čeština

Absolvent předmětu je schopen samostatně navrhnout a prakticky realizovat základní elektronický obvod pro úpravu a zpracování analogového signálu ze snímačů nejčastěji měřených fyzikálních veličin, dokáže popsat základní postupy pro sběr a zpracování dat s využitím virtuální instrumentace. Dokáže identifikovat specifika návrhu obvodů pro jednotlivé typy fyzikálních převodníků a aplikovat je při teoretickém návrhu. Je schopen analyzovat základní obvodová řešení zpracování signálů ze snímačů s operačními zesilovači s počítačovou podporou v prostředí Multisim. Dokáže ovládat toto simulační prostředí a využít základní analýzy pro zjištění a ověření vlastností řešeného elektronického obvodu. Umí popsat vývojovou platformu NI Elvis a dokáže ji využít pro prototypový návrh a ověření elektronického obvodu se základními elektronickými součástkami a operačními zesilovači. Dokáže otestovat prakticky vytvořený elektronický obvod, srovnat výsledky se simulačním modelem a znázornit základní statické a dynamické parametry obvodu (pracovní bod, frekvenční charakteristiky, atd.). Je schopen popsat používaná elektrická rozhraní snímačů a vysvětlit základní principy A/D převodníků používané v elektronických obvodech snímačů fyzikálních veličin.

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen vysvětlit princip činnosti základních pasivních a aktivních elektronických součástek, definovat jejich základní vlastnosti a umět je využít v základních elektronických obvodech. Dále by měl být schopen vyjmenovat základní zákony a pravidla pro řešení lineárních elektronických obvodů a využít je pro jejich řešení. Dokázal definovat základní přenosové parametry pasivních dvojbranů, vypočítat a znázornit jejich frekvenční charakteristiky. Uměl vysvětlit princip jednoduchého operačního zesilovače a znázornit jeho základní vnitřní strukturu. Dokázal vyjmenovat základní typy A/D převodníků a popsat princip funkce D/A převodníků. Měl by být schopen definovat měřicí systém založený na virtuální instrumentaci a popsat základní možnosti vytvoření takového systému s využitím vývojového prostředí LabVIEW.
Student by měl disponovat takovými jazykovými znalostmi, aby porozuměl studijním materiálům i v anglickém jazyce.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratoře.

Až 40 bodů za laboratorní cvičení, v následující skladbě:
- až 5 bodů (2+3) ze dvou krátkých praktických úkolů v prostředí Multisim,
- až 5 bodů (2+3) ze dvou krátkých praktických úkolů při využívání platformy NI Elvis,
- až 10 bodů za teoretický test znalostí ovládání simulačních, vývojových a prototypových softwarových nástrojů pro řešení elektronických obvodů, sběr a zpracování signálů,
- až 10 bodů ze samostatného teoretického návrhu el. obvodu s využitím simulace v Multisim,
- až 10 bodů ze samostatné realizace a ověření vlastností el. obvodu na platformě NI Elvis.
Pro získání zápočtu z předmětu a možnosti přistoupit k závěrečné zkoušce je nutné získat alespoň polovinu bodů z laboratorních cvičení, tzn. 20 bodů.
Až 60 bodů za písemnou zkoušku.

1. Úvod do problematiky návrhu analogových obvodů pro zpracování signálů ze snímačů.
2. Nástroje pro simulaci a analýzu elektronických obvodů. MultiSIM. Softwarové prostředky pro sběr a zpracování signálů. LabVIEW.
3. Hardwarové a softwarové prostředky pro praktický návrh elektronických obvodů a sběr analogových a digitálních signálů. NI ELVIS.
4. Snímače neelektrických veličin jako elektronické obvodové prvky (aktivní, pasivní).
5. Zapojování snímačů - použití můstků, proudových zdrojů, zesilovačů a filtrů.
6. Zesilovače (operační, přístrojové, nábojové). Můstková zapojení snímačů (odporové, kapacitní, indukčnostní).
7. Pasivní snímače - obvodová řešení pro snímače teploty, polohy. Snímače s vysokou impedancí.
8. Pasivní snímače II - obvodová řešení pro odporové snímače mech. deformace, síly, tlaku a průtoku.
9. Aktivní snímače - obvodová řešení pro termočlánky, fotodiody.
10. Aktivní snímače II - obvodová řešení pro snímače polohy, rychlosti a zrychlení.
11. Proudové smyčky, smíšená a izolovaná rozhraní.
12. Převodníky pro digitalizaci analogových signálů.
13. Snímače s digitálním rozhraním (I2C, SPI,…).

Cílem předmětu je zvládnutí základních teoretických i praktických dovedností pro samostatný návrh analogových obvodů zejména pro zpracování signálů ze snímačů. Získat praktické zkušenosti s programovým vybavením pro teoretický návrh a simulaci analogových obvodů, o hardwarových a softwarových prostředcích pro úpravu a digitalizaci analogových signálů ze snímačů a se základními metodami pro vyhodnocení naměřených dat.

Povinná účast na laboratorních cvičeních, v případě neúčasti je možno doplnit zameškanou látku náhradním cvičením v daném týdnu nebo samostatným studiem literatury. Tolerují se dvě omluvené neúčasti.

JURÁNEK, A. MultiSIM - Elektronická laboratoř na PC. BEN - technická literatura, Praha, 1. vydání, 2008. 288 s. ISBN 978-80 7300-194. (CS)
KESTER, W. Practical design techniques for sensor signal conditioning. Analog Devices, Inc., USA, 1999. ISBN 0-916550-20-6. (EN)
PUNČOCHÁŘ, J. Operační zesilovače v elektronice. BEN - technická literatura, Praha, 5. vydání, 2002. 288 s. ISBN 80 7300-058-X. (CS)
VEDRAL, J., SVATOŠ, J. Zpracování a digitalizace analogových signálů v měřicí technice. Nakladatelství ČVUT Praha, 1. vydání, 2018. ISBN 978-80-01-06424-5. (CS)

KABEŠ, K. Operační zesilovače v automatizační technice. SNTL - Nakladatelství technické literatury n. p. Praha, 1. vydání, 1989. 260 s. (CS)
KŘIŠŤAN, L., VACHALA, V. Příručka pro navrhování elektronických obvodů. SNTL - Nakladatelství technické literatury n. p. Praha, 1. vydání, 1982. 400 s. (CS)
SHEINGOLD, D. H. Transducer Interfacing Handbook - A Guide to Analog Signal Conditioning. Analog Device, Inc., USA, 1. vydání, březen 1980. 231 s. ISBN 0 916550-05-2. (EN)