ELEKTRONICKÉ OBVODY

48 hodin, přizpůsobeno pro dvoutýdenní pravidelnou výuku v 12 týdnech podle schématu "P NC, P LC".

 
rozpis výuky přehled látky podmínky zápočtu literatura
 

Ukázka možné formy písemné části zkoušky

 

Rozpis výuky

 

téma hodin přednášky (P)

numerická cvičení (NC)

 laboratorní cvičení (LC)
1 2 Klasifikace a základní vlastnosti signálů a systémů, Fourierova řada, spektra periodických signálů.    
2 2 Spektrum obdélníkového signálu a ořezaného harmonického signálu.  
3 2 Fourierova transformace a její aplikace k spektrálnímu popisu impulsů.    
4 2     Spektrální analýza a syntéza zadaných periodických signálů.
5 2 Analýza tranzistorových obvodů a obvodů s OZ + prac. bod tranzistoru.    
6 2   Vlastnosti FT, tranzistor. zes. a jeho analýza.  
7 2 Lineární, nelineární a linearizované obvody a jejich modelování. Úvod do LO.    
8 2     Pracovní bod a jeho pohyb.
9 2 Vstupně-výstupní popis obecných lineárních obvodů+LT, úvod do kmitočtových filtrů.    
10 2   Analýza s OZ, kmitočtové filtry 1. a 2. řádu.  
11 2 Základy pasivních a aktivních kmitočtových filtrů. Kmitočtové filtry vyšších řádů.    
12 2     Základní vlastnosti filtrů RLC 2. řádu.
13 2 Úvod do zesilovačů, tranzistorové zesilovače, úvod do operačních zesilovačů.    
14 2   Kmitočtové filtry vyšších řádů, tranzistorové zesilovače.  
15 2 Zesilovače s OZ, základní zapojení, aplikace.    
16 2     Zesilovače s OZ.
17 2 Teorie oscilátorů, oscilátory RC.    
18 2   Zesilovače s OZ, aplikace, RC oscilátory.  
19 2 Oscilátory LC, Xtal osc., FZ a DDS.    
20 2     Oscilátory RC.
21 2 Komparátory, hystereze, generátory signálů.    
22 2   LC oscilátory, generátory pily.  
23 2 Opakování a shrnutí.    
24 2     AKO a generátory signálů s OZ.

 

Přehled látky 

1 Co je signál, informace, typy a dělení signálů, elementární signály a jejich vlastnosti a popis.
2 Princip rozkladu signálů na elementární signály, FŘ, co je to spektrum, jeho varianty vyjádření, základní vztahy a parametry pro výpočet spektra.
3 Spektrum typických signálů (obdélníkový signál, oříznutá kosinusovka - příklady).
4 Spektrální funkce jednorázového impulsu, typ. vlastnosti, porovnání se spektrem periodického sig. stejného tvaru. Obecné vlastnosti FT - využití, porovnání FT-FŘ, spektrum Diracova impulsu, využití.
5 Východiska pro analýzu obvodů s lineárními a nelineárními obvody, podmínky použití metod analýzy lineárních obvodů pro nelineární obvody (kvazilineární zesilovače).
6 Vyjádření parametrů dvojbranů či trojpólů pomocí soustavy rovnic, varianty dvojbranových parametrů, odpovídající náhradní schémata dvojbranů, spojování dvojbranů, admitanční submatice plovoucích trojpólů. Obrazová impedance dvojbranů. Podmínky a možnosti vyjádření tranzistoru jako lin. trojpólu pro lineární analýzu.
7 Cíle a formy výsledků analýzy lin. obvodů, základní zákony a principy, rozdělení metod a jejich oblasti použití. Princip MUN. Podmínky použití metod lineární analýzy na nelineární obvody, podmínky zjednodušování náhradních schémat obvodů. Vyjádření základních funkcí (Ku, Zvst) pomocí Cramerova pravidla.
8 Postup analýzy pro tranzistorové střídavé zesilovače. Vyjádření neregulárních aktivních prvků pro MUN. Analýza obvodů s OZ. Příklady.
9 Možnosti počítačové analýzy nelineárních odporových a setrvačných obvodů.
10 Vliv nesetrvačných a setrvačných lineárních obvodů na průchod harmonického a neharmonického signálu. Přenosová funkce v rovině p a jw, rozklad na kořeny a přenosové funkce 2. řádu, souvislost polohy kořenů v rovině p a koeficientů w0 a Q funkcí 2. řádu, stabilita obvodu.
11 Způsoby vyjádření K(jw), typy kmitočtových charakteristik, charakteristika skupinového zpoždění (odvození na základě ideálního přenosového článku). Způsoby vyjádření K(p).
12 Vyjádření přenosových vlastností lin. obvodu v časové ose - g(t) a h(t), jejich vztah, a vztah k K(p) a K(jw).
13 Využití různých forem vyjádření přenosových vlastností pro řešení odezvy.
14 Cíle použití kmitočtových filtrů, typy selektorů a příklady použití. Hlavní charakteristiky kmit. filtrů a jejich význam. Přen. funkce kmit. filtrů, čím je dán řád filtru a jaký řád je třeba. Vztah mezi modul., fáz. a h(t) char.
15 Schéma, př. funkce, modul. charakteristika DP a HP 1. řádu, mezní kmitočet, návrh. Schéma, př. funkce, modul. charakteristika, skup. zpoždění a h(t) pro DP, HP, PP, PZ (případně DPN a HPN) 2. řádu, hlavní parametry a vztahy, návrh.
16 Přenosové vlastnosti filtrů vyšších řádů, tol. pole, norm. DP, typy aproximací, jejich vlastnosti a porovnání, postup návrhu.
17 Typy realizací kmitočtových filtrů, jejich základní vlastnosti, oblasti použití, omezení: Filtry RC a RLC - typické zapojení, omezení použitelnosti (frekv. rozsah, šířky pásma - čím dáno).
18 Filtry ARC - princip, oblast použití a omezení, vlastnosti ARC obvodů 2. řádu, Brutonova transformace, klasifikace a typické vlastnosti bloků 2. řádu, typy realizací filtrů vyšších řádů - jejich principy funkce a základní vlastnosti.
19 Princip, vlastnosti a použití filtrů se spínanými kapacitory. Principy, typy realizací a vlastnosti el.mech filtrů.
20 Linearita a nelinearita zesilovačů, základní energetické poměry a principy zesilovačů. Hlavní parametry zesilovačů: Ku(f), Z(f) a jejich hodnoty. Dyn. rozsah - zkreslení - šum, výkon.
21 Třídy zesilovačů, jejich linearita a účinnost (A,B a C; D či jiné je orientačně..)
22 ZV v zesilovačích, vliv kladné a záporné ZV na zákl. vlastnosti zesilovačů. Zapojení, základní vlastnosti, funkce jednotlivých prvků v tr. zesilovači SE, princip návrhu prac. bodu
23 Zesilovač v třídě B - zákl. zapojení, princip, vlastnosti.
24 Principy a použití vícestupňových zesilovačů, diferenční zesilovač jako ss zesilovač. Operační zesilovač, princip funkce, napájení, reálné vlastnosti a omezení, základní zapojení s OZ.
25 Principy funkce oscilátorů - se záporným odporem, se zpětnou vazbou.
26 Principy, zapojení a základní vlastnosti oscilátorů RC, jejich lineární návrh.
27 Principy, zapojení a základní vlastnosti oscilátorů LC, princip jejich lineárního návrhu. Krystalové oscilátory.
28 Princip funkce fázového závěsu. Principy generování signálů s vysokou stabilitou kmitočtu a přeladitelností.
29 Komparátory, základní typy a vlastnosti. Základní princip, funkce a vlastnosti tvarového generátoru s integrátorem a komparátorem, jeho modifikace. Generátor s jedním OZ.

 

Podmínky udělení zápočtu a bodové hodnocení

1 Minimálně 70-ti procentní účast na všech formách výuky, tj. max. 9 omluvených absencí.
2 Změření všech laboratorních úloh nejpozději do termínu, který stanoví vyučující.
3 Odevzdání úplných pracovních laboratorních sešitů nejpozději do termínu, který stanoví vyučující.

Poznámka: ve zvlášť výjimečných případech může vyučující stanovit náhradní podmínky udělení zápočtu namísto bodu 1.

Bodové hodnocení: do 40 bodů v průběhu semestru (20 bodů za test, 10 bodů za NC, 10 bodů za LC), do 60 bodů za zkoušku (40 písemná, 20 ústní).

Práce v laboratořích

Klasické laboratorní protokoly se nevypracovávají, student si však vede pracovní sešit podle pokynů učitele. Hodnocení úrovně sešitu je součástí celkového bodového hodnocení studenta.

 

Literatura a studijní pomůcky

Biolek, D. a kol. Elektronické obvody I. Učebnice U-2299. UO Brno, 2006, 327s.

Biolek, D. Analogové elektronické obvody. Hybridní studijní texty. Nesetrvačné obvody s operačními zesilovači. FEKT VUT Brno, 2015, 74 s.

Další doporučené studijní texty:

Biolek, D. a kol. Systémy, procesy a signály I - sbírka příkladů. Skriptum VUT Brno, 1996.

Mancini, R. Op Amps for Everyone. 2MB. Texas Instruments, 2002. 464 s.

 

Software:

NAF - Program pro návrh analogových filtrů. Stažení volně šířitelné verze.

MICRO-CAP - Profesionální program pro simulaci elektrických obvodů. Stažení volně šířitelné verze.

SNAP - Program pro symbolickou, semisymbolickou a numerickou analýzu elektrických obvodů.

 

Různé:

Testovací příklady na OZ

AD8541 - zapojení aktivního filtru typu PZ