Bachelor's Thesis

Design of RF magnetic field generator for nano-object exposure

Final Thesis 6.92 MB Appendix 107.62 MB

Author of thesis: Bc. Adam Petrů

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Abstract:

Magnetic field generator, high-frequency magnetic field, 100 A, 100 kHz – 10 MHz, current measurement, influence on nanoparticles

Keywords:

This work focuses on the design of a high-frequency magnetic field generator for the frequency range of 100 kHz to 10 MHz. The work includes a topological analysis of the generator's design. Due to the need for measuring very precise and rapid instantaneous current values reaching up to 100 A, a design for a device to measure this type of current is proposed. The work is based on the current state of knowledge in this field and discusses its placement within the context of the field and area.

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentuje výsledky a postupy řešení své závěrečné práce. Následně odpovídá na dotazy vedoucího a oponenta práce a na dotazy členů zkušební komise: dr. Pospíšil: V práci mi chybí popis koncového zesilavče, jaké jsou použil tranzistory a jak vám vycházel teplotní výpočet? Jaké jsou ztráty? Student odpovídá, že struktura byla již předem navržena v předchozí práci.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

prof. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Martin Štumpf, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Pospíšil, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Fiala, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Papica (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.

Práce se zabývá problematikou návrhů a řešení generátoru magnetických polí ve frekvenčním rozsahu f=100kHz až 10MHz. Student se věnoval dvěma klíčovým částem. První je návrh, oživení senzoru proudu I =1-100A @ f-0.1-10MHz,
druhá část je zaměřena na řízení samotné výkonové části můstkového spínaného zdroje.
Cíle práce lze považovat za splněný a v některých částech za překročený. Student se aktivně a cílevědomě zajímal o řešení tématu. Práce je na dobré odborné úrovni. Splňuje požadavky kladené na práci s literaturou, návrhem a měření, řešení elektronických obvodů, modelování a vyhodnocení experimentů.
Student prokázal dobré schopnosti zpracovat zadané téma a v dané časové dotaci je splnil. Práce je vhodně doplněna matematickým aparátem, grafickou podporou a doplněna v příloze podklady k posunu řešení celého zařízení generátoru. Sloh je poznamenán jistou časovou tísní, obsahuje přijatelné množství formálních nedostatků a nebo překlepů. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

V hodnocené bakalářské práci měl student podle zadání vytvořit návrh elektronického zapojení výkonového generátoru střídavého signálu s pracovním kmitočtem v jednotkách MHz a výstupním proudem v desítkách ampérů. Dále také jeho zátěže v podobě zdroje magnetického pole pro laboratorní experimenty. Vzhledem ke značné náročnosti úkolu se soustředil na dílčí části systému jako modul řízení spínání výkonových polovodičových prvků a modul měření generovaného proudu.
Po teoretickém úvodu, kde popisuje možnou aplikaci kompletního systému pro generaci střídavého magnetického pole s poměrně velkou indukcí i kmitočtem, představuje možná řešení výkonové části. Jako vhodné řešení uvádí zapojení plného mostu se střídavě spínanými výkonovými tranzistory. Tato volba je nesporně správná. Není ale jasné uvedení dalších řešení, která jsou zřejmě nepoužitelná. Např. zapojení, které označuje jako “fly-back”, protože to očividně poskytuje na výstupu víceméně stejnosměrné napětí, které je pro potřeby projektu nevyužitelné. Stejně tak v případě dalšího návrhu, tzv. Marxova generátoru, který poskytuje pulzní unipolární průběh napětí s exponenciálním poklesem a s velmi malou střídou.
Následuje kapitola s diskusí možností řízení spínání zdroje. Ta kromě popisu komunikačních sběrnic, protokolů a vhodných mikroprocesorových platforem uvádí i strukturu vytvořeného vlastního kódu.
V části Návrh řešení generátoru je zmíněn vhodný typ tranzistoru použitelného ve spínaném mostu. Je škoda, že student tuto část více nerozvedl s ohledem na nutnost použití budičů, které budou takto výkonné tranzistory vyžadovat. Protože sám výše uvádí potřebu tzv. tvrdého spínání tranzistorů.
V následné části stručně uvádí možnost měření generování proudu pomocí indukčního snímače - Rogowskeho cívky, nebo pomocí nízkoodporových rezistorů a diferečních zesilovačů. Tento popis je bohužel nekompletní, protože nakonec využívá úplně jiného principu měření, a to Hallova jevu o kterém tu není zmínka. Hallův snímač obsahuje v projektu použitý integrovaný obvod.
Zbytek práce pak popisuje řešení modulu měření proudu a jeho oživování. Zde je patrné, že značné úsilí bylo věnováno hledáním chyb na navržené desce plošných spojů a tomu je také věnována značná část popisu. Související popis je poměrně obsáhlý, ale bohužel na úkor přehlednosti a srozumitelnosti podání. Mnohé komentáře k parametrům použitých integrovaných obvodů jsou redundantní, resp. není vysvětlena jejich důležitost s ohledem na parametry řešeného systému. Textová a obrazová část popisující testování měřicího modulu pomocí audiozesilovače náhle končí. Nenásleduje žádné zhodnocení nebo srozumitelné shrnutí faktických výsledků. Nejsou také bohužel uvedeny grafy ukazující měřené závislosti např. získané kmitočtové charakteristiky snímačů proudu nebo jejich převodní charakteristiky, což by velmi názorně dosažené výsledky prezentovalo.
Z formálního hlediska bych vytknul nevhodné strukturování kapitol. Např. do kapitoly Cíle práce by neměly patřit části s teoretickým popisem spínaných zdrojů a generátorů, komunikačních a řídících obvodů nebo popis vlastního kódu mikroprocesoru. V obsahu je značné množství množství textových i gramatických chyb, nesrozumitelně podaných vět, popisy obrázků jsou odskočené na další strany apod.
Student očividně provedl značné množství práce. Navrhnul a oživil mikroprocesorovou řídící část, vytvořil kód pro generaci spínacího signálu s pečlivým zohledněním zajištění ochranných časových intervalů. Navrhnul a osadil desku plošných spojů pro modul měření proudu. Dále zřejmě strávil mnoho hodin při oživování měřicího modulu a hledáním a opravováním závad. To se snažil navíc detailně popsat. Na druhou stranu od uvedených pozitiv musím poukázat na značnou nepřehlednost až chaotičnost celého popisu. Zřejmě z důvodu chybějícího času nebylo možno provést kompletní revizi textu a zlepšení srozumitelnosti podávaných informací o postupu práce. Topics for thesis defence:
  1. V práci zmiňujete požadavek zabránění generace infračerveného spektra elektromagnetických vln samotným LC obvodem. Tím je zřejmě myšleno zabránění přenosu tepla ze součástek obvodu na magnetovaný vzorek radiací. Tu je ovšem možné odstínit reflexí. Můžete ale jmenovat další možnosti přenosu tepla na vzorek a jak by bylo možno jim zamezit?
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová