BET202: Analoge Signale und Systeme (mit Praktikum)

Lernpfad Intelligente Signalverarbeitung

BET202: Analoge Signale und Systeme (mit Praktikum)

Kurzporträt BET202: Analoge Signale und Systeme (mit Praktikum)
Worum geht es? In diesem Modul geht es um Signale, die sich kontinuierlich verändern, und um analoge Systeme, die solche Signale übertragen oder verändern. Studierende lernen, Signale im Zeit- und Frequenzbereich zu betrachten und das Verhalten von Filtern, Leitungen und Zweitoren zu beschreiben. Im Praktikum vergleichen Studierende Simulationen und Messungen und lernen, Frequenzgänge und Spektren technisch zu interpretieren.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden gebraucht, wenn analoge Signalpfade, Filterstufen oder Übertragungsleitungen in Geräten ausgelegt und bewertet werden müssen. Die Kompetenzen bilden eine Grundlage für zuverlässige Messketten, Kommunikationsstrecken und signalverarbeitende Systeme.
Wieso ist es interessant? Das Modul macht sichtbar, warum Signale auf Leitungen, in Filtern oder in Messsystemen nicht einfach unverändert bleiben. Wer verstehen möchte, wie analoge Technik Informationen formt und überträgt, bekommt hier zentrale Werkzeuge an die Hand.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Christoph Degen

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Christoph Degen

Verwendbarkeit

Bachelor Elektrotechnik

Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Pflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Sommersemester

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

Analog Signals and Systems

Empfohlene Voraussetzungen
  • BB005: Grundlagen der Elektrotechnik 1: elektrische Grundgrößen, Bauelemente und Analyse einfacher Netzwerke.
  • BB006: Grundlagen der Elektrotechnik 2: Wechselstromgrößen, frequenzabhängige Netzwerke, komplexe Darstellung und Filtergrundlagen.
  • BET201: Mathematische Methoden der Signalverarbeitung: Fourier-Reihen, Fourier-Transformation, Faltung und Signalbeschreibung im Zeit- und Frequenzbereich.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden können kontinuierliche Signale sowie lineare zeitinvariante analoge Systeme modellieren, analysieren und ihr Verhalten im Zeit- und Frequenzbereich systematisch bewerten.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • zeit- und frequenzabhängige Signalbeschreibungen anwenden und zwischen Zeit- und Spektraldarstellungen sicher wechseln,
  • die Fourier-Reihen und Fourier-Transformation herleiten, interpretieren und zur Signal- und Systemanalyse nutzen,
  • Übertragungsfunktionen analoger Systeme bestimmen und deren Einfluss auf Amplitude, Phase und Energiefluss erklären,
  • analoge Filter (z. B. RC-, RL-, RLC-Filter) modellieren, entwerfen und bewerten,
  • Leitungsgleichungen, Wellenimpedanz und Reflexionsverhalten analysieren und auf praktische Anwendungen übertragen,
  • Zweitore mithilfe von Impedanz-, Admittanz-, und Kettenmatrizen modellieren, die Parameter aus Schaltungen oder Leitungsabschnitten ableiten und Zweitore systematisch zu komplexeren Signalpfaden kombinieren,
  • Simulationen (z. B. LTSpice) zur Überprüfung von Systemverhalten nutzen und mit Messwerten aus Laborversuchen abgleichen,
  • Ergebnisse und Entscheidungen technisch sauber dokumentieren und nachvollziehbar begründen.
WOZU

um später fundiert beurteilen zu können, wie analoge Signalpfade, Filterstufen oder Übertragungsleitungen in technischen Systemen ausgelegt, optimiert und zuverlässig betrieben werden müssen.

Inhalte
  • Fourier-Reihe periodischer Signale
  • Fourier-Transformation zeitkontinuierlicher Signale
  • Amplituden- und Phasenspektrum
  • (Impulsantwort, Faltung, Systemfunktion)
  • Übertragungsfunktionen und Bode-Darstellungen
  • RC-, RL-, RLC-Filter (TP, HP, BP, BS)
  • Konzept von Grenzfrequenz, Dämpfung, Güte
  • Modellierung von Leitungen (Ersatzschaltbilder, Wellenansatz), Leitungsgleichungen
  • Wellenimpedanz, Ausbreitungskonstanten, Reflexion, Stehwellenverhältnisse
  • Definition von Zweitoren, Impedanzmatrix, Admittanzmatrix,
  • Zusammenschalten von Zweitoren (Reihen-, Parallel-, Kaskadenanordnung), z. B. zur Modellierung von Filtern
  • Simulation analoger Systeme (z. B. LTSpice)
  • Messung von Frequenzgängen
  • Interpretation von Spektren und Bode-Plots
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Gert Hagmann: Grundlagen der Elektrotechnik. 18. Auflage, AULA Verlag GmbH 2020
  • Gert Hagmann: Aufgabensammlung zu den Grundlagen der Elektrotechnik. 18. Auflage, AULA Verlag GmbH 2019
  • Thomas Harriehausen, Dieter Schwarzenau: Moeller Grundlagen der Elektrotechnik, 23. Auflage, Springer Vieweg, 2013
  • L.-P. Schmidt, G. Schaller, S. Martius: Grundlagen der Elektrotechnik - Netzwerke. Pearson, 2010.
  • O. Beucher: Signale und Systeme: Theorie, Simulation, Anwendung. Springer Vieweg, 2015.