תואר ראשון בהנדסת חשמל

קורס הנדסת חשמל במכללה נלמד בשנה ב. יסודות ורכיבים של מעגל חשמלי ומאפייניהם, מקורות מתח וזרם AC ו-DC אידאליים ומעשיים תלויים ובלתי תלויים,נגד, חוק אום, קבל סליל, חוקי קירכהוף, ליניאריות של רכיבים, טופולוגיות וחיבור מעגלים שקולים, גשר ויטסטון, מעגלי AC, שיטות לניתוח מעגלים חשמליים. העברת הספק מרבי, תיקון מקדם הספק ומשפטי רשת.

הקורס כולל לימוד והקניית כלים בתוכנת MATLAB. במהלך הקורס, ילמד הסטודנט כיצד מבוצעים פעולות אריתמטיות בסיסיות, שימוש במטריצות, פונקציות, גרפיקה ואנליזה נומרית כמפורט בטבלה לפי שבועות. במהלך ההרצאות יתקיים תרגול מעשי בתוכנה.

מושגים בסיסיים בהסתברות: מרחב מדגם ומשפטים בסיסיים, חישובים קומבינטוריים, הסתברויות מותנות ואי תלות,משתנים מקריים בדידים ורציפים, תוחלת ושונות של משתנה מקרי, משתנים בעלי התפלגויות מיוחדות, משתנים רב ממדיים ומשפט הגבול המרכזי. מושגים בסיסיים בסטטיסטיקה: בעיות עמידה ובדיקת השערות במודלים הסתברותיים בדידים ורציפים.

הקורס מתמקד בתורת הקוונטים ותורת היחסות הפרטית. תורת היחסות: ה"משבר" בפיזיקה הקלאסית, עקרונות תורת היחסות, טרנספורמצית לורנץ. התכווצות האורך, התארכות הזמן, חיבור מהירויות, תנע ואנרגיה יחסותיים. תורת הקוונטים: קרינת גוף שחור. אפקט פוטואלקטרי. פוטונים. פיזור קומפטון. גלי דה -ברויל. דואליות גל-חלקיק. ספקטרום אטומי, מודל בוהר. רמות אנרגיה. ניסוי פרנק -הרץ. עקרון אי -וודאות. משוואת שרדינגר. פונקצית גל והמשמעות ההסתברותית שלה. משוואת שרדינגר הסטציונרית. חלקיק בבור פוטנציאל. קוונטיזציה של אנרגיה. מדרגת פוטנציאל, מחסום פוטנציאל. תופעות קוונטיות, מינהור. בור פוטנציאל תלת ממדי. אורביטלים אטומיים ומולקולריים. אופרטורים, פונקציות עצמיות, ערכי תוחלת.

כל הסטודנטים לתואר ראשון בהנדסה במכללת אפקה לומדים במעבדות משוכללות ומשודרגות. במסגרת המעבדה הסטודנטים מתנסים לראשונה בהיבטים מעשיים של חומרי הלימוד התיאורטיים במקצועות הנדסת חשמל 1 והנדסת חשמל 2, תוך היכרות הרכיבים החשמליים הפסיביים, כגון: נגד, קבל וסליל. במהלך המעבדה הסטודנטים בונים מעגלים חשמליים מסוגים שונים, כגון: מעגלים טוריים, מקביליים, מעורבים, מסננים וכד'.

טורי פוריה: פיתוח לטור פוריה בקטע סופי, מקדמי פוריה. הצורה המרוכבת של טורי פוריה. התכנסות הטור, פונקצית Dirichlet , התכנסות בנקודת קפיצה. תופעת Gibbs . הזהות של פרסוול. התמרת פוריה, הגדרה, תכונות וטבלת הטרנספורם. שימושי התמרת פוריה בעיבוד אותות ובפתרון משוואות דיפרנציאליות. התמרת Laplace ושימושיה בפתרון משוואות דיפרנציאליות. פתרון המשוואה באמצעות התמרת לפלס במקרים בהם פונקצית האילוץ היא פונקצית מדרגה ופונקצית דלתא. 

דיודות: מבנה צומת PN. הדיודה כרכיב לא ליניארי. אופין הדיודה I-V ומשוואות זרם-מתח של הדיודה. מודלים מקורבים של הדיודה לחישוב זרמים ומתחים במעגלים ממבוססי דיודות ונגדים. הדיודה כרכיב מיישר, גשר דיודות. דיודה לאות קטן. דיודת זנר: אופין I-V של דיודת זנר בממתח אחורי. מיישרים ומייצבי מתח. שימוש בדיודות ודיודות זנר למעגלי קטימה (Clipping) וריתוק (Clamping). משאבת מטען. ניתוח מעגלים בשימוש סימולציית PSpice. מודל הדיודה ב SPICE - קיבולי הצומת בממתח אחורי ובממתח קדמי ותיאור סכמת התמורה לתדר גבוה. טרנזיסטור MOSFET: מבנה פיזיקאלי של טרנזיסטורי NMOS ו PMOS, טרנזיסטור מסוג Depletion ומסוג Enhancement ונוסחת הזרם הפרבולית. תנאים למצבי קיטעון (Cutoff), אוהמי או ליניארי (Triode), ורוויה (Saturation). אופייני מתח-זרם של הטרנזיסטור. אפקט התקצרות התעלה והשפעתו על נוסחת הזרם. אפקט המצע והשפעתו על Vt. מעגלי ממתח שונים ליציבות המגבר וחישוב נקודת העבודה Q {IDQ, VDSQ}. סכמת תמורה לאות גדול וחישוב של סכמת התמורה לאות קטן. הפרמטר gm (trans-conductance). הפרמטר gmb. טרנזיסטור ביפולרי: מבנה פיזיקאלי של טרנזיסטורי NPN ו PNP. אופייני מתח-זרם שונים של ה BJT. אפקט התקצרות הבסיס והשפעתו על נוסחת הזרם. התנאים למצב קיטעון (Cutoff), פעיל קדמי (Active) ופעיל אחורי (Reverse Active), ורוויה (Saturation). מעגלי ממתח שונים ליציבות של מגברים וחישוב נקודת העבודה Q {ICQ, VCEQ}. הפרמטר gm (trans-conductance). סכמת תמורה לאות גדול וחישוב של סכמת התמורה לאות קטן. עיקרון טרנספורמציית האימפדנסים של ה BJT ( ההוכחה בלימוד עצמי). מגברים:חישוב הגברי מתח וזרם לאות קטן והתנגדות כניסה ומוצא של דרגת ההגבר בתדר הביניים. יחושבו שלושת תצורות המגבר הבסיסיים (CS, CG, CD) עבור MOS ו (CE, CB, CC) עבור BJT.

מיון משוואות דיפרנציאליות. משוואות דיפרנציאליות מסדר ראשון. משוואות דיפרנציאליות לינאריות מסדר n: משוואה הומוגנית ואי-הומוגנית, Wronskian משוואות הומוגניות עם מקדמים קבועים. הפרדה לבעיה הומוגנית ואי-הומוגנית, שיטת המקדמים הלא ידועים ושיטת וריאצית פרמטרים. בעיות שפה – תורת Sturm Liouville : הגדרת אופרטור צמוד לעצמו, מציאת ערכים עצמיים ופנקציות עצמיות של האופרטור והוכחת תכונותיהן. מערכת של משוואות דיפרנציאליות לינאריות מסדר 1: פתרון המערכת ההומוגנית באמצעות ערכים עצמיים ווקטורים עצמיים של המטריצה. ה- Wronskian של המערכת. המערכת האי-הומוגנית. 

הקורס כולל לימוד והקניית כלים בשפת python . במהלך הקורס, ילמד הסטודנט כיצד מבוצעים פעולות אריתמטיות בסיסיות , שימוש ספריות, פונקציות וכלים נוספים בשפה. במהלך ההרצאות יתקיים תרגול מעשי בתוכנה.

מעגלי תהודה, תגובת תדר, תגובה לתופעות מעבר-מעגלים מסדר ראשון וסדר שני, רשתות זוגיים, רשתות תלת מופעיות סימטריות ומעגלים מצומדים.

פונקציות מרוכבות כולל חישוב אינטגרלים קוויים, שימוש שיטות "מרוכבות" לחישוב אינטגרלים ממשיים. שימושים בהתמרות אינטגרליות – של Fourier, Laplace.

בניית היחידות הבסיסיות המרכיבות את המעבד תוך התמקדות באופן הפעולה ושיפור הביצועים של היחידות האריתמטיות.
מימוש המעבד באופן עבודה חד מחזורי רב מחזורי וצנרת. המעבד אותו נלמד יהיה מעבד פשוט ונפוץ MIPS.
נלמד להעריך את ביצועי המעבד ולבצע שיפור ביצועים במימושים השונים. נכיר את שפת האסמבלי של מעבד זה תוך התמקדות על הקשר בין החומרה לתוכנה.
נכיר גם את מנגנון הפסיקה ועקרונות ניהול הזיכרון במחשב.

המבנה האלקטרוני של אטומים ומולקולות דיאטומיות, מבנה גבישי, פסי אנרגיה ונושאי מטען במוליכים למחצה, אילוח, ניידות נושאי המטען והולכה, יצירה,רקומבינציה ודיפוזיה של נושאים מטען עודפים, צמתי PN בשווי-משקל תרמי ותחת ממתח, פריצה בממתח אחורי, קבל וטרנסיסטור MOSFET.

מושג הגל, משוואת הגלים במיתר, פתרונות כלליים, עקרון הסופרפוזיציה, גלים נעים כלליים, גלים נעים הרמוניים, יצירת גליםעל ידי מנוע ומושג האימפדנס, מקדמי מעבר והחזרה, גלים עומדים, אופני התנודה במיתר סופי, הצגת גל כלוא במיתר סופי על ידי טורי פורייה, גלים בקו תמסורת חשמלי, גלי קול ב 3 ממדים, התאבכות גלי קול.

אינטרפולציה: שיטות לגרנז' וניוטון, אינטרפולציה הרמיטית, ספליין. גזירה נומרית. אינטגרציה נומרית: שיטת הטרפז, סימפסון ונקודת האמצע. שיטות האינטגרציה לפי גאוס. קירוב ריבועים מינימליים. קירוב לפתרון משוואה דיפרנציאלית: שיטות טיילור,הון ורונגה קוטה, שיטות סתומות. קירוב לפתרון משוואה לא ליניארית ,שיטת החצייה, שיטת ניוטון-רפסון , מיתר ושיטות איטרטיביות של נקודת השבת. קירוב לפתרון מערכת משוואות ליניארית: שיטת הדירוג של גאוס, מוצגות של מטריצה, שיטות איטרטיביות ופירוק LU.

זוהי מעבדת האלקטרוניקה הראשונה והסטודנטים מגיעים אליה אחרי שסיימו את שני הקורסים בהנדסת חשמל, את הקורס הראשון במעגלים אנלוגיים ואת מעבדת חשמל. מעבדה זאת מהווה התנסות בניתוח, בניה וביצוע מדידות במעגלים אנלוגיים המבוססים על מוליכים למחצה (דיודות, טרנזיסטור BJT וטרנזיסטור MOS)בעיקר כדרגות הגברת שונות לאות אנלוגי. התכנים שיודגשו מתייחסים למציאת נקודת העבודה, קביעת ההגבר, תגובות מעבר, היענות לתדר וכו... בנוסף במעבדה זאת הסטודנטים יעשו שימוש נרחב בסימולציות SPICE ככלי תכנון וניתוח עבור המעגלים שהוזכרו.

מעגלים אנלוגיים משמשים תפקיד חשוב ביותר במערכות אלקטרוניות המורכבות והמתוחכמות של היום. הם מהווים חלק מרכזי במערכות תקשורת, בקרה, הגברה ומכשור. קורס זה מתמקד בלימוד והבנת התנהגותם וכן בבניה מעשית של מעגלים אלקטרוניים בסיסיים המשמשים כמגברים לאות קטן ואות גדול. הקורס מכסה בניה בפועל וניתוח של מעגלים אלקטרוניים בסיסיים בתדרים נמוכים וגבוהים המורכבים מטרנזיסטורים בטכנולוגית BJT הפועלים כמגברים. כמו כן מכסה הקורס באופן מקיף שיטות תכנון של מעגלים משולבים במיקרו-אלקטרוניקה המורכבים מעשרות טרנזיסטורים כמו מגברים אופרטיביים. בקורס יעשה שימוש נרחב בתוכנת מחשב PSpice לסימולציה של מעגלים אלקטרוניים.

מבוא: דוגמאות של מערכות בקרה, חזרה על נושאים רלוונטיים מאלגברה ליניארית ותורת הפונקציות המורכבות, משתני מצב, משוואות מצב ופונקציות תמסורת של מערכות רבות משתנים, יציבות במובן I/O ויציבות פנימית של מערכת,ייצוגים אקוויוולנטיים ותכונות של מערכות בקרה, קונטרולביליות ואובזרווביליות, מיקום קטבים באמצעות משוב מצב,מימוש ומימוש מינימאלי, קריטריון Routh-Hurwitz ליציבות, שיטת Nyquist לחקר יציבות, ניתוח ותכן מערכות באמצעות שרטוט עקומות שורשים (Root-Locus),דיאגראמות Bode לחקר יציבות ותגובת מערכת, בקרי PID ורשתות מסוג Phase-lead Phase-lag. שימושים בתוכנת MATLAB.

מבוא למעגלים ואותות לוגיים: תאור התפתחות הטכנולוגיה. הגדרות: אותות לוגיים, רמות לוגיות, משפחות לוגיות, מהפך בסיסי, מתג אידיאלי ואופייני, אופיין תמסורת, חסינות לרעש, פיזור הספק סטטי ודינאמי. התנהגות זמנית: זמני תגובה של שער, זמן עליה, זמן ירידה, מכפלת השהייה-הספק כמדד ליעילות הטכנולוגית. חישוב מתחי הסף VIL ו VIH, חישוב מתחי המוצא VOL ו VOL. חישוב Noise Margin. מהפכי NMOS: חזרה על אופייני טרנזיסטור NMOS ו PMOS. תחומי פעולה ונוסחאות זרם-מתח בתחומים השונים. אופיין טרנזיסטור MOS עם תעלה קצרה. מהפך CMOS: ניתוח סטטי, מציאת ה VTC (אפיין תמסורת) של המהפך. חישוב מתחי הסף VIL ו VIH. חישוב Noise Margin של מהפך CMOS. מהפך CMOS: ניתוח דינאמי. חישוב זמני השהייה tPLH ו tPHL. חישוב זמני עליה וירידה tTLH ו tTHL. חישוב הקיבול העצמי של שער CMOS. שרשרת של מהפכים. מאמץ לוגי - אופטימיזציה של שרשרת מהפכים לקבלת זמן השהיה מינימאלי עבור עומס קיבולי נתון. שערי CMOS סטטיים: שערי NAND ו NOR. מבנה כללי של שעריCMOS מורכבים ומרובי כניסות. תכנון המעגלים המשלימים PUN ו PDN. מימוש פונקציות מורכבות. תכנון אופטימאלי של גדלי הטרנזיסטורי להשוואת ההשהיה לזה של שער מהפך. שערי Pseudo NMOS כפתרון להקטנת שטח סיליקון והקטנת קיבול. Logic Effort וחישובי הגדלים של הטרנזיסטורים לקבלת מינימום השהייה. לוגיקת PTL וTG: מימוש שערים בעזרת PTL (pass transistor logic). חישוב המתחים וההשהיות של NMOS ו PMOS בהולכת '1' ו '0'. שילוב שני הטרנזיסטורים – TG (Transfer Gate). דוגמה לשערים עם מוצא Tri State (Hi-Z). חישוב ההתנגדות השקולה של TG. לוגיקה דינאמית: שערים דינאמיים מרובי כניסות. בעיית פיזור מטענים. בעיית שרשור שערים דינאמיים. עבודה עם שעונים, לוגיקת דומינו Domino Logic. שיטת Logic NP. אוגרי הזזה דינאמיים. שיטות יעילות לתכנון מונים עם PTL. מעגלים רגנרטיביים: מימוש SR Latch כמעגל משוב חיובי, מצב MetaState. שיטות למימוש latch עם שעון, מימוש D-FF, Master Slave FF. מונים אוגרי הזזה ורגיסטרים בעיית Clock Skew. מפענחים ומקודדים. מימוש פונקציות לוגיות מורכבות בעזרת PLA. מעגלי סנכרון בין שעונים – Synchronizer. זיכרונות: מבנה תאי זיכרון ועקרונות של תאSRAM ו DRAM. שיטות לבניית ROM , טרנזיסטור עם שער צף ליצירת זיכרון E²PROM ו Flash. ארכיטקטורה של זיכרונות: חלוקת הזיכרון לתתי בלוקים מימוש מפענחי זיכרון. מחזור הכתיבה והקריאה בזיכרון. מבנה מגברי חישה. מחוללי תדר ומחוללי דפקים: עיקרון ה Schmitt-Trigger. בניית מחוללי תדר (מתנדים לא סינוסואידלים) בעזרת מעגלים כאלה. שיטות שונות לבניית מעגלי חד-יציב ואל-יציב. יישום בעזרת מעגלי CMOS, מגברי שרת ורכיבים ייעודיים משולבים כמו 555. דוגמה לתכנון שעון לתדר גבוה מיוצב גביש עבור מעגלי VLSI. מבוא לממירי נתונים: ממיר ספרתי לאנלוגי (D/A) – מבנה, תכונות, עקרונות הפעולה. ממיר אנלוגי לספרתי (A/D) – שיטות שונות למימוש, תכונות, עקרונות הפעולה וכושר הפרדה. דוגמה לשימושים אינטגראליים במעבדים ספרתיים. חישוב יחס אות לרעש קוונטיזציה. בעיות אי אידיאליות של ממירים. מתנד מבוקר מתח (VCO) וחוג נעול פאזה (PLL): עקרונות הפעולה ושיטות מימוש ב VLSI. דוגמאות לשימושים ברכיבים שונים ויצירת סינתיסייזר תדרים למערכות תקשורת. שערים המבוססים על טרנזיסטורים ביפולריים – ניספח ללמוד עצמי: זמני מיתוג של דיודה ושל טרנזיסטור ביפולרי. דוגמא לסכמה של שער TTL (איננו בשימוש בתעשייה), ניתוח של מעגל ECL, תכונות, VTC. דוגמא לשימוש בלוגיקת ECL ו CML במעגלים הדורשים זרם גבוה בתדר גבוה. ניתוח מעגלי BiCMOS.

הנושאים הנלמדים בקורס: משוואות מקסוול בניסוח דיפרנציאלי ובניסוח אינטגרלי, תנאי השפה למשוואות מקסוול, שימור מטען חשמלי, פוטנציאל חשמלי סקלרי, פוטנציאל מגנטי ווקטורי, משוואות הגלים לפוטנציאלים, הספק ואנרגיה אלקטרומגנטית, משפט פוינטינג בניסוח דיפרנציאלי ובניסוח אינטגרלי, שיטת השיקופים, פתרון בעיות אלקטרומגנטיות ללא סימטריה בשיטת הפרדת משתנים, משוואות מקסוול ברישום פאזורי, הקירוב הקווזי-סטטי, מערכות מפולגות, עומק החדירה ואפקט הקרום, גלים מישוריים, פגיעת גלים מישוריים במוליך מושלם ובמשטחי הפרדה בין חומרים דיאלקטרים, חוק סנל. הערות על מטלות הקורס: * במהלך הקורס יינתנו מבדקים המבוססים על תרגילי הבית- 5 תרגילי כיתה קצרים במהלך הסמסטר. ציון על בסיס 3 מתוך ה- 5 1. תרגילי הבית הניתנים לסטודנטים אינם מוגשים לבדיקה ולא ניתן עבורם ניקוד כלשהו. 2. במקומם מתקיימים עד 5 מבדקים המבוססים על פתרון תרגילי הבית, ייתכן שהשאלות המופיעות במבדקים תהיינה שונות מן השאלות המופיעות בתרגילי הבית, אבל מבוססות על אותן המיומנויות הנרכשות ע"י הסטודנטים בתהליך פתרון תרגילי הבית הרלוונטיים לאותו המבדק. 3. המבדקים מתקיימים במהלך שעות ההוראה של הקורס, הודעה על המועד המדויק של כל מבדק, וכן הודעה מהם תרגילי הבית הרלוונטיים לאותו המבדק, ניתנת במהלך הקורס ע"י המרצה, הן בהודעה הניתנת במהלך ההרצאות, והן בהודעה באתר הלמידה מרחוק, וזאת לפחות שבועיים לפני קיום כל מבדק. 4. משך כל מבדק לא יעלה על 50 דקות, המרצה רשאי לפי שיקול דעתו לקבוע משך מבדק קצר יותר, בהתאם להיקף המטלות הנדרשות מהסטודנטים באותו המבדק. 5. קיימת התחשבות מלאה במהלך המבדקים בסטודנטים בעלי לקויות למידה הזכאים להארכת זמן או לכל התאמה אחרת. 6. הציון הכולל של המבדקים יקבע ע"י 3 הציונים הגבוהים של המבדקים שהשיגו הסטודנטים. 7. במהלך המבדקים ניתן להשתמש בדף נוסחאות בלבד שאינו מכיל פתרונות, אותו יגיש הסטודנט ביחד עם המבדק.

משוואות מיתר מאולץ. שיטת D'Alembert למיתר אינסופי, החזרת גלים בקצה קשור ובקצה חופשי. מוצגות היטב. מיון משוואות לינאריות שני. צורות קנוניות. משוואות לפלס. פתרון משוואת מיתר סופי ומאולץ ע"י הפרדת משתנים. הוכחת יחידות הפתרון למשוואת הגלים בשיטת האנרגיה. עקרון המקסימום. מוצגות היטב של בעיית Dirichlet . הפרדת משתנים למשוואת לפלס בתחום מלבני ובעיגול. משוואת החום. עקרון המקסימום למשוואת החום ופתרון בעזרת הפרדת משתנים. פתרון המשוואה הלא הומוגנית. פתרון משוואות חלקיות ע"י התמרות אינטגרליות. תנודות חופשיות בממברנה עגולה ומשוואת בסל.

במסגרת קורס זה ניתנת סקירה אודות המאפיינים של מערכות ואותות שונים. כמו-כן, מוצגות ומפורטות שיטות מתמטיות לטיפול באותות ועיבודם. מבוצע ניתוח של אותות במערכות ליניאריות רציפות ובדידות. ניתנת התייחסות לעיבוד האותות במישור הזמן ובמישור התדר (תדירות). בנוסף, מבוצעות הדמיות באמצעות פייטון, כדי להמחיש ולממש את הנושאים שנלמדים בקורס.

מגבר הפרש מסוג cascode ומגבר הפרש בקונפיגורציית CC-CB. מגבר הפרש עם עומס אקטיבי המיושמים במעגלים משולבים בטכנולוגית BJT ו CMOS. ניתוח באות גדול, סכמת תמורה לאות קטן. חישוב: Rout, Ad, Gm, Acm, CMRR. תגובת תדר של מגברים. מגבר שרת – מעגלים יישומיים. ניתוח מגבר לא אידיאלי. מכפלת הגבר-רוחב סרט, Slew Rate. מבנהו הפנימי של מגבר שרת. אי אידאליות של מגברי שרת: מתחי וזרמי היסט ושיטות לקיזוז השגיאה. מעגלי משוב שלילי - תיאור כללי, תכונות המשוב השלילי, תיאור ארבעת הטופולוגיות הבסיסיות. משוב חיובי - מתנדים סינוסואידלים. דרגות מוצא ומגברי הספק - Class A, Class B, Class AB. ניתוח פיזור ההספק במגברי הספק.

בקורס נלמד מושג האלגוריתם, ודרכים להערכת אלגוריתמים ולהשוואה ביניהם. מבני נתונים: רשימות מקושרות, מחסניות, תורים, עצי חיפוש בינאריים, ערימות וטבלאות ערבול, גרפים. כל מבנה ניתן בשלושה היבטים: המבנה הפנימי התיאורטי, מימוש(ים) במחשב ושימושים לפתרון בעיות. נלמדים מיונים מבוססי השוואות, מיונים בעלי זמן ריצה ליניארי, והשוואות בין אלגוריתמים של מיונים. הכול תוך מתן דגש על מימוש מבני הנתונים והאלגוריתמים בשפת C.

המטרה העיקרית של הקורס היא הקניית כלים בסיסיים ויכולת לנתח, לאפיין, ולתכנן אותות ספרתיים ונערכות לינאריות. נושאי הקורס: רקע מתמטי, הבנה בסיסית של מרחב הזמן הבדיד, מערכות LTI במרחב הזמן, התמרת פורייה בדידה (DFT), התמרת פורייה לזמן בדיד (DTFT), מערכות LTI במרחב התדר, עקומות בודה, התמרת Z ומערכות LTI במרחב Z, מפות קטבים ואפסים, שיטות בסיסיות לממוש מערכות, STFT , ריפוד באפסים, חלונות, תכנון מסנני FIR בעלי מופע לינארי. שפת הוראה של הקורס : אנגלית

הקורס מתמקד ביסודות של תכנון מערכות משובצות מחשב וסוקר את הנושאים הבאים:
מבוא לקושחה, שיקולים בקביעת יחסי הגומלין בין החומרה לבין התוכנה ובין משאבים לעלות, מבנה של מעבר 28C ושפת הסף שלו,כתיבת קוד בשפתC למעבד זה, אופטימיזציה ואימות. כמו כן, הקורס מכיל תכנים בסיסיים של ממשקים והתקני סביבה נפוצים ואת צורת הפעלתם.

הנושאים הנלמדים בקורס: משוואות מקסוול בניסוח דיפרנציאלי ובניסוח אינטגרלי, תנאי השפה למשוואות מקסוול, שימור מטען חשמלי, פוטנציאל חשמלי סקלרי, פוטנציאל מגנטי ווקטורי, משוואות הגלים לפוטנציאלים, הספק ואנרגיה אלקטרומגנטית, משפט פוינטינג בניסוח דיפרנציאלי ובניסוח אינטגרלי, שיטת השיקופים, פתרון בעיות אלקטרומגנטיות ללא סימטריה בשיטת הפרדת משתנים, משוואות מקסוול ברישום פאזורי, הקירוב הקווזי-סטטי, מערכות מפולגות, עומק החדירה ואפקט הקרום, גלים מישוריים, פגיעת גלים מישוריים במוליך מושלם ובמשטחי הפרדה בין חומרים דיאלקטרים, חוק סנל.

הקורס מורכב משלושה חלקים: בחלק הראשון יובאו עקרונות פיזיקליים ומתימטיים של תקשורת אלקטרונית חוטית ואלחוטית ובהם: הגדרת המידע, אותות אלקטרוניים בתדר גבוה, רוחב סרט ורעש, התמרות וטורי פורייה במישור הזמן ובמישור התדר, דגימה ותורת המידע. בחלק השני ייוצגו שיטות אפנון אנלוגיות עיקריות – אפנונים ליניאריים ואפנונים אקספוננציאליים והשוואה ביניהן בנוכחות רעש תרמי. בחלק השלישי יובאו עקרונות ותכונות של ערוץ התקשורת האלחוטי - ההתפשטות גלים אלקטרומגנטיים, שרשרת שידור ושרשרת קליטה ותפקיד האנטנות. הנושאים של ריבוב אפיקים ומבנה טלוויזיה / וידאו יירכשו בלימוד עצמי.

הנושאים הנלמדים בקורס: קווי-תמסורת חשמליים, אופני TEM, גלי מתח וזרם, אימפדנס אופייני, החזרות בקווי-תמסורת, תאום אימפדנסים, דיאגרמת Smith, תופעות מעבר בקווי-תמסורת, אופני TE ו- TM, גלבו מלבני, זווית Brewster, החזרה גמורה, Fabry Perot, פרוסה דיאלקטרית, התפשטות אופן בודד, מהירות הפאזה ומהירות החבורה.

במסגרת המעבדה נעשית הכרה עם ספקטרום אנלייזר ומתבצעים ניסויים בנושאים הבאים: פירוק אותות מחזוריים להרמוניות, PLL אנלוגי וספרתי, מתנדים ומעגלי VCO, אפננים וגלאים AM ו-FM , מעגלי AGC, רעש במערכת תקשורת (הניסוי נעשה באמצעות תוכנת Simulink) מערכת שידור וקליטה באמצעות דיודת LED אינפרא אדום ופוטודיודה.

ציון הקורס הינו שילוב של ציון המצגת המסכמת של ה SOW שתועבר בשעורים האחרונים של הקורס בפני הכתה, נוכחות בכיתה והשלמת מטלות ככל שיהיו . המצגת תהיה של 10 דקות בהתאם לנלמד בסדנת הפרזנטציה והחומר הנדרש ב SOW. ציון הקורס מהווה 5% מציון פרויקט הגמר.

הכרת ציוד מעבדתי והשפעת מצב המדידה של המכשיר על תוצאת המדידה. הכרת משפחות TTL ו- CMOS , בדיקת תכונות חשמליות של שערים בסיסיים. רב רטט חד יציב הממומש באמצעות שערי - CMOS . רב רטט אל יציב הממומש על ידי שערי - CMOS , משווה שמיט ושער לוגי עם היסטרזיס. תכנון ומימוש מחולל אותות באמצעות משווה, אינטגרטור ומעצב אות סינוס. טיימר 555 ושימושיו. מחולל אותות משולב 2206 . מעגלי המרה D / A ו- A / D. תכנון ומימוש מעגל PLL באמצעות מעגל VCO , שער XOR ו- LPF , בדיקת תחומי הנעילה והעקיבה

הקורס מעמיק את הכלים, התיאורטיים ובעיקר המעשיים, שנרכשו ב"מבוא לבקרה" בנושאי ניתוח ותכן מערכות בקרה. בניסויים הראשונים הסטודנטים ימצאו פונקציות תמסורת (מתגובה בזמן ומתגובת תדר), ינתחו את הסטאטיקה והדינמיקה של המערכת, ויבחינו בין רכיבים ליניאריים ולא ליניאריים. בהמשך, הסטודנטים יעבדו עם מערכות בקרה בחוג פתוח וסגור: בקרת מהירות ובקרת זוית. יילמדו בקרים שונים, והשפעותיהם על שגיאת המצב המתמיד, מקדם הריסון, מיקום הקטבים, תגובת התדר ועוד. בסוף הקורס הסטודנטים יערכו פרויקטים.

הקורס מתמקד במתודולוגית תיכון של חומרה ספרתית בינוניות. כלי המתודולוגי העיקרי בקורס הוא שפת VHDL, אשר נלמדות את היכולות המתקדמות שלה המשמשות לתיכון מערכות מורכבות וגדולות תחת אילוצים נוקשים כגון: מהירות, שטח, הספק וכו'. שפות תיאור חומרה בכלל ושפת VHDL בפרט מהוות נדבך מרכזי בתכנון ספרתי מודרני, בעיקר בזכות הופעת הרכיבים מתוכנתים בצפיפות גבוהה. ניתן למנות לתפוצתן ולחשיבותן שלוש סיבות עיקריות העושות את שפת VHDL כה חשובה: שימוש בתיאור התנהגותי מאפשר לטפל בתכנונים מורכבים, בני מיליוני שערים, בצורה קלה יחסית והופך את התכנון למודולארי וקל לאחזקה ושינוים. השלמת התכנון באופן מהיר יחסית, ובכך הקטנת עלויות וסיכונים. זוהי שפה תקנית והשימוש ביכולותיה מאפשר מצד אחד להשיג אחידות בתכנון תוך שימוש בשיטות Top-Down או Bottom-Up ומצד שני לבצע סינתזה לרכיב היעד ללא תלות בסוגו.

הכרת תהליכים אקראיים ושימושיהם בהנדסת חשמל. נושאי הקורס יכללו: תורת ההסתברות ומשפט בייס ,משתנים אקראיים, פונקציות התפלגות וצפיפות התפלגות, מומנטים ופונקציות אופייניות, פונקציות של מספר משתנים מקריים, תהליכים אקראיים, סטציונריות וארגודיות, אוטו-קורלציה וקרוס-קורלציה, ספקטרום הספק, מעבר תהליכים אקראיים סטציונריים דרך מערכות ליניאריות וקבועות בזמן, תהליכים גאוסיים, תהליכים צרי סרט, קריטריון מקסימיזציה של יחס אות לרעש, מסנן מתואם, סינון, הערכה וחיזוי על פי קריטריון מינימום שגיאה ריבועית ממוצעת, מסנן וינר, תהליכי מרקוב.