Detail předmětu

Modelování a simulace obvodů

FEKT-BPC-ESIAk. rok: 2025/2026

Studenti se seznámí se základními principy počítačové simulace elektronických obvodů a systémů. 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. Předmět zahrnuje základní principy modelování pasivních a aktivních prvků, modelování neelektrických soustav na základě analogií a modelování smíšených soustav s diskrétním a spojitým časem. Metody a postupy jsou demonstrované na návrhu a charakterizaci základních elektronických obvodů (zesilovače, oscilátory, filtry, spínané zdroje).  

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti základů elektronických prvků (pasivní a polovodičové prvky) a elektronických obvodů (základní zákony, funkce a návrh elementárních obvodů). 

 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

max. 30 bodů za aktivní práci v počítačových cvičeních

max. 20 bodů za půlsemestrální test

max. 50 bodů za zkoušku (minimální počet bodů je 10)

 


Kontrolovaná výuka zahrnuje počítačová cvičení. Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.  

 

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními metodami a programy pro počítačovou simulaci, návrh a optimalizaci elektronických obvodů a systémů, s vytvářením simulačních modelů základních prvků a komplexnějších subsystémů. 

 

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) simulovat neelektrické systémy na základě analogií, (6) vytvořit simulační model pro elementární prvek nebo komplexní subsystém, (7) kompletně navrhnout jednoduchý elektronický obvod a provést jeho charakterizaci. 

 

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 BPC-EMU bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-EKT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

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. Simulace obvodů ve stejnosměrné, střídavé a časové oblasti.

3. Pokročilé funkce postprocesoru, export dat.

4. Toleranční a citlivostní analýza, Monte Carlo, nejhorší případ.

5. Řešení zpětné vazby, stability a kompenzace.

6. Optimalizace.

7. Šumová analýza.

8. Symbolická analýza a její využití při návrhu.

9. Základy modelování elektronických prvků, identifikace modelů.

10. Formální modely složitých struktur, operační zesilovače.

11. Neelektrické soustavy, využití analogií (tepelné a mechanické soustavy).

12. Modelování smíšených analogově-číslicových soustav.

13. Modelování spínaných soustav.


Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Osnova

1. Úvod do programového systému PSpice.

2. Tvorba modelů a značek.

3. Pokročilé funkce postprocesoru.

4. Toleranční a citlivostní analýza a syntéza.

5. Analýza smyčky zpětné vazby u obvodů s operačním zesilovačem, kompenzace.

6. Návrh a charakterizace RC oscilátoru.

7. Vliv reálných vlastností operačního zesilovače na vlastnosti obvodu.

8. Identifikace modelu součástky podle změřených charakteristik.

9. Modelování operačního zesilovače.

10. Optimalizace.

11. Teplotní model a jeho analýza.

12. Číslicové systémy.

13. Simulace spínaných zdrojů.