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

Digitális technika, Jelek és rendszerek, Elektronika 1-2, Méréstechnika, Szabályozástechnika, Villamos energetika, Infokommunikáció, Elektronikai technológia és anyagismeret

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A Laboratórium 2 c. tárgy keretében folyó képzés elsődleges célja – a Laboratórium 1 c. tárgy folytatásaként – a hallgatók szakma-specifikus gyakorlati ismereteinek elmélyítése és ilyen irányú készségeinek további fejlesztése. Ennek érdekében a hallgatók előzetes felkészülést, és a végrehajtás során intenzív közreműködést igénylő feladatokat oldanak meg, amelynek keretében:

·         további ismetereteket szereznek, ill. mélyítenek el a szakmájuk szempontjából fontos anyagokra, alkatrészekre, berendezésekre, rendszerekre, ill. fejlesztő-, valamint mérőeszközeikre vonatkozóan,

·         bővítik ismereteiket a mérések megtervezése, összeállítása és végrehajtása, valamint a laboratóriumban rendelkezésre álló eszközök használata terén,

·         gyakorolják a mérési eredmények kiértékelési módszereit, ill. eljárásait, és bővítik az összetettebb mérések dokumentálásával, valamint a mérési eredmények további felhasználásával kapcsolatos ismereteiket.

A megszerzett ismeretekkel és készségekkel a hallgatók képesek kell legyenek:

·         az előtanulmányaikkal megalapozott, szakma-specifikus problémákhoz kapcsolódó, összetettebb mérési feladatok önálló megtervezésére és kivitelezésére,

·         a mérési eredmények helyességének/megfelelőségének megítélésére, és mindezek dokumentálására.

A tárgy keretében folyó képzés amellett, hogy a mérnöki munkához elengedhetetlenül szükséges gyakorlati készségek továbbfejlesztését segíti, szerepet vállal

·         a hallgatók mérnöki szemléletének formálásában,

·         szakmai felelősségtudatuk erősítésében, valamint

·         problémamegoldó és kommunikációs képességük fejlesztésében.

A kitűzött célok megvalósulása érdekében a hallgatók – a Laboratórium 1 c. tárgy keretében megismert formában – komplex feladatokat oldanak meg. Ezeknek egyes elemeit a mérésre történő felkészülés időszakában, másokat a laboratóriumi gyakorlat keretében, ill. ezt követően kell elvégezniük. A felkészülés időszakára esik (1) laboratóriumi gyakorlat elvégzéséhez szükséges elméleti alapok átismétlése, ill. elsajátítása, beleértve mind a mérendő/tervezendő objektumra, mind a mérési/tervezési módszerre vonatkozó ismerteket, (2) a konkrét mérés megtervezése a mérendő objektum ismeretében, (3) a mérésre vonatkozó terv ellenőrzése pl. szimulációval, (4) a szükséges mérőeszközök kiválasztása, (5) a mérés feladattervének/programjának teljes, vagy részleges elkészítése. A laboratóriumi munka végeztével a munka eredményeit és tapasztalatait összegző dokumentum/jegyzőkönyv elkészítése zárja a feladatok sorát.

1. mérés Egyszerű áramkör megépítése és bemérése

Az első laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a hallgatók tapasztalatokat szerezzenek elektronikus áramkörök építése (kísérleti összeállítása) és bemérése terén. A konkrét feladat egy-egy előzetesen, erre a gyakorlatra történő felkészülés keretében megismert és méretezett egyszerű elektronikus áramkör megépítése, kipróbálása és bemérése. Ehhez a hallgatók rendelkezésére állnak a szükséges aktív és passzív alkatrészek, a kísérleti áramkört befogadó panel (breadboard), a megfelelő huzalanyagok, továbbá a huzalozáshoz használandó kéziszerszámok. A megépített áramkör működőképességének ellenőrzését követően a mérőhelyen rendelkezésre álló mérőeszközök segítségével a hallgatók bemérik a megépített áramkör kijelölt jellemzőit, és az eredményeket összevetik az előzetesen számított értékekkel. Ezt követően elemzik a mért és a számított értékek közötti értékek közötti eltérés lehetséges okait, és szükség szerint korrigálják a mérés programját.

2. mérés Nyomtatott áramkör tervezés

A második laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a hallgatók megismerkedjenek az OrCAD programrendszer legalapvetőbb szolgáltatásaival, és elsajátítsák a nyomtatott áramkör tervezés főbb lépéseit. Ennek érdekében (1) megterveznek egy egyszerűbb áramkört OrCAD Capture CIS felhasználásával, (komponensek, footprintek megismerése, OrCAD Layout Library Manager használata, kapcsolási rajz elkészítése), (2) szimulációval ellenőrzik az elkészített áramkör tulajdonságait PSpice AD segítségével (időbeli jelalakok vizsgálata, Bode-diagram, alkatrészek paramétereinek megváltoztatása által okozott hatások vizsgálata), (3) elkészítik az áramkör nyomtatott áramköri tervét Layout Plus alkalmazásával (kétoldalas NYÁK megtervezése, SMD és furatszerelt alkatrészek elhelyezése, forgatása, másik oldalra pakolása, autorouter használata), (4) megismerik az extra nyomtatott áramkör komponensek (fólia padok, thermal relief, copper pour) használatát, a back-annotation alkalmazását és a Gerber file készítését.

3. mérés EMC alapjelenségek mérése

A harmadik laboratóriumi gyakorlat célja néhány olyan jelenség vizsgálata, amelyek elektromos eszközök és berendezések kölcsönhatása révén, ill. tranziens viselkedésének eredményeként jönnek létre, és amelyek ismerete alapvető a villamosmérnöki gyakorlat számára. A gyakorlat keretében a hallgatók: (1) közelítő számításokkal modellezik és mérik a teszt környezetben megvalósított induktív, a kapacitív és a konduktív csatolási jelenségeket, (2) mérésekkel ellenőrzik az elektromos készülékben használt hálózati szűrők működését, és (3) tanulmányozzák az izzólámpa, a transzformátor, valamint a relé be- és kikapcsolási tranzienseit.

4. mérés Villamos teljesítmény és tápellátás mérése

A negyedik laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a hallgatók gyakorlati tapasztalatokat szerezzenek a teljesítményméréséről és annak eszközeiről (elektronikus teljesítménymérő, lakatfogó), valamint a tápellátást szolgáló áramkörökről (hálózati transzformátor, egyenirányító). A mérés keretén belül a hallgatók gyakorlatban is használt eszközök, például személyi számítógép által felvett teljesítményt is mérik több fajta módszerrel, és értékelik az elvégzett méréseket.

5. mérés Tranzisztoros erősítőkapcsolások vizsgálata

Az ötödik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók a tranzisztoros alapkapcsolások jellemzőinek méréssel és számítással történő meghatározását gyakorolják. Ennek keretében elmélyítik az egyes kapcsolások munkaponti és üzemi paramétereinek kiszámítására és mérésére vonatkozó ismereteiket, és a frekvencia függvényében felveszik a vizsgált kapcsolás átviteli jellemzőit, valamint bemeneti és kimeneti impedanciájának értékét. A frekvencia függvényében végzett mérések kapcsán azt is megismerik, hogy hogyan lehet a rendelkezésre álló műszerek felhasználásával automatikus mérőrendszert kialakítani.

6. mérés Mérőerősítő kapcsolások vizsgálata

A hatodik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók a műveleti erősítővel megvalósított mérőerősítő kapcsolások (nem-invertáló, invertáló, ill. szimmetrikus mérőerősítő egy műveleti erősítővel) jellemzőinak méréssel és számítással történő meghatározását gyakorolják. Ennek keretében a gyakorlatban is megismerik (1) a műveleti erősítő nullpont hibájának kompenzálását, (2) az invertáló és nem-invertáló erősítő erősítésének frekvenciafüggő viselkedését, (3) a szimmetrikus kapcsolás közös jel elnyomásának beállítását, (4) a szimmetrikus kapcsolás szimmetrikus és közös-jel erősítésének frekvenciafüggő viselkedését, valamint (5) egy – két időállandóval jellemezhető – műveleti erősítő visszacsatolásával létrehozott mérőerősítő frekvencia-menetének kompenzálását, és az erősítő viselkedését mind az idő-, mind a frekvenciatartományban.

7. mérés A/D és D/A átalakítók vizsgálata

A hetedik laboratóriumi gyakorlat célja (1) az analóg-digitális és digitális-analóg átalakítás jellemzőinek mérése, (2) hibamodellek felállítása mérnöki megfontolások alapján, (3) az átalakítók nemlineáris viselkedésének vizsgálata, (4) a dinamikus jellemzőik vizsgálata, (5) az átalakítók használatának bemutatása jelformáló rendszerekben, továbbá (6) az eszköz adatlapok értelmezésének és használatának bemutatása. A gyakorlat keretében a hallgatók a méréseket az Analog Devices gyártmányú AduC-812 Quickstart fejlesztőrendszer és demonstrációs kártya felhasználásával végzik (8051 alapú mikrokontroller mag, és A/D, ill. D/A átalakítók egy chipen).

8. mérés Rendszer-identifikáció és szabályozás

A nyolcadik laboratórium gyakorlat keretében a hallgatók egyrészt gyakorlati tapasztalatokkal bővítik a modell-illesztéssel, ill. rendszer-identifikációval kapcsolatos ismereteiket, másrészt állapot-megfigyelőn és állapot-visszacsatoláson alapuló szabályozót terveznek és valósítanak meg előírt dinamikus viselkedés biztosítása céljából. A szabályozandó fizikai rendszert a laboratóriumi gyakorlat keretében analóg áramköri modellje reprezentálja, a modell illesztést, a szabályozó tervezését, ill. valós-idejű megvalósítását – a mérést végző hallgatók közreműködésével - a mérőhelyen rendelkezésre álló számítógép végzi Matlab, Simulink és Control System Toolbox felhasználásával. A gyakorlat programja: (1) Az analóg rendszer-modell gerjesztése és jellegzetes paramétereinek (gyorsaság, csillapítás) behatárolása. (2) A mintavételi idő megválasztása. (3) Identifikációs célú gerjesztő-jel választás, számítógépes adatgyűjtés, modell-illesztés. (4) Áttérés a diszkrétidejű, átviteli függvényen alapuló modellről folytonos-idejű állapotteres leírásra. (5) A szabályozott rendszer dinamikus minőségi jellemzőinek megválasztása. (6) Állapot-visszacsatoláson és állapot-megfigyelőn alapuló kompenzálás megtervezése. (7) A megtervezett rendszer ellenőrzése szimulációval. (8) Az állapotteres kompenzálás valós-idejű megvalósítása. (9) Az alapjel-követési és zavaró jel kompenzálási tulajdonságok ellenőrzése és összevetése a számításokkal.

9. mérés Analóg fáziszárt hurok vizsgálata

A kilencedik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók megismerkednek az analóg fáziszárt hurok (APLL) áramkör blokkjainak működésével, az egyes blokkok karakterisztikáival, az APLL Bode diagramon alapuló analízis és tervezési módszereivel, az APLL mérési eljárásaival, és az APLL néhány, tipikus alkalmazásával. A mérés során a hallgatók mérésekkel ellenőrzik az APLL dinamikus viselkedését, a gyakorlatban is megismerkednek az analóg FM, PM és a digitális FSK modulációs eljárásokkal. A gyakorlat programja: (1) Az APLL áramkör blokkjainak mérése (PD és VCO karakterisztika felvétele), (2) Az APLL áramkör befogási és követési tartományainak felvétele, (3) Az APLL-t jellemző átviteli függvények mérése (H(s) zárthurkú átviteli függvény, [1-H(s)] hibafüggvény), (4) Analóg FM és PM demodulátorok megvalósítása APLL áramkörrel, illetve ezen demodulátorok karakterisztikáinak felvétele, (5) Digitális FSK demodulátor megvalósítása és mérése (Mérés kislöketű FSK esetén, mérés nagylöketű FSK esetén (a hurok szétejtése, befogási tranziens generálása)), (6) Két különböző csillapítási tényezővel jellemzett APLL dinamikájának mérése.

10. mérés 900 MHz-es FSK adatátviteli berendezés vizsgálata

A tizedik laboratóriumi gyakorlat keretében a hallgatók az FSK modulációs eljárás és a szuperheterodin vevő terén megszerzett ismereteiket egészítik ki egy, a “System-on-a-Chip” (SoC) koncepció jegyében kialakított, a 900 MHz-es ISM sávban működő, szimplex FSK összeköttetést biztosító rádió berendezés mérésén keresztül. Ennek kapcsán megismerkednek a berendezés rendszertechnikai felépítésével, az egyes blokkok feladatával és működésével, a blokkok legfontosabb paramétereivel, az ezekhez tartozó rendszeranalízis és szintézis módszerekkel, valamint a SoC koncepció néhány alapelvével. A berendezés magját képező TRF6900A 900 MHz-es adó-vevő IC és a TRF6900 EVM fejlesztő rendszer dokumentációjának tanulmányozása révén a hallgatók jártasságot szereznek a komplex IC-k angol nyelvű adatlapjainak és tervezési segédleteinek használatában. A gyakorlat programja: (1) A TRF6900 IC adójának mérése: az adó blokkjainak programozása, az adó névleges frekvenciájának beállítása, a frekvenciaszintetizátor spektrumának ellenőrzése, a modulált FSK jel spektrumának mérése. (2) A TRF6900 IC vevőjének mérése: a vevő blokkjainak programozása, a lokálfrekvencia kiválasztása, az FSK vevő paramétereinek mérése (A vevő átviteli függvényének mérése, a frekvencia-diszkriminátor karakterisztikájának felvétele, FSK jel vétele esetén a döntő áramkör be- és kimenetének mérése a bemenő szint függvényében).

11. mérés Logikai vezérlők alkalmazástechnikája

A tizenegyedik laboratóriumi gyakorlat célja, hogy hallgatók gyakorlati tapasztalatokkal bővítsék a számítógépes technológiai-folyamat irányítás néhány tipikus eszközére, és a hozzájuk tartozó tervezési és megvalósítási módszerekre vonatkozó ismereteiket. A gyakorlat keretében felhasznált rendszer Siemens S7 PLC egységekből épül fel, komponensei a WinCC operációs rendszer, Simatic Manager szoftver, PROFIBUS hálózati csatoló, PROFIBUS kábelezés, S7-314C-DP kompakt PLC modulok (2 egység, mindegyikben CPU, analóg és digitális ki- és bemenetek). A rendszer szolgáltatásait a hallgatók egy egyszerű mintafolyamaton elvégzendő mérések, ill. beavatkozások keretében ismerik meg. A gyakorlat programja: (1) a rendszer konfigurálása előkészített könyvtári elemekből építkezve a WinCC felületen keresztül, (2) a konfigurált rendszer megfelelőségének ellenőrzésére alkalmas tesztek segítségével, (3) a mintafolyamat előírt viselkedésének biztosítása érdekében egyszerű mérési, irányítási és diagnosztikai algoritmusok tervezése, valamint realizálása könyvtári modulok felhasználásával, (4) a megtervezett rendszer üzembe helyezése, működtetése és bemérése, továbbá az eredmények összevetése az előzetes számításokkal.

laboratórium

a. A szorgalmi időszakban:

(1)  A 8. pontban felsorolt mérési feladatok eredményes teljesítése előírt órarendi időpontokban. Az eredményes teljesítéshez előzetes felkészülés, a mérések során aktív közreműködés, és a mérés megfelelő szintű dokumentálása tartozik.

• Otthoni felkészülés: Az előzetes felkészülést a mérésvezető a mérés elején ellenőrzi. Elégtelen felkészülés esetén mérés nem végezhető, a mérést a pótlási lehetőségek szabályai szerint meg kell ismételni. A mérésre házi feladat készítendő. A házi feladat el nem készítése nem eredményez automatikusan pótlást, de színvonala beszámít a mérésre kapott osztályzatba.

• Osztályzattal nem értékelt mérések: Az 1-3. mérések bevezető-felkészítő jellegűek, ezért az ezek keretében folyó hallgatói munkát osztályzattal nem értékeljük, de elégtelen teljesítés esetén a mérést a pótlási lehetőségek szabályai szerint meg kell ismételni.

• Osztályzattal értékelt mérések (m): A 4-11. mérések esetén a végzett munkát a mérésvezető - minden hallgató esetében külön-külön - osztályzattal értékeli, amely a hallgató felkészültségét (ellenőrző teszt és házi feladat), a mérés során végzett munkájának színvonalát, és a mérőcsoport közös mérési jegyzőkönyvének minőségét veszi figyelembe. Elégtelen osztályzat esetén a mérést a pótlási lehetőségek szabályai szerint meg kell ismételni.

(2)  Az ellenőrző mérés eredményes teljesítése. Az ellenőrző mérésre a szorgalmi időszak végén, előírt időpontban kerül sor.

• Gyakorlati rész (gy): Ennek keretében a hallgató abban a laboratóriumban, ahol a gyakorlatokat is végezte, az elvégzett 11 mérés anyagából egy gyakorlati feladatot kap, amelyet adott idő alatt el kell végeznie, arról rövid jegyzőkönyvet kell készítenie. A mérésvezető a mérés végén ellenőrző kérdéseket tesz fel, és a munka színvonala, a mérési jegyzőkönyv tartalma, valamint a kérdésekre adott válasz alapján osztályzatot ad.

(3)  A zárthelyi dolgozat eredményes megírása. A zárthelyi dolgozat megírására a szorgalmi időszak végén, előírt időpontban kerül sor. Az ellenőrző mérésen csak az vehet részt, aki mind a 11 gyakorlatot eredményesen teljesítette.

• Zárthelyi dolgozat (zh): A ZH alkalmával olyan feladatokat kell megoldani, amelyek lefedik a mérések anyagát, és a laborgyakorlatok során megszerzett, vagy ott elmélyített ismereteket kérnek számon. (Mérési módszerek, egyszerűbb kapcsolási rajzok, műszerek összekötésével kapcsolatos feladatok, stb.)

A félévközi jegy számításának módja:

jegy = 0.6m + 0.2gy + 0.2zh

ahol m az eredményesen elvégzett 4-11. gyakorlatokon kapott osztályzatok számtani átlaga, gy az ellenőrző mérés osztályzata, zh a zárthelyi dolgozatra kapott osztályzat.

(Kerekítés 50 századtól felfelé.) A félévközi osztályzat elégtelen, ha a hallgató nem végezte el eredményesen mind a 11 gyakorlatot, vagy gy és zh közül bármelyik elégtelen.

b. A vizsgaidőszakban: nincs.

c. Elővizsga: nincs.

Az előírt 11 gyakorlatból a félév során maximum 2 alkalom pótlására biztosítunk lehetőséget, függetlenül attól, hogy elégtelen eredménnyel zárult a gyakorlat, vagy pedig távolmaradás miatt válik a pótlás szükségessé. A pótlások a szorgalmi időszak végén a laborvezető által készített beosztás szerint történnek.

Tartós betegség vagy előre bejelentett és méltánylást igénylő esetben a tantárgyfelelős dönt az esetleges további pótlási lehetőségről, ill. annak rendjéről.

Eredménytelen vagy elmulasztott ellenőrző mérés pótlására legkésőbb a pótlási időszak első hetében biztosítunk egy pótlási lehetőséget.

Eredménytelen vagy elmulasztott zárthelyi dolgozat pótlására két alkalmat biztosítunk, legkésőbb a pótlási héten.

Egyeztetés szerint.

A tárgyhoz mérési útmutatók és műszerismertetők tartoznak, amelyek a tantárgy honlapján elektronikus formában mérésekre lebontva állnak rendelkezésre. A segédletek adatai:

Péceli Gábor – Dabóczi Tamás (szerk.): Hallgatói segédlet a Laboratórium 2. c. tárgy méréseihez, Műegyetemi Kiadó.

Szűcs László: Műszerismertető segédlet a Laboratórium 2. c. tárgy méréseihez, Műegyetemi Kiadó.

Az IMSc hallgatók számára az alapfeladatokon felül lehetőség van a mérési feladatokban az egyes jelenségek részletesebb vizsgálatára és kiegészítő feladatok megoldására.

IMSc pontok szerzésére a mérési feladatok, a ZH és az önállóan végrehajtott ellenőrző mérés jelesen felüli színvonalon történő teljesítésével van lehetőség.

A tantárgyból összesen 25 IMSc pont szerezhető meg a következő bontásban:

• A tematikus (4-11) mérésekre mérésenként 2 (a félév során összesen 16) IMSc pont kapható (pl. kiegészítő feladatok megoldása, jegyzőkönyv magas színvonalú elkészítése, beugró feladatokba beillesztett nehezebb kérdések megválaszolása).

• A zárthelyi során 4 IMSc pont szerezhető az alapfeladatokon felüli IMSc feladat megoldásával.

• A gyakorlati ellenőrző mérésen 5 IMSc pont szerezhető a normál mérési feladaton felül kiosztott kiegészítő feladatért.

IMSc pont az alapfeladatok jeles teljesítése mellett szerezhető. Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.