Detail předmětu

Počítačové řešení elektronických obvodů

FEKT-BREOAk. rok: 2018/2019

Studenti se seznámí se základní principy návrhu elektronických obvodů s využitím počítače. Naučí se používat programem CADENCE PSpice pro řešení obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, pro analýzu vlivu tolerancí prvků na chování obvodu a pro optimalizaci. Kurs pokračuje probíráním modelů pasivních a aktivních prvků, tvorbou nových knihoven modelů a značek. Metody a postupy jsou demonstrované na návrhu základních obvodů s operačními zesilovači a tranzistory (zesilovače, oscilátory, filtry). V rámci samostatného projektu studenti navrhnou a charakterizují zadaný elektronický obvod.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen (1) použít základní metody pro analýzu elektronických obvodů v stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, (2) využít pokročilé metody pro toleranční analýzu a optimalizaci, (3) kompletně navrhnout elektronický obvod a provést jeho charakterizaci.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti základů elektronických prvků (pasivní a polovodičové prvky) a elektronických obvodů (základní zákony a zapojení elementárních obvodů).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Studenti mohou získat během semestru 35 bodů za aktivní práci v počítačových cvičeních. Za individuální projekt je uděleno maximálně 35 bodů, za půlsemestrální test lze získat dalších 30 bodů.

Osnovy výuky

1. Jazyk Spice: syntaxe, definice prvků, makroobvody, modely, knihovny.
2. Metody pro simulaci obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, volba počátečních podmínek, nastavení parametrů simulace.
3. Pokročilé funkce postprocesoru.
4. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ.
5. Optimalizace. Symbolická analýza.
6. Modelování elektronických prvků a soustav
7. Formální modely složitých struktur, operační zesilovače.
8. Řešení zpětné vazby, stability a kompenzace.
9. Návrh oscilátorů.
10. Návrh analogových frekvenčních filtrů.
11. Analýza vlivu parazitních vlastností aktivních prvků.
12. Návrh a optimalizace tranzistorových obvodů.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními metodami a programy pro počítačové řešení, návrh a optimalizaci elektronických obvodů a systémů, s vytvářením simulačních modelů základních prvků a komplexnějších subsystémů, s návrhem elementárních obvodů s transistory a operačními zesilovači.

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

KOLKA, Z. Simulace elektronických obvodů v PSpice. Skriptum VUT v Brně, 2012. (CS)
MALIK, N. R. Electronic Circuits: Analysis, Simulation, and Design. Prentice Hall, 1995. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-EST , 2 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

1. Jazyk Spice: syntaxe, definice prvků, makroobvody, modely, knihovny.
2. Charakterizace obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, volba počátečních podmínek. Optimalizace.
3. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ.
4. Modelování elektronických prvků a soustav, operační zesilovače.
5. Zpětná vazba a stabilita.
6. Počítačový návrh analogových frekvenčních filtrů.
7. Řešení základních obvodů s tranzistory.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

1. Úvod do programového systému PSpice. Charakteristiky prvků, pracovní bod, malosignálové parametry.
2. Tvorba modelů.
3. Pokročilé funkce postprocesoru. Kmitočtové charakteristiky.
4. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, analýza nejhoršího případu. Návrh požadovaných tolerancí prvků.
5. Modelování operačního zesilovače.
6. Analýza smyčky zpětné vazby u obvodů s operačním zesilovačem, kompenzace.
7. Návrh kmitočtového filtru - kompletní postup včetně toleranční analýzy.
8. Vliv reálných vlastností operačního zesilovače na vlastnosti filtru.
9. Návrh RC oscilátoru, stabilizace amplitudy.
10. Tranzistorový zesilovač: návrh, symbolická analýza, stabilita.
11. Optimalizace při návrhu obvodů.
12. Práce na samostatných úlohách.