Analoge elektronica (T34AE0)

6.0 studiepunten Nederlands 63.0 Eerste semesterEerste semester Verdiepend Uitgesloten voor examencontract
Eneman Koen (coördinator) |  Eneman Koen |  Stevens Gorik |  Van Loock Gert
POC Groep T Leuven Engineering College

Bijdrage tot de algemene competentie-opbouw

Het vak heeft als doel de studenten de noodzakelijke basiskennis en -vaardigheden bij te brengen die vereist zijn bij het gebruik en ontwerp van analoge elektronische schakelingen. De nadruk ligt op het bespreken en analyseren van functionele blokken.

Specifieke leerdoelen

De student

- kan het werkingsprincipe van de meest voorkomende analoge basiscomponenten en bouwblokken uitleggen en verklaren, en dit met het oog op praktisch gebruik en integratie van zulke basiscomponenten en bouwblokken in een groter geheel

- is in staat een praktische toepassing te bedenken voor een gegeven analoge elektronische schakeling

- kan de mogelijkheden en beperkingen van analoge basiscomponenten en bouwblokken (saturatie, niet-lineair gedrag, eindige bandbreedte, responstijd, stabiliteit, ...) aanduiden en verklaren

- is in staat de verschillende parameters en figuren in een datasheet van een analoge component uit te leggen

- kan het ingangs/uitgangsgedrag en het frequentiegedrag van analoge elektronische schakelingen voorspellen en beoordelen, en dit zowel op basis van een kwalitatieve als een kwantitatieve analyse

- is in staat analoge schakelingen doordacht in te stellen (keuze van weerstand- en capaciteitwaarden, ...) zodat de schakeling voldoet aan een aantal opgegeven specificaties (versterking, ingangs/uitgangsimpedantie, bandbreedte, responstijd, stabiliteit, ...)

- verwerft inzicht in de methodologische en/of theoretische onderbouw van resultaten van onderzoek

- ontwikkelt een kritische houding t.a.v. kennis en kennisconstructie

De vereiste voorkennis omvat leerstof uit de cursussen

- Elektronische Schakelingen (deel over analoge elektronica) 
- Signalen en Systemen (Hfdst. 3, 5, 7 en 9)

Deze cursus bouwt voort op de basiskennis analoge elektronica en systeemanalyse die aangereikt wordt in de opleidingsonderdelen "Elektronische schakelingen" en "Signalen en Systemen". Volgende onderwerpen komen aan bod: actieve elementen, transistor-gebaseerde versterkerschakelingen (GES, GCS, GBS, verschilversterker, uitgangstrappen), interne structuur van een operationele versterker (opamp) en opampmodellen, opamp-gebaseerde versterkerschakelingen, analoge en switched-capacitor filters, comparatoren, Schmitt-triggers, gelijkrichters, piekdetectoren, signaalgeneratoren, studie van het niet-ideale en frequentiegedrag van analoge schakelingen, principes van terugkoppeling en stabiliteit.

Cursustekst
Presentatiesoftware
Toledo

Onderwijsleeractiviteiten

4.3 sp. Analoge elektronica: Hoorcolleges (34hAE)

4.3 studiepunten Nederlands Werkvorm: College 39.0 Eerste semesterEerste semester
POC Groep T Leuven Engineering College

I. Principes van analoge transistorgebaseerde versterkerschakelingen

- Actieve elementen: vacuümbuizen, PN-diode, bipolaire transistor, MOSFET, JFET ; actief element gebruikt als schakelaar of als versterker

- Elementaire versterkerschakeling : belastingsdiagramma, transfertkarakteristiek ; distorsie ; grootsignaal- versus kleinsignaalgedrag ; linearisatie ; hybride-pi-model ; equivalent versterkermodel

- Basisversterkerschakelingen: geaarde-emitterschakeling, geaardecollectorschakeling, geaardebasisschakeling: grootsignaalanalyse, DC-werkingspunt, kleinsignaalanalyse (versterking, ingangs- en uitgangsimpedantie) ; bootstrapschakeling ; emitter-gekoppeld paar ; temperatuursafhankelijkheid ; geaarde-emitterschakeling met emitterdegeneratie ; ontwerpvoorbeeld

- Verschilversterkers: gebalanceerde en niet-gebalanceerde datatransmissie ; emitter-gekoppeld differentieel paar : groot- en kleinsignaalanalyse (ingangs/uitgangskarakteristiek, versterking, CMRR, ingangs- en uitgangsimpedanties, emitterdegeneratie)

- Uitgangstrappen: meertrapsversterkers, vermogenhuishouding, rendement ; klassieke versterkers: safe operating area, rendement ; klasse-A-versterker met inductieve koppeling: werking, rendement ; klasse-B push-pullversterker : werking, reductie van crossoververvorming, rendement ; principe van klasse-AB-, -C- en -D-versterker

 

II. Analoge functionele blokken

- Operationele versterkers: drietrapsstructuur ; equivalent schema ; ideale-opampmodel

- Opampgebaseerde versterkerschakelingen: inverterende versterker, niet-inverterende versterker, spanningsvolger, sommeerversterker, verschilversterker, instrumentatieversterker: herhaling ; veralgemeende versterkers ;  I-V-convertor, V-I-convertor, stroomversterker: versterking, ingangs- en uitgangsimpedantie

- Analoge filters : 1e-ordefilters: differentiator, integrator, laagdoorlaatfilter, hoogdoorlaatfilter, fasedraaier (kwalitatieve en kwantitatieve analyse, Bodeplot) ; audiotoepassingen ; 2e-ordefilters: banddoorlaatfilter, standaard 2e-orderesponsen, KRC-, multiple-feedback-, biquad- en state-variablefilters (kwalitatieve en kwantitatieve analyse, Bodeplot) ; hogere-ordefilters : filterprototypes, cascadeontwerp ; switched-capacitorfilters : werkingsprincipe, voor- en nadelen

- Niet-lineaire analoge functionele blokken: comparator ; Schmitt-triggers (inverterende, niet-inverterende) ; gelijkrichters (superdiode, enkelzijdige en dubbelzijdige gelijkrichters) ; piekdetector

- Signaalgeneratoren: sinusgenerator : principe, Wien-bridge-oscillator ; astabiele multivibrator gebruik makend van Schmitt-trigger ; kristaloscillator ; 555-timer : astabiele en monostabiele multivibrator ; spanningsgestuurde oscillatoren (VCOs)

 

III. Niet-ideaal gedrag van opampgebaseerde analoge schakelingen

- Statische beperkingen van opamps: input-biasstroom, input-offsetstroom en input-offsetspanning, common-mode rejection ratio, power-supply rejection ratio ; effect op (niet-)inverterende versterker en integrator ; reductie van statische effecten

- Dynamische beperkingen van opamps: frequentiegedrag van opamp in open lus, compensatiecondensator, Millereffect, gain-bandwidthproduct ; frequentiegedrag van (niet-)inverterende versterker, integrator en differentiator ; staprespons, stijgtijd, uitslingertijd, doorschot, slew rate, full-powerbandbreedte

- Stabiliteit: terugkoppeling : principe en voor- en nadelen van terugkoppeling ; stabiliteitsanalyse van (niet-)inverterende versterker en differentiator, peaking, ringing ; intern-gecompenseerde en niet-gecompenseerde opamps

voor deel I : cursustekst + demosoftware
voor delen II en III : materiaal (cursustekst + slides + demosoftware) ter beschikking gesteld op Toledo


extra leesvoer voor delen II en III : Sergio Franco, "Design with operational amplifiers and analog integrated circuits", 3rd ed., McGrawHill, ISBN 0-07-232084-2

1.7 sp. Analoge elektronica: Practica (34pAE)

1.7 studiepunten Nederlands 24.0 Eerste semesterEerste semester
Stevens Gorik |  Van Loock Gert
POC Groep T Leuven Engineering College

  • transistorgebaseerde versterkers
  • emitter-gekoppeld differentieel paar, klasse-B push-pull versterker : versterking, CMRR, crossoververvorming
  • inverterende versterker, niet-inverterende versterker,
    differentiator, integrator : openlus- en geslotenlusversterking,
    bandbreedte, bias- en offsetstromen, offsetspanning, stabiliteit
  • KRC- en state-variable filter : ontwerp van een 2e-orde-filter
  • switched-capacitor filters (ontwerp van een
    4e-orde-Chebyshev-filter met MF10), signaalgeneratie (astabiele
    multivibrator mbv. 555-timer, slew rate)
  • comparator (niveaudetectie en PWM mbv. LM311), inverterende
    Schmitt-trigger, gelijkrichters (superdiode, enkelzijdige en
    dubbelzijdige gelijkrichter)

De studenten bouwen en analyseren een aantal analoge schakelingen

Evaluatieactiviteiten

Analoge Elektronica (T70324)

Tijdstip:partiële evaluatie met afrondend examen tijdens de examenperiode
Soort evaluatie : Gesloten boek, Verslag, Medewerking tijdens contactmomenten

Hoorcolleges

eerste en derde examenperiode : het examen is schriftelijk met mondelinge toelichting/ondersteuning. Dit betekent dat je verondersteld wordt de vragen op papier op te lossen, maar dat er bijkomend een (optioneel) mondeling gedeelte is om je te helpen je antwoorden op de vragen te verbeteren en zo je score te verhogen.

Practica

eerste examenperiode : permanente evaluatie. Dit wil zeggen dat de studenten het labo schriftelijk voorbereiden : vragen beantwoorden, berekeningen doen of een schema tekenen. Tijdens het labo worden ze beoordeeld op inzet, medewerking, kritische houding, technische kennis en vaardigheden, en samenwerking met een partner. De studenten maken tijdens het labo een verslag met daarin hun metingen en conclusies. Op het einde van het labo worden de voorbereiding en het verslag van het labo afgegeven ter evaluatie.

derde examenperiode : labo-examen. De studenten krijgen een grotere labo-oefening, die ze moeten oplossen en verdedigen tijdens het labo-examen (halve dag).

 

De gewichten van de verschillende OLA's vind je terug in de programmatabellen.

Bijkomende informatie over de evaluatieactiviteiten wordt mondeling verstrekt tijdens een contactmoment en wordt ter beschikking gesteld op de Toledo-pagina's van de cursus.