Topic outline
- General
- INFORMAȚII GENERALE
Denumirea unității de curs: CIRCUITE ANALOGICE ȘI DE CONVERSIE
Program de studiu: 0.714.9 Ingineria biomedicală, 0.714.5 Microelectronica si Nanotehnologii
Numărul de credite ECTS: 6 (90 ore în auditoriu şi 90 ore de activităţi individuale ale studentului, 1 credit = 15 ore de activităţi în auditoriu şi 15 ore de activităţi individuale ale studentului)
Titularul untății de curs: lect. univ., dr. Vasile POSTICA
Descrierea cursului:
Materialul prezentat în aceast curs se adresează studenților de la Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală, specialitatea Microelectronică și Nanotehnologii, Inginerie Biomedicală, precum și tuturor celor interesați de proiectarea analogică. Cursul este structurat pe cinci module, fiecare abordând o categorie de circuite sau principii, utilizate în proiectarea circuitelor analogice integrate.
În Modulul 1 sunt prezentate caracteristicele de bază a amplificatoarelor operaționale (AO) ideale și reale, modul de analiză a circuitelor ce conțin AO și modalitatea de utilizare a AO pentru elaborarea circuitelor analogice.
Modulul 2 își propune studiul câtorva implementări electronice ale surselor de curent și referințelor electrice. Pornind de la structura cea mai simplă și argumentând fiecare îmbunătățire se ajunge la structuri mai performante, utilizate în practică. Sunt introduse câteva tipuri de referințe de tensiune și de curent.
În Modulul 3 este descrisă esența funcționării amplificatoarelor diferențiale bipolare și MOS. Se efectuează analiza și elaborarea amplificatoarelor diferențiale. Sunt introduse noțiunele de sarcină pasivă și activă pentru amplificatoarele diferențiale.În Modulul 4 este prezentată descrierea structurii interne AO. Analiza și schemotehnica AO cu 2 și mai multe etaje în cascadă. Sunt analizate principiile de construcție a etajelor de ieșire și este efectuată analiza în frecvență a parametrilor AO.
Modulul 5 este destinat pentru introducerea noțiunilor generale și parametrilor circuitelor de conversie. Sunt prezentate principiile de achiziție a datelor și de conversie, precum și este descrisă funcționarea circuitelor de eșantionare și de memorare. Sunt descrise circutele de conversie analog-digitală de tip Nyquist și de tip Oversampled.
Scopul principal al cursului „Circuite analogice şi de conversie" ca disciplină didactică, reprezintă oglindirea procedeelor progresiste existente şi de perspectivă de proiectare și producere a circuitelor integrate pentru diverse dispozitive.
Obiectivele principale ale cursului reprezintă formarea la studenţi a următoarelor abilităţi:
- caracteristicele de bază a unui amplificator operațional ideal, precum și caracteristicele non-ideal importante ale AO practice și cum acestea limitează performanțele circuitelor în baza acestora;
- modul de analiză a circuitelor care conțin AO, rezistențe și capacități și modalitatea de utilizare a AO pentru a elabora amplificatoare cu caracteristici precise;
- posibilitatea de elaborare circuite mai sofisticate pe bază de AO, inclusiv sumatoare, amplificatoare de instrumentație, integratoare și derivatoare;
- filosofia elaborării circuitelor electrice integrate și cum diferă față de cele discrete;
- Principiul de utilizare a sarcinilor active, pincipiul de lucru a surselor de curent electric pentru funcționarea circuitelor integrate și principiul de lucru a referințelor de curent și tensiune;
- esența funcționării amplificatoarelor diferențiale bipolare și MOS, precum și analiza și elaborarea amplificatoarelor diferențiale;
- utilizarea sarcinelor pasive și active pentru amplificatoare diferențiale;
- descrierea structurii interne a unui AO, precum și structura, analiza și schemotehnica amplificatoarelor pe bază de 2 sau mai multe etaje în cascadă;
- analiză în frecvență a parametrilor AO și cunoașterea etajele de ieșire principale a AO;
- noțiuni generale și parametrii circuitelor de conversie, precum și principiile de achiziție a datelor și de conversie;
- circuite de eșantionare și memorare și comparatoare pe bază de AO;
- circuite de conversie digital-analogică pe bază de rețea de rezistențe ponderate; R-2R, lanț de rezistențe, surse de curent, delta-sigma;
- circuite de conversie analogic-digital;
- ADC de tip delta-sigma.
Cursul este orientat spre pregătirea specialiştilor de o calificare înaltă în domeniul proiectării circuitelor integrate, care vor activa în întreprinderi de producere și exploatare ale acestor circuite.
Relația cu alte disciplini de studiu: Cursul dat este strâns legat cu Circuite și dispozitive electronice, Materiale și Componente în electronică, Dispozitive micro-nanoelectronice și Circuite Integrate Digitale.
Nota finală se formează după cum urmează:Forma de învățământ
Periodică
Curentă
Lucrul individual
Examen final
Atestarea 1
Atestarea 2
Cu frecvență
15%
15%
15%
15%
40%
Metode de comunicare student-profesor:
(1) Prin platforma ELSE (mesaje);
(2) Microsoft TEAMS (mesaje + apel);
(3) Rețele de socializare (facebook - mesaje + apel);
(4) e-mail (vasile.postica@mib.utm.md).- Curricula unității de curs MN File
- Curricula unității de curs IBM File
- Lista Bibliografică File
- Topic 2
- Topic 3
- LISTA DE PREZENȚĂ
- LUCRĂRI DE LABORATOR
- Lista lucrări de laborator File
Încărcare - Lucrări de laborator
- Lab. 1. Studierea compensării tensiunii de offset a amplificatorului operaţional, conectărilor amplificatorului operaţional: inversoare, ne-inversoare şi diferenţiala. File
- >>> Încărcare fișier Laborator nr. 1 Assignment
- Lab. 2. Studierea metodelor de măsurare a coeficientului de amplificare a amplificatorului operaţional fără reacţie Ku şi a coeficientului de suprimare a semnalului aplicat pe modul comun File
- >>> Încărcare fișier Laborator nr. 2 Assignment
- Lab. 3. Studierea metodelor de măsurare a frecvenţei de tăiere, frecvenţei maximale pentru amplitudinea data şi a vitezei maximale de variaţie a semnalului de ieşire SR (Slew rate); verificarea invariabilităţii produsului amplificare-bandă File
- >>> Încărcare fișier Laborator nr. 3 Assignment
- Lab. 4. Măsurarea rezistenţelor şi curenţilor de intrare al amplificatorului operational File
- >>> Încărcare fișier Laborator nr. 4 Assignment
- Lab. 5. Studierea parametrilor dependenţi de timp ale amplificatorului operational partea 1 File
- >>> Încărcare fișier Laborator nr. 5 Assignment
- Lab. 6. Studierea parametrilor dependenţi de timp ale amplificatorului operational partea 2 File
- >>> Încărcare fișier Laborator nr. 6 Assignment
- Tema 1. AMPLIFICATORUL OPERAȚIONAL
Tema 1. AMPLIFICATORUL OPERAȚIONAL
În modulul dat este prezentat:
1.Caracteristicele de bază a unui amplificator operațional ideal;2.Modul de analiză a circuitelor care conțin AO, rezistențe și capacități;3.Modalitatea de utilizare a AO pentru a elabora amplificatoare cu caracteristici precise;4.Posibilitatea de elaborare circuite mai sofisticate pe bază de AO, inclusiv sumatoare, amplificatoare de instrumentație, integratoare și derivatoare;5.Caracteristicele non-ideal importante ale AO practice și cum acestea limitează performanțele circuitelor în baza acestora.CUPRINS
1.1. Caracteristicile amplificatorului operaţional ideal.
1.2. Amplificatorul inversor sumator. Erorile amplificatorului sumator.
1.3. Configuraţiile amplificatorului operaţional.
1.4. Alegerea valorilor minime și maxime a rezistențelor
1.5. Aplicații practice a AO
1.6. Sumarizare și concluzii
1.7. AO specifice
- Prezentare Tema 1 - Amplificatorul operațional (1) File
- Prezentare Tema 1 - Amplificatorul operațional (2) File
- Tema 2. SURSE DE CURENT ȘI REFERINȚE ELECTRICE1.Filosofia elaborării circuitelor electrice integrate și cum diferă față de cele discrete;2.Principiul de utilizare a sarcinilor active;3.Principiul de lucru a surselor de curent electric pentru funcționarea circuitelor integrate;4.Principiul de conectare cascod a surselor de curent pe bază de tranzistori bipolari și MOS;5.Principiul de lucru a referințelor de curent și tensiune.
CUPRINS
•Specificul circuitelor integrate (filosofia)•Repetare (tranzistor bipolar și MOS)2.1. Sursa de curent pe bază de un tranzistor
2.2. Sursa de curent "oglinda de curenţi" cu tranzistori bipolari.
2.3. Sursa de curent "oglinda de curenţi" cu tranzistori MOS.
2.4. Sacrini active
2.5. Referințe electronice.
2.6. Rezumatul modului T2
- Prezentări Tema 2 - Surse de curent și referințe electrice Folder
- Tema 3. ETAJE DIFERENȚIALE
Tema 3. ETAJE DIFERENȚIALE
În modulul dat este prezentat:
1.Esența funcționării amplificatoarelor diferențiale bipolare și MOS;2.Analiza și elaborarea amplificatoarelor diferențiale;3.Utilizarea sarcinelor pasive și active pentru amplificatoare diferențiale;4.Un circuit ingenios și foarte popular cu amplificator diferențial care folosește o sarcină pe bază de oglindă de curenți.CUPRINS3.1. Perechea diferențială MOS
3.2. Perechea diferențială pe tranzistori bipolari
3.3. Rejecția de mod-comun
3.4. Efectul de offset în curent continuu
3.5. Amplificatorul diferențial cu sarcina pe bază de oglinda de curenți
3.6. Rezumat
- Prezentarea Tema 3 - Etaje Diferențiale File
- Tema 4. SCHEME TIPICE ALE AMPLIFICATORELOR OPERAȚIONALE
Tema 4. SCHEME TIPICE ALE AMPLIFICATORELOR OPERAȚIONALE
În modulul dat este prezentat:
1.Descrierea structurii interne a unui AO;2.Structura, analiza și schemotehnica amplificatoarelor pe bază de 2 sau mai multe etaje în cascadă;3.Analiză în frecvență a parametrilor AO;4.Etajele de ieșire a AO;5.Exemple concrete de scheme electrice ale AO (741).CURS
4.1. Structura internă a unui AO tipic
4.2. Răspunsul AO la frecvență
4.3. Etaje de ieșire a AO
4.4. Circuite electrice a AO (741)
- Prezentări Tema 4 - Scheme tipice ale AO Folder
- Tema 5. INTERFEȚE ANALOGIC DIGITALE
Tema 5. INTERFEȚE ANALOGIC DIGITALE
În modulul dat este prezentat:
1.Noțiuni generale și parametrii circuitelor de conversie;2.Principiile de achiziție a datelor și de conversie;3.Circuite de eșantionare și memorare;4.Comparatoare pe bază de AO;5.Circuite de conversie digital-analogică pe bază de rețea de rezistențe ponderate; R-2R, lanț de rezistențe, surse de curent, delta-sigma;6.Circuite de conversie analogic-digital.7.ADC de tip delta-sigma.CURS5.1. Circuite de conversie. Generalități
5.2. Principiile de achiziție și conversie a datelor
5.3. Circuite de eșantionare și memorare
5.4. Filtre
5.5. Comparatoare
5.6. Convertoare digital-analogice (DAC)
5.7. Convertoare analogic-digitale (ADC)
- Prezentări Tema 5 - Interfețe analogic digitale Folder
- Topic 11
În cadrul modului dat pentru studenți sunt propuse un șir de sarcini pentru o lucrarea individuală. Scopul - dezvoltarea competențelor practice individuale și de lucru în grup a studenților. Lucrarea individuală presupune elaborarea și asamblarea unui circuit la tema aleasă. Studenți pot alege și alte sarcini interesante care se includ în cursul predat și dacă sunt aprobate de cadrul didactic.
Lista de subiecte :
- Surse de alimentare pe bază de MC34063A (convertor DC/DC);
- Regulator de tip PWM pe bază de NE555 (pentru LED);
- Regulator de tip PWM pe bază de NE555 (pentru motor);
- Aplicație de măsurare a curentului printr-o sarcină;
- Dummy Load (sarcină reglabilă);
- Circuit de încărcare a bateriilor din Li-Po sau Li-ion;
- Măsurarea curentului electric printr-un motor DC.
Data limită de asamblare a dispozitivului și de prezentare a raportului/prezentării PPT - până la data de examen.
- LECȚII PRACTICE
1. Probleme pe bază de scheme electrice cu AO
- Prezentare Lecție practică - AO File
2. Mărirea frecvenței de lucru a amplificatorului operațional
- Considerații teoretice File
3. Detector de vîrf. Redresor de precizie.
- Considerații teoretice File
4. Măsurarea curentului electric printr-o sarcină
- Considerații teoretice File
5. Convertoare de tensiune pe bază de MC34063A
- Considerații teoretice File
6. Temporizatorul seria 555
- >>> Considerații teoretice File
- Atestarea nr. 1
- Chestionar Atestarea nr. 1 File
- Distribuția studenților pe variante (Atestarea nr. 1) File
- Varianta 1 Quiz
- Varianta 2 Quiz
- Varianta 3 Quiz
- Varianta 4 Quiz
- Varianta 5 Quiz
- Varianta 6 Quiz
- Varianta 7 Quiz
- Varianta 8 Quiz
- Atestarea nr. 2
- Chestionar Atestarea nr. 2 File
- Distribuția studenților pe variante (Atestarea nr. 2) File
- Varianta 1 - Atestare tipică Quiz
- Varianta 2 - pentru cei mai bravo! Quiz
- EXAMEN
- Chestionar Examen File
- Distribuția studenților pe variante (Examen) File
- Varianta 1 Quiz
- Varianta 2 Quiz
- Varianta 3 Quiz
- Varianta 4 Quiz
- Varianta 5 Quiz
- Varianta 6 Quiz
- Varianta 7 Quiz
- Varianta 8 Quiz
- Varianta 9 Quiz
- Varianta 10 Quiz
- Re-examinare Quiz
