Oberseminar Schaltungstechnik

Kontakt: Albrecht Gündel, BAR208
Ort: TOE203
Zeit:  Do, 13:00 - 14:30; Beginn am 19.10.2017

Das Oberseminar bietet Ihnen einen geführten Einstieg in praxisnahe Schaltungsentwicklung mit diskreten Bauelementen. Im Vordergrund steht der spezifikationstreue Entwurf einer topologisch neuartigen, anspruchsvollen Schaltung. Dabei wird mit dem Quasi-Industriestandard LTSpice gearbeitet.

Das Oberseminar wird mit einem Arbeitsumfang von 120h angerechnet (mit dem tatsächlich zu rechnen ist!).

  • Zur Bewältigung der praktischen Aufgabe sollen rund 80h aufgewendet werden.
  • Die entworfene Schaltung muss in einem Beleg dokumentiert werden der Verteidigt weren muss. (15h)
  • Begleitend zum Oberseminar wird im Semester eine Vorlesung stattfinden, in der auf praktische Probleme beim Schaltungsentwurf eingegangen wird. (wöchentlich 1DS, Zeit nach Absprache)
     

Praktische Arbeit

Bei der praktischen Arbeit stehen schaltende Topologien im Vordergrund (Schaltwandler, Digitalverstärker usw.).

Derartige Topologien vereinen digitale Probleme (State Machine), analoge Regelschleifen und hochfrequente Schaltvorgänge mit parasitären Effekten sowie die thermische Auslegung und das Dimensionieren von Induktivitäten und Stützkondensatoren. Außerdem kann (gut begründet) frei entschieden werden, ob und wie ein Schaltungsteil in der Simulation abstrahiert wird, sodass ebenfalls die Abstraktionsfähigkeit und hierarchisches Denken beim Schaltungsdesign gefördert werden.

Erfahrungsgemäß wird die praktische Arbeit von den Teilnehmern erst in den Semsterferien bearbeitet [weil der Abgabetermin Ende des Semsters ist]. Die Verteidigung der schriftlichen Dokumentation findet am Anfang des nächsten Semesters statt.
 

Vorlesung

Im Elektrotechnikstudium wird man mit einer Vielzahl von Werkzeugen und Grundkenntnissen zur Schaltungsanalyse ausgestattet. Die Synthese einer solchen Schaltung (oder gar der Entwurf komplexerer Designs), wird selten bis gar nicht behandelt.

Schaltungsentwurf besteht oftmals zu einem großen Teil aus topologischem Wissen und Erfahrung. Beides kann nicht im Rahmen einer einzigen Lehrveranstaltung vermittelt werden, sondern ist selbst zu erarbeiten.
Im Rahmen der Vorlesung werden deshalb oft gemachte Fehler und Fallstricke aufgezeigt, die man unter Umständen beim Bewältigen des Praxisteils antreffen wird. Dadurch stellt sich ein schneller Lernerfolg im praktischen Teil ein.

Thema der Vorlesungen:

  • Aktive Bauelemente: Welche gibt es, wie und wann setzt man sie ein? Wie liest man Datenblätter?
  • Passive Bauelemente: Was unterscheidet Widerstands- und Kondensatortechnologien?
  • Parasitäre Elemente und deren Modellierung: Wieso kann ein Kondensator zur Spule werden und andersherum? Ab wann müssen parasitäre Effekte berücksichtigen?
  • Einführung in LTSpice (2 DS, eigener Laptop ist von Vorteil)
  • Thermische Auslegung: Wie groß ist der kleinste Kühlkörper, um spezifikationsgerecht zu bleiben? Wie erhält man thermische Modelle und welche Modellierungstechniken gibt es?
  • Schaltungssynthese: Wie entwirft man eine neue Schaltung? Was sind harte und weiche Spezifikationen und wie findet man heraus, welche Teile einer Schaltung konzeptkritisch sind?
  • Operationsverstärker: Was ist eigentlich der Unterschied zwischen Spannungs- und Stromrauschen? Wieso schwingt ein OPV und wie unterscheidet er sich von einem Komparator?
  • Trafoauslegung: Was ist eine sättigende Spule und wie kann man aus Datenblättern bestimmen wie groß ein Trafo sein muss?

Betreuung

Bei der Bearbeitung der praktischen Arbeit steht ein Ansprechpartner zur Verfügung. Topologische und fachliche Probleme können jederzeit diskutiert werden. Wichtig ist allein, dass man sich über seine Fragen vorher selbst informiert hat.

Jede Praxisarbeit (Simulation) wird vor der Abgabe einem 'Review' unterzogen, dessen Inhalt bereits Teil der Benotung wird. Dadurch wird sichergestellt, dass ein „Abgeben und Vergessen“ ausgeschlossen ist: Niemand soll mit einem nicht funktionstüchtigen Konzept oder einer nicht funktionstüchtigen Schaltung abschließen, sodass gemachte Fehler zwangsläufig Teil der Erfahrung werden.

Hinweis

Das Besuchen der Vorlesung, ohne die Absicht, die praktische Arbeit zu bewältigen, ist nicht zielführend. Ziel des Oberseminars ist zu jedem Zeitpunkt eine gewisse Erfahrung zu sammeln. Diese Erfahrung kann nicht unerlebt auf theoretischer Basis vermittelt werden.

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Frank Bindrich
Letzte Änderung: 10.10.2017