Altifigence Academy
Analoger EntwurfKostenlos · Vom Einstieg zur Praxis

Analoger Schaltungsentwurf

Erarbeiten Sie eine praktische Grundlage für analogen Entwurf bei niedriger Spannung: Lösen Sie Gleichstromnetze, sagen Sie Zeit- und Frequenzverhalten voraus, legen Sie Transistorarbeitspunkte fest, entwerfen Sie Verstärker mit Gegenkopplung und Filter und verifizieren Sie einen Sensorsignalpfad mit ausdrücklich angegebenen Modellgrenzen.

SchaltungsanalyseVerstärkerFilterSPICEALcad
Mein Lernbereich

Das wirst du lernen

  • Spannung, Strom, Leistung, Belastung und Bauteilgrenzen berechnen
  • Knoten- und Thevenin-Gleichstrommodelle sowie das RC/RL-Zeitverhalten lösen
  • Zeigerbetrag, Phase und Bode-Diagramme erster Ordnung lesen
  • Arbeitspunkte von Dioden, BJT und MOS unter angegebenen Annahmen abschätzen
  • Operationsverstärker-Gegenkopplung entwerfen und Aussteuerbereich, Bandbreite, Anstiegsgeschwindigkeit und Rauschen prüfen
  • Eine Schaltplanverbindungstabelle vorbereiten und einen Sensorverstärker mit Filter für niedrige Spannung verifizieren

Bevor du beginnst

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Lehrplan

  1. Spannung, Strom, Leistung und Erhaltung
    • Spannung ist eine Differenz, kein EtikettKonzept

      Wählen Sie einen Bezugsknoten, rechnen Sie Einheiten um und berechnen Sie eine Widerstandsspannung.

    • Strom, Leistung und BauteilgrenzenKonzept

      Unterscheiden Sie Ladungsfluss und Energiefluss und prüfen Sie die Verlustleistung eines Widerstands.

    • Knoten- und Maschenregel machen eine Schaltung lösbarKonzept

      Schreiben Sie konsistente Strom- und Spannungsgleichungen für einen Teiler.

    • Wissensprüfung: ein Teiler mit konsistenten VorzeichenWissensprüfung

      Prüfen Sie Modell, Berechnung und Interpretation vor dem Fortfahren.

  2. Knotenanalyse, Ersatzschaltungen und Belastung
    • Einen mit mehreren Quellen verbundenen Knoten lösenKonzept

      Überführen Sie eine Schaltungszeichnung in eine Knotengleichung und prüfen Sie Zweigströme.

    • Thevenin-Ersatzschaltungen erhalten das LastverhaltenKonzept

      Ersetzen Sie ein lineares Quellennetz durch Leerlaufspannung und Widerstand.

    • Belastung verändert die MessungKonzept

      Berechnen Sie Belastung durch Messgerät und Verstärkereingang, statt unendliche Impedanz anzunehmen.

    • Praktikum: einen belasteten Teiler vorhersagen und simulierenÜbung

      Führen Sie eine Gleichstrom-Arbeitspunktanalyse aus und unterscheiden Sie Quellenstrom und Laststrom.

  3. Gespeicherte Energie und Zeitverhalten
    • Kondensatoren verbinden Spannungsänderung mit StromKonzept

      Verwenden Sie Kapazität, Ladung, Energie und Anfangsbedingungen konsistent.

    • Induktivitäten verbinden Stromänderung mit SpannungKonzept

      Berechnen Sie eine RL-Zeitkonstante und erkennen Sie Stromkontinuität.

    • RC-Sprünge: Anfangswert, Endwert, ZeitkonstanteKonzept

      Sagen Sie Laden, Entladen und Einschwingen aus dem vom Kondensator gesehenen Widerstand voraus.

    • Wissensprüfung: Kondensatorbelastung und EinschwingenWissensprüfung

      Prüfen Sie Modell, Berechnung und Interpretation vor dem Fortfahren.

  4. Zeiger und Frequenzverhalten
    • Zeiger beschreiben den eingeschwungenen sinusförmigen ZustandKonzept

      Verwenden Sie komplexe Impedanz und trennen Sie Effektivwert, Spitzenwert und Phase.

    • Betrag und Phase im Bode-Diagramm lesenKonzept

      Berechnen Sie eine Grenzfrequenz erster Ordnung, Dezibel und sinnvolle Testfrequenzen.

    • Praktikum: Zeitkonstante und AC-Grenzfrequenz verbindenÜbung

      Verwenden Sie dieselbe Schaltung für Transienten- und Kleinsignal-AC-Analysen.

    • Wissensprüfung: Effektivwert und TiefpassgrenzfrequenzWissensprüfung

      Prüfen Sie Modell, Berechnung und Interpretation vor dem Fortfahren.

  5. Dioden und Transistorarbeitspunkte
    • Ein Diodenmodell muss zur Frage passenKonzept

      Verwenden Sie eine Näherung mit konstantem Spannungsabfall und erkennen Sie ihre Grenzen.

    • Der BJT-Arbeitspunkt schafft Raum für ein KleinsignalKonzept

      Schätzen Sie einen Arbeitspunkt mit Emittergegenkopplung und die Kleinsignalverstärkung ab.

    • MOSFET-Arbeitspunkt und Grenzen von QuadratgesetzmodellenKonzept

      Trennen Sie Schwellspannung, Übersteuerung, Betriebsbereich und inkrementelle Verstärkung.

    • Wissensprüfung: ein inkonsistenter TransistorarbeitspunktWissensprüfung

      Prüfen Sie Modell, Berechnung und Interpretation vor dem Fortfahren.

  6. Operationsverstärker und Gegenkopplung
    • Negative Rückkopplung und die Bedingung des virtuellen KurzschlussesKonzept

      Erklären Sie, weshalb ähnliche Eingangsspannungen von einer funktionierenden Rückkopplungsschleife abhängen.

    • Ein invertierender Verstärker verwendet eine StrombilanzKonzept

      Berechnen Sie Verstärkung, Eingangswiderstand und Ausgang mit Referenz bei halber Versorgung.

    • Eine nichtinvertierende Stufe erhält die EingangspolaritätKonzept

      Entwerfen Sie Verstärkung um einen Bezug und unterscheiden Sie Puffer und Leistungsquelle.

    • Ausgangsbereich, Bandbreite und Anstiegsgeschwindigkeit sind getrennte GrenzenKonzept

      Prüfen Sie Gleichstromreserve und dynamische Anforderungen vor dem Vertrauen auf ideale Verstärkung.

  7. Filter und Rauschen
    • Tiefpass oder Hochpass anhand des Ausgangsknotens wählenKonzept

      Entwerfen Sie einen Filter erster Ordnung unter Berücksichtigung von Quellen- und Lastwiderstand.

    • Praktikum: Verstärkung und Filterung trennenÜbung

      Simulieren Sie eine Lehrverstärkerstufe plus RC-Pol und geben Sie an, was das Modell auslässt.

    • Rauschen ist ein bandbreitenabhängiges FehlerbudgetKonzept

      Schätzen Sie Widerstandsrauschen ab und kombinieren Sie unabhängige Beiträge durch Wurzel aus der Quadratsumme.

    • Wissensprüfung: Signalbandbreite und RauschbandbreiteWissensprüfung

      Prüfen Sie Modell, Berechnung und Interpretation vor dem Fortfahren.

  8. Messung, Schaltplanaufbau und Sensorabschlussprojekt
    • Toleranz und Messunsicherheit benötigen getrennte BudgetsKonzept

      Berechnen Sie Grenzfrequenz- und Verstärkungsextreme vor der Wahl eines Abnahmebereichs.

    • Von der Verbindungstabelle zum verlässlichen SchaltplanKonzept

      Zeichnen und prüfen Sie eine Niederspannungsschaltung, ohne ein bestimmtes Editorbackend anzunehmen.

    • Abschlusspraktikum: Sensorverstärker und Filter für niedrige SpannungÜbung

      Entwerfen, simulieren und erklären Sie einen Sensorpfad mit Verstärkung 11 und ausdrücklichen physikalischen Grenzen.

    • Abschlussprüfung: Nachweise und eine ProjektgrenzeWissensprüfung

      Prüfen Sie Modell, Berechnung und Interpretation vor dem Fortfahren.

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