Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Villamos alapismeretek

    A tantárgy angol neve: Basics of Electrical and Electronic Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2022. augusztus 29.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Mérnökinformatikus szak
    BSc alapképzés
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIETAA00 1 2/0/1/v 3  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék dr. Géczy Attila,
    A tantárgy tanszéki weboldala https://www.ett.bme.hu/oktatas/vietaa00
    4. A tantárgy előadója Dr. Géczy Attila, egyetemi docens, BME-ETT
    Dr. Dudás Levente, egyetemi adjunktus, BME-HVT
    Dr. Berényi Richárd, egyetemi docens, BME-ETT
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít –
    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    –

    7. A tantárgy célkitűzése A tárgy fő célja, hogy az informatika alapszakos hallgatók megismerjék a szakmájukban és a mindennapi életben is alapvető fontosságú villamosság fizikai alapjait és annak gyakorlati alkalmazását a számítástechnikai eszközökben. A tárgy fontos célja, hogy betekintést adjon a programokat végrehajtó eszközök működésébe, áramköri és konstrukciós megoldásaiba.
    A hallgatók a villamos alapmennyiségek fogalmi rendszerének megismerésével eljutnak a villamos hálózatok témaköréig. Ezt követően a szinuszos és periodikus jelek leírásával, a tranziens viselkedés magyarázatával tovább lépnek egy olyan elvi szintre, ahol az aktív elektronikus alkatrészek is megismerhetőek koncepció és egyszerű működési modelljeik formájában. Az integrált áramkörök témakörének bevezetésével a digitális technika hardveres alapjait is megismerik. A hardveres szemlélet kialakításához az elektronikai konstrukció és szereléstechnológiák alapja is ismertetésre kerül. Kitekintő, és egyben rendszerező témakörként a fizikai valóság szenzorokkal való érzékelésével foglalkozik a tananyag.
    Fontos, hogy a tudásanyag ívét egy működő áramkör példájával zárja a tananyag, hogy a hallgató az elméletet össze tudja kötni a gyakorlattal.
    A laborgyakorlatok alatt a hallgatók megismerkedhetnek a laboratóriumi munka alapjaival (berendezések, alapkövetelmények, jegyzőkönyvírás), a mérőműszerek használatával, az egyszerű jelek, passzív- és aktív alkatrészek. A pulzusparaméterek és áramköri tranziensek vizsgálatával pedig az elméletet összeköthetik a gyakorlattal, a fizikai valósággal.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    1: Bevezetés, a tárgy célja, követelmények ismertetése. Villamos alapmennyiségek 1.

    • Vezető, szigetelő, félvezető tulajdonság alapjai.
    • Elektromos töltés, fajtái, Coulomb erőtörvény, elektroszkóp.
    • Elektromos feszültség, potenciál, QCU törvény.
    • Elektromos tér, elektromos töltés tárolása, kondenzátor felépítése.
    • Egyszerű példák a mindennapokból. Az elméleti modellek összekötése a valósággal.

    2: Villamos alapmennyiségek 2.

    • Elektromos áram.
    • Áramjárta vezető mágneses tere, szolenoid és toroid tekercs.
    • Lorenz erőtörvény, Lenz törvény, indukció.
    • Elektromos és mágneses térben tárolt energia, munka.
    • Elektromos teljesítmény.

    3: Villamos alapmennyiségek 3.

    • Ellenállás, Ohm törvény.
    • Valós források: fesz. és áram generátor, belső ellenállás, üresjárási feszültség, rövidzárási áram, kapocsfeszültség.
    • Kémiai források: szárazelem, akkumulátor, tulajdonságok. Mechanikai források: motor, generátor üzem. Fotoelektromos források: napelem, izzó, LED.

    4: Villamos hálózatok:

    • Kirchhoff törvények.
    • Feszültség- és áramosztó. Csomóponti potenciálok módszere.
    • Példamegoldás: soros, párhuzamos, vegyes ellenálláshálózat számítása.

    5: Szinuszos és periodikus jelek:

    • Amplitúdó, csúcstól csúcsig érték, fázishelyzet, frekvencia, periódusidő, jellemző jelalakok.
    • Komplex számokról, komplex csúcsértékekről egyszerűen. Impedanciai alapok.
    • Transzformátor, feszültség, menetszám, átvitt teljesítmény, hatásfok.
    • A soros RLC (rezgőkör) alapjai.

    6: Tranziens viselkedés:

    • Ugrásjel, tranziens kondenzátor RZ, tekercs SZ.
    • Négyszögjeles gerjesztés, előremutatás a digitális adatátvitelre.
    • Időállandó fogalma.
    • Fel- és lefutási idő.
    • Késleltetési idő.

    7: Aktív elektronikus alkatrészek 1:

    • Félvezetők működésének alapjai.
    • Félvezető dióda, szerkezete, egyenlete, karakterisztikája, LED.
    • Bipoláris tranzisztor szerkezete, tranzisztor hatás, működési feltételek, konstrukciós feltételek, 2 tranzisztor alapegyenlet + BE dióda egyenlet.

    8: Aktív elektronikus alkatrészek 2:

    • Bipoláris tranzisztor, erősítő és kapcsoló üzeme.
    • Növekményes MOS tranzisztor szerkezete, működése, karakterisztikája, erősítő és kapcsoló üzem.
    • CMOS alapok.

    • 9: Műveleti erősítő:

    • Modell, alapműködés.
    • Nem invertáló, invertáló erősítő, komparátor üzem.
    • Műveleti erősítő alkatrészek, lábkiosztás, tápfeszültségek, egyszerű audio esettanulmány.

    10: Digitális elektronika alapjai:

    • NÉV rendszer, igazságtábla.
    • Inverter bipoláris és MOS tranzisztorral.
    • DDR ÉS kapu megvalósítás.
    • DDR VAGY kapu megvalósítás.
    • NAND, NOR, XOR - CMOS megvalósítások.
    • 1 bit infó tárolása, mint SRAM cella (kvázi D-flip-flop).

    11: Konstrukció:

    • Elektronikai rendszerek felépítése.
    • Rendszer kivitelezés az ötlettől a kész elektronikai konstrukcióig.
    • Tápellátás, rögzítés, dobozolás, csatlakozók, csatlakozások.
    • Földelés, kettős szigetelés, érintésvédelem, ergonómia.

    12: Elektronikai szereléstechnológia:

    • R, L, C, D, T, IC tokozások, megjelenési formák.
    • Furatszerelés.
    • Felületszerelés.
    • Forrasztás kézzel, szerelés a tömeggyártásban.

    13: A fizikai valóság érzékelése villamos kimenetű eszközökkel, szenzorika.

    • Érzékelő fogalma és helye az elektronikai rendszerekben.
    • Példák szenzorokra: Fényérzékelés. Hőmérséklet érzékelés, MEMS gyorsulás érzékelő, Nyomásmérő.

    14: Rendszertechnika, pót alkalom.

    • A megvalósított példaáramkör blokkvázlata.
    • Kapcsolási rajz értelmezése.
    • NYHL bemutatása.
    • PCB 3D bemutatása.
    • Házi nyomtatott huzalozású lemez kivitelezés.
    • Nyomtatott huzalozású lemez tervezés bemutatása - mintaáramkör.
    • A fizikai hardver bemutatása, visszautalás az eddig tanultakra, demonstráció

     


    1. labor: A laboratórium bemutatása, a követelmények ismertetése, baleseti és tűzvédelmi oktatás.

    - A jegyzőkönyv írás folyamatának bemutatása, a jó mérési jegyzőkönyv alapfeltételei, felépítése.

    - A felhasznált műszerek megismerése.

    - Egyen- és váltakozó jelek alapszintű mérése.

    - Passzív alkatrészek alapszintű mérése.

    2. labor: Aktív elektronikus eszközök vizsgálata.

    - Dióda, LED, bipoláris, térvezérlésű tranzisztorok vizsgálata.

    - Áramköri alapkapcsolások vizsgálata.

    3. labor: Időtartománybeli jelanalízis:

    - Erősítő és kapcsoló üzem vizsgálata.

    - Pulzusparaméterek vizsgálata: fel- és lefutási idők, késleltetés, időállandó.

    - Infraérzékelő (fényszenzor) alapszintű vizsgálata.
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és laborgyakorlatok
    10. Követelmények

    Szorgalmi időszakban:

     Három koncentrált, egyenként 4 órás laboratóriumi foglalkozást tartunk, amelyeken a részvétel kötelező.
    A laboratóriumi foglalkozások elején rövid (kb. 15 perces) szintfelmérőt iratunk, amelyre előre kiadott mérési segédletekből lehet felkészülni.
    Emellett a félév során egy összegző értékelésre (zárthelyi) is sor kerül.

    Aláírást az a hallgató szerez, aki valamennyi alábbi feltételt teljesítette:
    •    Sikeresen vett részt mindhárom laboratóriumi gyakorlaton, azaz
    o    eredményesen teljesítette a beugró szintfelmérőt ,
    o    megfelelő színvonalon elvégezte és dokumentálta a mérési feladatokat.
    •    Legalább elégséges szintet ért el a zárthelyin.

     

    Vizsgaidőszakban:

    A tantárgy írásbeli vizsgával zárul, az év végi jegyet ez határozza meg.
     

    11. Pótlási lehetőségek A TVSZ szerint, az összegző értékelés pótlására, javítására egyszeri lehetőség biztosított. A pótlási időszakban egy további, díjköteles pót-pót zárthelyit is tartunk.

    A félév során egy darab laboratóriumi foglalkozás pótolható, jellemzően a félév végén a pótlási időszakban.

    12. Konzultációs lehetőségek A félév során igény szerint.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Dr. Szalay Béla - Fizika, Műszaki tankönyvkiadó
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra

    7 előadás

    7 laboratórium

    Felkészülés zárthelyire10
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés24
    Összesen90
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. habil. Géczy Attila, egyetemi docens, BME-ETT
    Dr. Dudás Levente, egyetemi adjunktus, BME-HVT
    IMSc tematika és módszer A tárgyhoz tartozó laborgyakorlatokon, az IMSc programban részt vevő hallgatókat külön csoportokba helyezzük. A programban részt vevő hallgatók számára egyes laborgyakorlatokat az adott területen legtapasztaltabb kolléga (aki lehetőség szerint kutatásokat is végez/végzett az adott területen) irányításával fogják elvégezni, akik az alap labor anyagon felül megismertetik a hallgatók az adott terület jelenlegi kurrens kutatási témáival, legújabb eredményeivel.
    IMSc pontozás Az IMSc pontozás a tárgyhoz tartozó 1 db összegző értékelésen kiadott plusz feladatokkal történik.

    A plusz feladatok pontszámának aránya az összegző értékelésben 25%-os.

    Plusz IMSc pont az összegző értékelések 75%-os teljesítése felett szerezhető.

    A tárgyban szerezhető maximális IMSc pontszám 15.

    Az IMSc pontok megszerzése a programban részt nem vevő hallgatók számára is biztosított.