Detail předmětu

Modelování a simulace elektronických obvodů

FEKT-BKC-ESIAk. rok: 2021/2022

Studenti se seznámí se základními principy návrhu elektronických obvodů s využitím počítačové simulace. Naučí se používat programy třídy Spice pro řešení obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti, pro analýzu vlivu tolerancí prvků na chování obvodu, pro vyšetřování stability 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

5

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, (3) provádět optimalizaci, (4) využívat symbolickou analýzu včetně automatického zjednodušování, (5) provádět teplotní analýzu, (6) vytvořit simulační model pro elementární prvek nebo komplexní subsystém, (7) kompletně navrhnout jednoduchý elektronický obvod a provést jeho charakterizaci.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti základů elektronických prvků (pasivní a polovodičové prvky) a elektronických obvodů (základní zákony, zapojení elementárních obvodů). Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

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 vypracuje 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. Simulace obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti. 3. Pokročilé funkce postprocesoru, export dat. 4. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ. 5. Optimalizace. 6. Teplotní analýza. 7. Symbolická analýza a její využití při návrhu. 8. Základy modelování elektronických prvků, identifikace modelů. 9. Formální modely složitých struktur, operační zesilovače. 10. Řešení zpětné vazby, stability a kompenzace. 11. Návrh a optimalizace obvodů s operačními zesilovači. 12. Analýza vlivu parazitních vlastností aktivních prvků. 13. 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

BIOLEK, D.: Řešíme elektronické obvody. Praha: BEN, 2004. (CS)
KOLKA, Z.; BIOLEK, D.; BIOLKOVÁ, V.; BIOLEK, Z. Modelování a simulace pomocí PSpice. Brno: Tribun EU, 2011. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

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. Optimalizace.
3. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ. Teplotní analýza.
4. Modelování elektronických prvků a soustav, operační zesilovače. Symbolická analýza.
5. Zpětná vazba a stabilita.
6. Návrh a optimalizace obvodů s operačními zesilovači.
7. Návrh a optimalizace tranzistorových obvodů.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

1. Úvod do programového systému PSpice.
2. Tvorba modelů.
3. Pokročilé funkce postprocesoru.
4. Toleranční a citlivostní analýza a syntéza.
5. Identifikace modelu součástky podle změřených charakteristik.
6. Modelování operačního zesilovače.
7. Analýza smyčky zpětné vazby u obvodů s operačním zesilovačem, kompenzace.
8. Návrh a charakterizace RC oscilátoru.
9. Tranzistorový zesilovač: návrh, symbolická analýza, stabilita.
10. Optimalizace. Teplotní model a jeho analýza.
11. Návrh kmitočtového filtru.
12. Vliv reálných vlastností operačního zesilovače na vlastnosti filtru.
13. Práce na samostatných projektech.