wicTronic - angewandte Didaktik für Ingenieure

CDAMP Versuche

Beim Projekt CDAMP handelt es sich um einen projektorientierten Laborunterricht, welcher seit dem Jahre 2002 an der FHNW für Studenten angeboten werden, die sich in Elektronik schon auskennen. Dieses Projekt ist im Grundlagenlabor 1 implementiert und dauert ein Semester.

Dabei wird ein moderner geschalteter Audioverstärker aufgebaut und ausgemessen. Die Peak-Ausgangsleistug beträgt 2x200W. Der Verstärker ist als Schaltverstärker in neuster Technologie aufgebaut, um die Verluste und somit auch die Grösse zu minimieren.

Weitere technische Informationen und Bilder sind im Hauptmenü CDAMP vorhanden.

Die nachfolgende Tabelle listet die CDAMP-Versuche mit einem Kurzbeschrieb auf. All diese Versuche können im pdf-Format heruntergeladen werden (Downloads CDAMP).

Vers.	Inhalt	VB	KS	BSS	NB	Tot.
1	Aufbau Verstärker Der Verstärker liegt mit den SMD-Bauteilen vorbestückt vor. An diesem Tag werden die THT-Bauteile (through hole technic) eingelötet und der Verstärker auf die Funktion hin getestet. Die Verkabelung und der Einbau in das Gehäuse wird noch nicht vorgenommen.	2		4		6
2 (A)	Speisung der Steuerelektronik (Supply) Die Eingangsspannung des Verstärkers beträgt 12VDC-30VDC. Der Verstärker muss, um die Steuerelektronik zu speisen, daraus eine konstante Spannung generieren. Dies geschieht mit einem Schaltregler. In diesem Versuch wird die Theorie des Schaltreglers erklärt und dieser ausgemessen. Zudem wird die Eingangsschutzbeschaltung behandelt und ausgemessen. Vorführung: Schaltregler Simulation mit Switcher CAD von Linear Technology.	2	1	3		6
3 (A)	Differentieller Eingang Die erste Stufe, die das Audiosignal passiert, ist als differentieller Eingang mit Filtern aufgebaut. In diesem Versuch werden die Grundlagen von OPs anhand des virtuellen Kurzschlusses diskutiert und repetiert. Die Eingangsstufe wird bezüglich Offsetspannung, Grenzfrequenzen und Verstärkung ausgemessen.	2	1	3		6
4	Einführung in PSpice An diesem Halbtag wird eine Einführung in PSpice gemacht (Selbststudium).	1		4	1	6
5 (A) (B)	Simulation Differentieller Eingang - Restklärung zu PSpice und Fragenbeantwortung. - Prüfung zu PSpice - Die differentielle Eingangsstufe wird simuliert und mit den Messergebnissen verglichen.	1	1	3	1.5	6.5
6 (A)	Überstromerkennung / Simulation Überstromerkennung Der Ausgang des Verstärkers ist bezüglich Überstrom und Kurzschlüssen durch eine Überstromdetektion geschützt. In diesem Versuch wird dieser Block genau analysiert und ausgemessen. Die OP-Theorie wird gefestigt und repetiert. Die Messungen werden durch Simulation verifiziert.	1	1	3		5
7 (A)	Softstart und Low Voltage Detection Ein Softstart ist enthalten, um einen "Einschaltplopp" zu verhindern (und dies ohne Relais im Signalpfad). Der Softstart wird analysiert und ausgemessen. Die Messungen werden durch Simulation verifiziert.	2	1	3		6
8 (A)	Dreieckgenerator Im Verstärker ist ein Dreieckgenerator vorhanden, der die PWM-Signale für die Ansteuerung der Leistungshalbleiter generiert. Der Dreieckgenerator ist anhand einer Application Note von National Semiconductor entworfen worden. Die intellektuelle Leistung in diesem Versuch liegt im Nachvollziehen der Entwicklung von der Application Note zur vorhandenen Schaltung. Messungen an der Schaltung werden durchgeführt.	2	1	3		6
9 (B)	Simulation Dreieckgenerator Der Dreieckgenerator wird in PSpice aufgebaut und simuliert. Die Simulationen werden mit den Messungen verglichen.		1	3	1.5	5.5
10	Simulation PWM-Generator und Ausgangsfilter Der PWM-Generator setzt das analoge Signal in ein digitales (wertdiskretes) Signal um. Erst am Ausgang wird das digitale Signal mit Hilfe des Ausgangsfilters in ein analoges zurückgewandelt. In diesem Versuch wird der PWM-Generator und das Ausgangsfilter simuliert. Die Dimensionierung des Ausgangsfilters wird durch Simulation verifiziert. Der Einfluss von Bauteiltoleranzen wird durch eine Monte-Carlo Simulation untersucht. Der PWM-Generator wird in PSpice aufgebaut und simuliert.	2	1	3		6
11 (A)	PWM-Generator und Ausgangsfilter Messungen am PWM-Generator und am Ausgangsfilter werden gemacht.	2	1	3		6
12	H-Brücke Teil 1: Die H-Brücke ist das eigentliche Herzstück eines geschalteten Verstärkers. In ihr liegt auch das meiste Know-How bezüglich Dimensionierung und störungsfreier Funktion. In diesem Versuch werden die Signale am Treiber gemessen und interpretiert. Auf die Funktionsweise der Bootstrap-Schaltung wird eingegangen und		1	3		4
13 (A)	H-Brücke Teil 2: Grundlagen zu den Schaltvorgängen und den Schaltverlusten in der H-Brücke. Dimensionierungshinweise werden gegeben.	2	1	3		6
14	Systembetrachtung am geschalteten Verstärker Es wird auf die Übertragungsfunktionen der einzelnen Blöcke sowie auf das Gesamtsystem eingegangen. Der Regelkreis soll intuitiv verstanden werden. Der Unterschied von elektronischen Simulationen mittels PSpice wird einer Systemsimulation mittels MATLAB gegenübergestellt. Der unterschiedliche Einsatz dieser Programme soll verstanden werden. Unterrichtsbewertung anonym über Internet.		1	3		4
15	Zusammenbau des Verstärkers / Audiomessungen An diesem Halbtag wird der Verstärker zusammengebaut und getestet. Mit Hilfe eines Audio-Analyzers werden der Frequenzgang, der Klirrfaktor (THD) und der Signalrauschabstand (SNR) gemessen. Falls Zeit vorhanden ist, werden Leistungsmessungen und die Sprungantwort an einem 4W Leistungswiderstand durchgeführt. Besprechung der Unterrichtsbewertung.		1	3		4
	PSpice-Prüfung mit sechsfacher Gewichtung einer Kurzprüfung	4		2		6
	Totaler Zeitaufwand	23	13	49	4	89
(A)	insgesamt acht Kurzprüfungen am Anfang des Versuchnachmittags (nach 30minütiger Fragenstellung) (Zeitaufwand oben eingerechnet)
(B)	einen (von zwei frei wählbaren) Versuchsbericht von den Messungen im Labor. Ein Laborbericht hat die sechsfache Gewichtung einer Kurzprüfung. (Zeitaufwand oben eingerechnet)				3