Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Problemy termiczne w układach elektronicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETP-1-610-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. inż. Kos Andrzej (kos@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot zapewnia uzyskanie efektów kształcenia przewidzianych w programie studiów.

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 wie co jest przyczyną powstawania start energii w układach elektronicznych ETP1A_W05, ETP1A_W02 Aktywność na zajęciach
M_W002 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 Aktywność na zajęciach
M_W003 Student wie jak redukować zbędna energię strat cieplnych w układach analogowych i cyfrowych. ETP1A_W05, ETP1A_W08, ETP1A_W02 Aktywność na zajęciach
M_W004 Student wie na czym polega projektowanie energooszczędnych układów analogowych i cyfrowych ETP1A_W05, ETP1A_W03, ETP1A_W07, ETP1A_W13 Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi ocenić wpływ warunków środowiska na skuteczność chłodzenia systemu elektronicznego. ETP1A_U12, ETP1A_U06 Aktywność na zajęciach
M_U002 Student umie oszacować wydajność obliczeniową procesora numerycznego przetwarzającego informację elektronowo na podstawie jego systemu chłodzenia. ETP1A_U06, ETP1A_U09 Aktywność na zajęciach
M_U003 Student potrafi zaprojektować system chłodzenia układu elektronicznego stosownie do jego zastosowania. ETP1A_U12, ETP1A_U11 Aktywność na zajęciach
M_U004 System potrafi zaprojektować prosty system harwestingowy ETP1A_U09, ETP1A_U02 Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student potrafi pracować zespołowo. ETP1A_K04, ETP1A_K05 Aktywność na zajęciach
M_K002 Student godnie reprezentuje środowisko inżynierii technicznej. ETP1A_K04, ETP1A_K03 Aktywność na zajęciach
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
38 24 0 14 0 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 wie co jest przyczyną powstawania start energii w układach elektronicznych + - + - - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę na temat sposobów odprowadzania ciepła z układów i wykorzystywania go do zwrotnego zasilania tych układów (harwestingu). + - + - - - - - - - -
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 + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi ocenić wpływ warunków środowiska na skuteczność chłodzenia systemu elektronicznego. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie oszacować wydajność obliczeniową procesora numerycznego przetwarzającego informację elektronowo na podstawie jego systemu chłodzenia. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zaprojektować system chłodzenia układu elektronicznego stosownie do jego zastosowania. + - + - - - - - - - -
M_U004 System potrafi zaprojektować prosty system harwestingowy + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi pracować zespołowo. + - - - - - - - - - -
M_K002 Student godnie reprezentuje środowisko inżynierii technicznej. + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 38 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 32 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (24h):

1. Pasożytnicze źródła ciepła w układach elektronicznych. Temperatura jako miara energii wewnętrznej – 1 h
2. Różne mechanizmy transportu ciepła: – 3h
– przewodzenie
– konwekcja
– radiacja
3. Ciepło jako zjawisko szkodliwe. Sposoby redukcji strat cieplnych. Sposoby chłodzenia układów i systemów elektronicznych – 2 h
4. Projektowanie energooszczędnych układów elektronicznych 2 h
5. Systemy wykorzystujące energię strat cieplnych układów do ich wtórnego zasilania-4h.

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):

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.

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.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie na podstawie aktywności na zajęciach i rozmowie ze studentem.

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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz egzaminu z wykładu.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (40%) i egzaminu (60%).
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3
4. Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i egzaminu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5.

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

Samouczenie się.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

- Podstawy fizyki
- Podstawy projektowania analogowych i cyfrowych układów scalonych

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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

Informacje dodatkowe:

Brak