Řídicí elektronika (FSI-RRL)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Zvládnutí základních teoretických i praktických dovedností pro samostatný návrh analogových elektronických obvodů používaných v průmyslu.
Výstupy studia a kompetence:
Student se naučí provádět analýzu i syntézu různých zapojení s bipolárnímii a uniporárními tranzistory v lineárním i spínacím režimu, dále lineárních i nelineárních zapojení s operačními zesilovači a zapojení s komparátory. V laboratorních cvičeních se kromě výše uvedeného naučí také práci s laboratorními zdroji, měřicími přístroji, generátory signálů, s osciloskopem a s páječkou.
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). Z teoretické elektrotechniky musí mít student tyto předchozí znalosti: - Definovat reaktanci a susceptanci kondenzátoru. - Definovat ireaktanci a susceptanci 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.
Obsah předmětu (anotace):
Bipolární tranzistory - popis, princip, tranzistrorový jev, pravidla pro pochopení  řešení stejnosměrných obvodů s bipolárními tranzistory, analýza bipolárního tranzistoru ze střídavého hlediska, definice h-parametrů, náhradní schéma ze střídavého hlediska, jednostupňové zesilovače SE, SE + neblokovaný emitorový odpor, SE selektivní, SE s aktivní zátěží, SC, SB - analýza, vlastnosti, postup návrhu, dvojčinné emitorové sledovače, zdroj proudu s bipolárním tranzistorem, proudové zrcadlo, bipolární tranzistory ve spínacím režimu - minimalizace spínacích a vypínacích zpoždění, antisaturační dioda, unipolární tranzistory, princip, vlasstnosti, lineární a spínací režim, lineární stabilizátory paralelní a sériové - varianty zapojeníí, vysvětlení činnosti, vlastnosti, postupy návrhu, operační zesilovače - podrobný popis chování, statické a dynamické parametry,  lineární obvody s operačními zesilovači - invertující zapojení (zesilovače, filtry, regulátory různých typů), neinvertujíící zapojení (zesilovače, filtry, regulátory), diferenční  zapojení, sumační zesilovač,  PI a PID regulátory, zvláštní zapojení s operačními zesilovači, převodníky napětí na proud a proudu na napětí, nelineární obvody s operačními zesilovači - operační usměrňovače, omezovače řízené a neřízené, komparátory - základní zapojení - vlastnosti, potlačení parazitního překlápění vlivem rušení, komparátor se sčítacími odpory, komparátory s  hysterezí - princip, výpočet, vlastnosti, komparátor s dynamickou hysterezí - vysvětlení, princip, vlastnosti, zapojení s otevřeným kolektorem - vysvětlení, použití, převodníky logických úrovní signálů (CMOS, TTL a další), harmonické oscilátory - se záporným diferenciální odporem a zpětnovazební - podmínky vzniku oscilací, různá zapojení RC a LC oscilátorů.
Metody vyučování:
Přednášky probíhají s velmi výraznou podporou Power-Pointu. Studenti mají soubor v Power-Pointu k dispozici (navíc, kromě el. učebních textů). Cvičení se střídají numerická a laboratorní. V laboratorních cvičeních studenti měří pomocí osciloskopu několk laboratorních úloh (elektronických obvodů). Studenti mají k dispozici el. text: sbírka cca 50-ti řešených příkladů.
Způsob a kritéria hodnocení:

laboratorní cvičení 20 bodů

semestrální test 10 bodů

závěrečná zkouška 70 bodů
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na numerických a laboratorních cvičeních je povinná.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 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.
    Laboratorní cvičení Tranzistory bipolární, unipolární. Lineární režim.
Tranzistory - spínací režim.
Vnitřní struktura operačních zesilovačů (OZ).
Zapojení s OZ - lineární obvody.
Zapojení s OZ - nelineární obvody.
Zapojení s OZ - zvláštní obvody.
Vnitřní struktura digitálních obvodů TTL, CMOS.
Digitální obvody kombinační.
Digitální obvody sekvenční.
Paměti.
A/D převodníky.
D/A převodníky.
Zvláštní obvody.
Literatura - základní:
1. Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody.
1. Vorel, P.: Průmyslová elektronika - skriptum FEKT VUT.
2. Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - aktivní obvody.
3. Patočka M., Burian F.: Sbírka řešených příkladů z řídicí elektroniky
4. Crecraft D., Gorham D.: Electronics. Nelson Thornes Ltd., U. K., 2003, second edition, ISBN 0-7487-7036-4.
Literatura - doporučená:
1. Dostál J.: Operační zesilovače. SNTL, Praha, 1981.
2. Chee-Mun Ong: Dynamic Simulation of Electric Machinery. Prentice-Hall, 1998.
3. Sobotka Z.: Kurs číslicové techniky. SNTL, Praha 1974.
4. Ayers J. E.: Digital integrated circuits, Analysis and design. CRC PRESS, N.Y., 2004, ISBN 0-8493-1951-X.
5. Crecraft D., Gorham D.: Electronics. Nelson Thornes Ltd., U. K., 2003, second edition, ISBN 0-7487-7036-4.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 1 2 Z