Detail předmětu

CAD of Electronic Circuits.

FEKT-CREOAk. rok: 2011/2012

Základní principy návrhu elektronických obvodů s využitím počítače. Práce s programem OrCAD-PSpice. Řešení obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti. Analýza vlivu tolerancí prvků na chování obvodu. Optimalizace a symbolická analýza. Vytváření modelů pasivních a aktivních prvků, tvorba nových knihoven modelů a značek. Počítačový návrh základních obvodů s operačními zesilovači a tranzistory - zesilovače, oscilátory, filtry. Metody pro vyšetřování a zajištění stability. Specializované programy pro automatický návrh analogových kmitočtových filtrů.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Studenti se seznámí s moderními programy a metodami pro návrh elektronických obvodů a systémů. Budou schopni ihned pracovat se všemi programy třídy Spice včetně vytváření a modifikace modelů prvků a funkčních bloků. Seznámí se s metodami návrhu základních elektronických obvodů s tranzistory a operačními zesilovači.

Prerekvizity

Postačí znalosti z prvního ročníku studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoroční aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

Přednášky:
1. Jazyk Spice: syntaxe, definice prvků, makroobvody, modely, knihovny.
2. Charakterizace obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, volba počátečních podmínek. Optimalizace.
3. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ.
4. Modelování elektronických prvků a soustav, operační zesilovače.
5. Zpětná vazba a stabilita.
6. Řešení obvodů s tranzistory.
7. Modelování spínaných zdrojů. Počítačový návrh analogových frekvenčních filtrů.

Počítačová cvičení:
1. Úvod do programového systému PSpice. Charakteristiky prvků, pracovní bod, malosignálové parametry.
2. Tvorba modelů.
3. Pokročilé funkce postprocesoru. Kmitočtové charakteristiky.
4. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, analýza nejhoršího případu. Návrh požadovaných tolerancí prvků.
5. Modelování operačního zesilovače.
6. Analýza smyčky zpětné vazby u obvodů s operačním zesilovačem, kompenzace.
7. Návrh RC oscilátoru, stabilizace amplitudy.
8. Tranzistorový zesilovač: návrh, symbolická analýza, stabilita.
9. Návrh kmitočtového filtru - kompletní postup včetně toleranční analýzy.
10. Vliv reálných vlastností operačního zesilovače na vlastnosti filtru.
11. Průměrovaný model DC-DC konvertoru.
12. - 13. Práce na samostatných úlohách.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s moderními metodami a programy pro počítačové řešení a návrh elektronických obvodů a systémů. Znalost metod a modelů, včetně jejich omezení, umožní korektně formulovat zadání úlohy a odhalit případné chyby. V průběhu počítačových cvičení bude látka demonstrována na řešení základních analogových obvodů s tranzistory a operačními zesilovači.

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

MALIK, N. R.: Electronic Circuits - Analysis, Simulation, and Design. Prentice-Hall (USA), 1995 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BC bakalářský

    obor BC-EST , 2 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

1. Spice language: syntax, part definition, subcircuits, models, libraries.
2. Circuit characterization in DC, AC, and time domains, initial conditions. Optimization.
3. Tolerance and sensitivity analysis, Monte Carlo, worst case analysis.
4. Modeling of electronics devices and subsystems, operational amplifiers.
5. Feedback and stability.
6. Design of transistor circuits.
7. Modeling of switched power supplies. Computer-aided design of analog frequency filters.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

1. Introduction to the PSpice program. Device characteristics, operating point, small-signal parameters.
2. Model creation.
3. Advanced functions of postprocessor. Frequency response.
4. Tolerance and sensitivity analyses, Monte Carlo, worst-case analysis. Determination of required part tolerances.
5. Modeling of operating amplifier.
6. Analysis of feedback loop in circuits with operating amplifier, compensation.
7. Design of RC oscillator, amplitude stabilization.
8. Transistor amplifier: design, symbolic analysis, stability.
9. Design of frequency filter - complete design including tolerance analysis.
10. Influence of real parameters of operating amplifiers on filter properties.
12. Averaged model of DC-DC converter.
12. - 13. Individual projects.