Detail předmětu

Elektronické filtry

FEKT-BPC-ELFAk. rok: 2020/2021

Analogové filtry jsou stále nedílnou součástí všech složitějších elektronických zařízení. Jejich analýza a proces návrhu tak patří mezi základní, aplikačně zaměřené, dovednosti bakalářů. V předmětu jsou vyučovány pasivní a aktivní filtrační struktury s tradičními i nekonvenčními funkčními bloky (syntetické induktory, prvky známé jako FDNR, superinduktory), filtry využívající speciální fyzikální principy (SAW, krystalové filtry) a filtry založené na spínaných dějích (spínané kapacitory). Z hlediska praktické použitelnosti se jedná o setrvačné elektronické systémy zpracovávající v reálném čase spojité signály o kmitočtech do zhruba 100MHz. V počítačových cvičeních je řešena problematika analýzy a syntézy typických zapojení filtrů pomocí dostupných programů (Orcad Pspice, Snap, NAF, Matlab, Mathcad) včetně optimalizace návrhu filtru z různých hledisek.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu:
1. rozumí základním vlastnostem elektrických filtrů a principu filtrace v časové i kmitočtové oblasti
2. umí interpretovat libovolnou přenosovou funkci a odvodit příslušné kmitočtové charakteristiky
2. je schopen navrhnout pasivní i aktivní filtr pro danou aplikaci včetně výpočtu numerických hodnot všech součástek
3. popsat funkci krystalových a SAW filtrů i struktur se spínanými kapacitory
4. kompletně analyzovat a navrhovat filtrační obvod na počítači

Prerekvizity

Jsou požadovány středoškolské znalosti matematiky (operace se zlomky, řešení soustavy lineárních rovnic, algebraické úpravy rovnic, Laplaceova transformace) a elektroniky (princip pasivních a základních aktivních součástek), sestavení diferenciálních rovnic jednoduchého obvodu rovněž patří mezi požadované schopnosti. 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

W. K. CHEN: The circuits and filters handbook. CRC Press, Florida, 2000 (EN)
L. P. HUELSMAN: Active and passive filter design. McGraw-Hill New York, 1993 (EN)
T. DOSTÁL: Elektrické filtry - počítačová cvičení. Elektronická skripta. UREL, 2004. (CS)
A. B. WILIAMS, F. J. TAYLOR: Electronic filter design handbook. McGraw-Hill New York, 1995 (EN)
K. HÁJEK, J. SADLÁČEK: Kmitočtové filtry. BEN, 2002. (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle), kde studenti naleznou veškeré studijní materiály.

Způsob a kritéria hodnocení

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

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Základy časově spojité filtrace, typy kmitočtových filtrů a jejich základní parametry.
2. Přenosové funkce bilineárních filtračních obvodů.
3. Přenosové funkce bikvadratických filtrů.
4. Pasivní filtry RC a RLC.
5. Návrh pasivních příčkových filtrů podle tolerančního pole.
6. Aktivní prvky používané ve filtračních obvodech, základní struktury aktivních filtrů.
7. Gm-C topologie filtrů, multifunkční filtry.
8. Elektronicky rekonfigurovatelné filtry, teorie a praxe.
9. Všepropustné fázovací články, vlastnosti a různá zapojení.
10. Filtry pro audio aplikace, ekvalizéry a filtry necelistvého matematického řádu.
11. Imitanční konvertory a invertory, syntetické funkční bloky, příklady použití.
12. Filtry se spínanými kapacitory, vlastnosti a praktické využití.
13. Krystalové filtry, SAW filtry a electromechanické koncepce.

Cíl

Cílem předmětu je seznámit studenty s problematikou filtrace spojitých signálů a návrhu pasivních i aktivních analogových filtrů pro praktické aplikace v kmitočtových pásmech do 100 MHz.

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 BPC-AMT bakalářský, libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
  • Program BPC-IBE bakalářský, libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
  • Program BPC-SEE bakalářský, libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-TECH , 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný

  • Program BPC-EKT bakalářský, 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
  • Program BPC-MET bakalářský, 3. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
  • Program BPC-TLI bakalářský, 3. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning