Kurs-PM

ETI 147 Elektronik för E2, läsperiod 3 och 4, 2024

Lärare och examinator:

Karl-Johan Fredén Jansson karljohf@chalmers.se  

Lärare:

Bill Karlström bill.karlstrom@chalmers.se  

Göte Rosell bengt.g.rosell@gmail.com

Övnings- och laborationshandledare:

Lars Lindgren lars.lindgren@chalmers.se

Anna Bakidou bakidou@chalmers.se  

Hoor Jalo hoor@chalmers.se

Kursrepresentanter:

…………..

Lärandemål
Allmänt:

• Utnyttja komponentmodeller för att analysera enkla kretsar genom att göra rimliga approximationer
• Analysera enkla kretsar med ett modernt simuleringsverktyg
• Bygga enkla kretsar och analysera dessa med vanliga verktyg

Med enkla kretsar avses här kretsar med operationsförstärkare, resistorer, kondensatorer, spolar, transformatorer, dioder, zenerdioder, samt MOS-transistorer och bipolära transistorer.

Speciellt (för mer detaljer se studieportal):

• Redogöra för egenskaper och begränsningar hos passiva komponenter.
• Redogöra för och använda modeller för ideal och verklig operationsförstärkare med avseende på in- och utresistans samt begränsad förstärkning.
• Analysera kretsar av högre ordning i frekvensplanet med avseende på övre och undre gränsfrekvens samt maximal förstärkning.
• Analysera kretsar av högre ordning i tidsplanet med avseende på stigtid och pulsfall samt stegsvar och förstå kopplingen till egenskaperna i frekvensplanet.
• Kunna redogöra för och använda modell för ideal diod samt ur diodekvationen formulera styckvis linjära modeller för dioden.
• Kunna redogöra för och använda storsignalmodell för MOS-transistor (p- och n-kanal samt anriknings- och utarmningstyp) och bipolär transistor.
• Göra beräkningar på enkla transistorswitchkopplingar.
• Kunna redogöra för och använda småsignalmodell för MOS-transistor vid låga och höga frekvenser.
• Kunna bygga, analysera och utvärdera en tre-stegsförstärkare med differentialsteg, förstärkarsteg och sourceföljare med MOS-transistorer.
• Analysera och göra beräkningar på enkla oscillatorkopplingar.
• Analysera och göra beräkningar på enkla analoga effektsteg av klass A, B, AB samt switchat slutsteg typ D.
• Använda datablad, simuleringsverktyg och laborationsutrustning för att analysera och verifiera egenskaper hos de kretsar som studeras i kursen.

Innehåll: 

• Analys och enklare syntes av elektroniska passiva och aktiva kretsar uppbyggda med resistorer, kondensatorer, operationsförstärkare, induktorer, dioder och transistorer.
• Tids- och frekvensegenskaper hos OP-kopplingar såsom förstärkare och oscillatorer studeras med enkla analysmetoder samt med datorsimulering.
• Etablerade beräkningsmetoder och modeller studeras där man med hjälp av approximationer når fram till överskådliga och beräkningsmässigt enkla resultat.
• En tyngdpunkt i kursen avser operationsförstärkare som modelleras såsom varande ideal speciellt då i samband med negativ återkoppling med tillämpningar.
• Konsekvenser av förenklingen från verklig till ideal operationsförstärkare diskuteras ingående.
• Transistorkopplingar studeras i två steg: statiskt (DC) och dynamiskt (AC), där de dynamiska egenskaper speglas genom att linearisera kring arbetspunkten. Den transistortyp som i huvudsak studeras är MOS transistorn.
• Enkla switchkopplingar med transistor.
• En diskret realisering av en operationsförstärkare med MOS transistorer analyseras, simuleras och utvärderas i laborationsmomentet.
• Diodkretsar i form av likriktarkopplingar och spänningsstabilisering med zenerdiod behandlas med tillämpning att ge spänningsförsörjning till de aktiva kretsar som studeras i kursen.
• En kortare genomgång av effektsteg samt aspekter kring temperatur och kylning i dessa ges med bipolärtransistorn som sluttransistor. Bipolärtransistorn behandlas enbart översiktligt i kursen.
• Slutligen ges en orientering av egenskaper hos passiva komponenter samt om mönsterkort och förbindningsteknik.
• I mån av tid, något om spänningsreglering, linjär och switchad.  

Organisation: 

Kursen utförs i form av föreläsningar, demonstrationsräkning och räknestugor/övningar i sal. Löpande skall frivilliga inlämningsuppgifter lösas och obligatoriska laborationer skall utföras. Inlämningsuppgifterna kan ge bonuspoäng till tentamen.

Litteratur:

Som komplement till föreläsningar och övrigt kursmaterial som finns på canvas så behandlas ämnet också i boken Sedra & Smith, Microelectronic Circuits, 8th edition. Kostar 1 469 SEK kr på Cremona. Läsanvisningar finns för varje föreläsning, men boken är ej nödvändig för att klara kursen om man deltar på alla kursmoment. Övrigt kursmaterial bestående av: kurs-PM, laborations-PM, kompendium "Passiva komponenter", föreläsnings- och övningsmaterial som läggs ut på Canvas. 

Plan och upplägg

Se filen ETI147_SCHEMA_LP3.pdf för mer detaljer. Motsvarande fil för Lp4 släpps i slutet av Lp3.

Föreläsningar och demonstrationsräkning

Föreläsningarna och demonstrationsräkning helklass används för genomgång av kursstoffet. Se även Time Edit för schema. Allt som sägs och skrivs under föreläsningarna ingår i kursen och kan därför komma med på tentamen. Vissa avsnitt går vi igenom enbart översiktligt vilket kommer att framgå vid föreläsningarna.

Räknestuga/Övning:

Räknestugorna är övningstillfällen där det är meningen att ni på egen hand skall lösa uppgifter som anvisas. Om ni kör fast finns en övningsledare tillgänglig för att svara på frågor. Dessutom finns lösta typexempel, markerade med L i exempelsamlingen, som lämpligen studeras innan ni tar er an uppgifterna. Sker i sal med möjlighet att fråga lärare om hjälp på räkneuppgifter.

Handledare vid räknestugorna: Lars Lindgren

Inlämningsuppgifter:

Fem frivilliga inlämningsuppgifter finns enligt nedanstående tabell. Lösningarna till uppgifterna skall vara välskrivna och lätta att följa. Det är inte tillåtet att kopiera varandras lösningar, men ni får samarbeta. Misstänkt plagiat och fusk samt medhjälp till plagiat och fusk anmäls till disciplinnämnden.   

Inlämningsuppgift

1. Operationsförstärkarkoppling

2. Analys av förstärkaregenskaper

3. Diodkopplingar

4. DC analys av transistorförstärkare

5. AC analys av transistorförstärkare

Rättningsansvarig: Lars Lindgren

Korrekta och egenhändigt gjorda lösningar belönas med 0.4 poäng per uppgift dvs totalt 2 poäng. Uppnådda poäng kan tillgodoräknas tentamensresultatet. Bonuspoängen gäller enbart vid ordinarie tentamenstillfället samt två tillhörande omtentor.

Laborationer:

Fem laborationer skall genomföras, varav två är simulering i Multisim Live, samt tre är praktiska. Simuleringslabbarna gör ni hemma på distans på egen hand och lämnar in era resultat som en PDF på canvas, de tre praktiska laborationerna görs på plats i lokalen Kretslabbet på 5e våningen i EDIT huset. På den praktiska labben ska ni vara 2 personer i varje grupp, men simuleringarna görs individuellt. Misstänkt plagiat och fusk samt medhjälp till plagiat och fusk anmäls till disciplinnämnden. Före varje praktisk laboration är det förberedelseuppgifter som görs individuellt i form av tre quiz på canvas. Ni måste få full poäng på varje quiz för att få delta och bli godkända på labben.

Labbansvarig: Lars Lindgren
Handledare vid laborationer: Lars Lindgren, Anna Bakidou och Hoor Jalo.

Följande obligatoriska laborationer skall göras:

Lp3:

• Praktisk laboration 1 – Operationförstärkarkopplingar
• Praktisk laboration 2 - Förstärkaregenskaper
• Simulering 1 – Utvärdera förstärkaregenskaper Multisin Live

Lp4:

• Praktisk laboration 3 – Differentialförstärkaren
• Simulering 2 – Utvärdera differentialförstärkaren i Multisim Live

Examination:

En frivillig dugga ges i slutet av Lp 3. Duggans resultat (max 1 bonuspoäng) kan läggas till resultatet för den skriftliga tentamen. Duggans poäng gäller enbart vid ordinarie tentamenstillfället och tillhörande två omtentor. Föregående års tentor med lösningsförslag kommer läggas ut på kursens hemsida på canvas.

En skriftlig salstentamen ges efter Lp4 torsdagen den 30 maj kl.14.00-18.00.

För godkänd tentamen krävs 9.5 poäng inklusive bonuspoäng från Duggan och inlämningsuppgift. Godkända hjälpmedel är Beta samt bifogad formelsamling och minräknare utan symbolhanterande eller grafritande funktioner.

För slutbetyg fordras godkänd tentamen och godkänd laborationskurs.  

Betygsgränser tentan Betyg Totalpoäng 3 9.5-13.5 4 14-17 5 17.5-21