Rok akademicki: 2014/2015 Kod: IIN s Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Podstawy elektroniki Rok akademicki: 2014/2015 Kod: IIN s Punkty ECTS: 2 Wydział: Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Kierunek: Informatyka Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 2 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr inż. Kościelnik Dariusz (koscieln@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Dziurdzia Barbara (dziurd@agh.edu.pl) dr inż. Kościelnik Dariusz (koscieln@agh.edu.pl) Kułak Andrzej (kulak@oa.uj.edu.pl) Magoński Zbigniew (magonski@agh.edu.pl) dr inż. Maziarz Wojciech (maziarz@agh.edu.pl) Szyduczyński Jakub (szyduczy@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_W001 Zna podstawy budowy i zasadę działania elektronicznych elementów półprzewodnikowych. Zna zasady i ograniczenia ich stosowania. IN1A_W02, IN1A_W11 M_W002 Zna metodykę konstruowania podstawowych układów elektronicznych. Rozumie zasady ich działania oraz reguły dobierania właściwych parametrów pracy. IN1A_W11 M_W003 Zna podstawowe sposoby analizowania stanu układów elektronicznych, symulowania ich pracy oraz przeprowadzania pomiarów laboratoryjnych. Umiejętności 1 / 7

2 M_U001 Potrafi zaprojektować struktury podstawowych układów elektronicznych, dobrać wartości ich elementów składowych oraz wyznaczyć zakres dynamiczny akceptowanych sygnałów wejściowych i generowanych sygnałów wyjściowych. IN1A_U03 M_U002 Potrafi przygotować model symulacyjny układu elektronicznego, wyznaczyć w sposób symulacyjny wartości panujących w nim napięć i prądów oraz uzyskać i przeanalizować przebiegi czasowe charakteryzujące pracę badanego obwodu. IN1A_U01 M_U003 Potrafi posługiwać się podstawowymi przyrządami laboratoryjnymi, zestawić stanowisko pomiarowe, odczytać i przeanalizować wskazania przyrządów oraz uzyskać oscylogramy dokumentujące pracę badanego układu. Kompetencje społeczne M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych IN1A_K02 Aktywność na zajęciach M_K002 Ma świadomość pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżyniera i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje. IN1A_K03 Aktywność na zajęciach M_K003 Ma świadomość potrzeby postępowania w sposób profesjonalny oraz przestrzegania zasad etyki zawodowej. Aktywność na zajęciach 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 terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Zna podstawy budowy i zasadę działania elektronicznych elementów półprzewodnikowych. Zna zasady i ograniczenia ich stosowania. Zna metodykę konstruowania podstawowych układów elektronicznych. Rozumie zasady ich działania oraz reguły dobierania właściwych parametrów pracy. Zna podstawowe sposoby analizowania stanu układów elektronicznych, symulowania ich pracy oraz przeprowadzania pomiarów laboratoryjnych / 7

3 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 Potrafi zaprojektować struktury podstawowych układów elektronicznych, dobrać wartości ich elementów składowych oraz wyznaczyć zakres dynamiczny akceptowanych sygnałów wejściowych i generowanych sygnałów wyjściowych. Potrafi przygotować model symulacyjny układu elektronicznego, wyznaczyć w sposób symulacyjny wartości panujących w nim napięć i prądów oraz uzyskać i przeanalizować przebiegi czasowe charakteryzujące pracę badanego obwodu. Potrafi posługiwać się podstawowymi przyrządami laboratoryjnymi, zestawić stanowisko pomiarowe, odczytać i przeanalizować wskazania przyrządów oraz uzyskać oscylogramy dokumentujące pracę badanego układu Kompetencje społeczne M_K001 M_K002 M_K003 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych Ma świadomość pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżyniera i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje. Ma świadomość potrzeby postępowania w sposób profesjonalny oraz przestrzegania zasad etyki zawodowej Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Dioda półprzewodnikowa Właściwości diody prostowniczej. Obwód elektryczny z diodą prostowniczą. Właściwości transformatora elektrycznego. Obwód elektryczny napięcia przemiennego z transformatorem. Jednopołówkowe prostowanie napięcia przemiennego. 3 / 7

4 Filtrowanie tętnień. Prostownik dwupołówkowy i mostka Graetza. Struktura wewnętrzna diody półprzewodnikowej. Napięcie progowe diody półprzewodnikowej. Skutki istnienia napięcia progowego. Przykłady zastosowań diod detektor szczytowy. Przykłady zastosowań diod demodulator sygnału AM. Rodzaje diod półprzewodnikowych diody polaryzowane w kierunku przewodzenia. Rodzaje diod półprzewodnikowych diody polaryzowane w kierunku zaporowym. Tranzystor unipolarny MOS Podstawowa właściwość tranzystora unipolarnego MOS. Tranzystorowy wzmacniacz transkonduktancyjny. Tranzystorowy wzmacniacz napięciowy. Składowa stała i zmienna wzmacnianego sygnału. Ograniczenia tranzystora jednokierunkowy przepływ prądu. Ograniczenia tranzystora napięcie progowe złącza bramka-źródło. Wzmacniacz transkonduktancyjny z napięciem progowym bramki. Wzmacniacz napięcie z napięciem progowym bramki. Skutki istnienia napięcia progowego. Wprowadzanie tranzystora MOS w zaakres aktywny Wprowadzane pożądanej składowej stałej do przetwarzanego sygnału. Prosty sposób wytwarzania napięcia polaryzującego tranzystor. Wstępne polaryzowanie tranzystora wprowadzanie tranzystora w zakres pracy aktywnej. Potencjometryczny układ polaryzowania tranzystora MOS. Doprowadzanie do spolaryzowanego tranzystora składowej zmiennej sygnału. Międzystopniowe sprzężenie pojemnościowe. Złożenie składowych stałych i zmiennych na wejściu i wyjściu wzmacniacza. Zakres dynamiczny sygnału wejściowego i wyjściowego. Przekroczenie dostępnego zakresu dynamicznego. Praca tranzystora MOS w układzie klucza Obwód z kluczem tranzystorowym NMOS i PMOS. Moc rozpraszana w kluczu. Symetria wykorzystywania kluczy tranzystorowych NMOS i PMOS. Praca tranzystora unipolarnego w charakterze łącznika liniowego. Ograniczenia łącznika liniowego z tranzystorem NMOS lub PMOS. Bramka transmisyjna CMOS. Multiplekser analogowy. Demultiplekser analogowy. Układ próbkująco-pamiętający. Wielokanałowy układ przetwarzania analogowo/cyfrowego. Bramki cyfrowe CMOS Struktura inwertera logicznego CMOS. Wejściowe poziomy napięciowe stanów logicznych. Dynamiczny pobór prądu przez inwerter CMOS. Struktura bramki logicznej NAND. Tworzenie bramki logicznej AND. Struktura bramki logicznej NOR. Tworzenie bramki logicznej OR. Narażenia elektrostatyczne wejść układów MOS. 4 / 7

5 Wzmacniacz operacyjny Podstawowa właściwość idealnego wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz operacyjny pracujący w charakterze komparatora. Przykład wykorzystania komparatora regulator temperatury. Wzmacniacz operacyjny pracujący w układzie wtórnika napięciowego. Wtórnik napięciowy jako separator źródła sygnału i obciążenia. Idealizowanie elementów poprzez objęcie ich pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Układ z częściowym ujemnym sprzężeniem zwrotnym wzmacniacz nieodwracający. Modyfikacje podstawowej struktury wzmacniacza nieodwracającego. Wzmacniacz odwracający i masa pozorna. Inwerter analogowy. Sumator odwracający. Sumator odwracający, wagowy, binarny/ Przetwornik cyfrowo/analogowy. Idealny układ całkujący. Idealny układ różniczkujący. Wzmacniacz różnicy sygnałów. Detektor progowy Detektor progowy bez dodatniego sprzężenia zwrotnego komparator prosty. Detektor progowy z pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego komparator z regeneracją. Sposób tworzenia detektora progowego z histerezą. Detekcja progowa sygnału zaszumionego. Odbiornik transmisji cyfrowej z histerezą. Detektor progowy z regulowanym położeniem pętli histerezy. Generator relaksacyjny Sposób tworzenia astabilnego generatora relaksacyjnego. Astabilny generator relaksacyjny. Monostabilny generator relaksacyjny. Uogólniona koncepcja generatora relaksacyjnego. Scalony uniwersalny generator relaksacyjny 555. Astabilny generator relaksacyjny z układem 555, Generator relaksacyjny z układem 555 i asymetrycznym sygnałem wyjściowym, Monostabilny generator relaksacyjny z układem 555. Generator sterowany napięciem VCO. Modulator częstotliwości FM. Pętla synchronizacji fazy - PLL Struktura pętli fazowej. Prosty detektor fazy typu I. Detektor fazy typu II z zerową różnicą fazy w stanie synchronizacji. Odtwarzanie częstotliwości zegara transmisyjnego odbieranego przebiegu binarnego. Demodulator częstotliwości FM. Powielacz częstotliwości. Syntezer częstotliwości. Ćwiczenia laboratoryjne Wprowadzenie do programu MULTISIM Przykłady zastosowania programu MultiSim do symulacji prostych obwodów elektrycznych. Sprawdzenie prawa Ohma i praw Kirchhoffa na przykładzie obwodów rezystancyjnych. 5 / 7

6 Analiza w dziedzinie czasu obwodów RC. Rezystancyjne dzielniki napięcia. Analiza w dziedzinie czasu obwodów LR. Dioda półprzewodnikowa Działanie prostownicze diody półprzewodnikowej w obwodzie elektrycznym. Prostownik jednopołówkowy z filtrem RC na wyjściu. Prostownik dwupołówkowy z układem Graetza. Detektor szczytowy. Demodulator diodowy. Ogranicznik diodowy. Tranzystor unipolarny część 1 Wyznaczenie wartości napięcia progowego tranzystora unipolarnego NMOS. Tranzystor unipolarny w układzie wzmacniacza sygnałów zmiennych. Wyznaczanie punktu pracy tranzystora unipolarnego. Tranzystor unipolarny jako łącznik liniowy. Tranzystor unipolarny część 2 Tranzystor unipolarny MOS jako klucz przełączający. Inwerter logiczny CMOS. Bramka NAND w technologii CMOS. Bramka AND w technologii CMOS. Bramka NOR w technologii CMOS. Bramka OR w technologii CMOS. Wzmacniacz operacyjny Wzmacniacz operacyjny w układzie wtórnika napięciowego. Wzmacniacz operacyjny w układzie wzmacniacza nieodwracającego. Wzmacniacz operacyjny w układzie wzmacniacza odwracającego. Wzmacniacz operacyjny jako integrator analogowy. Wzmacniacz operacyjny w układzie sumatora. Wzmacniacz operacyjny jako aktywny detektor szczytowy. Wzmacniacz operacyjny w układzie wzmacniacza różnicowego. Wzmacniacz operacyjny jako detektor progowy z histerezą. Generator relaksacyjny Generator relaksacyjny z pojedynczym wzmacniaczem operacyjnym. Generator relaksacyjny z dwoma komparatorami. Generator wykorzystujący scalony uniwersalny układ typu 555 generator astabilny i generator monostabilny. Generator sterowany napięciem VCO. Pętla synchronizacji fazowej - PLL Obserwacja synchronizowania się pętli fazowej. Dostrajanie się częstotliwości oscylatora do częstotliwości sygnału wzorcowego. Generator kontrolowany za pośrednictwem pętli fazowej. Zastosowanie pętli fazowej jako powielacza częstotliwości. Zastosowanie pętli fazowej jako podzielnika częstotliwości. Sposób obliczania oceny końcowej Ocena końcowa jest oceną uzyskaną z ćwiczeń z laboratoryjnych 6 / 7

7 Wymagania wstępne i dodatkowe Podstawowe wiadomości z elektrotechniki. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1.Praca zbiorowa pod red St. Kuty: Przyrządy półprzewodnikowe i układy elektroniczne cz. I i II", Wyd AGH, Kraków U. Tietze, Ch. Schenk: Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa J. Kalisz: Podstawy elektroniki cyfrowej. WKŁ, Warszawa B. Wilkinson: Układy cyfrowe. WKŁ, Warszawa P. Horowitz, W. Hill: Sztuka Elektroniki, WKŁ, Warszawa Ciążyński W.E.: Elektronika analogowa w zadaniach. Tom 1-8, Gliwice, WPŚl Literatura uzupełniająca 4.Gray P.R., Hurst P.J., Lewis J.H., Meyer R.G.; Analysis and design of analog integrated circuits, 4th ed., Wiley, New York Allen P.E., Holberg D.R.; CMOS Analog Circuit Design, Oxford UP, Baker R.J.: CMOS, Wiley, 3rd ed.,ieee Press, 2010 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 15 godz 10 godz 15 godz 8 godz 8 godz 56 godz 2 ECTS 7 / 7