Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Wybrane zagadnienia elektroniki medycznej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-607-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Dąbrowski Władysław (w.dabrowski@ftj.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Dąbrowski Władysław (w.dabrowski@ftj.agh.edu.pl)
dr inż. Wiącek Piotr (wiacek@agh.edu.pl)
dr inż. Fiutowski Tomasz (tomasz.fiutowski@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

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_W007 Student posiada wiedzę na układów elektronicznych stosowanych do pomiaru i przetwarzania wolnozmiennych sygnałów elektrofizjologicznych. Student posiada wiedzę na temat elektronicznych układów odczytu detektorów promieniowania w systemach obrazowania medycznego. FM1A_W03, FM1A_W07 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Referat
M_W008 Student posiada wiedzę na temat źródeł szumów i zakłóceń w układach elektronicznych. Student posiada wiedzę na temat metod filtracji szumów i redukcji zakłóceń stosowanych we wzmacniaczach pomiarowych i w układach do odbioru sygnałów z detektorów promieniowania. FM1A_W03, FM1A_W07 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Referat
Umiejętności
M_U007 Student potrafi posługiwać się elektronicznymi przyrządami pomiarowymi i zestawić proste stanowisko pomiarowe. Student potrafi zmierzyć i opracować charakterystyki prostych analogowych obwodów elektronicznych. Student potrafi przeprowadzić pomiary czasowe i oszacować parametry sygnałów impulsowych. FM1A_U04, FM1A_U08, FM1A_U09, FM1A_U07 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U008 Student potrafi korzystać z literatury naukowej, materiałów katalogowych i szkoleniowych dotyczące wybranych układów elektronicznych w celu poszerzenia wiedzy. Student potrafi samodzielnie przestudiować zadany problem i przedstawić w postaci zwięzłej prezentacji. FM1A_U01, FM1A_U02 Referat,
Udział w dyskusji
Kompetencje społeczne
M_K002 Student rozumie potrzebę poszerzania wiedzy i umiejętności. FM1A_K01 Referat,
Udział w dyskusji
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W007 Student posiada wiedzę na układów elektronicznych stosowanych do pomiaru i przetwarzania wolnozmiennych sygnałów elektrofizjologicznych. Student posiada wiedzę na temat elektronicznych układów odczytu detektorów promieniowania w systemach obrazowania medycznego. + - - - - + - - - - -
M_W008 Student posiada wiedzę na temat źródeł szumów i zakłóceń w układach elektronicznych. Student posiada wiedzę na temat metod filtracji szumów i redukcji zakłóceń stosowanych we wzmacniaczach pomiarowych i w układach do odbioru sygnałów z detektorów promieniowania. + - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U007 Student potrafi posługiwać się elektronicznymi przyrządami pomiarowymi i zestawić proste stanowisko pomiarowe. Student potrafi zmierzyć i opracować charakterystyki prostych analogowych obwodów elektronicznych. Student potrafi przeprowadzić pomiary czasowe i oszacować parametry sygnałów impulsowych. - - + - - - - - - - -
M_U008 Student potrafi korzystać z literatury naukowej, materiałów katalogowych i szkoleniowych dotyczące wybranych układów elektronicznych w celu poszerzenia wiedzy. Student potrafi samodzielnie przestudiować zadany problem i przedstawić w postaci zwięzłej prezentacji. - - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K002 Student rozumie potrzebę poszerzania wiedzy i umiejętności. - - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Wzmacniacze pomiarowe
Budowa i parametry wzmacniaczy pomiarowych, źródła napięć i prądów niezrównoważenia we wzmacniaczach różnicowych, dopasowanie elementów, współczynnik tłumienia sygnału wspólnego.

2. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów
Twierdzenie o próbkowaniu, układy próbkująco-pamiętające, przetworniki analogowo-cyfrowe, przetworniki cyfrowo-analogowe.

3. Szumy w przyrządach półprzewodnikowych i wzmacniaczach
Źródła szumów w przyrządach półprzewodnikowych, metody opisu szumów. szumowe schematy zastępcze tranzystorów i wzmacniaczy.

4. Układy elektroniki front-end
Systemy odbioru sygnału z detektorów promieniowania, przedwzmacniacz napięciowy, prądowy, ładunkowy.

5. Filtracja szumów i kształtowanie sygnałów
Pojęcie ekwiwalentnego ładunku szumów. optymalizacja stosunku sygnału do szumu przy pomiarach amplitudowych, optymalizacja stosunku sygnału do szumu przy pomiarach czasowych.

6. Binarne systemy odczytu detektorów promieniowania
Pomiar i analiza szumów w binarnych systemach odczytu detektorów. twierdzenie Rice’a, metody parametryzacji układów front-end w binarnych systemach odczytu.

7. Medody odczytu detektorów pozycjoczułych
Odczyt za pomocą indywidualnych kanałów odczytu, odczyt z wykorzystaniem podziału ładunku, odczyt z wykorzystaniem linii opóźniającej.

8. Zakłócenia elektromagnetyczne w układach elektronicznych
Charakterystyki i metody opisu zakłóceń elektromagnetycznych, schematy zastępcze dla sprzężeń pojemnościowych i indukcyjnych, techniki ekranowania i uziemiania w aparaturze elektronicznej.

Ćwiczenia laboratoryjne:

1. Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy w układzie WE
Efekty kształcenia:
• Student potrafi zaprojektować obwód zapewniający odpowiedni punkt pracy tranzystora.
• Student potrafi zmodyfikować obwód tak, aby uzyskać określone wzmocnienie.
• Student potrafi zmodyfikować obwód tak, aby uzyskać określone pasmo przenoszenia.
• Student zmierzyć rezystancję wyjściową wzmacniacza.

2. Wzmacniacz operacyjny w układach nieliniowych
Efekty kształcenia:
• Student potrafi wyznaczyć punkty załamania odpowiedzi generatora funkcyjnego.
• Student potrafi wyznaczyć charakterystykę stałoprądową wzmacniacza logarytmicznego.
• Student potrafi wycechować miernik średniej częstości impulsów, wyznaczyć jego czułość i zakres mierzonych częstości.

3. Komparator napięcia
Efekty kształcenia:
• Student potrafi zaprojektować komparator z zadaną histerezą.
• Student potrafi wyznaczyć histerezę w pomiarze statycznym i dynamicznym.
• Student potrafi wskazać element decydujący o histerezie i zaprojektować obwód z ciągłą regulacją histerezy w określonym zakresie.
• Student potrafi określić wpływ progu dyskryminacji na szerokość impulsu wyjściowego.

4. Filtr quasi-gaussowski (CR)^n –(RC)^m
Efekty kształcenia:
• Student potrafi zaprojektować filtr o zadanym paśmie przenoszenia.
• Student potrafi wyznaczyć wartość średniokwadratową szumu na podstawie pomiaru widmowej gęstości szumu.
• Student potrafi określić wpływ kolejnych stopni całkujących i różniczkujących na stosunek sygnały do szumu.

5. Układy odbioru informacji czasowej
Efekty kształcenia:
• Student potrafi oszacować wpływ czułości ładunkowej dyskryminatora na odpowiedź układu przy dyskryminacji na czole impulsu.
• Student potrafi oszacować wpływ efektu drżenia i efektu wędrowania na odpowiedź układu przy dyskryminacji na czole impulsu.
• Student potrafi zbudować dyskryminator stałofrakcyjny.

6. Tor spektrometryczny
Efekty kształcenia:
• Student potrafi określić odpowiedzi poszczególnych stopni toru spektrometrycznego na wymuszenie w postaci skoku napięcia.
• Student potrafi określić wpływ czasu kształtowania kolejnych stopni na kształt impulsu wyjściowego.
• Student potrafi określić wpływ pojemności detektora na odpowiedź toru spektrometrycznego.
• Student potrafi określić wpływ pojemności detektora i czasu kształtowania kolejnych stopni na ekwiwalentny ładunek szumu.

Zajęcia seminaryjne:

W ramach seminarium każdy student przygotowuje prezentację na zadany temat na podstawie wskazanych materiałów. Oceniana będzie zawartość merytoryczna oraz sposób prezentacji. Przy ocenie końcowej z zajęć seminaryjnych uwzględniana będzie również aktywność studentów w trakcie wszystkich zajęć seminaryjnych.
Zagadnienia omawiana na seminariach obejmują:
1. Zastosowania i porównanie parametrów wybranych wzmacniaczy pomiarowych.
2. Porównanie architektur i parametrów wybranych przetworników analogowo-cyfrowych.
3. Przedwzmacniacze ładunkowe w technologii CMOS.
4. Efekty podziału ładunku w krzemowych detektorach paskowych i pikselowych.
5. Zastosowanie krzemowych detektorów paskowych do obrazowania medycznego.
6. Zastosowanie detektorów pikselowych do obrazowania medycznego.
7. Zastosowanie układów CCD w systemach obrazowania medycznego.
8. Detektory i systemy elektroniki odczytu dla radiografii protonowej.
9. Specjalizowane układy scalone do elektrycznej stymulacji i rejestracji sygnałów z komórek nerwowych.
10. Specjalizowane układy scalone do odczytu pozycjoczułych detektorów promieniowania.
11. Twierdzenie Campbella-Francisa. Mierniki natężenia impulsów.
12. Fotopowielacze krzemowe i ich zastosowanie w systemach tomografii komputerowej i tomografii pozytonowej.

Efekty kształcenia:
• Student potrafi samodzielnie przestudiować określone zagadnienie w oparciu o wskazane materiały.
• Student potrafi przygotować prezentację i przedstawić dany zagadnienie w sposób zrozumiały dla pozostałych uczestników seminarium.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 147 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Udział w wykładach 30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 15 godz
Przygotowanie do zajęć 28 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 30 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 14 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej wymaga uzyskania pozytywnych ocen z egzaminu, ćwiczeń audytoryjnych i ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia arytmetyczna ocen z egzaminu (E), seminarium (S) i ćwiczeń laboratoryjnych (L): OK = (E+S+L)/3

Wymagania wstępne i dodatkowe:

• Znajomość podstaw teorii obwodów i podstaw elektroniki na poziomie kursów Podstawy elektroniki i Przyrządy i układy półprzewodnikowe.
• Znajomość fizyki ciała stałego na poziomie podstawowego kursu fizyki.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

K. Korbel, Układy elektroniki front-end. AGH, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, 2000.
K. Korbel, Szum, sygnał, filtracja w jądrowej spektrometrii amplitudowo-czasowej. Wydawnictwa AGH, Kraków 2011.
M. Nadachowski, Z. Kulka, Analogowe układy scalone. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1985.
P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki Cz. 1 i Cz. i, Warszawa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 2003.
H. Spieler, Semiconductor Detector Systems. Oxford University Press, 2005
B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, John Willey & Sons Inc. 2008.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

1. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych i z ćwiczeń laboratoryjnych.

2. Zaliczenie seminarium student uzyskuje na podstawie oceny z przygotowanej prezentacji i obecności na zajęciach. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 1 zajęcia seminaryjne w danym semestrze, nie uzyskuje zaliczenia.

3. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest uzyskanie zaliczeń ze wszystkich ćwiczeń przewidzianych w programie. W razie nieobecności na ćwiczeniach laboratoryjnych studentowi przysługuje możliwość wykonania tych ćwiczeń w wyznaczonym przez prowadzącego terminie.

4. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 1 ćwiczenie laboratoryjne w danym semestrze, zostaje pozbawiony możliwości wykonania tych ćwiczeń w dodatkowym terminie i nie uzyskuje zaliczenia.

5. Stwierdzenie przez prowadzącego nieprzygotowania do zajęć laboratoryjnych pozbawia studenta możliwości przeprowadzenia danego ćwiczenia i jest równoznaczne z nieobecnością nieusprawiedliwioną.