====== Elektronische Schaltungstechnik ======
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Die Veranstaltung Elektronische Schaltungstechnik erweitert Ihr Wissen um schaltende und verstärkende Elemente. Die Kenntnisse daraus finden Einzug in vielfältige Produkte. Microcontroller im Handy und Automobil, Datenaufbereitungen in Sensoren (z.B. Bewegungsmelder) und vieles mehr beruhen auf den in diesem Kurs vorgestellten Komponenten und Schaltungen. Diese sind einfache Verstärkerschaltungen, sowie Dioden und Transistoren.
Der Kurs basiert auf den Kursen Elektrotechnik und Elektronik I und II, sowie dem dazugehörigen Labor verknüpft.
In den Grundlagenveranstaltungen wurden Widerstände, Kondensatoren, Operationsverstärker, Halbleiter und digitale Logik bereits eingeführt. \\
In realen Schaltungen reicht es jedoch nicht aus zu wissen, wie ein ideales Bauteil funktioniert.
Wir müssen zusätzlich fragen:
* Welche Grenzen besitzt das reale Bauteil?
* Welche Angaben im Datenblatt sind für die konkrete Anwendung wichtig?
* Wie beeinflussen sich Bauteile gegenseitig?
* Was geschieht beim Schalten, bei hohen Frequenzen und bei hohen Strömen?
* Wie wird aus einzelnen Bauteilen schließlich eine funktionierende Schaltung?
===== Blockplan =====
**Kapitel 0 - der Rote Faden** \\ \\
[[block00|Block 00]] \\ Überblick und Leit-Schaltung
**Kapitel 1 - Reale Bauteile & Signale** \\ oder: Warum 10 µF nicht immer 10 µF sind \\ \\
* [[block01|Block 01]] \\ Vom Schaltplansymbol zum realen Bauteil \\ \\
* [[block02|Block 02]] \\ Frequenzgang, Dezibel und Bode-Diagramm \\ \\
* [[block03|Block 03]] \\ Der reale Kondensator \\ \\
* [[block04|Block 04]] \\ Passive Filter und Filterentwurf \\ \\
**Kapitel 2 - Analog & Schutz** \\ oder: Verstärken, vergleichen und rechtzeitig abschalten \\ \\
* [[block05|Block 05]] \\ Operationsverstärker und aktive Filter \\ \\
* [[block06|Block 06]] \\ Komparator und Schmitt-Trigger \\ \\
* [[block07|Block 07]] \\ Referenzspannung und Überstromschutz \\ \\
**Kapitel 3 - Leistungselektronik** \\ oder: Wie aus wenigen Volt Logik plötzlich Ampere werden \\ \\
* [[block08|Block 08]] \\ MOSFET als realer Schalter \\ \\
* [[block09|Block 09]] \\ Halbbrücke und induktive Last \\ \\
* [[block10|Block 10]] \\ High-Side-Ansteuerung und Bootstrap \\ \\
* [[block11|Block 11]] \\ H-Brücke, PWM und Totzeit \\ \\
* [[block12|Block 12]] \\ Hilfsversorgung und Gesamtsystem \\ \\
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===== Lernziele der Lehrveranstaltung =====
Nach Abschluss der Lehrveranstaltung können Sie
* ideale Bauteilmodelle und reale Bauteile voneinander unterscheiden,
* relevante elektrische, thermische und dynamische Kenngrößen aus Datenblättern auswählen und interpretieren,
* frequenzabhängiges Verhalten mit Frequenzgang und Bode-Diagramm beschreiben,
* passive und aktive Schaltungen für Signalverarbeitung und Schutz analysieren und dimensionieren,
* reale Operationsverstärker, Komparatoren und MOSFETs unter Berücksichtigung ihrer Grenzen einsetzen,
* Strompfade und Schaltzustände in Halb- und H-Brücken analysieren,
* grundlegende Treiber-, Bootstrap- und Totzeitkonzepte erklären,
* Teilschaltungen zu einem elektronischen Gesamtsystem zusammenführen und dessen Funktion beurteilen.
===== Voraussetzungen =====
Die Lehrveranstaltung baut insbesondere auf folgenden Inhalten auf:
* elektrische Grundgrößen, Netzwerke und Wechselstromrechnung,
* Widerstände und Kondensatoren,
* komplexe Impedanzen,
* Operationsverstärker-Grundschaltungen,
* Dioden, Bipolartransistoren und MOSFETs,
* digitale Logik und Wahrheitstabellen.
Relevante Wiederholungsmöglichkeiten:
^ Lehrveranstaltung ^ Relevante Inhalte ^
| [[https://wiki.mexle.org/electrical_engineering_and_electronics_1/start|Electrical Engineering and Electronics 1]] | Elektrische Grundlagen, Kondensatoren, Wechselstromrechnung und Operationsverstärker |
| [[https://wiki.mexle.org/electrical_engineering_and_electronics_2/start|Electrical Engineering and Electronics 2]] | Dioden, Bipolartransistoren, MOSFETs und weitere Halbleitergrundlagen |
| [[https://wiki.mexle.org/introduction_to_digital_systems/start|Introduction to Digital Systems]] | Boolesche Algebra, Logikgatter, kombinatorische Logik und digitale Schaltungen |
===== Arbeiten mit diesem Kurs =====
Jeder Block verbindet mehrere Ebenen:
- **Schaltung beobachten:** Was macht die Schaltung?
- **Modell verstehen:** Welche vereinfachte Beschreibung verwenden wir?
- **Reales Bauteil untersuchen:** Wo liegen die Grenzen des Modells?
- **Datenblatt lesen:** Welche Kennwerte sind für die Anwendung relevant?
- **Simulation verwenden:** Wie verändert sich das Verhalten bei anderen Parametern?
- **Entwurfsentscheidung treffen:** Welches Bauteil bzw. welche Dimensionierung ist geeignet?
Viele Schaltungen können direkt im Browser mit CircuitJS / Falstad untersucht werden.
===== Weiterführende Quellen =====
^ Bereich ^ Quelle ^ Beschreibung ^
| Simulation | [[https://www.falstad.com/circuit/|Falstad / CircuitJS]] | Interaktiver Schaltungssimulator für analoge, digitale und leistungselektronische Schaltungen. Viele Schaltungen dieses Kurses können direkt im Browser verändert und untersucht werden. |
| Simulation | [[https://www.ti.com/tool/TINA-TI|Tina TI]] | Fortgeschrittener Schaltungssimulator für analoge, digitale und leistungselektronische Schaltungen. Basiert auf SPICE, aber mit etwas besserem User Interface. Kostenlos nach Anmeldung. |
| Simulation | [[https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html|LTspice]] | Fortgeschrittener Schaltungssimulator für analoge, digitale und leistungselektronische Schaltungen. Platzhirsch, aber etwas hakelige Nutzung. Kostenlos nach Anmeldung. |
| Simulation | [[https://www.mikrocontroller.net/articles/Schaltungssimulation|Übersicht der Simulations Software]] | Sehr weit gestreckte Übersicht verschiedener Simulationssoftware (mit unterschiedlichem Fokus). |
| Analogtechnik | [[https://wiki.analog.com/university/courses/tutorials/index|Analog Devices - Tutorials]] | Umfangreiche Lehrmaterialien zu Analogelektronik, Messtechnik und Schaltungsentwicklung. Tutorials unter anderem zu Operationsverstärkern, Instrumentenverstärkern, aktiven Filtern, Referenzspannungen und Rauschen. |
| Elektronik | [[https://wiki.analog.com/university/courses/electronics|Analog Devices - Electronics I & II]] | Lehrmaterial zu Operationsverstärkern, Dioden, Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. |
| Schaltungsanalyse | [[https://wiki.analog.com/university/courses/circuits|Analog Devices - Circuits I & II]] | Lehrmaterial zu RC-Schaltungen, Impedanzen, Frequenzverhalten, Filtern und Operationsverstärkern. |
| Nachschlagewerk | [[https://www.ti.com/product-category/amplifiers/analog-engineers-pocket-reference-guide.html|TI - Analog Engineer's Pocket Reference]] | Kompaktes Nachschlagewerk mit Formeln und Entwurfshinweisen zu OPVs, passiven Bauteilen, AC/DC-Schaltungen, Leiterplatten und thermischen Berechnungen. |