GATE Instrumental Engineering Lehrplan

Betreff: IN

Kursstruktur

Abschnitte / Einheiten	Themen
Section A	Engineering Mathematics
Einheit 1	Lineare Algebra
Einheit 2	Infinitesimalrechnung
Einheit 3	Differentialgleichung
Einheit 4	Analyse komplexer Variablen
Teil 5	Wahrscheinlichkeit und Statistik
Einheit 6	Numerische Methoden
Section B	Electric Circuits
Section C	Signals and Systems
Section D	Control Systems
Section E	Analog Electronics
Section F	Digital Electronics
Section G	Measurements
Section H	Sensors and Industrial Instrumentation
Section I	Communication and Optical Instrumentation

Lehrplan

Section A: Engineering Mathematics

Unit 1: Linear Algebra

• Matrixalgebra
• Lineare Gleichungssysteme
• Eigenwerte und Eigen
• Vectors

Unit 2: Calculus

• Mittelwertsätze
• Theoreme der Integralrechnung
• Teilderivate
• Maxima und Minima
• Mehrere Integrale
• die Fourierreihe
• Vektoridentitäten
• Linie, Oberfläche und Volumen
• Theoreme von Integralen, Stokes, Gauß und Grün

Unit 3: Differential equations

• Gleichung erster Ordnung (linear und nichtlinear)
• Lineare Differentialgleichungen höherer Ordnung mit konstanten Koeffizienten
• Methode zur Variation von Parametern
• Cauchys und Eulers Gleichungen
• Anfangs- und Randwertprobleme
• Lösung partieller Differentialgleichungen
• Variable trennbare Methode

Unit 4: Analysis of complex variables

• Analytische Funktionen
• Cauchys Integralsatz und Integralformel
• Taylors und Laurents Serie
• Restsatz
• Lösung von Integralen

Unit 5: Probability and Statistics

• Stichprobensätze
• Bedingte Wahrscheinlichkeit
• Mittelwert, Median, Modus und Standardabweichung
• Zufällige Variablen
• Diskrete und kontinuierliche Verteilungen
• Normal-, Poisson- und Binomialverteilungen

Unit 6: Numerical Methods

• Matrixinversion
• Lösungen nichtlinearer algebraischer Gleichungen
• Iterative Methoden zur Lösung von Differentialgleichungen
• Numerische Integration
• Regressions- und Korrelationsanalyse

Section B: Electrical Circuits

Unit 1: Voltage and current sources

• Unabhängig, abhängig, ideal und praktisch
• Vi-Beziehungen von Widerstand, Induktivität, Gegeninduktivität und Kondensator
• Transientenanalyse von RLC-Schaltkreisen mit Gleichstromanregung

Unit 2: Kirchoff’s laws

• Netz- und Knotenanalyse
• Superposition
• Thevenin
• Norton
• Maximale Leistung
• Transfer
• Reziprozitätssätze

Unit 3: Peak-, average- and RMS values of AC quantities

• Schein-, Wirk- und Blindkräfte
• Zeigeranalyse, Impedanz und Admittanz
• Serien- und Parallelresonanz
• Ort, Diagramme, Realisierung von Grundfiltern mit r-, l- und c-Elementen
• Ein-Port- und Zwei-Port-Netzwerke
• Fahrpunktimpedanz und Admittanz
• Leerlauf- und Kurzschlussparameter

Section C: Signals and Systems

• Signale und Systeme -

  • Periodische, aperiodische und Impulssignale

  • Laplace-, Fourier- und Z-Transformationen

  • Übertragungsfunktion, Frequenzgang von linearen zeitinvarianten Systemen erster und zweiter Ordnung

  • Impulsantwort von Systemen

  • Faltung, Korrelation

• Diskretes Zeitsystem -

  • Impulsive Reaktion

  • Frequenzgang

  • Impulsübertragungsfunktion

  • DFT und FFT

  • Grundlagen von IIR- und Tannenfiltern

Section D: Control Systems

• Feedback-Prinzipien -
  • Signalflussdiagramme
  • Einschwingverhalten
  • Steady-state-errors
  • Bode Grundstück
  • Phasen- und Gewinnmargen
  • Routh- und Nyquist-Kriterien
  • Wurzelorte
  • Design von Blei
  • Lag- und Lead-Lag-Kompensatoren
  • Zustandsraumdarstellung von Systemen
• Zeitverzögerungssysteme -
  • Mechanische, hydraulische und pneumatische Systemkomponenten
  • Synchronpaar
  • Servo- und Schrittmotoren
  • Servoventile
• Ein-Aus-, P-, PI-, PID-, Kaskaden-, Feedforward- und Ratio-Regler.

Section E: Analog Electronics

• Eigenschaften und Anwendungen von -

  • Diode

  • Zenerdiode

  • BJT

  • MOSFET

• Kleinsignalanalyse von Transistorschaltungen, Rückkopplungsverstärkern

• Eigenschaften von Operationsverstärkern

• Anwendungen von Opamps -

  • Differenzverstärker

  • Adder

  • Subtractor

  • Integrator

  • Differentiator

  • Instrumentierungsverstärker

  • Präzisionsgleichrichter

  • Aktive Filter und andere Schaltkreise

• Oszillatoren, Signalgeneratoren, spannungsgesteuerte Oszillatoren und Phasenregelkreis

Section F: Digital Electronics

• Kombinierte Logikschaltungen, Minimierung von Booleschen Funktionen

• IC-Familien: TTL und CMOS

• Arithmetische Schaltungen, Komparatoren, Schmitt-Trigger, Multivibratoren, sequentielle Schaltungen, Flipflops, Schieberegister, Timer und Zähler

• Sample-and-Hold-Schaltung, Multiplexer, Analog-Digital-Wandler (sukzessive Approximation, Integration, Flash und Sigma-Delta) und Digital-Analog-Wandler (gewichtete r-, r-2r-Leiter und Stromlenklogik)

• Eigenschaften von ADC und DAC (Auflösung, Quantisierung, signifikante Bits, Umwandlungs- / Einschwingzeit)

• Grundlagen von Zahlensystemen, 8-Bit-Mikroprozessor und Mikrocontroller: Anwendungen, Speicher- und Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle

• Grundlagen von Datenerfassungssystemen

Section G: Measurements

• SI-Einheiten, systematische und zufällige Messfehler, Ausdruck der Unsicherheit - Genauigkeits- und Präzisionsindex, Ausbreitung von Fehlern

• Instrumente vom Typ PMMC, MI und Dynamometer -

  • DC-Potentiometer

  • Brücken zur Messung von R, L und C, Q-Meter

• Messung von Spannung, Strom und Leistung in ein- und dreiphasigen Stromkreisen -

  • AC- und DC-Stromsonden

  • Echte Effektivwerte

  • Spannungs- und Stromskalierung

  • Messwandler

  • Timer/counter

  • Time

  • Phasen- und Frequenzmessungen

  • Digitales Voltmeter

  • Digital-Multimeter

  • Oszilloskop, Abschirmung und Erdung

Section H: Sensors and Industrial Instrumentation

• Widerstands-, kapazitive, induktive, piezoelektrische, Hall-Effekt-Sensoren und zugehörige Signalaufbereitungsschaltungen

• Wandler für industrielle Instrumente -

  • Verschiebung (linear und eckig)

  • Velocity

  • Acceleration

  • Force

  • Torque

  • Vibration

  • Shock

  • Druck (einschließlich Niederdruck)

  • Durchfluss (Differenzdruck, variable Fläche, elektromagnetische, Ultraschall-, Turbinen- und Durchflussmesser mit offenem Kanal)

  • Temperatur (Thermoelement, Bolometer, Widerstandsthermometer (3/4 Draht)

  • Thermistor

  • Pyrometer und Halbleiter

  • Messung von Flüssigkeitsstand, pH-Wert, Leitfähigkeit und Viskosität

Section I: Communication and Optical Instrumentation

• Amplituden- und Frequenzmodulation und Demodulation

• Shannons Abtasttheorem, Pulscodemodulation

• Frequenz- und Zeitmultiplex, Amplituden-, Phasen-, Frequenz- und Impulsumtastung für die digitale Modulation

• Optische Quellen und Detektoren - LED, Laser, Fotodiode, lichtabhängiger Widerstand und ihre Eigenschaften

• Interferometer - Anwendungen in der Messtechnik

• Grundlagen der Glasfasermessung

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