BET104: Fortgeschrittene Schaltungstechnik (mit Praktikum)

Lernpfad Elektronik

BET104: Fortgeschrittene Schaltungstechnik (mit Praktikum)

Kurzporträt BET104: Fortgeschrittene Schaltungstechnik (mit Praktikum)
Worum geht es? Dieses Modul vertieft die analoge Schaltungstechnik über einfache Grundschaltungen hinaus. Studierende beschäftigen sich mit stabilisierten Strom- und Spannungsquellen, Treibern, Oszillatoren, Mischern, Wandlern, Leistungsverstärkern sowie AD- und DA-Umsetzung. Dabei lernen Studierende, komplexere Schaltungen zu analysieren, zu dimensionieren und hinsichtlich Funktion, Effizienz und Nachhaltigkeit zu beurteilen.
Wofür braucht man es? Die Kompetenzen werden benötigt, wenn elektronische Teilsysteme in modernen Produkten erweitert, angepasst oder neu entwickelt werden. Die Kompetenzen helfen dabei, Schaltungen nicht nur funktionsfähig, sondern auch robust, effizient und anwendungsgerecht auszulegen.
Wieso ist es interessant? Wer über einfache Schaltungen hinaus verstehen möchte, wie elektronische Systeme in realen Geräten zusammenspielen, ist in diesem Modul richtig. Es zeigt, wie aus einzelnen Schaltungsideen leistungsfähige Funktionen für Energieversorgung, Signalverarbeitung und Schnittstellen entstehen.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

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

Advanced Circuit Design

Empfohlene Voraussetzungen
  • BET202: Analoge Signale und Systeme: analoge Signalpfade, Frequenzverhalten, Übertragungsfunktionen und Filtergrundlagen.
  • BET403: Regelungstechnik: Systemtheorie, Stabilitätsbetrachtungen und Regelkreisstrukturen.
  • BET101: Mess- und Sensortechnik: Messschaltungen, Sensorschnittstellen und messtechnische Bewertung technischer Signale.
  • BET102: Halbleiterbauelemente und Grundschaltungen: Halbleiterbauelemente, Kennlinien, Ersatzschaltbilder und analoge Grundschaltungen.
  • BET103: Operationsverstärker und Filter: Operationsverstärkerschaltungen, aktive Filter, Frequenzverhalten und Stabilitätsbewertung.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden können analoge Schaltungen mit mehreren aktiven Bauelementen einordnen, modellieren, analysieren und funktional überprüfen. Dabei werden zum einen einzelne anwendungsspezifische Schaltungen behandelt, zum anderen werden sie anschließend in Kombination eingesetzt und diskutiert.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Schaltungen gegenüber Umwelteinflüssen stabilisieren,
  • geeignete Strom- und Spannungsstabilisierungs- sowie -anpassschaltungen benutzen,
  • Impedanzwandler und Treiberschaltungen auslegen,
  • Oszillatoren, Mischer und Phasenschieber konzipieren,
  • Frequenz- und Phasenregelungen anwenden,
  • DC/DC- und AC/DC-Wandler erläutern und berechnen,
  • verschiedene Leistungsverstärkertopologien differenzieren,
  • AD/DA-Wandler verwenden.
WOZU

Studierende verwenden die erworbenen Kompetenzen, um die erforderliche Schaltungstechnik im Rahmen eines modernen Systementwicklungsprozesses zu erweitern, zu erneuern, auszulegen und bezüglich ihrer Effizienz und Nachhaltigkeit zu beurteilen.

Inhalte
  • Grundlagen zur Schaltungsstabilisierung und Größenregelung mit analogen Schaltungen, z.B. Stromspiegel, Konstantstrom- u. Konstantspannungsquellen, strom- und spannungsgesteuerte Quellen,
  • Schaltungstechnische Impedanz- und Leistungsanpassung, Pegelumsetzung,
  • Grundlagen zu Instabilitätsbetrachtungen, Totzeitgliedern und deren Verwendung bei spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCOs),
  • Einsatz von Nichtlinearitäten zur Realisation von Mischern, Leistungsmesser und Phasenregelschleifen (PLL),
  • Grundlagen zu geschalteten Induktivitäten, Ansteuerung durch PWM/PDM, Hoch- und Tiefsetzsteller, Berechnung von Verlustleistungen,
  • Verzerrungs- vs. verlustleistungsarme Verstärkung, z.B. Gegentaktendstufen, Komplementärendstufen, Class-D Verstärker,
  • Abtast-Halte-Schaltungen, AD-Umsetzung per Rampenverfahren, Wägeverfahren, Delta-Sigma-Modulation und Parallel-Umsetzer, sowie DA-Umsetzung per PWM/PDM und Parallel-Verfahren.
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Wolfgang Reinhold: Elektronische Schaltungstechnik: Grundlagen der Analogelektronik mit Aufgaben und Lösungen; Hanser 2023.
  • Harald Hartl, Edwin Krasser, Peter Söser, Gunter Winkler: Elektronische Schaltungstechnik: Mit Beispielen in LTspice; Pearson 2019.
  • Michael Reisch: Elektronische Bauelemente: Funktion, Grundschaltungen, Modellierung mit SPICE; Springer 2006.
  • Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: Halbleiter-Schaltungstechnik; Springer 2019.
  • Winfried Hill, Paul Horowitz: The Art of Electronics; Cambridge University Press 2015.