Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Analogue Electronic Circuits 1
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETE-1-306-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Electronics and Telecommunications
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Course presents basic issues and prepares the student to analyze and design of simple analog circuits used in ICT applications.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student knows basic bipolar and CMOS circuit implementations of most important functional blocks ETE1A_W08, ETE1A_W16 Egzamin
M_W002 Student knows principles of analysis and design of analog electronic circuits ETE1A_W13, ETE1A_W05 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student can design analog electronic circuit using appropriate methods, techniques and tools. ETE1A_U13 Kolokwium
M_U002 Student can utilize circuit implementations of analog blocks with taking into account performance and non-technical (eg. costs) issues. ETE1A_U08 Kolokwium
M_U003 Student is able to formulate design specification for simple electronic systems and subsequently verify it. ETE1A_U12 Kolokwium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student understands the necessity and knows possibilities of lifelong learning and improving the professional competencies and qualifications ETE1A_K01 Kolokwium
M_K002 Student is aware of the importance of non-technical aspects and consequences of his/her activity as an electronic engineer including responsibility for possible impact on environment ETE1A_K02 Kolokwium
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
80 28 28 15 9 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student knows basic bipolar and CMOS circuit implementations of most important functional blocks + + - - - - - - - - -
M_W002 Student knows principles of analysis and design of analog electronic circuits + + - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student can design analog electronic circuit using appropriate methods, techniques and tools. + + + + - - - - - - -
M_U002 Student can utilize circuit implementations of analog blocks with taking into account performance and non-technical (eg. costs) issues. + + + + - - - - - - -
M_U003 Student is able to formulate design specification for simple electronic systems and subsequently verify it. + + + + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student understands the necessity and knows possibilities of lifelong learning and improving the professional competencies and qualifications + + + - - - - - - - -
M_K002 Student is aware of the importance of non-technical aspects and consequences of his/her activity as an electronic engineer including responsibility for possible impact on environment + + + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 150 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 80 godz
Przygotowanie do zajęć 34 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 36 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
Module comprises lectures (30 hr) discussion class (30 hr) and laboratory exercises (30 hr) Lectures

1. Electronics and microelectronics. Filters, amplifiers and other two-ports. Basic classes of amplifiers. Input and output impedance. OpAmp as a Black Box. Analysis of linear applications with OpAmps – inverting and non-inverting configuration.

2. Frequency response of simple RC circuits. Behavioral description of open loop OpAmp’s gain. Gain-bandwidth exchange in OpAmp circuits. Other OpAmp non-idealities and their impact on application performance. OpAmp based differentiator and integrator. Instrumental amplifiers.

3. Large and small-signal models of BJT. Relationship between collector current and small signal parameters. Impedance seen from base, collector and emmiter. Roboust BJT biasing in discrete and integrated technology. BJT amplifiers configurations – OE OB and emmiter follower. Benchmark parameters for different configurations.

4. Frequency response of transistor circuits. Miller effect.Intristic gain and fT.

5. MOSFET models for hand calculations. Body effect. Short channel MOSFETS. MOSFET biasing and amplifier configurations – CS, CG and CD.

6. Active biasing and load in bipolar and CMOS integrated circuits. Current sources/sinks and mirrors. Cascode configuration and its advantages. Folded cascode.

7. Feedback topologies. Sensing and return schemas. Feedback’s impact on amplifier parameters. Practical feedback circuit examples. Stability issues degenerative and regenerative feedback.

8. DC amplifiers. Long tail bipolar and MOSFET pair. Common mode and differential signals. Transfer curves for diffpair.
Small signal analysis of differential ammlifiers. CMRR and PSRR. Internal structure of OpAmp. Frequency compensation. Slew rate. Rail-to-rail amplifiers.

9. Active filters. Types of filters. Approximation, implementation and filter synthesis. Integrators, biquads.
Discrete time analog circuits – SC and SI filters.

10. Noise in electronic circuits. Noise origin in electronic devices. Noise parameters. Noise optimization and reduction. Interference noise and shielding.

11. Output stages and power amplifiers. Thermal issues in electronics. Safe operation area. Overheat protection. Thermal resistance.

12. Rectifiers and voltage regulators. Parametric stabilizers. Voltage regulators topology. Short protection and foldback. Pulse regulators and DC voltage converters.

Ćwiczenia laboratoryjne (15h):
Laboratory class

The main philosophy of this lab is “learning by doing”.
Students work in teams and assembly practical circuits using solderless protoboards and THT elements/devices.
Subsequent themes are described more detailedly in lab manuals posted on the course webpage.

1. Introductory exercises. Safety rules in the laboratory. Getting familiar with laboratory equippment. Simple experiments with RC cicruics stimulated with sine and pulse waveforms.

2. OpAmp based circuits (inverting, noninverting, adder etc.)

3. OpAmp applications – students realize own project approved by the laboratory instructor.

4. BJT – biasing circuits

5. Single BJT amplifiers

6. Single CMOS amplifiers

7. BJT/CMOS differential pair

8. Voltage regulators

9. Final practical test – each student is expected to practically perform part of the lab exercise previously made with his/her team

Ćwiczenia audytoryjne (28h):
Discussion class:

1. Analysis and design of linear OpAmp applications.

2. Frequency response of OpAmp circuits. Stability of feedback circuits. Phase/gain margin concepts.

3. Bias calulations based on large signal models. Bias current sensitivity. Role of approximate calculations. Small-signal operation concept and models.

4. Analysis of small-signal parameters for different types of amplifier configurations.

5. Design procedures for amplifiers with desired gain and input/output impedance. Trade-offs in electronic circuit design. Impact of elements’ tolerances on performance.

6. Feedback circuit analysis. Basic topologiers. Intuitive sensing and return mechanism recognition.

7. Analysis of differential pairs. Active loads. Designing current mirrors.

8. Analysis and design of voltage regulators

Ćwiczenia projektowe (9h):
-
Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Auditory class: the evaluation is made by the class instructor and based on participant’s activity during the class (10%), two partial tests (up to 80%) and homeworks (10%)
To be admitted to re-take assesment the student must take part in at least 70% of class meetings.

Laboratory class: it is necessary to complete all the topics provided by the schedule and pass the final practical test involving elements of measurement procedures for all subjects provided. Sudent may be not admitted to run the exercise when lab instructor discovers extreme student’s ignorance concerning the exercise subject of lab manual. This results whith the consequences as for the class absence. Exercise is considered done after presenting the written report or discussion the results with the insteructor. Report’s grade may be lowered for late presentation. To be considered as on-time report should be presented during subsequent class meeting. To be admitted for re-take of practical test student must have clean record – all reports time and without being unprepared to eny exercise.

Grade results from class activity, writtten reports and tests.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Final grade will be issued after successful assesment of both discussion and laboratory class as well as passing the final exam. The final grade is weighted sum of auditory class assesment (20%), lab class assesment (20%), final exam (50%) and lecture quizzes (10%)

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

Auditory class: Each absence must be compensated by an extra homework given by the class instructor.

Lab class. All exercise subject must be executed and reported. Lab instuctor determines the timeslots for substitution.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Background in mathematics (calculus, matrix algebra, complex numbers), circuit theory, semiconductor devices. Basic laboratory skills – multimeter, oscilloscope, signal generator use.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

B. Razavi Fundamentals of Microelectronics, Willey, 2008
A. Sedra, K.C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford UP 2010
R. Jaeger, T. Blalock, Microelectronic Circuit Design,McGraw Hill 2003
A. Agarwal, J.H Lang, Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits, Elsevier 2005

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

https://www.bpp.agh.edu.pl/autor/machowski-witold-01217
https://www.bpp.agh.edu.pl/autor/kolodziej-jacek-03935

Informacje dodatkowe:

The staff has improved communications skills, which have been developed during English language trainings in the POWR.03.04.00-00-D002/16 project, carried out by the Faculty of Computer Science, Electronics and Telecommunications under the Smart Growth Operational Programme 2014-2020