Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Układy elektroniczne
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFT-1-503-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
5
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:
dr inż. Hottowy Paweł (hottowy@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Idzik Marek (idzik@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Fiutowski Tomasz (tomasz.fiutowski@agh.edu.pl)
dr inż. Koperny Stefan (koperny@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Firlej Mirosław (firlej@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Powyższe zajęcia powinny umożliwić studentowi zrozumienie działania podstawowych układów elektronicznych.

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 podstawy działania podstawowych elementów układów elektronicznych, czyli diód, tranzystorów bipolarnych i tranzystorów polowych FT1A_W04, FT1A_W03, FT1A_W02, FT1A_W01, FT1A_W06 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student zna podstawowe układy elektroniki analogowej. Student wie jak z podstawowych bloków analogowych budować układy mające praktyczne zastosowania (przetworniki, generatory, etc...) FT1A_W03, FT1A_W02, FT1A_W06 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W003 Student zna podstawy działania elektroniki cyfrowej oraz podstawowe bramki logiczne. Student wie jak z podstawowych kombinacyjnych i sekwencyjnych bramek logicznych budować układy mające praktyczne zastosowania (liczniki, rejestry, sumatory, etc...) FT1A_W03, FT1A_W02, FT1A_W06 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować i zbudować podstawowe układy elektroniki cyfrowej, takie jak bramki kombinacyjne, liczniki, etc... FT1A_U03, FT1A_U01, FT1A_U05, FT1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Student potrafi zmierzyć charakterystyki pracy i parametry oraz wykonać sprawozdanie z analizą wyników pomiarów dla różnych układów elektroniki analogowej i cyfrowej FT1A_U03, FT1A_U01, FT1A_U05, FT1A_U04, FT1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Student potrafi zaprojektować i zbudować prosty wzmacniacz tranzystorowy, zmierzyć jego charakterystyki i opracować dane FT1A_U01, FT1A_U05, FT1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi zaprezentować się na forum grupy FT1A_K02, FT1A_K01 Udział w dyskusji
M_K002 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole wykonującym ćwiczenie laboratoryjne FT1A_K02, FT1A_K01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
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 podstawy działania podstawowych elementów układów elektronicznych, czyli diód, tranzystorów bipolarnych i tranzystorów polowych + + + - - - - - - - -
M_W002 Student zna podstawowe układy elektroniki analogowej. Student wie jak z podstawowych bloków analogowych budować układy mające praktyczne zastosowania (przetworniki, generatory, etc...) + + + - - - - - - - -
M_W003 Student zna podstawy działania elektroniki cyfrowej oraz podstawowe bramki logiczne. Student wie jak z podstawowych kombinacyjnych i sekwencyjnych bramek logicznych budować układy mające praktyczne zastosowania (liczniki, rejestry, sumatory, etc...) + + + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować i zbudować podstawowe układy elektroniki cyfrowej, takie jak bramki kombinacyjne, liczniki, etc... + + + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zmierzyć charakterystyki pracy i parametry oraz wykonać sprawozdanie z analizą wyników pomiarów dla różnych układów elektroniki analogowej i cyfrowej - + + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zaprojektować i zbudować prosty wzmacniacz tranzystorowy, zmierzyć jego charakterystyki i opracować dane + + + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi zaprezentować się na forum grupy - + + - - - - - - - -
M_K002 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole wykonującym ćwiczenie laboratoryjne - + + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Tematyka

WYKLADY
Wykłady obejmują następującą tematykę
1. Diody w układach elektronicznych. Rodzaje diod i ich parametry. Zastosowania diod, prostowniki jedno i dwupołówkowe.
2. Tranzystor bipolarny. Budowa i zasada działania tranzystora. Charakterystyka prądowo-napięciowa.
Model małosygnałowy i schemat zastępczy tranzystora bipolarnego
3. Tranzystor polowy. Budowa i zasada działania tranzystora. Charakterystyka prądowo-napięciowa, model małosygnałowy i schemat zastępczy tranzystora polowego.
4. Podstawowe konfiguracje pracy tranzystora bipolarnego i polowego. Układ WE (WS), WB (WG) i WC (WD). Punkt pracy. Małosygnałowe wzmocnienie napięciowe i prądowe, rezystancja wejściowa i wyjściowa.
5. Odpowiedź częstotliwościowa w układach jednotranzystorowych. Pełna analiza częstotliwościowa oraz przybliżenie Millera.
6. Konfiguracje wzmacniaczy z dwoma tranzystorami, układy Darlingtona (WC-WC, WC-WE), wzmacniacz kaskodowy. Wzmocnienie, rezystancja wejściowa i wyjściowa oraz transkonduktancja układu zastępczego.
7. Źródła prądowe na tranzystorach bipolarnych i polowych. Lustro prądowe, źródło Widlara, źródło kaskodwe i źródło Wilsona. Własności źródeł prądowych i modele małosygnałowe, prądy stały, rezystancja dynamiczna.
8. Wzmacniacz różnicowy na tranzystorach bipolarnych oraz MOS. Charakterystyka wielkosygnałowa i małosygnałowa, Sygnały sumacyjne i różnicowe. Wzmacniacz różnicowy z aktywnym obciążeniem.
9. Wzmacniacze mocy. Parametry, charakterystyki i klasy. Wtórnik emiterowy jako wzmacniacz klasy A. Układ przeciwsobny push-pul jako wzmacniacz klasy B. Przykłady wzmacniaczy mocy klasy AB, Wzmacniacze mocy klasy D.
10. Budowa wzmacniacza operacyjnego.oraz jego zastosowanie w podstawowych układach elektroniki analogowej: układy zasilające, generatory, przetworniki ADC i DAC
11. Podstawy elektroniki cyfrowej. Algebra Boole’a. Tablice Karnough. Minimalizacja funkcji logicznych metodą pełnych sum oraz pełnych iloczynów.
12. Inwerter jako podstawowa bramka elektroniki cyfrowej. Własności statyczne i dynamiczne bramek cyfrowych.
13. Kombinacyjna logika statyczna. Sieci PUN, PDN. Rodziny logiki statycznej:. Komplementarny CMOS, Logika wymiarowana (ratioed logic) – pseudo-NMOS, Logika ”Pass-Transistor” – bramki transmisyjne. Kombinacyjna logika dynamiczna.
14. Sekwencyjna logika statyczna. Mechanizm pamięci. Budowa i działanie statycznych zatrzasków i przerzutników typu D. Sekwencyjna logika dynamiczna. Standardowe dynamiczne zatrzaski i przerzutniki typu D.
15. Podstawowe układy cyfrowe synchroniczne i asynchroniczne. Liczniki, rejestry przesuwne, układy sumujące i mnożące.

Ćwiczenia audytoryjne:
Tematyka

Ćwiczenia audytoryjne – 30 godz.

1. Podstawowe konfiguracje pracy tranzystora bipolarnego i polowego. Układ WE (WS), WB (WG) i WC (WD):
- student potrafi wyliczyć punkt pracy tranzystora w zadanej konfiguracji
- student potrafi wyliczyć małosygnałowe wzmocnienie napięciowe i prądowe, rezystancję wejściową i wyjściową

2. Odpowiedź częstotliwościowa w układach jednotranzystorowych:
- student potrafi wykonać analizę częstotliwościową konfiguracji jednotranzystorowych

3. Źródła prądowe na tranzystorach bipolarnych i polowych:
- student potrafi wyliczyć paramatry wielko i małosygnałowe różnych źródeł prądowych

4. Konfiguracje wzmacniaczy: wzmacniacz kaskodowy, wzmacniacz różnicowy:
- student potrafi wyliczyć parametry małosygnałowe (wzmocnienie, rezystancja) typowych wzmacniaczy

5. Podstawy elektroniki cyfrowej. Algebra Boole’a. Tablice Karnough. Minimalizacja funkcji logicznych metodą pełnych sum oraz pełnych iloczynów"
- student potrafi przeprowadzić minimalizację funkcji logicznej, tak w sposób symboliczny, jak również przy użyciu tablic Karnough

6. Kombinacyjna logika statyczna. Sieci PUN, PDN. Rodziny logiki statycznej komplementarny CMOS:
- student potrafi zaprojektować i zaimplementować na poziomie tranzystorów dowolną kombinacyjną bramkę logiczną w technologii CMOS (np. układ sumacyjny)

7. Sekwencyjne układy cyfrowe synchroniczne:
- student potrafi zaprojektować i zaimplementować na poziomie przerzutników i bramek logicznych podstawowe układy sekwencyjne (np. liczniki)

Ćwiczenia laboratoryjne:
Tematyka

LABORATORIUM ELEKTRONICZNE – 30 godz.
Podczas laboratorium wykonane zostaną laboratoria pokrywające następującą tematykę:
1. Linia długa
Efekty kształcenia:
student potrafi wyznaczyć współczynniki odbicia linii w zależności od obciążenia
student potrafi określić warunki dopasowania wejścia i wyjścia linii na podstawie zaobserwowanego przebiegu
student potrafi podać warunki wystąpienia efektu pojemnościowego linii długiej
student potrafi wyznaczyć współczynnik tłumienia linii długiej
2. Filtry
Efekty kształcenia:
student potrafi zbudować proste filtry bierne górno-, dolno- i pasmowoprzepustowe
student potrafi zmierzyć charakterystykę amplitudowo-częstoliwościową układu
student potrafi wyznaczyć częstotliwość graniczną badanego filtru
student potrafi zbudować filtry aktywne: o tłumieniu krytycznym, Butterwortha, Chebyszewa, Bessela

3. Wzmacniacz operacyjny w układach liniowych
Efekty kształcenia:
student potrafi zbudować wtórnik napięcia
student potrafi wyznaczyć szybkość narastania sygnału na wyjściu układu
student potrafi zbudować wzmacniacz odwracający i nieodwracający o zadanym wzmocnieniu
student potrafi określić zależność pomiędzy wzmocnieniem a pasmem przenoszenia wzmacniacza

4. Charakterystyki tranzystorów
Efekty kształcenia:
student potrafi zbudować układ pomiarowy zapewniający jednoczesny pomiar napięcia i natężenia prądu
student potrafi poprawnie spolaryzować tranzystor bipolarny / FET
student potrafi wyznaczyć charakterystyki przejściowe i wyjściowe tranzystorów
student potrafi określić obszar pracy aktywnej normalnej tranzystorów
5. Układy kombinacyjne
Efekty kształcenia:
student potrafi w postaci sumy iloczynów zrealizować podstawowe funkcje logiczne: NOT, AND, NAND, OR, NOR, XOR, XNOR
student potrafi zaprojektować prosty multiplekser 2 do 1 i uogólnić projekt dla większej liczby wejść
student potrafi zbudować dekoder kodu 1 z 8 na kod wyświetlacza 7-mio segmentowego
student potrafi zbudować dekoder kodu binarnego na kod wyświetlacza 7-mio segmentowego

6. Układy sekwencyjne
Efekty kształcenia:
student potrafi zbudować licznik o zadanej pojemności liczący w kodzie binarnym w przód, w tył i rewersyjny
student potrafi zbudować licznik liczący w kodzie Gray’a
student potrafi zbudować konwerter z kodu Gray’a na kod BCD

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 130 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 34 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 30 godz
Przygotowanie do zajęć 34 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z laboratorium elektronicznego (L) 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) , laboratorium elektronicznego (L) i ćwiczeć ©:
OK = 0.4 x E + 0.3 x L + 0.3 x C
Uzyskanie pozytrywnej oceny (OK) wymaga uzyskania wszystkich pozytywnych ocen cząstkowych (E, L,C). Każda ocena cząstkowa liczona jest jako średnia ważona z wszystkich terminów.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość zagadnień przedstawianych na wykładzie „Teoria obwodów i sygnałów”

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Tietze U., Schenk Ch., Układy półprzewodnikowe (wydanie czwarte)
Razavi B., Fundamentals of Microelectronics
Turczyński J., Piękoś J., Układy scalone TTL w systemach cyfrowych
Rabaey J. M., Digital Integrated Circuits.
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.