Detail předmětu

Návrh analogových filtrů

FEKT-BELFAk. rok: 2017/2018

V současné době jsou analogové filtry nedílnou součástí všech složitějších elektronických zařízení. Jejich analýza a proces návrhu tak patří mezi základní dovednosti bakalářů. Jedná se jak o pasivní a aktivní filtrační struktury, tak filtry využívající nekonvenční fyzikální principy (SAW, krystalové filtry) a filtry založené na spínaných dějích (spínané kapacitory). Z hlediska praktické použitelnosti se jedná o elektronické systémy zpracovávající signály o kmitočtech do zhruba 100MHz. Ve cvičeních je řešena problematika počítačové analýzy a návrhu typických zapojení filtrů pomocí dostupných programů (Orcad Pspice, Snap, FilterCAD, Filter Solution, NAF) včetně optimalizace návrhu filtru z různých hledisek.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen (1) porozumět základním vlastnostem elektrických filtrů v časové i kmitočtové oblasti, (2) navrhnout pasivní i aktivní filtr pro danou aplikaci včetně výpočtu hodnot všech součástek, (3) interpretovat funkci krystalových filtrů i struktur se spínanými kapacitory, (4) analyzovat a navrhovat filtrační obvody na počítači.

Prerekvizity

Jsou požadovány středoškolské znalosti matematiky (operace se zlomky, řešení soustavy lineárních rovnic, algebraické úpravy rovnic) a elektroniky (princip pasivních součástek, sestavení diferenciálních rovnic jednoduchého obvodu).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

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

Způsob a kritéria hodnocení

Počítačová cvičení během semestru (20 bodů), laboratorní měření (20 bodů), závěrečná zkouška (60 bodů).

Osnovy výuky

1. Základy časově spojité filtrace, typy filtrů.
2. Přenosové funkce bilineárních a bikvadratických filtrů.
3. Pasivní filtry RC a RLC.
4. Návrh pasivních příčkových filtrů podle tabulek parametrů.
5. Aktivní prvky používané ve filtračních obvodech, aktivní filtry, jejich topologie a kaskádní syntéza.
6. Všepropustné fázovací články, vlastnosti a různá zapojení.
7. Imitanční konvertory a invertory, syntetické funkční bloky, příklady použití.
8. Filtry se spínanými kapacitory, krystalové filtry, SAW filtry, elektromechanické koncepce filtrů.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s problematikou filtrace spojitých signálů a návrhu analogových filtrů pro praktické aplikace v různých kmitočtových pásmech.

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.

Základní literatura

T. DOSTÁL: Elektrické filtry - počítačová cvičení. Elektronická skripta. UREL, 2004. (CS)

Doporučená literatura

K. HÁJEK, J. SADLÁČEK: Kmitočtové filtry. BEN, 2002. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-EST , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový
    obor B-MET , 2 ročník, letní semestr, volitelný mimooborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

16 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Roman Šotner, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

1. Základy časově spojité filtrace, typy filtrů.
2. Přenosové funkce bilineárních a bikvadratických filtrů.
3. Pasivní filtry RC a RLC.
4. Návrh pasivních příčkových filtrů podle tabulek parametrů.
5. Aktivní prvky používané ve filtračních obvodech, aktivní filtry, jejich topologie a kaskádní syntéza.
6. Všepropustné fázovací články, vlastnosti a různá zapojení.
7. Imitanční konvertory a invertory, syntetické funkční bloky, příklady použití.
8. Filtry se spínanými kapacitory, krystalové filtry, SAW filtry, elektromechanické koncepce filtrů.

Cvičení na počítači

20 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Osnova

1. Simulace pasivních a aktivních filtrů v programu Orcad Pspice.
2. Využití programu Matlab a Snap pro návrh elektrických filtrů.
3. Filtrace analogových signálů v prostředí Mathcadu.
4. Návrh ekvalizéru v programem Orcad Pspice.
5. Analýza filtrů se spínanými kapacitory.
6. Počítačová podpora filtrů s vysokou selektivitou.

Laboratorní cvičení

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Lukáš Langhammer, Ph.D.
prof. Ing. Roman Šotner, Ph.D.

Osnova

1. Měření kmitočtových charakteristik pasivních příčkových RLC filtrů.
2. Syntéza jednoduchých filtrů se syntetickými prvky.
3. Měření kmitočtových odezev aktivních filtrů.