Villamos alapismeretek

A tantárgy angol neve: Basics of Electrical and Electronic Systems

Adatlap utolsó módosítása: 2022. augusztus 29.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnökinformatikus szak
BSc alapképzés
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIETAA00 1 2/0/1/v 3  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Géczy Attila,
A tantárgy tanszéki weboldala https://www.ett.bme.hu/oktatas/vietaa00
4. A tantárgy előadója Dr. Géczy Attila, egyetemi docens, BME-ETT
Dr. Dudás Levente, egyetemi adjunktus, BME-HVT
Dr. Berényi Richárd, egyetemi docens, BME-ETT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít –
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:

–

7. A tantárgy célkitűzése A tárgy fő célja, hogy az informatika alapszakos hallgatók megismerjék a szakmájukban és a mindennapi életben is alapvető fontosságú villamosság fizikai alapjait és annak gyakorlati alkalmazását a számítástechnikai eszközökben. A tárgy fontos célja, hogy betekintést adjon a programokat végrehajtó eszközök működésébe, áramköri és konstrukciós megoldásaiba.
A hallgatók a villamos alapmennyiségek fogalmi rendszerének megismerésével eljutnak a villamos hálózatok témaköréig. Ezt követően a szinuszos és periodikus jelek leírásával, a tranziens viselkedés magyarázatával tovább lépnek egy olyan elvi szintre, ahol az aktív elektronikus alkatrészek is megismerhetőek koncepció és egyszerű működési modelljeik formájában. Az integrált áramkörök témakörének bevezetésével a digitális technika hardveres alapjait is megismerik. A hardveres szemlélet kialakításához az elektronikai konstrukció és szereléstechnológiák alapja is ismertetésre kerül. Kitekintő, és egyben rendszerező témakörként a fizikai valóság szenzorokkal való érzékelésével foglalkozik a tananyag.
Fontos, hogy a tudásanyag ívét egy működő áramkör példájával zárja a tananyag, hogy a hallgató az elméletet össze tudja kötni a gyakorlattal.
A laborgyakorlatok alatt a hallgatók megismerkedhetnek a laboratóriumi munka alapjaival (berendezések, alapkövetelmények, jegyzőkönyvírás), a mérőműszerek használatával, az egyszerű jelek, passzív- és aktív alkatrészek. A pulzusparaméterek és áramköri tranziensek vizsgálatával pedig az elméletet összeköthetik a gyakorlattal, a fizikai valósággal.
8. A tantárgy részletes tematikája

1: Bevezetés, a tárgy célja, követelmények ismertetése. Villamos alapmennyiségek 1.

  • Vezető, szigetelő, félvezető tulajdonság alapjai.
  • Elektromos töltés, fajtái, Coulomb erőtörvény, elektroszkóp.
  • Elektromos feszültség, potenciál, QCU törvény.
  • Elektromos tér, elektromos töltés tárolása, kondenzátor felépítése.
  • Egyszerű példák a mindennapokból. Az elméleti modellek összekötése a valósággal.

2: Villamos alapmennyiségek 2.

  • Elektromos áram.
  • Áramjárta vezető mágneses tere, szolenoid és toroid tekercs.
  • Lorenz erőtörvény, Lenz törvény, indukció.
  • Elektromos és mágneses térben tárolt energia, munka.
  • Elektromos teljesítmény.

3: Villamos alapmennyiségek 3.

  • Ellenállás, Ohm törvény.
  • Valós források: fesz. és áram generátor, belső ellenállás, üresjárási feszültség, rövidzárási áram, kapocsfeszültség.
  • Kémiai források: szárazelem, akkumulátor, tulajdonságok. Mechanikai források: motor, generátor üzem. Fotoelektromos források: napelem, izzó, LED.

4: Villamos hálózatok:

  • Kirchhoff törvények.
  • Feszültség- és áramosztó. Csomóponti potenciálok módszere.
  • Példamegoldás: soros, párhuzamos, vegyes ellenálláshálózat számítása.

5: Szinuszos és periodikus jelek:

  • Amplitúdó, csúcstól csúcsig érték, fázishelyzet, frekvencia, periódusidő, jellemző jelalakok.
  • Komplex számokról, komplex csúcsértékekről egyszerűen. Impedanciai alapok.
  • Transzformátor, feszültség, menetszám, átvitt teljesítmény, hatásfok.
  • A soros RLC (rezgőkör) alapjai.

6: Tranziens viselkedés:

  • Ugrásjel, tranziens kondenzátor RZ, tekercs SZ.
  • Négyszögjeles gerjesztés, előremutatás a digitális adatátvitelre.
  • Időállandó fogalma.
  • Fel- és lefutási idő.
  • Késleltetési idő.

7: Aktív elektronikus alkatrészek 1:

  • Félvezetők működésének alapjai.
  • Félvezető dióda, szerkezete, egyenlete, karakterisztikája, LED.
  • Bipoláris tranzisztor szerkezete, tranzisztor hatás, működési feltételek, konstrukciós feltételek, 2 tranzisztor alapegyenlet + BE dióda egyenlet.

8: Aktív elektronikus alkatrészek 2:

  • Bipoláris tranzisztor, erősítő és kapcsoló üzeme.
  • Növekményes MOS tranzisztor szerkezete, működése, karakterisztikája, erősítő és kapcsoló üzem.
  • CMOS alapok.

• 9: Műveleti erősítő:

  • Modell, alapműködés.
  • Nem invertáló, invertáló erősítő, komparátor üzem.
  • Műveleti erősítő alkatrészek, lábkiosztás, tápfeszültségek, egyszerű audio esettanulmány.

10: Digitális elektronika alapjai:

  • NÉV rendszer, igazságtábla.
  • Inverter bipoláris és MOS tranzisztorral.
  • DDR ÉS kapu megvalósítás.
  • DDR VAGY kapu megvalósítás.
  • NAND, NOR, XOR - CMOS megvalósítások.
  • 1 bit infó tárolása, mint SRAM cella (kvázi D-flip-flop).

11: Konstrukció:

  • Elektronikai rendszerek felépítése.
  • Rendszer kivitelezés az ötlettől a kész elektronikai konstrukcióig.
  • Tápellátás, rögzítés, dobozolás, csatlakozók, csatlakozások.
  • Földelés, kettős szigetelés, érintésvédelem, ergonómia.

12: Elektronikai szereléstechnológia:

  • R, L, C, D, T, IC tokozások, megjelenési formák.
  • Furatszerelés.
  • Felületszerelés.
  • Forrasztás kézzel, szerelés a tömeggyártásban.

13: A fizikai valóság érzékelése villamos kimenetű eszközökkel, szenzorika.

  • Érzékelő fogalma és helye az elektronikai rendszerekben.
  • Példák szenzorokra: Fényérzékelés. Hőmérséklet érzékelés, MEMS gyorsulás érzékelő, Nyomásmérő.

14: Rendszertechnika, pót alkalom.

  • A megvalósított példaáramkör blokkvázlata.
  • Kapcsolási rajz értelmezése.
  • NYHL bemutatása.
  • PCB 3D bemutatása.
  • Házi nyomtatott huzalozású lemez kivitelezés.
  • Nyomtatott huzalozású lemez tervezés bemutatása - mintaáramkör.
• A fizikai hardver bemutatása, visszautalás az eddig tanultakra, demonstráció

 


1. labor: A laboratórium bemutatása, a követelmények ismertetése, baleseti és tűzvédelmi oktatás.

- A jegyzőkönyv írás folyamatának bemutatása, a jó mérési jegyzőkönyv alapfeltételei, felépítése.

- A felhasznált műszerek megismerése.

- Egyen- és váltakozó jelek alapszintű mérése.

- Passzív alkatrészek alapszintű mérése.

2. labor: Aktív elektronikus eszközök vizsgálata.

- Dióda, LED, bipoláris, térvezérlésű tranzisztorok vizsgálata.

- Áramköri alapkapcsolások vizsgálata.

3. labor: Időtartománybeli jelanalízis:

- Erősítő és kapcsoló üzem vizsgálata.

- Pulzusparaméterek vizsgálata: fel- és lefutási idők, késleltetés, időállandó.

- Infraérzékelő (fényszenzor) alapszintű vizsgálata.
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és laborgyakorlatok
10. Követelmények

Szorgalmi időszakban:

 Három koncentrált, egyenként 4 órás laboratóriumi foglalkozást tartunk, amelyeken a részvétel kötelező.
A laboratóriumi foglalkozások elején rövid (kb. 15 perces) szintfelmérőt iratunk, amelyre előre kiadott mérési segédletekből lehet felkészülni.
Emellett a félév során egy összegző értékelésre (zárthelyi) is sor kerül.

Aláírást az a hallgató szerez, aki valamennyi alábbi feltételt teljesítette:
•    Sikeresen vett részt mindhárom laboratóriumi gyakorlaton, azaz
o    eredményesen teljesítette a beugró szintfelmérőt ,
o    megfelelő színvonalon elvégezte és dokumentálta a mérési feladatokat.
•    Legalább elégséges szintet ért el a zárthelyin.

 

Vizsgaidőszakban:

A tantárgy írásbeli vizsgával zárul, az év végi jegyet ez határozza meg.
 

11. Pótlási lehetőségek A TVSZ szerint, az összegző értékelés pótlására, javítására egyszeri lehetőség biztosított. A pótlási időszakban egy további, díjköteles pót-pót zárthelyit is tartunk.

A félév során egy darab laboratóriumi foglalkozás pótolható, jellemzően a félév végén a pótlási időszakban.

12. Konzultációs lehetőségek A félév során igény szerint.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Dr. Szalay Béla - Fizika, Műszaki tankönyvkiadó
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra

7 előadás

7 laboratórium

Felkészülés zárthelyire10
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés24
Összesen90
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. habil. Géczy Attila, egyetemi docens, BME-ETT
Dr. Dudás Levente, egyetemi adjunktus, BME-HVT
IMSc tematika és módszer A tárgyhoz tartozó laborgyakorlatokon, az IMSc programban részt vevő hallgatókat külön csoportokba helyezzük. A programban részt vevő hallgatók számára egyes laborgyakorlatokat az adott területen legtapasztaltabb kolléga (aki lehetőség szerint kutatásokat is végez/végzett az adott területen) irányításával fogják elvégezni, akik az alap labor anyagon felül megismertetik a hallgatók az adott terület jelenlegi kurrens kutatási témáival, legújabb eredményeivel.
IMSc pontozás Az IMSc pontozás a tárgyhoz tartozó 1 db összegző értékelésen kiadott plusz feladatokkal történik.

A plusz feladatok pontszámának aránya az összegző értékelésben 25%-os.

Plusz IMSc pont az összegző értékelések 75%-os teljesítése felett szerezhető.

A tárgyban szerezhető maximális IMSc pontszám 15.

Az IMSc pontok megszerzése a programban részt nem vevő hallgatók számára is biztosított.