Detail předmětu
Elektronické filtry
FEKT-BPC-ELFAk. rok: 2021/2022
Analogové filtry jsou stále nedílnou součástí všech složitějších elektronických zařízení. Jejich analýza a proces návrhu tak patří mezi základní, aplikačně zaměřené, dovednosti bakalářů. V předmětu jsou vyučovány pasivní a aktivní filtrační struktury s tradičními i nekonvenčními funkčními bloky (syntetické induktory, prvky známé jako FDNR, superinduktory), filtry využívající speciální fyzikální principy (SAW, krystalové filtry) a filtry založené na spínaných dějích (spínané kapacitory). Z hlediska praktické použitelnosti se jedná o setrvačné elektronické systémy zpracovávající v reálném čase spojité signály o kmitočtech do zhruba 100MHz. V počítačových cvičeních je řešena problematika analýzy a syntézy typických zapojení filtrů pomocí dostupných programů (Orcad Pspice, Snap, NAF, Matlab, Mathcad) včetně optimalizace návrhu filtru z různých hledisek.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
1. rozumí základním vlastnostem elektrických filtrů a principu filtrace v časové i kmitočtové oblasti
2. umí interpretovat libovolnou přenosovou funkci a odvodit příslušné kmitočtové charakteristiky
3. je schopen navrhnout pasivní i aktivní filtr pro danou aplikaci včetně výpočtu numerických hodnot všech součástek
4. popsat funkci krystalových a SAW filtrů i struktur se spínanými kapacitory
5. kompletně analyzovat a navrhovat filtrační obvod na počítači, případně prakticky změřit jeho kmitočtové charakteristiky
Prerekvizity
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
Způsob a kritéria hodnocení
Osnovy výuky
2. Přenosové funkce bilineárních filtračních obvodů.
3. Přenosové funkce bikvadratických filtrů.
4. Pasivní filtry RC a RLC.
5. Návrh pasivních příčkových filtrů podle tolerančního pole.
6. Aktivní prvky používané ve filtračních obvodech, základní struktury aktivních filtrů.
7. Gm-C topologie filtrů, multifunkční filtry.
8. Elektronicky rekonfigurovatelné filtry, teorie a praxe.
9. Všepropustné fázovací články, vlastnosti a různá zapojení.
10. Filtry pro audio aplikace, ekvalizéry a filtry necelistvého matematického řádu.
11. Imitanční konvertory a invertory, syntetické funkční bloky, příklady použití.
12. Filtry se spínanými kapacitory, vlastnosti a praktické využití.
13. Krystalové filtry, SAW filtry a electromechanické koncepce.
Učební cíle
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Základní literatura
Doporučená literatura
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-AMT bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
- Program BPC-AUD bakalářský
specializace AUDB-TECH , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program BPC-EKT bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program BPC-IBE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
- Program BPC-MET bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program BPC-SEE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
- Program BPC-TLI bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
2. RLC filtry druhého řádu. Pasivní filtry RC.
3. RLC filtry vyšších řádů a prostředky k jejich návrhu.
4. Aktivní prvky a funkční bloky ve filtrech a jejich modelování.
5. Základní bikvady (DP, HP, PP) s jedním operačním zesilovačem.
6. Filtry s více aktivními prvky.
7. Eliptické ARC bikvady a pásmové ARC zádrže.
8. Návrh filtrů ARC vyšších řádů, kaskádní syntéza.
9. Filtry s funkčními bloky a syntetickými prvky.
10. Fázovací (všepropustné) dvojbrany a korektory.
11. Elektrické filtrační obvody se spínanými kapacitory.
12. Elektromechanické, piezoelektrické a EF s povrchovou vlnou.
13. Optimalizace navrženého filtru. Přelaďování a nastavování parametrů filtrů.
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Návrh pasivních filtrů RLC vyšších řádů. Program NAF.
3. Analýza vybraného typu aktivního filtru.
4. Optimalizace navrženého filtru.
5. Porovnání citlivostí aktivních a pasivních filtrů.
6. Hierarchické modelování aktivní prvků a funkčních bloků.
7. Bikvady s jedním a více aktivními prvky. Studium parazitních jevů na vf.
8. Přelaďování a nastavování parametrů aktivních filtrů, zvyšování Q.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Pasivní RLC příčkové filtrační struktury vyšších řádů.
3. Aktivní dolní propust Sallen-Key with operational amplifier.
4. Syntetické prvky ve filtračních aplikacích s nezávislým nastavováním parametrů.
5. Kerwin-Huelsman-Newcomb filtr s transadmitančními zesilovači.
6. Univerzální filtr čtvrtého řádu vícesmyčkové integrátorové struktury.
7. Bikvadratický filtr v proudovém režimu.
8. Obvody se spínanými kapacitory - univerzální integrovaný SC filtr.
Elearning