Detail předmětu

Návrh analogových filtrů

FEKT-BELFAk. rok: 2016/2017

V současné době jsou analogové filtry nedílnou součástí všech složitějších elektronických zařízení. Jejich analýza a proces návrhu tak patří mezi základní dovednosti bakalářů. Jedná se jak o pasivní a aktivní filtrační struktury, tak filtry využívající nekonvenční fyzikální principy (SAW, krystalové filtry) a filtry založené na spínaných dějích (spínané kapacitory). Z hlediska praktické použitelnosti se jedná o elektronické systémy zpracovávající signály o kmitočtech do zhruba 100MHz. Ve cvičeních je řešena problematika počítačové analýzy a návrhu typických zapojení filtrů pomocí dostupných programů (Orcad Pspice, Snap, FilterCAD, Filter Solution, NAF) včetně optimalizace návrhu filtru z různých hledisek.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen (1) porozumět základním vlastnostem elektrických filtrů v časové i kmitočtové oblasti, (2) navrhnout pasivní i aktivní filtr pro danou aplikaci včetně výpočtu hodnot všech součástek, (3) interpretovat funkci krystalových filtrů i struktur se spínanými kapacitory, (4) analyzovat a navrhovat filtrační obvody na počítači.

Prerekvizity

Jsou požadovány středoškolské znalosti matematiky (operace se zlomky, řešení soustavy lineárních rovnic, algebraické úpravy rovnic) a elektroniky (princip pasivních součástek, sestavení diferenciálních rovnic jednoduchého obvodu).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

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

Způsob a kritéria hodnocení

Počítačová cvičení během semestru (30 bodů), závěrečná zkouška (70 bodů).

Osnovy výuky

1. Základy časově spojité filtrace, typy filtrů.
2. Přenosové funkce bilineárních a bikvadratických filtrů, část I.
3. Přenosové funkce bilineárních a bikvadratických filtrů, část II.
4. Pasivní filtry RC.
5. Pasivní filtry RLC.
6. Návrh pasivních příčkových fuiltrů podle tabulek parametrů.
7. Aktivní prvky používané ve filtračních obvodech.
8. Aktivní filtry, topologie a kaskádní syntéza.
9. Všepropustné fázovací články, vlastnosti a různá zapojení.
10. Imitanční konvertory a invertory, syntetické funkční bloky, příklady použití.
11. Filtry se spínanými kapacitory.
12. Krystalové filtry, SAW filtry, electromechanické koncepce.
13. Individuální konzultace.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s problematikou filtrace spojitých signálů a návrhu analogových filtrů pro praktické aplikace v různých kmitočtových pásmech.

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

T. DOSTÁL: Elektrické filtry - počítačová cvičení. Elektronická skripta. UREL, 2004. (CS)

Doporučená literatura

K. HÁJEK, J. SADLÁČEK: Kmitočtové filtry. BEN, 2002. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-EST , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový
    obor B-MET , 2 ročník, letní semestr, volitelný mimooborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Roman Šotner, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

Princip, účel, typy, vlastnosti a parametry EF.
RLC filtry druhého řádu. Pasivní filtry RC.
RLC filtry vyšších řádů a prostředky k jejich návrhu.
Aktivní prvky a funkční bloky ve filtrech a jejich modelování.
Základní bikvady (DP, HP, PP) s jedním operačním zesilovačem.
Filtry s více aktivními prvky.
Eliptické ARC bikvady a pásmové ARC zádrže.
Návrh filtrů ARC vyšších řádů, kaskádní syntéza.
Filtry s funkčními bloky a syntetickými prvky.
Fázovací (všepropustné) dvojbrany a korektory.
EF se spínanými kapacitory a CCD filtry. Filtry v proudovém módu.
Elektromechanické, piezoelektrické a EF s povrchovou vlnou.
Optimalizace navrženého filtru. Přelaďování a nastavování parametrů filtrů.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

Jednoduché pasivní filtry RC a RLC.
Návrh pasivních filtrů RLC vyšších řádů. Program NAF.
Optimalizace navrženého filtru.
Porovnání citlivostí aktivních a pasivních filtrů.
Hierarchické modelování aktivní prvků a funkčních bloků.
Bikvady s jedním a více aktivními prvky. Studium parazitních jevů na vf.
Přelaďování a nastavování parametrů aktivních filtrů, zvyšování Q.