Wprowadzenie do Elektroniki

Wprowadzenie do Elektroniki

prowadzący: dr hab inż. Paweł Kabacik

(6 pytań/czas trwania testu 7 minut/grupę 20 studentów)

grupa 1 15:15

grupa 2 15:45

grupa 3 16:15

grupa 4 16:45

grupa 5 17:15
egzamin ustny

środa 13 czerwca 2012, sala 3, bud. C-5, od godziny 9.30 do 19.00 (spodziewane zakończenie)

po wylosowaniu pytań, czas przygotowania się do egzaminu: 15 minut

pytania są losowane, po jednym z każdej grupy tematycznej (oznaczonych cyframi rzymskimi).

1.2. Jak własnymi słowami scharakteryzowałbyś czym jest elektronika?

1.3. Co jest wspólne pomiędzy elektroniką, a elektrotechniką i przesyłem energii elektrycznej w energetyce?

1.4. Podaj krótką charakterystykę najważniejszych dziedzin współtworzących współczesną elektronikę.

1.5. Co jest hardware? Co to jest software? Czym różni się od niego software?

1.6. W jakim rodzaju techniki elektronicznej występują praktycznie wszystkie dziedziny współczesnej elektroniki?

1.7. Co to jest system telekomunikacyjny, a co to jest urządzenie telekomunikacyjne? Co to jest system komputerowy, a co to jest urządzenie komputerowe?

1.8. Dlaczego tak wielką uwagę poświęca się technice układów scalonych?

1.9. Zdefiniuj pojęcie decybeli i przedstaw jego praktyczne zastosowanie.

1.10. Przedstaw definicję decybeli i wyjaśnij znaczenie jednostek: dBm, dBV, dBμV, dBK, dBHz.

1.11. Jakie znaczenie dla obecnego rozwoju elektroniki ma rozwój oprogramowania? Jak za pomocą coraz większej roli oprogramowania, dąży się do zwiększenia uniwersalności zakresu zastosowań i ujednolicenia rozwiązań sprzętowych?
II. Podstawowe dziedziny tworzące elektronikę
2.1. Przedstaw czym jest i na czym się skupia teoria obwodów, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.2. Przedstaw czym jest i na czym się skupia teoria pola elektromagnetycznego, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.3. Przedstaw czym jest i na czym się skupiają układy elektroniczne i układy scalone, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.4. Przedstaw czym jest i na czym się skupia przetwarzanie sygnałów, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.5. Przedstaw czym jest i na czym się skupia technika mikrofalowa, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.6. Przedstaw czym jest i na czym się skupia optoelektronika i technika laserowa, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.7. Przedstaw czym jest i na czym się skupiają sieci i protokoły sieciowe, jeden z filarów współczesnej elektroniki.

2.8. Scharakteryzuj etapy w tworzeniu oprogramowania: opracowanie algorytmu, jego pisanie, debugowanie, uruchamianie i testowanie?

2.9. Jakie czynniki zdecydowały o zdominowaniu współczesnej elektroniki przez techniki i technologie wykorzystujące pole elektromagnetyczne?

2.10. Scharakteryzować informatykę i jak jest ona odniesiona do techniki układów scalonych i zagadnień mikroprocesorów, procesorów ASIC, FPGA.

2.11. Jakie okoliczności wpłynęły najbardziej na obecne zunifikowanie techniki komputerowej i telekomunikacyjnej?
III. Technologia w elektronice
3.1. Scharakteryzuj komponenty dyskretne w układach elektronicznych i płytkach drukowanych.

3.2. Scharakteryzuj cechy funkcjonalne mikroprocesorów we współczesnej elektronice.

3.3. Scharakteryzuj znaczenie techniki obwodów drukowanych dla miniaturyzacji urządzeń elektronicznych.

3.4. Czym charakteryzują się montaże przewlekane i powierzchniowe elementów elektronicznych?

3.5. Jak jest wykonana dwu-warstwowa płytka drukowana, a jak jest wykonana czterowarstwowa płytka drukowana? Ile warstw w płytce drukowanej używa się najczęściej we współczesnej elektronice?

3.6. Co to jest laminat płytki drukowanej, co to jest maska lutownicza, co to jest metalizowany otwór?

3.7. Przedstaw możliwości zwiększania miniaturyzacji obwodów drukowanych poprzez implementację elementów dyskretnych, liczby warstw i połączeń międzywarstwowych.

3.8. Wyjaśnij na czym polegają różnice rodzajów obudów układów scalonych; jakie znaczenie mają obudowy dla parametrów urządzeń elektronicznych?

3.9. Czy technika lampowa ma nadal znaczenie dla urządzeń elektroniki pracujących z dużą mocą? Co to jest klistron? W jakiej dziedzinie wzmacniacze lampowe znajdują jeszcze szerokie uznanie za wyróżniającą jakość swoich własności?

3.10. Jakie są typowe napięcia w układach elektronicznych? Jakie napięcia są w telekomunikacji, jakie są w technice cyfrowej, jakie są w aparaturze pomiarowej i automatyce?

3.11. Jakiego rzędu są typowe napięcia zasilania układów scalonych?

3.12. Jakie znaczenie ma miniaturyzacja poboru mocy w układach i urządzeniach elektronicznych.

3.13. Zwięźle omów technologie pamięci najbardziej intensywnie opracowywane współcześnie i będące alternatywnymi do półprzewodnikowych układów scalonych pamięci.
IV. Opis postaci sygnału w dziedzinie czasu i częstotliwości
4.1. Co to jest sygnał przedstawiony w dziedzinie częstotliwości i czym różni się on od sygnału przedstawianego w dziedzinie czasu?

4.2. Omów twierdzenie o transformacie Fouriera sygnału ciągłego i nieskończonego w dziedzinie czasu.

4.3. Przedstaw twierdzenie o transformacie Fouriera sygnału okresowego.

4.4. Co to jest szybka transformata Fouriera?

4.5. Co to jest odwrotna transformata Fouriera?

4.6. Czy widmo sygnału jest wielkością skalarną, czy zespoloną (mającą amplitudę i fazę)? Zilustruj to na trzech przykładach.

4.7. Podaj twierdzenie Shanona o próbkowaniu sygnału ograniczonego w pasmie częstotliwościowym w dziedzienie czasu.

4.8. Przedstaw dyskretyzację sygnału w dziedzinie czasu.

4.9. Opisz proces kwantyzacji spróbkowanego przebiegu napięciowego.

4.10. Przedstaw widmo sygnału sinusoidalnego i jak różni się od niego widmo sygnału cosinusoidalnego. Jak wygląda widmo sygnału sinusoidalnego wyprostowanego.

4.11. Przedstaw widmo przebiegu prostokątnego i omów najważniejsze jego cechy charakterystyczne oraz jak są związane ze sobą cechy w dziedzinie czasu (długość i okres powtarzania impulsu), z cechami w dziedzinie częstotliwości.

4.12. Naszkicuj widmo sygnału spróbkowanego w dziedzinie czasu za pomocą ciągu impulsów próbkujących z częstotlwiością próbkowania fprob.

4.13. Co jest cyfrowe przetwarzanie sygnałów?

4.14. Co to jest aliasing wstęg widma?

4.15. Co to jest podpróbkowywanie sygnału?

4.16. Jakie przyczyny sprawiają, że stosowane jest okienkowanie sygnału w celu eliminowania lub ograniczania przecieku widma?

4.17. Czym różni się próbkowanie w dziedzinie czasu od próbkowania przestrzennego (w dziedzinie przestrzennej)?

4.18. Co to jest przetwornik analogowo cyfrowy i jakie są podstawowe jego parametry techniczne?

4.19. Co to jest szum kwantyzacji?

4.20. Jak zmienia się maksymalna rozdzielczość przetworników analog-cyfra i cyfra-analog ze wzrostem dopuszczalnego zakresu częstotliwości próbkowanego sygnału?

4.21. Czym różni się pojęcie maksymalnej częstotliwości sygnału na wejściu przetwornika od jego dopuszczalnej częstotliwości próbkowania?

4.22. Wymień najpowszechniejsze rozdzielczości przetworników stosowanych w technice i jakie są najczęściej występujące maksymalne napięcia na wejściu przetwornika analog-cyfra?

4.23. Co to są sygnały wzajemnie ortogonalne?

4.24. Dla jakich warunków, sygnały sinus i cosinus są wzajemnie ortogonalne?

5.2. Wymień podstawowe zalety techniki cyfrowej, jakimi przewyższa ona technikę analogową.

5.3. Przedstaw przetwarzanie sygnału pomiędzy dziedziną analogową i cyfrową.

5.4. Wymień i scharakteryzuj sześć różnych rodzajów kodowania oraz podaj przykłady ich stosowania.

5.5. Jakimi cechami różnią się kodowe zabezpieczenia przed błędami typu detekcyjnego i typu detekcyjno-korekcyjnego?

5.6. Co to jest kodowanie kanałowe, stosowane przede wszystkim w łączności radiowej?

5.7. Opisz kodowanie symbolowe.

5.8. Co to jest kompresja sygnału i jakie są możliwości jej realizacji w technice cyfrowej, a jakie w analogowej?

5.9. Co to jest klasa kodów splotowych i w jakim segmencie systemu telekomunikacyjnego jest ona używana?

5.10. Jakie metody przyspieszania przepływności transmisji danych cyfrowych stosuje się w optoelektronice (prędkości 100 Gbps i większe).

5.11. Jak różnią się metody komutacji połączeń stosowane w technice analogowej i w technice cyfrowej?

5.12. Scharakteryzuj czynniki dla których współczesna elektronika jest zdominowana przez rozwiązania cyfrowe, a nie przez analogowe.

5.13. Dlaczego doszło do unifikacji technik komputerowych, telekomunikacyjnych i przechowywania informacji?
VI. Kanały telekomunikacyjne
6.1. Przedstaw rodzaje kanałów telekomunikacyjnych.

6.2. Co to jest tłumienie kanału?

6.3. Jakimi cechami różnią się parametry kanału kablowego, kanału światłowodowego i kanału radiowego?

6.4. Na czym polegają szumy amplitudowe?

6.5. Na czym polegają szumy fazowe?

6.6. Wymień i scharakteryzuj zakłócenia w kanałach telekomunikacyjnych.

6.7. Czym jest dyspersja prędkości propagacji (prędkości grupowej) w kanale telekomunikacyjnym?

6.8. Wymień siedem metod zwielokrotnienia dostępu do kanału telekomunikacyjnego i podaj na czym każda z nich polega.

6.9. Przedstaw krótko metodę przestrzennego zwielokrotnienia dostępu do kanału.

6.10. Przedstaw metody zwielokrotnienia dostępu do kanału długością fali i częstotliwościowego.

6.11. Przedstaw metody zwielokrotnienia dostępu do kanału: czasową i częstotliwościową.

6.12. Co jest podstawowym parametrem określającym możliwości zwiększania ilości przekazywanej informacji w systemach analogowych?

6.13. Co to jest zwielokrotnienie dostępu metodą I/Q?

6.14. Co to jest tłumienie echa? Jakie ma ono zastosowanie?

6.15. Jaka jest maksymalna przepływność kanału o szerokości pasma W i stosunku mocy sygnału do mocy szumów S/N?

6.16. Jak jakościowo przedstawiłbyś zależność szerokości potrzebnego pasma kanału od ilości informacji jaką potrzeba nim przesłać? Jak porównałbyś tą kwestię pomiędzy przypadkiem techniki analogowej i techniki cyfrowej?

6.17. Na czym polegają możliwości zwiększenia przepływności transmisji cyfrowej zastosowane w technice MIMO? Czy jest to naruszenie twierdzenia Shanona o maksymalnej przepływności kanału w którym występuje szum amplitudowy o rozkładzie Gaussowskim (AWGN)?
VII. Systemy i sygnały w różnych zakresach częstotliwości
7.1. Uzasadnij potrzebę przenoszenia sygnału do pasm innych niż jego pasmo podstawowe.

7.2. Co to jest sygnał w pasmie wielkich częstotliwości i jak różni się on od sygnału w pasmie podstawowym.

7.3. Jak możliwości stwarzane przez metodę I/Q są wykorzystywane w praktycznych rozwiązaniach transmisji radiowych (np. telefonia komórkowa).

7.4. Podaj zależność i naszkicuj widmo sygnału który został poddany przemianie częstotliwości.

7.5.

7.6. Czym różni się sygnał w pasmie podstawowym i w pasmie częstotliwości pośredniej.

7.8. Scharakteryzuj zasadę działania techniki software radio.

7.9. Scharakteryzuj główną różnicę jaka różni software radio od software defined radio.

7.10. Narysuj i omów schemat analogowego systemu telekomunikacyjnego wykorzystującego analogowe przetwarzanie sygnałów po stronie nadawczej i odbiorczej.

7.11. Narysuj i omów schemat analogowego systemu telekomunikacyjnego wykorzystującego cyfrowe przetwarzanie sygnału po stronie odbiorczej (proszę naszkicować i omówić główne bloki po stronie nadawczej i odbiorczej i umiejscowić kanał pomiędzy nimi kanał telekomunikacyjny).

7.12. Narysuj i omów schemat cyfrowego systemu telekomunikacyjnego wykorzystującego analogową technikę układów elektronicznych po stronie nadawczej i odbiorczej.

7.13. Narysuj i omów schemat cyfrowego systemu telekomunikacyjnego wykorzystującego cyfrową technikę przetwarzania sygnałów po stronie nadawczej i odbiorczej.

Przykłady pytań w teście wstępnym:
T1. Co to jest BER (Bit Error Rate lub po plsku bitowa stopa błędów)?

T3. Co to jest kodowanie i ile znasz jego funkcji?

T7. Wymień przynajmniej cztery dyscypliny, które stały się filarami na których oparta jest współczesna elektronika.

T8. Podaj definicję decybela [dB]. Ile razy Decybel różni się od Bela?

T9. Co to jest software i czym się on różni od hardware’u?

T10. Co to są elektroniczne układy logiczne TTL?

T11. Co to jest płytka drukowana?

T12. Jakie metody zwielokrotnienia dostępu do kanału są stosowane we współczesnej elektronice? Podaj tylko nazwy i symbole.

T13. Co to jest opis sygnału w dziedzinie czasu?

T14. W jakich jednostkach wyraża się prędkość transmisji binarnej, a w jakich pojemność pamięci?

T15. Podaj definicję [dBm], [dBHz], [dBV]

T16. Co to jest przetwornik analogowo-cyfrowy stosowany we współczesnej elektronice?

T17. Narysuj symbol rezystora, kondensatora, tranzystora bi-polarnego npn i pnp, tranzystora polowego.

T18. Co to jest szereg Fouriera? Czym różni się on od transformaty Fouriera?