Elektronika

obowiązkowe

Elektryczność i magnetyzm 0900-FS1-2ELM
Rachunek niepewności pomiarowych 0900-FS1-1RNP

Optyka i fale 0900-FS1-2OIF

Studenci znają podstawy elektryczności i magnetyzmu oraz wybrane zagadnienia z podstaw optyki.

w sali

Zapoznanie studentów z podstawowymi układami elektronicznymi: analogowymi i cyfrowymi, ich zasadą działania i wykorzystaniem w technice pomiarowej.

Bierne obwody RC. Złącze p-n. Diody.

Wzmacniacze tranzystorowe (bipolarne i unipolarne).

Wzmacniacze operacyjne (podstawowe konfiguracje pracy).

Komparator.

Zasilacze i stabilizatory napięcia.

Elementy techniki cyfrowej (podstawowe układy stosowane w technice cyfrowej- bramki, przerzutniki, liczniki).

Przetworniki c/a i a/c.

Profil studiów : ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (Moduł Zastosowania Fizyki)

Dziedzina i dyscyplina nauki: Nauki Techniczne, Elektronika

Rok studiów/ semestr: 2 rok / 4 semestr, Fizyka

Wymagania wstępne: Przed rozpoczęciem zajęć student powinien posiadać wiedzę z zakresu elektryczności i magnetyzmu oraz podstaw optyki (znać podstawowe pojęcia i zjawiska) oraz umiejętność opracowywania danych pomiarowych w postaci rachunku niepewności pomiarowych.

Liczba godzin i zajęć dydaktycznych: Wykład 30 godz., Laboratorium 45 godz.

Metody dydaktyczne: wykład, wykonywanie ćwiczeń laboratoryjnych, opracowanie danych pomiarowych, dyskusja otrzymanych wyników, konsultacje, praca własna studenta w domu (m.in. przygotowanie sprawozdania z ćwiczenia).

Punkty ECTS: 5

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (30 godz.), udział w ćwiczeniach laboratoryjnych (45 godz.), udział w konsultacjach (15 godz.), praca własna studenta w domu (przygotowanie sprawozdań, analiza danych - 20 godz.), przygotowanie do zaliczenia ustnego (15 godz.)

Wskaźniki ilościowe : nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 90 godz., 3,6 ECTS; nakład pracy studenta związany z samodzielna pracą - 35 godz., 2 ECTS.

Wykład:

Zapoznanie studentów z podstawowymi układami elektronicznymi: analogowymi i cyfrowymi, ich zasadą działania i wykorzystaniem w technice pomiarowej.

Ćwiczenia laboratoryjne:

Materiał realizowany na zajęciach laboratoryjnych ma charakter praktyczny w stosunku do treści wykładów. Celem ćwiczeń laboratoryjnych jest zapoznanie studentów z działaniem poszczególnych układów elektronicznych, ich charakterystykami, właściwościami oraz prawidłowym użyciem przyrządów pomiarowych.

WYKŁAD

Pojęcia podstawowe.

1. Napięcia zmienne.

2. Uogólnione prawo Ohma (dla prostych elementów biernych).

3. Transmitancja układu.

Bierne elementy elektroniczne.

1. Rezystory i potencjometry - parametry charakterystyczne.

2. Kondensatory - parametry charakterystyczne.

3. Induktory - parametry charakterystyczne.

Bierne obwody RC, RL.

1. Układ dolnoprzepustowy:

- charakterystyka amplitudowa;

- charakterystyka fazowa;

- opis w dziedzinie czasu.

2. Układ górnoprzepustowy:

- charakterystyka amplitudowa;

- charakterystyka fazowa;

- opis w dziedzinie czasu.

3. Bierny filtr pasmowo- przepustowy.

Diody.

1. Materiały półprzewodnikowe,

Złącze p-n (opis analityczny, charakterystyka prądowo-napięciowa).

2. Własności dynamiczne

3. Dioda Zenera.

4. Dioda pojemnościowe.

5. Dioda LED.

6. Fotodioda.

7. Dioda Schottky.

Tranzystory bipolarne.

1. Zasada działania tranzystora.

2. Charakterystyki statyczne.

3. Parametry graniczne.

Wzmacniacze tranzystorowe.

1. Układ ze wspólnym emiterem - parametry.

2. Układ ze wspólnym kolektorem - parametry.

Tranzystory unipolarne : JFET, MOS FET

1. Zasada działania tranzystora.

2. Charakterystyki statyczne.Parametry graniczne.

3. Wzmacniacze na bazie tranzystorów polowych.

4. Porównanie tranzystorów bipolarnych i polowych.

Wzmacniacz operacyjny (WO).

1. Definicja i schemat ogólny.

2. Własności wzmacniacza idealnego.

3. Własności rzeczywistego WO (parametry katalogowe).

4. Podstawowe konfiguracje pracy:

- wzmacniacz odwracający;

- wzmacniacz nieodwracający;

- wtórnik napięciowy;

- wzmacniacz sumujący;

- wzmacniacz różnicowy;

- wzmacniacz całkujący;

- wzmacniacz różniczkujący;

5. Filtry aktywne (pasmowo-przepustowy).

Komparator

1. Definicja i schemat ogólny.

2. Własności komparatora idealnego.

3. Własności komparatora rzeczywistego.

4. Komparator bez histerezy

5. Komparator z histerezą.

6. Generator astabilny.

Układy zasilające.

1. Definicja układu zasilającego; parametry zasilaczy.

2. Schemat blokowy układu zasilającego o działaniu ciągłym.

3. Zasada działania układu zasilającego o działaniu ciągłym.

4. Elementy budowy stabilizatora napięcia ze sprzężeniem zwrotnym.

5. Zasilacz stabilizowany z diodą Zenera.

6. Zasilacz stabilizowany ze stabilizatorem kompensacyjnym.

Elementy techniki cyfrowej.

1. Algebra Boole'a. Podstawowe funkcje logiczne. Przykłady realizacji funkcji złożonych.

2. Parametry charakteryzujące techniki układowe.

3. Analiza wybranych technik układowych używanych do budowy układów cyfrowych.

4. Podstawowe układy stosowane w technice cyfrowej:

- bramki;

- przerzutniki: D, RS, T, JK;

- liczniki;

5. Porównanie układów cyfrowych:

serie: TTL, CMOS; podstawowe parametry.

Przetworniki c/a i a/c.

Zasada działania wybranych przetworników. Parametry.

LABORATORIUM

1.Zapoznanie się z budową i używaniem oscyloskopu wielokanałowego.

2.Badanie filtrów biernych zbudowanych na elementach RC.

3.Wyznaczanie podstawowych parametrów wzmacniaczy tranzystorowych (OE, OC).

4.Badanie wzmacniacza operacyjnego w różnych układach pracy, wyznaczanie parametrów. Analiza

pracy komparatorów (z histerezą i bez) oraz generatora astabilnego.

5.Analiza pracy układów zasilających zbudowanych w oparciu o różne elementy (np. prostownik jednopołówkowy lub dwupołówkowy, itd). Pomiar charakterystyk obciążeniowych układów zasilających.

Charakterystyki prądowo-napięciowe 4 diod: zwykłej, Zenera, LED i Schottky.

6.Realizacja dowolnych funkcji logicznych w oparciu o bramki NAND i NOR. Zaprojektowanie dwóch liczników modulo n w oparciu o układ scalony licznika 7490, 7491. Analiza pracy licznika synchronicznego i asynchronicznego.

7.Zapoznanie się z pracą dwóch przetworników: a/c (metoda kompensacji wagowej) i c/a (z siecią rezystorów o wartościach ważonych) do przetwarzania sygnałów. Szacowanie i analiza błędów cyfrowych i analogowych.

Literatura zalecana:

1.Rusek M., Pasierbiński J., Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2009;

2.Watson J., Elektronika, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności , Warszawa 1999;

3.Tietze U., Schenk Ch., Układy półprzewodnikowe, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1997;

4.Marciniak W. , Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1984;

5.Nadachowski M., Kulka Z., Analogowe układy scalone, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności , Warszawa 1983;

Literatura dodatkowa:

6.Pieńkos J., Turczyński J., Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności , Warszawa 1986;

7.Kulka Z., Libura A., Nadachowski M., Przetworniki ac i ca, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności , Warszawa 1987;

8.Horowitz P., Hill W. – Sztuka elektroniki , tom 1 i 2., Wydawnictwo Komunikacji i Łączności , Warszawa 1997;

9.Chwaleba A., Moeschke B., Pracownia elektroniczna, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1998;

Student:

1. rozumie fundamentalne znaczenie fizyki dla rozwoju technologicznego, gospodarczego i cywilizacyjnego (K_W01; X1A_W01);

2. zna budowę i rozumie fizyczne podstawy działania wybranych podzespołów elektroniki analogowej i cyfrowej K_W27; X1A_W01; X1A_W05);

3. zna budowę wybranych elektronicznych przyrządów pomiarowych i rozumie zasady ich działania (K_W28; X1A_W01; X1A_W05);

4. zna podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz zasady bezpieczeństwa i higieny pracy w laboratoriach fizycznych (K_W29; X1A_W06);

5. umie planować i wykonywać proste doświadczenia z zakresu elektroniki, krytycznie analizować ich wyniki oraz je prezentować (K_U26; X1A_U03);

6. umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z zasobów literatury oraz zasobów Internetu w odniesieniu do zagadnień elektroniki (K_U27; X1A_U07);

7. potrafi pracować w zespole przyjmując w nim różne role, w tym w szczególności rolę kierowniczą, potrafi przyjąć odpowiedzialność za realizowane zadanie zespołowe (K_K02; X1A_K02; X1A_K03);

8. potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze i zasobach internetu, także w językach obcych (K_K05; X1A_K01)

Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest wykonanie wszystkich ćwiczeń i ich zaliczenie. Student, legitymujący się usprawiedliwioną nieobecnością, ma prawo odrobić zaległe ćwiczenie w uzgodnionym z prowadzącym terminie. Nieobecność na 50% zajęć laboratoryjnych uniemożliwia otrzymanie zaliczenia z ćwiczeń laboratoryjnych.

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia na ocenę wykładu jest zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych.

Formy pomiaru/oceny pracy studenta:

• zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych;

• ustne zaliczenie na ocenę wykładu.