
  • Kombinatorische Schaltungen
  • Sequentielle Schaltungen
Literatur
  • Fricke, K.: Digitaltechnik. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2009, 6. Auflage
  • Woitowitz, R.; Urbanski, K.; Gehrke, W.: Heidelberg: Springer Verlag, 2011 
  • Biere, A.; Kröning, D.; Weissenbacher, G.; Wintersteiger, Ch. M.: Digitaltechnik – Eine praxisnahe Einführung. Heidelberg: Springer Verlag, 2008
  • Reichardt, J.: Lehrbuch Digitaltechnik. Eine Einführung mit VHDL. München: Oldenbourg Verlag, 2013
  • Wöstenkühler, G.: Grundlagen der Digitaltechnik, Elementare Komponenten, Funktionen und Steuerungen. München, Wien: Carl Hanser Verlag, 2012
  • Liebig, H.: Logischer Entwurf digitaler Systeme (4. Auflage). Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2006

Analoge Schaltungen 2

Art Vorlesung
Nr. EMI821
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Lehrveranstaltung gliedert sich folgendermaßen:
• Zeit- und Wertediskretisierung kontinuierlicher Signale
• Digital-Analog-Wandler
• Abtast-Halte-Glied
• Analog-Digital-Wandler
• Phasenregelkreis (PLL)

Literatur
  • Goßner, S., Grundlagen der Elektronik: Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Shaker -Verlag, 2008
  • Best, R., Phase-Locked Loops: Design, Simulation and Applications, McGraw-Hill Education, 2009
  • Tietze U., Schenk C., Gamm E., Halbleiter-Schaltungstechnik, 15. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016

Digitale Schaltungen 2

Art Vorlesung
Nr. EMI822
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Zeitliches Verhalten Digitaler Schaltkreise
  • Schaltkreistechnologien digitaler Schaltungen
  • Schaltungstechnische Aspekte bei Mikroprozessor- und Mikrocontroller -Systemen
  • Programmierbare Logikbausteine
  • Design-Rules für digitale Systeme
  • Speicher
Literatur
  • Fricke, K.: Digitaltechnik. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2009, 6. Auflage
  • Woitowitz, R.; Urbanski, K.; Gehrke, W.: Heidelberg: Springer Verlag, 2011
  • Biere, A.; Kröning, D.; Weissenbacher, G.; Wintersteiger, Ch. M.: Digitaltechnik – Eine praxisnahe Einführung. Heidelberg: Springer Verlag, 2008
  • Reichardt, J.: Lehrbuch Digitaltechnik. Eine Einführung mit VHDL. München: Oldenbourg Verlag, 2013
  • Wöstenkühler, G.: Grundlagen der Digitaltechnik, Elementare Komponenten, Funktionen und Steuerungen. München, Wien: Carl Hanser Verlag, 2012
  • Liebig, H.: Logischer Entwurf digitaler Systeme (4. Auflage). Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2006

Labor Schaltungsdesign

Art Labor
Nr. EMI823
SWS 2.0
Lerninhalt

Sensorik, Analogtechnik:

  • Verhalten Sensoren kennenlernen
  • Entwurf, Aufbau/Implementierung und Test einer anlogen Teilschaltung (OPV) zur Aufbereitung eines vorgegeben analogen Signals und vorgegeben Randbedingungen
  • Rechnergestützter Entwurf der Schaltung (Simulation) der Schaltung mittels PSPICE
  • Allgemeine Eigenschaften OPV kennenlernen, evaluieren
  • Anwendung OPV als Verstärker, Subtrahierer etc.

Analog-Digital-Wandler:

  • Allgemeine Eigenschaften von AD-Wandlern evaluieren
  • Gemeinsame Inbetriebnahme des AD-Wandlers mit der Sensorik und der analogen Signalaufbereitungsschaltung

Digitaltechnik, Programmierbare Digitalschaltkreise:

  • Entwurf kombinatorischer und sequentieller Schaltungsteile
  • Entwurf komplexerer digitaler Schaltungen und Umsetzung der Schaltung in einem programmierbaren Digitalschaltkreis (FPGA), Rechnergestützter Entwurf der digitalen Schaltungen
  • Integration der kombinatorischen und sequentiellen Schaltungsteile in eine vorgegebene Digitalschaltungsumgebung
  • Gemeinsame Inbetriebnahme der vorherigen entworfenen Schaltungsteile mit dem entstandenen Digitalteil
    Einblick in Entwurfsmöglichkeiten digitaler Schaltungen
Literatur
  • Goßner, S., Grundlagen der Elektronik: Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Shaker -Verlag, 2008
  • Zastrow, D., Elektronik, Springer-Verlag, 12. Auflage, 2014
  • Tietze U., Schenk C., Gamm E., Halbleiter-Schaltungstechnik, 15. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016
  • Fricke, K.: Digitaltechnik. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2009, 6. Auflage
  • Woitowitz, R.; Urbanski, K.; Gehrke, W.: Heidelberg: Springer Verlag, 2011
  • Biere, A.; Kröning, D.; Weissenbacher, G.; Wintersteiger, Ch. M.: Digitaltechnik – Eine praxisnahe Einführung. Heidelberg: Springer Verlag, 2008
  • Reichardt, J.: Lehrbuch Digitaltechnik. Eine Einführung mit VHDL. München: Oldenbourg Verlag, 2013
  • Wöstenkühler, G.: Grundlagen der Digitaltechnik, Elementare Komponenten, Funktionen und Steuerungen. München, Wien: Carl Hanser Verlag, 2012
  • Liebig, H.: Logischer Entwurf digitaler Systeme (4. Auflage). Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2006
  • Best, R., Phase-Locked Loops: Design, Simulation and Applications, McGraw-Hill Education, 2009