Detail předmětu

Konstrukce elektronických zařízení

FEKT-KKEZAk. rok: 2017/2018

Konstrukce a vlastnosti signálových spojů, napájecí zdroje a rozvody - odrušení a zemní smyčky. Parazitní jevy a jejich potlačení - vazby u vstupních a výstupních obvodů, parazitní kapacity a indukčnosti, termoelektrické napětí, přepětí na indukční zátěži, odrazy na vedení, přeslechy. Stínění proti elektrickému a magnetickému poli, ekvipotenciální stínění. Výběr součástek a aplikační doporučení - diskrétní prvky, operační zesilovače, komparátory, elektronické spínače, A/D a D/A převodníky, vzorkovače s pamětí, číslicové obvody, mikroprocesory. Mechanická konstrukce: řídicí, ovládací a indikační prvky - rozmístění na předním panelu, konstrukce přístrojových skříní, odvod tepla, termostaty. Plošné spoje, plošné drátové spoje, připojování vodičů a součástek. Bezpečnostní požadavky na konstrukci přístrojů. Metodika oživování elektronických přístrojů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

Zájemce získá konkrétní aplikační poznatky z konstrukce elektronických přístrojů, které se jinak získávají delší praxí ve vývoji. Přitom je kladen důraz na pochopení fyzikální podstaty parazitních jevů tak, aby poznatky bylo možné aplikovat i na jiné případy. Naučí se předvídat a odhalovat řadu problémů, které vznikají při vývoji nových přístrojů a to jak v části elektrické, tak i v oblasti mechanické konstrukce. Absolvent bude schopen navrhnout napájecí rozvody a jejich blokování, realizovat stínění kritických částí zařízení, bude umět aplikační zásady pro různé elektronické obvodové prvky. Bude obeznámen s principy návrhu konstrukčního řešení přístrojové skříně včetně rozvržení ovládacích a indikačních prvků na předním panelu. Bude obeznámen s návrhem chlazení výkonových prvků včetně odvodu tepla z přístrojových skříní. Naučí se metodiku oživování elektronických systémů.

Prerekvizity

Jsou požadovány základní znalosti z teoretické elektrotechniky a elementární základy z analogové a číslicové techniky.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Z konstrukčních cvičení může student získat až 20 bodů. Část konstrukčních cvičení může být realizována formou samostatného projektu. Vlastní zkouška je písemná a student za ni může získat až 80 bodů. Zkouška je zaměřena na prověření znalosti aplikačních zásad při konstrukci elektronických přístrojů a to jak po stránce elektronické, tak i po stránce mechanického řešení.

Osnovy výuky

1. Konstrukce signálových spojů
2. Konstrukce napájecích zdrojů a rozvod napájení
3. Rozvody společného vodiče - země
4. Parazitní jevy a jejich potlačení
5. Stínění elektrického pole, magnetického pole, ekvipotenciální stínění
6. Výběr součástek a aplikační zásady
6.1 Pasivní prvky
6.2 Operační zesilovače
6.3 Komparátory
6.4 Převodníky A/D a D/A
6.5 Číslicové obvody TTL
6.6 Číslicové obvody CMOS
7. Mechanická konstrukce
7.1 Ovládací a indikační prvky a jejich rozmístění
7.2 Typy přístrojových skříní
7.3 Odolnost zařízení vůči různým prostředím
7.4 Odvod tepla ze součástek a z přístrojových skříní
7.5 Teplotní stabilizace (termostaty)
8. Bezpečnostní požadavky na konstrukci
9. Oživování přístrojů
9.1 Hledání závad v analogových obvodech
9.2 Hledání závad v číslicových obvodech

Učební cíle

Seznámit se s praktickými zásadami konstrukce elektronických přístrojů a zařízení jak po stránce elektrické, tak i mechanické. Předmět je prakticky vhodný pro všechny obory bakalářského studia, protože přibližuje skutečnou práci návrháře a konstruktéra elektronických přístrojů a zařízení.

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

Konstrukční cvičení jsou povinná. Pokud je část konstrukčních cvičení realizována formou samostatného projektu, je jeho odevzdání jednou z podmínek pro udělení zápočtu. Řádně omluvená zmeškaná konstrukční cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit v jiném termínu, obvykle v zápočtovém týdnu.

Základní literatura

ARCHAMBEAUTT, B.R.: PCB Design for Real-World EMI Control. Kluwer Academic Publishers, 2002
Buchanan J.E.: BiCMOS/CMOS system design. McGraw-Hill, New York 1998
FAIRCHILD: Analog - mixed signal, interface, logic, non-voltatile memory, power products. Fairchild Semiconductors, www.fairchildsemi.com
Ginsberg G. L.: Printed circuits design. McGraw-Hill, New York 1999
HALL, S.H.; HECK, H.L.: High-Speed Digital Designs. Wiley, 2009
LINEAR TECHNOLOGY: Linear Applications Handbook. Linear Technology, Milpitas 1999
NATIONAL SEMICONDUCTOR: National Analog and Interface Products Databook. National Semiconductor, Santa Clara 1999
NIKNEJAD, A.M.: Electromagnetics for High-Speed Analog and Digital Communication Circuits. Cambridge, 2007
VRBA, K.: Konstrukce elektronických zařízení, elektronická skripta, VUT v Brně, 2013

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BK bakalářský

    obor BK-EST , 3 ročník, letní semestr, volitelný mimooborový
    obor BK-TLI , 3 ročník, letní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Konstrukce signálových spojů: symetrické a nesymetrické vedení, vlastnosti signálových spojů, provedení spojů, plošné spoje a jejich vlastnosti, optické spoje
Napájecí zdroje: síťový přívod, síťové spínače, transformátory, odrušovací prostředky (odrušovací kondenzátory, odrušovací tlumivky, odrušovací členy)
Rozvody napájecího napětí: napájecí rozvody v přístrojové skříni a na deskách plošných spojů, rozvody zemí, galvanické oddělení systémů (impulsní transformátorky, optrony)
Parazitní jevy a jejich potlačení: vazby u vstupních a výstupních obvodů, vazby na odporu přívodů, parazitní kapacity a indukčnosti, přechodové odpory, termoelektrické napětí, přepětí na indukční zátěži.
Přenos signálů dlouhým vedením: odrazy na vedení, přeslechy, nabíjení a vybíjení vedení
Stínění elektrického a magnetického pole: stínění systémů a spojů proti elektrickému poli, stínění systémů a spojů proti magnetickému poli
Ekvipotenciální stínění: ochrana izolačním prstencem, teflonový opěrný bod, příklady aktivní izolace kritických bodů
Výběr diskrétních součástek a aplikační doporučení: rezistory, potenciometry a potenciometrické trimry, kapacitory a kapacitní trimry, induktory, diody, tranzistory (bipolární, unipolární; výkonové, vysokofrekvenční)
Aplikační doporučení pro analogové a číslicové integrované obvody: operační a transimpedanční zesilovače, analogové multiplexery a demultiplexery, komparátory a časovače, D/A a A/D převodníky, číslicové integrované obvody, mikroprocesory
Mechanická konstrukce: řídicí a ovládací prvky a jejich rozmístění, sdělovací a indikační prvky, rozmístění řídicích a sdělovacích prvků na předním panelu přístroje, výtvarná a technická hlediska návrhu mechanického provedení, konstrukce přístrojových skříní
Odolnost zařízení: odolnost zařízení vůči rázům, vibracím, proti působení vlhkosti a vody, odvod tepla ze zařízení, chladiče, teplotní stabilizace (termostaty),
Spojování vodičů a součástek: technologie výroby plošných spojů, pájené spoje, ovíjené spoje, zařezávané spoje; technologie povrchové montáže
Bezpečnostní požadavky: základní požadavky, typy tříd přístrojů, pracovní prostředí, ochrana před nebezpečným dotykem, požadavky na izolaci, povrchové cesty a vzdálenosti, pohyblivé přívody

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Hanák, Ph.D.

Osnova

Základní charakteristiky CAM systémů Integra Station a Board Station MentorGraphics, jejich struktura a ovládání. Nastavení adresáře a cesty, vytváření projektů, návaznosti na další moduly, práce v síti.
Modul DesignArchitect: zásady kreslení schémat, kreslící hladiny, postup kreslení schémat, kontrola správnosti návrhu, obsah knihoven.
Zásady návrhu desky, používané technologie montáže, vliv parazitních jevů na desce, rozvod a blokování napájení, termální analýza.
Moduly Librarian, Package, Layout: definování geometrických prvků, definování desky a pouzder, návrh desky, autoroutery, možnosti nastavení.
Generování výstupních dat a jejich zpracování - modul Fablink, export import dat.
Připojení systému na návazná technologická zařízení.
Práce na individuálním projektu.
Práce na individuálním projektu.
Práce na individuálním projektu.
Práce na individuálním projektu.
Práce na individuálním projektu.
Práce na individuálním projektu.
Zhodnocení samostatné práce.