Labor Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik

Das Labor dient der umfassenden und übergreifenden Wissensvermittlung auf dem Gebiet der Schaltungstechnik, der Hochfrequenz- und der Funktechnik.

Raum F223

Die Schwerpunkte des Labors Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik orientieren sich an den Vorlesungsinhalten, die im Labor praktisch vertieft werden. Das grundlegenden Labor Elektronische Schaltungstechnik (ESE Bachelor, zweites Semester) beginnt mit einer gründlichen Einführung in den Umgang mit Signalgenerator und Oszilloskop. In weiteren Versuchen werden die elektronischen Eigenschaften von Dioden, Bipolar- und Feldeffekttransistoren verdeutlicht. Zum Ende des Labors werden komplexe Schaltungen mit Operationsverstärkern aufgebaut. Damit deckt das Labor Elektronische Schaltungstechnik die Vorlesungsinhalte der Fächer Elektronische Schaltungstechnik 1 und 2 weitgehend ab und vertieft die theoretische Beschreibung. Dazu werden auch Bereiche aus der Halbleitertechnik kurz angeschnitten.
Das Fach Hochfrequenztechnik (ESE Bachelor, viertes Semester) kann durch die ausgezeichnete Ausstattung des Labors mit der entsprechenden Messtechnik unterstützt werden.
Das Labor Schaltungsentwicklung – Layout und Simulation findet im vierten Semester (ESE Bachelor) ebenfalls im Labor Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik statt. Der Schwerpunkt dieser Laborveranstaltung ist der Entwurf und die Entwicklung elektronischer Schaltungen. Dazu wird zunächst ein umfassender Einblick in die Schaltungssimulation mit einem Spice-Simulator gegeben. In einem zweiten Schritt wird aus dem elektronischen Schaltplan ein Layout erstellt. Bis 2019 wurde die Laborveranstaltung mit dem Schaltungswettbewerb des Studiengangs beendet. Dabei musste zunächst ein elektronischer Regler entworfen und simuliert werden. Mit einer praktischen Umsetzung in ein eigenes Platinenlayout und die Bestückung der eigenen Platine konnte abschließend der eigene Reglerentwurf in einer Wettfahrt kontrolliert werden. Weitere Informationen zum Schaltungswettbewerb erhalten Sie hier im Jahresbericht der Hochschule Heilbronn. Ab dem Wintersemester 2021/2022 findet der Schaltungswettbewerb in einer Neuauflage statt, aktuelle Informationen hierzu erhalten Sie hier.

Im Masterstudiengang wird seit einigen Jahren das Labor Drahtlose Kommunikationstechnik (früher Drahtlose Signalübertragung) im Labor Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik durchgeführt. Die Themen dieses Labors überschneiden sich mit zahlreichen Anwendungen aus der Hochfrequenztechnik. In mehr als zehn unterschiedlichen Laborversuchen werden Empfangsversuche mit speziellen Funksendern und –empfängern durchgeführt. Sendeverstärker werden in Hinblick auf Verstärkung, Ausgangsleistung und Wirkungsgrade untersucht. Mit einem Netzwerkanalysator werden Filterbausteine und Empfangsverstärker charakterisiert. Mit einem Vektorsignalgenerator und einem geeigneten Empfänger können digital modulierte Hochfrequenzsignale generiert und untersucht werden. Praktische Empfangsversuche werden mit dem Funkuhrsignal DCF77 und auch mit DAB durchgeführt. Weitere Versuche zum Umgang mit Oszilloskop und Spektrumanalysator runden die Themen ab.

Die Schwerpunkte im Labor Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik liegen im Bereich der Analog- und Hochfrequenztechnik. Neben der Schaltungstechnik in diesen Bereichen spielt die Messtechnik eine wichtige Rolle. Dementsprechend umfasst die Laborausstattung Oszilloskope, Signalgeneratoren und etliche Hochfrequenzmessgeräte. Zu den weiteren Kompetenzfeldern des Labors zählen die Empfangstechnik und die Optoelektronik.

Das Labor Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik erweitert das Verständnis der theoretischen Inhalte der zugehörigen Vorlesungen durch praktische Versuche und Demonstrationen. Außerdem werden die grundlegenden Entwurfsschritte bei der Erstellung elektronischer Platinen (Hardware) vermittelt. Die Schwerpunkte des Labors liegen im Bereich der grundlegenden elektronischen Schaltungstechnik mit Dioden, Transistoren und Operationsverstärkern. Erweitert wird das Spektrum durch komplexere Schaltungen und auch durch Anwendungen in der Hochfrequenz- und Signalübertragungstechnik.
Ein wichtiger Schwerpunkt des Labors Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik ist die praktische Bedienung der Messgeräte. Jeder Studierende soll so die Möglichkeit erhalten, Erfahrungen zu sammeln, die auf theoretische Weise nicht vermittelt werden kann.

Im Labor Elektronische Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik werden neben den regulären Laborveranstaltungen zahlreiche weitere Projekte im Bereich der Lehre und Forschung realisiert. Dazu gehören auch Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten sowie Masterprojekte. Insbesondere im Bereich der Lehre wird der Schwerpunkt zukünftig auf theoretischen Untersuchungen, die Entwicklung neuer Messtechniken und –verfahren sowie auf spezielle Messverfahren beschränken müssen.

In Zusammenarbeit mit weiterführenden Schulen aus dem Großraum Heilbronn finden im Labor Elektronsiche Schaltungstechnik und Hochfrequenztechnik regelmäßig Einführungsveranstaltungen in den Bereichen Elektronik, Arduino-Programmierung, objektorientierte Programmierung und Laborführungen statt. Der Großteil dieser Veranstaltungen läuft im Rahmen von Schüler-Ingenieur-Akademien bzw. Junior-Ingenieur-Akademien in Zusammenarbeit mit der BBQ Heilbronn.

Die moderne Ausstattung, besonders im Bereich der HF-Technik, ermöglicht es, regelmäßig technisch anspruchsvolle und
interessante Arbeiten im Bereich der Mess- und Kommunikationstechnik durchzuführen.
Aktuelle Themen erhalten Sie auf Anfrage bei obigen Ansprechpartnern.

Leider müssen sich Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten auf theoretische Arbeiten oder auf messtechnische Arbeiten beschränken. Platinenaufbauten etc. sind bis auf Weiteres nicht möglich.

Hardware:

Moderne PCs mit WINDOWS Betriebssystem dienen zur Schaltungssimulation, zur Layouterstellung von Platinen und zur Ansteuerung von diversen Messgeräten.
Für grundlegende Arbeiten im Bereich der Elektronik stehen diverse Netzteile, Multimeter, Frequenzgeneratoren und Zähler, digitale Oszilloskope sowie SMD Lötplätze zur Verfügung.

Für Anwendungen in der Hochfrequenztechnik und in der drahtlosen Signalübertragung stehen mehrere Spektrumanalysatoren und Netzwerkanalysatoren zur Verfügung. Für spezielle Anwendungen gibt es einen Meßplatz mit Vektorsignalgenerator und –empfänger für digital modulierte Hochfrequenzsignale. Daneben erlaubt ein
Load-Pull Messplatz spezielle HF-Messungen mit Leistungstransistoren.
Diverse Spezialmessgeräte im Bereich der HF-Technik runden die Ausstattung ab.

Software:

Office, Eagle, Labview, Keysight VEE, Matlab, Cadence PSpice A/D and Advanced Analysis, LTSpice, etc.

In Zusammenarbeit mit Schulen und im Rahmen von Schüler-Ingenieur bzw. Junior-Ingenieur-Akademien in Zusammenarbeit mit BBQ Heilbronn finden regelmäßig Einführungsveranstaltung in den Bereichen Elektronik und Programmierung statt.

Als "High-Runner" hat sich mittlerweile die Herstellung eines Tic-Tac-Toe-Spiels entwickelt. Zu Beginn wird dabei eine Platine mit den erforderlichen elektronischen Bauteilen bestückt. Diese Platine wird als Shield auf einen Arduino aufgesteckt und dann in der Programmiersprache C programmiert. Etliche Tricks und Kniffe werden erläutert. Dazu gehört die Multiplex-Ansteuerung der LEDs genauso, wie ein effektives Tastenentprellen und das Auslesen der Taster über eine einzige Leitung.
Bis Ende Juli 2021 haben ca. 180 Schülerinnen und Schüler genauso viele funktionsfähige Tic-Tac-Toe-Spiele hergestellt und programmiert.

Als vertiefendes Projekt wurde Mitte 2019 eine weitere Platine für ein Mühlespiel entworfen. Auch hier wird die Platine als Arduino-Shield verwendet und erlaubt so eine einfache Programmierung.

Diese Kurse finden größtenteils in der Hochschule Heilbronn im Labor Elektronische Schaltungen statt. Bei Interesse können diese Kurse auch in den Schulen durchgeführt werden.

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