Detail předmětu

Analogová technika

FEKT-BANAAk. rok: 2014/2015

Základní aplikace: pasivní RC a LCR obvody, základní obvody s diodami, bipolárními a unipolárními tranzistory, s operačními zesilovači a konvejory, OTA, komparátory a časovači.
Další aplikace: lineární a nelineární obvody s operačními zesilovači, aktivní filtry, generátory signálů, širokopásmové zesilovače, výkonové zesilovače, napájecí zdroje, analogové spínače a vzorkovače s pamětí, analogové obvody pro D/A a A/D převodníky, měřicí obvody.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

Předmět svým charakterem umožní získat praktický přístup k návrhu analogových obvodů nejrůznějšího typu. Absolvent předmětu bude schopen:
- navrhnout základní tranzistorové struktury s bipolárními a unipolárními tranzistory,
- vysvětlit vnitřní strukturu operačních zesilovačů a dalších analogových integrovaných obvodů,
- navrhnout základní lineární obvody s operačními zesilovači,
- navrhnout požadovanou přenosovou funkci aktivních filtrů,
- popsat funkci nelineárních obvodů s operačními zesilovači,
- rozumět aplikacím operačních zesilovačů ve funkčních generátorech, stabilizátorech napětí, v A/D a D/A převodnících.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni základů teoretické elektrotechniky, zejména Ohmův zákon a Kirchhoffovy zákony, student musí být schopen analyzovat jednoduché pasivní obvody, musí znát funkci polovodičové diody, funkci bipolárního a unipolárního tranzistoru.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

V každém typu cvičení může student získat až 10 bodů, tzn. za cvičení student získává až 30 bodů. Vlastní zkouška je písemná a student za ni může získat až 70 bodů. Zkouška je zaměřena na orientaci v návrhu základních analogových obvodů a na schopnost analyzovat složitější analogové struktury.

Podmínky pro získání zápočtu a zkoušky z BANA:

Přednášky a numerická cvičení jsou nepovinná. Počítačová a laboratorní cvičení jsou povinná. Z počítačových cvičení a z numerických musí student povinně absolvovat testy, které během semestru zadá příslušný vyučující - zda bude test jeden či více záleží na konkrétním vyučujícím. Z těchto testů může student získat třeba nulu, ale musí se na testy dostavit. Pokud se bez závažné omluvy (např. doložit doklad od lékaře) na test nedostaví, zápočet nezíská. V laboratorních cvičeních je povinnost realizovat či absolvovat zadané laboratorní úlohy. Pokud se na laboratorní cvičení nemůžete dostavit z vážných důvodů (např. doložit doklad od lékaře), můžete si na základě domluvy s vyučujícím nahradit výuku s jinou skupinou, nebo v zápočtovém týdnu. Z každého typu cvičení můžete získat max 10 bodů, tzn. za všechny typy cvičení max 30 bodů. Vlastní zkouška je písemná a lze při ní získat max 70 bodů. Minimum pro absolvování předmětu je 50 bodů v součtu ze cvičení ze zkoušky.

Podmínky pro získání zápočtu při opakování BANA:

Pokud student předmět opakujete a chce uznat zápočet z minulého roku, je zapotřebí aby součet bodů ze všech cvičení byl min 15, ale ze žádného typu cvičení nesmí mít 0 bodů. Pokud však oproti předchozímu roku bude provedena změna laboratorních úloh či v počítačových cvičeních implementován nový software, musí student nově absolvovat laboratorní případně počítačová cvičení. Pro uznání zápočtu ze všech typů cvičení je zapotřebí se dostavit na začátku semestru za vyučujícím z laboratorních cvičení, který je oprávněn rozhodnout o splnění podmínek pro získání zápočtu. Pokud se student rozhodne znovu navštěvovat cvičení, které si chce opravit, budou se mu počítat nové body z tohoto cvičení (i když jich nakonec třeba získá méně).

Osnovy výuky

1. Základní stavební jednotky analogových obvodů.
2. Vnitřní struktury analogových integrovaných obvodů
3. Parametry analogových integrovaných obvodů.
4. Lineární obvody s operačními zesilovači, proudovými konvejory a OTA.
5. Obvody s kmitočtově závislou zpětnou vazbou.
6. Pasivní filtry RLC.
7. Aktivní filtry s operačními zesilovači, proudovými konvejory a OTA.
8. Obvody s nelineární Zpětnou vazbou.
9. Operační usměrňovače.
10. Obvody s elektronickými spínači (zesilovače, střídače, vzorkovače s pamětí).
11. Komparátory a jejich aplikace.
12. Generátory harmonických a neharmonických kmitů.
13. Stabilizátory.

Učební cíle

Získat základní aplikační znalosti analogové techniky v celé šíři, tj. od jednoduchých stavebních bloků s diodami, bipolárními a unipolárními tranzistory až po použití integrovaných analogových obvodů v konkrétních aplikacích.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka a počítačová cvičení jsou povinná. Řádně omluvená zmeškaná laboratorní či počítačová cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit v jiném termínu, obvykle v zápočtovém týdnu.

Základní literatura

TIETZE , U.; SCHENK, CH.: Electronic circuits - Design and applications. Springer, London 1999
SEDRA , A. S.; SMITH, K. C.: Microelectronic Circuits. Oxford University Press, Oxford 1998
WINDER , S.: Filter design. Bidless, Oxford 1998
RAUT, R.; Swamy, M.N.S.: Modern Analog Filter Analysis And Design, Wiley Verlag, 2005
FEUCHT, D.: Designing High - performance amplifiers. SciTech Publishing, 2010
VRBA, K.: Analogová technika, elektronická skripta, VUT v Brně, 2012
VRBA, K.: Analogová technika - numerická cvičení, elektronická skripta, VUT v Brně, 2013
VRBA, K.; KOTON, J. Filtrační analogové obvody pro integrovanou výuku VUT a VŠB- TUO. 2014. s. 1-147. ISBN: 978-80-214-5067- 7.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program AUDIO-J bakalářský

    obor J-AUD , 2. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-TLI , 2. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Stavební prvky analogových obvodů: Základní obvody s diodami, referenčními diodami, zesilovače s bipolárními a unipolárními tranzistory, referenční zdroje napětí a proudu, proudová zrcadla.
Vnitřní struktura analogových integrovaných obvodů: Diferenční zesilovač, elementární zapojení operačního zesilovače, přístrojové, elektrometrické, širokopásmové a impulsové operační zesilovače, proudové a napěťové konvejory.
Širokopásmové zesilovače: Frekvenční závislost proudového zesilovacího činitele, vliv vnějších a parazitních kapacit tranzistoru, kaskódový zesilovač, diferenční zesilovač jako širokopásmový zesilovač, symetrický širokopásmový zesilovač, širokopásmový napěťový sledovač, transimpedanční zesilovače.
Výkonové zesilovače: Emitorový sledovač jako zesilovač výkonu, komplementární emitorový sledovač jako posilovač, koncové zesilovače s Darlingtonovým zapojením a s výkonovými MOS FET
Lineární obvody: Invertující, neinvertující, sčítací, rozdílové a přístrojové zesilovače, můstková zapojení, zdroje proudu. Integrační a derivační zesilovač, střídavé zesilovače.
Filtry: Pasivní RC a LRC obvody, různé aproximace přenosové funkce - dolní, horní a pásmové propusti, pásmové zádrže, fázovací články
Aktivní filtry: Návrh filtrů s operačními zesilovači, filtry s proudovými konvejory, transimpedančními zesilovači a se zesilovači OTA.
Nelineární obvody: Diodové okrajovače a funkční měniče, logaritmické a exponenciální převodníky, analogové děličky a násobičky, operační usměrňovače, špičkové detektory.
Obvody s elektronickými spínači: Analogové multiplexery a demultiplexery, programovatelné zesilovače, elektronické střídače, vzorkovače a sledovače s pamětí.
D/A a A/D převodníky: Základní princip D/A převodu, parametry převodníků D/A, převodníky D/A bipolární a CMOS. Konverze A/D, parametry převodníků A/D, základní principy převodníků A/D
Komparátory: Vnitřní struktura komparátoru, vlastnosti komparátorů, komparátor s hysterezí.
Generátory: LC oscilátory, krystalové oscilátory, funkční generátory, multivibrátory, multivibrátory s časovačem 555.
Napájecí zdroje: Usměrňovače, základní uspořádání stabilizátorů, regulační prvky stabilizátorů, elektronické pojistky, integrované stabilizátory.

Cvičení odborného základu

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Osnova

Základní zapojení zesilovačů s bipolárními a unipolárními tranzistory
Diferenční zesilovač, návrh elementárního zapojení operačního zesilovače, širokopásmový zesilovač
Vlastnosti invertujícího a neinvertujícího zesilovače, sčítací, rozdílové zapojení operačního zesilovače
Návrh filtrů s operačními zesilovači či konvejory
Návrh nelineárních obvodů s operačními zesilovači
Funkční generátory a multivibrátory
Závěrečný test

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Hanák, Ph.D.
prof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D.

Osnova

Modelování činnosti záladních stavebních bloků analogových obvodů s bipolárními a unipolárními tranzistory
Modelování vlastností širokopásmového zesilovače
Model operačního zesilovače, ověření vlastností základních zapojení operačního zesilovače
Počítačová analýza filtrů s operačními zesilovači
Počítačová analýza filtrů s proudovými konvejory a transimpedančními zesilovači
Závěrečné zhodnocení výsledků

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. David Kubánek, Ph.D.

Osnova

Individuální návrh, stavba, oživení a změření obvodu s tranzistory
Individuální návrh, stavba, oživení a změření kmitočtových filtrů s operačními zesilovači
Individuální návrh, stavba, oživení a změření diodového funkčního měniče
Závěrečné zhodnocení realizovaných úloh