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TU Berlin

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Mixed-Signal-Baugruppen

Projektvorankündigung: Vacuum Tube Computing

 

Die Internetpräsenz zu der Veranstaltung  „Mixed Signal Baugruppen“ wird gerade überarbeitet. Daher sind die Seiten der abgeschlossenen Projekte zeitweise nicht erreichbar. Bitte wenden Sie sich bei Fragen zu den abgeschlossenen Projekten, auch zum BLACK CAT 2, einfach direkt an mich, Henry Westphal, unter .

 

 „Mixed Signal Baugruppen“ ist eine integrierte Veranstaltung. Das besondere Anliegen dieser Veranstaltung ist es, Theorie und Praxis miteinander zu verbinden, um damit auf professionellem Niveau anspruchsvolle Aufgabenstellungen erfolgreich zu lösen. Die Veranstaltung findet in Kleingruppen vorzugsweise am Wochenende im Entwicklungslabor der TIGRIS-Elektronik GmbH (www.tigris.de) in Berlin-Lankwitz statt.

 

Für die Veranstaltung Vacuum Tube Computing (Teil 1) in Zusammenarbeit mit dem Heinz-Nixdorf Museumsforum in Paderborn können Sie sich ab sofort (nach einem Vorgespräch) anmelden, nehmen Sie hierzu bitte unter hw@tigris. de oder 030 301 048-41 Kontakt mit dem Lehrbauftragten Henry Westphal auf. Vacuum Tube Computing

 

 

Das erste Teilsemester findet im Sommersemester 2020 im Rahmen der Lehrveranstaltung Projekt Elektronik statt, das zweite Teilsemester 2 findet im Wintersemester 2020/21 Im Rahmen der Lehrveranstaltung Mixed Signal Baugruppen statt.

 

Während Computer im Alltag immer leistungsfähiger und komplexer werden, kehren wir zu den Ursprüngen der Computertechnik zurück. Unsere Ziele ist nicht, möglichst viele Rechenoperationen in möglichst kurzer Zeit, auf möglichst kleinem Raum bei möglichst wenig Energieverbrauch zu erreichen, sondern möglichst viel Erkenntnis und Spaß pro Rechenoperation zu erleben. Mit den heutigen hochintegrierten Rechnerbausteinen ist ein sehr effektives Arbeiten möglich. Es besteht aber auch möglicherweise die Gefahr, dass man aufgrund der in diesen Bausteinen bereits vorgefundenen Komplexität des Vorgefertigten den Mut zum Beschreiten gänzlich neuer Lösungswege verliert und nur noch das für realisierbar hält, wofür bereits Vorgedachtes aus dem Angebot der Halbleiterhersteller bereitsteht.

 

Entwicklung und Aufbau eines Rechners aus diskreten Elementen führen zu neuen, möglicherweise überraschenden, Einsichten und Perspektiven. Der Rechner ist keine „Black Box“ mehr sondern er wird bis auf die Ebene der einzelnen Schaltelemente verstanden. Der besondere Reiz eines Röhrenrechners ist, dass diese Schaltelement intuitiv verständlich und direkt sichtbar sind. Das Erlebnis, dass man unter der ausschließlichen Verwendung einfacher, sofort verständlicher Bauteile selbst einen funktionsfähigen Rechner herstellen kann, ermutigt dazu, auch mit aktueller Technik unkonventionelle, eigene Lösungswege zu beschreiten.

 

Hierzu arbeiten wir parallel an zwei Teilprojekten:

 

  • Nachbau des ersten Rechners von Heinz Nixdorf mit ca. 600 Röhren, der dann im Heinz-Nixdorf-  Museumsforum in Paderborn ausgestellt werden wird.

  • Bau des 4-Bit-Rechners SPACE AGE 3 mit ca. 1800 Röhren, der auf einer proprietären Architektur basiert und die Funktion eines Taschenrechners ausführt.

 

Für einen effizienten Aufbau und eine strukturierte Testbarkeit dieser Rechner setzen wir aktuelle Technik zur Simulation und zum rechnergestützten Funktionstest ein.Beide Rechner werden in höchster professioneller Qualität für den Dauereinsatz im Ausstellungsbetrieb realisiert

 

Der SPACE AGE 3 baut auf dem aus 3400 Transistoren bestehenden SPACE AGE 1 auf, der im Rahmen dieser Lehrveranstaltung konzipiert und gebaut wurde und seit 2015 im Heinz-Nixdorf-Museumsforum als von den Besuchern bedienbares Ausstellungsstück arbeitet. Die parallele Arbeit an den beiden unterschiedlichen, dynamischen und statischen Rechner-Architekturen ermöglicht interessante, vergleichende Gegenüberstellungen. Selbstverständlich ist es unmöglich, diese Rechner in zwei Semestern fertigzustellen. Diese Veranstaltung ist daher der Beginn einer Veranstaltungsreihe, die über insgesamt 6 Semester geplant ist. Die Teilnehmer/innen dieser Veranstaltung haben die Möglichkeit und werden ausdrücklich dazu ermutigt, über das Ende dieser ersten Veranstaltung hinaus weiter am Aufbau der Rechner mitzuwirken.

 

Diese Veranstaltung „bringt“ 6 LP für jedes der beiden Semester und kann sowohl im Master- als im Bachelorstudium besucht werden. Die Gruppengröße ist auf 6 Studierende limitiert, um eine effiziente praktische Arbeit zu ermöglichen. Die Lehrveranstaltung ist in ganztägige Theorietermine, ebenfalls ganztägige Praxistermine (zeitversetzt in mehreren Kleingruppen mit 2 bis 3 Personen) und den abschließenden Vortragstermin gegliedert. Die Termine finden in der Regel Samstags, in der Praxisphase auch nach Absprache an Sonn- und Feiertagen im Entwicklungslabor der TIGRIS Elektronik GmbH in Berlin-Lankwitz statt. Zeitlich gemittelt ergeben sich für alle Studierenden 1,5 bis 2 ganztägige Termine im Monat.

  

Für die Veranstaltung „ SiC und GaN - Energieeffizienz mit Neuen Halbleitermaterialien in der Praxis -- Umrichter mit SiC für Betrieb an Drehstronetz, 1-Phasen-PFC mit GaN, Class-D-Endstufe mit GaN“ im Sommersemester 2019 und im Wintersemester 2019/20 sind noch Plätze frei. Bei Interesse bitte einfach unter Kontakt aufnehmen.

 

Hier eine kurze Beschreibung dieser Veranstaltung:

 

Durch den Einsatz neuer Halbleitermaterialien wie SiC und GaN lassen sich bei höheren Schaltfrequenzen und höheren Spannungen weit höhere Wirkungsgrade in der Energieumwandlung erreichen, als dies noch vor Kurzem mit klassischer IGBT- oder MOSFET-Technologie möglich war. Aufgrund der Schnelligkeit dieser neuartigen Bauelemente können diese jedoch nicht einfach als direkter Ersatz für herkömmliche MOSFETS oder IGBTs in vorhandene Schaltungen eingesetzt werden. Es müssen stattdessen einige spezielle Dinge beachtet werden, um zu einer zuverlässigen und störungsarmen Schaltung zu kommen. Wir setzen im Rahmen dieser Veranstaltung SiC und GaN-Bauteile in verschiedenen Umrichterschaltungen für die Energiewandlung und in Class-D-Endstufen für Audioanwendungen ein. Wir entwickeln entsprechende Schaltungen und bauen sie mit professioneller, industrieller Aufbautechnik auf um sie dann in Betrieb zu nehmen und messtechnisch zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk richten wir hierbei auf die hochfrequenztechnischen Aspekte des Einsatzes dieser Bauelemente, insbesondere auf das geeignete Layout der Leiterplatten und die Entstörung. Ebenso ist die Betrachtung der Einhaltung der für direkt am 230V/400V Netz betriebene Umrichter geltenden Normen auf einer praxisbezogenen Ebene Bestandteil dieser Veranstaltung. Dieses Thema spielt in der beruflichen Praxis im Umgang mit Leistungselektronik eine überaus wichtige Rolle und wird aber fast nirgendwo in einer anwendungsnahen, direkt umsetzbaren Weise dargestellt.

 

Diese Veranstaltungen „bringt“ 8 SWS und kann sowohl im Master- als im Bachelorstudium besucht werden. Die Gruppengröße ist auf 6 Studierende limitiert, um eine effiziente praktische Arbeit zu ermöglichen. Das Semester ist in ganztägige Theorietermine, ebenfalls ganztägige Praxistermine (in mehreren Kleingruppen mit 2 bis 3 Personen) und den abschließenden Vortragstermin gegliedert. Die Termine finden in der Regel an einzelnen Samstagen, in der Praxisphase auch nach Absprache an Sonn- und Feiertagen im Entwicklungslabor der TIGRIS Elektronik GmbH in Berlin-Lankwitz statt. TIGRIS-Elektronik stellt unter Anderem mit SiC-MOSFETS arbeitende Hochspannungsnetzgeräte für Laser-Anwendungen her.

 

Betreuender Professor: Prof. Dr. Ing. R.Orglmeister      Dozent: Dipl. Ing. Henry Westphal:

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