Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Analogue electronic circuits 1
Course of study:
2014/2015
Code:
IET-1-306-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Golański Ryszard (golanski@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Kołodziej Jacek (jackolo@agh.edu.pl)
dr inż. Godek Juliusz (godek@agh.edu.pl)
Jasielski Jacek (jasielsk@agh.edu.pl)
Krajewski Grzegorz (krajewsk@agh.edu.pl)
mgr inż. Szyduczyński Jakub (szyduczy@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych. ET1A_K01 Test
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera – elektryka, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. ET1A_K02 Activity during classes
Skills
M_U001 Student potrafi projektować analogowe układy elektroniczne używając właściwych metod, technik i narzędzi. ET1A_U16 Test
M_U002 Student potrafi zastosować rozwiązania układowe układów elektronicznych, biorąc pod uwagę kryteria użytkowe i ekonomiczne. ET1A_U09 Test
M_U003 Student potrafi sformułować specyfikację dla prostych systemów elektronicznych a także dokonać ich weryfikacji. ET1A_U15 Test
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe rozwiązania układowe w technologii bipolarnej i CMOS typowych bloków funkcjonalnych. ET1A_W21, ET1A_W16 Examination
M_W002 Student zna zasady projektowania i analizy analogowych układów elektronicznych. ET1A_W12, ET1A_W15 Examination
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych. - + + - - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera – elektryka, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. - + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi projektować analogowe układy elektroniczne używając właściwych metod, technik i narzędzi. + + + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zastosować rozwiązania układowe układów elektronicznych, biorąc pod uwagę kryteria użytkowe i ekonomiczne. + + + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi sformułować specyfikację dla prostych systemów elektronicznych a także dokonać ich weryfikacji. + + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe rozwiązania układowe w technologii bipolarnej i CMOS typowych bloków funkcjonalnych. + + + - - - - - - - -
M_W002 Student zna zasady projektowania i analizy analogowych układów elektronicznych. + + + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (30 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (30 godzin).

Wykłady

1. Wprowadzenie. Modele tranzystorów bipolarnych i unipolarnych – 2 godziny – Modele Ebersa-Molla dla tranzystorów n-p-n i p-n-p. Parametry małosygnałowe. Model typu hybryd π dla konfiguracji OE i OB. Częstotliwości graniczne tranzystora bipolarnego. Wielkosygnałowe modele Schichmana – Hodgesa tranzystorów MOSFET. Charakterystyki wyjściowe, przejściowe, wpływ napięcia podłoże – źródło na prąd drenu. Parametry małosygnałowe. Małosygnałowy model tranzystora MOSFET. Częstotliwość graniczna fT tranzystora MOSFET. Tranzystory MOSFET z krótkim kanałem.

2. Układy zasilania tranzystorów – 3 godziny – Wybór punktu pracy tranzystora. Statyczne i dynamiczne proste robocze układów wzmacniających. Układy zasilania tranzystorów bipolarnych. Obwody zasilania tranzystorów unipolarnych. Charakterystyka obwodów zasilania w układach scalonych. Źródła stałoprądowe- lustra prądowe proste i kaskodowe na tranzystorach bipolarnych. Lustra prądowe proste i kaskodowe (w tym high swing) na tranzystorach MOSFET.

3. Wzmacniacze tranzystorowe w różnych konfiguracjach – 4 godziny – Klasyfikacja wzmacniaczy. Tworzenie schematów zastępczych wzmacniaczy. Wzmacniacze w konfiguracjach OE, OB, OC ( w tym symetryczny wtórnik emiterowy) oraz wzmacniacze w konfiguracjach OS, OG, OD (w tym symetryczny wtórnik źródłowy) w zakresie średnich częstotliwości. Wzmacniacze kaskodowe na tranzystorach bipolarnych i MOSFET. Właściwości wzmacniaczy w zakresie dużych częstotliwości. Przykładowe charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza RC w konfiguracji OE w zakresie małych częstotliwości.

4. Sprzężenie zwrotne – 2 godziny – Uwagi ogólne. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego. Wpływ sprzężenia zwrotnego na parametry robocze wzmacniaczy. Stabilność układów ze sprzężeniem zwrotnym. Przykłady wzmacniaczy z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

5. Wzmacniacze prądu stałego – 4 godziny – Wzmacniacz różnicowy – Składowa różnicowa i sumacyjna sygnału. Charakterystyki przejściowe wzmacniaczy na tranzystorach bipolarnych i tranzystorach MOSFET. Analiza małosygnałowa wzmacniaczy. Wzmacniacze z obciążeniem aktywnym. Niesymetryczne wzmacniacze różnicowe – układy: OC-OB, OD-OG. Podstawowe właściwości wzmacniaczy operacyjnych. Budowa wzmacniaczy operacyjnych. Kompensacje charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego. Szybkość narastania napięcia wyjściowego. Wzmacniacz rail-to-rail. Szerokopasmowe wzmacniacze operacyjne. Wzmacniacz transkonduktancyjny. Wzmacniacz transrezystancyjny.

6. Liniowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych – 3 godziny – Podstawowe konfiguracje wzmacniacza operacyjnego w układach wzmacniających. Układy operacyjne odejmowania i dodawania. Układy całkujące i różniczkujące. Filtry aktywne. Przykłady realizacji filtrów dolno- i górnoprzepustowych drugiego rzędu. Filtry z przełączanymi pojemnościami.

7. Wzmacniacze selektywne LC – 3 godziny – Obwody rezonansowe LC. Pojedynczy obwód rezonansowy LC. Obwody rezonansowe sprzężone. Filtry piezoelektryczne. Filtry kwarcowe. Filtry ceramiczne. Przykłady analizy jednostopniowych wzmacniaczy rezonansowych LC. Stabilność wzmacniaczy rezonansowych. Techniki realizacji wzmacniaczy selektywnych w.cz.

8. Szumy we wzmacniaczach – 2 godziny – Mechanizmy generacji szumów w elementach elektronicznych. Szumy w elementach półprzewodnikowych. Miary właściwości szumowych układów. Optymalizacja właściwości szumowych układów.

9. Prostowniki sieciowe – 2 godziny – Prostowniki sieciowe. Definicja parametrów prostowników Prostowniki jednofazowe i dwufazowe. Prostowniki trójfazowe. Prostowniki z obciążeniem rezystancyjnym, z filtrem pojemnościowym, z filtrem indukcyjnym, z filtrem pojemnościowo – indukcyjnym.

10. Stabilizatory o pracy ciągłej -2 godziny – Definicje, parametry i klasyfikacja stabilizatorów.
Stabilizatory parametryczne. Stabilizatory kompensacyjne. Układy zabezpieczeń stabilizatorów. Układy z ograniczeniem i redukcją prądu zwarcia. Zabezpieczenia nadnapięciowe. Zabezpieczenie termiczne. Monolityczne stabilizatory napięcia.

11. Zasilacze impulsowe -3 godziny – Właściwości stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Rodzaje stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Sterowane konwertery napięcia stałego z wyjściem nieizolowanym od wejścia. Konwertery napięcia stałego z wyjściem izolowanym od wejścia. Układy stabilizacyjne i zabezpieczające impulsowych stabilizatorów napięcia. Przykłady stabilizatorów impulsowych.

Auditorium classes:

Ćwiczenia audytoryjne:

1. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów dyskretnych i w układach scalonych, analiza układów zasilania z zapewnieniem żądanego stopnia stabilizacji od zmian temperatury, napięć zasilających, tolerancji elementów – 7 godzin.
2. Analiza parametrów roboczych wzmacniaczy napięciowych, projektowanie wzmacniaczy napięciowych zapewniające żądane parametry robocze – 7 godzin.
3. Obliczanie parametrów roboczych dla sygnałów różnicowego, sumacyjnego i charakterystyki przejściowej różnych struktur wzmacniacza różnicowego oraz elementów tych wzmacniaczy dla żądanych parametrów roboczych – 4 godziny.
4. Analiza i projektowanie liniowych aplikacji wzmacniacza operacyjnego, projektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej funkcję układu albo jego charakterystykę amplitudową – 4 godziny.
5. Analiza transrezystancyjnych, transkonduktancyjnych i prądowych wzmacniaczy operacyjnych i ich aplikacji – 2 godziny.
6. Analiza różnych struktur wzmacniaczy selektywnych LC i projektowanie tych wzmacniaczy z zapewnieniem żądanych parametrów roboczych – 3 godziny.
7. Analiza i projektowanie konwerterów napięcia – 3 godziny.

Laboratory classes:

Ćwiczenia laboratoryjne:

1. Projekt oraz pomiary parametrów wzmacniaczy napięciowych – 12 godzin
Dobór elementów wzmacniaczy napięciowych dla założonych parametrów roboczych z zapewnieniem maksymalnej amplitudy niezniekształconego sygnału. Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary parametrów roboczych – wzmocnienia napięciowego, wzmocnienia napięciowego skutecznego, rezystancji wejściowej, rezystancji wyjściowej, charakterystyki przejściowej i zniekształceń nieliniowych oraz charakterystyk częstotliwościowych i odpowiedzi impulsowej. Pomiary wpływu elementów wzmacniaczy na powyższe parametry i charakterystyki.
2. Pomiary parametrów różnicowych wzmacniaczy prądu stałego – 3 godziny.
Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary charakterystyki przejściowej, wzmocnienia różnicowego i sumacyjnego każdego z badanych rozwiązań układowych.
3. Projekt oraz pomiary parametrów wybranych aplikacji wzmacniacza operacyjnego – 3 godziny.
Zaprojektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej funkcję układu albo jego charakterystykę amplitudową. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów i charakterystyk zaprojektowanych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi.
4. Projekt oraz pomiary parametrów stabilizatorów napięcia działaniu ciągłym – 3 godziny – zaprojektowanie struktur układu stabilizatorów parametrycznego i kompensacyjnych w tym także z wykorzystaniem układów scalonych. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów – współczynnika stabilizacji napięcia, współczynnika tłumienia tętnień, rezystancji wyjściowe metodą statyczną i impulsową oraz charakterystyki wyjściowej badanych rozwiązań układowych.
5. Pomiary parametrów wzmacniaczy selektywnych – 3 godziny. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary charakterystyki amplitudowej, pasma, współczynnika prostokątności i dobroci badanych rozwiązań układowych.
6. Projekt i pomiary konwertera napięcia i stabilizatora impulsowego z modulacją szerokości impulsów – 3 godziny.
Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary prądów i napięć przy różnych obciążeniach oraz charakterystyk wyjściowych.
7. Podsumowanie – 3 godziny.
Samodzielne wykonanie przez każdego studenta fragmentu jednego z wykonywanych ćwiczeń laboratoryjnych.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 160 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Participation in lectures 28 h
Realization of independently performed tasks 28 h
Participation in laboratory classes 14 h
Preparation for classes 14 h
Participation in auditorium classes 28 h
Preparation for classes 28 h
Contact hours 10 h
Contact hours 10 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

1.Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium, ćwiczeń oraz egzaminu.
2.Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (30%), ćwiczeń (30%) i egzaminu (40%) uzyskanych we wszystkich terminach.
3.Wyznaczmy 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 OK:=3

Prerequisites and additional requirements:

·Znajomość podstaw teorii
·Znajomość podstaw teorii półprzewodnikowej oraz elementów elektronicznych
·Znajomość metod analizy funkcji jednej zmiennej, rachunku różniczkowego oraz macierzowego, liczby zespolone.
·Umiejętność wykonywania pomiarów elektrycznych w zakresie napięć i prądów, stałych i zmiennych.
·Umiejętność zastosowania generatora sygnałów oraz oscyloskopu w pomiarach elektrycznych.

Recommended literature and teaching resources:

Literatura podstawowa
1.Praca zbiorowa pod red St. Kuty: Przyrządy półprzewodnikowe i układy elektroniczne cz. I i II", Wyd AGH, Kraków 2000.
2.Baranowski J., Nosal Z.: “Układy elektroniczne cz. I i cz. II”, WNT, Warszawa, 1998
3.Ciążyński W.E.: Elektronika analogowa w zadaniach. Tom 1-8, Gliwice, WPŚl 2010.
4.U. Tietze, Ch. Schenk: „Układy półprzewodnikowe”, WNT, Warszawa 2009
5.A. Filipkowski, “Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe”, WNT Warszawa 2006
6.Z. Nosal, J. Baranowski, “Układy elektroniczne cz. 1; układy analogowe liniowe”, WNT Warszawa 2003
7. P. Horowitz, W.Hill, “Sztuka elektroniki”, WKiŁ Warszawa, wyd. 9, 2009

Literatura uzupełniająca
1.Gray P.R., Hurst P.J., Lewis J.H., Meyer R.G.; Analysis and design of analog integrated circuits, 4th ed., Wiley, New York 2001.
2.Allen P.E., Holberg D.R.; “CMOS Analog Circuit Design”, Oxford UP, 2002
3.Baker R.J.: “CMOS”, Wiley, 3rd ed.,IEEE Press, 2010

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:
A comparative study of integrated CMOS filters for non-uniform sampling Delta Modulators / Ryszard GOLAŃSKI, Juliusz GODEK, Jacek KOŁODZIEJ, Witold MACHOWSKI, Stanisław KUTA // W: Recent advances in CIRCUITS, SYSTEMS and SIGNALS : international conference on Circuits, Systems, Signals (CSS) : Malta : September 15–17, 2010. — [S. l.] : WSEAS Press, cop. 2010. — (International Conference on Circuits, Systems and Signals – Proceedings ; ISSN 1792-4324). — ISBN 978-960-474–226-4. — S. 349–352. — Bibliogr. s. 352, Abstr.

Publikacja zarejestrowana w bazie Web of Science.
punktacja MNiSW (wg wykazu z 2012): 10,0
Adaptive nonuniform sampling delta modulation – practical design studies / Ryszard GOLAŃSKI, Jacek KOŁODZIEJ // WSEAS Transactions on Circuits and Systems ; ISSN 1109-2734. — 2010 vol. 9 iss. 10 s. 617–626. — Bibliogr. s. 625–626, Abstr.
punktacja MNiSW (wg wykazu z 2014): 10,0
A concept of a self-powering heat meter — Koncepcja samo-zasilającego się licznika energii cieplnej / Piotr DZIURDZIA, Witold MACHOWSKI, Jacek STĘPIEŃ, Jacek KOŁODZIEJ, Ryszard GOLAŃSKI // Przegląd Elektrotechniczny = Electrical Review / Stowarzyszenie Elektryków Polskich ; ISSN 0033-2097. — 2013 R. 89 nr 12, s. 33–36. — Bibliogr. s. 36, Abstr., Streszcz.
punktacja (lista B czasopism MNiSW, 2013): 10.000

Estymacja produkcji energii elektrycznej małej elektrowni wiatrowej na bazie mapy wietrzności — Estimation of electricity power production by small wind plants based on wind atlas / Jacek OSTROWSKI, Jacek KOŁODZIEJ, Ryszard GOLAŃSKI, Ireneusz SOLIŃSKI, Jacek STĘPIEŃ // Pomiary, Automatyka, Kontrola / Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich. Sekcja Metrologii, Polskie Stowarzyszenie Pomiarów Automatyki i Robotyki POLSPAR ; ISSN 0032-4140. — 2012 vol. 58 nr 12, s. 1048–1052. — Bibliogr. s. 1052, Streszcz., Abstr.. — Ireneusz Soliński – afiliacja: Akademia Górniczo-Hutnicza

punktacja (lista B czasopism MNiSW, 2012): 7.000
Precise time distribution and time synchronized transmission aspects in the Industrial Ethernet networks — Dystrybucja precyzyjnego sygnału zegarowego oraz synchronizacja transmisji w przemysłowych sieciach Ethernet / Jacek STĘPIEŃ, Jacek KOŁODZIEJ, Piotr DZIURDZIA, Witold MACHOWSKI, Ryszard GOLAŃSKI // Przegląd Elektrotechniczny = Electrical Review / Stowarzyszenie Elektryków Polskich ; ISSN 0033-2097. — 2013 R. 89 nr 12, s. 37–40. — Bibliogr. s. 40, Abstr., Streszcz.
punktacja (lista B czasopism MNiSW, 2013): 10.000
System automatyki budynkowej z interfejsami ZigBee — Simple intelligent building system with ZigBee communication units / Jacek STĘPIEŃ, Jacek KOŁODZIEJ, Jacek OSTROWSKI, Ryszard GOLAŃSKI // Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania (Warszawa) ; ISSN 0033-2089. — Tytuł poprz.: Przegląd Elektroniki. — 2012 R. 53 nr 12, s. 116–120. — Bibliogr. s. 120, Streszcz., Summ.. — tekst: http://www.sigma-not.pl/download.do?mode=sps&id=73378
punktacja (lista B czasopism MNiSW, 2012): 6.000

Additional information:

None