BET102: Halbleiterbauelemente und Grundschaltungen (mit Praktikum)

Lernpfad Elektronik

BET102: Halbleiterbauelemente und Grundschaltungen (mit Praktikum)

Kurzporträt BET102: Halbleiterbauelemente und Grundschaltungen (mit Praktikum)
Worum geht es? Dieses Modul führt in die Bauelemente ein, aus denen viele elektronische Geräte aufgebaut sind. Studierende lernen unter anderem Dioden, Transistoren und andere Halbleiterbauelemente kennen und untersuchen, wie sie sich in einfachen Schaltungen verhalten. Dabei verbinden Studierende Theorie, Simulation und Messung, um elektronische Grundschaltungen selbst zu verstehen und aufzubauen.
Wofür braucht man es? Die Kompetenzen werden benötigt, um in Entwicklungs- und Analyseaufgaben passende elektronische Bauelemente auszuwählen und ihr Verhalten realistisch einzuschätzen. Die Kompetenzen bilden eine Grundlage für den Entwurf, die Fehlersuche und die Bewertung analoger elektronischer Schaltungen.
Wieso ist es interessant? Wer wissen möchte, was im Inneren elektronischer Geräte auf Bauteilebene passiert, findet hier den Einstieg. Das Modul macht verständlich, wie aus einzelnen Bauelementen funktionierende Schaltungen entstehen.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Ekaterina Nannen

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Ekaterina Nannen

Verwendbarkeit

Bachelor Elektrotechnik

Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Pflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Wintersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Semiconductor Devices and Basic Circuits

Empfohlene Voraussetzungen
  • BB007: Mathematische Grundlagen für Ingenieurwissenschaften: Gleichungen, Funktionen und mathematische Grundverfahren zur Beschreibung von Kennlinien und Schaltungen.
  • BB003: Grundlagen CAD und Werkstoffe: grundlegende Werkstoffeigenschaften und Bauteilbezüge für elektronische Komponenten.
  • BB004: Grundlagen der Mechanik: mechanische Grundgrößen als Kontext elektromechanischer und sensorischer Anwendungen.
  • BB005: Grundlagen der Elektrotechnik 1: elektrische Grundgrößen, Bauelemente, Ersatzmodelle und Analyse einfacher Gleichstromschaltungen.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden können grundlegende elektronische Bauelemente charakterisieren und daraus einfache analoge Grundschaltungen selbstständig entwerfen, realisieren und funktional überprüfen.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Funktionsprinzipien und Kennlinien verschiedenster elektronischer Bauelemente erarbeiten und messen,
  • Messdaten auswerten und Bauelementparameter bestimmen / ableiten, sowie mit den technischen Datenblättern kritisch abgleichen,
  • Groß- und Kleinsignal-Ersatzschaltbilder anwenden, Arbeitspunkte bestimmen und dimensionieren,
  • Grundschaltungen kennen, erklären, auslegen und überprüfen,
  • Simulationen durchführen und mit Messungen vergleichen, um Nutzen und Grenzen der Modelle zu erkennen und die Eignungsbereiche sowie Optimierungen abzuleiten.
WOZU

Um später in Entwicklungs- und Analyseaufgaben sicher entscheiden zu können, welche Bauelementart und Technologie für eine technische Aufgabe geeignet ist und welches Verhalten realistisch zu erwarten ist.

Inhalte
  • Grundlagen der Festkörperelektronik, MOS/MIS-Struktur, pn-Übergang,
  • Dioden (pn-/pin-Dioden, Z-Dioden, Solarzellen, LEDs),
  • Transistoren (FETs, Bipolar-Transistoren, IGBTs, HEMT, etc.), Thyristoren,
  • Ideale und reale Bauelementparameter, Datenblätter, Kennlinien und Messmethoden,
  • Groß- und Kleinsignalersatzschaltbilder,
  • Ein- und Ausschaltverhalten, Belastungsgrenzen,
  • Grundschaltungen und Simulation.
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Portfolioprüfung: handschriftlich geführtes Laborbuch (ca. 20 Seiten)

Literatur
  • E. Ivers-Tiffee, W. von Münch: Werkstoffe der Elektrotechnik. 10. Auflage, Springer Vieweg, 2007.
  • M. Momeni: Grundlagen der Mikroelektronik. Hanser, 2019.
  • U. Tietze, C. Schenk, E. Gamm: Halbleiter-Schaltungstechnik. 16. Auflage, Springer Vieweg, 2019.
  • M. Reisch: Elektronische Bauelemente. 2. Auflage, Springer Vieweg, 2007.
  • J. Lutz: Halbleiter-Leistungsbauelemente. Springer Vieweg, 2012.