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Modul 1. Elektromagnetismus I

1.1. Vektorielle Berechnung: Überblick

1.1.1. Operationen mit Vektoren

1.1.1.1. Skalarprodukt
1.1.1.2. Vektorprodukt
1.1.1.3. Gemischtes Produkt
1.1.1.4. Eigenschaften des dreifachen Produkts

1.1.2. Transformation von Vektoren

1.1.2.1. Differentialrechnung
1.1.2.2. Gradient
1.1.2.3. Divergenz
1.1.2.4. Rotation
1.1.2.5. Multiplikationsregeln

1.1.3. Integralrechnung

1.1.3.1. Linien-, Flächen- und Volumenintegrale
1.1.3.2. Fundamentalsatz der Kalkulation
1.1.3.3. Fundamentalsatz für den Gradienten
1.1.3.4. Fundamentalsatz für Divergenz
1.1.3.5. Fundamentalsatz für den Rotation

1.1.4. Dirac-Delta-Funktion 
1.1.5. Helmholtz-Theorem 

1.2. Koordinatensysteme und Transformationen

1.2.1. Linien-, Flächen- und Volumenelemente 
1.2.2. Kartesische Koordinaten 
1.2.3. Polarkoordinaten 
1.2.4. Sphärische Koordinaten 
1.2.5. Zylindrische Koordinaten 
1.2.6. Koordinatenverschiebung 

1.3. Elektrisches Feld

1.3.1. Punktladungen  
1.3.2. Coulombsches Gesetz  
1.3.3. Elektrisches Feld und Feldlinien 
1.3.4. Diskrete Ladungsverteilungen 
1.3.5. Kontinuierliche Ladungsverteilungen 
1.3.6. Divergenz und rotierendes elektrisches Feld 
1.3.7. Fluss des elektrischen Feldes: Satz von Gauß

1.4. Elektrisches Potential

1.4.1. Definition des elektrischen Potentials 
1.4.2. Poisson-Gleichung 
1.4.3. Laplace-Gleichung 
1.4.4. Berechnung des Potentials einer Ladungsverteilung  

1.5. Elektrostatische Energie

1.5.1. Arbeit in der Elektrostatik 
1.5.2. Energie einer diskreten Ladungsverteilung 
1.5.3. Energie einer kontinuierlichen Ladungsverteilung 
1.5.4. Leiter im elektrostatischen Gleichgewicht 
1.5.5. Induzierte Ladungen  

1.6. Elektrostatik im Vakuum

1.6.1. Die Laplace-Gleichung in einer, zwei und drei Dimensionen 
1.6.2. Laplace-Gleichung: Randbedingungen und Einzigartigkeitstheoreme 
1.6.3. Bildmethode  
1.6.4. Trennung der Variablen  

1.7. Multipol-Erweiterung

1.7.1. Annähernde Potentiale abseits der Quelle 
1.7.2. Multipol-Entwicklung 
1.7.3. Monopolterm 
1.7.4. Dipolterm  
1.7.5. Ursprung der Koordinaten in Multipol-Expansionen 
1.7.6. Elektrisches Feld eines elektrischen Dipols

1.8.  Elektrostatik in materiellen Medien I

1.8.1. Das von einem Dielektrikum erzeugte Feld 
1.8.2. Arten von Dielektrika 
1.8.3. Verschiebungsvektor 
1.8.4. Das Gaußsche Gesetz in Gegenwart von Dielektrika 
1.8.5. Randbedingungen 
1.8.6. Elektrisches Feld in einem Dielektrikum

1.9. Elektrostatik in materiellen Medien II: lineare Dielektrika

1.9.1. Elektrische Suszeptibilität 
1.9.2. Elektrische Permittivität 
1.9.3. Dielektrische Konstante 
1.9.4. Energie in dielektrischen Systemen 
1.9.5. Kräfte auf Dielektrika

1.10. Magnetostatik

1.10.1. Magnetisches Induktionsfeld 
1.10.2. Elektrische Ströme 
1.10.3. Berechnung des Magnetfeldes: Biotsches und Savartsches Gesetz 
1.10.4. Lorentz-Kraft 
1.10.5. Divergenz und rotierendes Magnetfeld 
1.10.6. Ampèresche Gesetz 
1.10.7. Magnetisches Vektorpotential 

Modul 2. Elektromagnetismus II

2.1. Magnetismus in materiellen Medien

2.1.1. Multipol-Entwicklung 
2.1.2. Magnetischer Dipol 
2.1.3. Das von einem magnetischen Material erzeugte Feld 
2.1.4. Magnetische Intensität 
2.1.5. Arten von magnetischen Materialien: diamagnetisch, paramagnetisch und ferromagnetisch 
2.1.6. Grenzbedingungen 

2.2. Magnetismus in materiellen Medien II

2.2.1. Hilfsfeld H 
2.2.2. Das Ampèresche Gesetz in magnetisierten Medien 
2.2.3. Magnetische Suszeptibilität 
2.2.4. Magnetische Permeabilität 
2.2.5. Magnetische Kreise 

2.3. Elektrodynamik

2.3.1. Das Ohmsche Gesetz 
2.3.2. Elektromotorische Kraft 
2.3.3. Faradaysches Gesetz und seine Grenzen 
2.3.4. Gegenseitige Induktivität und Selbstinduktivität 
2.3.5. Induziertes elektrisches Feld 
2.3.6. Induktivität 
2.3.7. Energie in magnetischen Feldern 

2.4. Maxwellsche Gleichungen

2.4.1. Verdrängungsstrom
2.4.2. Maxwell-Gleichungen im Vakuum und in materiellen Medien 
2.4.3. Randbedingungen 
2.4.4. Einzigartigkeit der Lösung 
2.4.5. Elektromagnetische Energie 
2.4.6. Elektromagnetischer Feldimpuls 
2.4.7. Drehimpuls des elektromagnetischen Feldes 

2.5. Erhaltungsgesetze

2.5.1. Elektromagnetische Energie 
2.5.2. Kontinuitätsgleichung 
2.5.3. Poynting's Theorem 
2.5.4. Das dritte Newtonsche Gesetz der Elektrodynamik 

2.6. Elektromagnetische Wellen: Einführung

2.6.1. Wellenbewegung 
2.6.2. Wellengleichung 
2.6.3. Elektromagnetisches Spektrum 
2.6.4. Plane Wellen 
2.6.5. Sinuswellen 
2.6.6. Randbedingungen: Reflexion und Brechung 
2.6.7. Polarisierung

2.7. Elektromagnetische Wellen im Vakuum 

2.7.1. Wellengleichung für elektrische Felder und magnetische Induktion 
2.7.2. Monochromatische Wellen 
2.7.3. Elektromagnetische Wellenenergie 
2.7.4. Impuls von elektromagnetischen Wellen 
2.8. Elektromagnetische Wellen in materiellen Medien
2.8.1. Plane Wellen in einem Dielektrikum
2.8.2. Plane Wellen in einem Leiter
2.8.3. Wellenausbreitung in linearen Medien
2.8.4. Disperses Medium
2.8.5. Reflexion und Brechung 

2.9. Wellen in begrenzten Medien I

2.9.1. Maxwell-Gleichungen in einem Leiter 
2.9.2. Dielektrische Wellenleiter 
2.9.3. Modi in einem Leiter 
2.9.4. Ausbreitungsgeschwindigkeit 
2.9.5. Rechtwinklige Führung

2.10. Wellen in begrenzten Medien II

2.10.1. Resonante Hohlräume 
2.10.2. Übertragungsleitungen 
2.10.3. Einschwingendes Regime 
2.10.4. Permanentes Regime

Modul 3. Analoge und digitale Elektronik

3.1. Schaltungsanalyse

3.1.1. Beschränkungen für die Elemente
3.1.2. Beschränkungen für Verbindungen 
3.1.3. Kombinierte Beschränkungen 
3.1.4. Äquivalente Schaltungen 
3.1.5. Spannungs- und Stromteilung 
3.1.6. Stromkreisverkleinerung

3.2. Analoge Systeme

3.2.1. Kirchoffsche Gesetze
3.2.2. Thévenin-Theorem
3.2.3. Norton-Theorem 
3.2.4. Einführung in die Halbleiterphysik

3.3. Bauelemente und charakteristische Gleichungen 

3.3.1. Diode 
3.3.2. Bipolare Transistoren (BJTs) und MOSFETs 
3.3.3. Pspice-Modell 
3.3.4. Charakteristische Kurven 
3.3.5. Regionen der Operation

3.4. Verstärker

3.4.1. Betrieb des Verstärkers
3.4.2. Äquivalente Verstärkerschaltungen
3.4.3. Feedback
3.4.4. Analyse im Frequenzbereich

3.5. Verstärkungsstufen

3.5.1. BJT- und MOSFET-Verstärkerfunktion
3.5.2. Polarisierung
3.5.3. Äquivalentes Kleinsignalmodell 
3.5.4. Einstufige Verstärker 
3.5.5. Frequenzgang 
3.5.6. Kaskadierende Verstärkerstufen 
3.5.7. Differentiales Drehmoment
3.5.8. Stromspiegel und Anwendung als aktive Lasten 

3.6. Operationsverstärker und Anwendungen

3.6.1. Idealer Operationsverstärker 
3.6.2. Abweichungen von der Idealität 
3.6.3. Sinusförmige Oszillatoren 
3.6.4. Komparatoren und Relaxationsoszillatoren 

3.7. Logische Funktionen und kombinatorische Schaltungen

3.7.1. Informationsdarstellung in der digitalen Elektronik 
3.7.2. Boolesche Algebra 
3.7.3. Vereinfachung von logischen Funktionen 
3.7.4. Zweistufige kombinatorische Strukturen 
3.7.5. Kombinatorische Funktionsmodule 

3.8. Sequentielle Systeme

3.8.1. Konzept des sequentiellen Systems
3.8.2. Verriegelungen, Flip-Flops und Register 
3.8.3. Zustandstabellen und Zustandsdiagramme: Moore's und Mealy's Modelle 
3.8.4. Implementierung von synchronen sequentiellen Systemen 
3.8.5. Allgemeine Struktur eines Computers 

3.9. Digitale MOS-Schaltungen

3.9.1. Investoren 

3.9.2. Statische und dynamische Parameter 
3.9.3. Kombinatorische MOS-Schaltungen

3.9.3.1. Stufentransistor-Logik
3.9.3.2. Implementierung von Verriegelungen und Flip-Flops

3.10. Bipolare und fortgeschrittene Technologie-Digitalschaltungen

3.10.1. BJT-Schalter. Digitale BTJ-Schaltungen 
3.10.2. Transistor-Transistor-TTL-Logikschaltungen 
3.10.3. Charakteristische Kurven eines Standard-TTL 
3.10.4. Emittergekoppelte Logikschaltungen ECL 
3.10.5. Digitale Schaltungen mit BiCMOS 

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