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Prof. Dr.-Ing. Thomas Reuter

Titel
Prof. Dr.-Ing.
Vorname
Thomas
Nachname
Reuter
Kontakt
  • 05.02.55
Sonstiges

Lehrgebiet: Grundlagen Elektrotechnik, Analoge Schaltungstechnik

Lehrveranstaltungen

In der Vorlesung werden grundlegende Zusammenhänge in der Gleichstromtechnik und der Beschreibung und Anwendung elektrischer und magnetischer Felder vermittelt.
Die Vorlesung wird durch Übungen und ein begleitendes Praktikum ergänzt.

Vorlesungsinhalte
1. Einführung und Grundbegriffe der ET
elektrische Ladung, Strom, Stromstärke, Stromdichte, Potential, Spannungsquelle, Widerstand, Leitwert, nichtlineare Widerstände Energie und Leistung, ideale Spannungs- und Stromquellen
2. Grundstromkreis
aktiver und passiver Zweipol, Spannungsquelle und Innenwiderstand, Zählpfeilsystem, Spannungsbilanz, Energie und Leistung Kennlinien, Leistungsumsatz, Wirkungsgrad, Anpassung
3. unverzweigter und verzweigter Stromkreis
Knotenpunktregel und Maschensatz (Kirchhoffsche Sätze) Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen, Spannungsquellen und Stromquellen, Stern-Dreieck-Transformation
4. Verfahren zur Berechnung von Gleichstromnetzwerken
Zweigstromanalyse, Superpositionsverfahren, Maschenstromanalyse, Knotenspannungsverfahren, Zeipoltheorie, Definitionen, Verfahrensbeschreibung und Anwendungen
5. Grundlagen elektrischer Felder
Elektrische Ladung, Coulombsches Gesetz, Berechnungen und Darstellung von Feldern, elektrischer Fluss und Flussdichte, lokale und integrale Feldgrößen, Grundgesetze, Spannung und Potential, Arbeit im elektrischen Feld
6. Elektrisches Feld in Stoffen
Potential, Spannung, Feldstärke und Arbeit im elektrostatischen und elektrischen Strömungsfeld, Felder an Grenzflächen, Berechnung homogener und inhomogener Felder, Ohmsches Gesetz in Integralform
7. Kapazität und Kondensatoren
Ladung, Energie, Energiedichte, Spannung, Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren, Auf- und Entladung von Kondensatoren
8. Grundlagen magnetischer Felder
Magnetischer Fluss, Feldstärke, Induktion, Durchflutung, magnetischer Widerstand, Energie und Kräfte im Feld, Permeabilität, magnetische Spannung, Berechnung magnetischer Kreise, Induktions- und Durchflutungsgesetz, Induktivität, Schaltvorgänge an Spulen
Praktikumsinhalte

1. Strom- Spannungsmessung

  • Innenwiderstände von Strom- und Spannungsmessgeräten
  • Strom- und spannungsrichtiges Messen
  • Messungen an Reihen- und Parallelschaltungen
 

2. Oszilloskop - Einsatz als Messgerät

  • Darstellung einer Wechselspannung
  • Spannungsmessung am Oszilloskop
  • Phasen- und Frequenzmessungen
  • Darstellung nichtlinearer Bauelementekennlinien
 

3. Gleichstromnetzwerke

  • Kennlinienbestimmung von linearen und nichtlinearen Quellen
  • Bestimmung der Ersatzbauelemente eines aktiven Netzwerkes nach Zweipoltheorie
  • Untersuchung von belastetem Spannungsteiler und Brückenschaltungen
 

4. Kondensator - Kapazität, Einschwingvorgänge

  • Bestimmung der Kapazität eines Plattenkondensators bei variablem Plattenabstand
  • Kapazitätsbestimmung über die Halbwertszeit
  • Untersuchung von Strom- und Spannungsverläufen bei Schaltvorgängen
 

 

Die Vorlesung vermittelt die Grundlagen der analogen Schaltungstechnik. Die Vorlesungsinhalte werden in einem dazugehörigen Praktikum vertieft.

Vorlesungsinhalte
1. Einführung
Wiederholung Netzwerkberechnung bei Wechselgrößen, komplexe Zahlen, Bode-Diagramm, Transistor in Emitterschaltung
2. Konstantstromquelle mit Transistor, Differenzverstärker
Konstantstromquelle mit Transistor, Differenzverstärker, Kennwerte, Eigenschaften diskreter Differenzverstärker, Gegenkopplung, Stabilitätskriterien
3. Nichtinvertierender und invertierender Verstärker
Spannungsverstärkung, Eingangs-, Ausgangswiderstand, Offset- und Ruhestromkompensation, Spannungsfolger, Strom-Spannungs-Wandler, Transimpedanzverstärker
4. Analoge Rechenschaltungen mit OV
Subtrahierer, Summierer, Instrumentationsverstärker, Integrierer, Differenzierer, Logarithmierer, Exponentialverstärker, Funktion, Eigenschaften, Anwendung
5. Konstantstromquellen und Konstantspannungsquellen mit OV
Strom- und Spannungssteuerung, Präzisionsquellen

6. Nichtlineare Schaltungen mit OV
Komparatorschaltungen, Fensterdiskriminator, Impulsformer, Schmitt-Trigger,
invertierende und nichtinvertierende Schaltungen

Praktikumsinhalte

1. Operationsverstärker mit diskreten Bauelementen

  • Untersuchung einer mehrstufigen Schaltung
  • Ermittlung von Pegel- und Signalverläufen
  • Ermittlung von Grundeigenschaften eines Operationsverstärkers

2. Operationsverstärker - Eigenschaften und Grundschaltungen  

  • Ermittlung der statischen Eigenschaften eines Operationsverstärkers
  • Untersuchung der Eigenschaften der Grundschaltungen als invertierender und
  • nichtinvertierender Verstärker

3. Operationsverstärker - dynamisches Verhalten

  • Ermittlung der Amplituden- und Phasenfrequenzganges des rückgekoppelten Operationsverstärkers
  • Bestimmung von Slew-Rate und Leistungsbandbreite

4. Analoge Rechenschaltungen

  • Anwendungsbeispiele für den Einsatz von Operationsverstärkern als Addierer und Subtrahierer
  • Entwurf und Dimensionierung entsprechender Schaltungen
  • Bestimmung der Eigenschaften des Integrators mit realen Operationsverstärkern
  • Kennenlernen der Eigenschaften eines realen Differenzierers

5. Nichtlineare Schaltungen

  • Kennenlernen der Eigenschaften von Komparator und Schmitt-Trigger
  • Bestimmung der Unterschiede beider Schaltungen
  • Beispiele für praktische Anwendungen

6. Oszillatorschaltungen

  • Kennenlernen der Eigenschaften und Abhängigkeiten verschiedener Oszillatorschaltungen unter Verwendung von Operationsverstärkern

7. Leistungsverstärker

  • Kennenlernen der unterschiedlichen Betriebsarten
  • Untersuchung der unterschiedlichen Schaltungen und Ermittlung der Kenngrößen

Der Umfang des Praktikums beträgt 6 Versuche, zwischen dem Versuch 6 und Versuch 7 kann alternativ einer gewählt werden 

Die Vorlesung wird als Wahlpflichtfach angeboten und vermittelt die Funktion und Berechnung spezieller Schaltungen der analogen Schaltungstechnik. 
Die Vorlesungsinhalte werden in einem dazugehörigen Praktikum vertieft.

Vorlesungsinhalte

1. Multiplizierer
Steilheitsmultiplizierer mit OV, integrierter Vierquadrantenmultiplizierer, Quadrierer, Radizierer, Anwendung zur Leistungsmessung
2. Negativ-Impedanz-Konverter (NIC) und Gyrator
Verbraucher mit negativem Innenwiderstand, Quelle mit negativem Ausgangswiderstand, Leitungswiderstandskompensation, Impedanztransformation, Erzeugung großer elektronischer Induktivitäten
3. Gleichrichter- und Meßschaltungen mit OV
Einweg- und Vollwegmessgleichrichter, Scheitelwertmesser, Maximalwertspeicher, echte Effektivwertmessung
4. Phasenempfindlicher Gleichrichter, Lock-In-Verstärker
gesteuerte Gleichrichter/Modulator -schaltungen, Einweg- und Vollwegmodulator mit Multiplizierer, Ringmodulator und Analogschaltern, Synchrongleichrichter, Spectrumanalysator, Phasenschieber
5. PLL-Schaltungen
Funktion, Anwendungen, integrierte PLL, Phasendetektoren, Frequenzverdoppler, gesteuerter PLL-Quarzgenerator
6. Stromversorgungsschaltungen
Spannungsvervielfacher, Schaltnetzteile, DC/DC-Wandler
7. analoge Filterschaltungen
aktive Filterschaltungen bis 2. Grades mit OV, Funktion, Eigenschaften, Anwendung
Praktikumsinhalte

1. Logarithmischer Verstärker, Exponentialverstärker, NIC, Gyrator

  • Funktion und Eigenschaften von elektronisch erzeugten negativen Widerständen und Impedanztransformationsschaltungen mit Anwendungsbeispielen

2. Multiplizierer mit dem Schaltkreis AD 633

  • Entwurf von Schaltungen unter Einsatz des AD633 C, deren Aufbau und Nachweis der geforderten Parameter
 

3. PLL mit dem Schaltkreis 4046

  • Einfluss der Bauelemente auf die Dimensionierung eines VCO, Kennlinien von VCO
  • Untersuchung der Eigenschaften der Phasenkomparatoren des 4046
  • Aufbau einer PLL und Bestimmung von Parametern
  • Aufbau von Frequenzteilern mit gebrochen rationalen Teilerverhältnissen
  • Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit PLL
 

4. Präzisionsgleichrichter

  • Kennenlernen verschiedener Schaltungen zur Präzisionsgleichrichtung und Untersuchung von deren Eigenschaften
  • Kennenlernen des Prinzips der phasenempfindlichen Gleichrichtung
  • Aufbau und Untersuchung von Schaltungen zur phasenempfindlichen Gleichrichtung