Nazwa modułu: Podstawy elektroniki i energoelektroniki 2 Rok akademicki: 2016/2017 Kod: EEL-1-504-n Punkty ECTS: 7 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnika Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 5 Strona www: https://upel.agh.edu.pl/wiet Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Golański Ryszard (golanski@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr hab. inż. Golański Ryszard (golanski@agh.edu.pl) dr Sapor Maria (sapor@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 Student ma podstawową wiedzę w zakresie budowy i działania półprzewodnikowych elementów i prostych układów energoelektronicznych oraz stosowania aparatu matematycznego do analizy i opisu modeli tych elementów i układów EL1A_W01 Egzamin, Wykonanie ćwiczeń, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_W002 Student zna i rozumie działanie podstawowych układów cyfrowych i analogowych oraz ma wiedzę praktyczną w zakresie pomiarów i obliczeń podstawowych parametrów układów elektronicznych i energoelektronicznych. EL1A_W09 Egzamin, Wykonanie ćwiczeń, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych Umiejętności M_U001 Student potrafi tworzyć modele elementów i prostych układów elektronicznych i energoelektronicznych oraz przeprowadzać analizę zarówno stało- jak i zmiennoprądową tych układów, a także rysować przebiegi czasowe EL1A_U15 Egzamin, Wykonanie ćwiczeń, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_U002 Student umie analizować i projektować układy elektroniczne i energoelektroniczne i układy pomiarowe do mierzenia ich parametrów oraz opracowywać wyniki. EL1A_U15 Egzamin, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Wykonanie ćwiczeń Kompetencje społeczne 1 / 6
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych EL1A_K01 Egzamin, Zaangażowanie w pracę zespołu M_K002 ma świadomość pozatechnicznych aspektów i skutki działalności inżyniera elektryka, w tym jej wpływu na środowisko i związaną z tym odpowiedzialnością za podejmowane decyzje EL1A_K02 Egzamin, Udział w dyskusji, Zaangażowanie w pracę zespołu 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 Umiejętności M_U001 M_U002 Student ma podstawową wiedzę w zakresie budowy i działania półprzewodnikowych elementów i prostych układów energoelektronicznych oraz stosowania aparatu matematycznego do analizy i opisu modeli tych elementów i układów Student zna i rozumie działanie podstawowych układów cyfrowych i analogowych oraz ma wiedzę praktyczną w zakresie pomiarów i obliczeń podstawowych parametrów układów elektronicznych i energoelektronicznych. Student potrafi tworzyć modele elementów i prostych układów elektronicznych i energoelektronicznych oraz przeprowadzać analizę zarówno stało- jak i zmiennoprądową tych układów, a także rysować przebiegi czasowe Student umie analizować i projektować układy elektroniczne i energoelektroniczne i układy pomiarowe do mierzenia ich parametrów oraz opracowywać wyniki. Kompetencje społeczne 2 / 6
M_K001 M_K002 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych ma świadomość pozatechnicznych aspektów i skutki działalności inżyniera elektryka, w tym jej wpływu na środowisko i związaną z tym odpowiedzialnością za podejmowane decyzje Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Wzmacniacze mocy - 3 godz. Klasyfikacja, podział, parametry wzmacniaczy mocy. Klasy pracy (A, B, AB, D) i podstawowe rozwiązania układowe wzmacniaczy mocy. Scalone układy wzmacniaczy mocy typowe podzespoły i schematy aplikacyjne. Ogólne zasady projektowania. Klucze w energoelektronice -2 godz. Klucze w energoelektronice (diody półprzewodnikowe, bipolarne tranzystory mocy, tranzystory mocy MOSFET, tyrystory, tranzystory bipolarne z izolowaną bramką IGBT i inne. statyczne i dynamiczne właściwości poszczególnych rodzajów kluczy i ich aplikacje. Zasilacze impulsowe - 6 godz Konwertery napięcia stałego. Klasyfikacja i parametry stabilizatorów impulsowych. Rozwiązania układowe stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Sterowane układy stabilizacyjne i zabezpieczające impulsowych stabilizatorów napięcia (modulatory impulsowe PWM, PDM). Scalone układy stabilizatorów impulsowych:typowe podzespoły i schematy aplikacyjne. Przetworniki DC DC, falowniki - 5 godz Przetworniki DC DC (podział, półprzewodnikowe łączniki i przerywacze prądu stałego, rozwiązania układowe). Falowniki (klasyfikacja i podział, przykłady rozwiązań układowych). Modelowanie i symulacja układów energoelektronicznych (uniwersalne programy symulacyjne) Ćwiczenia laboratoryjne 1. Badanie charakterystyk i pomiary parametrów tranzystor bipolarny tranzystor bipolarny (zdejmowanie charakterystyk wejściowych,przejściowych i wyjściowych.interpretacja charakterystyk. Wyznaczanie rwe, rwy i współczynnika wzmocnienia prądowego.(2h) 2. Obserwacja przebiegów i pomiary parametrów wzmacniacza RC Wzmacniacz RC: pomiary punktu pracy, obserwacja przebiegów sinusoidalnych w poszczególnych punktach wzmacniacza, pomiary parametrów zmiennoprądowych(ku i kus, fd, fg rwe, rwy.)(2h) 3. Badanie podstawowych aplikacji wzmacniaczy operacyjnych Obserwacja i pomiar charakterystyk przejściowych i czasowych, pomiar podstawowych 3 / 6
parametrów zmiennoprądowych i dynamicznych wzmacniaczy operacyjnych w zastosowaniach liniowych i nieliniowych: wzmacniacz odwracający i nieodwracający, sumator,układ całkujący, różniczkujący, wtórnik, układ Schmitta.(2h) 4. Wzmacniacze mocy i sprzężenia zwrotne Obserwacja przebiegów czasowych w różnych punktach wzmacniacza komplementarnego z przedwzmacniaczem. Obserwacja zniekształceń skrośnych, pomiar mocy i wyznaczanie sprawności. (2h) Badanie kluczy MOS 5. Klucze MOS (obserwacje przebiegów czasowych przełączania kluczy sygnałem prostokątnym. Pomiar parametrów statycznych i dynamicznych. (2h) 6. Badanie zasilaczy impulsowych Obserwacje przebiegów w rożnych punktach układu zasilacza stabilizowanego i niestabilizowanego. Pomiary charakterystyki od zmian napięcia wejściowego i od zmian obciążenia. Wyznaczanie sprawności i współczynników stabilizacji.(2h) Ćwiczenia audytoryjne 1. Wzmacniacze RC a)na tranzystorach bipolarnych npn wyznaczanie punktu pracy wzmacniacza RC w konfiguracji OE z dzielnikiem potencjometrycznym i stabilizacją za pomocą rezystora w emiterze, wyznaczanie maksymalnych wartości niezniekształconego napięcia wyjściowego oraz określanie jaki zakres wartości może przyjmować rezystancja przy kolektorze RC dla niezmienionych wartości (ECC, RB), aby tranzystor pozostawał w stanie aktywnym na przykładzie układu z wymuszonym prądem bazy, analiza schematu zastępczego zmiennoprądowego wzmacniacza napięciowego RC, wyznaczanie wzmocnienia napięciowego, prądowego, rezystancji wejściowej i wyjściowej wzmacniaczy RC na podstawie uproszczonego modelu zastępczego typu hybryd π b)na tranzystorach MOSFET N-MOS z kanałem indukowanym analiza schematu ideowy przykładowej polaryzacji wzmacniacza RC na tranzystorach MOSFET (graficzne wyznaczanie punktu pracy) analiza schematu zastępczego zmiennoprądowego wyznaczanie wzmocnienia napięciowego i rezystancji wyjściowej dla wzmacniacza RC na podstawie uproszczonego modelu zastępczego typu hybryd π. 2. Wzmacniacze operacyjne wyznaczanie transmitancji napięciowej (wzmocnienia napięciowego) i rezystancji wejściowej wzmacniacza idealnego pracującego w układzie odwracającym i nieodwracającym. analiza wpływu nieidealności wzmacniacza operacyjnego na jego pracę w układzie aplikacyjnym, dobór elementów pętli sprzężenia zwrotnego. Zasada działania i układy aplikacyjne kompensacji offsetu dla konfiguracji odwracającej i nieodwracającej. dobór elementów pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza w celu realizacji przez niego zadanej funkcji (sumowanie, odejmowanie, wzmacniacz logarytmujący, ogranicznik napięcia). 3. Stabilizatory analiza kompensacyjnego stabilizatora napięcia o działaniu ciągłym (szeregowy element regulacyjny, ogranicznik prądu, układ z zabezpieczeniem nadnapięciowym). 4 / 6
wyznaczanie parametrów (współczynnik stabilizacji napięcia, różniczkowa rezystancja wyjściowa, temperaturowy współczynnik stabilizacji napięcia) analiza aplikacji stabilizatorów trzynóżkowych (np. serii 78xx, 79xx oraz LM317, LM337). Zasady doboru elementów zewnętrznych. 4. Zasilacze stabilizowane wyznaczanie wartości pojemności kondensatora filtrującego prostownika (przy określonych wartościach współczynnika tętnień i prądu wyjściowego) zasilacza transformatorowego. analiza matematyczna i przebiegi czasowe schematów wybranych układów konwerterów dc-dc (obniżającego step-down, podwyższającego napięcie step-up oraz odwracającego polaryzację napięcia stałego na wyjściu polarity-converting) jako elementów zasilaczy impulsowych. analiza pracy układu stabilizatora impulsowego na przykładzie układu z szeregowym połączeniem klucza tranzystorowego i cewki z obciążeniem. ( aplikacja z TPS5450 lub TL494), dobór startowej częstotliwości przebiegu przełączającego, wyznaczanie współczynników stabilizacji (od napięcia wejściowego oraz od obciążenia), oszacowywanie sprawności. Sposób obliczania oceny końcowej 1.Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium, ćwiczeń tablicowych oraz egzaminu. 2.Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (30%), ćwiczeń tablicowych (30%) i egzaminu (40%). Wyznaczamy ocenę końcową na podstawie zależności: if sr>4.75 then OK:=5.0 else if sr>4.25 then OK:=4.5 else if sr>3.75 then OK:=4.0 else if sr>3.25 then OK:=3.5 else if sr>2.75 then OK:=3.0 else if sr2.76 then OK:=2.0 3.Aktywność na wykładach w połączeniu z pozytywnymi ocenami z laboratorium, ćwiczeń tablicowych oraz egzaminu uzyskanymi w pierwszym terminie umożliwia podniesienie oceny o 0.5. Wymagania wstępne i dodatkowe Rachunek różniczkowy i całkowy, liczby zespolone. Podstawowe wiadomości z elektrotechniki. Zalecana literatura i pomoce naukowe Elementy i układy elektroniczne, pod red. St. Kuta; t.1, 2. Kraków AGH 2000. 1.Praca zbiorowa pod red St. Kuty: Przyrządy półprzewodnikowe i układy elektroniczne cz. I i II", Wyd AGH, Kraków 2000. 2. U. Tietze, Ch. Schenk: Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 2009 3. J. Kalisz: Podstawy elektroniki cyfrowej. WKŁ, Warszawa 2007 4. B. Wilkinson: Układy cyfrowe. WKŁ, Warszawa 2000 5. P. Horowitz, W. Hill: Sztuka Elektroniki, WKŁ, Warszawa 2009 6.Ciążyński W.E.: Elektronika analogowa w zadaniach. Tom 1-8, Gliwice, WPŚl 2010. Literatura uzupełniająca S. Januszewski, A. Pylak, M. Rosnowska Nowaczyk, H. Świątek, Energoelektronika, WSiP, 2004. K. Krykowski, Energoelektronika,WPŚ, Gliwice 2007. M. Nowak, R. Barlik, Poradnik inżyniera energoelektronika, WNT, 1998 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 5 / 6
Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Udział w wykładach Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 74 godz 10 godz 2 godz 48 godz 12 godz 12 godz 12 godz 16 godz 186 godz 7 ECTS 6 / 6