Detail předmětu

Řídicí elektronika

FEKT-BPC-REBAk. rok: 2018/2019

Řídicí obvody analogové a digitální.
Tranzistory bipolární a unipolární v lineárním režimu, ve spínacím režimu. Vnitřní struktura operačních zesilovačů, praktická zapojení s OZ. Logické obvody kombinační a sekvenční, vnitřní struktura obvodů TTL, CMOS. Paměti. Praktické zásady úspěšného obvodového návrhu. A/D a D/A převodníky. Speciální obvody. Snímače elektrických a neelektrických veličin.

Výsledky učení předmětu

Písemnou a ústní zkouškou se ověřuje, že absolvent předmětu je schopen:
- Vyjmenovat pasivní obvodové prvky R,L,C, lineární/ nelineární, parametrické/neparametrické a popsat vlastnosti.
- Využít parametrické prvky ke konstrukci snímačů neelektrických veličin (teploty, mech. tlaku ...).
- Vyjmenovat základní zákony a pravidla pro řešení lineárních elektrických obvodů a využít je k řešení obvodů.
- Vyjmenovat a definovat základní přenosové parametry přenosových dvojbranů.
- Vypočítat a nakreslit amplitudovou i fázovou charakteristiku konkrétních pasivních dvojbranů typu RC, RLC.
- Spočítat a nastavit stejnosměrný pracovní bod bipolárního tranzistoru v libovolném zapojení.
- Vyjmenovat a definovat h-parametry bipolárního tranzistoru.
- Spočítat napěťové zesílení a vstupní impedanci bipolárního tranzistoru v zapojeních: SE, SE+Re, SC, SB.
- Znázornit zapojení a vysvětlit funkci rozdílového zesilovače, proudového zrcadla a zdroje konstantního proudu.
- Znázornit vnitřní strukturu jednoduchého operačního zesilovače a vysvětlit princip činnosti.
- Znázornit následující lineární obvody s operačními zesilovači: P, I, D, PI. Vypočítat jejich přenosové vlastnosti ve frekvenční i časové oblasti, nakreslit amplitudové a frekvenční charakteristiky.
- Vysvětlit rozdíl mezi digitálními obvody kombinačními a sekvenčními.
- Vyjmenovat axiomy a věty Booleovy algebry. Prakticky je umět využít k minimalizaci logických výrazů.
- Vytvořit logický výraz z logické tabulky.
- Sestavit logický kombinační obvod zadaný logickým výrazem.
- Vyjmenovat základní typy sekvenčních logických obvodů.
- Vyjmenovat základní typy bistabilních klopných obvodů RS, RST, JK, D. Popsat jejich vlastnosti a funkci.
- Popsat princip D/A převodníků.
- Vyjmenovat základní typy A/D převodníků.

V laboratorních cvičeních student měří a pomocí osciloskopu analyzuje signály v různých elektronických obvodech. Každý obvod (tj. každá úloha) je realizován na desce plošných spojů tak, jak je tomu ve skutečné technické praxi. Student se naučí následující dovednosti:
- Ovládat a používat základní měřicí přístroje v elektronické laboratoři: osciloskop, signálový generátor, laboratorní zdroje.
- Změřit vlastnosti fázového závěsu s obvodem 4046.
- Změřit přenosové vlastnosti operačního zesilovače v invertujícím a neinvertujícím zapojení: P, P + zpětnovazební dolní propust 1. řádu, sledovač.
- Změřit přenosové vlastnosti aktivní dolní propusti 2. řádu s operačním zesilovačem.
- Změřit statické a dynamické vlastnosti signálového tranzistoru ve spínacím režimu. Obvodově navrhnout optimální budicí obvod tranzistoru ve spínacím režimu.
- Změřit a analyzovat statické a dynamické vlastnosti operačního zesilovače zapojeného jako komparátor bez nebo s hysterezí. Realizovat oscilátor pomocí komparátoru s hysterezí.
- Změřit a analyzovat vlastnosti operačního zesilovače zapojeného jako integrátor. Využít integrátor k realizaci generátoru trojúhelníkového signálu. Sestavit pomocí něho PWM modulátor.
- Změřit statické vlastnosti zdroje konstantního proudu s bipolárním tranzistorem. Sestavit pomocí něho generátor pilového napětí.
- Popsat funkci a zapojení D/A převodníku DAC08, programovatelného čítače CMOS 4029 a paměti Intel 27C64.

Prerekvizity

Z oblasti aplikované matematiky musí mít student tyto předchozí znalosti: - Využívat a aplikovat matematické operace s komplexními čísly ve složkovém i polárním tvaru (sčítání, odečítání, násobení, dělení dvou čísel, absolutní hodnota, usměrňování komplexního zlomku). - Aplikovat základní principy integrálního a diferenciálního počtu funkce jedné proměnné (popis funkce cívky, tj. indukční zákon v diferenciálním a integrálním tvaru, podobně popis funkce kondenzátoru). Student, který si zapíše předmět, musí mít tyto předchozí znalosti: - Definovat impedanci, reaktanci a admitanci kondenzátoru. - Definovat impedanci, reaktanci a admitanci cívky. - Prakticky umět využívat a aplikovat následující nástroje pro analýzu a syntézu elektrických obvodů: 1. Kirchhoffův zákon, 2. Kirchhoffův zákon, Ohmův zákon, napěťový přenos děliče sestaveného ze dvou libovolných impedancí, výpočet paralelní kombinace dvou impedancí, Theveninova věta. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Doporučená nebo povinná literatura

Dostál J.: Operační zesilovače. SNTL, Praha, 1981. (CS)
Chee-Mun Ong: Dynamic Simulation of Electric Machinery. Prentice-Hall, 1998. (EN)
Sobotka Z.: Kurs číslicové techniky. SNTL, Praha 1974. (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody. (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - aktivní obvody. (CS)
Patočka M., Burian F.: Sbírka řešených příkladů z řídicí elektroniky (CS)
Ayers J. E.: Digital integrated circuits, Analysis and design. CRC PRESS, N.Y., 2004, ISBN 0-8493-1951-X. (EN)
Crecraft D., Gorham D.: Electronics. Nelson Thornes Ltd., U. K., 2003, second edition, ISBN 0-7487-7036-4. (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky probíhají s velmi výraznou podporou Power-Pointu. Studenti mají soubor v Power-Pointu k dispozici (navíc, kromě el. učebních textů).
V laboratorních cvičeních studenti měří pomocí osciloskopu 11 laboratorních úloh (elektronických obvodů).
Numerická cvičení neexistují - místo nich má student k dispozici el. text: sbírka cca 50-ti řešených příkladů.

Způsob a kritéria hodnocení

8 x 3 body = 24 bodů za 8 laboratorních úloh.
76 bodů za písemnou semestrální zkoušku.
100 bodů celkem.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Pasivní obvodové prvky R,L,C, lineární/nelineární, parametrické/neparametrické.
2. Parametrické prvky jako snímače neelektrických veličin.
3. Základní zákony a pravidla pro řešení lineárních elektrických obvodů.
4. Přenosové čtyřpóly, dvojbrany. Základní přenosové parametry. Konkrétní pasivní dvojbrany RC, RLC, transformátor napětí, transformátor proudu.
5. Bipolární a unipolární tranzistory - nastavení ss. pracovního bodu, h-parametry. Zapojení: SE, SC, SB, rozdílový zesilovač, kaskody, proudová zrcadla.
6. Vnitřní struktura operačních zesilovačů.
7. Lineární zapojení s operačními zesilovači.
8. Nelineární zapojení s operačními zesilovači.
9. Digitální obvody kombinační, sekvenční.
10. Syntéza kombinačních obvodů.
11. Syntéza sekvenčních obvodů.
12. D/A převodníky.
13. A/D převodníky.

Cíl

Zvládnutí základních teoretických i praktických dovedností pro samostatný návrh řídicích analogových a digitálních obvodů.

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

Účast na všech laboratorních cvičeních je povinná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-SEE bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor