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Prof. Dr. Holger Kraft

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Lehre

Forschung & Entwicklung

Lehrangebot

Einführung in die Vertiefungsgebiete - Studienvertiefung "Industrieelektronik und Sensorik (I&S)"

Dieses Modul soll den Studierenden zunächst eine Einführung über die möglichen Vertiefungsgebiete im Studiengang Elektrotechnik bieten, damit sie sich möglichst fundiert für die Wahl ihrer Studienvertiefung entscheiden können.

Die Studierenden erhalten für die Studienvertiefung "Industrieelektronik und Sensorik (I&S)" einen Überblick über die fachlichen Inhalte und Berufsmöglichkeiten. Sie erhalten einen Einblick in elektronische Komponenten und Systeme, sowie wichtiger Entwicklungsmethoden im industriellen Umfeld. Außerdem wird das Basiswissen der Sensorik in Verbindung mit Elektronik anhand von Praxisbeispielen vermittelt.

Einführung in die Vertiefungsrichtung I&S:

- Übersicht der Themengebiete und Erläuterung der beruflichen Perspektiven
- Methoden der Schaltungs- und Systementwicklung
- Diskrete und integrierte Elektronik
- Sensoren und deren Anwendung
- Technische Randbedingungen im industriellen Umfeld
- Signal- und Datenverarbeitung
- Simulationswerkzeuge

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Elektronik - Vorlesung und Übungen

In diesem Modul werden die wichtigsten aktiven und passiven elektronischen Bauelemente im Hinblick auf Aufbau und Wirkungsweise, deren typische Kennwerte und Einsatzbedingungen vorgestellt.

Ausserdem werden die Schaltungstechnik mit diesen Bauteilen und wichtige Grundschaltungen erläutert. Die Vermittlung der Kenntnisse zur Funktion und Eignung dieser Grundschaltungen, ermöglicht die Entwicklung und Dimensionierung entsprechender Funktionseinheiten.

Elektronische Bauelemente:

- Physikalische Grundlagen
- pn-Übergang, Diodentypen
- Transistoren (Bipolar-, Feldeffekttransistoren)
- Operationsverstärker
- Passive Bauelemente

Schaltungstechnik:

- Grundlagen der Schaltungsberechnung (Netzwerkanalyse)
- Diodenschaltungen
- DC- und AC-Schaltungsberechnungen
- Kleinsignalersatzschaltbilder
- Transistoren im Schalt- und Verstärkerbetrieb
- Schaltungen mit Operationsverstärkern und Komparatoren
- Kippstufen

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Elektronik - Praktikum

Im Praktikum werden elementare elektronische Schaltungen gemäß Schaltplan aufgebaut und erprobt. Es werden Labornetzgeräte, Multimeter, Funktionsgeneratoren und Oszilloskope eingesetzt, um typische Kennwerte und Leistungsdaten sowie die jeweilige Funktionsweise messtechnisch zu überprüfen. Das Praktikum stellt die Ergänzung und Anwendung der vermittelten Theorie dar.

- Messtechnische Erfassung des Verhaltens sowie relevanter Kennlinien von Halbleiterbauelementen (Dioden, Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren).
- Aufbau und Vermessung wichtiger Grundschaltungen und Verbundschaltungen unter Verwendung aktiver und passiver Bauelemente (Diodenschaltungen, Transistor-Grundschaltungen).
- Transistor im Schalt- und Verstärkerbetrieb
- Operationsverstärker-Schaltungen
- Kippstufen

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Industrieelektronik und Sensorik - Vorlesung und Übungen

In dieser Veranstaltung werden Kenntnisse zu komplexeren Schaltungen für industrielle Anwendungen vermittelt. Aufbauend auf dem Elektronik-Grundwissen werden diskrete Bauelemente, integrierte Schaltungen und Sensoren zu Anwendungen kombiniert. Hierfür werden elektronische Schaltungen unter Berücksichtigung der relevanten Anforderungen der Industrieumgebung berechnet, dimensioniert und in einer Simulationsumgebung simuliert.

Ansteuer- und Ausleseelektronik:
- Gebräuchliche elektronische Schaltungen zur Auswertung und Ansteuerung (z.B. Wandler, Verstärker, Messbrücken)
- Anforderungen der Industrie (Temperaturbereich, Störfestigkeit, Genauigkeit, Sicherheit, Langlebigkeit)
- Schaltungsdimensionierung
- Schaltungssimulation

Sensortypen, Kenngrößen und Verfahren:
- Grundbegriffe und Klassifikation von Sensoren
- Ausgewählte Positionssensoren (z.B. Optische, Induktive, Kapazitive)
- Ausgewählte Prozesssensoren (z.B. Temperatursensoren, Drucksensoren, Strömungssensoren)

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Industrieelektronik und Sensorik - Praktikum

Im Praktikum werden praxisnahe Schaltungen und Anwendungen entwickelt, diese dimensioniert und aufgebaut. Ausgehend von theoretischen Überlegungen werden die Schaltungen zunächst simuliert, anschließend aufgebaut und die Messergebnisse mit den vorherigen Berechnungen und Simulationen abgeglichen.

- Kennenlernen von SW-Tools zur Simulation und rechnergestützten Entwurfsmethodik
- Entwurf und Berechnung von Schaltungen
- Simulative Betrachtung von Schaltungen (DC, AC, Transient, ...)
- Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltungen

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Entwurf Diskreter Schaltungen - Vorlesung und Übungen

In diesem Modul werden Kenntnisse vermittelt, wie eine elektronische Schaltung entworfen und in Form einer fertigungstechnisch beherrschbaren Leiterplatte umgesetzt werden kann. Dabei sind neben den theoretischen Kenntnissen auch wichtige Randbedingungen bei der praktischen Umsetzung einer Schaltung zu berücksichtigen. Dadurch kann eine Schaltung und das Layout im Hinblick auf praktische Anforderungen (z.B. Zuverlässigkeit, Temperaturstabilität, Lebensdauer, Störsicherheit) ausgelegt und optimiert werden.

- Entwicklungsplanung, Entwicklungsprozesse
- Entwurfsmethodik
- Überblick wichtiger CAD Tools
- Bauformen und Nutzung von Bauelementen
- Leiterplattentechnik
- Dimensionierung der Leiterplatte und der Leiterbahnen
- Elektromagnetische Verträglichkeit, Störungsvermeidung
- Schutz vor Überspannung
- Zuverlässigkeit elektronischer Schaltungen
- Test- und Prüfbarkeit

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Entwurf Diskreter Schaltungen - Praktikum

In dieser Veranstaltung werden elektronische Schaltungen rechnergestützt in Form von Leiterplatten umgesetzt. Dabei werden marktübliche CAD-Tools aus der Industrie zur Leiterplattenentwicklung eingesetzt. Die Platine wird aufgebaut, in Betrieb genommen und durch Messungen werden Rückschlüsse auf mögliche Verbesserungen gezogen.

- Kennenlernen von SW-Tools zur Layouterstellung
- Anwendung der Tools bei der Umsetzung von Schaltungen in einen Leiterplattenentwurf
- Berücksichtigung von parasitären Einflüssen
- Inbetriebnahme und Evaluierung des Designziels

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Grundlagen der Digitaltechnik - Praktikum

Im Praktikum werden Digitalschaltungen gemäß Schaltplan aufgebaut und auf Grundlage programmierbarer Schaltkreise rechnergestützt entworfen. Dabei werden universelle Prüfmittel wie Oszilloskop und Logikanalysator eingesetzt. Auf dieser Basis können später komplexere Aufgabenstellungen durch die Nutzung von Entwicklungssystemen gelöst werden.

- Aufbau und Inbetriebnahme von Digitalschaltungen (kombinatorische und sequentielle Grundschaltungen) mit Gattern und Flipflops, sowie mit programmierbaren Schaltkreisen.
- Die Aufgabenstellungen betreffen anwendungsrelevante Teilschaltungen sowie überschaubare, praxisnahe Projekte (z. B. Decoder, Zähler und Schieberegister, Stoppuhr, Impulsmustergenerator).
- Versuchsplattform: PC mit Entwicklungssystem und verschiedene Evaluierungsplattformen.
- Entwurfsmethodik: Überwiegend rechnergestützter Entwurf über Schaltplan.

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Mikrocontrollertechnik - Praktikum

Im Praktikum sind typische Aufgaben bei der Entwicklung von Embedded Systems programmtechnisch zu lösen und die übliche E-A-Ausstattung der Mikrocontroller (E-A-Ports, Zähler/Zeitgeber, Schnittstellensteuerungen, A/D-Wandler) einzusetzen. Dabei werden die von den Herstellern angebotenen Mittel zum Kennenlernen von Mikrocontrollerfamilien – also integrierte Entwicklungsumgebungen und Starterkits – genutzt, um sich mit den Controllertypen vertraut zu machen.

- Elementare Mikrocontrollerprogrammierung
– Nutzung der E-A-Ports
– Serielle Schnittstelle
– A/D-Wandler
– Zähler/Zeitgeber
– Erfüllen von Echtzeitanforderungen
– Bedienung und Anzeige
– Einfache Interruptserviceroutinen.

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Industrieelektronik und Automatisierungstechnik - Vorlesung und Übungen

In dieser Masterveranstaltung wird sich mit der Funktion und den Anforderungen elektronischer Systeme im Bereich der Automatisierungstechnik aus Sicht der Elektronik bzw. Elektronikentwicklung befasst.
Es werden Kenntnisse vermittelt, wie Informationen in der Automatisierungstechnik erfasst, aufbereitet, ausgewertet und weitergegeben werden können. Sie lernen Komponenten zur Automatisierung von Produktionsanlagen kennen und sind in der Lage, deren Zusammenspiel und deren Kommunikation untereinander zu verstehen. 

- Systeme und Komponenten der Automatisierungstechnik
- Anforderungen an elektronische Komponenten in der Automatisierungstechnik
- Industrielle Kommunikation und Interfaces (z.B. AS-Interface, Profibus, IO-Link)
- Systeme der Sicherheitstechnik (z.B. Sicherheitslichtvorhänge, -gitter)
- Anforderungen an sicherheitsgerichtete Komponenten
- Identifikationssysteme (z.B. RFID, Codeleser)
- Risikoanalyse in der Elektronik und Automatisierungstechnik (z.B. Failure Modes and Effects Analysis; FMEA),