Mixed - Signal - Baugruppen

Mixed-Signal-Baugruppen: Analoge und digitale Projekte von der Röhre bis hin zum programmierbaren Logikbaustein.

Die Inhalte und die Arbeitsweise.

Als Teilnehmer von "Mixed-Signal-Baugruppen" arbeiten Sie in einer Kleingruppe an einem ausgewählten Thema an der Schnittstelle zwischen analoger und digitaler Elektronik oder der ambitionierten Analogelektronik. Die Bandbreite der bisher eingesetzten Bauelemente reicht von Röhren bis hin zu programmierbaren Logikbausteinen (ALTERA-FPGA) und Microcontrollern.

© TUB/EMSP

Die praktische Arbeit findet im Entwicklungslabor der Firma Tigris-Elektronik GmbH ( www.tigris.de) in Berlin in Form von wochenendlichen Intensivarbeitsterminen statt. Sie lernen hierbei die industrielle Arbeitsmethodik, entsprechend Ihrem zukünftigen "realen Berufsleben" als Entwicklungsingenieur kennen.Ein besonderes Anliegen der Veranstaltung ist die gleichzeitige, ganzheitliche und vernetzte Beschäftigung mit den Teilgebieten der praktische Arbeit am Thema, der theoretische Durchdringung desselben und, nicht zuletzt, der professionelle Dokumentation und der wirkungsvollen Präsentation.Dank der freundlichen Unterstützung der Sponsoren

• Würth-Elektronik ( www.we-online.de )
• BHR-Elektronik ( www.bhr-elektronik.de )
• TIGRIS-Elektronik ( www.tigris.de)
• REICHL-EMV (www.reichl-emv.de )
• WOLFRAM-INDUSTRIE (www.wolfram-industrie.com)

können unsere Projekte mit Leiterplatten in Industriequalität und hochwertigen Bauelementen entsprechend dem Eingangs erwähnten Anspruch der industriellen Arbeitsmethodik realisiert werden.Die Veranstaltung geht über 2 Semester und "bringt" 4 SWS pro Semester, also insgesamt 8 SWS.

© TUB/Elke Weiß

Es soll nicht verschwiegen werden, dass die gemeinsame Arbeit sowohl den Lernenden als auch den Lehrenden im Allgemeinen große Freude bereitet.

Ihre Ansprechpartner

Betreuender Professor: Prof. Dr. Ing. R. Orglmeister

Lehrbeauftragter: Dipl.Ing. Henry Westphal

Bei Fragen oder Anregungen können Sie mich gerne unter  hw@tigris.de erreichen.

Die zukünftigen Projekte

Wintersemester 2009/10 und Sommersemester 2010:

Projekt HIGH-END VINTAGE STUDIOTECHNIK: Höchstwertiges Studio-Equipment in Röhrentechnik selbst entwickeln und bauen, das dann tatsächlich professionell eingesetzt wird. (Teil 2)
In Zusammenarbeit mit LIGHTNING RECORDERS Berlin

Zuerst eine Anmerkung zur aktuellen Situation:

Nach aktuellem Stand (12.09.2009) sind alle Plätze vergeben. Die Erfahrung der letzten Jahre hat jedoch gezeigt, daß immer wieder kurz vor Semesterbeginn einzelne Teinehmer/innen "abspringen". Daher bitte bei Interesse trotzdem (möglichst frühzeitig) melden, ich führe eine Warteliste. Sie können mich, Henry Westphal, über hw@tigris.de erreichen.

Wir werden das Studiotechnik-Projekt aus dem WS2008/9 und Sommer 2009 fortsetzen. (Infos dazu siehe einen Abschnitt weiter unten auf dieser Seite.)  Der Schwerpunkt wird in der Entwicklung von Mikrofonvorverstärkern und eines Kompressors in Vollröhrentechnik liegen, weiterhin werden wir das begonnene Mischpult vollenden und erweitern. Eine Besonderheit dieser Veranstaltung ist, dass wir hier, wie im „wirklichen Leben“ des Ingenieurberufs, Equipment nach den Wünschen anspruchsvoller Anwender entwickeln, das diese dann auch tatsächlich in ihrem professionellen Arbeitsalltag einsetzen. Dies stellt außergewöhnliche Anforderungen an die Teilnehmer/innen, neben fundierten Kenntnissen in der Analogelektronik, praktischen Erfahrungen in Aufbau und messtechnischer Untersuchung von Schaltungen wird auch eine Sensibilität für künstlerische, musikalische Belange, insbesondere für die leisen Zwischentöne und Nuancen akustischer Instrumente und Gesangsstimmen benötigt. (Hinweis: Wer sich sonst mehr mit klassischer Musik oder Jazz beschäftigt wird feststellen, dass es erhebliche Übereinstimmungen der Betrachtungsweisen zwischen diesen Stilen und der 1950‘s- Musik gibt. Daher möchten wir mögliche Teilnehmer/innen, die sich diesen Bereichen zugehörig fühlen, ausdrücklich zur Teilnahme ermutigen.)

Elvis Presley im Studio, 1957, die hier verwendete Technik ist Thema des WS2009/10 und folgend

© www.scottymoore.net

Test des ersten SILVESTRIS-Prototypen im Tonstudio

© TUB/EMSP

Aufnahmesituation beim Test des SILVESTRIS Prototypen im Tonstudio

© TUB/EMSP

Diese Veranstaltung umfasst 2 Semester zu je 4 SWS je Semester und wird unter anderem als Ergänzungsfach oder als Teil des Schwerpunktfachs "Elektronische Systeme" anerkannt. Die exakten Modalitäten bezüglich dem neuen Master/Bachelor – System sind derzeit noch nicht abschließend bekannt, bitte fragen Sie einfach an. Die Veranstaltung wird in Form mehrerer ganztägiger Intensivtermine durchgeführt, womit sich ein effektives und entspanntes Arbeiten ergibt. Zu Beginn des Semesters finden die Termine zur Erarbeitung der Theorie mit der ganzen Gruppe statt, in den praktischen Arbeitsphasen finden sie zeitversetzt in mehreren separaten Kleingruppen mit 2 bis 3 Personen statt. (Es ist nicht für jede/n Teilnehmer/in an jedem Samstag ein Termin, die Kleingruppentermine werden individuell abgesprochen.)  Die Intensivtermine finden Samstags ab 10h00 im Entwicklungslabor der Berliner Elektronikfirma TIGRIS Elektronik GmbH bzw. auch im Studio von LIGHNTNING RECORDERS statt. Wenn diese Projektbeschreibung Ihr Interesse geweckt hat, dann freuen wir uns darüber. Bitte nehmen Sie möglichst frühzeitig Kontakt mit dem verantwortlichen Lehrbeauftragten Henry Westphal unter hw@tigris.de auf.

Wintersemester 2010/11 und Sommersemester 2011: Projekt Tischrechner SPACE AGE mit diskreten Transistoren

Im Wintersemester 2010/11 und im Sommer 2011 wird es wieder ein Projekt mit stärkerem Bezug zur Digitaltechnik geben. Wir werden einen Tischrechner (Funktionumfang wie ein Taschenrechner, plus, minus, mal, geteilt) entwickeln und aufbauen, jedoch ausschließlich mit diskreten Transistoren! Dieser Rechner wird dann ca. 1000 Transistoren und 8 bis 10 Nixie-Röhren zur Ziffernanzeige enthalten. Zwecks des Vergleichs mit einer heutigen Methodik wird ein funktionsgleicher Rechner mittel VHDL-Codierung auf einem modernen ALTERA-FPGA-realisiert. Wenn Sie sich für dieses Thema interessieren, dann nehmen Sie ruhig schon jetzt Kontakt mit mir auf, denn ich beginne derzeit mit der Vorbereitung dieses Projekts. Derzeit (13.09.2009) sind zwei Anmeldungen für 6 Plätze eingegangen, es sind also im Moment noch 4 Plätze frei.

Transistorbestückte Baugruppen und Nixie-Röhren im Rechner ELKA22M (Bulgarien, ca. 1973)

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Die besondere Faszination dieses Projekts ist, dass wir erleben werden, wie aus einer geschickten Zusammenschaltung für sich genommen einfacher Bauelemente ein Gerät ensteht, das rechnet, also eine Tätigkeit ausführt, die einmal dem menschlichen Gehirn vorbehalten schien! 



Hier noch einige Eindrücke eines historischen Tischrechners 

Rechner ELKA22M, mit Inventarschild an der Seite

© TUB/EMSP

Inventarschild am Rechner ELKA22M

© TUB/EMSP

Rechner ELKA22M, geöffnet

© TUB/EMSP

Eine typische Baugruppe aus dem ELKA22M

© TUB/EMSP

Quelle: www.soemtron.org

Hier finden Sie das Schaltbild eines ähnlichen Rechners, des SOEMTRON220 von VEB Buchungsmaschinen Sömmerda,  aus DDR-Produktion:  Download (ZIP, 1,8 MB)


Diese Veranstaltung umfasst 2 Semester zu je 4 SWS je Semester und wird unter anderem als Ergänzungsfach oder als Teil des Schwerpunktfachs "Elektronische Systeme" anerkannt. Die exakten Modalitäten bezüglich dem neuen Master/Bachelor – System sind derzeit noch nicht abschließend bekannt, bitte fragen Sie einfach an. Die Veranstaltung wird in Form mehrerer ganztägiger Intensivtermine durchgeführt, womit sich ein effektives und entspanntes Arbeiten ergibt. Zu Beginn des Semesters finden die Termine zur Erarbeitung der Theorie mit der ganzen Gruppe statt, in den praktischen Arbeitsphasen finden sie zeitversetzt in mehreren separaten Kleingruppen mit 2 bis 3 Personen statt. (Es ist nicht für jede/n Teilnehmer/in an jedem Samstag ein Termin, die Kleingruppentermine werden individuell abgesprochen.)  Die Intensivtermine finden Samstags ab 10h00 im Entwicklungslabor der Berliner Elektronikfirma TIGRIS Elektronik GmbH statt. Wenn diese Projektbeschreibung Ihr Interesse geweckt hat, dann freuen wir uns darüber. Bitte nehmen Sie möglichst frühzeitig Kontakt mit dem verantwortlichen Lehrbeauftragten Henry Westphal unter hw@tigris.de auf.

Einige abgeschlossenen Projekte.

Wintersemester 2008/9 und Sommersemester 2009:

Produzent Axel-Praefcke am SILVESTRIS-Prototyp im Kontrollraum

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Projekt Mischpult SILVESTRIS: Ein Vollröhren-Mischpult für das Tonstudio LIGHTNING RECORDERS. (Teil 1)

In Zusammenarbeit mit LIGHTNING RECORDERS Berlin

Das Berliner Tonstudio LIGHTNING RECORDERS ( www.lrs-berlin.com ) wurde 2003 gegründet und ist auf die authentische Aufnahme von Musik der 1940-er bis 1960-er Jahre spezialisiert, insbesondere Rock ‚n‘ Roll, Blues und Rockabilly. Die beiden Gründer und Betreiber des Studios, Axel Praefcke und Ike Stoye, sind selbst Musiker und arbeiten wieder mit einer heute weitgehend in Vergessenheit geratenen Arbeitsmethodik, die aber in den 1950-er Jahren zu hervorragenden Ergebnissen geführt hat: Die Musik wird im Studie live eingespielt, hierbei werden nur einige wenige, aber hochwertige Mikrofone eingesetzt. Die nachträgliche Bearbeitung und Abmischung wird auf das allernotwendigste reduziert. Die Lautstärkeverhältnisse werden bereits „live“ ausgeglichen, durch geschickte Plazierung der Mikrofone und durch bewusstes Spielen der Instrumente. Damit entsteht dann eine Aufnahme, deren Unmittelbarkeit, Lebendigkeit und Dynamik spontan begeistert. Wie viele in den letzten Jahren erschienene Reissues von Aufnahmen aus den 1950-er Jahren zeigen, die direkt von den ursprünglichen Masterbändern ausgehend digitalisiert wurden, steht die Aufnahmequalität mit dem damaligen hochwertigen Equipment in Röhrentechnik der Qualität heutiger Aufzeichnungen um nichts nach. Hierzu Produzent Axel Praefcke: „Wir brauchen nicht viel Equipment, aber es muss das richtige sein“ Dieses „richtige“ Equipment ist aber heute gar nicht mehr so ohne weiteres verfügbar. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Mischpult-Prototyp, bestehend aus Kanal- und Summenmodulen sowie der Stomversorgung entwickelt, aufgebaut und in einer realen Aufnahmesituation im Studio getestet. Hierbei wurden verschiedene Schaltungskonzepte und deren Kombinationen messtechnisch und klanglich miteinander verglichen.Der Signalpfad des Mischpults wurde vollständig in Röhrentechnik ausgeführt. Zur Stabilisierung der Heiz- und Anodenspannungen wurden Halbleiterschaltungen eingesetzt.

Reale Aufnahmesituation mit Band im Studio (Thorsten Peukert, Ike Stoye, Michael Kirscht)

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Summenverstärker-Baugruppe des SILVESTRIS-Prototypen in Vollröhrentechnik

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Klirspektrum des Silvestris-Prototypen in der Version mit klassischen Triodenverstärkern bei 0dB Aussteuerung

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Die Aufnahmen, die über den SILVESTRIS-Prototypen gemacht wurden, zeigten ein warmes, volles, "peppiges", detailreiches und präsentes Klangbild, das den Produzenten gut gefiel und als deutliche Verbesserung gegenüber dem derzeit noch eingesetzten Transistor-Mischpult empfunden wird.


Hier finden Sie weitere Informationen zum Mischpult SILVESTRIS 1

Wintersemester 2007/8 und Sommersemester 2008:

Projekt DIGITALTECHNIK-BACK TO THE ROOTS: Digitale Schaltungen mit einfachen Bauelementen unmittelbar und sinnlich erleben.

Der Ausgangspunkt:

Heutige Elektronik arbeitet mit hochintegrierten, komplexen Bausteinen, die Millionen von Transistoren enthalten. Mit einigen DIN-A-4 Seite VHDL-Code und einem programmierbaren Logikbaustein in der Größe einer 2-Euromünze kann man komplexe Funktionen realisieren, die zur Pionierzeit der Digitaltechnik ein raumfüllendes Gerät mit Kraftstromversorgung und Kühlgebläse bedingt hätten.

Natürlich kann und will niemand auf diese technischen Möglichkeiten verzichten.

Andererseits geht durch die enorme Komplexität der Bausteine auch ein wenig der Kontakt damit verloren, was man da eigentlich auf elementarer Ebene tut. Das Verhältnis des Entwicklers zu komplexen Prozessoren und Logikbausteinen nähert sich immer mehr dem des Computernutzers zu seinem PC: Der PC oder der Chip ist ein Mittel, das man benutzt um eine Funktion zu realisieren ohne sich mit seinem Innenleben detailliert zu befassen, der kreative Prozess und der inhaltliche Schwerpunkt liegt zunehmend in der Programmierung und Zusammenschaltung der vorgefundenen Hardware.

Es besteht, im Sinne des Suchens nach Erkenntnis, ein Bedürfnis nach einem direkten Kontakt mit dem Wesen und den Grundlagen der digitalen Schaltungstechnik.



Die Vorgehensweise:

Dieses Projekt bezieht sich in diesem Sinne auf die historischen Entwicklung der Digitaltechnik, indem grundlegende Schaltungen wie Zähler, Speicher oder A/D-Umsetzer mit diskreten Bauelementen wie Röhren, Dioden und Transistoren nachvollzogen und selbst aufgebaut werden.

Angesichts der bis auf die elementare Ebene durchdringbaren Einzelbauelemente und der direkten Sichtbarkeit der Schaltungsstrukturen werden bisher abstrakte Begriffe wie "Register", "Gatter" oder "Decoder" unmittelbar und sinnlich erlebbar.

Der hieraus entstehende andere Blick auf die Materie erlaubt, bei Rückübertragung auf die heute übliche Anwendungsebene, dann auch in dieser neue, kreative Lösungen.

Insbesondere die anhand der historischen Schaltungen gut erkennbare "analoge Seite" der Digitaltechnik bekommt bei heutigen, schnell getakteten Systemen eine immer größere Bedeutung.

Parallel zur "historischen" Lösung wurde auch ein funktionsgleiches Gerät in aktueller Technik realisiert um einen direkten Bezug zur heutigen Arbeitsweise aufzuzeigen.





Die Teilprojekte:

Die Digitaluhr ONCILLA

Realisierung mit 79 Elektronenröhren

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Der Geigerzähler CARACAL

Realisierung mit dekadischen Zählröhren

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Die Personenwaage SERVAL

Realisierung mit 281 diskreten Transistoren

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Die Personenwaage SUPER-SERVAL

Funktionsgleich zum SERVAL, Realisierung mit einem (modernen) Microcontroller ADuC845

© TUB/EMSP

Hier finden Sie detaillierte Informationen zu unserem Gesamtprojekt  Digitaltechnik BACK TO THE ROOTS

Wintersemester 2006/7 und Sommersemester 2007:

Links oben: Scotty Moore, Bill Black und Elvis Presley live on Stage in den mittleren 1950-er Jahren, mit einfachem aber hochwertigen Equipment wird Musikgeschichte geschrieben. Quelle: www.scottymoore.net Rechts oben ein Ausschnitt aus der Verdrahtung des legendären FENDER BASSMAN 5F6A, dem Vorbild für den WILDCAT Bassman Plus.

© TUB/EMSP und www.scottymoore.net

Projekt WILDCAT: Gitarrenverstärker in Röhrentechnik mit Effektgeräten


Das Thema:

Ein Gitarrenverstärker mit Signalpfad in klassischer Röhrentechnik, auf der Basis der legendären Verstärker FENDER TWEED BASSMAN 59 MODEL 5F6-A und FENDER TWEED DELUXE MODEL 5E6 aus den 1950-er Jahren. Diese Verstärker werden um verschiedene Zusatzgeräte ergänzt, mit denen sie den klanglichen Anforderungen "moderner" Musikstile gerecht werden.


Die Vorgehensweise:

• Sorgfältige und eingehende Analyse von historischen und aktuellen Gitarrenverstärkerschaltungen.
• Betrachtung der historischen Verstärker in ihrem musikgeschichtlichen Kontext
• Untersuchung des Zusammenhangs von schaltungstechnischen Merkmalen und subjektivem Klangempfinden.
• Aufbau verschiedener exemplarischer Schaltungen
• Messtechnischer und akustischer Vergleich der verschiedenen Schaltungstypen
• Klangliche Optimierung
• Enge Zusammenarbeit mit Musikern
• Auch: Betrachtung von Zusatz- und Effektgeräten

Die Ergebnisse: Auf der Langen Nacht der Wissenschaften am 09.06.2007 wurden unsere WILDCAT-Verstärker das erste Mal der Öffentlichkeit präsentiert. Die Band "Ike an the Capers" ( www.ikeandthecapers.de ) und der "Deutsch-Französische Chor" (www.dfc-berlin.de)  spielten ein authentisches 1950's/1960's-Programm mit Elvis-Songs über unsere Verstärker. Dieses Konzert wurde mit großer Begeisterung aufgenommen. Der Tenor der Kommentare vieler Zuhörern aus allen Altersgruppen  "Ich kannte diese Musik bisher überhaupt nicht. Wie kann es sein, dass es so was Tolles gibt und dass man es noch nie gehört hat?"


Einige Sänger/innen des "Deutsch-Französische Chores" übernahmen den Part der legendären "Jordanaires".


Besondere Höhepunkte waren die Songs "A Fool such as I" mit seinem faszinierenden Spannunsgbogen zwischen dem raffinierten Chorsatz und den ausdrucksstarken Gitarrenriffs und der Song "Little Sister", bei dessen Originalaufnahme im Studio B in Nashville Hank Garland mit einer Solid-Body-Gitarre über einen FENDER Bassman 5F6-A seine markanten Gitarrenriffs gespielt hat.  Die absolut perfekte Übereinstimmung des Klangbilds der E-Gitarre zwischen dem 1961 (also 46 Jahre vorher) aufgenommenen Original und der Live-Darbietung war absolut verblüffend.


Der Entwicklungsprozess der WILDCAT-Verstärker war langwierige Ingenieursarbeit über 7 Monate: Arbeitspunkte und Frequenzgänge analysieren und brechnen, Schaltpläne zeichnen und Stücklisten erstellen, Leiterplatten entflechten und Mechanikteile konstruieren, Leiterplatten bestücken und Kabelbäume fertigen, Geräte montieren, Prototypen durchmessen, Messergebnisse dokumentieren....  Und an diesem Abend ist unsere Arbeit dann lebendig geworden! Unsere Verstärker haben genau das getan, wofür wir sie gebaut haben: Sie bereiten denen Freude, die mit ihnen Musik machen und nicht minder denen, die ihnen dabei zuhören. Dafür haben wir das alles getan! Nur ganz selten hat man als Ingenieur ein derartiges, direktes, sinnstiftendes Feedback.



Hier finden Sie mehr Informationen zum Projekt WILDCAT

Der zweite Teil des Live-Konzerts ( v. l. n. r.: Axel Praefcke, Christiane Klein, Corinne Kirchhoffer, Kim Schott, Susanne Stöhr, Jürgen Devrient, Steffen Raphael Schwarzer, nicht sichtbar Thorsten Peukert, Ike Stoye, Michael Kirscht )

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Der erste Teil des Live-Konzerts ( v. l. n. r.: Ike Stoye, Michael Kirscht, Axel Praefcke)

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Wintersemester 2006/7:

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt

Weiterentwickelter HiFi-Plasmahochtöner BLACK CAT PLASMA

Sommersemester 2006: Projekt High Speed Teil 2

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt : 
 
Herausforderung High-Speed Teil 2


Hier finden Sie den kompletten Abschlussbericht (Teil 1 und Teil 2) zum Download (ZIP, 17,8 MB)

Wintersemester 2005/6: Projekt High Speed Teil 1

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt:

Herausforderung High-Speed Teil 1.


Hier finden Sie den kompletten Abschlussbericht (Teil 1 und Teil 2) zum Download (ZIP, 17,8 MB)

Projekt Lion: Video-Monitor in Vollröhrentechnik

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt LION


Der komplette Abschlussbericht als Download (ZIP, 12,4 MB)

Der Schaltplan als Download (PDF, 100,2 KB)

Sommersemester 2005:

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt

Stabilisierte Hochspannungsquelle 7..12 kV in Vollröhrentechnik

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt

Stabilisierte Hochspannungsquelle 0..10kV mit MOSFETs

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt

Videosignalgeneratotor mit USB-Schnittstelle

Der komplette Abschlussbericht zum Download:

Teil 1 (ZIP, 6,1 MB) Einführung USB und MCU

Teil 2 (ZIP, 15,3 MB) Videosignalgenerator

Teil 3 (ZIP, 15,8 MB) Hochspannungsgeneratoren und alle Schaltpläne

Wintersemester 2004/5:

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Hier finden Sie weitere Informationen zu den Projekten

Video-Monitor und

Bildkippteil in Röhrentechnik


Der komplette Abschlussbericht als Download (ZIP, 19,2 MB)

Wintersemester 2003/4 und Sommersemester 2004:

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Hier finden Sie weitere Informationen zum

Projekt "Black Cat" : High-End Audio-Röhrenverstärker


Der Abschlußbericht Winter 2003/4 (Vorstufen) zum Download (ZIP, 11,6 MB)

Der Abschlußbericht Sommer 2004 (Endstufe + Gesamtgeräte) zum Download (ZIP, 13,0 MB)

Der Unterlagensatz der weiterentwickelten Version BLACK CAT 2 zum Download (ZIP, 9,6 MB) 
 

ACHTUNG: Diese Unterlagen dürfen nur zum Zweck des privaten Selbstbaus oder der Lehre/Ausbildung verwendet werden. Jegliche gewerbliche Nutzung ist ausdrücklich untersagt.

Sommersemester 2003:

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt

Framegrabber für den ISA-Bus

Wintersemester 2002/03:

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt

Digitales Voltmeter mit eigenentwickeltem A/D-Umsetzer

VGA Farbgrafikkarte

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Hier finden Sie weitere Informationen zum Projekt 

VGA-Farbgrafikkarte für den ISA-Bus