Detail předmětu

Elektronické filtry

FEKT-BKC-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

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent 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

Jsou požadovány středoškolské znalosti matematiky (operace se zlomky, řešení soustavy lineárních rovnic, algebraické úpravy rovnic, Laplaceova transformace) a elektroniky (princip pasivních a základních aktivních součástek), sestavení diferenciálních rovnic jednoduchého obvodu rovněž patří mezi požadované schopnosti.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle), kde studenti naleznou veškeré studijní materiály.

Způsob a kritéria hodnocení

Jedno počítačové cvičení (6 bodů) a laboratorní měření (6 bodů) během semestru, čtyři samostatné úkoly po šesti bodech (24 bodů), písemná závěrečná zkouška (64 bodů).

Osnovy výuky

1. Základy časově spojité filtrace, typy kmitočtových filtrů a jejich základní parametry.
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

Cílem předmětu je seznámit studenty s problematikou filtrace spojitých signálů a návrhu pasivních i aktivních analogových filtrů pro praktické aplikace v kmitočtových pásmech do 100 MHz.

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

T. DOSTÁL: Elektrické filtry - počítačová cvičení. Elektronická skripta. UREL, 2004. (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BKC-EKT bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

Pasivní a aktivní filtrační obvody, přenosové funkce a jejich nulové body a póly, fázovací články a kmitočtové korektory, fraktální filtry, filtry se syntetickými prvky, filtry se spínanými kapacitory, SAW filtry, krystalové a monolitické filtry

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

Aplikace programů Mathcad, Matlab, Snap, NAF a Orcad Pspice na problematiku kompletní analýzy kmitočtových struktur.

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

Měření kmitočtových charakteristik pasivních a aktivních filtrů, zjišťování význačných kmitočtů, posuzování praktické využitelnosti jednotlivých struktur.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz