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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Elektronika 1.

    A tantárgy angol neve: Electronics 1.

    Adatlap utolsó módosítása: 2011. február 7.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak

    BSc képzés

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHIA205   3/2/0/v 6  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Gaál József, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.hit.bme.hu
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Pap László

    Dr. Simon Gyula

    Dr. Mihály Zsigmond

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Anyagtudomány, Digitális technika, Jelek és rendszerek, Méréstechnika, Fizika
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIHIAB02", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY TárgyEredmény("BMEVIHIAB02", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    Ajánlott: Jelek és rendszerek, Digitális technika.
    7. A tantárgy célkitűzése

    A mai elektronika és informatika igen összetett nagybonyolultságú áramkörökre épül. Ezek felépítését és alapvető működési elvét minden villamosmérnöknek ismerni kell. A bonyolult rendszerek áttekintéséhez el kell sajátítani azokat az elemi tervezési és méretezési elveket, amelyek alapján az összetett áramkörök és elektronikus berendezések létrehozhatók.

    Az Elektronika I. tárgy feladata a fent vázolt ismeretek közlése. A tárgy különleges hangsúlyt helyez a kapcsolódó gyakorlati ismeretekre. Elemi számítási és méretezési módszerek gyakoroltatása, kész megoldások analízise szolgálja ezt a célt.

    A két féléves tantárgy feladata az elektronikai áramkörökre vonatkozó alapismeretek megadása. Közelebbről a tantárgy első félévében ez: az elektronikai alkatrészek és aktív eszközök működésének, elektromos jellemzőinek fenomenológiai ismertetése, az analóg és digitális alapáramkörök felépítésének, működésének megismertetése, összetettebb elektronikai egységek ( mint pl. műveleti erősítők, A/D és D/A konverterek, stb.) felépítésének, működésének, tulajdonságaik számításának a bemutatása.

    A tantárgy jártasságot ad az elektronikai alkatrészek paramétereinek kezelésében, az ezen alkatrészekből felépített alapáramkörök, valamint összetettebb egységek elektromos tulajdonságai számításának módjában (erősítés, frekvenciamenet, impedanciák, sebesség, stb.) és tervezésük alapvető kérdéseiben.

    A két féléves tantárgy megfelelő bázist nyújt az adott területen ahhoz, hogy a későbbi, specializálódó képzés tantárgyai az elektronikai alapfogalmak és módszerek biztos ismeretére támaszkodhassanak. A tantárgyhoz az egész évfolyamnak közösen tartott gyakorlatok tartoznak.

    Az Elektronika I. tárgy szervesen kapcsolódik az Elektronika II. és a Mikroelektronika tárgyakhoz, azokkal egy 3 féléves, összefüggő tematikai vonulatot alkot.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    A tantárgy részletes tematikája:

    Az elektronikus alkatrészek és aktív eszközök fenomenológiai ismertetése: Az elektronikus eszközök működésének leírása, alapvető karakterisztikák. Az elektronikus eszközök típusai (passzív és vezérelhető eszközök). A vezérelhető eszközök fogalma és típusai, a karakterisztikák osztályozása (bemeneti és transzfer karakterisztikák), a karakterisztikák tiltott tartományai, a karakterisztikák közelítő analitikus leírása. Alapvető nagyjelű és kisjelű eszközmodellek (dióda, bipoláris és térvezérlésű tranzisztorok, egyéb például optikai eszközök).

    Az analóg elektronikus áramkörök alapjai: Munkapontbeállítás, áramtükör. A munkapontbeállítás feladata, a különböző eszközök munkapontbeállító alapáramkörei. A munkaponti áram és a munkapont egyéb paramétereinek közelítő meghatározása a különböző eszközök esetében. A munkapont stabilitására jellemző paraméterek (tolerencia érzékenység, hőmérsékletfüggés). A munkapont stabilizálásának az eszközei, az áramtükör kapcsolástechnikája és tulajdonságai. Az analóg alapkapcsolások alapfogalmai. A vezérelhető eszközök kisjelű paraméterei, az alapvető kisjelű eszközmodellek. Az analóg kapcsolások legfontosabb kisjelű jellemzői (feszültség- és áramerősítés, bemeneti és kimeneti impedancia, teljesítményerősítés). A tranzisztoros alapkapcsolások kisjelű üzemi paraméterei.

    Az alapkapcsolások típusai és legfontosabb tulajdonságaik. Az alapkapcsolások szerepe a komplex áramkörök kialakításában. Nagyfrekvenciás kisjelű modellek, Miller-hatás, kisfrekvenciás frekvenciafüggés. A vezérelt eszközök frekvenciafüggő kisjelű modelljei, az alapkapcsolások kisjelű tulajdonságai. A Miller-hatás fogalma és szerepe az alapkapcsolások és az összetett áramkörök frekvenciafüggésének meghatározásában. A kisfrekvenciás frekvenciafüggés okai, a csatoló elemek (kapacitás, induktivitás, transzformátor) hatása. Többtranzisztoros alapkapcsolások, kaszkód fokozat, differenciálerősítő. A több fokozatból álló kapcsolások kisjelű vizsgálata, a frekvenciafüggés általános analízise. A speciális kétfokozatú kapcsolások kisjelű tulajdonságai (Darlington és kaszkód fokozat) és kapcsolástechnikai szerepük. A differenciálerősítő munkapontbeállítása és annak stabilitása, az offset és a drift fogalma, alapvető nagyjelű karakterisztikák és kisjelű tulajdonságok (a közös módusú és a differenciál módusú erősítés fogalma, közös módos elnyomás). A differenciálerősítő speciális szerepe az áramkörtechnikában.

    Az elektronikus áramkörök nagyjelű viselkedése, teljesítményfokozatok: Kivezérelhetőség, teljesítményerősítők, A, AB, B, C, AD és BD osztályú működés. A kivezérelhetőség fogalma, a nagyjelű kivezérlés fizikai korlátai kapacitív és induktív terhelések és összetett kapcsolások esetén. A váltóáramú helyettesítő kép fogalmának bevezetése és alkalmazása a kivezérelhetőség meghatározására. A teljesítményfokozatok feladata, működése és típusai. A különböző fokozatok működési elve. A jellemző paraméterek (kimeneti teljesítmény, disszipált teljesítmény, telephatásfok, disszipációs hatásfok, hőmérsékleti hatások) meghatározása szinuszos kimeneti jel és egyéb jelalakok esetén a különböző fokozatokban (A, AB, B, C, AD és BD osztályú elrendezések). Felharmonikus és keresztmodulációs torzítás. A vezérelhető eszközök nemlineáris hatásai kis nemlinearitások esetén. A karakterisztikák Taylor-soros közelítése. A felharmonikus és keresztmodulációs torzítás fogalma és számítása tranzisztoros alapkapcsolások és differenciálerősítők esetén.

    A műveleti erősítő és alkalmazásai: Ideális műveleti erősítős alapkapcsolások, a műveleti erősítő felépítése. Az ideális műveleti erősítő fogalma és alapkapcsolásai (összegző, kivonó, differenciáló, integráló kapcsolás). A valóságos műveleti erősítő felépítése és legfontosabb jellemzői (munkaponti adatok (offset és drift), kivezérelhetőség, dinamikus kivezérelhetőség (slewing rate), erősítés, impedanciák, frekvenciafüggés). A valóságos visszacsatolt műveleti erősítő kisjelű átviteli paraméterei, a hurokerősítés fogalma. A műveleti erősítő változatai (pl. OTA). A visszacsatolás hatása az üzemi jellemzőkre, frekvenciakompenzálás. A visszacsatolt kapcsolások frekvenciafüggése (visszacsatolt műveleti erősítős kapcsolással illusztrálva). A visszacsatolás hatása a frekvenciafüggésre egypólusú, kétpólusú és hárompólusú hurokerősítés esetén. Az instabilitás illusztrálása, a stabilitás általános feltételei (Nyquist-kritérium, Bode-kritérium, egyszerűsített Bode-kritérium). A frekvenciakompenzálás típusai, a méretezés elve. A visszacsatolt elektronikus áramkörök típusai (soros és párhuzamos visszacsatolás, feszültség és áram visszacsatolás) és ezek jellegzetes paraméterei (hurokerősítés, visszacsatolt erősítés, visszacsatolt bemeneti és kimeneti impedancia).

    Speciális célú elektronikus áramkörök: Mintavevő - tartó áramkörök, D/A és A/D átalakítók, komparátorok. A mintavevő és tartó típusai áramkörök feladata, alapvető kapcsolások és azok minőségi paraméterei. A D/A átalakítók felépítése és működése (bináris súlyozású és R-2R létra feszültség- és áramkapcsolóval, feszültségosztásos, töltésösszegző, súlyozott áramforrásos D/A), pontossági megfontolások. Az A/D átalakítók alapfogalmai (a bitek száma, működési tartomány, erősítés, linearitás, kvantálási lépcső, kvantálási hiba, sebesség) és típusai (integráló (single-slope és dual-slope elv), töltéskiegyenlítéses, szukcesszív approximációs, párhuzamos A/D). A komparátorok jellemzői (feladat, felhasználási terület, karakterisztikák, alapkapcsolások, dinamikus tulajdonságok), a pozitív visszacsatolás hatása a működésre, hiszterézises alapkapcsolások és azok alkalmazása (az astabil, monostabil és bistabil multivibrátor működése). A közel szinuszos oszcillátorok működésének az alapjai. Az ideális szinuszos oszcillátor felépítése (lineáris másodfokú rezgő rendszer műveleti erősítőkkel), a vesztességek hatása és annak kompenzálása, a nemlinearitás alapvető szerepe, a rezgési amplitúdó meghatározása (műveleti erősítős illusztráció). A közel szinuszos oszcillátorok kapcsolástechnikája (induktív és kapacitív hárompont kapcsolás, hangolt kollektoros elrendezés, kvarcoszcillátorok).

    A digitális elektronikus áramkörök alapjai: A digitális alapáramkörök jellemző paraméterei. A karakterisztika és a komparálási feszültség fogalma, zavarvédettség, terjedési idő, stb. A legfontosabb logikai áramkörcsalád, a CMOS rendszer ismertetése. Az aktív terhelésű CMOS inverter felépítése, tulajdonságai. Transzfer karakterisztika, egymásba-vezetés, a dinamikus fogyasztás okai és számítása. Az ún. transzfer kapu fogalma és szerepe a kapcsolástechnikában. A dinamikus működés paramétereinek számítása. Elemi logikai funkciók megvalósítása CMOS áramkörök segítségével. Kitekintés más logikai áramkörcsaládokra, az áramkörcsaládok összehasonlítása.

    A tárgyhoz előadótermi gyakorlat (2 óra/hét) tartozik.

    Az előadótermi gyakorlatok az elméleti anyaghoz közvetlenül csatlakozó számítási feladatok megoldásában adnak jártasságot. A gyakorlatok vázlatos tematikája:

    Különböző elektronikus eszközök karakterisztikáinak bemutatása, a paraméterek értelmezése. Az egy és több tranzisztoros alapáramkörök kisjelű paramétereinek meghatározása. Az tranzisztoros kapcsolások nagyfrekvenciás átvitelének a számítása. Elemi példák megoldása a különböző kapcsolások kivezérelhetőségével kapcsolatban. Alapvető teljesítményfokozatok paramétereinek a számítása. Műveleti erősítős kapcsolások vizsgálata. A visszacsatolt kapcsolások osztályozása és azok tulajdonságai. Néhány gyakorlatban használt D/A és A/D konverter paramétereinek az ismertetése. Astabil, bistabil és monostabil multivibrátorok méretezése komparátorok felhasználásával. A műveleti erősítővel felépített szinuszos oszcillátorok méretezése (a berezgési feltétel, a rezgési frekvencia, a rezgési amplitúdó meghatározása). Kvarcoszcillátor berezgési feltételének meghatározása. Rezgőkörökkel felépített oszcillátorok méretezése (lineáris berezgési feltétel, a rezgési amplitúdó meghatározása kvázi lineáris amplitúdó meghatározó elemek esetén). CMOS elemekkel felépített logikai áramkörök analízise és szintézise. Esettanulmány bonyolultabb logikai funkciók megoldására
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    A tantárgy elméleti anyagát a 3 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük. Az előadások anyagát folyamatosan illusztráljuk az elektronikus áramkörök felhasználási területeinek az ismertetésével.

    A gyakorlati számítási feladatok elvégzésének begyakorlására heti 2 óra kiméretben, 35 fős kurzusokban gyakorlatokat tartunk.

    Néhány gyakorlaton számítógépes analízis programokkal kívánjuk illusztrálni a tanult alapismereteket.
    10. Követelmények

    Tájékoztatásul: a gyakorlatokon a részvétel a TVSZ  (14. §) (3) pontja szerint kötelező.

    A szorgalmi időszakban (az aláírás feltétele):

    egy nagyzárthelyi eredményes megírása.

    A vizsgaidőszakban: három részből álló írásbeli vizsga (belépő kérdések, tételek, számítási feladat).

    11. Pótlási lehetőségek

    A félév végén  lehetőséget adunk a nagyzárthelyi pótlására.

    A sikertelen nagyzárthelyi a pótlási időszakban ismételten pótolható.


    12. Konzultációs lehetőségek A tárgyból heti rendszerességgel konzultációt tartunk, a nagyzárthelyit megelőzően „megerősített” konzultációt biztosítunk.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    A felkészülést az erre a célra elkészített elektronikus jegyzet és mintapéldák segítik (http://kutfo.hit.bme.hu/index.php?pid=oktatas&pid2=tantargyak〈=hun).

    Dr. Hainzmann J. - Dr. Varga S. - Dr. Zoltai J.: Elektronikus áramkörök (Tankönyvkiadó, 1992.)
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra70
    Félévközi készülés órákra15
    Felkészülés zárthelyire10
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása45
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen180
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Pap László