Detail předmětu
Konstrukce elektronických zařízení
FEKT-BKEZAk. rok: 2018/2019
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
Zajišťuje ústav
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
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
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
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program EEKR-B bakalářský
obor B-TLI , 3 ročník, letní semestr, volitelný oborový
obor B-EST , 2 ročník, letní semestr, volitelný mimooborový
obor B-AMT , 3 ročník, letní semestr, volitelný mimooborový - Program AUDIO-J bakalářský
obor J-AUD , 3 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
39 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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
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
Osnova
Systémy pro návrh desek plošných spojů (Expedition MentorGraphics).
Zásady návrhu, používané technologie montáže, vliv parazitních jevů na desce, rozvod a blokování napájení.
Moduly Librarian, Package, Layout: definování geometrických prvků, definování desky a pouzder, návrh desky, autoroutery, možnosti nastavení.
Propojení systému na návazná technologická zařízení, generování výstupních dat a jejich zpracování.
Princip výroby desek plošných spojů, práce s fotoplotrem PH3000, generování podkladů, formát gerber.
Vrtání, systém ProtoMate ovládání, příprava dat, formát excellon.
Vytváření nepájivé masky - příprava podkladů.
Osazování desek plošných spojů, SMT.
Práce na individuálním projektu.
Zhodnocení samostatné práce.
Zásady návrhu, používané technologie montáže, vliv parazitních jevů na desce, rozvod a blokování napájení.
Moduly Librarian, Package, Layout: definování geometrických prvků, definování desky a pouzder, návrh desky, autoroutery, možnosti nastavení.
Propojení systému na návazná technologická zařízení, generování výstupních dat a jejich zpracování.
Princip výroby desek plošných spojů, práce s fotoplotrem PH3000, generování podkladů, formát gerber.
Vrtání, systém ProtoMate ovládání, příprava dat, formát excellon.
Vytváření nepájivé masky - příprava podkladů.
Osazování desek plošných spojů, SMT.
Práce na individuálním projektu.
Zhodnocení samostatné práce.