In den Praktika stellen wir für jede Zielgruppe vorgefertigte Versuchsaufbauten mit ausführlicher theoretischer und praktischer Versuchsanleitung zusammen. Im Wahlfach kann man zwei Versuchsreihen durch ein Projekt ersetzen, das sowohl in der Vorbereitung als auch in der Umsetzung deutlich mehr Eigenständigkeit erfordert. Das fördert die Kreativität und motiviert die praktisch Interessierten besonders stark, obwohl es entsprechend aufwändiger ist.

Virtuelles Labor

Mit dieser Versuchsreihe veranschaulichen wir physikalische Grundlagen zu verschiedenen Lehrinhalten des Praktikums mittels virtueller Experimente. Die Versuche werden mit einem Internetbrowser am Rechner durchgeführt. Wir führen die Praktikanten dazu als Gast in das virtuelle JAVA-Applet-Labor von Prof. Chu R. WIE, State University of New York at Buffalo. Dort können sie ihre Kenntnisse durch "trial and error" auffrischen bzw. vertiefen.

Simulation mit PSPICE

Ziel dieser Versuchsreihe ist es, anhand des Programms PSPICE in die Simulation der Kennlinien von elektronischen Bauelementen einzuführen. Ausgewählte Beispiele sind Dioden, Solarzellen und bipolare Transistoren. Gleichzeitig soll das Verständnis der Bauelementeigenschaften vertieft werden. Die Versuche werden mit der Demoversion von OrCAD Pspice am Rechner durchgeführt.

Z-Dioden

Ziel dieser Versuchsreihe ist es, eine praktische Einführung in den Aufbau, die Funktion und zu Anwendungen von Z-Dioden zu vermitteln. Im ersten Teil des Versuchs werden verschiedene Ströme mit einer Konstantstromquelle in Z-Dioden eingeprägt und die zugehörigen Strom-Spannungskennlinien mit Multimetern gemessen. Im weiteren Verlauf wird die Verlustleistung eines Widerstandes benutzt, um die Z-Dioden zu erwärmen und Temperaturkoeffizienten der Durchbruchsspannung auszuwerten. Im zweiten Teil wird eine Anwendungsschaltung zur Spannungsstabilisierung aufgebaut. Daran wird die Glättung von Betriebsspannungsschwankungen untersucht.

Bipolare Transistoren

Im Rahmen dieser Versuchsreihe werden Aufbau, Schaltfunktion und Kenngrößen von Bipolartransistoren behandelt. Es stehen aufgebaute Schaltungen für den Transistors BC 547 C zur Verfügung, an denen die Übertragungsfunktion, Kenngrößen und einfache Logikfunktionen gemessen und ausgewertet werden.

Kleinsignalverstärker mit Bipolartransistor

In dieser Versuchsreihe wird der Amplitudengang der Übertragungsfunktion eines stromgegengekoppelten Wechselspannungsverstärkers auf Basis eines Bipolartransistors studiert. Grundkenntnisse über das Zusammenwirken von aktiven und passiven Bauelementen werden vermittelt, um den Arbeitspunkt, die Verstärkung und den nutzbaren Frequenzbereich festzulegen. Kernstück des Versuchsaufbaus ist ein Analogverstärker, der bereits auf einer Lochrasterplatine aufgebaut ist und hinsichtlich der Stromgegenkopplung variabel bestückt werden kann.

Sperrschicht-Feldeffekttansistoren

Ziel dieser Versuchsreihe ist es, den Praktikanten Grundlagen zu Aufbau, Funktion und Anwendung von Sperrschichtfeldeffekttransistoren zu vermitteln. In diesem Versuch werden die Kennlinien des Feldeffekttransistors BF245A gemessen und mit denjenigen aus dem Datenblatt verglichen. Als Anwendung wird eine Sensormessschaltung für Beleuchtungsintensitäten und die Wirkung des JFETs als Impedanzwandler untersucht.

Sensoren

In dieser Versuchsreihe werden der Aufbau, die Funktion und Anwendungen von Widerstandssensoren vermittelt. Kern des Versuchsaufbaus sind verschiedene Brückenschaltungen mit Thermistoren, piezoresistiven Drucksensoren und Feldplatten. Als Anwendungsbeispiel wird eine Schaltung zur Messung der Durchflussrichtung und Durchflussgeschwindigkeit von Gasen aufgebaut und untersucht.

MOSFETs

In diesem Versuch wird ein Grundwissen über MOSFETs, ASICs und das Zusammenspiel von Bauelementsimulation und Schaltungsentwurf vermittelt. Es geht um die realistische Simulation von MOSFET- Kennlinien, der Einfluß von Bauelementparametern wird studiert. Dazu verwenden wir SPICE Level 2 Modelle von Kitparts für ASICs. Anschließend werden die gewonnenen Kenntnisse angewendet, um je eine Digital- und eine Linearschaltung mit diesen Kitparts zu entwerfen, aufzubauen und zu testen, eine typische Anwendung aus der Mikroelektronik.

Operationsverstärker

Ziel dieser Versuchsreihe ist es, das theoretisches Grundwissen über Operationsverstärker experimentell zu vertiefen,verbunden mit einer typischen Anwendung aus der Automatisierungstechnik. Dazu geben wir in einer gedruckten Schaltung die einzelnen Operationverstärkerschaltungen für den P-, I-, und D-Anteil eines PID-Reglers sowie für den Summationspunkt des geschlossenen Regelkreises vor. Als Strecke verwenden wir einen zweistufigen RC-Tiefpaß. Man kann Jumper so setzen, daß die Komponenten getrennt oder zusammen betrieben werden.

IC-Design

Anhand des CAD-Systems Microwind2/Dsch2  geben wir eine praktische Einführung in den Entwurf von integrierten Schaltungen. Der Versuch wird am Rechner bearbeitet. Das Layout eines CMOS-Transistors und eines NAND-Gatters ist zu entwerfen, die Entwurfsdaten sind zu extrahieren und die zugehörigen Kennlinien zu simulieren. Am praktischen Beispiel lernt man die Grundlagen der Vorgehensweisen kennen, die von einer selbst entwickelten Schaltung zu einem integrierten Schaltkreis führen.

Projekt

Ziel des Projekts ist es, praktische Erfahrungen im Entwurf, Aufbau und Test einer kleinen elektronischen Schaltung zu vermitteln. Praktischer Nebeneffekt: man kann das Ergebnis auch zuhause verwenden. Das Projektthema wechselt von Jahr zu Jahr. Beispielsweise ist eine Ladeschaltung für handelsübliche Nickel-Cadmium (NiCd) und Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akkus aufzubauen, die mit einem Steckernetzteil betrieben werden kann. Dieser Schaltkreis wird mit wenigen diskreten Bauelementen aufgebaut. Kernstück ist ein aktueller Lade-IC (SMD), dessen externe Beschaltung die Projektgruppe selbst dimensioniert. Ein vorbereitetes Layout wird entsprechend modifiziert, eine Platine gefräst, am Lötplatz bestückt und mit der zugehörigen Messtechnik getestet. Die Aufgabenbereiche des Projektes: theoretische Grundlagen, Schaltungsdimensionierung, Layout, SMD-Löten, Mess- und Testverfahren, Fehlersuch- und -Vermeidungstrategien sind von der Projektgruppe unter Anleitung eigenständig zu erarbeiten.

Im Projektpraktikum wird eine anwendungsbezogene Entwicklung im Sinne eines kleinen Forschungsprojekts durchgeführt. Das heißt, daß uns die Ergebnisse nicht von vornherein bekannt sind. Ferner heißt es, dass man in der Projektführung einen gewissen Gestaltungsspielraum hat, der mit eigenen Ideen kreativ ausgefüllt werden soll. Schließlich sollen die Projektgruppen einmal mehr üben, wie man ingenieurmäßig im Team an solch eine Aufgabenstellung herangeht. Wir bereiten dazu Themen aus Industrieanfragen bzw. aus unseren aktuellen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten (FuE) so vor, dass ein schöner Erfolg erreicht werden kann. Alle Projektgruppen präsentieren ihre Ergebnisse abschließend in einem gemeinsamen Kolloquium, gegebenenfalls auch vor Vertretern der beteiligten Unternehmen.

Beispielhaft beschreiben wir einige bereits bearbeitete Projektthemen:

• Drucksensorik

Die Widerstandsänderung eines speziell präparierten Dickschicht-Drucksensors wurde mit einem PS02-Chip ausgelesen. Dazu war eine entsprechende Frontendelektronik aufzubauen und mit dem Mikrocontrollermodul ATMega anzusprechen. Der ATMega wurde in C programmiert. Das fertige Sensormodul war am Präzisionsdruckkalibrator zu kalibrieren. Die minimale Druckauflösung wurde bestimmt.

• TDC-Elektronik

Eine selbstentwickelte Time-to-Digital-Converter (TDC) Platine wurde verwendet, um RC-Zeiten hochauflösend und mit großer Dynamik zu messen. Dazu waren geeignete MOSFET-Schalter auszuwählen und eine geeignete diskrete Schaltlogik mit Präzisions-Schmitt-Trigger war zu entwickeln, zu simulieren und zu realisieren. Die maximale Widerstandsauflösung und der Dynamikbereich des Verfahrens wurden gemessen.

• IC-Design

Das Layout von CMOS-Transistoren und Bondpads und ein TDC-kompatibler Schmitt-Trigger wurden für einen IC realisiert, der via EUROPRACTICE gefertigt wurde. Eine Anpassung verschiedener Entwicklungstools an die ausgewählte 0,35um-Technologie und untereinander war zu entwickeln. Das Projekt wurde in Kooperation mit Prof. Dr. Doll, Labor für Rechnergestützten Schaltungsentwurf, und Prof. Dr. Hoppe, FH Darmstadt, durchgeführt.

• S-Parameter von JFETs und MOSFETs

Ziel dieses Projektes war es, die Grundlagen zu Theorie, Messtechnik und Anwendung der S-Parameter von Feldeffekttransistoren zu erarbeiten und experimentell zu verifizieren. Der Zusammenhang zu den entsprechenden H-Parametern war ebenfalls zu studieren. Aus der Literatur wurde ein ABM ein PSpice-Modell übernommen, mit dem aus Spice-Parametern eines FET S-Parameter berechnet werden können.

• Makromodellierung einer Solarzelle

Ziel dieses Projektes war es, die Parameter eines Makromodells zur Simulation einer im Rahmen unseres Technologiepraktikums selbst hergestellten Solarzelle mit PSPICE durch Messung und Rechnung zu ermitteln. Die Hauptaufgabe bestand dann darin, die Solarzelle in ihrem DC- und AC-Verhalten sowohl im Dunkeln als auch unter Beleuchtung zu modellieren und Simulationsergebnisse und Messeregebnisse miteinander zu vergleichen.

• Modellierung von MOSFETs

Ziel dieses Projektes war es, mit dem Waferprober die Parameter eines PSPICE-Modells zur Simulation von p- und n-Kanal CMOS-FETs auf einer 6‘‘-Scheibe des LEB/FhG IIS-B-CMOS-Prozesses zu bestimmen. An jeweils 5 Exemplaren beiden Typs waren diese Parameter auf dem Wafer elektrisch zu bestimmen und das DC- und AC-Verhalten zu simulieren.

Zu den Versuchsanleitungen des Labors für Elektronische Bauelemente

Dieser Service steht nur Studentinnen und Studenten der Hochschule Aschaffenburg zur Verfügung. Es ist eine Anmeldung mit Benutzernamen und Passwort erforderlich. Möglicherweise unterstützt ihr Browser dieses Verfahren nicht. Bitte verwenden Sie in diesem Fall ein anderes FTP-Programm. Sie finden die Unterlagen dann unter https://www.fh-aschaffenburg.de/info/brunsmann.