Detail předmětu

Průmyslová elektronika

FEKT-MPELAk. rok: 2012/2013

Lineární analogové obvody s OZ (zesilovače, filtry, oscilátory). Nelineární obvody s OZ (komparátory, přístrojové usměrňovače, řízené omezovače, generátory signálů). Digitální obvody: kombinační, sekvenční, paměti. TTL, CMOS, vnitřní struktura. Obvodová pravidla s ohledem na vysokou odolnost proti vnitřnímu i vnějšímu rušení. Napětím řízené oscilátory, fázový závěs, násobiče kmitočtu, kmitočtové ústředny. Galvanické oddělovače signálu. Speciální IO.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Výsledky učení předmětu

- Absolvent zná podstatu tranzistorového jevu, umí nakreslit síť vstupních a výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru. Chápe pojmy aktivní (lineární) režim, vypnutý stav a saturace.
- Absolvent zná a umí používat linearizovaný model bipolárního tranzistoru ze střídavého hlediska pomocí hybridních parametrů.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy stejnosměrného pracovního bodu v libovolném zapojení obsahujícím bipolární tranzistory, rezistory, ss zdroje a diody.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy kompletního zapojení jednostupňových zesilovačů SE (i s neblokovaným emitorovým odporem), SC a SB (nevýkonových, nf aperiodických - do cca 100kHz, ve třídě A) s bipolárním tranzistorem.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy zapojení dvojčinného emitorového sledovače s eliminací přechodového zkreslení. Rozumí pojmu „třída zesilovače A, A-B a B.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy zapojení nevýkonových impulsních obvodů s bipolárním tranzistorem ve spínacím režimu. Ovládá metody minimalizace zpoždění signálu při zapnutí a vypnutí včetně aplikace antisaturační diody.
- Absolvent rozumí podstatě činnosti unipolárních tranzistorů MOSFET a JFET. Umí nakreslit síť výstupních a převodních charakteristik.
- Absolvent umí používat linearizovaný model unipolárního tranzistoru ze střídavého hlediska pomocí admitančních parametrů.
- Absolvent ovládá návrh zapojení SE pro zajištění zvoleného pracovního bodu s tranzistorem JFET nebo MOSFET (obohacovací i ochuzovací kanál).
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy jednoduchých budicích obvodů výkonového tranzistoru MOSFET ve spínacím režimu.
- Absolvent ovládá statické a dynamické vlastnosti ideálního a reálného operačního zesilovače.
- Absolvent detailně umí objasnit principu vytvoření virtuální nuly díky velkému vnitřnímu zesílení OZ a díky existenci dostatečně silné záporné zpětné vazby.
- Absolvent je schopen odvodit přenosovou funkci základních zapojení s OZ invertujícího i neinvertujícího typu (zesilovače, regulátory, nejběžnější filtry) a je schopen nakreslit modulovou frekvenční charakteristiku.
- Absolvent chápe praktické souvislosti (výhody a nevýhody) invertujícího a neinvertujícího zapojení. Je schopen zvolit nejvýhodnější řešení v dané aplikaci týkající se řídicí elektroniky pro pulsní měniče (dolnofrekvenční filtrace + zesilovače, regulátory).
- Absolvent zná princip, účel a praktická omezení použitelnosti diferenčního zesilovače s OZ.
- Absolvent ovládá několik zvláštních zapojení OZ.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy zapojení komparátorů bez hystereze a s hysterezí statickou či dynamickou.
- Absolvent zná praktické metody zajištění odolnost zapojení zesilovačů proti rušení (deska plošného spoje, vedení signálů, rozvod napájení, blokování, pomocné filtrační kapacity, výběr typů součástek, vliv vstupního odporu atd.)
- Absolvent zná princip lineárního stabilizátoru napětí – paralelního i sériového. Je schopen analýzy i syntézy několika zapojení.
- Absolvent umí sestavit amplitudovou a fázovou podmínku vzniku oscilací. Rozumí principu zpětnovazebního oscilátoru.
- Absolvent ovládá analýzu LC oscilátoru se záporným diferenciálním odporem (s tunelovou diodou).
- Absolvent umí navrhnout Reinartzův oscilátor a prakticky jej realizovat, ovládá analýzu a praktické souvislosti (výhody a nevýhody) dalších LC oscilátorů (Snellův, Hartleyův, Colpittsův). Rozumí pojmu tříbodový oscilátor.
- Absolvent umí navrhnout RC oscilátor s neinvertujícím zesilovačem s OZ a Wienovým článkem a umí analyzovat zapojení RC oscilátoru s jednotranzistorovým zesilovačem SE a kas

Prerekvizity

- Student by měl ovládat výpočty s komplexními čísly.
- Student by měl ovládat Kirchoffovy zákony - nikoliv jen „encyklopedicky“, ale prakticky, s jasným vhledem do konkrétní praktické situace.
- Student by měl ovládat praktický přístup k teoretickému řešení lineárních obvodů (postupné zjednodušování, princip superpozice, náhrada napěťového zdroje se sériovým odporem zdrojem proudovým s paralelním odporem či naopak, Theveninova věta). Měl by umět v dané situaci zvolit nejvhodněší metodu a použít ji, což vyžaduje nácvik. Měl by chápat, že metoda smyčkových proudů či uzlových napětí je mechanicky vykonavatelná metoda tj. s jednoduchou aplikací na danou situaci ovšem s pracným řešením soustavy lineárních rovnic a je tedy ve většině případů pro ruční analýzu obvodů neefektivní (příliš pracná, pomalá, nevhodná).
- Student by měl chápat geometrickou interpretaci pojmu derivace, určitý a neurčitý integrál. Musí to umět doložit na příkladech (nakreslit funkci vzniklou jako derivace či neurčitý integrál jiné nakreslené funkce – např. konstanta, obdélník, lineární nárůst atd.). Musí prakticky chápat význam integrační konstanty.

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

Závěrečná zkouška - 70bodů
Písemný test - 15bodů
Laboratorní cvičení - 15bodů

Osnovy výuky

Lineární analogové obvody s OZ (zesilovače, filtry, oscilátory). Nelineární obvody s OZ (komparátory, přístrojové usměrňovače, řízené omezovače, generátory signálů). Digitální obvody: kombinační, sekvenční, paměti. TTL, CMOS, vnitřní struktura. Obvodová pravidla s ohledem na vysokou odolnost proti vnitřnímu i vnějšímu rušení. Napětím řízené oscilátory, fázový závěs, násobiče kmitočtu, kmitočtové ústředny. Galvanické oddělovače signálu. Speciální IO.

Učební cíle

Studenti se seznámí s typickými elektronickými obvody v průmyslových aplikacích, zejména se zaměřením na techniku pulsních měničů, elektrických pohonů a částečně měření.

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

Patočka M., Vorel P., Kerlin T.: Řídicí elektronika - laboratorní cvičení (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - aktivní obvody (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody (CS)

Doporučená literatura

Horowitz, Hill,: The Art of Electronics (EN)
Punčochář: Operační zesilovače (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M magisterský navazující

    obor M-SVE , 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-SVE , 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Vybrané tranzistorové obvody.
Zesilovače, filtry a oscilátory s OZ.
Komparátory, nelineární obvody s operačními zesilovači.
Vybrané analogové a impulsní integrované obvody.
Obvodové regulační struktury.
Impulsní transformátory.
Speciální IO pro pulsní měniče.
Technologie TTL a CMOS.
Kombinační a sekvenční logické obvody.
Spolehlivost digitálních obvodů, šumová imunita, hazardy.
Optoelektronické aplikace.
Fázový závěs a jeho aplikace.
Speciální budicí obvody.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Úvod.
Základní praktické aplikace tranzistorů.
Zesilovače a filtry s OZ.
Harmonické oscilátory s OZ.
Aplikace komparátoru, funkční generátory.
Obvod 3843 a jeho aplikace.
Budič tranzistoru MOS-FET s impulsním transformátorkem.
Kombinační logika TTL a CMOS.
Digitální realizace odskoků.
Fázový závěs s 4046.
Integrovaný budič IR2132.
Budič tranzistoru IGBT s HP316J.
Zápočet.