Układy Elektroniczne w Aparaturze Pomiarowej Plik

(pieczęć wydziału)
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: UKŁADY ELEKTRONICZNE W APARATURZE
2. Kod przedmiotu:
POMIAROWEJ
3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2012/2013
4. Forma kształcenia: studia drugiego stopnia
5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: AUTOMATYKA I ROBOTYKA; WYDZIAŁ AEiI
7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność: Systemy pomiarowe
9. Semestr: 2, 3
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Elektroniki; RAu2
11. Prowadzący przedmiot: dr hab. inż. Zbigniew Rymarski
12. Przynależność do grupy przedmiotów: przedmioty specjalnościowe
13. Status przedmiotu: obowiązkowy
14. Język prowadzenia zajęć: polski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: podstawowe wiadomości z zakresu
elektrotechniki, podstaw elektroniki oraz układów elektronicznych analogowych i cyfrowych.
16. Cel przedmiotu: Celem przedmiotu jest nabycie umiejętności i uzyskanie kompetencji obejmujących
działanie i metody analizy analogowych i analogowo-cyfrowych układów elektronicznych stosowanych
w sprzęcie kontrolno-pomiarowym łącznie z systemami ciągłego i impulsowego zasilania. Po odbyciu
ćwiczeń tablicowych i laboratoryjnych studenci powinni posiąść umiejętność przeprowadzenie analizy
działania tych układów i weryfikacji wyników uzyskanych na drodze pomiarowej, a także umiejętność
projektowania wybranych układów elektronicznych
17. Efekty kształcenia:
Nr
Opis efektu kształcenia
EP
W
EP
W
K_W2/3
EP
W
SP, CL, PS
C
K_W2/3;
W5/2; W6/1
K_U8/2
SP, CL, PS
C
K_U23/2
U3
Zna podstawowe zagadnienia dotyczące
projektowania i wykonania układów elektronicznych
Zna zagadnienia dotyczące zasilania urządzeń
elektronicznych
Zna konstrukcję elektronicznych układów
współpracujących z czujnikami pomiarowymi
Potrafi zaprojektować i obliczyć parametry
liniowych i nieliniowych układów ze
wzmacniaczami operacyjnymi
Potrafi zaprojektować układ zasilający urządzenie
elektroniczne
Potrafi zaprojektować aktywny filtr RC
Odniesienie
do efektów
dla kierunku
studiów
K_W2/3
SP, CL, PS,
C
K1
Potrafi pracować w zespole
CL
L
K_U23/2;
U14/1
K_K3/3
W1
W2
W3
U1
U2
Metoda sprawdzenia
efektu kształcenia
Forma
prowadzenia
zajęć
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
W. 30, Ćw. 15,
L. 15
19. Treści kształcenia:
WYKŁAD
1. Informacje wstępne o układach elektronicznych w aparaturze pomiarowej. Techniki prowadzenia ścieżek, doboru
oraz rozmieszczania elementów na płytach drukowanych z układami pomiarowymi. Projektowanie płyt
drukowanych z układami cyfrowymi z uwzględnieniem problematyki kompatybilności elektromagnetycznej.
2. Problematyka zasilania urządzeń elektronicznych. Przetwarzanie mocy. Parametry, jakie muszą spełniać układy
zasilające napięcia stałego i zmiennego w świetle obowiązujących norm.
3. Prostowniki i filtry sieciowe. Liniowe układy zasilające – stabilizatory. Stabilizatory o niskim spadku napięcia „low
drop”.
4. Stabilizatory impulsowe obniżające, podwyższające i odwracające napięcie. Typowe układy komercyjne.
5. Zasada działania i pożadane cechy impulsowych inwerterów (falowników) napięcia pracujących w systemach UPS.
Modulacja sinusoidalna PWM. Inwertery wielopoziomowe. Filtry wyjściowe falowników. Idea sterowania 3fazowymi inwerterami. Problem pracy z nieliniowymi obciążeniami, typowymi w sprzęcie komputerowym.
6. Aktywne filtry mocy – problem korekcji współczynnika mocy. Problematyka cyfrowego sterowania silnikami
indukcyjnymi (DMC). Sterowanie wektorem przestrzennym – SVM w dwu- i trzypoziomowych inwerterach.
7. Wzmacniacze przyrządowe: podstawowe typy wzmacniaczy ze wzmacniaczami operacyjnymi, projektowanie,
wpływ parametrów, elementów pasożytniczych i montażowych na dokładność.
8. Wzmacniacze z izolacją galwaniczną i ich zastosowanie w układach pomiarowych.
9. Filtry analogowe: filtry pasywne LC i RC. Filtry aktywne RC. Charakterystyki i parametry filtrów w dziedzinie
częstotliwości i czasu.
10. Podstawy projektowania filtrów aktywnych RC. Normalizacja i denormalizacja charakterystyk i transmitancji
filtrów. Projektowanie filtrów aktywnych RC z wykorzystaniem tablic projektowych. Filtry SC. Wykorzystanie
transformacji Tutsina przy prostym przekształcaniu filtrów analogowych 2 rzędu w dyskretne IIR.
11. Komparatory analogowe: budowa, parametry, dokładność. Analogowe układy przekształcające: prostowniki
operacyjne, układy mnożące, logarytmujące i delogarytmujące. Pomiar wartości skutecznej przebiegu
niesinusoidalnego.
12. Układy elektroniczne i czujniki do pomiaru prądu, temperatury, prędkości przepływu gazu, ciśnienia i wilgotności.
13. Przełączniki analogowe, przełączniki analogowe scalone, multipleksery i demultipleksery. Układy próbkująco pamiętające: podstawowe typy i sposoby realizacji. Parametry układu S/H.
14. Przetworniki AC i CA. Podstawowe rodzaje i charakterystyki. Błędy statyczne i dynamiczne przetworników.
Odporność na zakłócenia.
15. Proces produkcyjny układów elektronicznych, metodyka projektowania DFM, program 6-sigma. Rzeczywiste
parametry biernych elementów elektronicznych. Elektryczne i mechaniczne podzespoły urządzeń
elektronicznych: złącza, podstawki i elementy pośredniczące, radiatory, wentylatory, zespoły chłodzące,
obudowy.
ĆWICZENIA
1. Analiza układów wzmacniających ze wzmacniaczami operacyjnymi. Analiza układów liniowych za pomocą
macierzy admitancyjnych. Wyznaczanie podstawowych parametrów układów z idealnymi wzmacniaczami
operacyjnymi.
2. Parametry i charakterystyki filtrów aktywnych RC. Normalizacja i denormalizacja charakterystyk i transmitancji
filtrów. Wyznaczanie parametrów w dziedzinie czasu i częstotliwości na przykładzie filtru dolnoprzepustowego I
rzędu. Projektowanie filtrów aktywnych RC z wykorzystaniem tablic projektowych.
3. Analiza podstawowych typów sekcji bikwadratowych: z pojedynczym dodatnim sprzężeniem zwrotnym i
wielokrotnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Projektowanie filtrów kaskadowych wyższych rzędów.
4. Analiza układu przekształcającego statycznie i dynamicznie na przykładzie układu aproksymacji odcinkowej i
integratora odwracającego na wzmacniaczu operacyjnym.
5. Analiza układów z przełączanymi pojemnościami: symulacja rezystancji w układach z przełączanymi
pojemnościami, filtr SC I rzędu, integrator SC.
6. Projektowanie układów z przetwornikami AC i CA: dobór filtru antyaliasingowego i wygładzającego, dobór układu
próbkująco-pamiętającego, wyznaczanie rozdzielczości i dokładności przetwornika AC i CA.
LABORATORIUM
1. Układy prostownicze jedno- i dwupołówkowe. Powielacze napięcia. Obserwacje przebiegów czasowych i pomiar
charakterystyk zewnętrznych.
2. Ciągłe i impulsowe stabilizatory napięcia. Pomiar parametrów i charakterystyk.
3. Klucze półprzewodnikowe diodowe i tranzystorowe, obserwacja charakterystyk przełączania, pomiar tłumienia.
4. Wzmacniacz przyrządowy: badanie wzmacniacza przyrządowego z jednym, dwoma i trzema wzmacniaczami
operacyjnymi. Wyznaczanie wzmocnień i współczynnika tłumienia sygnału wspólnego, zdejmowanie
charakterystyk statycznych wzmacniacza.
5. Układy przekształcające statycznie i dynamicznie. Badanie oscyloskopowe układu RC i CR dla różnych
stosunków stałej czasowej obwodu i okresu ciągu impulsów prostokątnych, badanie układu odtwarzania
składowej stałej.
6. Przetworniki CA.
7. Programowalne układy analogowe lub falowniki napięcia (zależnie od wyboru przez prowadzących, ćwiczenie
laboratoryjne mające charakter pokazu).
20. Egzamin: tak
21. Literatura podstawowa:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe. WNT, Warszawa 1996/2009
Kulka Z., Nadachowski M.: Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych. WNT, Warszawa 1986
Nowak M., Barlik R.: Poradnik inzyniera energoelektronika. WNT, Warszawa 1998
Stranneby D.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. BTC, Warszawa 2004
Ciążyński W.: Elektronika analogowa w zadaniach. Tom 1 – 7. Wyd. PKJS, Gliwice 2009 – 2010
Zioło K. (red.): Laboratorium elektroniki I. Wyd. Pol. Śl., Gliwice 2003
Zioło K. (red.): Laboratorium elektroniki II. Wyd. Pol. Śl., Gliwice 2003
22. Literatura uzupełniająca:
Filipkowski A: Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe. WNT, Warszawa 2006
Charoy A.: Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych. WNT, Warszawa 2000
Zakłócenia w aparaturze elektronicznej. Radioelektronik Sp. z o.o., Warszawa 1995
Nawrocki W.: Komputerowe systemy pomiarowe. WKŁ, Warszawa 2002
Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika. WNT, Warszawa 1994
Rymarski Z.: Jednofazowe i trójfazowe inwertery napięcia stosowane w systemach UPS. Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010
7. Marciniak W.: Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone. WNT, Warszawa 1993
8. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki, cz. 1 i 2. WKŁ, Warszawa 1997
9. Sutkowski T.: Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną. Oficyna Wydawnicza REM Script
Sp z o.o., Warszawa 2007
10. Wiatr J., Miegoń M.: Zasilacze UPS oraz baterie akumulatorów w układach zasilania gwarantowanego. Dom
Wydawniczy Medium, Zeszyty dla Elektryków Nr 4, Warszawa 2008
11. Smith S. W.: The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing . California Technical Publishing
San Diego, California Second Edition, 1999
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Lp.
Forma zajęć
1
Wykład
2
Ćwiczenia
15/15
3
Laboratorium
15/25
4
Projekt
/
5
Seminarium
/
6
Inne
5/10
Suma godzin
65/55
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
30/5
24. Suma wszystkich godzin: 120
25. Liczba punktów ECTS: 4
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego 2
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)