Detail předmětu

Počítačové řešení elektronických obvodů

FEKT-BREOAk. rok: 2012/2013

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

čeština

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

KOLKA, Z. Simulace elektronických obvodů v PSpice. Skriptum VUT v Brně, 2012. (CS)
MALIK, N. R. Electronic Circuits: Analysis, Simulation, and Design. Prentice Hall, 1995. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

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

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

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.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

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.