Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Circuits and Signals Theory
Course of study:
2018/2019
Code:
JIS-1-309-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Applied Computer Science
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Idzik Marek (idzik@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. inż. Idzik Marek (idzik@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Świentek Krzysztof (swientek@agh.edu.pl)
dr inż. Fiutowski Tomasz (tomasz.fiutowski@agh.edu.pl)
Module summary

Powuższe zajęcia powinny umożliwić studentowi poznanie podstaw teorii obwodów i sygnałów.

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 potrafi zaprezentować się na forum grupy IS1A_K01 Participation in a discussion
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować prosty filtr o zadanym typie charakterystyk częstotliwościowych. Student potrafi wyliczyć i narysować charakterystyki częstotliwościowe układu IS1A_U03, IS1A_U01 Test,
Activity during classes
M_U002 Student potrafi przeprowadzić analizę liniowego obwodu elektycznego tak w stanie ustalonym jak i nieustalonym, przy uzyciu odpowiednich narzędzi matematycznych IS1A_U01 Test,
Activity during classes
Knowledge
M_W001 Student dysponuje wiedzą na temat działania wzmacniacza operacyjnego oraz podstaw filtracji sygnału. Student zna podstawowe zjawiska zachodzące w układach o elementach rozproszonych. IS1A_W01, IS1A_W05 Test,
Activity during classes
M_W002 Student zna podstawowe metody analizy liniowych obwodów elektrycznych. IS1A_W01, IS1A_W05 Test,
Activity during classes
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 potrafi zaprezentować się na forum grupy - + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować prosty filtr o zadanym typie charakterystyk częstotliwościowych. Student potrafi wyliczyć i narysować charakterystyki częstotliwościowe układu + + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi przeprowadzić analizę liniowego obwodu elektycznego tak w stanie ustalonym jak i nieustalonym, przy uzyciu odpowiednich narzędzi matematycznych + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student dysponuje wiedzą na temat działania wzmacniacza operacyjnego oraz podstaw filtracji sygnału. Student zna podstawowe zjawiska zachodzące w układach o elementach rozproszonych. + + - - - - - - - - -
M_W002 Student zna podstawowe metody analizy liniowych obwodów elektrycznych. + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Tematyka

WYKLADY 15 godz.

Wstęp do analizy liniowych obwodów elektrycznych . Prawo Ohma, prawa Kirchoffa, źródło napięcia, źródło prądu, zasada Tevenina, zasada Nortona, zasada superpozycji.
Metody analizy liniowych obwodów elektrycznych. Metoda prądów oczkowych i napięć węzłowych – 2 godz.
Analiza stanów ustalonych w obwodach z wymuszeniem sinusoidalnym. Elementy zmiennoprądowe: kondensator, cewka. Metoda liczb zespolonych.
Analiza częstotliwościowa, charakterystyki Bodego, układy RC i CR.
Wprowadzenie do transformata Laplace’a. Własności transformaty Laplace’a. Przekształcenie odwrotne Laplace’a, metoda residuów.
Zastosowanie transformaty Laplace’a w analizie linowych obwodów elektrycznych. Prawa Kirchoffa w postaci operatorowej.
Wzmacniacze operacyjne. Idealny wzmacniacz operacyjny, wzmacniacz odwracający, nieodwracający, sumujący, odejmujący, całkujący, rożniczkujący. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego.
Filtracja sygnału, analogowe filtry bierne i aktywne, dolno i górnoprzepustowe. Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych. Filtry aktywne, rodzaje i własności filtrów.
Wprowadzenie do układów rozproszonych (linii długiej), parametry linii długiej, równania linii długiej, impedancja charakterystyczna, linia bezstratna i stratna.

Auditorium classes:
Tematyka

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE 28 godz.

1. Podstawy liniowych obwodów elektrycznych
Efekty kształcenia:
student potrafi napisać i rozwiązać komplet równań Kirchoffa
student potrafi wykorzystać zasadę superpozycji, Tevenina i Nortona przy analizie obwodu elektrycznego
student potrafi analizować obwody z napięciowymi i prądowymi źródłami sterowanymi

2. Metoda prądów oczkowych i potencjałów węzłowych
Efekty kształcenia:
student potrafi sformułować problem obwodu elektrycznego w postaci macierzy prądów oczkowych, bądź macierzy potencjałów węzłowych
student potrafi przeanalizować postawiony macierzowo problem i wyliczyć poszukiwane zmienne

3. Analiza układów z wykorzystaniem metody liczb zespolonych
Efekty kształcenia:
student potrafi zastosować metodę liczb zespolonych do analizy podstawowych problemów elektrotechniki zawierających elementy R, L, C,
student potrafi zinterpretować w dziedzinie czasu otrzymany wynik zespolony (moduł, faza)
student potrafi zastosować metodę liczb zespolonych do wyliczenia charakterystyk częstotliwościowych układu elektrycznego,
student potrafi narysować charakterystyki Bodego

4. Idealne wzmacniacze operacyjne
Efekty kształcenia:
student potrafi przeanalizować układy zawierające idealne wzmacniacze operacyjne,
student potrafi zastosować wzmacniacz operacyjny w celu dokonania operacji na sygnałach (dodawanie, odejmowanie, etc…)

5. Zastosowanie transformaty Laplace’a w analizie stanów nieustalonych i filtrów
Efekty kształcenia:
student potrafi sformułować zagadnienie obwodu elektrycznego w dziedzinie transformaty Laplace’a
student potrafi zastosować poznane wcześniej metody analizy obwodów liniowych do analizy obwodów w dziedzinie transformaty Laplace’a
student potrafi wykonać analizę zagadnienia w dziedzinie transformaty Laplace’a
student potrafi obliczyć odwrotną transformatę Laplace’a
student potrafi przeanalizować układy podstawowe układy filtrów aktywnych opartych na wzmacniaczach operacyjnych

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 85 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 15 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Participation in auditorium classes 30 h
Preparation for classes 30 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena z ćwiczeń rachunkowych “C” jest oceną końcową “OK” z przedmiotu.

OK = C

Ocena końcowa liczona jest jako średnia ważona z wszystkich terminów.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość równań Kirchoffa i podstawowych zagadnień elektrycznych na poziomie szkoły średniej
Znajomość podstaw liczb zespolonych
Podstawy przekształcenia Laplace’a
Znajomość podstaw algebry liniowej (operacje na macierzach)

Recommended literature and teaching resources:

Bolkowski S., Teoria obwodów elektrycznych.
Thomas R., Rosa A., Toussaint G., The analysis and design of linear circuits.
Osiowski J., Zarys rachunku operatorowego.
Marciniak., Półprzewodnikowe układy scalone.
Gray P.R., Analysis and Design of Analog Integrated Circuits.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

C. Abellan Beteta, S. Bugiel, R. Dasgupta, M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, C. Kane, J. Moron, K. Swientek, J. Wang, 8-channel prototype of SALT readout ASIC for Upstream Tracker in the upgraded LHCb experiment, JINST 12 (2017) C02007

S. Bugiel, R. Dasgupta, M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, M. Kopeć, J. Moroń, K. Świentek, Ultra-Low Power Fast Multi-Channel 10-Bit ADC ASIC for Readout of Particle Physics Detectors, IEEE Transactions on Nuclear Science, vol 63, no 5 pp. 2622-2631

Sz. Bugiel, R. Dasgupta, M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, M. Kuczynska, J. Moron, K. Swientek, T. Szumlak, SALT, a dedicated readout chip for high precision tracking silicon strip detectors at the LHCb Upgrade, JINST 11 (2016) C02028M

D. Przyborowski, T. Fiutowski, M. Idzik, M. Kajetanowicz, G. Korcyl, P. Salabura, J. Smyrski, P. Strzempek, K. Swientek, P. Terlecki, J. Tokarz, Development of a dedicated front-end electronics for straw tube trackers in the PANDA experiment, Journal of Instrumentation, JINST 11 P08009 2016

M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, J. Moron, K. Swientek, Development of a low power Delay-Locked Loop in two 130 nm CMOS technologies, JINST 11 (2016) C02027

Firlej, T Fiutowski, M Idzik, J Moron, K Swientek, A wide range ultra-low power Phase-Locked Loop with automatic frequency setting in 130 nm CMOS technology for data serialisation, JINST 10 (2015)P12015, 1-16

M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, S. Kulis, J. Moron, K. Swientek, A fast, ultra-low and frequency-scalable power consumption, 10-bit SAR ADC for particle physics detectors, JINST 10 (2015) P11012

M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, J. Moroń and K. Świentek, Development of scalable frequency and power Phase-Locked Loop in 130 nm CMOS technology, Journal of Instrumentation, JINST 9 C02006, February 2014

M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, J. Moroń and K. Świentek, A fast, low-power, 6-bit SAR ADC for readout of strip detectors in the LHCb Upgrade experiment, Journal of Instrumentation, JINST 9 P07006, July 2014

M. Firlej, T. Fiutowski, M. Idzik, J. Moron, K. Swientek, A fast, low-power, multichannel 6-bit ADC ASIC with data serialisation, Proceedings of Science by SISSA, PoS(TIPP2014)

D. Przyborowski, M. Idzik, Development of Low-Power Small-Area L-2L CMOS DACs for multichannel readout systems, Journal of Instrumentation, JINST 7 C01026, January 2012

J Moron, M Firlej, M Idzik, Development of low power Phase-Locked Loop (PLL) and PLL-based transceiver, Journal of Instrumentation, JINST 7 C01099, January 2012

Sz. Kulis, A. Matoga, M. Idzik, K. Świentek, T. Fiutowski, D. Przyborowski, A general purpose multichannel readout system for radiation detectors, Journal of Instrumentation, JINST 7 T01004, January 2012

M. Idzik, K. Świentek, T. Fiutowski, S. Kulis, D. Przyborowski, A 10-bit Multichannel Digitizer ASIC for Detectors in Particle Physics Experiments, IEEE Transaction on Nuclear Science, vol. 59, no 2, pp. 294-302, 2012

Sz. Kulis, M. Idzik, Triggerless Readout with Time and Amplitude Reconstruction of Event Based on Deconvolution Algorithm, Acta Physica Polonica B, Proceedings Supplement, Vol. 4, No. 1 p.49-58, 2011

J. Moroń, M. Firlej, M. Idzik, Development of Fast Transceiver for Serial Data Transmission in Luminosity Detector at Future Linear Collider, Acta Physica Polonica B, Proceedings Supplement, Vol. 4, No. 1 p.41-48, 2011

M. Idzik, K. Swientek, T. Fiutowski, S. Kulis, P. Ambalathankandy, A power scalable 10-bit pipeline ADC for Luminosity Detector at ILC, JINST 6 P01004 2011

M Idzik, K Swientek, Sz. Kulis, Development of pipeline ADC for the Luminosity Detector at ILC, JINST 5 P04006 2010

D. Przyborowski, M. Idzik, A 10-bit Low-Power Small-Area High-Swing CMOS DAC, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 57, No 1, pp 292-299, 2010

M. Idzik, Sz. Kulis, D. Przyborowski, Development of front-end electronics for the luminoisty detector at ILC, Nucl. Instr. and Meth. A 608 (2009) pp.169-174

P. Gryboś, M. Idzik, P. Maj, Noise optimization of charge amplifiers with MOS input transistors operating in moderate inversion region for short peaking times, IEEE Transactions on Nuclear Science (2007) vol. 54 no. 3, 555–560

P. Grybos, M. Idzik, A. Skoczen, Design of low noise charge amplifier in sub-micron technology for fast shaping time, Analog Integr Circ S 49 (2): 107-114 Nov 2006

Additional information:

I – Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

ćwiczenia audytoryjne (dawniej rachunkowe), lab. komputerowe, projektowe itp.:
Nieobecność na jednych ćwiczeniach zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału. Nieobecność na więcej niż jednych zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie, lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 10% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości.

ćwiczenia laboratoryjne:
Pod koniec semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń (ogłaszany 2 tygodnie wcześniej przez prowadzących), w którym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w pierwotnym terminie. Studenci mogą wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim uzyskaniu zgody prowadzącego zajęcia w jego grupie oraz odpowiedzi z części teoretycznej.

Obecność na wykładzie: zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

II – Zasady zaliczania zajęć:

ćwiczenia audytoryjne (dawniej rachunkowe), lab. komputerowe, projektowe itp.: Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może przystąpić do poprawkowego zaliczenia.
Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 10% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości poprawkowego zaliczania zajęć.
ćwiczenia laboratoryjne:
Zaliczenie laboratorium wymaga zaliczenia wszystkich ćwiczeń podanych w treści modułu.
Warunkiem uzyskania zaliczenia z pojedynczego ćwiczenia jest:
- uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego
- poprawnie wykonane pomiary
- zaliczone sprawozdanie z opracowaniem wyników