7 ECTS credits
190 u studietijd

Aanbieding 1 met studiegidsnummer 1002043BNR voor alle studenten in het 1e en 2e semester met een verdiepend bachelor niveau.

Semester
1e en 2e semester
Inschrijving onder examencontract
Niet mogelijk
Beoordelingsvoet
Beoordeling (0 tot 20)
2e zittijd mogelijk
Ja
Inschrijvingsvereisten
Om te kunnen inschrijven voor Elektronica (7 SP) moet men ingeschreven of geslaagd zijn voor Toegepaste elektriciteit, voor het technologieproject Informatie en Communicatietechnologie en voor 1 van de 3 overige technologieprojecten OF moet men ingeschreven zijn in het Voorbereidingsprogramma master fotonica.
Onderwijstaal
Nederlands
Faculteit
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Verantwoordelijke vakgroep
Elektronica en Informatica
Onderwijsteam
Maarten KUIJK (titularis)
Hans INGELBERTS
Sven BOULANGER
Robin DELEENER
Onderdelen en contacturen
42 contacturen Hoorcollege
42 contacturen Werkvormen en Praktische Oef.
Inhoud

1) Inleiding: elektronica vanuit technologisch standpunt, het gebruikersstandpunt, het architectuur standpunt; elektronica versus microelektronica; 5 stellingen (technologie evolutie, impact op de maatschappij, toekomstige uitdagingen, ontwerpcomplexiteit - de VUB opleiding, gewenste type ingenieurs).

2) Karakteristieken van de basiscomponenten en hun gebruik bij het ontwerp van schakelingen.

- De ideale operationele versterker: modelhypothesen; basisschakelingen voor versterkers (unipolaire versterkers: inverterende, niet-inverterende, buffer; verschilversterkers, eigenschappen en criteria voor de selectie van versterkertypes in meettoepassingen); basisschakelingen voor comparatoren: regeneratieve schakelingen, blokgolfgenerator; illustratie van het cocept terugkoppeling aan de hand van eenvoudige schakelingen.

- De diode: het begrip dynamische weerstand, quasistatische transfertfunktie en idealisaties, enkele schakelingen (gelijkrichters en filters, piekdetectors, precisiediode), zenerdiode, AC-DC omzetter.

- De bipolaire transistor: Statische karakteristieken en laagfrequente modellen die eruit af te leiden zijn, de basisversterkers - AC versus DC koppeling, instelling, kleinsignaal gedrag, de types GBS, GES, GCS, ontwerpprocedures, de transistor als schakelaar (quasistatisch model).

- De FET's: MOSFET's, JFET's, Depletion en Enhancement types, statische karakteristieken en laagfrequente modellen die eruit af te leiden zijn, eenvoudig halfgeleider werkingsmodel, de basisversterkers, de FET als schakelaar (quasistatische beschrijving).

3) Elektronische functies voor de verwerking van analoge, digitale en bemonsterde signalen.

- Tegenkoppeling en stabiliteit: nut van tegenkoppeling, types tegenkoppeling, voorbeeldschakelingen, stabiliteit, winst- en fasemarge, omzetting van versterkers naar blokschema uit de regeltheorie, Bode stabiliteitscriterium.

- Oscillatoren: ontwerp van een RC-oscillator, frequentiestabiliteit, amplitudestabilisatie, types oscillatoren.

- Gestabiliseerde voedingen: algemene opbouw, keuze gelijkrichter, filter, types (geschakeld versus continu); design van serieregulatoren met stroombegrenzer en schakelingen voor geschakelde regulatoren.

- Data-acquisitie: opbouw van een acquisitieketen (sample and hold, multiplexer, DAC, ADC), keuze van bemonsteringsfrequentie en aantal bit.

- Isolatieversterkers: gebruik, eigenschappen, optische en elektromagnetische isolatie; linearisatie.

- Schakelingen met geschakelde capaciteiten (basisprincipe en voorbeelden).

- Stroomversterkers (power boosters): algemene ontwerprichtlijn; maximale vemogensoverdracht en versterkerklassen (A, B, AB).

- Eigenschappen van niet-ideale operationele versterkers.

- Inleiding tot de digitale elektronica: Overgang van fysische beschrijving naar logische beschrijving; combinatorische schakelingen; sequentiële schakelingen (geheugenelementen, tellers, synchrone versus asynchrone systemen, halfgeleidergeheugens types en opbouw, gestructureerde implementatie van sequentiële systemen, reconfigurable computing); elektrische realisatie van digitale schakelingen, vergelijkende analyse van verschillende realisatieprincipes, elektrische specificaties; Electronic Design Automation; technologie: trends en bottlenecks.

- De werking van de MOSFET (halfgeleidermodel); basisversterkers: unipolaire en verschilversterkers met FETs (in meer detail); FET schakelaars in digitale schakelingen; overgang van discrete schakelingen naar IC's - stroomspiegels, actieve belastingen.

- Inleiding tot het ontwerp van eenvoudige CMOS-versterkers: basismodules, analyse van schema's, ontwerpvergelijkingen, eigenschappen.

- De laboratoriumsessies:

(1) Inleidende oefeningen en inleiding tot het gebruik van een gratis simulator (LTSpice IV)
(2) Oefeningen en inleiding tot LabView
(3) Digitale elektronica: grafisch programmeren van herprogrammeerbare logica in Altium
(4) De operationele versterker in de praktijk
(5) Analyse van een complexe, bestaande basisschakeling: de thermostaat
(6) De bipolaire transistor
(7) Power schakelingen
(8-12) CMOS versterkers (elementaire operationele versterker), instelling, laagfrequent gedrag en "gain-bandwidth".

Studiemateriaal
Cursustekst (Vereist) : Elektronica Powerpoints, Jan Cornelis, Eerste herdruk, VUB, 2220170000985, 2016
Cursustekst (Aanbevolen) : Elektronica Deel 1, Jan Cornelis, 2220170002279, VUB, 2220170002279, 1996
Handboek (Aanbevolen) : Mixed Analog-Digital VLSI Devices and Technology, An Introduction, Yannis P. Tsividis, BIB, 1995
Digitaal cursusmateriaal (Aanbevolen) : CMOS: Basisbouwstenen en versterkers, Maarten Kuijk, Jan Cornelis
Digitaal cursusmateriaal (Aanbevolen) : CMOS: Operationele versterkers - interne werking, basismodules, eigenschappen en ontwerp, Frank Op 't Eynde, Jan Cornelis
Cursustekst (Aanbevolen) : Elektronica Deel 2, Jan Cornelis, 2220170002293, VUB, 2220170002293
Bijkomende info

De cursusnotas zijn overwegend in het Nederlands. De cursus wordt in het Nederlands gedoceerd. - Laboratoriumboek met opgaven, praktische informaties en componenten specificaties;



- ELEKTRONICA POWERPOINT ILLUSTRATIES (20016), VUB (Aanschaf verplicht);



- Elektronica Deel 1 en Deel 2, Jan Cornelis, VUB (Aanschaf aan te raden);



- De referentiewerken die per hoofdstuk in 'Elektronica Deel 1 en Deel 2' vermeld staan.



- CMOS: Basisbouwstenen en versterkers Maarten Kuijk, Jan Cornelis(beschikbaar via INTRANET van de vakgroep ETRO).



- CMOS: Operationele versterkers - interne werking, basismodules, eigenschappen en ontwerp, Frank Op 't Eynde, Jan Cornelis (beschikbaar via INTRANET van de vakgroep ETRO).



Aanvullend studiemateriaal:

Yannis P. Tsividis, "Mixed Analog-Digital VLSI Devices and Technology - An Introduction" Mc Graw Hill, 1995, (diepgaand werk over de werking van de MOS transistor, zowel voor ontwerpers als voor halfgeleider specialisten, maar met een zeer duidelijke inleiding over de werking van MOS transistoren)

Leerresultaten

Algemene competenties

Deze overzichtscursus is een inleiding tot de elektronica.

De algemene principes gebruikt in de elektronica worden aan de hand van schakelingen met geringe complexiteit uitgelegd. De doelstellingen zijn: (1) vanuit de externe karakteristieken van de basiscomponenten, de meest klassieke schakelingen analyseren en ontwerpen; (2) een overzicht geven van typische analoge en digitale elektronische functies; (3) de overgang van reële schakelingen naar formele schema's uit de regeltheorie aanleren; (4) aantonen dat zelfs met eenvoudige schakelingen heel wat elektronische functies gerealiseerd kunnen worden (overwinnen van de drempelvrees bij het bouwen).
Inleidende begrippen rond CMOS versterkers begrijpen, i.e. basismodules, eigenschappen, elementaire versterkerschema's, algemene ontwerpregels voor de realisatie van de belangrijkste systeemspecificaties.

Op het einde van de cursus zou de student tot volgende prestaties in staat moeten zijn: (1)analyse en ontwerp van laagfrequente basisschakelingen, (2) gebruik en identificatie van tegenkoppeling en meekoppeling in schakelingen, (3) eenvoudige stabiliteitsanalyses, (4) beheersen van een overzicht van elektronische operatoren en hun realisaties (analoog en digitaal). De cursus beoogt een brede basiskennis aan te leren betreffende componenten, schakelingen, ontwerpmethodiek, concepten, belangrijkste specificaties, evoluties en toekomstige trends in de elektronica.

Deze cursus draagt bij tot volgende leerresultaten van de Bachelor in de Ingenieurswetenschappen:

De Bachelor in de Ingenieurswetenschappen heeft een brede fundamentele kennis en begrip van

2. ingenieurstechnische principes en de mogelijkheid om ze toe te passen om de belangrijkste technische processen te analyseren en om nieuwe en opkomende technologieën te onderzoeken;
3. geïntegreerde ontwerpmethoden die inspelen op de behoeften van de gebruikers met de mogelijkheid om kennis en begrippen van andere technische disciplines toe te passen en te integreren in de eigen specialisatie;
4. fundamentele basismethoden en -theorieën om problemen of processen te schematiseren en te modelleren.

De Bachelor in de Ingenieurswetenschappen kan

6. de resultaten van de analyse en de modellering opvolgen, interpreteren en toepassen met het doel om op gestage wijze verbeteringen te kunnen aanbrengen ;
7. kwantitatieve methoden en relevante computer software in verband met de discipline toepassen op ingenieurstechnische problemen;
10. op correcte wijze over de ontwerpresultaten rapporteren aan de hand van een technisch verslag of via een paper;
12. op een logische, abstracte en kritische wijze redeneren;

De Bachelor in Ingenieurswetenschappen heeft

16. een creatieve, probleemoplossende, resultaatgerichte en op bewijsvoering gesteunde houding die gericht is op innovatie;

Beoordelingsinformatie

De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Mondeling bepaalt 67% van het eindcijfer

WPO Labowerk bepaalt 33% van het eindcijfer

Binnen de categorie Examen Mondeling dient men volgende opdrachten af te werken:

  • mondeling examen met een wegingsfactor 1 en aldus 67% van het totale eindcijfer.

    Toelichting: Mondeling examen (2/3 van de totale score). Twee vragen over de cursusinhoud: een hoofdvraag en een bijvraag - meestal een 'weet-vraag' in een ander domein dan de hoofdvraag; 5 minuten voorbereiding met cursus; 25 minuten voorbereiding zonder cursus om het antwoord te structureren (eventueel schriftelijk); ongeveer 20 minuten discussie met de docent.

Binnen de categorie WPO Labowerk dient men volgende opdrachten af te werken:

  • laboratorium evaluatie met een wegingsfactor 1 en aldus 33% van het totale eindcijfer.

    Toelichting: Laboratorium evaluatie (1/3 van de totale score). Oefeningen te maken als voorbereiding van de laboratoriumsessies; gevraagd wordt een eenvoudige functie elektronisch te verwezenlijken (ontwerp) en de werking van een gegeven schakeling te achterhalen (analyse).

Aanvullende info mbt evaluatie

Mondeling examen (2/3 van de totale score). Twee vragen over de cursusinhoud: een hoofdvraag en een bijvraag - meestal een 'inzicht-vraag' in een ander domein dan de hoofdvraag; 5 minuten voorbereiding met cursus; 25 minuten voorbereiding zonder cursus om het antwoord te structureren (eventueel schriftelijk); ongeveer 20 minuten discussie met de docent.

Laboratorium evaluatie (1/3 van de totale score):

- Oefeningen te maken als voorbereiding van de laboratoriumsessies
- gevraagd wordt een eenvoudige functie elektronisch te verwezenlijken (ontwerp)
- de werking van een gegeven schakeling te achterhalen (analyse)
- CMOS-project

-een schakeling bedenken en een PCB hiervoor ontwerpen en deze schakeling ook effectief maken

 

Academische context

Deze aanbieding maakt deel uit van de volgende studieplannen:
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: elektronica en informatietechnologie
Voorbereidingsprogramma Master of Science in de ingenieurswetenschappen: fotonica: Standaard traject
Voorbereidingsprogramma European Master of Science in Photonics: Standaard traject