- Nazwa przedmiotu:
- Podstawy elektroniki
- Koordynator przedmiotu:
- Prof. dr hab. inż. Artur Przelaskowski
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Informatyka
- Grupa przedmiotów:
- Wspólne
- Kod przedmiotu:
- 1120-IN000-ISP-0005
- Semestr nominalny:
- 1 / rok ak. 2015/2016
- Liczba punktów ECTS:
- 4
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1. godziny kontaktowe – 55 h; w tym
a) obecność na wykładach – 30 h
b) obecność na ćwiczeniach – 15 h
c) konsultacje – 10 h
2. praca własna studenta – 60 h; w tym
a) przygotowanie do ćwiczeń – 20 h
b) przygotowanie do sprawdzianów – 20 h
c) zapoznanie się z literaturą – 20 h
Razem 115 h, co odpowiada 4 pkt. ECTS
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 1. obecność na wykładach – 30 h
2. obecność na ćwiczeniach – 15 h
3. konsultacje – 10 h
Razem 55 h, co odpowiada 2 pkt. ECTS
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia15h
- Laboratorium0h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- brak
- Limit liczby studentów:
- Ćwiczenia – 30 os/grupa
- Cel przedmiotu:
- Celem przedmiotu jest ukazanie wybranych zagadnień istotnych (w zakresie wiedzy i umiejętności) elektroniki według kryteriów dotyczących przede wszystkim: a) fizycznych uwarunkowań przepływu prądu elektrycznego stałego i zmiennego, b) rozumienia metod przesyłania sygnałów elektrycznych w obwodach i układach elektronicznych, c) użyteczności elementarnych urządzeń elektronicznych w rozwiązywaniu problemów współczesnej informatyki. Studenci poznają zasady projektowania elementów obwodów, liczenia rozkładów prądów i napięć, ustalania warunków dopasowania układów czy metod wyznaczania schematów zastępczych. Zapoznają się z metodami uproszczonej analizy układów – np. z użyciem modeli odcinkami liniowych do analizy obwodów prądu stałego z półprzewodnikowymi elementami nieliniowymi, metody symbolicznej do analizy obwodów prądu zmiennego czy też małosygnałowej analizy nieliniowych obwodów prądu zmiennego.
Spodziewane efekty kształcenia to zdobycie syntetycznej wiedzy teoretyczno-pragmatycznej w zakresie podstaw elektroniki służących rozwiązywaniu typowych problemów inżynierskich w kontekście dyskusji realnych zastosowań elektroniki w informatyce. Zamierzonym efektem są także umiejętności:
- wyjaśniania roli elementów biernych i aktywnych, liniowych i nieliniowych, stałych i regulowanych, modelowanych ideowo i realistycznie na użytek zamierzonej funkcjonalności obwodów,
- rozumienia zasad działania elementarnych obwodów, roli zamieszczanych elementów oraz reguł projektowania zamierzonych efektów,
- liczenia prostych obwodów prądu stałego i zmiennego, w tym sprawne posługiwanie się metodą symboliczną, stosowanie reguł przekształcania i upraszczania obwodów,
- wykorzystania uproszczonych modeli elementów nieliniowych do analizy obwodów i układów,
- wyznaczania charakterystyk przejściowych (częstotliwościowych i fazowych) filtrów i prostych układów,
- dostosowania wartości elementów oraz parametrów obwodów do zamierzonych efektów wyjściowych projektowanych układów.
- Treści kształcenia:
- Program wykładu:
Wprowadzenie: zarys elektroniki, podział, rys historyczny, trendy rozwoju, elektroniczne wsparcie informatyki, rola integracji na poziomie aparatury, programowania, przetwarzania informacji.
Fizyczne podstawy obwodów: istotne wielkości fizyczne i zjawiska, pomiary sygnałów, wydzielanie mocy, elementarne obwody elektryczne, rezystywność i rezystancja – prawo Ohma, liczenie rezystancji zastępczej prostych obwodów – dwójników, trójników, czwórników, pojęcie źródeł napięciowych i prądowych, problem obciążenia źródeł rzeczywistych, równoważność źródeł.
Liczenie obwodów: prawa Kirchhoffa, zasady Thevenina i Nortona, dzielniki prądowe i napięciowe, zasada superpozycji.
Sygnały zmienne: prąd i napięcie zmienne, sygnały harmoniczne, parametryzacja harmonicznej, przebiegi czasowe, generatory energii sygnałów zmiennych.
Obwody prądu zmiennego: źródła prądu sinusoidalnego, obwody RLC, charakterystyka elementów idealnych i rzeczywistych, liczenie wielkości zastępczych, w szczególności rezystory, ich konstrukcja, parametry, rodzaje, kondensatory – rola pojemności, konstrukcje, rodzaje, mechanizm przesuwania fazy, cewki – charakterystyka indukcyjności, przesunięcia fazowe, ładowanie i oddawanie energii.
Liczenie obwodów zmiennych: metoda symboliczna, relacja wskaz- przebieg czasowy, upraszczanie zapisów czasowych, liczenie zespolone, symboliczna wersja praw, zasad i metod stosowanych do liczenia obwodów, pojęcia impedancji i reaktancji, moc prądu zmiennego.
Filtry: impedancja funkcją częstotliwości, pojęcie transmitancji, kształtowanie sygnałów, rodzaje filtrów, pasmo przenoszenia, liczenie charakterystyk amplitudowych i fazowych wybranych filtrów, łączenie filtrów – problem dopasowania, wyznaczania impedancji wejściowych/wyjściowych, ostrości charakterystyk, kompensacja dzielnika napięcia, obwody rezonansowe – dobroć, przepięcia.
Dioda: nieliniowe elementy obwodów (m.in. triaki, tyrystory, hallotrony, warystory), charakterystyki diody, prostownik, charakterystyka elementów półprzewodnikowych, model pasmowy, z domieszkowaniem, rodzaje półprzewodników, złącze p-n, polaryzacja złącza, model Shockleya, liczenie diody w obwodach, fotodiody, LED, dioda Zenera, metoda małosygnałowa, zastosowania - stabilizatory, zasilacze.
Tranzystor: zasada działania t. bipolarnego, schematy obwodowe, warianty zasilania – punkt pracy, klucz tranzystorowy, charakterystyki prądowo-napięciowe tranzystora, ograniczenia mocy, modele odcinkami liniowe, wzmacniacze, wtórniki, t. polowy – zasada działania, schematy obwodowe, charakterystyki, zastosowania –szybkie przełączniki, wzmacniacze.
Podstawowe układy: wzmacniacze różnicowe i operacyjne, sprzężenie zwrotne, pętle fazowe, sumatory, liczniki, komparatory, układy różniczkujące.
Tematy ćwiczeń:
Przydatność elektroniki w informatyce: sprzęt komputerowy, interfejsy, architektura systemów, pomiary i przetwarzanie sygnałów, programowanie urządzeń – analiza SWOT.
Obliczenie prostych zależności dot. wielkości fizycznych (ładunek, natężenie prądu, energii, mocy, rezystancji), zadania na obliczanie mocy w obwodach rezystancyjnych, rezystancji zastępczej, elementarnych pomiarów wielkości fizycznych.
Obliczanie prostych obwodów prądu stałego: rozpływu prądu, rozkładu napięć, ze źródłami prądów/napięć, wyznaczanie obwodów równoważnych, zadania z zastosowaniem praw Ohma, Kirchhoffa, zasad Thevenina i Nortona oraz superpozycji, obliczanie dzielników napięcia/prądu.
Analiza sygnałów i obwodów zmiennych RLC: parametryzacja sygnałów harmonicznych, wartości chwilowych, przesunięć fazy, impedancji zastępczej, przebiegów chwilowych na przełączanych L i C, przekształcenia liczb zespolonych, wykorzystanie metody symbolicznej do opisu sygnałów zmiennych, konwersje reprezentacji.
Obliczanie obwodów prądu zmiennego: superpozycja źródeł DC i AC, przepięcia na L/C w rezonansie, liczenie charakterystyk przejściowych filtrów, transmitancji.
Obliczanie i projektowanie obwodów z diodami i tranzystorami: liniowe przybliżenia, problem superpozycji, ustalanie punktu pracy tranzystora, projektowanie wzmacniacza do zadanych parametrów, klucza itp.
Analiza wybranych układów i urządzeń elektronicznych: zasilaczy, wzmacniaczy operacyjnych, filtrów złożonych.
- Metody oceny:
- Student może otrzymać do 20 pkt za aktywność (ćwiczenia - rozwiązywanie zadań na tablicy, prowadzona dyskusja alternatywnych rozwiązań, rozmowa uzupełniająca), 30 pkt za kolokwium półsemestralne i 50 pkt za kolokwium końcowe. Próg zaliczenia wynosi 51 pkt, a rozkład progów kolejnych ocen to sekwencja 61, 71, 81 i 91 pkt.
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- 1. P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności WKŁ, 1996.
2. C.A. Meyer, Basic Electronics, An Introduction to Electronics for Science Students, Carnegie Mellon University, 2006.
3. M. Rusek, J. Pasierbiński, Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach, Wydawnictwa Naukowo Techniczne WNT, 1999.
4. T. Stacewicz, A. Kotlicki, Elektronika w laboratorium naukowym, PWN, Warszawa, 1994.
5. J. Chabłowski, W. Skulimowski, Elektronika w pytaniach i odpowiedziach, WNT, 1992.
- Witryna www przedmiotu:
- e.mini.pw.edu.pl
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt W01
- Ma elementarną wiedzę w zakresie elektroniki i telekomunikacji, potrzebną do zrozumienia technik cyfrowych i zasad funkcjonowania współczesnych komputerów, a także sieci bezprzewodowych
Weryfikacja: Sprawdzian pisemny
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W02, K_W03
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W01, T1A_W02, T1A_W07
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt U01
- Potrafi wykorzystać nabytą wiedzę matematyczną do tworzenia i wykorzystania modeli elementów i układów elektronicznych
Weryfikacja: Sprawdzian pisemny + ocena punktowa aktywności na zajęciach
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U01, K_U02
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U09, T1A_U09
- Efekt U02
- Potrafi pozyskiwać informacje z literatury oraz innych źródeł, dokonywać ich interpretacji oraz wyciągać wnioski
Weryfikacja: Sprawdzian pisemny + ocena punktowa aktywności na zajęciach
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U05
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U01
- Efekt U03
- Potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
Weryfikacja: sprawdzian pisemny + ocena punktowa aktywności na zajęciach
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U08
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U16
- Efekt U04
- potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne
Weryfikacja: Sprawdzian pisemny + ocena punktowa aktywności na zajęciach
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U02
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U09
- Efekt U05
- Posługuje się językiem angielskim w zakresie podstawowych zagadnień elektroniki
Weryfikacja: sprawdzian pisemny + ocena punktowa aktywności na zajęciach
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U03, T1A_U04, T1A_U06
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt K01
- Potrafi pracować indywidualnie, w tym także potrafi zarządzać swoim czasem oraz podejmować zobowiązania i dotrzymywać terminów
Weryfikacja: Sprawdzian pisemny + ocena punktowa aktywności na zajęciach
Powiązane efekty kierunkowe:
K_K05
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_K03, T1A_K04