Detail předmětu

Konstrukce elektronických zařízení

FEKT-BPC-KEZAk. rok: 2026/2027

Konstrukce a vlastnosti signálových spojů, napájecí rozvody - odrušení a zemní smyčky. Parazitní jevy a jejich potlačení - vazby u vstupních a výstupních obvodů, parazitní kapacity a indukčnosti, termoelektrické napětí, přepětí na indukční zátěži, odrazy na vedení, přeslechy. Stínění proti elektrickému a magnetickému poli, ekvipotenciální stínění. Výběr součástek a aplikační doporučení - diskrétní prvky (RLC, přepěťové a nadproudové ochrany, konektory), operační zesilovače, komparátory, A/D a D/A převodníky, vzorkovače s pamětí, číslicové obvody. Mechanická konstrukce: řídicí, ovládací a indikační prvky - rozmístění na předním panelu, konstrukce přístrojových skříní, odvod tepla, termostaty. Plošné spoje, připojování vodičů a součástek, ruční a strojní pájení. Bezpečnostní požadavky na konstrukci přístrojů. Metodika oživování elektronických přístrojů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti z teoretické elektrotechniky a elementární základy z analogové a číslicové techniky.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

V laboratorních cvičení může student získat až 20 bodů z individuálního projektu. Vlastní zkouška je písemná a student za ni může získat až 80 bodů. Zkouška je zaměřena na prověření znalosti aplikačních zásad při konstrukci elektronických přístrojů a to jak po stránce elektronické, tak i po stránce mechanického řešení.
Laboratorní cvičení jsou povinná a vypracování projektu je jednou z podmínek pro udělení zápočtu. Řádně omluvená zmeškaná konstrukční cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit v jiném termínu, obvykle v zápočtovém týdnu. 

Učební cíle

Seznámit se s praktickými zásadami konstrukce elektronických přístrojů a zařízení jak po stránce elektrické, tak i mechanické. V rámci cvičení se student seznámí s počítačovým návrhem plošných spojů. Předmět je prakticky vhodný pro všechny obory bakalářského studia, protože přibližuje skutečnou práci návrháře a konstruktéra elektronických přístrojů a zařízení.
Zájemce získá konkrétní aplikační poznatky z konstrukce elektronických přístrojů, které se jinak získávají delší praxí ve vývoji. Přitom je kladen důraz na pochopení fyzikální podstaty probíraných problémů tak, aby poznatky bylo možné aplikovat i na jiné případy. Naučí se předvídat a odhalovat řadu problémů, které vznikají při vývoji nových přístrojů a to jak v části elektrické, tak i v oblasti mechanické konstrukce. Absolvent bude schopen navrhnout napájecí rozvody a jejich blokování, realizovat stínění kritických částí zařízení, bude seznámen s aplikačními zásadami a doporučeními pro různé pasivní a aktivní elektronické obvodové prvky. Bude obeznámen s principy návrhu konstrukčního řešení přístrojových skříní včetně rozvržení ovládacích a indikačních prvků na předním panelu. Seznámí se s návrhem chlazení výkonových prvků včetně odvodu tepla z přístrojových skříní. Naučí se základní metodiku oživování elektronických systémů a hledání závad.

Základní literatura

Buchanan J.E.: BiCMOS/CMOS system design. McGraw-Hill, New York 1998
FAIRCHILD: Analog - mixed signal, interface, logic, non-voltatile memory, power products. Fairchild Semiconductors, www.fairchildsemi.com
Ginsberg G. L.: Printed circuits design. McGraw-Hill, New York 1999
HALL, S.H.; HECK, H.L.: High-Speed Digital Designs. Wiley, 2009
LINEAR TECHNOLOGY: Linear Applications Handbook. Linear Technology, Milpitas
NATIONAL SEMICONDUCTOR: National Analog and Interface Products Databook. National Semiconductor, Santa Clara 1999
NIKNEJAD, A.M.: Electromagnetics for High-Speed Analog and Digital Communication Circuits. Cambridge, 2007
VRBA, K; HANÁK, P. Konstrukce elektronických zařízení [online]. VUT v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2021, ISBN 978-80-214-5957-1. DOI: 10.13164/book.construction.electronic.devices. Trvalý odkaz: http://hdl.handle.net/11012/200377 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-TLI bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-SEE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-NCP bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-MET bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-IBE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-EKT bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-ZVUK , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    specializace AUDB-TECH , 3 ročník, letní semestr, povinný

  • Program BPC-AMT bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Elektrická konstrukce: konstrukce signálových spojů a jejich vlastnosti, napájecí zdroje, rozvod napájení, rozvod zemního vodiče, zemní smyčky, galvanické oddělení obvodů, stínění elektrického a magnetického pole, ekvipotenciální stínění, parazitní jevy a jejich potlačení

Výběr a aplikační pravidla pro pasivní elektronické prvky: rezistory, kapacitory, induktory, vyráběné řady pasivních prvků, krystalové rezonátory a oscilátory, přepěťové ochrany: bleskojistky, varistory, transily, nadproudové ochrany: tavné, termistorové a polovodičové pojistky

Aplikační pravidla pro aktivní elektronické obvodové prvky: operační zesilovače, vzorkovače a sledovače s pamětí, komparátory, časovače, A/D a D/A převodníky, digitální obvody

Mechanická konstrukce: požadavky na konstrukci přístroje, řídicí a ovládací prvky a jejich umístění na ovládacím panelu, sdělovací a indikační prvky a jejich umístění na ovládacím panelu, výtvarná a technická kritéria při návrhu přístrojů, konstrukce přístrojových skříní, odolnost zařízení vůči vnějším vlivům (rázy, vibrace, vlhko aj), chlazení součástek, odvod tepla ze zařízení, plošné spoje, metody připojování součástek, konektory

 

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Systém KiCad pro návrh desek plošných spojů (DPS), základní charakteristiky.
Založení nového projektu, práce s editorem schématu a jeho úskalí.
Možnosti zadávání příkazů: ikony, kontextové menu, klávesové zkratky.
Pokročilejší úkony v editoru schématu, kontrola zapojení schématu (Electrical Rule Check).
Práce s editorem desky, synchronizace schématu a desky (forward annotation) a její úskalí.
Techniky rozmisťování součástek na složitých deskách, kontrola správnosti návrhu (Design Rule Check).
Konstrukční třídy plošných spojů, nastavení DRC podle vybrané konstrukční třídy.
Pokročilejší postupy: třídy spojů (Net Classes), řešení zemního rozvodu na DPS.
Ladění délek spojů, diferenciální páry, jejich výpočet a realizace na DPS.
Generování výrobních dat, nepájivá maska, servisní potisk atd. Datové formáty Gerber a Excellon.
Automatizace úloh, skripty a uživatelské programy. 
Editor knihoven, možné zdroje a import uživatelských prvků.
Práce na individuálním domácím projektu.
Vyhodnocení domácího projektu.