Bachelor's Thesis

RLC filter design

Final Thesis 2.2 MB Appendix 1.26 MB

Author of thesis: Jan Růžička

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Mgr. Monika Dosoudilová, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Ivan Švarc, CSc.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design and implementation of a passive RLC bandpass filter for a compressed air leak detection probe. The theoretical part provides a comprehensive analysis of the series RLC circuit, including the derivation of the differential equation, transfer function, and frequency characteristics. Attention is paid to system stability and bandpass filter parameters. In the practical part, an RLC filter with a resonant frequency of 40 kHz and a bandwidth of 11 kHz is designed. The designed filter is implemented on a breadboard and experimentally verified by measuring amplitude and phase characteristics. The measured results are compared with theoretical calculations and computer simulation in MATLAB Simscape environment, showing very good agreement. The work also includes the design of a complete detection probe comprising two-stage amplification, selective filtering, envelope detector, and audiovisual indication. A printed circuit board and protective enclosure were designed for the probe.

Keywords:

RLC filter, bandpass, ultrasonic detection, resonant frequency, quality factor, air leak detection

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil komisi s výsledky své bakalářské práce a odpověděl na otázky oponenta. Následovala diskuze k závěrečné práci a otázky komise: Jaký MEMS mikrofon je použit. Zapojení mikrofonu do přenosu. Jak zajistit laditelnost frekvenčního spektra. Simulační model pro reálné součástky vs ideální součástky. Výroba plošného spoje. Student odpověděl na všechny otázky ke spokojenosti komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automation and Computer Science

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Applied Computer Science and Control (AIŘ)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miloš Hammer, CSc. (místopředseda)
Ing. Radek Poliščuk, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Turčínek, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Hadraba, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Kšica, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc. (člen)
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Ančík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Monika Dosoudilová, Ph.D.

Student Honza Růžička se v práci zabývá RLC filtry, s konkrétním zaměřením na pásmovou propust. Rešeršní část je věnovaná dynamickým vlastnostem lineárních systémů a základním pojmům z oblasti RLC filtrů, se kterými v dalších částech pracuje. Praktická část navazuje návrhem a experimentálním ověřením filtru, přičemž výsledky vykazují velmi dobrou shodu s teoretickými výpočty i simulacemi.

Oceňuji studentovu práci, co se týče pečlivého odvození diferenciálních rovnic, zpracování frekvenční analýzy, ale zejména nadšení pro praktickou práci při návrhu a konstrukci filtru a detekční sondy.

Kromě splnění všech cílů autor prokázal značnou míru samostatnosti a iniciativy, když realizoval i řadu konstrukčních a ověřovacích aktivit nad rámec původního zadání.

Za zvláštní zmínku stojí samostatné nastudování softwaru DipTrace a prostředí MATLAB Simscape, které autor efektivně využil pro simulaci a verifikaci navrženého obvodu. Současně prokázal schopnost rychle se zorientovat v problematice elektronických obvodů a získané poznatky vhodně uplatnit v praktické části práce.

Mé výhrady jsou spíše formálního charakteru, a to k nejednotnosti při práci s rovnicemi a vzorci, používání některých termínů apod.

Práce je zpracována systematicky a prokazuje schopnost autora řešit technický problém v celé jeho šíři a hodnotím ji známkou velmi dobře/B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc.

Práce se zabývá návrhem a realizací pasivního RLC pásmového filtru pro
detekční sondu úniků stlačeného vzduchu. Polovina práce se zabývá rozborem RLC filtru. Uváděný filtr je pasivní prvek, kde vstupem  je přiváděné napětí a výstupem napětí na některém prvku. Vyšetřování stability nemá opodstatnění, protože zde není obvod se zpětnou vazbou. Frekvenční přenos a charakteristiky obvodu (str.29) jsou problematické. Na str.29 je vyjádřen přenos G(s), kde vstupem je napětí zdroje a výstupem proud protékající obvodem - to není přece výstup.

Pozitivně je možno hodnotit snahu o realizaci sondy unikajícího vzduchu. Ale hned v úvodu práce na str.10 je jaksi opomenut mikrofon, který převádí akustický šum unikajícího vzduchu na elektrické napětí. Na str.34 je uvedeno, že "hlavním úkolem sondy je detekovat přítomnost tohoto ultrazvukového signálu a určit směr odkud vychází." Ale o určení směru se práce už nezmiňuje.

Realuzace sondy je funkční a detekci unikajícího vzduchu zajistí, teoretický návrh je realizací potvrzen a proto doporučuji práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jak se bude určovat směr unikajícího vzduchu a eventuální zdroj?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová