Detail předmětu

Elektrotechnika a elektronika ve fyzikálním experimentu

FSI-TEFAk. rok: 2024/2025

Kurz se zabývá vlastnostmi prvků elektronických obvodů a jejich použitím v experimentální praxi. Pozornost je věnována měřicím přístrojům, generátorům, filtrům, operačním zesilovačům, zpracování signálů a základům logických obvodů. Teoretický výklad je výrazně podpořen praktickými aplikacemi ve cvičení.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Vstupní znalosti

Základní elektrické a magnetické veličiny (elektrický náboj, elektrické napětí a proud, vektory elektromagnetického pole).

Základy elektromagnetizmu (Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony, Coulombův zákon, Biot-Savartův zákon, Faradayův zákon, Ampérův zákon).

Elektrické a magnetické vlastnosti látek.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Předmět je hodnocen na základě závěrečného testu.

Vymezení kontrolované výuky: kontrola účasti na začátku laboratorní výuky. Zameškanou laboratorní výuku lze v omluvených případech nahradit: během semestru s jinou skupinou nebo na konci semestru formou individuálního zadání.

Učební cíle

Předmět umožňuje studentům navázat na poznatky z dřívějšího studia a tyto rozšířit o praktické dovednosti.

Studenti se seznámí se základy moderní elektrotechniky a elektroniky, které jsou nutné především pro zvládnutí budoucí technické praxe. Studenti, jejichž primární zaměření je fyzikálně-technické, získají základní povědomí o elektronice, principech a metodách měření a měřicích přístrojích formou řešení modelových případů. Hlavní zaměření směřuje do laboratorní fyzikální praxe.

Základní literatura

Balabanian N.: Electric Circuits, McGraw-Hill, 1994

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-FIN-P bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Osnova

Elektrické veličiny a jejich vztahy, elektronické součástky, obvody

Elektronické přístroje - Napájecí zdroje, osciloskopy, funkční generátory

Kapacita a indukčnost, střídavé napětí, derivační a integrační členy, filtry

Softwarové nástroje v elektrotechnice - simulace obvodů, návrh DPS

Polovodičové součástky - diody, tranzistory, integrované obvody

Zesilovače a jejich vlastnosti, základní zapojení operačního zesilovače

Sčítací, rozdílové, integrační, derivační a transimpedanční zapojení operačních zesilovačů, aktivní filtry, typická využití

Měření neelektrických veličin, chyby měření, senzory

Spektrální analýza signálů, digitalizace signálů, vlastnosti A/D a D/A převodníků

Regulace a automatizace - spojitá a nespojitá regulace, základní typy regulátorů a jejich využití v průmyslové a laboratorní praxi

Vznik a vliv rušení a šumu, typy šumu, filtrování signálů, lock-in detekce

Logická hradla, kombinační a sekvenční logické obvody

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Osnova

  1. Bezpečnost práce v laboratořích, multimetr, odporový dělič, nepájivé kontaktní pole.
  2. Laboratorní zdroje, generátory funkcí, osciloskopy. Měření volt-ampérových charakteristik.
  3. Měření nabíjení kondenzátorů. Měření frekvenčních charakteristik filtrů.
  4. Simulace elektronických obvodů.
  5. Jednocestný a můstkový usměrňovač napětí, integrovaný stabilizátor napětí, spínaný zdroj napětí.
  6. Měření charakteristik invertujího zapojení operačního zesilovače.
  7. Relaxační oscilátor a aktivní filtr na bázi operačního zesilovače.
  8. Měření malých signálů s využitím operačního zesilovače.
  9. Digitalizace signálu, převod teploty na frekvenci.
  10. Zapojení a pozorování odezvy analogového PI regulátoru.
  11. Demonstrace vyžití lock-in zesilovače pro detekci slabých signálů.
  12. Logické obvody - ukázky a simulace klopných obvodů, SPI komunikace a využití logického analyzátoru.