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Anfallende Tätigkeiten

Das Projekt bietet ein sehr vielfältiges Tätigkeitsfeld, das von der Simulation über den Aufbau bis hin zur Vermessung eines Verstärkers reicht. Um die anfallenden Tätigkeiten einordnen zu können, wird hier die geplante Projektdurchführung zusammengefasst. Die sich daraus ergebenden Aufgabenfelder sind zur besseren Übersicht im Anschluss aufgelistet.
Zunächst wird ein „state-of-the-art“ Klasse D-Verstärker aufgebaut und in Betrieb genommen, der als Referenz dient. Der Verstärker arbeitet hierbei mit Versorgungsspannungen von 100V-200V. Anschließend kommen die neuen Leistungshalbleiter in dem ggf. leicht modifizierten Verstärker zum Einsatz. Durch eine erneute messtechnische Charakterisierung wird sich zeigen, welche Verbesserungen hierdurch erzielt werden können.
Für einen zügigen Aufbau des Verstärkers werden im Vorfeld Simulationen mit einer auf SPICE basierenden Simulations-Software durchgeführt, auf deren Basis man eine geeignete Topologie, sowie die notwendige Peripherie-Schaltung und deren Bauteilwerte ermittelt. Hierbei werden in der Audiobranche gängige Bauteiltypen und Leistungstransistoren eingesetzt und gegebenenfalls an geeigneter Stelle auf ICs oder fertige Module zurückgegriffen. Die anfallende Software-Programmierung wird in gängigen Sprachen wie C – im Falle eines DSPs, oder VHDL – im Falle eines FPGAs, geschrieben. Für die simulierte Schaltung wird ein Platinen-Layout entworfen, das ggf. von einer externen Firma als Platine gefertigt und bestückt wird. An dem fertigen Hardware-Aufbau werden Frequenzgang, Klirrfaktor, harmonische Verzerrungen (THD) und Dynamik (S/N, Rauschabstand) gemessen und als Referenz für einen wissenschaftlichen Vergleich mit den neuen Halbleiterbauelementen abgelegt.
Sobald die Kenndaten der Transistor-Prototypen aus Silizium-Karbid und Gallium-Nitrid anhand von Datenblättern o.Ä. verfügbar sind, wird ein SPICE-Modell für die Prototypen erstellt und mit jedem Prototyp auf Basis der bestehenden Schaltung eine Simulation durchgeführt. Durch die veränderten Leistungsmerkmale sind gegebenenfalls leichte Modifikationen an der Schaltung notwendig, die basierend auf der Simulation auch im realen Schaltungsaufbau umgesetzt werden. Der jeweilige Prototyp wird in einen entsprechenden Schaltungsaufbau eingefügt, mit dem für den wissenschaftlichen Vergleich dieselben Messungen durchgeführt werden. Anschließend erfolgt eine Auswertung und Analyse der Messergebnisse, die den Einsatz neuer Halbleitermaterialien charakterisiert.

Somit ergeben sich folgende Tätigkeitsfelder:

  • Schaltungssimulation mit SPICE-Simulator
  • Erstellung geeigneter SPICE-Modelle der angeforderten Transistor-Prototypen aus SiC und GaN
  • Platinen-Layout für den Hardware-Aufbau, ggf. Bestückung der Platine
  • DSP- oder FPGA-Programmierung
  • Hardware-Aufbau, Inbetriebnahme
  • Messungen mit verschiedenen Prototypen
  • wissenschaftliche Dokumentation der Ergebnisse
  • akustische und messtechnische Bewertung der Audioqualität


Diese Liste versteht sich als eine Sammlung aller anfallenden Tätigkeiten. Dieses vielfältige Aufgabenfeld bietet die Möglichkeit, die einzelnen Aufgaben angepasst an die Begabung und Fähigkeiten unter den Arbeitskräfte aufzuteilen.