Fachinhalte - Analogtechnik

Kurze Übersicht

1. Einführung in die Halbleitertechnik :
   Grundlagen der Halbleitertechnik, Bändermodell, Ohmsches Gesetz für HL, Donatoren, Akzeptoren, Dotierungsvorgänge, Massenwirkungsgesetz, Boltzmann-Verteilung, neue Materialien und Stand der Forschung (Halbleiter-Quantenstrukturen)
   
   
2. Bipolare Transistoren :
   Grundschaltungen der Signalverstärkung, Arbeitspunkteinstellung, Ebers-Moll-Ansatz, Ersatzschaltbilder, h- und y- Parameter, Vierpoltheorie, Transistor im Verstärkerbetrieb, Gegenkopplung, Grenzfrequenzen, Transistor im Schaltbetrieb, Differenzverstärker, Simulation von Transistorschaltungen, Applikationen und technologische Aspekte (Aufbau), Kennwerte, Rauschen
   
   
3. Unipolare Transistoren :
   Bedeutung und Einsatz/Übersicht, IG-FET, PN-FET, Grundschaltungen, Arbeitspunkteinstellung, Ersatzschaltbilder, Vierpolgleichungen, FET im Verstärkerbetrieb, FET als spannungsgesteuerter Widerstand und als Konstantstromquelle, Schaltbetrieb, Differenzverstärker, Technologie, Rauschen, Vergleich BPT - FET
   
   
4. Grundlagen des Operationsverstärkers :
   "Ideale Verstärker", Differenzverstärker, Operationsverstärker, Eigenschaften, Prinzip der Rückkopplung, Grundgleichung, Typenübersicht, Grundschaltungen ( invert. , nichtinvert. ) Aufbau, Stabilität ( Bode Diagramm ), Frequenzgang, Offsets, weitere Applikationen (Komparator, I/U-Konverter), Rauschen, Konzept des Transimpedanzverstärkers, Simulation
   
   
5. Signalgeneratoren und Kippschaltungen :
   Einteilung, Barkhausen Kriterium, Resonanzphänomene, Schwingungs - Dgl., RC-Generatoren, (Phasenschieber, Wienbrücke), LC-Generatoren (Meißner, Colpitts, Hartley, Clapp), Quartzgeneratoren, spezielle Generatoren, Kippschaltungen( astabil, monostabil, bistabil ), Schmitttrigger
   
   
6. Elemente der Leistungselektronik/Stromversorgungseinheiten :
   Gleichrichterschaltungen, Stabilisierungsschaltungen ( Spannungsstab., Stromstab.), Regelschaltungen, Netzteile ( Konzepte ), Leistungstransistoren (BPT, FET), Thyristoren , SOAR Diagramm,stationäres und dynam. Verhalten, Ansteuerung, Leistungsverstärker
   
   
7. Einführung in die Optoelektronik :
   Sender ( LED , Laserdiode, Laser ) , Empfänger ( Fotodiode, Fototransistor ), Verstärkerkonzepte (Transimpedanzverstärker, Rauschen ), Nachrichtenübertragung mit LWL, Entwicklungsstand
   
   
8. Innere und äußere Störquellen/Zuverlässigkeit :
   Aspekte der EMV (Problemstellung und Konzepte), Rauschprobleme(Verstärkerrauschen), Zuverlässigkeit von elektronischen Baugruppen ( Verfahren und Tests )
   
   
9. Zusammenfassung und Ausblick
   
   

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   Ausführliche Beschreibung

   
   Dieses Schwerpunktfach beginnt mit einer Einführung in die Halbleitertechnik. Das Bändermodell als Grundlage für die wichtigsten Vorgänge wird erläutert. Es schließen sich eine Diskussion der Dotierungsvorgänge, des Massenwirkungsgesetzes und der Boltzmannverteilung an. Neue Materialien in der Halbleiterphysik wie Nanostrukturen, Diamant , Polymere und Fullerene werden erläutert. Der Stand der Forschung, was Halbleiterquantenstrukturen u. ä. betrifft, wird resümiert. Breiten Raum nimmt die Erläuterung der Schaltungssimulation mit Programmen wie SPICE und MICROCAP ein.
   
   Auf diesen Grundlagen aufbauend, schließt sich eine Einführung in den Bipolartransistor über den Ebers-Moll-Ansatz an. Es folgen die Grundschaltungen der Signalverstärkung und die Arbeitspunkteinstellung. Die wichtigsten Ersatzschaltbilder, die h-Parameter und die y-Parameter, werden erläutert. Es schließen sich dann der Transistor im Verstärkungsbetrieb mit Gegenkopplung und Betrachtungen zur Grenzfrequenz bzw. zum Transistor im Schaltbetrieb an. Anschließend werden Applikationsschaltungen wie der Differenzverstärker und technologische Aspekte erläutert. In ähnlicher Weise werden die Feldeffekttransistoren behandelt. Ein Vergleich der beiden grundsätzlichen Transistortypen und entsprechende Schaltungssimulationen runden dieses Kapitel ab.
   
   Im nächsten Kapitel werden die Grundlagen des Operationsverstärkers (OV) besprochen. Es wird eingegangen auf Aufbau, Rückkopplung und Grundgleichungen des OV. Breiten Raum nimmt die Erläuterung der wichtigsten Grundschaltungen ein. Stabilität, Frequenzgang und Offsets führen zum realen OV hin. Es folgen weitere Anwendungsschaltungen und der Komparator. Das Konzept des Transimpedanzverstärkers, Rauschprobleme und Simulationsaspekte beschließen dieses Kapitel.
   
   Signalgeneratoren und Kippschaltungen mit Transistoren und Operationsverstärkern erweitern das Spektrum der Anwendungsschaltungen. Im Rahmen der Resonanzphänomene werden das Barkhausenkriterium und die Schwingungsdifferentialgleichung diskutiert. Es folgen die wichtigsten RC- und LC-Generatoren sowie Quartz-Generatoren und spezielle Schaltungen mit nichtdeterministischem Verhalten. Kippschaltungen und Schmitttrigger ergänzen das Thema im digitalen Sinne.
   
   Es schließen sich Elemente der Leistungselektronik mit Erläuterungen zu Gleichrichterschaltungen, Stabilisierungsschaltungen, Stromversorgungseinheiten und Regelschaltungen an. Es wird ausführlich in das Thema Thyristor, sein stationäres und dynamisches Verhalten und entsprechende Applikationen eingeführt. Konzepte zu Leistungsverstärkern runden das Kapitel ab.
   
   Im abschließenden Teil der Veranstaltung werden neuere Entwicklungen der Elektronik, wie optische Technologien, mit einer Einführung in die Optoelektronik zusammengefaßt. Es schließen sich Bemerkungen zur "Elektromagnetischen Verträglichkeit" und zur Zuverlässigkeit von elektronischen Bauelementen und Baugruppen an. Diese Themen werden für die beiden oben angegebenen Studiengänge unterschiedlich konfiguriert.