Detail předmětu

Design of Electronic Circuits

FEKT-BPA-DECAk. rok: 2021/2022

Předmět se věnuje základním pasivním i aktivním součástkám pro elektronické obvody. Popisuje principy, vlastnosti a aplikace reálných součástek a seznamuje s jejich základním portfoliem. V předmětu jsou uvedeny základní zapojení analogových obvodů s bipolárními i unipolárními tranzistory a s operačními zesilovači. U těchto zapojení jsou uváděny jejich parametry, vlastnosti i oblasti využití. Důraz je kladen na způsob výběru vhodných typů součástek. V předmětu jsou dále popisovány zásady konstrukce elektronických obvodů z hlediska problematiky jejich napájení, minimalizace parazitních jevů a chlazení jednotlivých součástek. Jsou popsány i základy konstruování obvodů, jako návrh DPS, problematika chlazení součástek, ochrana proti přepětí a přetížení.
Cvičení i laboratoře jsou zaměřena na procvičení praktických návrhů základních typů obvodů a výběru vhodných součástek.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Absolvent získá znalosti základního portfolia pasivních a aktivních součástek pro analogové elektronické obvody. Bude umět vybrat konkrétní vhodné typy součástek pro navrhovanou aplikaci podle katalogových údajů a bude znát aplikační zásady pro různé obvodové prvky. Student bude umět aplikovat typická obvodová zapojení s bipolárními i unipolárními tranzistory a s operačními zesilovači. Naučí se navrhovat jednodušší elektronické analogové obvody včetně jejich napájecích zdrojů, verifikovat vlastnosti navrženého obvodu pomocí obvodového simulátoru a případně optimalizovat požadované parametry. Naučí se vyhledávat a eliminovat možné problémy v návrhu obvodů i desek plošných spojů. Absolvent bude schopen navrhnout vhodné řešení signálových a napájecí rozvodů, vhodný způsob odvodu tepla z výkonových součástek.

Prerekvizity

Student musí pro úspěšné zvládnutí předmětu ovládat obsah předmětu Elektrotechnika 1 a 2. Vhodná je i základní znalost fyziky polovodičů.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači. a laboratorní cvičení. Předmět využívá e-learning.

Způsob a kritéria hodnocení

Celkové hodnocení předmětu max. 100 bodů. Z toho celkem 30 b. za písemné testy ve cvičeních a 70 b. za závěrečnou písemnou zkoušku. Podmínkou udělení zápočtu je zisk minimálně 15 b. z testů. Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50.

Osnovy výuky

1. Pasivní elektronické součástky. Reálné pasivní součástky: rezistor, kondenzátor, cívka, transformátor. Parazitní vlastnosti, náhradní obvody, oblasti použití, vlastní šum. Spolehlivost reálných součástek.
2. Přechod PN a diody. Přechod PN v propustném a závěrném směru. Mechanismus přenosu proudu v propustném a v závěrném směru. Kapacita přechodu PN. AV charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN a jejich využití. Typy diod, jejich vlastnosti a užití: usměrňovací, stabilizační, Schottkyho, transil a další speciální typy.
3. Bipolární tranzistor (BT): struktura, režimy činnosti, modely. Základní vlastnosti zapojení SE, SC, SB a jejich vlastnosti. Soustava charakteristik BT. Mezní parametry BT. Stabilizace pracovního bodu BT.
4. Unipolární tranzistor (FET): struktura, režimy činnosti a modely. Porovnání s BT. Základní vlastnosti tranzistorů J-FET, MOSFET. Výkonové tranzistory. Tranzistor IGBT: struktura, vlastnosti.
5. Obvody s tranzistory. Napěťový zesilovač s bipolárním tranzistorem v zapojení SE: nastavení pracovního bodu, napěťové zesílení a vstupní odpor. Zesilovač třídy, A, B, AB. Emitorový sledovač. Rozdílový zesilovač s BT. BT jako spínač. BT jako proudový zdroj. Proudové zrcadlo. Darlingtonovo zapojení. FET jako zesilovač. FET jako spínač: vlastnosti, aplikace - analogové a digitální spínače, multiplexery. FET jako řízený odpor.
6. Operační zesilovače. Základní vlastnosti OZ – ideální operační zesilovač. Vlastnosti reálného operačního zesilovače. Zpětná vazba, stabilita obvodu. Invertující a neinvertující zapojení. Vlastnosti OZ se vstupními obvody BT a FET. Typy výstupních obvodů OZ. Šumy operačních zesilovačů. Zásady pro práci s OZ.
7. Obvody s operačními zesilovači. Rozdílový a součtový zesilovač s OZ, sledovač. Přístrojový zesilovač. Oddělovací zesilovač. Aktivní usměrňovač s OZ. Integrační a derivační zesilovač. Komparátor, komparátor s hysterezí. Převodníky I/U, funkční převodníky. Oscilátory s OZ. Aktivní kmitočtové filtry.
8. Stabilizátory napětí a proudu. Usměrňovače a filtry v napájecích zdrojích. Parametrické stabilizátory napětí. Lineární stabilizátory napětí. Napěťové reference. Pevné a nastavitelné lineární integrované stabilizátory napětí. Stabilizátory proudu. Spínané stabilizátory: principy, základní zapojení a vlastnosti.
9. Aplikační zásady při návrhu analogových elektronických obvodů. Výběr součástek a aplikační zásady. Napájení a zemnění v reálných obvodech. Signálové rozvody. Parazitní jevy a jejich potlačení. Napěťový a výkonový derating součástek. Ochrana proti přepětí a přetížení. Chlazení elektronických součástek. Časté chyby při návrhu analogových obvodů.
10. Konstrukce a plošné spoje. Plošný spoj: způsob návrhu, technologie montáže, základní zásady návrhu DPS a časté chyby. Technologie pájení. Chyby pájení.
11. Optoelektronické součástky. Polovodičové detektory záření – fotoodpor, fotodioda, PIN a lavinová dioda, fototranzistor. LED, laserová dioda. Zobrazovače a snímače obrazu. Optron.
12. Časovače a oscilátory. Multivibrátory. Zpětnovazební a regenerativní oscilátory.
13. Speciální elektronické součástky. Speciální pasivní součástky: varistor, termistor, fotorezistor, Peltiérův článek . Vícevrstvé spínací struktury. Tyristor, základní struktura, funkce, náhradní schéma. AV charakteristika tyristoru. Spínání a vypínání tyristoru. Speciální druhy tyristorů. Triak, diak, trisil.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s portfoliem základních reálných elektronických součástek, s jejich vlastnostmi a použitím, dále se základními analogovými obvody s tranzistory a operačními zesilovači a s obvody pro napájení elektronických obvodů. Studenti se seznámí s praktickými zásadami konstrukce elektronických obvodů a zařízení.

Základní literatura

BOYLESTAD, R. L. Introductory Circuit Analysis (13th Edition). Pearson 2015. ISBN 978-1292098951 (EN)
HOROWITZ, P.; HILL, W. The Art of Electronics (2nd Edition). Cambridge University Press, 1989. ISBN 978-0-521-37095-7 (EN)
LINEAR TECHNOLOGY: Analog Circuit Design - A Tutorial Guide to Applications and Solutions. Linear Technology, 2011. ISBN 978-0-12-385185-7 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech