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elektronik_labor:projektideen_sose_2020 [2020/08/02 17:42]
tfischer
elektronik_labor:projektideen_sose_2020 [2020/08/03 09:34] (aktuell)
tfischer [Projektideen Sommersemester 2020]
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   - Entwicklung einer Schaltung und eines Layouts in Eagle   - Entwicklung einer Schaltung und eines Layouts in Eagle
   - Dokumentation der Ergebnisse. \\ Bei 2er Gruppen insbesondere Besprechung von    - Dokumentation der Ergebnisse. \\ Bei 2er Gruppen insbesondere Besprechung von 
 +    - Begründung der Auswahl
     - Bodediagramm     - Bodediagramm
     - Gruppendelay     - Gruppendelay
-    - Sprungantwort+    - Sprungantwort ​und Darstellung von des Ausgangssignals,​ je für PWM mit 50Hz, 100Hz, 500Hz, 1kHz, 7kHz, 10kHz, 40kHz, 50kHz
   - Randbedingungen   - Randbedingungen
     - Widerstands-Reihe:​ E24     - Widerstands-Reihe:​ E24
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   - Neben den Operationsverstärkern können Transistoren oder Kondensatoren zu verwenden und auszulegen sein.   - Neben den Operationsverstärkern können Transistoren oder Kondensatoren zu verwenden und auszulegen sein.
   - Für digital veränderbare Widerstände sind switched-Capacitor Widerstände oder Digitalpotis ansteuerbar über I2C-PWM-IC zu wählen.   - Für digital veränderbare Widerstände sind switched-Capacitor Widerstände oder Digitalpotis ansteuerbar über I2C-PWM-IC zu wählen.
 +  - Alle Schaltungen sollen auf eine Versorgung mit 0..5V ausgelegt werden.
  
 ==== Projekte für 2er Gruppen ==== ==== Projekte für 2er Gruppen ====
  
 Im folgenden werden sehr hohe Filterordnungen gesucht. Diese werden z.B. dazu genutzt [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Unterabtastung#​Nicht_bandlimitierte_Signale|Unterabtastung]] durch einen Aliasingfilter zu vermeiden. Details dazu sollten im kommenden Semester in Messtechnik auf Sie zu kommen. Im folgenden werden sehr hohe Filterordnungen gesucht. Diese werden z.B. dazu genutzt [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Unterabtastung#​Nicht_bandlimitierte_Signale|Unterabtastung]] durch einen Aliasingfilter zu vermeiden. Details dazu sollten im kommenden Semester in Messtechnik auf Sie zu kommen.
 +Zur Filterauswahl können z.B. folgende Tools genutzt werden:
 +  * [[https://​webench.ti.com/​|WEBENCH Power Designer]] von Texas Instruments
 +  * [[https://​tools.analog.com/​en/​filterwizard/​|Analog Filter Wizard]] von Analog Devices
 +  * weitere Tools sind erlaubt, sollten aber angegeben werden
 +{{tablelayout?​colwidth=",,,,,,​86px,​478px"​}}
 +^ Nr  ^ Gruppe ​ ^ Filtertyp ​  ^ Verstärkung im Durchlassbereich ​ ^ Grenzfrequenz(en) ​ ^ Filterordnung ​ ^ Topologie ​  ^ Weitere Randbedingungen ​                                                                                                                                                     ^
 +| 01  | 5       | Tiefpass ​   | 20dB                             | 2kHz               | siehe RB       | siehe RB    | Frequenzen größer als 4kHz sollen weniger als 0,1% in das Ausgangssignal eingehen, geringe Komponentenanzahl,​ Mexle-Hookup,​ Ausgangsfilter ​                                  |
 +| 02  | 7       | Hochpass ​   | Faktor 3                         | 100Hz              | siehe RB       | siehe RB    | Akustikfilter:​ d.h. möglichst geringe Verzerrung und Vermeidung von Überschwingern,​ <-23dB bei 40Hz,  Mexle-Hookup,​ Eingangsfilter auf ADC                                   |
 +| 03  | 8       | Bandpass ​   | 40dB                             | 30kHz, 50kHz       | siehe RB       | siehe RB    | maximal flacher Verlauf im Durchlassbereich (ohne Welligkeit),​ Stoppband: >60kHz weniger als -20dB, separates MEXLE Modul                                                    |
 +| 04  | 9       | Bandsperre ​ | 20dB                             | 4kHz, 10kHz        | siehe RB       | siehe RB    | Topologie für nicht isolierte Widerstände,​ kein Überschwingen erlaubt, bei 6kHz...7kHz soll das Ausgangssingal mindestens um -20dB abgeschwächt sein, separates MEXLE Modul  |
 +| 05  | 10      | Allpass ​    | -                                | siehe RB           | siehe RB       | siehe RB    | Die Teilfrequenzen eines Signals bis zu 1kHz sollen um 2ms verschoben werden ​                                                                                                |
 +| 06  | 11      | Tiefpass ​   | Faktor 20                        | 10..50 kHz         | 3.             | Sallen-Key ​ | variable Freq., einstellbar über programmierbare(n) Widerstand/​Widerstände ​                                                                                                  |
  
 +==== Projekte für 3er Gruppen ====
  
-^Nr^ Filtertyp ​ ^ Verstärkung ^ Grenzfrequenz(en) ^ Filterordnung ^ Topologie ^ Weitere Randbedingungen ​  ^ +Diese Projekte erfordern etwas mehr eigenständigen EntwicklungsaufwandDie Angaben sind ähnlich definiert wie diese in der Industrie erwartbar wären.
-|01| Tiefpass ​  | 20dB        | 2kHz              |               ​| ​          | geringe Komponentenanzahl,​ Mexle-Hookup,​ Ausgangsfilter | +
-|02| Hochpass ​  | Faktor 0,3  | 100Hz             ​| ​              ​| ​          | Mexle-Hookup,​ Eingangsfilter auf ADC                    | +
-|03| Bandpass ​  | 40dB        | 30kHz bis 50kHz   ​| ​              ​| ​          | separates MEXLE Modul                         | +
-|04| Bandsperre | -60dB       | 4kHz bis 10kHz    |               ​| ​          | separates MEXLE Modul                          | +
-|05| Allpass ​   | Faktor 7    | 20 kHz            |               ​| ​          ​| ​                          | +
-|06| Tiefpass ​  | Faktor 20   | 10..50 kHz        | 2.            |Sallen-Key | variable Freq., einstellbar über programmierbaren Widerstand | +
- +
-==== Projekte für 3er Gruppen ====+
  
-^Nr^ Projekt ​                 ^ Weitere Randbedingungen ​  ​+{{tablelayout?​colwidth=",​65px,​334px,​1226px"​}} 
-|10| Zweistufiger Universalfilter | Ein Universalfilter ermöglicht es ein Signal gleichzeitig mit verschiedenen Filtern zu bearbeiten. In diesem Fall soll es möglich sein zwei Universalfilter hintereinander zu schalten. Einige der Widerstände sollen digital veränderbar sein, damit die Grenzfrequenzen verändert werden können. | +^ Nr  ^ Gruppe  ​^ Projekt ​                                    ​^ Weitere Randbedingungen ​                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   
-|11| Auswertung Lithium-Ionen-Batterien | Entwickeln Sie für die Produktion von LiFePO4 Batterien eine Test-Elektronik,​ mit den Randbedingungen:​ 5V-Versorgung der Elektronik, Test sollte trotz Verpolung möglich sein, Batterie-SOC soll nach einem Datenblatt über die Quellspannung möglichst genau gemessen werden. ​ +| 10  | 1       | Zweistufiger Universalfilter ​               | Ein Universalfilter ermöglicht es ein Signal gleichzeitig mit verschiedenen Filtern zu bearbeiten. In diesem Fall soll es möglich sein zwei Universalfilter hintereinander zu schalten. Einige der Widerstände sollen digital veränderbar sein, damit die Grenzfrequenzen verändert werden können. ​                                                                                                        ​
-|12| Auswertung Kontaktwiderstand von Schaltern | Entwickeln Sie für die Dauerlauferprobung von Relais eine Auswertung des Kontaktwiderstands. Dazu soll eine Konstantstromquelle auf Basis eines Operationsverstärker benutzt werden, welche zwei unterschiedliche Ströme ermöglicht (2A, 0,02A). Zusätzlich soll eine Auswerteelektronik die vorhandene Spannungen auf 0..5V abbilden (Bereich des Kontaktwiderstands für Relais sind im Netz zu suchen). | +| 11  | 2       | Auswertung Lithium-Ionen-Batterien ​         | Entwickeln Sie für die Produktion von LiFePO4 Batterien eine Test-Elektronik,​ mit den Randbedingungen:​ 5V-Versorgung der Elektronik, Test sollte trotz Verpolung möglich sein, Batterie-SOC soll nach einem Datenblatt über die Quellspannung möglichst genau gemessen werden. ​                                                                                                                            ​
-|13| Auswertung von EEG, EKG Signalen ​ | Bei EEG, EKG Signalen kommen geringe Spannungen mit niedrigen Frequenzen zusammen und erfordern eine besondere Elektronik. Entwickeln Sie einen Chopper-Verstärker,​ der solche Signale vorverarbeiten kann.  +| 12  | 3       | Auswertung Kontaktwiderstand von Schaltern ​ | Entwickeln Sie für die Dauerlauferprobung von Relais eine Auswertung des Kontaktwiderstands. Dazu soll eine Konstantstromquelle auf Basis eines Operationsverstärker benutzt werden, welche zwei unterschiedliche Ströme ermöglicht (2A, 0,02A). Zusätzlich soll eine Auswerteelektronik die vorhandene Spannungen auf 0..5V abbilden (Bereich des Kontaktwiderstands für Relais sind im Netz zu suchen). ​ 
-|14| große Impedanzen | Für Filterschaltungen werden gelegentlich sehr große Kapazitäts- und Induktivitätswerte und damit Bauteile benötigt. Eine Alternative dazu bietet der Allgemeine Impedanzkonverter (General impedance converter). Erstellen Sie eine potentialfreie (floating) Induktivität (bis L=1H) und Kapazität (bis 1F) für eine solche Anwendung. Die beiden Impedanzen sollen dabei digital veränderbar sein. |+| 13  | 4       | Auswertung von EEG, EKG Signalen ​           | Bei EEG, EKG Signalen kommen geringe Spannungen mit niedrigen Frequenzen zusammen und erfordern eine besondere Elektronik. Entwickeln Sie einen Chopper-Verstärker,​ der solche Signale vorverarbeiten kann.                                                                                                                                                                                                
 +| 14  | 6       | große Impedanzen ​                           | Für Filterschaltungen werden gelegentlich sehr große Kapazitäts- und Induktivitätswerte und damit Bauteile benötigt. Eine Alternative dazu bietet der Allgemeine Impedanzkonverter (General impedance converter). Erstellen Sie eine potentialfreie (floating) Induktivität (bis L=1H) und Kapazität (bis 1F) für eine solche Anwendung. Die beiden Impedanzen sollen dabei digital veränderbar sein.      |
  
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