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Die Elektronikausbildung von Naturwissenschaftlern unter besonderer Berücksichtigung von moderner Computermesstechnik und von SMD-Bauteilen

Adalbert Ding

Abstract

Bei der Entwicklung und Durchführung neuartiger Experimente treten insbesondere in der Physik Anforderungen auf, die nicht mit kommerziell erhältlichen Systemen bearbeitet werden können. Für solche Neuentwicklungen sind gute Kenntnisse im Design mechanischer Systeme (inklusive Vakuumtechnik) und in elektronischer Messtechnik unabdingbar.

An der Technischen Universität Berlin wird deshalb schon seit Jahren ein Kurs Elektronik für Physiker angeboten; diese in 3 Teile Vorlesung, Simulationsübungen, experimenteller Kompaktkurs - gegliederte Veranstaltung soll den Studierenden zum einen das elektronische Grundlagenwissen vermitteln; zum anderen soll es sie mit den sich aktuellen Entwicklungen auf dem Elektronik- und Messtechnikmarkt bekanntmachen. Besonderer Wert wird dabei auf die Vermittlung der Zusammenhänge zwischen Physik (im wesentlichen Elektrodynamik und Optik) und den Grundlagen der Elektronik (z.B. Signalausbreitung auf Leitungen und im 2D/3D-Raum oder die Behandlung von Resonanzphänomenen im komplexen Frequenzraum) gelegt.

Die wesentlichen Themen des Kurses sind
- integrierte Analogschaltungen
- integrierte Digital- und Computerschaltungen
- Signalausbreitung auf Leitungen und im freien Raum
Der Kurs wird vervollständigt durch Simulationsübungen (8-10h /Semester) mit einem kommerziellen Simulationsprogramm für elektronische Schaltungen (MICROCAP), mit dem die Studierenden das Zeit- und Frequenzverhalten recht komplexer Aufbauten untersuchen können.
Den Abschluss bildet ein einwöchiger ganztägiger Kompaktkurs, in dem analoge und digitale Schaltungen auf speziellen Steckbrettern aufgebaut werden. Hier kann ein breites Spektrum von Schaltungen, angefangen von einfachen Analog- und Digitalschaltungen bis hin zu komplexen Computerinterface-Schaltungen realisiert werden.

Zwei Aspekte werde speziell behandelt: die immer komplexeren Computerbetriebssysteme und die SMD-Technik.
Die komplexen Betriebssysteme an PC und MAC erlauben nicht mehr die einfache direkte Anbindung von selbst entwickelten Schnittstellen an den Computer. Dieses Problem kann durch Zwischenschalten eines Mikrocomputers mit Anbindung an die Standardschnittstellen (RS232, Parallelport, USB und ähnliches) gelöst werden. In diesem Zusammenhang wird ein über das Internet steuerbares System zur Fernbedienung eines Hochleistungs-Nd:YAG Lasers vorgeführt, das im Rahmen eines Leonardo-Projekts entwickelt wurde.
Zum zweiten werden Lösungsvorschläge diskutiert, mit deren Hilfe auch SMB-Bauteile ohne großen Aufwand in die Schaltungen integriert werden können.
Im Rahmen des Vortrags werden Demonstrationen, wie sie auch im Kurs vorgeführt werden, gezeigt.