Detail předmětu

Analogové elektronické obvody

FEKT-KAEOAk. rok: 2017/2018

Obsahem předmětu jsou teoretické základy a principy analogových elektronických obvodů, objasnění funkce typických zapojení jednotlivých druhů obvodů, včetně způsobů jejich analýzy. Studenti se seznámí s klasifikací a popisem elektronických obvodů, obvodových prvků a funkčních bloků, se základy modelování reálných obvodových prvků, s teorií stability a zpětné vazby a jejich praktickým využitím. Důraz je kladen na objasnění funkce a použití základních druhů analogových obvodů, jako jsou obvody s operačními zesilovači, elektrické filtry, základní tranzistorové stupně a zapojení, zesilovače, usměrňovače, stabilizátory, tvarovače signálů, analogové násobičky, modulátory, směšovače a oscilátory. Studenti si procvičí používání programů Matlab, SNAP a PSpice při počítačové analýze analogových obvodů a prohloubí si praktické dovednosti při měření jejich vlastností.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- klasifikovat elektronické obvody a prvky a diskutovat jejich modely,
- vysvětlit principy základních elektronických funkčních bloků,
- diskutovat základní poznatky z teorie stability a zpětné vazby,
- analyzovat typická zapojení s operačními zesilovači,
- popsat vlastnosti tranzistorových stupňů a analyzovat typická zapojení s tranzistory,
- vysvětlit principy elektronických filtrů a analyzovat jejich typická zapojení,
- klasifikovat zesilovače podle tříd, kmitočtového pásma a výstupního výkonu, popsat jejich funkci,
- vysvětlit principy usměrňovačů a stabilizátorů napětí a proudu,
- vysvětlit principy zapojení typických představiteů měničů signálů,
- vysvětlit principy harmonických oscilátorů LC a RC, analyzovat jejich typická zapojení,
- aplikovat PC při analýze analogových obvodů v programech Matlab, SNAP a PSpice,
- aplikovat vhodné měřicí postupy při testování vlastností analogových obvodů.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni elektrotechnických předmětů prvního ročníku studia. Student by měl být schopen:
- diskutovat základní principy a teorémy platné pro elektrické obvody,
- řešit lineární a jednoduché nelineární rezistivní obvody,
- řešit lineární obvody v harmonickém ustáleném stavu,
- diskutovat vlastnosti pasivních lineárních obvodů 1. a 2. řádu – články RC a RL, rezonanční obvody RLC,
- vyjádřit přenosovou a imitanční funkci obvodu v komplexním a operátorovém tvaru,
- specifikovat druhy polovodičových diod a tranzistorů a diskutovat jejich funkci,
- vybrat a použít vhodné měřicí přístroje pro změření parametrů elektronického obvodu,
- použít základní režimy simulačního programu PSpice,
- vytvořit jednoduchý program (funkci) v jazyku Matlab.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Studenti se aktivně účastní 5 počítačových simulací a vypracují 4 laboratorní úlohy.

Způsob a kritéria hodnocení

Průběžný test během semestru (15 bodů), počítačová cvičení (10 bodů), laboratorní cvičení (15 bodů), závěrečná zkouška (60 bodů).

Osnovy výuky

1. Elektronické obvody: základní pojmy a dělení, obvodové funkce, kmitočtové charakteristiky.
2. Prvky elektronických obvodů: lineární a nelineární dvojpóly a dvojbrany, řízené zdroje, funkční bloky, operační zesilovače.
3. Modelování reálných obvodových prvků: aproximace charakteristik, polovodičová dioda, tranzistor, operační zesilovač.
4. Elektronický obvod jako lineární dynamická soustava: základy teorie stability a zpětné vazby.
5. Obvody s operačními zesilovači: napěťové a proudové zesilovače, převodníky U/I a I/U, funkční bloky a nelineární měniče.
6. Elektrické filtry: klasifikace, pasivní filtry 1. a 2. řádu, aktivní filtry, filtry vyšších řádů, filtry se syntetickými prvky.
7. Základní stupně s tranzistory: zapojení se společným emitorem, kolektorem a bází, zpětná vazba v tranzistorových stupních, kmitočtové vlastnosti.
8. Obvody s tranzistory: zdroje proudu, proudová zrcadla, Darlingtonovo zapojení, kaskádní řazení stupňů, diferenční zesilovač.
9. Zesilovače: dělení a parametry, třídy zesilovačů, širokopásmové a úzkopásmové (laděné) zesilovače, vf zesilovače třídy C.
10. Výkonové nf zesilovače: klasifikace, zesilovače třídy A, B a AB, speciální třídy zesilovačů.
11. Obvody napáječů: stabilizátory proudu a napětí, usměrňovače, násobiče a měniče napětí.
12. Měniče signálů: omezovače, analogové násobičky, modulátory AM, měniče kmitočtu a směšovače.
13. Generátory signálů: oscilátory se záporným diferenciálním odporem, oscilátory LC a krystalové, oscilátory RC, laděné oscilátory.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními principy analogových elektronických obvodů, ukázat možnosti využití počítače při jejich analýze a prohloubit dovednosti studentů při zjišťování vlastností obvodů měřením.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

BRANČÍK, L.; DOSTÁL, T. Analogové elektronické obvody. Přednášky. Brno: MJ Servis, s.r.o., 2007. s. 1-125. ISBN: 978-80-214-3525- 4. (CS)
BRANČÍK, L.; DOSTÁL, T. Analogue electronic circuits. Lectures. Brno: MJ Servis, s.r.o., 2007. s. 1-103. ISBN: 978-80-214-3514- 8. (EN)

Doporučená literatura

DOSTÁL, J., Operační zesilovače. Praha: BEN, 2005. (CS)
HÁJEK, K., SEDLÁČEK, J., Kmitočtové filtry. Praha: BEN, 2002. (CS)
KOLKA, Z.; BIOLEK, D.; BIOLKOVÁ, V.; BIOLEK, Z. Modelování a simulace pomocí PSpice. Brno: Tribun EU, 2011. (CS)
PEASE, R. A., Analog Circuits (World Class Designs). Burlington: Newnes, 2008. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BK bakalářský

    obor BK-EST , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Elektronické obvody, jejich účel, dělení a parametry.
Obvodové prvky a funkční bloky.
Modelování obvodových prvků.
Obvod jako lineární dynamická soustava, stabilita, zpětná vazba.
Obvody s operačními zesilovači.
Elektrické filtry.
Základní obvody s tranzistory BJT a FET.
Vícestupňové obvody s tranzistory.
Zesilovače, nf, vf, širokopásmové, úzkopásmové, s laděnými obvody, výkonové.
Obvody napáječů, usměrňovače, stabilizátory, měniče DC/DC.
Měniče a tvarovače signálů, směšovače, modulátory a demodulátory.
Generátory signálů, oscilátory LC, RC, s PKJ, elektronicky laditelné.

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Úvodní informace, matematický model obvodu a jeho řešení pomocí programu MATLAB.
Symbolická analýza obvodů pomocí programu SNAP.
Základní seznámení s programem PSPICE, ověření základních obvodových teorémů.
Stejnosměrná a střídavá analýza elektrických obvodů, vlastnosti reálného OZ, bipolární tranzistor.
Časová analýza, modely základních prvků, simulace vybraných analogových obvodů.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Operační zesilovač - vlastnosti a aplikace.
Tranzistorový zesilovač a omezovač.
Diodový usměrňovač jednocestný a dvoucestný.
Zesilovače s integrovanými OZ.
Závěrečný test.