Detail předmětu

Konstrukce elektronických zařízení

FEKT-BPC-KEZAk. rok: 2019/2020

Konstrukce a vlastnosti signálových spojů, napájecí 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 (RLC, přepěťové a nadproudové ochrany, konektory), operační zesilovače, komparátory, A/D a D/A převodníky, vzorkovače s pamětí, číslicové obvody. Mechanická konstrukce: řídicí, ovládací a indikační prvky - rozmístění na předním panelu, konstrukce přístrojových skříní, odvod tepla, termostaty. Plošné spoje, připojování vodičů a součástek, ruční a strojní pájení. Bezpečnostní požadavky na konstrukci přístrojů. Metodika oživování elektronických přístrojů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

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 probíraných problémů 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 seznámen s aplikačními zásadami a doporučeními pro různé pasivní a aktivní elektronické obvodové prvky. Bude obeznámen s principy návrhu konstrukčního řešení přístrojových skříní včetně rozvržení ovládacích a indikačních prvků na předním panelu. Seznámí se s návrhem chlazení výkonových prvků včetně odvodu tepla z přístrojových skříní. Naučí se základní metodiku oživování elektronických systémů a hledání závad.

Prerekvizity

Jsou požadovány základní znalosti z teoretické elektrotechniky a elementární základy z analogové a číslicové techniky.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a konstrukční cvičení. Student odevzdává během semestru jeden samostatný projekt z konstrukčních cvičení. Předmět využívá e-learning (Moodle).

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.


Zkouška z předmětu bude probíhat distančně.

Osnovy výuky

1. Konstrukce signálových spojů
2. Konstrukce napájecích rozvodů: rozvody k jednotlivým systémům, rozvody na DPS, blokování napájení analogových a číslicových obvodů
3. Rozvody společného vodiče - země, galvanické oddělení zemí jednotlivých systémů: nf transformátorem, impulsním transformátorkem, optoelektronicky, digitálním izolátorem s oddělovacími kapacitory
4. Stínění elektrického pole, magnetického pole, ekvipotenciální stínění
5. Výběr součástek a aplikační zásady: pasivní prvky RLC, konektory, piezoelektrické krystalové jednotky, přepěťové a nadroudové ochrany, operační zesilovače, komparátory, S/H obvody, převodníky A/D a D/A, číslicové obvody
6. Mechanická konstrukce: ovládací a indikační prvky a jejich rozmístění, typy přístrojových skříní, odolnost zařízení vůči namáhání rázem a vibracemi, odolnost proti různým prostředím, EMC ochrana
7. Odvod tepla ze součástek a z přístrojových skříní, teplotní stabilizace (termostaty)
8. Metody připojování součástek - ruční a strojní pájení, vady pájených spojů
9. Bezpečnostní požadavky na konstrukci
10. Oživování přístrojů: hledání závad v analogových obvodech, hledání závad v číslicových obvodech

Učební cíle

Seznámit se s praktickými zásadami konstrukce elektronických přístrojů a zařízení jak po stránce elektrické, tak i mechanické. V rámci cvičení se student seznámí s počítačovým návrhem plošných spojů. 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, Kamil. Konstrukce elektronických zařízení. Elektronická skripta, Brno: VUT v Brně 2017

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-ZVUK , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program BPC-TLI bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-AMT bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-SEE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-MET bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-IBE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program BPC-EKT bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-TECH , 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

1. Konstrukce signálových spojů
2. Konstrukce napájecích rozvodů: rozvody k jednotlivým systémům, rozvody na DPS, blokování napájení analogových a číslicových obvodů
3. Rozvody společného vodiče - země, galvanické oddělení zemí jednotlivých systémů: nf transformátorem, impulsním transformátorkem, optoelektronicky, digitálním izolátorem s oddělovacími kapacitory,
5. Stínění elektrického pole, magnetického pole, ekvipotenciální stínění
6. Výběr součástek a aplikační zásady: pasivní prvky RLC, konektory, piezoelektrické krystalové jednotky, přepěťové a nadroudové ochrany, operační zesilovače, komparátory, S/H obvody, převodníky A/D a D/A, číslicové obvody
7. Mechanická konstrukce: ovládací a indikační prvky a jejich rozmístění, typy přístrojových skříní, odolnost zařízení vůči namáhání rázem a vibracemi, odolnost proti různým prostředím, EMC ochrana
8. Odvod tepla ze součástek a z přístrojových skříní, teplotní stabilizace (termostaty)
9. Metody připojování součástek - ruční a strojní pájení, vady pájených spojů
10. Bezpečnostní požadavky na konstrukci
11. Oživování přístrojů: hledání závad v analogových obvodech, hledání závad v číslicových obvodech

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Hanák, Ph.D.

Osnova

Systém Autodesk Eagle pro návrh desek plošných spojů (DPS), základní charakteristiky, limity studentské verze.
Control panel: založení nového projektu a schématu, práce s editorem schématu.
Možnosti zadávání příkazů: standardní ikony, příkazový řádek a menu Assign, kontextové menu.
Kreslicí hladiny v editoru schématu, kontrola zapojení schématu (Electrical Rule Check).
Práce s editorem desky, popis hladin, vygenerování nové DPS ze schématu, techniky rozmisťování součástek na složitých deskách.
Konzistence schématu a desky (forward and back annotation), kontrola správnosti návrhu (Design Rule Check = DRC).
Konstrukční třídy plošných spojů, nastavení DRC podle vybrané konstrukční třídy.
Pokročilejší postupy: třídy spojů (Net Classes), řešení zemního rozvodu na DPS.
Ladění délek spojů (příkaz Meander), diferenciální páry, jejich výpočet a realizace na DPS.
Editor knihoven, vnitřní struktura knihoven v Eagle (Symbol, Package, Device).
Generování výrobních dat, nepájivá maska, servisní potisk atd. Datové formáty EPS, Gerber, Excellon.
Automatizace úloh v Eagle: skripty (SCR) a uživatelské programy (ULP).
Test v hodině (návrh jednoduché desky).
Individuální domácí projekt.