Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Analog electronic circuits 1
Course of study:
2017/2018
Code:
EME-1-302-s
Faculty of:
Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Microelectronics in industry and medicine
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
Gryboś Paweł (pgrybos@agh.edu.pl)
Academic teachers:
Gryboś Paweł (pgrybos@agh.edu.pl)
KMON Piotr (kmon@agh.edu.pl)
Kłeczek Rafał (rafeczek@agh.edu.pl)
Module summary

Niniejszy blok tematyczny to pierwsza część analogowych układów elektronicznych, która obejmuje podstawowe architektury układowe (wzmacniacze jedno i dwustopniowe) wraz z ich właściwościami.

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 pracować w zespole, ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, a także jest gotowy podporządkować się zasadom pracy zespołowej. ME1A_U02, ME1A_U01, ME1A_U03 Completion of laboratory classes
Skills
M_U001 opisać odpowiedź częstotliwościową stopni CE i CS oraz CB i CG, kaskod, wzmacniacz róznicowego ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01, ME1A_U07 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_U002 oszacować podstawowe parametry jednostopniowych wzmacniaczy tranzystorowych, oszacować punkt pracy wzmacniaczy jednotranzystorowych ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01, ME1A_U07 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Participation in a discussion,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_U003 sklasyfikować jednostopniowe wzmacniacze tranzystorowe w kontekście ich wzmocnienia, rezystancji wejściowej/wyjściowej, odpowiedzi częstotliwościowej ME1A_W17, ME1A_W25, ME1A_W13 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_U004 policzyć zera i bieguny podanego układu elektronicznego, policzyć transmitancję podanego układu elektronicznego ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01, ME1A_U07 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
Knowledge
M_W001 scharakteryzować podstawowe konfiguracje jednostopniowych wzmacniaczy opartych o tranzystory bipolarne i MOS scharakteryzować parametry źródeł napięcia i źródeł prądowych ME1A_W17, ME1A_W25, ME1A_W13 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_W002 opisać odpowiedź częstotliwościową podstawowych wzmacniaczy ME1A_W17, ME1A_W25, ME1A_W13 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_W003 narysować schemat ideowy wzmacniacza różnicowego, źródła prądowego, referencyjnego źródła napięciowego ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01, ME1A_U07 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
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 pracować w zespole, ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, a także jest gotowy podporządkować się zasadom pracy zespołowej. - + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 opisać odpowiedź częstotliwościową stopni CE i CS oraz CB i CG, kaskod, wzmacniacz róznicowego - + + - - - - - - - -
M_U002 oszacować podstawowe parametry jednostopniowych wzmacniaczy tranzystorowych, oszacować punkt pracy wzmacniaczy jednotranzystorowych - + + - - - - - - - -
M_U003 sklasyfikować jednostopniowe wzmacniacze tranzystorowe w kontekście ich wzmocnienia, rezystancji wejściowej/wyjściowej, odpowiedzi częstotliwościowej - + + - - - - - - - -
M_U004 policzyć zera i bieguny podanego układu elektronicznego, policzyć transmitancję podanego układu elektronicznego - + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 scharakteryzować podstawowe konfiguracje jednostopniowych wzmacniaczy opartych o tranzystory bipolarne i MOS scharakteryzować parametry źródeł napięcia i źródeł prądowych + + - - - - - - - - -
M_W002 opisać odpowiedź częstotliwościową podstawowych wzmacniaczy + + - - - - - - - - -
M_W003 narysować schemat ideowy wzmacniacza różnicowego, źródła prądowego, referencyjnego źródła napięciowego + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Wzmacniacze CMOS/BJT:

    - podstawy (układy pracy, polaryzacja),
    - wzmacniacz w konfiguracji CS/CE oraz w konfiguracji z degeneracją,
    - wzmacniacz w konfiguracji CG/CB,
    - wtórnik napięciowy CD/CC.

  2. Żródła prądowe i stopnie kaskodowe:

    - kaskody (prosta, zawinięta, z podbiciem wzmocnienia),
    - źródła prądowe.

  3. Wzmacniacze różnicowe:

    - podstawy (sygnały róźnicowe i stopnie różnicowe, CMRR),
    - wzmacniacz różnicowy oparty na tranzystorach bipolarnych,
    - wzmacniacz różnicowy oparty na tranzystorach MOS,
    - para różnicowa z obciążeniem aktywnym.

  4. Napięciowe źródła referencyjne:

    - zasada działania referencyjnych źródeł napięciowych,
    - podstawowe konfiguracje referencyjnych źródeł napięcia.

  5. Odpowiedź częstotliwościowa układów elektronicznych:

    - funkcja przejścia, odpowiedź częstotliwościowa, wykresy Bodego, zera i bieguny,
    - zachowanie tranzystora dla bardzo dużych częstotliwości,
    - odpowiedź częstotliwościowa stopni CS i CE,
    - odpowiedź częstotliwościowa stopni CG i CB,
    - odpowiedź częstotliwościowa stopni CD i CC,
    - odpowiedź częstotliwościowa kaskody, wzmacniacza różnicowego.

Auditorium classes:

1. Charakterystyki i właściwości podstawowych elementów elektronicznych.
2. Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy jednostopniowych CMOS.
3. Źródła prądowe i stopnie kaskodowe.
4. Wzmacniacze różnicowe i wzmacniacze operacyjne.
5. Odpowiedź częstotliwościowa podstawowych konfiguracji wzmacniaczy CMOS.

Laboratory classes:
  1. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

    W tym ćwiczeniu student zapozna się z charakterystykami prądowo-napięciowymi diod półprzewodnikowych oraz z ich przykładowymi zastosowaniami w układach elektronicznych. Student zastosuje trzy różne diody półprzewodnikowe: prostowniczą („zwykłej”), Zenera oraz Schottky’ego.

  2. TRANZYSTOR BIPOLARNY

    Ćwiczenie będzie dotyczyć pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystora NPN i PNP oraz wyznaczania jego podstawowych parametrów tj. β [A/A], czy VA [V] oraz punktu pracy. Ćwiczenie będzie przebiegało w oparciu o tranzystory 2N2222A i 2N4403.

  3. TRANZYSTOR MOS

    Ćwiczenie będzie dotyczyć pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystora NMOS i PMOS oraz wyznaczania jego podstawowych parametrów tj. VTH [V], k [mA/V2] czy λ [1/V]. Ćwiczenie będzie przebiegało w oparciu o układ scalony CD4007.

  4. ŹRÓDŁA/LUSTRA PRĄDOWE

    W trakcie tego laboratorium student wyznaczy podstawowe parametry układów źródeł/luster prądowych. W tym celu zastosuje układy scalone CD4007.

  5. WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY – KONFIGURACJA WSPÓLNEGO ŹRÓDŁA

    W trakcie tego laboratorium student wyznaczy podstawowe parametry wzmacniaczy napięciowych opartych na konfiguracji wspólnego źródła oraz konfiguracji wspólnego źródła z degeneracją. W tym celu zastosuje tranzystor NMOS znajdujący się w układzie scalonym CD4007.

  6. WZMACNIACZE JEDNOSTOPNIOWE

    Ćwiczenie będzie dotyczyć pomiarów i wyznaczania parametrów wzmacniaczy jednostopniowych. Prace będą przebiegały w oparciu o układ CD4007.

  7. WZMACNIACZ RÓŻNICOWY

    W trakcie tego laboratorium student wyznaczy podstawowe parametry wzmacniacza różnicowego zbudowanego z tranzystorów MOS i rezystorów. W tym celu zastosuje układy scalone CD4007 składające się z 6 tranzystorów.

  8. WZMACNIACZ OPERACYJNY

    W trakcie tego laboratorium student sprawdzi podstawowe parametry wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz będzie skonstruowany w oparciu o układy scalone CD4007 i będzie składał się z dwóch stopni wzmacniających: pary różnicowej z obciążeniem rezystancyjnym oraz wzmacniacza jednostopniowego pracującego w układzie wspólnego źródła.

    UWAGA! Pojedyncze zajęcia laboratoryjne trwają 135 minut. Zajęcia laboratoryjne startują w czwartym tygodniu semestru.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 176 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Examination or Final test 12 h
Participation in lectures 28 h
Participation in laboratory classes 28 h
Participation in auditorium classes 28 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Preparation for classes 70 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest wystawiana na podstawie oceny z laboratorium i z ćwiczeń audytoryjnych.

Warunki zaliczenia laboratorium i ćwiczeń audytoryjnych będą podane na zajęciach organizacyjnych. Przewiduje się przeprowadzenie kilku kolokwiów sprawdzających w ciągu semestru.

Ocena końcowa obliczana jest na podstawie punktów procentowych zgodnie z regulaminem studiów.

Prerequisites and additional requirements:

Podstawy fizyki półprzewodników
Znajomość zasad działania podstawowych elementów elektronicznych
Teoria obwodów
Podstawy analizy matematycznej

Recommended literature and teaching resources:

1. "CMOS Analog Circuit Design", Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg
2. "Analog Design Essentials", Willy M.C. Sansen
3. "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits", Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer
4. "Układy Elektroniczne cz. I i cz. II", J. Baranowski, Z. Nosal
5. "Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe", A. Filipkowski

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:
  1. P. Grybos, A. Drozd, R. Kleczek, P. Maj, and R. Szczygiel, “Digitally assisted low noise and fast signal processing charge sensitive amplifier for single photon counting systems,” in 2015 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 2015, pp. 1445–1450.
  2. R. Kleczek, P. Grybos, and R. Szczygiel, “Charge sensitive amplifier for nanoseconds pulse processing time in CMOS 40 nm technology,” in 2015 22nd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits & Systems (MIXDES), 2015, pp. 292–296.
  3. R. Kłeczek, P. Gryboś, “FSDR16 – Fast and Low Noise Multichannel ASIC with 5th Order Complex Shaping Amplifier”, IEEE Transactions on Nuclear Science, 2013, no. 60, 2188 – 2195.
  4. R. Kłeczek, P. Gryboś. R. Szczygieł, “Low power analog readout front-end electronics for time and energy measurements”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, European Science Foundation, Elsevier, 2014, no. 748, 54 – 60.
  5. R. Kłeczek, P. Gryboś, “Tests of a readout front-end electronics for a pixel detector based on inverter amplifier”, IEEE MIXDES 2013, Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, 2013, 273 – 278.
  6. R. Kłeczek, R. Szczygieł, P. Gryboś, P. Otfinowski, K. Kasiński, „Time and Energy Measuring Front-End Electronics for Long Silicon Strip Detectors Readout”, IEEE NSS-MIC 2013, Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, 2013.
  7. Energy Efficient Low-Noise Multichannel Neural Amplifier in Submicron CMOS Process, P. Kmon, P. Gryboś, IEEE Transactions on Circuits and Systems—I: Regular Papers, Vol. 60, No. 7, July 2013
  8. Digitally assisted neural recording and spike detection multichannel integrated circuit designed in 180 nm CMOS technology, P. Kmon, Microelectronics Journal, Elsevier, Volume 45, Issue 9, September 2014, Pages 1187–1193
  9. Efficient neural amplifiers using MOS and MIM capacitors in 180 nm CMOS process, P. Kmon, P. Gryboś, R. Szczygieł, M. Żołądź, Elektronika, Konstrukcje, Technologie, Zastosowania, pp. 20 – 24, no 12/2012
  10. Analiza szumowa kanału odczytowego przeznaczonego do wielokanałowych układów scalonych dedykowanych do eksperymentów neurobiologicznych, P. Kmon, P. Otfinowski, Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 2013 nr 1 s. 21–23
  11. Multichannel integrated circuit for complex neurobiology experiments, P. Kmon, Pomiary, Automatyka, Kontrola, 2012, vol. 58, No. 4, 355-357
  12. Effective Noise Minimization in Multichannel Recording Circuits Processed in Modern Technologies for Neurobiology Experiments, P. Kmon, P. Gryboś, M. Żołądź, R. Szczygieł, BioCAS November 2014, Laussane, Switzerland
  13. CMRR improvement for multichannel integrated recording circuits processed in submicron technologies dedicated to neurobiology experiments, P. Kmon, MIXDES 2014, 21st International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, June, 2013, Lublin, Poland
  14. Design of a reconfigurable stimulator for multichannel integrated systems dedicated to neurobiology experiments, P. Kmon, MIXDES 2014, 21st International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, June, 2013, Lublin, Poland
  15. Neural Recording and Spike Detection Multichannel Integrated Circuit for Broad Range of Biomedical Signals Recording, P. Kmon, P. Grybos, R. Szczygieł, M. Zoladz, EMBS November 2013, San Diego, USA
  16. A complete 256-channel reconfigurable system for in vitro neurobiological experiments, M. Zoladz, P. Kmon, J. Rauza, P. Grybos, T. Kowalczyk, B. Caban, BioCAS November 2013, Rotterdam, Netherlands
  17. NRSD8 – Neural Recording and Spike Detection Multichannel Integrated Circuit Designed in 180nm CMOS Technology, P. Kmon, MIXDES 2013, 20th International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, June, 2013, Gdynia, Poland
  18. Area Efficient Low Power Neural Amplifiers Using MOS and MIM Capacitors in Submicron Technologies for Ultra Low Corner Frequencies, P. Kmon, P. Grybos, R. Szczygiel, M. Zoladz, MIXDES 2012, 19th International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, May 24-26, 2012, Warsaw, Poland
  19. Front-end amplifier optimization for integrated circuits fabricated in the submicron processes dedicated to the neurobiology experiments, P. Kmon, P. Otfinowski, EMBC 2012 San Diego : 34th annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society : 28 August – 1 September, 2012, San Diego, California
  20. High uniformity of the main parameters of the integrated electronics dedicated to record broad range of the biopotentials, P. Kmon, M. Żołądź, P. Gryboś, R. Szczygieł, International Meeting on Substrate-Integrated Microelectrode Arrays, Reutlingen, Germany, June 2012
  21. Wielokanałowy układ scalony do złożonych eksperymentów neurobiologicznych, P. Kmon, Modelowanie i Symulacja Systemów Pomiarowych, Krynica Zdrój, maj 2012
  22. Family of Mulitchannel ASICs for Measurements Electrical Activity of Neural Networks, P. Grybos, M. Zoladz, P. Kmon, R. Szczygiel, CDNLive! EMEA 2012, Munich May 2012
  23. Noise analysis of the recording channel dedicated to the multichannel integrated circuits for neurobiology experiments, P. Kmon, P. Otfinowski, 2012, Warsztaty Doktoranckie oraz letnia szkoła metod numerycznych, Lublin, 2012
Additional information:

Brak.