Bachelor's Thesis

Design and Implementation of a Programmable Resistive Load

Final Thesis 24.7 MB Appendix 8.39 MB

Author of thesis: Michal Ranuša

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Roman Prokop, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the design and implementation of a programmable resistive load controlled by a microcontroller. The device is designed as a passive load with a maximum continuous power of 10 W (limit values: 24 V, 3 A continuous, 4 A short-term). The resistive load is formed by an array of power resistors, which are dynamically connected using solid-state switches. The thesis includes the hardware design, printed circuit board design, and firmware for load control and measurement of basic electrical quantities. The device can be operated locally using a rotary encoder, buttons, and a graphical user interface, as well as remotely through a USB interface with support for SCPI commands.

Keywords:

graphical user interface; measurement of electrical quantities; microcontroller; passive load; solid-state switches; programmable resistive load; SCPI; USB; power resistors

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své bakalářské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Komise se zeptala na rozsah a maximální odchylku na malých hodnotách nastaveného odporu a na kalibraci zařízení. Dále se zeptala na aplikaci zařízení v onsemi a možnost přepólování vstupních kontaktů. Komise se doptala na možnosti chlazení zařízení. Student uvedl že veškeré výše zmíněné parametry a zvolená řešení byly diskutovány se zadavatelem z onsemi. Student uvedl že zařízení se bude využívat pro měření šumu. Komise se následně zeptala, do jaké míry zařízení do měřeného obvodu zanáší šum a v jaké úrovně šumu se budou měřit. Komise vznesla pochybnosti o použití zařízení pro měření šumu a navrhla ověření zařízení z pohledu šumových podmínek.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D. (člen)
Ing. Jitka Brüstlová, CSc. (člen)
Ing. Dušan Zošiak (člen)

Supervisor’s report
Ing. Roman Prokop, Ph.D.

Na základě informací konzultanta ze zadavatelské firmy onsemi lze konstatovat následující:

    Student splnil požadované zadání v dohodnutém rozsahu. Elektronická zátěž je funkční a její parametry odpovídají  požadavkům zadavatele. Některé dílčí věci budou doladěny po vzájemné konzultaci a diskusi s dalšími uživateli zařízení během praktického využívání.
    Zpracování bakalářské práce je podle mého vyhovující a odpovídající daným standardům.
    Výsledné zařízení bude využito v laboratořích onsemi k běžným měřením a odpovídá zadaným požadavkům. Mechanická i elektrická konstrukce je plně použitelná. Díky použití 3D tisku na krabičku není problém v pozdějších úpravách – prostor pro vylepšení je např. na zadním panelu.
    Student zpracoval celé téma velmi samostatně a potřebné věci vždy konzultoval se svým konzultantem. Domluva byla vždy vynikající a případné změny aktivně zapracovával do finálního výrobku. Pozitivně hodnotím i možnosti SPCI komunikace, kdy student rozšířil komunikaci o spoustu debugovacích informací, pomocí kterých se dá zátěž lépe odladit a zkalibrovat v případě potřeby.  Drobnou výtku bych měl k efektivitě kódu, ale do možností daného MCU se vešel a zařízení je funkční. Poslední drobná výtka by byla k načasování výroby finálního HW relativně na poslední chvíli, ale stejně jako v předchozím bodě se zařízení podařilo dokončit a oživit včas.
Celkově hodnotím studentovu práci jako velice dobrou a prakticky využitelnou pro reálné použití a doporučuji k obhajobě s hodnocením 85b. Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Student v předložené bakalářské práci navrhuje a realizuje přepínatelnou, programovatelnou odporovou zátěž. Téma je poměrně komplexní a rozsah práce může lehce převyšovat nároky kladené na tento typ závěrečné práce. Autor musel prostudovat jednotlivé dílčí technologie vedoucí ke správnému návrhu, dále zařízení navrhnul, realizoval a provedl ověřovací a testovací měření. Všeho se zhostil s dostatečným úsilím vedoucím ke zdárnému dokončení.
Textová část bakalářské práce je poměrně čtivá a perfektně logicky strukturovaná. Nicméně je zde přítomna kolekce víceméně kosmetických pochybení. Jak po stránce typografické, tak i formální. Tyto nedostatky, tak běžné u technicky zaměřených autorů, však nekazí celkový výborný dojem. Z typografického hlediska lze vytknout použití nadpisů podkapitol různých úrovní bez doprovodného textu mezi nimi. Rovněž není příliš vhodné zakončovat kapitolu obrázkem, popřípadě tabulkou. Oba prohřešky se vyskytují v práci mnohokrát. Dále bych vytknul neproporcionální rozlišení obrázků. Některé jsou malé, téměř nečitelné (2.1, 2.3, 2.4…) naopak některé jsou zbytečně obrovské (2.8, 2.9). Z formálního hlediska bych vytknul užití termínu: „napěťová kolejnice“, který se v textu vyskytuje vícekrát. Poslední výtkou je neproporcionální užití grafické vizualizace. Popis obecných teorií je provázen pouze jedním obrázkem, přitom je zde popisováno velké množství technologií, principů, které by si rovněž zasloužili grafické znázornění. Kapitola návrhu už není tak strohá, nicméně i zde by bylo vhodné doprovodit každý popisovaný navrhovaný blok dílčím schématem. Naopak kapitoly návrh DPS, realizace a testování jsou plné doprovodných obrázků – což zlepšuje orientaci v popisované problematice. Co bych naopak vyzvednul je užití veškerých výpočtů v návrhu, a to i takových, jejichž výsledky jsou na první pohled zřejmé a jsou dost často z důvodu domněle redundance opomíjeny.
Uvedené drobné nedostatky nekazí dojem z výborné práce, která působí čtivým a odborným dojmem. A jako výbornou ji i hodnotím. Topics for thesis defence:
  1. Na obrázku 2.7 napájíte transkonduktační zesilovač záporným napětím. Vy toto napětí popisujete jako „symetrické“. Výpočtem to ovšem nedokládáte. Dovoďte velikost napětí obou větví a diskutujte to.
  2. V práci v kapitole 5.8 uvádíte, že z neuvedených důvodů byl neosazený chladič, a proto nemohla být ověřena funkčnost z hlediska výkonových limitů. Diskutujte to podrobněji.
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová