Detail předmětu

Analog Filter Design

FEKT-CELFAk. rok: 2017/2018

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

angličtina

Počet kreditů

5

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 (20 bodů), laboratorní měření (20 bodů), závěrečná zkouška (60 bodů).

Osnovy výuky

1. Základy časově spojité filtrace, typy filtrů.
2. Přenosové funkce bilineárních a bikvadratických filtrů.
3. Pasivní filtry RC a RLC.
4. Návrh pasivních příčkových filtrů podle tabulek parametrů.
5. Aktivní prvky používané ve filtračních obvodech, aktivní filtry, jejich topologie a kaskádní syntéza.
6. Všepropustné fázovací články, vlastnosti a různá zapojení.
7. Imitanční konvertory a invertory, syntetické funkční bloky, příklady použití.
8. Filtry se spínanými kapacitory, krystalové filtry, SAW filtry, elektromechanické koncepce filtrů.

Učební cíle

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

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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BC bakalářský

    obor BC-MET , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový
    obor BC-EST , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

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.

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.