Detail předmětu

Elektrotechnika a elektronika ve fyzikálním experimentu

FSI-TEFAk. rok: 2023/2024

Kurz se zabývá vlastnostmi prvků elektronických obvodů a jejich použitím v experimentální praxi. Pozornost je věnována měřicím přístrojům, generátorům a čítačům, filtrům, zpětnovazebním prvkům, zpracování signálů a převodníkům D/A a A/D. Teoretický výklad je výrazně podpořen praktickými aplikacemi ve cvičení.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Josef Lazar, Dr.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Vstupní znalosti

Základní elektrické a magnetické veličiny (elektrický náboj a elektrický proud, vektory elektromagnetického pole, integrální veličiny - elektrické napětí, magnetické napětí, elektrický indukční tok, magnetický indukční tok). Základy elektromagnetizmu (Coulombův zákon, Biot-Savartův zákon, Faradayův zákon, Ampérův zákon). Elektrické a magnetické vlastnosti látek.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Studenti mají za úkol navrhnout řešení konkrétního problému, mají na přípravu stanovený čas a následuje diskuse se zkoušejícím o navrženém řešení.
Vymezení kontrolované výuky: kontrola účasti na začátku laboratorní výuky, bodová klasifikace zpracovaných laboratorních měření, bodová klasifikace ze dvou kontrolních testů během semestru.
Zameškanou laboratorní výuku lze v omluvených případech nahradit: během semestru s jinou skupinou nebo na konci semestru jsou vypisovány vedením ústavu náhradní termíny laboratorních cvičení.

Učební cíle

Předmět umožňuje studentům navázat na poznatky z dřívějšího studia a tyto rozšířit a především prohloubit o uvedené oblasti.
Studenti se seznámí se základy moderní elektrotechniky a elektroniky, které jsou nutné pro studium dalších odborných předmětů a především pro zvládnutí budoucí technické praxe.
Studenti, jejichž primární zaměření je fyzikálně-technické, získají základní povědomí o elektronice včetně konstrukčních návodů řešení modelových případů. Hlavní zaměření směřuje do laboratorní fyzikální praxe.

Základní literatura

Balabanian N.: Electric Circuits, McGraw-Hill, 1994

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-FIN-P bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Polčák, Ph.D.
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Osnova

Elektronické obvody
Elektronické měřicí přístroje - Multimetry, osciloskopy, generátory a čítače
Kapacita a indukčnost - Filtry, derivační a integrační členy
Tranzistory a zesilovače - Charakteristiky tranzistorů, základní zapojení tranzistorových zesilovačů
Diody - Usměrňovače, filtry a stabilizátory napětí, zdroje
Operační zesilovače - Zpětná vazba, základní zapojení operačních zesilovačů
Měření neelektrických veličin - Základní principy elektrických měření, převodníky fyzikálních veličin
Základy zpracování signálu - Měřicí řetězec, dynamika signálu, šum a druhy šumu, typické možnosti vzniku rušení a jejich potlačení
Spektrální analýza - Periodický a neperiodický signál
Digitálně-analogový a analogově digitální převod - Principy AD / DA převodníků, vzorkování, aliasing
Regulace a automatizace - Základní pojmy, spojitá a nespojitá regulace, Laplaceova transformace, základní typy regulátorů

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.
Ing. Josef Polčák, Ph.D.

Osnova

1. Úvod
Bezpečnost práce v laboratořích elektrotechniky
Seznámení s pracovištěm a organizací práce
2. Odporové děliče a bočníky
Měření napětí a proudu na děličích
Použití bočníku k měření proudu
3. Kapacita a indukčnost v obvodu
Měření RC a LC článku
4. Tranzistorový zesilovač
Zesilovač v zapojení se společným emitorem
Vliv kolektorového odporu na zisk
5. Usměrňovač, stabilizátory napětí
Můstkový usměrňovač
Závislost zvlnění výstupního napětí na odběru
Stabilizace Zenerovou diodou
6. Operační zesilovač
Invertující zesilovač
7. Teploměr s termistorem a operační zesilovač
Zapojení, měření charakteristiky
8. Zesilovač malého signálu
Čidlo intenzity světla s operačním zesilovačem
Vliv šumu a indukovaného rušení
9. Spektrální analyzátor
Zobrazení spekter jednoduchých periodických signálů
Spektrum radiových signálů na anténě
10. A/D a D/A převodníky
Aliasing při zobrazení osciloskopem
11. Regulátor s operačním zesilovačem
Regulátor teploty s operačním zesilovačem (typu P, PI)