Kurs Elektronikdesign

Lektion 1 • Thevenin- und Norton-Ersatzschaltungen

Komplexe Netzwerke werden für die Lastanalyse auf einfache Zweipolmodelle reduziert. Diese Ersatzschaltungen vereinfachen iterative Entwurfs- und Fehlersucheaufgaben.

Lektion 2 • Elektrische Größen und Einheiten

Spannung, Strom, Widerstand und Leistung werden mit SI-Einheiten definiert. Diese Größen bilden die Messsprache, die in der gesamten Schaltungsanalyse verwendet wird.

Lektion 3 • Schaltungsgesetze und Analyseverfahren

Der Kirchhoffsche Maschen- und Knotensatz werden zur Lösung von Mehrmaschen-Schaltungen angewendet. Knoten- und Maschenanalyse erweitern diese Gesetze auf komplexe Netzwerke.

Lektion 4 • Grundlagen passiver Bauelemente

Widerstände, Kondensatoren und Spulen werden durch ihr elektrisches Verhalten charakterisiert. Das Verständnis der U-I-Beziehung jedes Bauelements ermöglicht eine genaue Schaltungsmodellierung.

Lektion 1 • Grundlagen des Feldeffekttransistors

MOSFET- und JFET-Funktionsweise, Einsatzspannung und Steilheit werden behandelt. FET-Arbeitspunkteinstellung und Kleinsignalmodelle bereiten auf Verstärkerstufen vor.

Lektion 2 • Funktionsweise des Bipolartransistors

BJT-Betriebsbereiche und Stromverstärkung werden mit dem Ebers-Moll-Modell untersucht. Die DC-Arbeitspunkteinstellung legt den Betriebspunkt für den Verstärkerentwurf fest.

Lektion 3 • Diodenkennlinien und Anwendungen

Die Dioden-U-I-Kennlinie, Durchlassspannung und der Rückwärtsdurchbruch werden analysiert. Gleichrichter-, Begrenzungs- und Klemmschaltungen demonstrieren den praktischen Diodeneinsatz.

Lektion 4 • Halbleiter-Sonderbauelemente

Zenerdioden, Schottkydioden und Thyristoren werden für Regelungs- und Schaltaufgaben charakterisiert. Bauelementauswahlkriterien werden mit Anwendungsanforderungen verknüpft.

Lektion 1 • Emitterschaltung und Sourceschaltung

Die invertierende Verstärkertopologie wird auf Spannungsverstärkung und Frequenzgang analysiert. Entkopplungs- und Koppelkondensatoren werden dimensioniert, um die Bandbreitenanforderungen zu erfüllen.

Lektion 2 • Verstärkerfrequenzgang und Stabilität

Bode-Diagramme charakterisieren Verstärkung und Phase über der Frequenz und identifizieren dominante Pole. Stabilitätsreserven werden bewertet, um Schwingungen in gegengekoppelten Verstärkern zu verhindern.

Lektion 3 • Kleinsignal-Verstärkermodelle

Hybrid-Pi- und T-Modelle übersetzen die Transistorphysik in lineare Ersatzschaltungen. Diese Modelle ermöglichen Wechselstromverstärkungs- und Impedanzberechnungen für Verstärkerstufen.

Lektion 4 • Entwurf mehrstufiger Verstärker

Kaskadierte Stufen werden auf Gesamtverstärkung, Bandbreitenverringerung und Zwischenstufenbelastung analysiert. Entwurfsstrategien erhalten die Signalintegrität über mehrere Stufen hinweg.

Lektion 1 • Analyse des idealen Op-Amps

Annahmen des virtuellen Kurzschlusses und unendlicher Eingangsimpedanz vereinfachen die Analyse invertierender und nichtinvertierender Schaltungen. Verstärkungsgleichungen werden für grundlegende Konfigurationen hergeleitet.

Lektion 2 • Nicht ideale Op-Amp-Parameter

Offsetspannung, Biasstrom, Anstiegsgeschwindigkeit und CMRR begrenzen die reale Schaltungsleistung. Kompensationstechniken minimieren Fehler in Präzisionsanwendungen.

Lektion 3 • Entwurf aktiver Filter

Sallen-Key- und Mehrfachgegenkopplungstopologien implementieren Tiefpass-, Hochpass- und Bandpassverhalten. Filterordnung und Q-Faktor werden ausgewählt, um die Dämpfungsspezifikationen zu erfüllen.

Lektion 4 • Instrumenten- und Präzisionsverstärker

Instrumentenverstärker mit drei Op-Amps erreichen hohe CMRR für die Sensor-Signalaufbereitung. Präzisionsgleichrichter und Spitzenwertdetektoren erweitern den Nutzen von Op-Amps.

Lektion 1 • Zahlensysteme und Boolesche Algebra

Binäre, hexadezimale und BCD-Darstellungen untermauern den Entwurf digitaler Systeme. Boolesche Theoreme und De-Morgan-Gesetze ermöglichen die algebraische Vereinfachung von Logikausdrücken.

Lektion 2 • Logikgatterfamilien und elektrische Eigenschaften

CMOS- und TTL-Gatterfamilien werden auf Geschwindigkeit, Leistung und Störsicherheit verglichen. Ausgangsfächerauslastung, Laufzeitverzögerung und Logikpegel leiten die Technologieauswahl.

Lektion 3 • Kombinatorische Grundbausteine

Codierer, Decodierer, Multiplexer und Demultiplexer werden als modulare Bausteine entworfen und angewendet. Addierer und Komparatoren erweitern den kombinatorischen Entwurf auf arithmetische Funktionen.

Lektion 4 • Hazards und Timing in kombinatorischer Logik

Statische und dynamische Hazards verursachen Störimpulse, die digitale Ausgaben verfälschen. Hazard-Erkennungs- und -Beseitigungsverfahren gewährleisten einen zuverlässigen kombinatorischen Schaltungsbetrieb.

Lektion 1 • Entwurf endlicher Zustandsautomaten (FSM)

Mealy- und Moore-FSMs werden mit Zustandsdiagrammen spezifiziert und mit Flip-Flops und kombinatorischer Logik implementiert. Zustandscodierungsstrategien beeinflussen Fläche und Geschwindigkeit.

Lektion 2 • Zeitsynchrones System-Timing

Clock-to-Q-Verzögerung, kombinatorische Pfadverzögerung und Setup-Zeit bestimmen die maximale Betriebsfrequenz. Timing-Closure-Methoden lösen Verletzungen des kritischen Pfades.

Lektion 3 • Latches und Flip-Flops

SR-, D-, JK- und T-Flip-Flops speichern binäre Zustände und reagieren auf Taktflanken. Setup-, Hold- und Laufzeitverzögerungen definieren zuverlässige Taktbedingungen.

Lektion 4 • Entwurf synchroner Zähler

Binär-, BCD- und Modulo-N-Zähler werden mit Flip-Flop-Anregungstabellen entworfen. Zustandsdiagramme leiten die Herleitung der Folgezustands- und Ausgangslogik.

Lektion 1 • Gleichrichter- und Filterentwurf

Einweg-, Zweiweg- und Brückengleichrichter wandeln Wechselstrom in pulsierenden Gleichstrom um. Kapazitive und LC-Filter reduzieren die Restwelligkeit auf ein für nachfolgende Schaltungen akzeptables Niveau.

Lektion 2 • Lineare Spannungsregler

Serien- und parallelgeregelte Linearregler halten die Ausgangsspannung unter Laständerungen stabil. Dropout-Spannung, Verlustleistung und Wärmemanagement werden analysiert.

Lektion 3 • Regelungstechnik in Stromversorgungen

Spannungsmodus- und Strommodus-Regelschleifen regeln den Ausgang gegen Last- und Netzstörungen. Der Entwurf des Kompensationsnetzwerks stellt Stabilität und Transientenverhalten sicher.

Lektion 4 • Grundlagen der Schaltregler

Tiefsetz-, Hochsetz- und Inverswandlertopologien wandeln Spannungsniveaus mit hohem Wirkungsgrad um. Tastverhältnis, Spulendimensionierung und Ausgangskondensatorauswahl werden analytisch hergeleitet.

Lektion 1 • Leiterplattenaufbau und Lagenplanung

Lagenanzahl, Dielektrikum und Kupfergewicht werden ausgewählt, um Impedanz- und thermische Ziele zu erreichen. Die Platzierung von Versorgungs- und Masseebenen reduziert Rauschen und EMV-Störungen.

Lektion 2 • Entwurf für Fertigung und Test

Gerber-Dateien, Stückliste und Montagezeichnungen kommunizieren die Entwurfsabsicht an die Fertigung. Testpunktplatzierung und Boundary-Scan unterstützen die Produktionsprüfung.

Lektion 3 • Schaltplaneingabe und Netzlistenerzeugung

Hierarchische Schaltpläne organisieren komplexe Entwürfe in handhabbare Blöcke mit klaren Schnittstellen. Der Netzlistenexport verbindet Schaltplandaten mit Layout- und Simulationswerkzeugen.

Lektion 4 • Bauteilplatzierung und Routing

Platzierung folgt dem Signalfluss und thermischen Einschränkungen, um Leitungslänge und Übersprechen zu minimieren. Routing-Regeln gewährleisten Abstände, Via-Nutzung und differenzielle Paaranpassung.