Projektowanie ukl elektr_EiT_S2_2016

Z1-PU7
(pieczęć wydziału)
WYDANIE N1
Strona 1 z 1
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: PROJEKTOWANIE UKŁADÓW
2. Kod przedmiotu: PUE
ELEKTRONICZNYCH
3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2016/2017
4. Forma kształcenia: studia drugiego stopnia
5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA, (WYDZIAŁ AEiI)
7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność: APARATURA ELEKTRONICZNA
9. Semestr: 2, 3
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Elektroniki RAu3
11. Prowadzący przedmiot: dr inż. Andrzej Malcher, dr inż. Jerzy Fiołka, dr inż. Mirosław Magnuski
12. Przynależność do grupy przedmiotów: przedmioty dla specjalności Aparatura Elektroniczna
13. Status przedmiotu: obowiązkowy
14. Język prowadzenia zajęć: polski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Zakłada się, że przed rozpoczęciem nauki
niniejszego przedmiotu student posiada przygotowanie w zakresie: matematyki – rachunek macierzowy,
rachunek operatorowy, podstaw elektrotechniki, elementów elektronicznych, układów analogowych,
projektowania układów analogowych.
16. Cel przedmiotu:
Przedmiot jest kontynuacją i rozwinięciem przedmiotów Układy Analogowe oraz Projektowanie
Układów Analogowych realizowanych w ramach studiów I stopnia kierunku Elektronika i
Telekomunikacja.
Zasadniczym celem zajęć prowadzonych na semestrze 2 jest przedstawienie kolejnej grupy zagadnień
istotnych w procesie projektowania układów elektronicznych. W pierwszej części studenci zapoznają się
z właściwościami rzeczywistych elementów biernych (w tym magnetycznych) wykorzystywanych w
budowie urządzeń elektronicznych, a także różnych rodzajów elementów wzmacniających. Ponadto
omówione są wybrane układy przetwarzania sygnałów – m.in. pętla synchronizacji fazy oraz układy z
przełączanymi pojemnościami. Prezentowane są również metody analizy układów uwzględniające wpływ
szumów i zakłóceń a także zachowanie układów w dziedzinie czasu.
Celem zajęć laboratoryjnych i projektowych na semestrze 3 jest praktyczne opanowanie techniki
projektowania układów elektronicznych. Składa się na to zapoznanie się z działaniem nowych układów
wzmacniających oraz przetwarzających sygnały, a także realizacja projektu.
W ramach projektu studenci poznają poszczególne fazy tworzenia układu analogowego od etapu
sprecyzowania założeń projektowych, poprzez budowę i uruchamianie układu modelowego aż do
opracowania dokumentacji.
Z1-PU7
WYDANIE N1
Strona 2 z 2
17. Efekty kształcenia:1
Nr
Opis efektu kształcenia
W1
Metoda sprawdzenia
efektu kształcenia
Zna metodykę projektowania układów analogowych Egzamin
z uwzględnieniem rzeczywistych modeli elementów,
tolerancji, szumów, zakłóceń itp.
W2 Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie
Egzamin
wiedzę w zakresie projektowania układów
wzmacniających oraz pomiarowych.
U1
Potrafi zaproponować ulepszenia istniejących
Realizacja projektu
rozwiązań projektowych i modeli elementów,
układów, systemów elektronicznych.
U2
Potrafi wykorzystać modele matematyczne, metody Sprawdzian podczas
analizy oraz symulacje komputerowe w procesie
ćwiczeń
projektowania układów analogowych
U3
Potrafi opracować szczegółową dokumentację
Realizacja projektu
wyników realizacji eksperymentu, zadania
projektowego lub badawczego; potrafi
przygotować opracowanie zawierające omówienie
tych wyników
U4
Potrafi przeprowadzać pomiary układów
Realizacja ćwiczeń
analogowych i dokonywać na ich bazie ekstrakcji
laboratoryjnych
poszukiwanych parametrów
K1
potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i
Realizacja projektu
przedsiębiorczy
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
1
W. 30
Ćw. 15
L. -
W. -
Ćw. -
L. 15
P. -
Sem. 2
P. 15
należy wskazać ok. 5 – 8 efektów kształcenia
Sem. 3
Forma
prowadzenia
zajęć
Wykład,
ćwiczenia
tablicowe
Wykład,
ćwiczenia
tablicowe
Projekt
Wykład,
ćwiczenia
tablicowe
Projekt
Odniesienie
do efektów
dla kierunku
studiów
K2_W07
K2_W08
K2_U19
K2_U06
K2_U07
K2_U03
Laboratorium K2_U09
Projekt
K2_K01
Z1-PU7
WYDANIE N1
Strona 3 z 3
19. Treści kształcenia:
Wykład (Sem. 2)
1.
2.
3.
Rezystory – rodzaje, parametry katalogowe, model dla wysokich częstotliwości.
Kondensatory – rodzaje materiałów dielektrycznych i zakresy zastosowań, parametry katalogowe.
Elementy elektromagnetyczne – cewki, transformatory, podstawowe wielkości fizyczne związane z
obwodami magnetycznymi, podstawowe pojęcia (strumień, indukcja, indukcyjność, opór magnetyczny,
nasycenie), straty w transformatorze, materiały ferromagnetyczne i ich parametry katalogowe.
4. Wrażliwości w dziedzinie czasu – podstawowe zależności, sposób wyznaczania odchyłki przebiegu
odpowiedzi układu spowodowanej odchyłką parametru elementu.
5. Szumy – podstawowe pojęcia: wartość skuteczna, gęstość widmowa mocy, szum biały i modulacyjny.
Rodzaje i źródła szumów: szum cieplny, śrutowy, modulacyjny, wybuchowy, nadmiarowy.
6. Modele szumowe elementów – rezystora, diody, tranzystora bipolarnego, polowego, wzmacniacza
operacyjnego.
7. Zakłócenia w układach elektronicznych – klasyfikacja zakłóceń, sposoby eliminacji zakłóceń w zależności
od rodzaju.
8. Układy z przełączanymi pojemnościami: Wprowadzenie, historia rozwoju. Definicja układu SC. Zasada
działania rezystora SC. Klasyczne struktury rezystorów SC. Sterowanie kluczami. Przykład analizy: rezystor
szeregowy, biliniowy. Symulacje komputerowe: rezystor równoległy, filtr dolnoprzepustowy.
Przedstawienie różnych metod analizy układów SC. Przykłady analizy integratora oraz jego symulacja,
porównanie wyników. Analiza działania układów SC w dziedzinie częstotliwości. Zastosowania układów
SC. Podsumowanie. Przegląd wybranych układów scalonych wykonanych w technice SC.
9. Nowe elementy wzmacniające: Wzmacniacz transimpendacyjny (CFA): idea, cechy, opis działania.
Omówienie struktury wewnętrznej. Metody analizy układów ze wzmacniaczami CFA. Podstawowe
konfiguracje, wyprowadzenie podstawowych zależności. Uwagi praktyczne dotyczące konstruowania
układów wykorzystujących wzmacniacze CFA. Parametry rzeczywistego wzmacniacza CFA, przykładowe
wartości. Zastosowania. Omówienie wybranych układów scalonych. Wzmacniacz transkonduktancyjny
(OTA): Uproszczony schemat wzmacniacza. Przykładowe parametry. Analiza układów ze wzmacniaczami
OTA. Typowe zastosowania. Omówienie wybranych układów scalonych.
10. Pętla sprzężenia fazowego: Wprowadzenie, historia rozwoju. Rodzaje pętli fazowych. Podstawowe pojęcia:
pulsacja i częstotliwość chwilowa. Schemat układu PLL. Zasada działania. Równania pętli. Pętla w stanie
synchronizacji. Zakres chwytania i trzymania pętli. Filtry pętlowe, przykładowe realizacje. Generator
przestrajany napięciem, przykładowe realizacje. Detektor fazy, przykładowe realizacje. Zastosowania pętli:
generatory stabilizowane kwarcem, powielacz częstotliwości, dodawanie częstotliwości, modulacja fazy,
demodulacja FM i AM.
Ćwiczenia tablicowe (Sem. 2)
1.
Analiza układów liniowych z tranzystorami bipolarnymi i polowymi. Wyznaczanie punktów pracy, parametrów
małosygnałowych, transmitancji, charakterystyk częstotliwościowych, wrażliwości – uporządkowanie
wiadomości
2. Analiza układów ze wzmacniaczami operacyjnymi idealnymi i rzeczywistymi. Wyznaczanie transmitancji,
charakterystyk częstotliwościowych, wrażliwości w dziedzinie częstotliwości. Modele wzmacniacza o różnym
stopniu idealizacji.
3. Elementy magnetyczne – cewki i transformatory. Obliczanie elektrycznych parametrów cewek (takich jak
indukcyjność, prąd maksymalny) na podstawie parametrów fizycznych (takich jak przenikalność, indukcja
nasycenia, wymiary geometryczne). Właściwości transformatorów – charakterystyki częstotliwościowe
układów zawierających transformatory, transformacja impedancji.
4. Linia transmisyjna jako element analogowy. Obliczanie tłumienia oraz opóźnienia sygnału wnoszonego przez
linię, obliczanie parametrów ścieżki obwodu drukowanego jako linii transmisyjnej, linia jako transformator
impedancji.
5. Wrażliwości w dziedzinie czasu. Wyznaczanie odpowiedzi skokowej układu (powtórka); wyznaczanie zmian
odpowiedzi skokowej spowodowanych rozrzutem wartości elementów.
6. Szumy. Obliczanie wartości skutecznej napięcia szumów na wyjściu układu zawierającego źródło szumu.
Modele szumowe rezystora, tranzystora, wzmacniacza.
7. Zakłócenia. Modelowanie zakłóceń galwanicznych, pojemnościowych, magnetycznych za pomocą obwodów
RLC. Obliczanie poziomu zakłóceń. Identyfikacja rodzajów i źródeł zakłóceń i metody ograniczania ich
wpływu.
Z1-PU7
WYDANIE N1
Strona 4 z 4
Laboratorium (Sem. 3)
Tematy ćwiczeń laboratoryjnych:
1. Wprowadzenie
2. Wzmacniacz transkonduktancyjny (OTA)
3. Pętla fazowa(PLL)
4. Układy z przełączanymi pojemnościami (SC)
5. Źródła sterowane i konwertery impedancji (IC)
6. Wzmacniacze transimpendacyjne (CFA)
7. Modulacja częstotliwości (FM)
8. Kolokwium sprawdzające
Projekt (Sem. 3)
Celem przedmiotu Projekt PUE jest praktyczne doskonalenie umiejętności studentów nabytych w ramach
przedmiotu PUE I związanych z projektowaniem, testowaniem i pomiarami układów analogowych.
W ramach zajęć każdy student wykonuje projekt a następnie model wybranego układu analogowego należącego do
grupy układów podstawowych takich jak: układy wzmacniające, układy generacyjne, układy nieliniowego
przekształcania sygnałów, układy zasilania, przetworniki pomiarowe.
W ramach zajęć laboratoryjnych wykonany układ jest uruchamiany, testowany oraz dokonywane są pomiary jego
charakterystyk elektrycznych.
Proces projektowania rozpoczyna się od studium znanych rozwiązań, w ramach którego poszczególne rozwiązania
są porównywane ze względu na zadane kryteria. Po wyborze rozwiązania układowego następuje proces
projektowania układu, w którym wykorzystywana jest znajomość metod i modeli matematycznych oraz programów
symulacyjnych stosowanych w projektowaniu układów analogowych. Proces projektowania kończy się doborem
elementów i wykonaniem modelu urządzenia. W laboratorium wykonany model jest uruchomiany i testowany, a
następnie dokonywane są pomiary jego charakterystyk elektrycznych. Po dokonaniu badań wykonywane jest
sprawozdanie, w którym za pomocą obliczeń i symulacji udokumentowany jest proces projektowania, opisany jest
proces uruchomiania modelu, przedstawione są wyniki pomiarów jego parametrów elektrycznych oraz
przeprowadzane jest porównanie uzyskanych wyników i założeń projektowych. Zaliczenie uzyskuje się w formie
obrony sprawozdania.
20. Egzamin: tak (pisemny, zadania + teoria)
21. Literatura podstawowa:
1. Hasse L., Spiralski L.: Szumy elementów i układów elektronicznych, WNT, 1981.
2. Ott H. W.: Metody redukcji zakłóceń i szumów w układach elektronicznych, WNT, 1979.
3. Ferenczi O.: Zasilanie układów elektronicznych: Zasilacze impulsowe, WNT, 1989.
4. Kulka Z., Nadachowski M.: Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych, WNT 1986.
5. Pawłowski J.: Podstawowe układy elektroniczne – Wzmacniacze i generatory, WKŁ 1980.
6. Tietze U, Schenk Ch.: „Układy półprzewodnikowe”, WNT, 2009
22. Literatura uzupełniająca:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Filipkowski A.: Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe, WNT 1980.
Millman J., Halkias Ch. C.: Układy scalone analogowe i cyfrowe, WNT 1976.
Stępień S.: Poradnik konstruktora sprzętu elektronicznego, WKŁ 1981.
Bieńkowski Z.: Poradnik ultrakrótkofalowca, WKŁ, 1988.
Rich A.: Understanding interference type noise, AN-346, Analog Devices.
Rich A.: Shielding and guarding, AN-347, Analog Devices.
Z1-PU7
WYDANIE N1
Strona 5 z 5
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
Lp.
Forma zajęć
1
Wykład
2
Ćwiczenia
15 / 20
3
Laboratorium
15 / 15
4
Projekt
15 / 15
5
Seminarium
6
Inne
Suma godzin
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
30 / 5
-/- / 20
75 / 75
24. Suma wszystkich godzin: 150
25. Liczba punktów ECTS:2 5
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 3
27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 2
26. Uwagi:
Zatwierdzono:
…………………………….
…………………………………………………
(data i podpis prowadzącego)
(data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub
dyrektora jednostki międzywydziałowej)
2
1 punkt ECTS – 25-30 godzin.