Αναλογικά Ηλεκτρονικά Κυκλώματα (Θ) (ECE_Κ440)

Τα αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα αποτελούν απαραίτητα δομικά στοιχεία σε πολλά ηλεκτρονικά συστήματα. Ανάμεσα στο πλήθος των εφαρμογών τους, ιδιαίτερος είναι ο ρόλος τους για την σύζευξη των φυσικών σημάτων που είναι αναλογικά και των ψηφιακών συστημάτων. 

Με το μάθημα επιδιώκεται η εμβάθυνση στη θεωρία και το σχεδιασμό αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Για να επιτευχθεί ο στόχος αυτός συνδυάζονται βασικές γνώσεις θεωρίας κυκλωμάτων, γνώσεις λειτουργίας βασικών ηλεκτρονικών στοιχείων, καθώς και  τεχνικές της μοντελοποίησης της. Η συνύπαρξη των παραπάνω γνώσεων μαζί με πλήθος παραδειγμάτων και ασκήσεων αποσκοπεί στο να αποκτήσει ο ενδιαφερόμενος γρήγορη εξοικείωση με χρήσιμες εφαρμογές των αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Τα περιεχόμενα του μαθήματος έχουν επιλεγεί έτσι ώστε το μάθημα να αποτελέσει την βασική υποδομή για την κατανόηση, σε επόμενο στάδιο, του σχεδιασμού ολοκληρωμένων αναλογικών κυκλωμάτων και συστημάτων. Το μάθημα απευθύνεται σε σπουδαστές που διαθέτουν βασικές γνώσεις ηλεκτρικών κυκλωμάτων και βασικών ηλεκτρονικών.

Η πιο συνηθισμένη επεξεργασία αναλογικών σημάτων είναι η ενίσχυση τους που επιτυγχάνεται με δίθυρα ηλεκτρονικά κυκλώματα που αναφέρονται ως ενισχυτές. Σήματα από πηγές τάσης ή ρεύματος που εφαρμόζονται στην είσοδο ενός ενισχυτή, αναπαράγονται ενισχυμένα στην έξοδό του. Ο λόγος του σήματος εξόδου προς το σήμα εισόδου καθορίζει το κέρδος του ενισχυτή ή αλλιώς την ενίσχυσή του. Ένας ενισχυτής παρεμβάλλεται μεταξύ μίας πηγής σήματος και ενός φορτίου, ενεργεί δηλαδή ως βαθμίδα προσαρμογής του φορτίου προς την πηγή σήματος. Η σχέση αναλογίας που υπάρχει στους ενισχυτές μεταξύ του σήματος εισόδου και του σήματος εξόδου, τους χαρακτηρίζει ως αναλογικά κυκλώματα. Το βασικό αντικείμενο του μαθήματος αποτελούν οι ενισχυτές και στα πλαίσιά του αναλύονται ζητήματα, όπως: απλές βαθμίδες ενισχυτών, με διπολικό τρανζίστορ, απλές βαθμίδες ενισχυτών, με MOSFET, απόκριση συχνότητας ενισχυτών, πολυβάθμιοι ενισχυτές, ενισχυτές με ανατροφοδότηση, τελεστικός ενισχυτής. 

Λέξεις κλειδιά: αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα, διπολικό τρανζίστορ, MOSFET, ενισχυτές. 

Οι διαλέξεις του μαθήματος καλύπτουν τις ακόλουθες θεματικές ενότητες:

1. Aνασκόπηση θεωρίας ηλεκτρικών κυκλωμάτων και λειτουργίας βασικών ηλεκτρονικών στοιχείων (διπολικό τρανζίστορ, MOSFET).

2. Απλές βαθμίδες ενισχυτών με διπολικό τρανζίστορ, μελέτη και ανάλυσή τους στο συνεχές (πόλωση), γραμμή φορτίου ενισχυτή στο συνεχές, μελέτη και ανάλυση ενισχυτών στο εναλλασσόμενο (λειτουργία ασθενούς σήματος), μοντέλα διπολικών τρανζίστορ, ισοδύναμο κύκλωμα ενισχυτή στο εναλλασσόμενο.

3. Απλή βαθμίδα ενισχυτή κοινού εκπομπού, απλή βαθμίδα ενισχυτή κοινής βάσης και κοινού συλλέκτη, γραμμή φορτίου στο εναλλασσόμενο, μελέτη ενισχυτών στο dc και στο ac.

4. Απλές βαθμίδες ενισχυτών με MOSFET, μελέτη και ανάλυσή τους στο συνεχές (πόλωση), γραμμή φορτίου ενισχυτή στο συνεχές, μελέτη και ανάλυση ενισχυτών στο εναλλασσόμενο (λειτουργία ασθενούς σήματος), μοντέλα MOSFET, ισοδύναμο κύκλωμα ενισχυτή στο εναλλασσόμενο.

5. Απλή βαθμίδα ενισχυτή κοινής πηγής,  απλή βαθμίδα ενισχυτή κοινής πύλης και κοινής υποδοχής, ολοκληρωμένα κυκλώματα ενισχυτών, γραμμή φορτίου στο εναλλασσόμενο, εισαγωγή στην απόκριση συχνότητας ενισχυτών.

6. Απόκριση συχνότητας ενισχυτών: ανάλυση και απόκριση συχνότητας βαθυπερατού και υψηπερατού κυκλώματος RC, μέθοδος των σταθερών χρόνου, προσέγγιση επικρατούντος πόλου.

7. Απόκριση συχνότητας ενισχυτών, απόκριση συχνότητας ενισχυτή κοινού εκπομπού, λειτουργία των τρανζίστορ στις υψηλές συχνότητες, διεύρυνση ανώτερης αυχνότητας λειτουργίας ενισχυτή, απόκριση χρόνου ενισχυτή, απόκριση συχνότητας ενισχυτών κοινής βάσης και κοινού συλλέκτη.

8. Απόκριση συχνότητας ενισχυτών με MOSFET (κοινής πηγής, κοινής πύλης, κοινής υποδοχής).

9. Ενισχυτές πολλών βαθμίδων: ενισχυτές διαδοχικών βαθμίδων, σύζευξη βαθμίδων ενισχυτών (χωρητική, απευθείας, επαγωγική), ενισχυτής κοινού συλλέκτη – κοινού συλλέκτη (ζεύγος Darlington), ενισχυτής κοινού συλλέκτη – κοινού εκπομπού.

10. Καθρέπτες ρεύματος και ενισχυτές ενεργού φορτίου με διπολικά τρανζίστορ και MOSFET, κασκωδικοί ενισχυτές με διπολικά τρανζίστορ και MOSFET, διαφορικός ενισχυτής με διπολικά τρανζίστορ και MOSFET, διαφορικός ενισχυτής με ενεργό φορτίο.

11. Ανατροφοδότηση στους ενισχυτές: γενική δομή ανατροφοδότησης, ιδιότητες της αρνητικής ανατροφοδότησης στους ενισχυτές, κατηγορίες ενισχυτών (τάσης, ρεύματος, διαγωγιμότητας, διαντίστασης), τοπολογίες ενισχυτών αρνητικής ανατροφοδότησης (τάσης σε σειρά με την είσοδο, ρεύματος σε σειρά με την είσοδο, τάσης παράλληλα με την είσοδο, ρεύματος παράλληλα με την είσοδο, απόκριση ενισχυτή με ανατροφοδότηση.

12. Δομή, λειτουργία και εφαρμογές τελεστικού ενισχυτή, ιδανικός τελεστικός ενισχυτής, ακολουθητής τάσης, ενισχυτές θετικής και αρνητικής ενίσχυσης, ανάλυση κυκλωμάτων με τελεστικούς ενισχυτές (μέθοδος ανάλυσης κόμβων, αρχή επαλληλίας), ενισχυτής διαφοράς, αντιστρέφων και μη αντιστρέφων αθροιστής,

13. Ολοκληρωτής, διαφοριστής, ενισχυτής διαφορικής εισόδου και εξόδου, ενισχυτές οργανολογίας, μετατροπείς ρεύματος σε τάση και τάσης σε ρεύμα, κυκλώματα ανορθωτών, συγκριτές τάσης και ανιχνευτές στάθμης, απόκριση συχνότητας τελεστικού ενισχυτή.

Οι εργαστηριακές ασκήσεις του μαθήματος περιλαμβάνουν τα ακόλουθα αντικείμενα:

Μετρήσεις και πειραματική μελέτη λειτουργίας ανορθωτικής διάταξης γέφυρας, ενισχυτή δύο βαθμίδων με χωρητική σύζευξη (με και χωρίς ανατροφοδότηση), διαφορικού ενισχυτή, τελεστικού ενισχυτή και εφαρμογών του (αρνητική ενίσχυση, άθροιση, ολοκλήρωση, διαφόριση και σύγκριση σημάτων).

Γ. Χαριτάντη, Ηλεκτρονικά (Γραμμικά κυκλώματα συνεχούς χρόνου), Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Αράκυνθος, 2013.
B. Razavi, Βασικές αρχές μικροηλεκτρονικής, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2018.
R. C. Jaeger, T. N. Blalock, B. J. Blalock, Μικροηλεκτρονική, Εκδόσεις Τζιόλα, 2026.
R. L. Boylestad, L. Nashelsky, Ηλεκτρονικές διατάξεις και θεωρία κυκλωμάτων, Εκδόσεις Τζιόλα, 2012.
Σ. Ι. Λουτρίδη, Εισαγωγή στα ηλεκτρονικά, Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.

Πρόσθετη βιβλιογραφία

Α. S. Sedra, K. C. Smith, T. C. Causone, V. Gaudet, Μικροηλεκτρονικά κυκλώματα, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2021.
D. Neamen, Microelectronics circuit analysis and design, 4th edition, McGraw-Hill, 2009.

Διαθέσιμα ηλεκτρονικά βιβλία

Θεωρητικό μέρος του μαθήματος:

Λ. Μπισδούνης, Αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα, Σημειώσεις διδασκαλίας, Τμήμα ΗΜΜΥ, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2020.
Ι. Λιαπέρδος, Εισαγωγή στην ηλεκτρονική, Ελληνικά Ηλεκτρονικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα και Βοηθήματα (www.kallipos.gr), 2015.
Ι. Λιαπέρδος, Ηλεκτρονική (αναλογικά ηλεκτρονικά), Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2015.

Εργαστηριακό μέρος του μαθήματος:

Λ. Μπισδούνης, Χ. Κωνσταντέλλος-Κοντογούρης, Αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα, Σημειώσεις εργαστηρίου, Τμήμα ΗΜΜΥ, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2020.
Μ. Κιζήρογλου, Εργαστηριακές ασκήσεις ηλεκτρονικής, Ελληνικά Ηλεκτρονικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα και Βοηθήματα (www.kallipos.gr), 2015.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

IEEE Transactions on Circuits and Systems I & II
IEEE Open Journal of Circuits and Systems
IEEE Circuits and Devices Magazine
IEEE Circuits and Systems Magazine
IEEE Transactions on Electron Devices
IEEE Electron Device Letters
IET Eletronics
IET Electronics Letters
IET Circuits, Devices & Systems
International Journal of Electronics, Taylor & Francis
International Journal on Circuit Theory and Applications, Wiley

Οργάνωση διδασκαλίας

Η διδασκαλία του μαθήματος, οργανώνεται ως εξής:

• Διαλέξεις (3 ώρες εβδομαδιαίως)
• Εργαστηριακές ασκήσεις (1 ώρα εβδομαδιαίως)
• Εκπόνηση εργασιών σχετικών με το εργαστηριακό μέρος του μαθήματος (μία εργασία ανά εργαστηριακή άσκηση).

Τρόπος παράδοσης

Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος διδάσκεται με δια ζώσης διαλέξεις κατά το εαρινό εξάμηνο.
Το εργαστηριακό μέρος του μαθηματος διεξαγεται στο χώρο του αντίστοιχου εργαστηρίου σε ομάδες των 16 ατόμων (2 φοιτητές ανά εργαστηριακό πάγκο που περιλαμβάνει τις κατάλληλες εκπαιδευτικές διατάξεις και τα απαιτούμενα όργανα μέτρησης))

Χρήση τεχνολογιών πληροφοφικής & επικοινωνιών

Στα πλαίσια του μαθήματος γίνεται χρήση τεχνολογιών πληροφοφικής & επικοικοινωνιών και παρέχονται:

• Παρουσιάσεις θεωρίας και ασκήσεις, οι οποίες έχουν αναρτηθεί από την αρχή του εξαμήνου στο eClass.
• Υποστήριξη μαθησιακής διαδικασίας μέσω της πλατφόρμας eClass (για επικοινωνία μέσω μυνημάτων και forum, για διανομή
  σημειώσεων διδασκαλίας, ασκήσεων, ηλεκτρονικών βιβλίων και συμπληρωματικού υλικού, ανακοινώσεις, χρήσιμους συνδέσμους
  και βιβλιογραφία).
• Εργαλεία λογισμικού σχετικά με το εργαστριακό μάθημα ώστε να χρησιμοποιείται από τους φοιτητές κατά την εκπόνηση των
  εργασιών τους.

Η αξιολόγηση των φοιτητών προκύπτει από την επίδοσή τους στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος (70%) και από την επίδοσή τους στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος (30%).

Η αξιολόγηση των φοιτητών στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος απο τη συμμετοχή τους σε τελική γραπτή εξέταση που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων / ασκήσεων και ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής με διαβαθμισμένη δυσκολία. Η επιμέρους βαθμολογία κάθε θέματος της εξέτασης είναι διαθέσιμη.

Η αξιολόγηση των φοιτητών στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος προκύπτει από τη συμμετοχή τους στη διεξαγωγη των εργαστηριακών ασκήσεων (υποχρεωτική παρουσία), την επίδοσή τους στην εκπόνηση των αντίστοιχων εργασιών και την επίδοσή τους σε τεική εξέταση που περιλαμβάνει πρακτικό μέρος και απόκριση σε σχετικά ερωτήματα.

Η συμμετοχή των φοιτητών στην τελική γραπτή εξέταση του θεωρητικού μέρους του μαθήματος προϋποθέτει την εκπλήρωση των υποχρεώσεών τους (παρουσία στις εργαστηριακές ασκήσεις και υποβολή των αντίστοιχων εργασιών) στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος. 

Θεωρητικό μέρος του μαθήματος:

Λάμπρος Μπισδούνης, Kαθηγητής
Εργαστήριο Αναλογικών Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων, 1ος όροφος, Κτήριο Α1
Τηλ. 2610 369293
E-mail: bisdounis@uop.gr
Ιστοσελίδα: http://econ.uop.gr/~bisdounis

Εργαστηριακό μέρος του μαθήματος:

Γεώργιος Σουλιώτης, Αναπληρωτής καθηγητής
1ος όροφος, Κτήριο Α1
Τηλ. 2610 369257
E-mail: gsoul@uop.gr