Detail předmětu

Analogová technika

FEKT-BANAAk. rok: 2016/2017

Základní aplikace: pasivní RC a LCR obvody, základní obvody s diodami, bipolárními a unipolárními tranzistory, s operačními zesilovači a konvejory, OTA, komparátory a časovači.
Další aplikace: lineární a nelineární obvody s operačními zesilovači, aktivní filtry, generátory signálů, širokopásmové zesilovače, výkonové zesilovače, napájecí zdroje, analogové spínače a vzorkovače s pamětí, analogové obvody pro D/A a A/D převodníky, měřicí obvody.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

Předmět svým charakterem umožní získat praktický přístup k návrhu analogových obvodů nejrůznějšího typu. Absolvent předmětu bude schopen:
- navrhnout základní tranzistorové struktury s bipolárními a unipolárními tranzistory,
- vysvětlit vnitřní strukturu operačních zesilovačů a dalších analogových integrovaných obvodů,
- navrhnout základní lineární obvody s operačními zesilovači,
- navrhnout požadovanou přenosovou funkci aktivních filtrů,
- popsat funkci nelineárních obvodů s operačními zesilovači,
- rozumět aplikacím operačních zesilovačů ve funkčních generátorech, stabilizátorech napětí, v A/D a D/A převodnících.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni základů teoretické elektrotechniky, zejména Ohmův zákon a Kirchhoffovy zákony, student musí být schopen analyzovat jednoduché pasivní obvody, musí znát funkci polovodičové diody, funkci bipolárního a unipolárního tranzistoru.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

V každém typu cvičení může student získat až 10 bodů, tzn. za cvičení student získává až 30 bodů. Vlastní zkouška je písemná a student za ni může získat až 70 bodů. Zkouška je zaměřena na orientaci v návrhu základních analogových obvodů a na schopnost analyzovat složitější analogové struktury.

Osnovy výuky

1. Základní stavební jednotky analogových obvodů.
2. Vnitřní struktury analogových integrovaných obvodů
3. Parametry analogových integrovaných obvodů.
4. Lineární obvody s operačními zesilovači, proudovými konvejory a OTA.
5. Obvody s kmitočtově závislou zpětnou vazbou.
6. Pasivní filtry RLC.
7. Aktivní filtry s operačními zesilovači, proudovými konvejory a OTA.
8. Obvody s nelineární Zpětnou vazbou.
9. Operační usměrňovače.
10. Obvody s elektronickými spínači (zesilovače, střídače, vzorkovače s pamětí).
11. Komparátory a jejich aplikace.
12. Generátory harmonických a neharmonických kmitů.
13. Stabilizátory.

Učební cíle

Získat základní aplikační znalosti analogové techniky v celé šíři, tj. od jednoduchých stavebních bloků s diodami, bipolárními a unipolárními tranzistory až po použití integrovaných analogových obvodů v konkrétních aplikacích.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka a počítačová cvičení jsou povinná. Řádně omluvená zmeškaná laboratorní či počítačová cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit v jiném termínu, obvykle v zápočtovém týdnu.

Základní literatura

FEUCHT, D.: Designing High - performance amplifiers. SciTech Publishing, 2010
RAUT, R.; Swamy, M.N.S.: Modern Analog Filter Analysis And Design, Wiley Verlag, 2005
SEDRA , A. S.; SMITH, K. C.: Microelectronic Circuits. Oxford University Press, Oxford 1998
TIETZE , U.; SCHENK, CH.: Electronic circuits - Design and applications. Springer, London 1999
VRBA, K.: Analogová technika - numerická cvičení, elektronická skripta, VUT v Brně, 2013
VRBA, K.: Analogová technika, elektronická skripta, VUT v Brně, 2012
VRBA, K.; KOTON, J. Filtrační analogové obvody pro integrovanou výuku VUT a VŠB- TUO. 2014. s. 1-147. ISBN: 978-80-214-5067- 7.
WINDER , S.: Filter design. Bidless, Oxford 1998

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-TLI , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program AUDIO-J bakalářský

    obor J-AUD , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Stavební prvky analogových obvodů: Základní obvody s diodami, referenčními diodami, zesilovače s bipolárními a unipolárními tranzistory, referenční zdroje napětí a proudu, proudová zrcadla.
Vnitřní struktura analogových integrovaných obvodů: Diferenční zesilovač, elementární zapojení operačního zesilovače, přístrojové, elektrometrické, širokopásmové a impulsové operační zesilovače, proudové a napěťové konvejory.
Širokopásmové zesilovače: Frekvenční závislost proudového zesilovacího činitele, vliv vnějších a parazitních kapacit tranzistoru, kaskódový zesilovač, diferenční zesilovač jako širokopásmový zesilovač, symetrický širokopásmový zesilovač, širokopásmový napěťový sledovač, transimpedanční zesilovače.
Výkonové zesilovače: Emitorový sledovač jako zesilovač výkonu, komplementární emitorový sledovač jako posilovač, koncové zesilovače s Darlingtonovým zapojením a s výkonovými MOS FET
Lineární obvody: Invertující, neinvertující, sčítací, rozdílové a přístrojové zesilovače, můstková zapojení, zdroje proudu. Integrační a derivační zesilovač, střídavé zesilovače.
Filtry: Pasivní RC a LRC obvody, různé aproximace přenosové funkce - dolní, horní a pásmové propusti, pásmové zádrže, fázovací články
Aktivní filtry: Návrh filtrů s operačními zesilovači, filtry s proudovými konvejory, transimpedančními zesilovači a se zesilovači OTA.
Nelineární obvody: Diodové okrajovače a funkční měniče, logaritmické a exponenciální převodníky, analogové děličky a násobičky, operační usměrňovače, špičkové detektory.
Obvody s elektronickými spínači: Analogové multiplexery a demultiplexery, programovatelné zesilovače, elektronické střídače, vzorkovače a sledovače s pamětí.
D/A a A/D převodníky: Základní princip D/A převodu, parametry převodníků D/A, převodníky D/A bipolární a CMOS. Konverze A/D, parametry převodníků A/D, základní principy převodníků A/D
Komparátory: Vnitřní struktura komparátoru, vlastnosti komparátorů, komparátor s hysterezí.
Generátory: LC oscilátory, krystalové oscilátory, funkční generátory, multivibrátory, multivibrátory s časovačem 555.
Napájecí zdroje: Usměrňovače, základní uspořádání stabilizátorů, regulační prvky stabilizátorů, elektronické pojistky, integrované stabilizátory.

Cvičení odborného základu

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Základní zapojení zesilovačů s bipolárními a unipolárními tranzistory
Diferenční zesilovač, návrh elementárního zapojení operačního zesilovače, širokopásmový zesilovač
Vlastnosti invertujícího a neinvertujícího zesilovače, sčítací, rozdílové zapojení operačního zesilovače
Návrh filtrů s operačními zesilovači či konvejory
Návrh nelineárních obvodů s operačními zesilovači
Funkční generátory a multivibrátory
Závěrečný test

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Sládok
prof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D.

Osnova

Modelování činnosti záladních stavebních bloků analogových obvodů s bipolárními a unipolárními tranzistory
Modelování vlastností širokopásmového zesilovače
Model operačního zesilovače, ověření vlastností základních zapojení operačního zesilovače
Počítačová analýza filtrů s operačními zesilovači
Počítačová analýza filtrů s proudovými konvejory a transimpedančními zesilovači
Závěrečné zhodnocení výsledků

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. David Kubánek, Ph.D.

Osnova

Individuální návrh, stavba, oživení a změření obvodu s tranzistory
Individuální návrh, stavba, oživení a změření kmitočtových filtrů s operačními zesilovači
Individuální návrh, stavba, oživení a změření diodového funkčního měniče
Závěrečné zhodnocení realizovaných úloh