Detail předmětu

Průmyslová elektronika

FEKT-LPELAk. rok: 2017/2018

Předmět se zabývá jednak problematikou analogové techniky - lineární a nelineární analogové obvody s OZ (zesilovače, filtry, oscilátory, komparátory, přístrojové usměrňovače, řízené omezovače, generátory signálů), jednak jsou probírány základní číslicové obvody a některé speciální obvody. Zvláštní pozornost je věnována galvanickému oddělování řídicích signálů v technice pulsních měničů.

Výsledky učení předmětu

- Absolvent zná podstatu tranzistorového jevu, umí nakreslit síť vstupních a výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru. Chápe pojmy aktivní (lineární) režim, vypnutý stav a saturace.
- Absolvent zná a umí používat linearizovaný model bipolárního tranzistoru ze střídavého hlediska pomocí hybridních parametrů.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy stejnosměrného pracovního bodu v libovolném zapojení obsahujícím bipolární tranzistory, rezistory, ss zdroje a diody.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy kompletního zapojení jednostupňových zesilovačů SE (i s neblokovaným emitorovým odporem), SC a SB (nevýkonových, nf aperiodických - do cca 100kHz, ve třídě A) s bipolárním tranzistorem.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy zapojení dvojčinného emitorového sledovače s eliminací přechodového zkreslení. Rozumí pojmu „třída zesilovače A, A-B a B.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy zapojení nevýkonových impulsních obvodů s bipolárním tranzistorem ve spínacím režimu. Ovládá metody minimalizace zpoždění signálu při zapnutí a vypnutí včetně aplikace antisaturační diody.
- Absolvent rozumí podstatě činnosti unipolárních tranzistorů MOSFET a JFET. Umí nakreslit síť výstupních a převodních charakteristik.
- Absolvent umí používat linearizovaný model unipolárního tranzistoru ze střídavého hlediska pomocí admitančních parametrů.
- Absolvent ovládá návrh zapojení SE pro zajištění zvoleného pracovního bodu s tranzistorem JFET nebo MOSFET (obohacovací i ochuzovací kanál).
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy jednoduchých budicích obvodů výkonového tranzistoru MOSFET ve spínacím režimu.
- Absolvent ovládá statické a dynamické vlastnosti ideálního a reálného operačního zesilovače.
- Absolvent detailně umí objasnit principu vytvoření virtuální nuly díky velkému vnitřnímu zesílení OZ a díky existenci dostatečně silné záporné zpětné vazby.
- Absolvent je schopen odvodit přenosovou funkci základních zapojení s OZ invertujícího i neinvertujícího typu (zesilovače, regulátory, nejběžnější filtry) a je schopen nakreslit modulovou frekvenční charakteristiku.
- Absolvent chápe praktické souvislosti (výhody a nevýhody) invertujícího a neinvertujícího zapojení. Je schopen zvolit nejvýhodnější řešení v dané aplikaci týkající se řídicí elektroniky pro pulsní měniče (dolnofrekvenční filtrace + zesilovače, regulátory).
- Absolvent zná princip, účel a praktická omezení použitelnosti diferenčního zesilovače s OZ.
- Absolvent ovládá několik zvláštních zapojení OZ.
- Absolvent je schopen analýzy i syntézy zapojení komparátorů bez hystereze a s hysterezí statickou či dynamickou.
- Absolvent zná praktické metody zajištění odolnost zapojení zesilovačů proti rušení (deska plošného spoje, vedení signálů, rozvod napájení, blokování, pomocné filtrační kapacity, výběr typů součástek, vliv vstupního odporu atd.)
- Absolvent zná princip lineárního stabilizátoru napětí – paralelního i sériového. Je schopen analýzy i syntézy několika zapojení.
- Absolvent umí sestavit amplitudovou a fázovou podmínku vzniku oscilací. Rozumí principu zpětnovazebního oscilátoru.
- Absolvent ovládá analýzu LC oscilátoru se záporným diferenciálním odporem (s tunelovou diodou).
- Absolvent umí navrhnout Reinartzův oscilátor a prakticky jej realizovat, ovládá analýzu a praktické souvislosti (výhody a nevýhody) dalších LC oscilátorů (Snellův, Hartleyův, Colpittsův). Rozumí pojmu tříbodový oscilátor.
- Absolvent umí navrhnout RC oscilátor s neinvertujícím zesilovačem s OZ a Wienovým článkem a umí analyzovat zapojení RC oscilátoru s jednotranzistorovým zesilovačem SE a kaskádou tří derivačních článků.

Prerekvizity

- Student by měl ovládat výpočty s komplexními čísly. - Student by měl ovládat Kirchoffovy zákony - nikoliv jen „encyklopedicky“, ale prakticky, s jasným vhledem do konkrétní praktické situace. - Student by měl ovládat praktický přístup k teoretickému řešení lineárních obvodů (postupné zjednodušování, princip superpozice, náhrada napěťového zdroje se sériovým odporem zdrojem proudovým s paralelním odporem či naopak, Theveninova věta). Měl by umět v dané situaci zvolit nejvhodněší metodu a použít ji, což vyžaduje nácvik. Měl by chápat, že metoda smyčkových proudů či uzlových napětí je mechanicky vykonavatelná metoda tj. s jednoduchou aplikací na danou situaci ovšem s pracným řešením soustavy lineárních rovnic a je tedy ve většině případů pro ruční analýzu obvodů neefektivní (příliš pracná, pomalá, nevhodná). - Student by měl chápat geometrickou interpretaci pojmu derivace, určitý a neurčitý integrál. Musí to umět doložit na příkladech (nakreslit funkci vzniklou jako derivace či neurčitý integrál jiné nakreslené funkce – např. konstanta, obdélník, lineární nárůst atd.). Musí prakticky chápat význam integrační konstanty.

Doporučená nebo povinná literatura

Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody 2004 (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elekronika - aktivní obvody (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují tutoriály a laboratorní ukázky s výkladem. Student odevzdává sedm samostatných domácích úkolů.

Způsob a kritéria hodnocení

Závěrečná zkouška - 70bodů
Písemný test - 15bodů
Laboratorní cvičení - 15bodů

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Fyzikální popis bipolárního tranzistoru, podstata tranzistorového jevu. Nastavování ss pracovního bodu bipolárního tranzistoru.
2. Linearizovaný model bipolárního tranzistoru s h-parametry, vstupní a výstupní odpro zesilovače - souvislosti, zapojení SE (s/bez Re) - detailní rozbor ze ss i sgtřídavého hlediska.
3. Zapojení SC a SB - detailní rozbor ze ss i střídavého hlediska, dvojčinný emitorový sledovač, přechodové zkreslení a jeho eliminace.
4. Zdroje konstantního proudu. Proudové zrcadlo. Bipolární tranzistor ve spínacím režimu (nevýkonová aplikace), minimalizace zpoždění při zapnutí a vypnutí.
5. Fyzikální popis unipolárních tranzistorů, JFET a MOSFET jako zesilovač SE (y-parametry), MOSFET ve spínacím režimu.
6. Paralelní stabilizátor se ZD, sériové stabilizátory - princip, návrh konkrétních zapojení.
7. Popis OZ (funkce, statické a dynamické parametry).
8. Lineární zapojení s OZ - řada invertujících zapojení - zesilovače, filtry, regulátory.
9. Lineární zapojení s OZ - řada neinvertujících zapojení - zesilovače, fitry, regulátory.
10. Lineární zapojení s OZ - diferenční zapojení, přístrojové zesilovače. Zvláštní (často používaná) zapojení s OZ.
11. Nelineární zapojení s OZ (operační usměrňovače, komparátory bez hystereze, s hysterezí statickou a dynamickou).
12. Teorie oscilátorů se zápornám diferenciálním odporem a zpětnovazebních oscilátorů. Základní rozdělení oscilátorů.
13. Vybrané RC a LC oscilátory - detailní popis a návrh.

Cíl

Studenti se seznámí s typickými elektronickými obvody v průmyslových aplikacích, zejména se zaměřením na techniku pulsních měničů, elektrických pohonů a částečně měření.

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-ML magisterský navazující

    obor ML-SVE , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program EEKR-ML1 magisterský navazující

    obor ML1-SVE , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor