Lehrveranstaltungen

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Angewandte EMV

Diese Lehrveranstaltung findet im Wintersemester statt.

Inhalt:

Es werden die Lerninhalte der Vorlesungen Elektromagnetische Verträglichkeit und EMV-Messtechnik mithilfe von Fallstudien vertieft. Zu diesem Zweck werden verschiedene handelsübliche Geräte unter EMV-Gesichtspunkten analysiert. Die erzeugten Emissionen werden messtechnisch erfasst, mit vorgeschriebenen Grenzwerten verglichen und die durchgeführten Entstörmaßnahmen werden im Hinblick auf ihren Aufwand und ihre Wirksamkeit diskutiert.

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:

  • die Ursachen für die Entstehung der EMV-Probleme zu bewerten,
  • Probleme bei den EMV-Messungen zu analysieren und Lösungen zu deren Behebung zu entwickeln,
  • geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Störpegel und zur Erhöhung der Störfestigkeit zu entwickeln.
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Ausgewählte Kapitel der Schaltnetzteiltechnologie

Diese Lehrveranstaltung findet im Wintersemester statt.

Inhalt:
In dieser Vorlesung werden die weiterführenden Konzepte der Schaltnetzteiltechnologie behandelt. Nach einer kurzen Wiederholung der Schaltverluste werden folgende Methoden zur Reduktion derselben beispielhaft erörtert:
  • Nicht dissipative Entlastungsnetzwerke
  • Schalter-resonante Konverter (QRC-ZCS, QRC-ZVS)
  • Last-resonante Konverter (FHA, eFHA, SPA)
  • Vollbrücke mit Regelung mittels Phasenverschiebung
  • PWM-Konverter mit resonanten Schaltübergängen
  • Die Übung vertieft die in der Vorlesung erarbeiteten Methoden an zusätzlichen Beispielen und demonstriert diese an praktischen Aufbauten.

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an diesem Modul sind die Studierenden in der Lage:

  • Methoden zur Schaltverlustleistungsreduktion anzuwenden,
  • die Funktionsweise nicht dissipativer Entlastungsnetzwerke zu analysieren und diese zu entwickeln,
  • resonante Topologien sowohl der Familie der Schalter- als auch der Last-resonanten Schaltungen zu analysieren sowie die erzielten Ergebnisse zu bewerten,
  • Schalter-resonante Konverter zu entwickeln,
  • Berechnungsmethoden im Bereich Last-resonanter Konverter auf Basis verschiedener Designmethoden (FHA, eFHA, SPA) anzuwenden und zu bewerten,
  • weit verbreitete Konzepte zur Modifikation PWM geregelter Konverter zu verstehen und anzuwenden.

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Elektromagnetische Verträglichkeit

Diese Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.

Inhalt:
Dieses Modul dient als Einführung in die grundlegende Problematik der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Es werden sowohl die Störemissionen, d.h. die Störaussendung auf Leitungen und als Abstrahlung als auch die Empfindlichkeit von elektronischen Geräten gegenüber den von außen kommenden Störungen betrachtet. Ausgehend von den in den unterschiedlichen Frequenzbereichen maximal zugelassenen Störpegeln werden neben den jeweils anzuwendenden Messverfahren insbesondere die technischen Möglichkeiten im Vordergrund stehen, die zur Reduzierung der Störemissionen bzw. zur Erhöhung der Störfestigkeit von Schaltungen beitragen.
Es werden konkrete Fragestellungen der EMV, wie z.B. Störpegel auf Leitungen, Koppelmechanismen, Störpegel von abgestrahlten Feldern usw. berechnet und aus den Ergebnissen Maßnahmen zur Verbesserung der EMV-Situation abgeleitet. Neben den Rechenübungen werden zu den folgenden Themen praktische Messungen vorgenommen:
  • Symmetrische und asymmetrische Störströme
  • Ersatzschaltbilder von Filterkomponenten
  • Netzfilterdämpfung
  • Koppelmechanismen
  • Reduzierung von Feldern durch Schirmung / Spiegelung

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:

  • die Besonderheiten der EMV-Messtechnik zu verstehen,
  • die aktuellen Normen zu verstehen und anzuwenden,
  • die unterschiedlichen Koppelmechanismen zu verstehen und auf die Störprobleme in Schaltungen und Systemen anzuwenden,
  • die Störsituation bei Schaltungen zu bewerten und Maßnahmen zur Entstörung zu entwickeln.

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Felder und Wellen in optoelektronischen Bauelementen

Diese Lehrveranstaltung findet im Wintersemester statt.

Inhalt:

  • Elektromagnetische Feldtheorie für Wellenleiter und Resonatoren
  • Glasfaser
  • Halbleiterlaser
  • Leuchtdiode
  • Photodiode und Solarzelle
  • Modulator

 

Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden
  • geben die Grundbegriffe der optoelektronischen Bauelemente und der faserbasierten Informationsübertragung wieder
  • wenden die Grundgleichungen der elektronagnetischen Feldtheorie auf optoelektronische Komponenten an
  • klassifizieren Laser und Photodioden anhand unterschiedlicher Gesichtspunkte
  • beschreiben, skizzieren und vergleichen den Aufbau und die Materialzusammensetzung unterschiedlicher Bauelemente
  • können anhand der vermittelten Modelle und Beschreibungen die Funktionsweise und Spezifikationen von Lasern, Modulatoren, Photodioden und Wellenleitern beurteilen

 

Studienrichtungen:

  • WF EEI-MA 1-4
  • PF EEI-MA-AET 1-4
  • WF EEI-MA-MIK 1-4
  • WF WING-BA-ET-IT ab 5
  • WF WING-BA-ET-EN ab 5
  • WF WING-MA-ET-IT ab 1
  • WF WING-MA-ET-EN ab 1

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Grundlagen der Elektrotechnik I

Diese Lehrveranstaltung findet im Wintersemester statt.

Inhalt:

Diese Vorlesung bietet einen Einstieg in die physikalischen Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik. Ausgehend von beobachtbaren Kraftwirkungen zwischen Ladungen und zwischen Strömen wird der Begriff des elektrischen und magnetischen Feldes eingeführt. Mit den daraus abgeleiteten integralen Größen Spannung, Strom, Widerstand, Kapazität und Induktivität wird das Verhalten der passiven Bauelemente diskutiert. Am Beispiel der Gleichstromschaltungen werden die Methoden der Netzwerkanalyse eingeführt und Fragen nach Wirkungsgrad und Zusammenschaltung von Quellen untersucht. Einen Schwerpunkt bildet das Faradaysche Induktionsgesetz und seine Anwendungen. Die Bewegungsinduktion wird im Zusammenhang mit den Drehstromgeneratoren betrachtet, die Ruheinduktion wird sehr ausführlich am Beispiel der Übertrager und Transformatoren diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Behandlung zeitlich periodischer Vorgänge. Die komplexe Wechselstromrechnung bei sinusförmigen Strom- und Spannungsformen wird ausführlich behandelt.
1. Physikalische Grundbegriffe
2. Das elektrostatische Feld
3. Das stationäre elektrische Strömungsfeld
4. Einfache elektrische Netzwerke
5. Das stationäre Magnetfeld
6. Das zeitlich veränderliche elektromagnetische Feld
7. Wechselspannung und Wechselstrom

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:

  • den Begriff des Feldes zu verstehen,
  • Gleich- und Wechselstromschaltungen mit Widerständen, Kapazitäten, Induktivitäten und Transformatoren zu entwickeln,
  • Schwingkreise und Resonanzerscheinungen zu analysieren,
  • Energie- und Leistungsberechnungen durchzuführen,
  • Schaltungen zur Leistungsanpassung und zur Blindstromkompensation zu bewerten,
  • das Drehstromsystem zu verstehen.

 

Studienrichtungen:

  • PF BPT-BA-E
  • PF CE-BA-TA-SS
  • PF EEI-BA
  • PF ET-BA
  • PF BPT-BA-M-E
  • PF ACES-BA
  • PF Inf-BA
  • PF ME-BA
  • PF TM-BA

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Grundlagen der Elektrotechnik für Wirtschaftsingenieure

Diese Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.

Inhalt:

  • Das elektrostatische Feld, das stationäre Strömungsfeld, das magnetische Feld, das elektromagnetische Feld
  • Gleichstrom- und Wechselstromnetzwerke, komplexe Wechselstromrechnung
  • Einschwingvorgänge
  • Halbleiterbauelemente und ihre Grundschaltungen: Diode, Bipolartransistor, Operationsverstärker

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:

  • das elektrostatisches Feld, das stationäre Strömungsfeld, das magnetische Feld sowie das elektromagnetische Feld zu definieren und die zugehörigen Feldgrößen und ihre Verknüpfungen zu benennen,
  • einfache Probleme aus dem Bereich der elektromagnetischen Felder zu berechnen,
  • verschiedene praktische Anwendungen des Induktionsgesetzes zu erläutern,
  • die Gesetze zur Berechnung von Gleichstromnetzwerken wiederzugeben,
  • verschiedene Methoden zur Netzwerkanalyse zu erklären und diese zur Problemlösung anzuwenden,
  • komplexe Gleichstromnetzwerke mit Hilfe des Knotenpotentialverfahrens zu untersuchen,
  • Kennwerte periodischer Spannungs- und Stromsignale zu definieren,
  • Herleitung und Vorgehensweise der komplexen Wechselstromrechnung zu erörtern,
  • umfassende Schaltungen mit Hilfe der komplexen Wechselstromrechnung zu erfassen und die dazugehörigen Zeigerdiagramme zu ermitteln,
  • lineare Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten zu erkennen, ausgehend von einer gegebenen Schaltung selbstständig die korrespondiere Differentialgleichung zu bestimmen sowie zu lösen,
  • die Anfangs-/Endwertmethode zu skizzieren und ihren Gültigkeitsbereich anzugeben sowie die Methode für entsprechende Problemstellungen anzuwenden,
  • grundlegende elektronische Bauelemente und ihre Eigenschaften zu benennen,
  • die Funktionsweise der Halbleiterdiode zu erläutern, ein einfaches Ersatzschaltbild zu zeichnen und die Funktionsweise einfacher Schaltungen mit Dioden sowohl mit Hilfe grafischer als auch analytischer Methoden vorherzusagen,
  • Bipolartransistoren und deren Emitterschaltung zu identifizieren,
  • ein linearisiertes Ersatzschaltbild für den Bipolartransistor zu zeichnen und mit dessen Hilfe elektronische Schaltungen zu analysieren,
  • Eigenschaften des Operationsverstärkers aufzulisten, die Güte der Näherung des idealen Operationsverstärkers zu erfassen und das Verhalten grundlegender Operationsverstärkerschaltungen zu diskutieren.

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Grundlagen der optoelektronischen Bauelemente

Diese Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.

Inhalt:

  • Einführung in die Halbleitertheorie und Quantenphysik
  • Ladungsträgertransport in optoelektronischen Bauelementen
  • Theorie der Licht-Materie Wechselwirkung

 

Lernziele und Kompetenzen:
  • Beherrschung der mikroskopischen Mechanismen für Ladungsträgertransport in Bauelementen
  • Zusammenhang der internen Bauelementephysik mit Systemspezifikationen der Anwendungen
  • Aufbau und Funktionsweise von LEDs, Solarzellen, Dioden und deren Materialien

 

Studienrichtungen:

  • WF EEI-BA ab 5
  • WF EEI-MA ab 1
  • WPF MIK-BA ab 5
  • WPF AngQuantTech-BA ab 5

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Numerische Methoden elektromagnetischer Felder

Diese Lehrveranstaltung findet im Wintersemester statt.

Inhalt:
  • Grundlagen der numerischen Simulation von quasistationären elektromagischen Feldern und elektromagnetischer Wellenausbreitung
  • Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode (FDTD)
  • Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Lösung elektromagnetischer Feldprobleme

 

Lernziele und Kompetenzen:
  • Kenntnisse über verschiedene numerische Methoden zur Lösung der Maxwell’schen Gleichungen im Zeit- und Frequenzbereich
  • Anwendung der Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode und der Finite-Elemente-Methode zur Lösung elektromagentischer Feldprobleme

 

Studienrichtungen:

  • WPF EEI-BA ab 5
  • WPF EEI-MA ab 1

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Numerische Methoden der Halbleiterbauelemente

Diese Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.

Inhalt:
  • Grundlagen der numerischen Simulation von quasistationären elektromagischen Feldern und elektromagnetischer Wellenausbreitung
  • Drift/Diffusionsmodell für den Ladungsträgertransport.
  • Finite Differenzen- und Finite Volumen-Diskretisierung.
  • Monte Carlo Methode
  • Simulation von Quantenfilmen und Quantenpunkten im Halbleiter.

 

Lernziele und Kompetenzen:
  • Kenntnisse über verschiedene numerische Methoden zur Lösung der Maxwellschen Gleichungen im Zeit- und Frequenzbereich
  • Anwendung der Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode und der Finite-Elemente-Methode zur Lösung elektromagentischer Feldprobleme

 

Studienrichtungen:

  • WF EEI-BA ab 5
  • WF EEI-MA ab 1

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Schaltnetzteile

Diese Lehrveranstaltung findet im Wintersemester statt.

Inhalt:

In „Schaltnetzteile“ werden die Grundprinzipien der hochfrequent getakteten leistungselektronischen Schaltungen behandelt. Neben den unterschiedlichen Netzteiltopologien werden insbesondere die verschiedenen durch die hochfrequente Betriebsweise entstehenden Probleme behandelt.
Außerdem werden Methoden zur Berechnung der grundlegenden Schaltnetzteilfamilien, zur Ermittlung von Schaltverlusten, zum Design von Entlastungsnetzwerken sowie ein erstes Konzept zur regelungstechnischen Beschreibung von Netzteilen mit PWM- Regelung vermittelt.

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:

  • Basistopologien und deren Betriebsarten zu analysieren,
  • die Funktionsweise PWM-geregelter Topologien zu erarbeiten und die zugehörigen Kennwerte zu bewerten,
  • die Notwendigkeit von Netztrennung sowie mögliche Maßnahmen zur Erlangung derselben zu verstehen,
  • grundlegende netztrennende Topologien zu analysieren,
  • Schaltverluste sowie deren Reduzierung mit Hilfe von Entlastungsnetzwerken zu bewerten,
  • regelungstechnische Beschreibung PWM-getakteter Konverter im kontinuierlichen Betrieb mittels der Methode des In-Circuit-Averaging zu analysieren.

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Simulation und Regelung von Schaltnetzteilen

Diese Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.

Inhalt:

Im ersten Teil des Moduls werden sowohl notwendige Grundlagen als auch mögliche Simulationsstrategien und Tools erläutert. Im Einzelnen wird auf folgende Punkte eingegangen:

  • Analytische Simulation von PWM-Konvertern
  • Simulation von PWM-Konvertern unter Zuhilfenahme von gemittelten Schaltermodellen (ASM und ASIM)
  • Diskrete Modellierung von Schaltnetzteilen im Zustandsraum (Discrete Modelling)
  • Detailbetrachtungen, Vergleich mit Hardware, Schaltverluste

Im zweiten Teil des Moduls werden mögliche Systemmodellierungen gezeigt, die Aufschluss über das Kleinsignalverhalten und damit die Anwendung von herkömmlichen regelungstechnischen Ansätzen erlauben.
Der zweite Teil des Moduls gliedert sich wie folgt:

  • Anwendung von ASM und ASIM zur Bestimmung der Kleinsignalübertragungsfunktion
  • Mittelung im Zustandsraum (State-Space-Averaging) zur Bestimmung der Kleinsignalübertragungsfunktion
  • Regelung mit unterlagerter Stromregelung

 

Lernziele und Kompetenzen:

Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:

  • Schaltnetzteiltopologien auf verschiedenen Abstraktionsebenen zu untersuchen,
  • PWM Konverter stark idealisiert und auch unter Berücksichtigung parasitärer Widerstände zu analysieren,
  • Mehraufwand und Nutzen detaillierterer Analysemethoden einzuschätzen,
  • die einzelnen Schritte zur Erstellung gemittelter Schaltermodelle (ASM, ASIM) zu erläutern,
  • PWM-Konverter mittels gemittelter Schaltermodelle zu analysieren,
  • die Möglichkeiten der gemittelten Schaltermodelle während der verschiedenen Phasen bei der Entwicklung getakteter Stromversorgungen zu beurteilen,
  • die Beschreibung linearer Netzwerke im Zustandsraum und deren Lösung zu erläutern,
  • den Lösungsweg zur Analyse von Konvertern im Zustandsraum zu skizzieren,
  • beliebige Konverter mit Hilfe der zeitdiskreten Modellierung im Zustandsraum zu analysieren,
  • Anwendungsbeispiele für den Einsatz von Netzwerkanalyseprogramme (z.B. SPICE) im Bereich der Schaltnetzteilentwicklung zu benennen,
  • Gültigkeit, Genauigkeit und Anwendbarkeit von Herstellermodellen kritisch zu hinterfragen,
  • Aufwand, Möglichkeiten und Grenzen der verschiedenen Simulationsmethoden im Bereich der Schaltnetzteiltechnologie zu bewerten,
  • Sinn und Zweck der verschiedenen Kleinsignalübertragungsfunktionen zu beschreiben,
  • den Begriff Kleinsignal im Zusammenhang mit Übertragungsfunktionen zu definieren und für konkrete Simulationen die Einhaltung der Kleinsignalbedingung zu überprüfen,
  • Kleinsignalübertragungsfunktionen durch geeignete, dem jeweiligen Modell angepasste Simulationen (Zeit-/Frequenzbereich) zu bestimmen,
  • Kleinsignalübertragungsfunktionen mittels der Methode der Mittelung im Zustandsraum für den kontinuierlichen und diskontinuierlichen Betrieb bestimmen,
  • eine Möglichkeit zur messtechnischen Bestimmung Kleinsignalübertragungsfunktionen leistungselektronischer Konverter sowie die dafür benötigten Adapter und deren Anforderungen zu diskutieren,
  • die verschiedenen Möglichkeiten Konverter zu regeln sowie deren Vor- und Nachteile zu bewerten,
  • Vorteile einer unterlagerten Stromregelung zu erläutern sowie die Ursachen möglicher Instabilitäten und deren Vermeidung zu erklären,
  • notwendige Kennwerte für den eigenständigen Vergleich einer Vielfalt möglicher, auch bis dato dem Studierenden unbekannter Topologien auf verschiedenen Abstraktionsebenen auszuarbeiten und so neue leistungselektronische Systeme basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen zu gestalten,
  • die erlernten Methoden für die Optimierung getakteter Stromversorgungen anzuwenden,
  • die Ergebnisse der Optimierung im Hinblick auf die aufgestellten Kriterien zu gewichten und den geeigneten Kandidaten auszuwählen,
  • die notwendigen Simulationen entlang des gesamten Entwicklungsprozesses leistungselektronischer Systeme zu konzipieren,
  • neue leistungselektronische Systeme zu entwickeln und somit die Herstellung neuer Produkte mit zu gestalten.

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