Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Problemy termiczne w układach elektronicznych
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-605-n
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Bratek Piotr (bratek@agh.edu.pl)
Module summary

Zapoznanie studentów z zagadnieniami związanymi z pozytywnymi i negatywnymi rolami ciepła w układach i systemach elektronicznych.

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: is able to
M_K001 Student godnie reprezentuje środowisko inżynierii technicznej. ETP1A_K04, ETP1A_K03 Activity during classes
M_K002 Student potrafi pracować zespołowo. ETP1A_K04, ETP1A_K05 Activity during classes
Skills: he can
M_U001 System potrafi zaprojektować prosty system harwestingowy ETP1A_U09, ETP1A_U02 Activity during classes
M_U002 Student potrafi ocenić wpływ warunków środowiska na skuteczność chłodzenia systemu elektronicznego. ETP1A_U12, ETP1A_U06 Activity during classes
M_U003 Student potrafi zaprojektować system chłodzenia układu elektronicznego stosownie do jego zastosowania. ETP1A_U12, ETP1A_U11 Activity during classes
M_U004 Student umie oszacować wydajność obliczeniową procesora numerycznego przetwarzającego informację elektronowo na podstawie jego systemu chłodzenia. ETP1A_U06, ETP1A_U09 Activity during classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student posiada wiedzę na temat sposobów odprowadzania ciepła z układów i wykorzystywania go do zwrotnego zasilania tych układów (harwestingu). ETP1A_W05, ETP1A_W02, ETP1A_W16 Activity during classes
M_W002 Student wie co jest przyczyną powstawania start energii w układach elektronicznych ETP1A_W05, ETP1A_W02 Activity during classes
M_W003 Student wie jak redukować zbędna energię strat cieplnych w układach analogowych i cyfrowych. ETP1A_W05, ETP1A_W08, ETP1A_W02 Activity during classes
M_W004 Student wie na czym polega projektowanie energooszczędnych układów analogowych i cyfrowych ETP1A_W05, ETP1A_W03, ETP1A_W07, ETP1A_W13 Activity during classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
26 16 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student godnie reprezentuje środowisko inżynierii technicznej. + - - - - - - - - - -
M_K002 Student potrafi pracować zespołowo. + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 System potrafi zaprojektować prosty system harwestingowy + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi ocenić wpływ warunków środowiska na skuteczność chłodzenia systemu elektronicznego. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zaprojektować system chłodzenia układu elektronicznego stosownie do jego zastosowania. + - + - - - - - - - -
M_U004 Student umie oszacować wydajność obliczeniową procesora numerycznego przetwarzającego informację elektronowo na podstawie jego systemu chłodzenia. + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę na temat sposobów odprowadzania ciepła z układów i wykorzystywania go do zwrotnego zasilania tych układów (harwestingu). + - + - - - - - - - -
M_W002 Student wie co jest przyczyną powstawania start energii w układach elektronicznych + - + - - - - - - - -
M_W003 Student wie jak redukować zbędna energię strat cieplnych w układach analogowych i cyfrowych. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student wie na czym polega projektowanie energooszczędnych układów analogowych i cyfrowych + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 100 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 26 h
Realization of independently performed tasks 69 h
Contact hours 5 h
Module content
Lectures (16h):

1. Pasożytnicze źródła ciepła w układach elektronicznych. Temperatura jako miara energii wewnętrznej.
2. Różne mechanizmy transportu ciepła: przewodzenie, konwekcja, radiacja.
3. Parametry termiczne elementów elektronicznych
4. Ciepło jako zjawisko szkodliwe. Sposoby redukcji strat cieplnych. Sposoby chłodzenia układów i systemów elektronicznych.
5. Pomiary pirometryczne i termograficzne podzespołów systemów elektronicznych.
6. Systemy wykorzystujące energię strat cieplnych układów do ich wtórnego zasilania.

Laboratory classes (10h):

Dobór ćwiczeń i metod na początku zajęć z poniższych propozycji.
1. Ciepło w elektronice – czy jest się czym przejmować? Wpływ temperatury na charakterystyki elementów półprzewodnikowych.
Pomiary charakterystyk prądowo-napięciowych podstawowych elementów elektronicznych (dioda, JFET, BJT, MOSFET) w różnych temperaturach z wykorzystaniem komory termicznej. Określenie współczynników termicznych. Obserwacja pracy konkretnego układu elektronicznego (wzmacniacz, układ cyfrowy) w różnych temperaturach – pomiary i porównanie parametrów.
2. Duży może więcej – szybkość oddawania ciepła. Pomiar rezystancji termicznej tranzystorów.
Pomiary rezystancji termicznej kilku tranzystorów o różnych obudowach metodami pośrednimi. Analiza wpływu wielkości obudowy i sposobu montażu do radiatora na efektywność przekazywania ciepła.
3. Cieplej, coraz cieplej … chłodniej. Pasywne chłodzenie układów elektronicznych.
Badanie radiatorów pasywnych (różne rodzaje radiatorów), zastosowanie wentylatora – konwekcja, itp. Dobór radiatora oraz warunków chłodzenia na jej efektywność – co zrobić, żeby było chłodniej.
4. Uff jak gorąco… Ciepło we współczesnych urządzeniach elektronicznych.
Pomiary pirometryczne i termograficzne podzespołów elektronicznych (rezystor, tranzystor, aktywny radiator) jak również innych urządzeń elektronicznych i energetycznych. Rozkład temperatur w komputerze PC i laptopie. Termograficzne diagnozowanie urządzeń.
5. Chłodniej, coraz chłodniej – aktywne chłodzenie. Czy możliwe jest wymuszenie chłodzenia mikroukładów elektronicznych bez udziału części i elementów ruchomych?
Budowa i zasada działania modułu termoelektrycznego (Peltiera). Modelowanie elektrotermiczne i symulacje rozchodzenia się i rozpraszania ciepła podczas aktywnego chłodzenia. Aktywny radiator – projekt oraz eksperymenty pomiarowe z radiatorem o regulowanej rezystancji termicznej. Chłodzenie mikroukładów poniżej temperatury otoczenia.
6. Czy ciepło w elektronice to tylko “samo zło”?. Wykorzystanie ciepła odpadowego do zasilania układów elektronicznych.
Energy harvesting – pozyskiwanie energii środowiska do zasilania mikrosystemów elektronicznych. Budowa i zasada działania generatora termoelektrycznego. Symulacje elektrotermiczne procesu konwersji termoelektrycznej. Mikroukłady do przetwarzania i zarządzania energią pozyskaną z ciepła. Projekt węzła sieci sensorowej “zasilanego” ciepłem odpadowym.
7. Sposoby wykorzystania ciepła (pozytywna/negatywna rola temperatury) – realizacja metodą projektu. Wykonanie przy pomocy zestawów pomiarowych matryc termicznych.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych oraz kolokwium zaliczeniowego z teorii lub prezentacji tematycznej.
2. Ocena końcowa wystawiana jest na podstawie średniej ważonej ocen z ćwiczeń laboratoryjnych (75%) i kolokwium z teorii / prezentacji tematycznej (25%) uzyskanych we wszystkich terminach z poszanowaniem Regulaminu Studiów AGH.
3. Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i zaliczenia wykładu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa może być podniesiona o 0,5

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Prerequisites and additional requirements:

- Podstawy fizyki
- Podstawy elektroniki analogowej i cyfrowej
- Podstawy programowania mikroprocesorów

Recommended literature and teaching resources:

1. A. Gołda, A. Kos, Projektowanie układów scalonych CMOS, WKiŁ, Warszawa, 2010
2. A. Kos, Modelowanie hybrydowych układów mocy i optymalizacja ich konstrukcji ze względu na rozkład temperatury, Wydawnictwa AGH, Kraków 1994
3. A. Kos, G. De Mey Thermal modelling and optimisation od power microcircuits, Electrochemical Publications, Bristol, England, 1997
4. B. Staniszewski, Wymiana ciepła, PWN, Warszawa 2009

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

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None