Кафедра прикладної радіоелектроніки

[RE-79] Спецрозділи аналогового оброблення сигналів

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освітиДругий (магістерський)
Галузь знань17 - Електроніка, автоматизація та електронні комунікації
Спеціальність172 - Електронні комунікації та радіотехніка
Освітня програмаВсі ОП
Статус дисципліниВибіркова (Ф-каталог)
Форма здобуття вищої освітиОчна
Рік підготовки, семестрДоступно для вибору починаючи з 2-го курсу, осінній семестр
Обсяг дисципліни4 кред. (Лекц. 18 год, Практ. год, Лаб. 36 год, СРС. 66 год )
Семестровий контроль/контрольні заходиЗалік
Розклад занятьhttps://rozklad.kpi.ua
Мова викладанняУкраїнська
Інформація про керівника курсу / викладачів Лекц.: Мовчанюк А. В.,
Лаб.: Мовчанюк А. В.,
СРС.: Мовчанюк А. В.
Розміщення курсу

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Вся радіоелектронна апаратура призначена для передачі інформації споживачу. Відповідно, сучасний інженер стикається з завданнями вибору сенсорів та узгодження динамічного діапазону з діапазоном цифрової системи обробки та передавання інформації. Сучасний спеціаліст повинен розумітися на типах сенсорів, методам отримання вимірювальних сигналів, їх попередньої обробки та фільтрації, розуміти особливості різних типів АЦП та ЦАП. 

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Для успішного засвоєння матеріалу студент повинен прослухати курси "Схемотехніка", "Цифрові пристрої", "Цифрове оброблення сигналів" або дотичні за змістом

3. Зміст навчальної дисципліни

Структура системи збору та обробки первинної інформації.

Джерела первинної інформації. Аналогові та цифрові сенсори. Узагальнена структура збору та передавання інформації. Ефект накладання спектру. Частота Найквіста. Проблеми електромагнітної сумісності. Обгрунтування вимог до функційних вузлів системи збору та передавання первинної інформації. Етапи проектування систем збору інформації - розрахунок, симуляція роботи, макетування.

Симуляція роботи електронних схем.

Пакети симуляції роботи електронних схем. SPICE пакети різних виробників – ORCAD, NImultsim, MicroCAP, TINA-TI, LTspice. Порівняння пакетів. Основи роботи в LTspice. Опис основних можливостей. Створення моделі. Аналіз моделі. Виведення результатів симуляції.

Цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі.

Призначення ЦАП. Основні параметри ЦАП. Відносна розділювальна здатність ЦАП. Абсолютна родільна здатність ЦАП. Абсолютна похибка перетворення ЦАП. Нелінійність перетворення. Час встановлення.Максимальна частота перетворення. Види ЦАП. Матричні ЦАП. Помножуючі ЦАП. ЦАП на основі ШІМ. Призначення АЦП. АЦП з ЦАП та АЦП без ЦАП. Паралельний АЦП. Слідкуючий АЦП. АЦП з порозрядним врівноваженням. АЦП з послідовним обрахунком.  АЦП з подвійним інтегруванням. Сігма-дельта АЦП.

Операційний підсилювач як основа аналогового оброблення сигналів.

Ідеалізований операційний підсилювач. Принцип розрахунку схем на ідеалізованому ОП. Інвертуючий підсилювач. Неінвертуючий підсилювач. Диференційний підсилювач. Інструментальний підсилювач. Побудова ЛАЧХ. Джерело сталого струму на ОП. Інтегруюча та дифірінцююча ланки. Схемотехніка функційних вузлів реальних ОП. Дифірінціальний каскад на транзисторах. Джерело сталого струму на транзисторах. Приклади внутрішньої структури реальних ОП. Класифікація ОП. Характеристики реальних ОП. Особливості використання ОП при однополярному живленні. Rail-to-rai ОП. Приклади схем аналогового оброблення сигналів на ОП. Нелінійне оброблення сигналів на ОП. Логаріфмічні та антилогаріфмічні підсилювачі та їх використання. Обмежувачі напруги. Детктори та прецезійні випрямлячі.

 Використання позитивного зворотного зв’язку в схемах на ОП.

Особливості використання позитивного зворотного зв’язку. Трігер Шмідта. Використання тригеру Шмідта. Релаксаційні схеми на ОП. Генератори імпульсів. Генератори лінійної напруги. Генератори гармонійних коливань.

Фізико-електричні перетворювачі та їх спряження з вимірювальною системою

Мостові схеми вимірювання для резистивних сенсорів. Сенсори виміювання сили, деформації та тиску. Сенсори з високи опором. П’єзосенсори. Оптичні сенсори. Сенсори для вимірювання температури.

 

Активні фільтри на операційних підсилювачах.

Класифікація характеристик активних фільтрів. Основні різновиди схемної реалізації активних фільтрів на ОП. Розрахунок активних фільтрів в автоматизованих середовищах. Порівняльний аналіз автоматизованих середовищ.

4. Навчальні матеріали та ресурси

.Методичні вказівки з проведення лабораторних робіт на прикладі матеріалів TI :https://university.ti.com/en/faculty/teaching-materials-and-classroom-resources/ti-based-teaching-kits-for-analog-and-power-design/analog-system-lab-kit-pro

Література для ознайомлення та більш глибокого опанування матеріалу при самостійній роботі:

Базова:

  1. Сєдов, С. О. Аналогове оброблення сигналів. Схемотехніка. Розрахунки [Електронний ресурс] : підручник / С. О. Сєдов ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 4,93 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, Вид-во «Політехніка», 2018. – 298 с.
  2. Оброблення сигналів на базі операційних підсилювачів. Схемотехніка. Розрахунки: Навч. посіб. / Сергій Олексійович Сєдов. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017. – 132 с.: іл.
  3. Прищепа М. М., Погребняк В. П. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 1. Елементи мікроелектроніки: Навч. посіб. / За ред. М. М. Прищепи. - К.: Вища шк., 2004. - 431 с.: іл.
  4. Прищепа М.М., Погребняк В.П. Мікроелектроніка: В 3 ч. Ч. 2. Елементи мікросхемотехніки: Навч. посіб. / За ред. М. М. Прищепи. - К.: Вища шк., 2006. - 503 с.: іл.
  5. Сухов М. Є. / Схемотехніка високоякісного звуковідтворення [Текст] / М. Є. Сухов, С. Д. Бать, В. В. Колосов, О. Г. Чупаков. - К. : Технiка, 1992. - 127 c.
  6. The Art of Electronics by Paul Horowitz, Winfield Hill, 3rd edition, 2015, 1220 pages, ISBN-10: 978052180926
  7. Learning the Art of Electronics: A Hands-On Lab Course - Hayes, Thomas C., Horowitz, Paul, 2016, ISBN: 9780521177238
  8. The Art of Electronics: The x Chapters - Horowitz, Paul, Hill, Winfield, 2020, ISBN: 9781108499941
  9. Joseph D. Greenfield / Practical Transistors and Linear Integrated Circuits Paperback - January 1, 1988. P.233
  10. Jones M. H. et al. A practical introduction to electronic circuits. – Cambridge University Press, 1995.
  11. Kaufman M., Seidman A. H. (ed.). Handbook of electronics calculations for engineers and technicians. – McGraw-Hill Companies, 1988.
  12. Baker B. A Baker's Dozen: Real analog solutions for digital designers. – Elsevier, 2005.
  13. Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн. 1. Аналогова схемотехніка та імпульсні пристрої: Підручник / В. І. Бойко, А. М. Гуржій, В. Я. Жуйков та ін. — 2-ге вид., допов. і переробл. — К.: Вища шк., 2004. — 366 с.: іл.
  14. Asadi F. Essential Circuit Analysis Using Ni Multisim (tm) and MATLAB®. – Springer Nature, 2022.
  15. Báez-López D., Guerrero-Castro F. E., Cervantes-Villagómez O. D. Advanced circuit simulation using Multisim Workbench //Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems. – 2012. – Т. 7. – №. 1. – С. 1-144.
  16. Asadi F. Electric and Electronic Circuit Simulation using TINA-TI®. – CRC Press, 2022.
  17. Bruun E. CMOS Integrated Circuit Simulation with LTspice. – 2017.
  18. Mohindru P., Mohindru P. Electronic Circuit Analysis Using LTSpice XVII Simulator: A Practical Guide for Beginners. – CRC Press, 2021.
  19. Asadi F. Simulation of Electric Circuits with LTspice® //Essential Circuit Analysis using LTspice®. – Springer, Cham, 2023. – С. 1-175.

Допоміжна:

  1. Boylestad R. L., Nashelsky L. Electronic devices and circuit theory. – Prentice Hall, 2012.
  2. Fish P. J. Electronic noise and low noise design. – Macmillan International Higher Education, 2017.
  3. Palumbo G., Pennisi S. Feedback amplifiers: theory and design. – Springer Science & Business Media, 2002.
  4. Schubert Jr T. F., Kim E. M. Fundamentals of Electronics: Book 2: Amplifiers: Analysis and Design. – Morgan & Claypool Publishers, 2015.

 

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Заняття проводяться згідно розкладу

1. Структура системи збору та обробки первинної інформації.

(2 години лекції)

2. Симуляція роботи електронних схем.

(2 години лекції, 4 години лабораторні)

3. Цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі.

(2 години лекції)

4. Операційний підсилювач як основа аналогового оброблення сигналів.

(4години лекції, 8 годин лабораторні)

5. Використання позитивного зворотного зв’язку в схемах на ОП.

(2 години лекції, 8 години лабораторні)

6. Фізико-електричні перетворювачі та їх спряження з вимірювальною системою

(2 години лекції, 8 години лабораторні)

7. Активні фільтри на операційних підсилювачах.

(2 години лекції, 8 години лабораторні)

 

6. Самостійна робота студента

Під час навчання студент повинен виконати розрахункову роботу, а саме спроектувати та промоделювати роботу складових частин: інструментальний підсилювач, активний фільтр.

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Під час вивчення студент повинен відвідати не менше 60 відсотків  лекційних занять, захистити розрахункову роботу, виконати всі лабораторні роботи та захистити їх результати.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Оцінка виставляється за результатами семестрового контролю. Лабораторні роботи 80  балів. РР - 20 балів.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою
Кількість балівОцінка
100-95Відмінно
94-85Дуже добре
84-75Добре
74-65Задовільно
64-60Достатньо
Менше 60Незадовільно
Не виконані умови допускуНе допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

...

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Лабораторні роботи виконуються на наборах вивчення аналогової електроніки фірми Texas Instruments "TI Analog System Lab Kit (ASLK)" та програмних середовищах LTspice або NImultsim. Тип та форма проведення лабораторних занять узгоджується з навчальною групою. Загальна кількість лабораторних занять - 6.

 



Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Мовчанюк А. В.;
Ухвалено кафедрою ПРЕ (протокол № 06/2023 від 22.06.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 06-2023 від 29.06.2023 )