Rok akademicki: 2030/2031 Kod: JFM s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Wybrane zagadnienia elektroniki medycznej Rok akademicki: 2030/2031 Kod: JFM s Punkty ECTS: 5 Wydział: Fizyki i Informatyki Stosowanej Kierunek: Fizyka Medyczna Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 6 Strona www: Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Dąbrowski Władysław (w.dabrowski@ftj.agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. dr hab. inż. Dąbrowski Władysław (w.dabrowski@ftj.agh.edu.pl) dr inż. Wiącek Piotr (wiacek@agh.edu.pl) dr inż. Fiutowski Tomasz (tomasz.fiutowski@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W007 układów elektronicznych stosowanych do pomiaru i przetwarzania wolnozmiennych sygnałów elektrofizjologicznych. Student posiada wiedzę na temat elektronicznych układów odczytu detektorów promieniowania w systemach obrazowania medycznego. FM1A_W05, FM1A_W13 Aktywność na zajęciach, Egzamin, Referat M_W008 temat źródeł szumów i zakłóceń w układach elektronicznych. temat metod filtracji szumów i redukcji zakłóceń stosowanych we wzmacniaczach pomiarowych i w układach do odbioru sygnałów z detektorów promieniowania. FM1A_W05, FM1A_W13 Aktywność na zajęciach, Egzamin, Referat Umiejętności 1 / 6

2 M_U007 Student potrafi posługiwać się elektronicznymi przyrządami pomiarowymi i zestawić proste stanowisko pomiarowe. Student potrafi zmierzyć i opracować charakterystyki prostych analogowych obwodów elektronicznych. Student potrafi przeprowadzić pomiary czasowe i oszacować parametry sygnałów impulsowych. FM1A_U17, FM1A_U18, FM1A_U20 Sprawozdanie, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_U008 Student potrafi korzystać z literatury naukowej, materiałów katalogowych i szkoleniowych dotyczące wybranych układów elektronicznych w celu poszerzenia wiedzy. Student potrafi samodzielnie przestudiować zadany problem i przedstawić w postaci zwięzłej prezentacji. FM1A_U01, FM1A_U04 Referat, Udział w dyskusji Kompetencje społeczne M_K002 Student rozumie potrzebę poszerzania wiedzy i umiejętności. FM1A_K01 Referat, Udział w dyskusji Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne Inne terenowe E-learning Wiedza M_W007 M_W008 Umiejętności układów elektronicznych stosowanych do pomiaru i przetwarzania wolnozmiennych sygnałów elektrofizjologicznych. temat elektronicznych układów odczytu detektorów promieniowania w systemach obrazowania medycznego. temat źródeł szumów i zakłóceń w układach elektronicznych. temat metod filtracji szumów i redukcji zakłóceń stosowanych we wzmacniaczach pomiarowych i w układach do odbioru sygnałów z detektorów promieniowania / 6

3 M_U007 M_U008 Student potrafi posługiwać się elektronicznymi przyrządami pomiarowymi i zestawić proste stanowisko pomiarowe. Student potrafi zmierzyć i opracować charakterystyki prostych analogowych obwodów elektronicznych. Student potrafi przeprowadzić pomiary czasowe i oszacować parametry sygnałów impulsowych. Student potrafi korzystać z literatury naukowej, materiałów katalogowych i szkoleniowych dotyczące wybranych układów elektronicznych w celu poszerzenia wiedzy. Student potrafi samodzielnie przestudiować zadany problem i przedstawić w postaci zwięzłej prezentacji Kompetencje społeczne M_K002 Student rozumie potrzebę poszerzania wiedzy i umiejętności Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład 1.Wzmacniacze pomiarowe Budowa i parametry wzmacniaczy pomiarowych, źródła napięć i prądów niezrównoważenia we wzmacniaczach różnicowych, dopasowanie elementów, współczynnik tłumienia sygnału wspólnego. 2.Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Twierdzenie o próbkowaniu, układy próbkująco-pamiętające, przetworniki analogowocyfrowe, przetworniki cyfrowo-analogowe. 3.Szumy w przyrządach półprzewodnikowych i wzmacniaczach Źródła szumów w przyrządach półprzewodnikowych, metody opisu szumów. szumowe schematy zastępcze tranzystorów i wzmacniaczy. 4.Układy elektroniki front-end Systemy odbioru sygnału z detektorów promieniowania, przedwzmacniacz napięciowy, prądowy, ładunkowy. 5.Filtracja szumów i kształtowanie sygnałów Pojęcie ekwiwalentnego ładunku szumów. optymalizacja stosunku sygnału do szumu przy pomiarach amplitudowych, optymalizacja stosunku sygnału do szumu przy pomiarach czasowych. 6.Binarne systemy odczytu detektorów promieniowania Pomiar i analiza szumów w binarnych systemach odczytu detektorów. twierdzenie Rice a, metody parametryzacji układów front-end w binarnych systemach odczytu. 7.Medody odczytu detektorów pozycjoczułych Odczyt za pomocą indywidualnych kanałów odczytu, odczyt z wykorzystaniem 3 / 6

4 podziału ładunku, odczyt z wykorzystaniem linii opóźniającej. 8.Zakłócenia elektromagnetyczne w układach elektronicznych Charakterystyki i metody opisu zakłóceń elektromagnetycznych, schematy zastępcze dla sprzężeń pojemnościowych i indukcyjnych, techniki ekranowania i uziemiania w aparaturze elektronicznej. Ćwiczenia laboratoryjne 1.Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy w układzie WE Student potrafi zaprojektować obwód zapewniający odpowiedni punkt pracy tranzystora. Student potrafi zmodyfikować obwód tak, aby uzyskać określone wzmocnienie. Student potrafi zmodyfikować obwód tak, aby uzyskać określone pasmo przenoszenia. Student zmierzyć rezystancję wyjściową wzmacniacza. 2.Wzmacniacz operacyjny w układach nieliniowych Student potrafi wyznaczyć punkty załamania odpowiedzi generatora funkcyjnego. Student potrafi wyznaczyć charakterystykę stałoprądową wzmacniacza logarytmicznego. Student potrafi wycechować miernik średniej częstości impulsów, wyznaczyć jego czułość i zakres mierzonych częstości. 3.Komparator napięcia Student potrafi zaprojektować komparator z zadaną histerezą. Student potrafi wyznaczyć histerezę w pomiarze statycznym i dynamicznym. Student potrafi wskazać element decydujący o histerezie i zaprojektować obwód z ciągłą regulacją histerezy w określonym zakresie. Student potrafi określić wpływ progu dyskryminacji na szerokość impulsu wyjściowego. 4.Filtr quasi-gaussowski (CR)^n (RC)^m Student potrafi zaprojektować filtr o zadanym paśmie przenoszenia. Student potrafi wyznaczyć wartość średniokwadratową szumu na podstawie pomiaru widmowej gęstości szumu. Student potrafi określić wpływ kolejnych stopni całkujących i różniczkujących na stosunek sygnały do szumu. 5.Układy odbioru informacji czasowej Student potrafi oszacować wpływ czułości ładunkowej dyskryminatora na odpowiedź układu przy dyskryminacji na czole impulsu. Student potrafi oszacować wpływ efektu drżenia i efektu wędrowania na odpowiedź układu przy dyskryminacji na czole impulsu. Student potrafi zbudować dyskryminator stałofrakcyjny. 6.Tor spektrometryczny Student potrafi określić odpowiedzi poszczególnych stopni toru spektrometrycznego na wymuszenie w postaci skoku napięcia. Student potrafi określić wpływ czasu kształtowania kolejnych stopni na kształt impulsu wyjściowego. Student potrafi określić wpływ pojemności detektora na odpowiedź toru spektrometrycznego. 4 / 6

5 Student potrafi określić wpływ pojemności detektora i czasu kształtowania kolejnych stopni na ekwiwalentny ładunek szumu. seminaryjne W ramach seminarium każdy student przygotowuje prezentację na zadany temat na podstawie wskazanych materiałów. Oceniana będzie zawartość merytoryczna oraz sposób prezentacji. Przy ocenie końcowej z zajęć seminaryjnych uwzględniana będzie również aktywność studentów w trakcie wszystkich zajęć seminaryjnych. Zagadnienia omawiana na seminariach obejmują: 1.Zastosowania i porównanie parametrów wybranych wzmacniaczy pomiarowych. 2.Porównanie architektur i parametrów wybranych przetworników analogowocyfrowych. 3.Przedwzmacniacze ładunkowe w technologii CMOS. 4.Efekty podziału ładunku w krzemowych detektorach paskowych i pikselowych. 5.Zastosowanie krzemowych detektorów paskowych do obrazowania medycznego. 6.Zastosowanie detektorów pikselowych do obrazowania medycznego. 7.Zastosowanie układów CCD w systemach obrazowania medycznego. 8.Detektory i systemy elektroniki odczytu dla radiografii protonowej. 9.Specjalizowane układy scalone do elektrycznej stymulacji i rejestracji sygnałów z komórek nerwowych. 10.Specjalizowane układy scalone do odczytu pozycjoczułych detektorów promieniowania. 11.Twierdzenie Campbella-Francisa. Mierniki natężenia impulsów. 12.Fotopowielacze krzemowe i ich zastosowanie w systemach tomografii komputerowej i tomografii pozytonowej. Student potrafi samodzielnie przestudiować określone zagadnienie w oparciu o wskazane materiały. Student potrafi przygotować prezentację i przedstawić dany zagadnienie w sposób zrozumiały dla pozostałych uczestników seminarium. Sposób obliczania oceny końcowej Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej wymaga uzyskania pozytywnych ocen z egzaminu, ćwiczeń audytoryjnych i ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia arytmetyczna ocen z egzaminu (E), seminarium (S) i ćwiczeń laboratoryjnych (L): OK = (E+S+L)/3 Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość podstaw teorii obwodów i podstaw elektroniki na poziomie kursów Podstawy elektroniki i Przyrządy i układy półprzewodnikowe. Znajomość fizyki ciała stałego na poziomie podstawowego kursu fizyki. Zalecana literatura i pomoce naukowe K. Korbel, Układy elektroniki front-end. AGH, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, K. Korbel, Szum, sygnał, filtracja w jądrowej spektrometrii amplitudowo-czasowej. Wydawnictwa AGH, Kraków M. Nadachowski, Z. Kulka, Analogowe układy scalone. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki Cz. 1 i Cz. i, Warszawa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, H. Spieler, Semiconductor Detector Systems. Oxford University Press, 2005 B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, John Willey & Sons Inc / 6

6 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe 1. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych i z ćwiczeń laboratoryjnych. 2. Zaliczenie seminarium student uzyskuje na podstawie oceny z przygotowanej prezentacji i obecności na zajęciach. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 1 zajęcia seminaryjne w danym semestrze, nie uzyskuje zaliczenia. 3. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest uzyskanie zaliczeń ze wszystkich ćwiczeń przewidzianych w programie. W razie nieobecności na ćwiczeniach laboratoryjnych studentowi przysługuje możliwość wykonania tych ćwiczeń w wyznaczonym przez prowadzącego terminie. 4. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 1 ćwiczenie laboratoryjne w danym semestrze, zostaje pozbawiony możliwości wykonania tych ćwiczeń w dodatkowym terminie i nie uzyskuje zaliczenia. 5. Stwierdzenie przez prowadzącego nieprzygotowania do zajęć laboratoryjnych pozbawia studenta możliwości przeprowadzenia danego ćwiczenia i jest równoznaczne z nieobecnością nieusprawiedliwioną. Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Udział w wykładach Udział w zajęciach seminaryjnych Przygotowanie do zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 2 godz 14 godz 14 godz 28 godz 28 godz 28 godz 14 godz 128 godz 5 ECTS 6 / 6