Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Teoria obwodów i sygnałów
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFT-1-407-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
4
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Idzik Marek (idzik@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
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)
Krótka charakterystyka modułu

Powyższe zajęcia powinny wprowadzić studenta w podstawy teorii obwodów i sygnałów.

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_W001 Student zna podstawowe zjawiska zachodzące w układach o elementach rozproszonych. Student zna podstawy teorii elementów półprzewodnikowych. FT1A_W04, FT1A_W07, FT1A_W02, FT1A_W01, FT1A_W06 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student zna podstawowe metody analizy liniowych obwodów elektrycznych.Student dysponuje wiedzą na temat działania wzmacniacza operacyjnego oraz podstaw filtracji sygnału. FT1A_W04, FT1A_W07, FT1A_W02, FT1A_W06 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności
M_U001 Student potrafi policzyć parametry „linii długiej” (współczynniki odbicia, impedancja charakterystyczna) potrzebne do prawidłowej transmisji sygnałów elektrycznych FT1A_U03, FT1A_U05 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Student potrafi zaprojektować prosty filtr aktywny o zadanym typie charakterystyk częstotliwościowych. Student potrafi wyliczyć i narysować charakterystyki częstotliwościowe układu FT1A_U01, FT1A_U02, FT1A_U04 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Student potrafi przeprowadzić analizę liniowego obwodu elektycznego tak w stanie ustalonym jak i nieustalonym, przy uzyciu odpowiednich narzędzi matematycznych FT1A_U06, FT1A_U01, FT1A_U04 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi zaprezentować się na forum grupy FT1A_K02, FT1A_K01 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_W001 Student zna podstawowe zjawiska zachodzące w układach o elementach rozproszonych. Student zna podstawy teorii elementów półprzewodnikowych. + + - - - - - - - - -
M_W002 Student zna podstawowe metody analizy liniowych obwodów elektrycznych.Student dysponuje wiedzą na temat działania wzmacniacza operacyjnego oraz podstaw filtracji sygnału. + + - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi policzyć parametry „linii długiej” (współczynniki odbicia, impedancja charakterystyczna) potrzebne do prawidłowej transmisji sygnałów elektrycznych + + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zaprojektować prosty filtr aktywny o zadanym typie charakterystyk częstotliwościowych. Student potrafi wyliczyć i narysować charakterystyki częstotliwościowe układu + + - - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi przeprowadzić analizę liniowego obwodu elektycznego tak w stanie ustalonym jak i nieustalonym, przy uzyciu odpowiednich narzędzi matematycznych + + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi zaprezentować się na forum grupy - + - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Tematyka

WYKLADY

1. Wprowadzenie do elektroniki współczesnej. Historia i rozwój technologii krzemowej. Technologia bipolarna i CMOS. Skalowanie w technologii CMOS. – 2 godz.
2. Wstęp do analizy liniowych obwodów elektrycznych . Prawo Ohma, prawa Kirchoffa, źródło napięcia, źródło prądu, zasada Tevenina, zasada Nortona, zasada superpozycji. – 2 godz.
3. Metody analizy liniowych obwodów elektrycznych. Metoda prądów oczkowych i napięć węzłowych – 2 godz.
4. Analiza stanów ustalonych w obwodach z wymuszeniem sinusoidalnym. Elementy zmiennoprądowe: kondensator, cewka. Metoda liczb zespolonych -2godz
5. Analiza częstotliwościowa, charakterystyki Bodego, układy RC i CR. – 2 godz
6. Wprowadzenie do transformata Laplace’a. Własności transformaty Laplace’a. Przekształcenie odwrotne Laplace’a, metoda residuów. – 2 godz.
7. Zastosowanie transformaty Laplace’a w analizie linowych obwodów elektrycznych. Prawa Kirchoffa w postaci operatorowej – 2 godz.
8. Wzmacniacze operacyjne. Idealny wzmacniacz operacyjny, wzmacniacz odwracający, nieodwracający, sumujący, odejmujący, całkujący, rożniczkujący – 2 godz.
9. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na liniowość, charakterystyki częstotliwościowe. Stabilność układów ze sprzężeniem zwrotnym – 2 godz.
10. Filtracja sygnału, analogowe filtry bierne i aktywne, dolno i górnoprzepustowe. Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych. – 2 godz.
11. Filtry aktywne, rodzaje i własności filtrów, filtr o tłumieniu krytycznym, Bessela, Butterwortha, Chebysheva – 2 godz
12. Wprowadzenie do układów rozproszonych (linii długiej), parametry linii długiej, równania linii długiej, impedancja charakterystyczna, linia bezstratna i stratna – 2h
13. Rozwiązanie szczególnych przypadków problemów linii długiej bezstratnej, graficzna metoda Bergerona.
14. Elementarna teoria półprzewodników. Model wiązań kowalencyjnych, pasmowy model półprzewodnika. Rodzaje półprzewodników: n,p. Koncentracje elektronów i dziur w stanie równowagi termodynamicznej, transport nośników w półprzewodniku 2 godz
15. Zjawiska unoszenia, dyfuzji. Półprzewodnik w stanie nierównowagi termodynamicznej: procesy generacyjno-rekombinacyjne, złącze p-n, charakterystyka prądowo-napięciowa, przybliżenie pierwszego stopnia – 2 godz.

Ćwiczenia audytoryjne:
Tematyka

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE

1. Podstawy liniowych obwodów elektrycznych (6 godz.)
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 (4 godz.)
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 stanów ustalonych w obwodach z wymuszeniem sinusoidalnym (4 godz.)
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 wyliczyć wartości skuteczne szukanych wielkości i zna ich interpretację fizyczną

4. Charakterystyki częstotliwościowe (3 godz.)
Efekty kształcenia:
student potrafi zastosować metodę liczb zespolonych do wyliczenia charakterystyk częstotliwościowych układu elektrycznego,
student potrafi narysować charakterystyki Bodego
student potrafi zinterpretować charakterystyki częstotliwościowe i znaleźć częstotliwości kluczowe dla pracy układu

5. Idealne wzmacniacze operacyjne i ujemne sprzężenie zwrotne(3 godz.)
Efekty kształcenia:
student potrafi przeanalizować układy zawierające idealne wzmacniacze operacyjne,
student potrafi zastosować wzmacniacz operacyjny w celu dokonania operacji na sygnałach (dodawanie, odejmowanie, etc…)

6. Zastosowanie transformaty Laplace’a w analizie stanów nieustalonych(7 godz.)
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 zidentyfikować bieguny i zera analizowanego problemu i zna ich interpretację fizyczną

7. Filtry aktywne(3 godz.)
Efekty kształcenia:
student potrafi przeanalizować układy podstawowe układy filtrów aktywnych opartych na wzmacniaczach operacyjnych
student potrafi wyliczyć charakterystyki częstotliwościowe filtru krytycznego, Butterwortcha, Chebysheva, Bessela
student potrafi wyliczyć odpowiedzi impulsowe poznanych filtrów,

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 132 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 42 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 30 godz
Przygotowanie do zajęć 28 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z ćwiczeń rachunkowych © oraz z egzaminu (E) obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i z ćwiczeń rachunkowych ©:
OK = 0.6 x E + 0.4 x C
Uzyskanie pozytywnej oceny (OK) wymaga uzyskania wszystkich pozytywnych ocen cząstkowych (E, C). Każda ocena cząstkowa liczona jest jako średnia ważona z wszystkich terminów.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

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)

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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

Informacje dodatkowe:

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
Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczenia z wszystkich rodzajów ćwiczeń.