1-10

Question 1

Budowa obecnie stosowanego układu jednostek miar (układ SI). Klasyfikacja błędów pomiaru.

Answer 1

Układ Si – międzynarodowy układ jednostek miar, oparty na 7 jednostkach podstawowych i 2 uzupełniających, pozostałe jednostki są jednostkami pochodnymi.

7 jednostek podstawowych:
* Metr (m) – jednostka długości
* Kilogram (kg) – jednostka masy
* Sekunda (s) – jednostka czasu
* Amper (A) – jednostka natężenia prądu
* Kelwin (K) – jednostka temperatury
* Mol (mol) – jednostka ilości materii
* Kandela (cd) – jednostka światłości

2 jednostki uzupełniające:
* Radian (rad) – jednostka kąta płaskiego
* Steradian (sr) – jednostka kąta bryłowego

Klasyfikacja błędów pomiaru – błąd pomiaru definiuje się różnicę pomiędzy wynikiem pomiaru, a wartością prawdziwą.

Ze względu na charakter błędu wyróżniamy:

• Błąd systematyczny – błąd powtarzalny; charakterystyczną cechą jest możliwość całkowitego lub częściowego ich usunięcia z wyników pomiarów (Przyczyna – sposób wykonywania pomiarów, takie same warunki pomiarów, używanie tej samej aparatury, prowadzenie pomiarów przez tą samą osobę).
• Błąd przypadkowy – błąd o charakterze losowym; niemożliwym jest przewidzenie jego wartości; możemy go ograniczyć wykonując wielokrotne pomiary i stosowanie średnich jako wyniku ostatecznego (Przyczyna – niedoskonałość zmysłów obserwatora, rozrzut wskazań przyrządów pomiarowych, krótkotrwałe zmiany wielkości wpływowych).
• Błąd gruby – błąd znacznie przewyższający wartość oczekiwaną w danej serii pomiarowej (Przyczyna – niewłaściwe odczytanie wartości, pomyłka w zapisie, źle przeprowadzony pomiar, uszkodzenie aparatury).

Ze względu na warunki fizyczne przeprowadzanych pomiarów:

• Błąd podstawowy – błędy przyrządów pomiarowych.
• Błąd dodatkowy – błędy, których źródłem są zmiany właściwości przyrządów oraz obiektu pomiaru.
• Błąd metody – wynikają z odziaływania przyrządów pomiarowych na obiekt pomiaru.

Wyróżniamy również

• Błąd względny – różni się o wartość przybliżoną (obliczoną) od prawdziwej.
• Błąd bezwzględny – stosunek błędu bezwzględnego do wartości dokładnej.

Question 2

Defekty w sieci krystalograficznej, ich systematyka i wpływ na właściwości materiałów (przykłady).

Answer 2

Defekty struktur sieci krystalograficznej to każdego rodzaju odchylenia od idealnej struktury.

• Punktowe – odpowiadają za szybkość dyfuzji atomów w sieci, determinują całkowicie przewodnictwo elektryczne kryształów jonowych i silnie wpływają na ich właściwości optyczne.
• Liniowe – pojawiają się często w rzeczywistych kryształach, wpływają na szybkość wzrostu kryształów i powodują obniżenie wytrzymałości kryształów na ścinanie.
• Powierzchniowe – odpowiadają za umocnienie materiału, tj. wzrost oporu materiału stawiany działającej sile w trakcie odkształcenia plastycznego.

Przykłady każdych z defektów:
* Punktowe – (wakanse, luki, defekt Frankela, defekt Schottky’ego) wynikają z wyjścia atomu na powierzchnie kryształu lub atomy opuszczają węzły w skutek drgań cieplnych.

• Liniowe – inaczej dyslokacje (krawędziowe, śrubowe, mieszane) powstają w wyniku utworzenia się w sieci krystalicznej dodatkowej płaszczyzny atomowej w trakcie krzepnięcia oraz obróbki plastycznej. Wynikają z wprowadzenia ekstrapłaszczyzny, przesunięcia płaszczyzn atomowych lub mogą razem występować w strukturach rzeczywistych.
• Powierzchniowe – (granice ziaren oraz międzyfazowe) możemy podzielić na koherentne, półkoherentne oraz zerwanie koherentności, wynikając z kąta między dwoma sąsiednimi kierunkami krystalograficznymi.

Question 3

3. Definicja epitaksji, klasyfikacja metod epitaksji wytwarzania struktur optoelektronicznych.

Answer 3

Epitaksja – to technika wzrostu nowych warstw materiału na istniejącym podłożu krystalicznym, która powiela układ istniejącej sieci krystalicznej podłoża.

Przy wytwarzaniu struktur optoelektronicznych wyróżnia się 4 główne techniki epitaksjalne:

• LPE (Liquid Phase Epitaxy) – epitaksja z fazy ciekłej. W procesie bierze udział roztwór osadzanego materiału zanurzony w rozpuszczalniku. Uzyskuje się bardzo wysokiej jakości warstwy epitaksjalne: mała ilość defektów strukturalnych i zanieczyszczeń. Jest to metoda czuła termicznie.
• VPE (Vapor Phase Epitaxy) – epitaksja z fazy gazowej. Technika ta pozwala uzyskać dużą szybkość osadzania nowych warst. Osadzać można tylko te pierwiastki, których związki udało się przeprowadzić w stan gazowy – otrzymuje się proste związki półprzewodnikowe typu GaAs czy GaP. Jest to metoda chemiczna, czuła termicznie.
• MBE (Molecular Beam Epitaxy) – epitaksja z wykorzystaniem wiązek molekularnych. technika osadzania cienkich warstw o ściśle określonym składzie chemicznym i precyzyjnym rozkładzie profilu koncentracji domieszki. Możliwe jest to dzięki doprowadzaniu do podłoża składników warstw oddzielonymi wiązkami molekularnymi. Całość procesu odbywa się w komorze w ultra wysokiej próżni.
• MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) – epitaksja z fazy gazowej z wykorzystaniem związków metaloorganicznych. Reagenty znajdują się w fazie gazowej. Osadzanie zachodzi przy ciśnieniu atmosferycznym lub obniżonym do 70-100 Tr. Typowa dla tej chemicznej techniki szybkość wzrostu warstw wynosi 15-25 nm/min.

Question 4

4. Dopasowanie energetyczne w obwodzie elektrycznym. Moc czynna i bierna w obwodzie elektrycznym.

Answer 4

Dopasowanie energetyczne – jest to dobór impedancji obciążenia tak, aby przekazać maksymalną moc do obciążenia.

• Moc czynna – średnia moc chwilowa (jednostka Wat [W]), zależy od wartości skutecznej napięcia, prądu oraz od cosinusa przesunięcia fazowego między nimi (współczynnik mocy). Może zamienić się w inny rodzaj mocy np. mechaniczną, cieplną.
• Moc Bierna – iloczyn wartości skutecznej napięcia, prądu i sinusa przesunięcia fazowego między nimi (jednostka Var). Moc bierna nie może zamienić się w inny rodzaj mocy. Moc bierną w obwodach prądu zmiennego pobierają jedynie idealne cewki i kondensatory.

Question 5

5. Doświadczalne podstawy mechaniki kwantowej. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Answer 5

Doświadczalne podstawy mechaniki kwantowej:

• Dualizm korpuskuralno-falowy – cecha obiektów fizycznych, które w pewnych sytuacja wykazują cechy cząstek, a w innych cechy fal. Mechanika kwantowa przewiduje iż cząstka nie musi zachowywać się tylko i wyłącznie jak fala czy cząstka, lecz może jednocześnie spełniać cechy stanu pośredniego.
• Fale de Broglie’a – de broglie przypisał cząstką materialnym właściwości falowe. Jego teza brzmi: każdej cząstce o całkowitej energii E i pędzie p należy przyporządkować falę o częstotliwości v(ni) i wektorze falowym, które spełniają zależności E = hv i p = ℏk.
• Zasada Nieoznaczoności Heisenberga – Falowa natura materii prowadzi do fundamentalnego ograniczenia dokładności jednoczesnego określenia położenia i pędu cząstki. Zasada nieoznaczoności wynika z faktu, że cząstka jest przyporządkowana do paczki falowej, która ma określoną rozciągłość w przestrzeni. Im większa rozciągłość paczki, tym dokładniej określona jest długość fali (a więc i pęd cząstki), ale jednocześnie mniej dokładnie jest określone jej położenie. Zasada ta łączy niedokładności w określaniu położenia cząstki z niedokładnościami w określaniu składowych jej pędu.
• Efekt tunelowy – Zjawisko przejścia cząstki przez barierę potencjału o wysokości większej niż energia cząstki.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne (fotoemisja, efekt fotoelektryczny) – Emisja elektronów zachodząca wskutek absorpcji promieniowania elektromagnetycznego (podczerwonego, widzialnego, nadfioletowego) przez ciało emitujące. Foton padający na ciało powinien mieć energię większa od pracy wyjścia elektronu z danej substancji (warunek Einsteina). Wzór E = h*f (h - stała Plancaka, f – częstotliwość promieniowania)

Question 6

6. Elementy bierne wykonane techniką LTCC – konstrukcja i właściwości rezystorów, cewek i kondensatorów.

Answer 6

LTCC (Low Temperature Co-Fired Ceramics) – to technologia niskotemperaturowej ceramiki współwypalanej, która wykorzystuje elastyczną folie ceramiczną jako materiał podłożowy. Folia o grubości od 50 do 250 μm, składa się z mieszanki ceramiki, szkła i nośnika organicznego. Technologia pozwala na wytwarzanie złożonych układu mikroelektronicznych o wysokim stopniu upakowania i dużej niezawodności.

Zastosowanie elementów biernych w technice LTCC zapewnia dużą gęstość sieci połączeni elektrycznych i małe rozmiary układu. Mają one dobre właściwości w zakresie wysokich częstotliwości i dużych napięć. Są stabilne termicznie i bardzo rzadko występują uszkodzenia katastroficzne.

• Rezystory – wykonane w tej technice dzielą się na:
  
  • Powierzchniowe – wyłącznie rezystory planarne 2D wytwarzane przez bezpośrednie naniesienie pasty rezystywnej na podłoże ceramiczne,
  • Zagrzebane – wykonane w postaci rezystora przestrzennego 3D poprzez wypełnienie pastą rezystywną otworu wyciętego w foli ceramicznej.
• Cewki – realizowane są jako elementy powierzchniowe i przestrzenne. W nadrukowanych na folię warstwach przewodzących wycina się laserowo spirale, meandry lub pierścienie. Połączenie kilku warstw z tak wyciętymi uzwojeniami w kształcie spirali pozwala uzyskać cewkę przestrzenną.
• Kondensatory grubowarstwowe – realizowane są najczęściej w układzie trójwarstwowym, dwie metaliczne elektrody oddzielone są warstwą dielektryczną. Zastosowanie podwójnej warstwy dielektryka może ograniczyć ryzyko zwarć.

Question 7

7. Filtry aktywne.

Answer 7

Filtr – urządzenie, który przepuszcza sygnały elektryczne o pewnych częstotliwościach lub przedziałach częstotliwości i blokuje inne sygnały.

Możemy je podzielić na:

Filtry aktywne - układy wykorzystujące wzmacniacze operacyjne w charakterze elementów aktywnych w połączeniu z rezystorami i kondensatorami w celu uzyskania właściwości analogicznych do filtrów RLC. Filtry aktywne RC mogą pracować w szerokim zakresie częstotliwości.

Podział filtrów aktywnych na podstawie typu charakterystyki:

• Filtr Butterwortha – maksymalnie płaska charakterystyka amplitudowa w paśmie przepustowym.
• Filtr Czebyszewa – charakterystyka równomiernie falista, z możliwościa konfiguracji szybkiego spadku pasma przepustowego.
• Filtr Bessela – maksymalnie liniowa charakterystyka fazy, co jest istotne w przypadku sygnałów o zmiennej częstotliwości.
  brak zniekształceń przenoszonych sygnałów impulsowych.

W zależności od położenia pasma przepustowego wyróżnia się następujące filtry:

• Dolnoprzepustowy – pasmo przepustowe od częstotliwości f = 0 do częstotliwości granicznej fg.
• Górnoprzepustowy – pasmo przepustowe od częstotliwości granicznej fg do nieskończoności.
• Środkowoprzepustowe (pasmowe) – pasmo przepustowe od częstotliwości granicznej fg1 do częstotliwości granicznej fg2.
• Środkowozaporowe (zaporowe) – pasmo tłumienia od częstotliwości granicznej fg1 do częstotliwości granicznej fg2.

Podział ze względu na strukturę realizacji:

• Filtr Sallen-Key – ze sterowanym źródłem napięciowym, konfiguracja oparta na dwóch operacyjnych kondensatorach.
• Filtry z wielokrotnym sprzężeniem zwrotnym (MFB) – wykorzystują sprzężenie zwrotne, co umożliwia precyzyjną kontrolę charakterystyk.

Dobroć filtra Q – jest parametrem projektowym związanym z rzędem n. Zamiast projektować filtr Czebyszewa rzędu n można to zadanie wyrazić jako projekt filtru Czebyszewa o określonej dobroci Q.

Question 8

8. Generatory drgań sinusoidalnych.

Answer 8

Generator drgań (oscylator) – układ elektroniczny, którego celem jest wytworzenie drgań elektrycznych.

Składa się ze wzmacniacza i obwodu dodatniego sprzężenia zwrotnego podającego sygnał z wyjścia wzmacniacza z powrotem na jego wejście.

O częstotliwości drgań decyduje obwód sprzężenia zwrotnego, o ich amplitudzie – parametry wzmacniacza.

Aby układ rozpoczął generowanie drgań muszą zostać spełnione dwa warunki: amplitudy i fazy.
Amplituda – sygnał na wejściu wzmacniacza podawany z układu sprzężenia zwrotnego musi być na tyle duży, aby na wyjściu wzmacniacza otrzymać sygnał o takim samym lub większym poziomie (tłumienie układu sprzężenia zwrotnego nie może być większe niż wzmocnienie wzmacniacza).
Faza – chwila maksimum sygnału na wejściu wzmacniacza, po przejściu przez wzmacniacz i układ sprzężenia zwrotnego, wypadała zawsze w tym samym momencie (przesunięcie fazy całego układu musi być równe wielokrotności 2π (360⸰)).

Możemy podzielić ze względu na sposób generacji:
* Generatory drgań sinusoidalnych
* Generatory przebiegów niesinusoidalnych (przerzutniki)
* Generatory cyfrowe DDS

W zależności od metody realizacji sprzężenia zwrotnego:
* RC – układ sprzężenia zwrotnego wykorzystujący m rezystory i kondensatory (generator z mostkiem Wiena).
* LC – układ sprzężenia zwrotnego wykorzystujący obwód rezonansowy (generator Meissnera)

Najważniejsze parametry:
Częstotliwość generowanego przebiegu – dla generatorów przestrajalnych określa się również zakres przestrajania.
Stabilność częstotliwościowa – krótko i długoterminowa
Amplituda przebiegu
Stabilność amplitudowa – krótko i długoterminowa
Fluktuacja amplitudy
Zawartość harmonicznych – zniekształcenia nieliniowe
Parametry energiczne – moc i sprawność

Question 9

9. Istota i cele logistyki w inżynierii produkcji.

Answer 9

Logistyka – proces planowania, realizowania i kontrolowania sprawnego i efektywnego ekonomicznie przepływu surowców, podzespołów, wyrobów gotowych oraz informacji.

Inżynieria Produkcji – dziedzina zajmująca się optymalizacja złożonych procesów produkcyjnych, dotyczy zagadnień i problemów związanych z przemysłowym wytwarzaniem produktów.

CEL LOGISTYKI
* Poprawa procesu produkcji i produktu
* Wzmocnienia pozycji rynkowej
* Ograniczenia kosztów
* Maksymalizacji zysków

Bazuje na zasadzie 7R (Right – właściwy)
* Właściwy produkt
* Właściwa ilość
* Właściwa jakość
* Właściwe miejsce
* Właściwy czas
* Właściwy klient
* Właściwa cena

Question 10

10. Jakie rodzaje fal mogą występować w prowadnicach falowych? Sklasyfikować prowadnice falowe na dwie grupy w zależności od rodzaju prowadzonej fali. Jakie kryterium w tym celu należy zastosować?

Answer 10

Prowadnica falowa – układ przewodników lub dielektryków zapewniający propagację fali elektromagnetycznej w określonym kierunku. Kryterium podziału prowadnic falowych jest rodzaj prowadzonych fal, a dokładniej położenie pola elektrycznego i magnetycznego w płaszczyźnie względem kierunku propagacji fali.

Rozróżniamy fale typu:

• TEM – pole elektryczne i magnetyczne leży w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali
• E (TM) – pole magnetyczne leży w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali
• H (TE)– pole elektryczne leży w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali
• EH – żadne z pól nie leży w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali

Podstawowy podział prowadnic falowych w zależności od rodzaju prowadzonej fali to:

• TEM lub quasi-TEM – poprzeczne składowe pola elektrycznego i magnetycznego
• TE, TM, EH (falowody)– brak poprzecznych składowych