Detail předmětu

Počítačové řešení elektronických obvodů

FEKT-BREOAk. rok: 2013/2014

Studenti se seznámí se základní principy návrhu elektronických obvodů s využitím počítače. Naučí se používat programem CADENCE PSpice pro řešení obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, pro analýzu vlivu tolerancí prvků na chování obvodu a pro optimalizaci. Kurs pokračuje probíráním modelů pasivních a aktivních prvků, tvorbou nových knihoven modelů a značek. Metody a postupy jsou demonstrované na návrhu základních obvodů s operačními zesilovači a tranzistory (zesilovače, oscilátory, filtry). V rámci samostatného projektu studenti navrhnou a charakterizují zadaný elektronický obvod.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen (1) použít základní metody pro analýzu elektronických obvodů v stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, (2) využít pokročilé metody pro toleranční analýzu a optimalizaci, (3) kompletně navrhnout elektronický obvod a provést jeho charakterizaci.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti základů elektronických prvků (pasivní a polovodičové prvky) a elektronických obvodů (základní zákony a zapojení elementárních obvodů).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Studenti mohou získat během semestru 40 bodů za aktivní práci v počítačových cvičeních. Za individuální projekt je uděleno maximálně 35 bodů, za půlsemestrální test lze získat dalších 25 bodů.

Osnovy výuky

1. Jazyk Spice: syntaxe, definice prvků, makroobvody, modely, knihovny.
2. Metody pro simulaci obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, volba počátečních podmínek, nastavení parametrů simulace.
3. Pokročilé funkce postprocesoru.
4. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ.
5. Optimalizace. Symbolická analýza.
6. Modelování elektronických prvků a soustav
7. Formální modely složitých struktur, operační zesilovače.
8. Řešení zpětné vazby, stability a kompenzace.
9. Návrh oscilátorů.
10. Návrh analogových frekvenčních filtrů.
11. Analýza vlivu parazitních vlastností aktivních prvků.
12. Návrh a optimalizace tranzistorových obvodů.
13. Modelování základních spínaných zdrojů.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními metodami a programy pro počítačové řešení, návrh a optimalizaci elektronických obvodů a systémů, s vytvářením simulačních modelů základních prvků a komplexnějších subsystémů, s návrhem elementárních obvodů s transistory 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.