Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Układy elektroniczne
Koordynator przedmiotu:
Wojciech Obrębski
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Inżynieria Biomedyczna
Grupa przedmiotów:
Specjalnościowe
Kod przedmiotu:
UEL
Semestr nominalny:
5 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. liczba godzin kontaktowych – 74 godz., w tym obecność na wykładach 25 godz., obecność na laboratorium 20 godz., obecność na konsultacjach projektowych 25 godz. obecność na egzaminie 4 godz 2. praca własna studenta – 68 godz., w tym przygotowanie do laboratorium 18 godz., wykonanie projektów 50 godz. Łączny nakład pracy studenta wynosi 142 godz., co odpowiada 5 pkt. ECTS.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
liczba godzin kontaktowych – 74 godz., w tym obecność na wykładach 25 godz., obecność na laboratorium 20 godz., obecność na konsultacjach projektowych 25 godz. obecność na egzaminie 4 godz
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
3,98 pkt. ECTS, co odpowiada 20 godz. ćwiczeń laboratoryjnych plus 18 godz. przygotowań do laboratorium plus 50 godzin wykonywania projektów plus 25 godzin konsultacji projektowych
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład25h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium20h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Elektronika 1, Elektronika 2, Sygnały i systemy
Limit liczby studentów:
24
Cel przedmiotu:
Nauczenie studentów projektowania układów elektronicznych ze szczególnym uwzględnieniem układów elektroniki medycznej.
Treści kształcenia:
Wykład: 1. Projektowanie analogowych torów wejściowych/wyjściowych urządzeń medycznych (13h) a. przypomnienie podstaw i specyfika pomiarów (5h) i. wzmacniacze operacyjne w podstawowych konfiguracjach (odwracający i nieodwracający, sumator, wzmacniacz różnicowy, przetwornik I/U) (2h) ii. odbiór sygnału bioelektrycznego - elektrody, model sygnału, impedancja źródła (1h) iii. wzmacniacz instrumentalny (1h) iv. bezpieczeństwo elektryczne i metody realizacji izolacji galwanicznej (1h) b. Projektowanie stopnia wejściowego/wyjściowych (do wyboru układy EKG, EMG, EEG, pomiaru bioimpedancji, stymulacji elektrycznej) (8h) i. wybór architektury z uwzględnieniem wpływu podstawowych parametrów aplikacyjnych, odniesienie do not katalogowych elementów elektronicznych (2h) ii. analiza charakterystyki częstotliwościowej oraz stabilność układu (2h) iii. analiza szumowa (2h) iv. komputerowa symulacja DC, AC, NOISE, TRAN z uwzględnieniem badania stabilności układu (2h) 2. Przetwarzanie cyfrowe sygnałów bioelektrycznych (8h) a. Przetworniki AC/CA: rodzaje, właściwości, dobór do aplikacji, właściwości szumowe, poprawa właściwości poprzez dithering i nadpróbkowanie (2h) b. Filtracja cyfrowa: algorytmy prostego uśredniania jako najprostsze realizacja filtrów SOI/NOI dolno-, górno-, i środkowoprzepustowych, arytmetyka stałoprzecinkowa w filtrach cyfrowych, metody syntezy filtrów SOI/NOI (4h) c. Cyfrowa detekcja kwadraturowa (2h) 3. Metody prototypowania i wytwarzania układów elektronicznych (4h) a. Technologie obwodów drukowanych, komponentów RLC, montaż SMD i THT. Komputerowe projektowanie obwodów drukowanych (typowy przebieg procesu projektowania) (1.5h) b. Zakłócenia w układach elektronicznych i sposoby ich minimalizacji, projektowanie obwodów PCB z uwzględnieniem wysokich częstotliwościm, podstawowe linie transmisyjne (2.5h) Laboratorium: 1. Wprowadzenie do systemu uruchomieniowego NI ELVIS, myDaq oraz prototypowania na płytkach breadboard. (2h) 2. Wzmacniacz operacyjny w podstawowych konfiguracjach: wtórnik napięciowy, wzmacniacz odwracający, sumator, wzmacniacz różnicowy, przetwornik I/U. (3h) 3. Stopnie wejściowe wzmacniaczy sygnałów bioelektrycznych w tym wpływ elektrody aktywnej (zwrotne) na CMRR (3h) 4. Przetwarzanie sygnałów analogowych: przetworniki AC/CA (3h) 5. Filtry aktywne analogowe i filtry cyfrowe (3h) 6. Własności szumowe wzmacniaczy (3h) 7. Detekcja kwadraturowa na przykładzie miernika bio-impedancji (3h) Projekt: Studenci realizują jeden projekt dwuetapowo. Pierwszy etap to opracowanie schematu elektrycznego układu elektronicznego (rysunek odręczny, poparty podstawowymi obliczeniami dotyczącymi: punktu pracy, wzmocnienia, charakterystyki częstotliwościowej, stabilności pracy, szumów) oraz symulacja jego działania w środowisku SPICE. Drugim etapem jest realizacja fizyczna na breadbordach zestawów NI ELVIS lub na zaprojektowanej płytce PCB. W tym etapie przewidywane jest uruchomienie zaprojektowanego układu i wykonanie badań charakterystyk wcześniej symulowanych w SPICE. Do dyspozycji studentów są zestawy NI ELVIS i myDaq oraz płytki breadboard. Ponadto studenci będą mieć dostęp do podstawowych narzędzi warsztatowych w tym: lutownic, multimetrów, oscyloskopów, generatorów i zasilaczy. Przykładowe klasy tematów projektów: 1. jednokanałowe odbiorniki sygnałów bioelektrycznych, 2. wektorowe mierniki bioimpedancji 3. elektryczne stymulatory pacjenta 4. przetwornice zasilające, minimalizacja zakłóceń 5. filtry aktywne do kształtowania charakterystyki częstotliwościowej sygnału
Metody oceny:
egzamin ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Egzamin:
tak
Literatura:
• David Prutchi, Michael Norris, Design and Development of Medical Electronic Instrumentation: A Practical Perspective of the Design, Construction, and Test of Medical Devices, Wiley, 2005 • Henry W. Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley, 2009 • Tomasz P. Zieliński, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, WKŁ, 2014 • Paul Horowitz, Winfield Hill, Sztuka elektroniki, WKŁ, 2018
Witryna www przedmiotu:
http://www.mchtr.pw.edu.pl/
Uwagi:
-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W01
Ma wiedzę na temat specyfiki sygnałów bioelektrycznych
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W12, K_W05, K_W06
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG.o, P6U_W
Charakterystyka W02
Ma wiedzę na temat podstawowego bezpieczeństwa elektrycznego
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W05, K_W10, K_W19
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o, III.P6S_WG
Charakterystyka W03
Ma wiedzę na temat układów analogowych wejściowych i wyjściowych przetwarzających sygnał bioelektryczny
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W05, K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o
Charakterystyka W04
Ma wiedzę na temat podstawowego przetwarzania cyfrowego sygnału bioelektrycznego
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W05, K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o
Charakterystyka W05
Ma wiedzę na temat technologii wykonywania obwodów PCB
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W05, K_W18, K_W19
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o, III.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U01
umie przeprowadzić proces projektowy układu elektronicznego
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U15, K_U01, K_U02, K_U06
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o, I.P6S_UK
Charakterystyka U02
umie przeprowadzić analizę właściwości częstotliwościowych i szumowych układu elektronicznego
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U06
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UK, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o
Charakterystyka U03
umie przeprowadzić symulację numeryczną układu elektronicznego
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U06
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UK, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o
Charakterystyka U04
umie zaprojektować podstawowy tor przetwarzania cyfrowego sygnału
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U02, K_U06
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW.o, I.P6S_UK, III.P6S_UW.o
Charakterystyka U05
umie wykonać prototyp układu elektronicznego
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U15, K_U16
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o
Charakterystyka U06
umie zweryfikować parametry układu elektronicznego pomiarami
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U11, K_U22
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o, P6U_U, I.P6S_UO

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K01
umie współpracować w grupie
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K07
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K
Charakterystyka K02
jest świadomy roli społecznej absolwenta uczelni technicznej
Weryfikacja: ocena sprawozdań laboratoryjnych i projektowych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K02
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K, I.P6S_KK, I.P6S_KR