Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Analogowe układy elektroniczne
Course of study:
2017/2018
Code:
RIA-1-503-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Acoustic Engineering
Semester:
5
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
Jasielski Jacek (jasielsk@agh.edu.pl)
Academic teachers:
Dziurdzia Piotr (dziurdzi@agh.edu.pl)
Jasielski Jacek (jasielsk@agh.edu.pl)
Module summary

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
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych IA1A_K02 Activity during classes
Skills
M_U001 Student potrafi projektować analogowe układy elektroniczne używając właściwych metod, technik i narzędzi. IA1A_U23 Test,
Examination
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe rozwiązania układowe w technologii bipolarnej i CMOS typowych IA1A_W15 Examination
M_W002 Student zna zasady projektowania i analizy analogowych układów elektronicznych IA1A_W15 Examination,
Test
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
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych + + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi projektować analogowe układy elektroniczne używając właściwych metod, technik i narzędzi. + + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe rozwiązania układowe w technologii bipolarnej i CMOS typowych + + + - - - - - - - -
M_W002 Student zna zasady projektowania i analizy analogowych układów elektronicznych + + + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Układy zasilania tranzystorów – Wybór punktu pracy tranzystora. Statyczne i dynamiczne proste robocze układów wzmacniających. Układy zasilania tranzystorów bipolarnych. Obwody zasilania tranzystorów unipolarnych. Charakterystyka obwodów zasilania w układach scalonych. Źródła stałoprądowe- lustra prądowe proste i kaskodowe na tranzystorach bipolarnych. Lustra prądowe proste i kaskodowe (w tym high swing) na tranzystorach MOSFET.

2. Wzmacniacze tranzystorowe w różnych konfiguracjach – Klasyfikacja wzmacniaczy. Tworzenie schematów zastępczych wzmacniaczy. Wzmacniacze w konfiguracjach OE, OB, OC ( w tym symetryczny wtórnik emiterowy) oraz wzmacniacze w konfiguracjach OS, OG, OD (w tym symetryczny wtórnik źródłowy) w zakresie średnich częstotliwości. Wzmacniacze kaskodowe na tranzystorach bipolarnych i MOSFET. Właściwości wzmacniaczy w zakresie dużych częstotliwości. Przykładowe charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza RC w konfiguracji OE w zakresie małych częstotliwości.

3. Sprzężenie zwrotne – Uwagi ogólne. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego. Wpływ sprzężenia zwrotnego na parametry robocze wzmacniaczy. Stabilność układów ze sprzężeniem zwrotnym. Przykłady wzmacniaczy z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

4. Wzmacniacze prądu stałego – Wzmacniacz różnicowy – Składowa różnicowa i sumacyjna sygnału. Charakterystyki przejściowe wzmacniaczy na tranzystorach bipolarnych i tranzystorach MOSFET. Analiza małosygnałowa wzmacniaczy. Wzmacniacze z obciążeniem aktywnym. Niesymetryczne wzmacniacze różnicowe – układy: OC-OB, OD-OG. Podstawowe właściwości wzmacniaczy operacyjnych. Budowa wzmacniaczy operacyjnych. Kompensacje charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego. Szybkość narastania napięcia wyjściowego. Wzmacniacz rail-to-rail. Szerokopasmowe wzmacniacze operacyjne.

5. Liniowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych – Podstawowe konfiguracje wzmacniacza operacyjnego w układach wzmacniających. Układy operacyjne odejmowania i dodawania. Układy całkujące i różniczkujące.

6. Nieliniowe układy operacyjne – Klasyfikacja i metody generacji funkcji nieliniowych. Analogowe układy mnożące. Układ Gilberta. Układy logarytmiczne i wykładnicze. Układy kształtujące funkcje przedziałami prostoliniowe. Komparatory.

7. Wzmacniacze mocy – Specyficzne problemy wzmacniaczy mocy. Odprowadzenie ciepła z tranzystora mocy. Klasy pracy wzmacniaczy. Wzmacniacze mocy klasy A. Wzmacniacz ze sprzężeniem transformatorowym. Przeciwsobne wzmacniacze klasy B i AB. Charakterystyka przejściowa i zniekształcenia nieliniowe. Rozwiązania układowe wzmacniaczy klasy AB. Zasada pracy i ogólne własności wzmacniaczy mocy klasy D.

8. Szumy we wzmacniaczach – Mechanizmy generacji szumów w elementach elektronicznych. Szumy w elementach półprzewodnikowych. Miary właściwości szumowych układów. Optymalizacja właściwości szumowych układów.

9. Wzmacniacze selektywne LC – Obwody rezonansowe LC. Pojedynczy obwód rezonansowy LC. Obwody rezonansowe sprzężone. Filtry piezoelektryczne. Filtry kwarcowe. Filtry ceramiczne. Przykłady analizy jednostopniowych wzmacniaczy rezonansowych LC. Stabilność wzmacniaczy rezonansowych. Techniki realizacji wzmacniaczy selektywnych w.cz.

10. Stabilizatory o pracy ciągłej – Definicje, parametry i klasyfikacja stabilizatorów.
Stabilizatory parametryczne. Stabilizatory kompensacyjne. Układy zabezpieczeń stabilizatorów. Układy z ograniczeniem i redukcją prądu zwarcia. Zabezpieczenia nadnapięciowe. Zabezpieczenie termiczne. Monolityczne stabilizatory napięcia.

11. Zasilacze impulsowe – Właściwości stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Rodzaje stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Sterowane konwertery napięcia stałego z wyjściem nieizolowanym od wejścia. Konwertery napięcia stałego z wyjściem izolowanym od wejścia. Układy stabilizacyjne i zabezpieczające impulsowych stabilizatorów napięcia. Przykłady stabilizatorów impulsowych.

Auditorium classes:

1. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów, analiza układów zasilania z zapewnieniem żądanego stopnia stabilizacji od zmian temperatury, napięć zasilających, tolerancji elementów.
2. Analiza parametrów roboczych wzmacniaczy napięciowych, projektowanie wzmacniaczy napięciowych zapewniające żądane parametry robocze.
3. Obliczanie parametrów roboczych dla sygnałów różnicowego, sumacyjnego i charakterystyki przejściowej różnych struktur wzmacniacza różnicowego oraz elementów tych wzmacniaczy dla żądanych parametrów roboczych.
4. Analiza i projektowanie liniowych aplikacji wzmacniacza operacyjnego, projektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej funkcję układu albo jego charakterystykę amplitudową
5. Analiza i projektowanie nieliniowych aplikacji wzmacniacza operacyjnego, projektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej zadaną charakterystykę przejściową
6. Analiza i projektowanie stabilizatorów o działaniu ciągłym (o żądanym napięciu, prądzie ograniczenia).

Laboratory classes:

1. Wzmacniacza napięciowy na tranzystorze bipolarnym w konfiguracji OE
Dobór elementów wzmacniacza dla założonych parametrów roboczych z zapewnieniem maksymalnej amplitudy niezniekształconego sygnału. Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary parametrów roboczych. Pomiary wpływu elementów wzmacniaczy na powyższe parametry i charakterystyki.
2. Wzmacniacz napięciowy na tranzystorze unipolarnym w konfiguracji OS
Dobór elementów wzmacniacza dla założonych parametrów roboczych z zapewnieniem maksymalnej amplitudy niezniekształconego sygnału. Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary parametrów roboczych. Pomiary wpływu elementów wzmacniaczy na powyższe parametry i charakterystyki.
3. Wzmacniacza prądu stałego
Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary charakterystyki przejściowej, wzmocnienia różnicowego i sumacyjnego każdego z badanych rozwiązań układowych. Pomiar parametrów roboczych układu.
4. Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych
Zaprojektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej funkcję układu albo jego charakterystykę amplitudową. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów i charakterystyk zaprojektowanych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi.
5. Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych
Zaprojektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej żądaną charakterystykę układu. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów i charakterystyk zaprojektowanych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi.
6. Stabilizatory napięcia o działaniu ciągłym
Zaprojektowanie struktur układu stabilizatorów parametrycznego i kompensacyjnych w tym także z wykorzystaniem układów scalonych. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów.
7. Wzmacniacz mocy
Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary podstawowych parametrów układu. Obserwacja i pomiary zniekszałceń powstałych w układzie.
8. Układy mnożące
Pomiar podstawowych parametrów układu mnożącego. Zaprojektowanie oraz pomiary struktur wykorzystujących układy mnożące.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 155 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 50 h
Participation in laboratory classes 30 h
Preparation for classes 30 h
Participation in auditorium classes 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium, ćwiczeń audytoryjnych oraz egzaminu.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (30%), ćwiczeń audytoryjnych (30%) i egzaminu (40%) uzyskanych we wszystkich terminach.
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

Prerequisites and additional requirements:
  • Znajomość teorii obwodów w zakresie analizy podstawowych układów
  • Znajomość podstaw teorii półprzewodnikowej oraz elementów elektronicznych
  • Znajomość metod analizy funkcji jednej zmiennej, rachunku różniczkowego oraz macierzowego, liczby zespolone.
  • Umiejętność wykonywania pomiarów elektrycznych w zakresie napięć i prądów, stałych i zmiennych.
  • Umiejętność zastosowania generatora sygnałów oraz oscyloskopu w pomiarach elektrycznych.
Recommended literature and teaching resources:

1. Praca zbiorowa pod red St. Kuty: Przyrządy półprzewodnikowe i układy elektroniczne cz. I i II", Wyd AGH, Kraków 2000.
2. Baranowski J., Nosal Z.: “Układy elektroniczne cz. I i cz. II”, WNT, Warszawa, 1998
3. Gray P.R., Hurst P.J., Lewis J.H., Meyer R.G.; Analysis and design of analog integrated circuits, 4th ed., Wiley, New York 2001.
4. Allen P.E., Holberg D.R.; CMOS Analog Circuit Design, Oxford UP, 2002

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

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None