Elektronik und Leistungselektronik

11B2004

Bachelor

Deutsch

5.0

nur Wintersemester

1 Semester

Elektronik ist als einer der Namensbestandteile der Mechatronik ein integraler Bestandteil mechatronischer Systeme. Man findet sie in allen Bereichen der Mechatronik, insbesondere an den Schnittstellen zwischen der analogen Umgebung und der digitalen Informationsverarbeitung und bei der Ansteuerung mechatronischer Komponenten wie z. B. Elektromotoren.

Nach Abschluss des Moduls kennen die Studierenden die wesentlichen Komponenten, den Aufbau und die Eigenschaften analoger elektronischer Schaltungen sowie die Arbeitsweise beim Entwurf  (Electronic Design Automation, EDA). Sie kennen verschiedene Datenblätter von einzelnen Bauelementen und von intergrierten Schaltkreisen. Die Studierenden sind in der Lage eine gegebene Schaltung zu berechnen oder eine Schaltung nach gegebenen Anforderungen zu entwerfen und auszulegen.

Das Spektrum der Schaltungen reicht von der analogen Signalverarbeitung mit eher kleineren Spannungen und Strömen über das Schalten größerer Lasten, der Ansteuerung von Gleichstrommotoren bis hin zur Spannungsversorgung mit Hilfe von Schaltnetzteilen.

1. Grundlagen der Elektronik: Entwicklungsprozess, Beschreibung von Schaltungen im Zeit- und Frequenzbereich, Vierpole

2. Bauelemente: Eigenschaften passiver Bauelemente, Dioden, Thyristoren, Triac

3. Operationsverstärker: Grundschaltungen, Eigenschaften, Datenblätter

4. Schaltungen mit Operationsverstärkern: Analoge Regler, Komperatoren und A/D-Umsetzung, Differenzverstärker, Signalgeneratoren

5. Bipolar- und Feldeffektransistor:  Grundfunktion, Aufbau, Kennlinien, Eigenschaften, Grundschaltungen, Kleinsignalverhalten

6. Der Transistor als Schalter: Schalten einfacher Lasten, IGBT, Schalten von Wechselspannungen

7. Spannungs- und Stromversorgung: Konstantstromquellen, Spannungsregler, Gleichrichter, Schaltnetzteile

8. Ansteuerung elektrischer Maschinen: Zweiquadrantensteller, Vierquadrantensteller, Dreiphasige Brückenschaltung

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Klausur

• experimentelle Arbeit

Die Experimentelle Arbeit wird in Form eines Praktikums durchgeführt. Die Versuche müssen vorbereitet und es muss eine Ausarbeitung angefertigt werden.

Benotete Prüfungsleistung:

• Klausur: siehe jeweils gültige Studienordnung

Unbenotete Prüfungsleistung:

• Experimentelle Arbeit: 5 Versuche zu je 90 Minuten

Vorausgesetzt werden Kenntnisse elekrotechnischer Grundlagen. Dazu zählen insbesondere die Gleich- und Wechselstromnetze und die dort verwendeten Bauelelemente Widerstand, Kondensator und Induktivität. 

Aus dem Bereich Mathematik sind der Umgang mit komplexen Zahlen, das Lösen von linearen Gleichungssystemen sowie Differential- und Integralrechnung Vorraussetzung.

Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, können eine vorgegebene elektronische Schaltung erkennen und berechnen. Sie kennen die verwendeten Komponenten.

Nach Abschluss des Moduls können die Studierenden für eine gegebene Aufgabe eine geeignete elektronische Schaltung entwerfen, geeignete Komponenten auswählen und die Schaltung auslegen.

Sie wissen ferner um die Bedeutung eines niedrigen Stromverbrauches von analogen Schaltungen und um die besonderen Herausforderungen der Leistungselektronik.

Nach Abschluss dieses Modul wissen die Studierenden, dass es Unterschiede zwischen den theoretischen Berechnungen und den realen Eigenschaften einer analogen Schaltung gibt. Sie können die Relevanz der Unterschiede einschätzen und nötige Informationen aus Datenblättern von Komponenten gewinnen.

Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, können nach Abschluss eine einfache analoge Schaltung entwerfen sowie Simulationen, Messungen und Berechnungen durchführen.

Nach Abschluss des Moduls können die Studierenden Ergebnisse von ausgewählten Analysen, Simulationen, Messungen und Berechnungen aufarbeiten, darstellen und diskutieren.

• Lübke, Andreas

• Lübke, Andreas