F7PBBEO - Elektronické obvody

Předmět přináší základní orientaci v principech elektronických obvodů, které jsou využívány v elektronických laboratorních a lékařských přístrojích. Vytváří předpoklad pro kvalifikovanou obsluhu analogové i číslicové přístrojové

techniky.

Vstupní požadavky předmětu:

Úspěšné absolvování předmětu Teoretická elektrotechnika

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence:

Studenti se seznámí s funkčními elektronickými bloky, které jsou využívány v konstrukci laboratorních a lékařských přístrojů. Předmět je připraví pro kompetentní posouzení základních vlastností a parametrů elektronických přístrojů.

Hodnocení při zkoušce je složeno z bodového zisku během semestru, z bodového hodnocení písemné části zkoušky a hodnocení pohovoru, který je součástí zkoušky.

Podmínkou pro vstup na každé z laboratorní měření je absolvování vstupního testu sestávajícího ze dvou otázek (úplný výčet otázek včetně podmínek absolvování testu viz. PDF níže).

Studenti nejpozději do 4.1.2024 odevzdají protokol z jedné z měřených laboratorních úloh. Na protokoly odevzdané po tomto datu nebude brán zřetel. Protokoly budou hodnoceny od 0 do 10 bodů. V případě hodnocení nižšího než 5 bodů bude protokol vrácen k přepracování. Maximální hodnocení, které lze získat po přepracování, je 5 bodů z 10.

Osnova přednášek:

1. Zesilovač – zesílení napětí, proudu, výkonu, střídavá a stejnosměrná vazba

2. Zpětná vazba – kladná, záporná, vliv ZV na parametry zesilovače

3. Operační zesilovač – ideální obvodový element

4. Reálný operační zesilovač – statické parametry, dynamické parametry, frekvenční závislost

5. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí – baterie, akumulátory, usměrňovače, měniče

6. Komparátor – základní parametry, elektronický obvod komparátoru,

7. Generátor tvarových kmitů, sinusový oscilátor LC a RC, napětím řízený generátor (VCO)

8. Logická funkce kombinační - formy zápisu kombinační funkce

9. Logická funkce sekvenční - synchronní a asynchronní činnost sekvenčního obvodu

10. Integrované polovodičové logické členy - technologické rodiny polovodičových logických obvodů elektrické

parametry

11. Polovodičové paměti – formát uložených dat, kapacita čipu a paměťového bloku

12. Princip uložení dat – paměťová buňka permanentní, kvazipermanentní, volatilní statická a dynamická

13. Řetězec pro číslicový přenos a zpracování analogových signálů, vzorkovací kmitočet, kvantizace

14. Základní principy A/D a D/A převodu, odporový D/A převodník, D/A převodník PWM

Osnova cvičení:

1. Opakování ze základů teoretické elektrotechniky - obvodové veličiny, prvky, základní zákony. Zesilovač - zesílení

napětí, proudu, výkonu, frekvenční závislost

2. Operační zesilovač - ideální obvodový element, základní struktury zesilovačů, výpočet zesílení, integrátor.

3. Základní výpočty v obvodech s ideálním operačním zesilovačem. Seznámení s prostředky pro experimenty s

elektronickými součástkami

4. Reálný operační zesilovač - statické a dynamické parametry. Parametry nejběžnějších integrovaných operačních

zesilovačů. Speciální operační zesilovače. LAB - Ověření stejnosměrných vlastností obvodu s operačním

zesilovačem OP 27. Zapojení invertujícího a neinvertujícího obvodu, zapojení sumačního obvodu. Ověření reálných

poměrů na svorkách obvodu.

Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - baterie, akumulátory, usměrňovače, stabilizátory, výpočty potřebných

parametrů diod, orientace v katalogových údajích Měření na jednoduchém usměrňovači a stabilizačním obvodu se

Zenerovou diodou.

6. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - spínané zdroje a měniče, nábojová pumpa. Popis činnosti, vlastnosti

integrovaných obvodů z katalogů. LAB - Zapojení a základní měření na třísvorkovém stabilizátoru a DC/DC

měniči.

7. Komparátor - parametry, použití OZ, komparátor s hysterezí - výpočet, generátory - výpočet, oscilátory – výpočet.

8. Logické funkce kombinační - formy zápisu, algebra, logické členy, elementární operace v algebře logických funkcí.

LAB - Sestavení kombinačního obvodu podle zadané pravdivostní tabulky. Ověření.

9. Integrované logické členy - elementární členy NAND a NOR, integrované logické funkce, el. parametry

10. Logická funkce sekvenční - synchronní a asynchronní činnost sekvenčního obvodu. LAB - Sestavení sekvenčního

obvodu - čítač v Grayově kódu

11. Polovodičové paměti - formát dat, kapacita, přístup k datům, princip uložení dat. Dekódování adresy v poli

paměťových čipů.

12. Řetězec pro číslicový přenos a zpracování signálů - vzorkování, kvantování, rekonstrukce.

13. Základní principy A/D a D/A převodu - převodníky A/D a D/A, princip, realizace. LAB – měření na A/D

převodnících.

14. Otázky ke zkoušce, diskuse. Zápočet.

Předmět přináší základní orientaci v principech elektronických obvodů, které jsou využívány v elektronických laboratorních a lékařských přístrojích. Vytváří předpoklad pro kvalifikovanou obsluhu analogové i číslicové přístrojové techniky.

Povinná literatura:

Studijní materiály - Internetová podpora výuky (skriptum, přednáškové prezentace, příklady k výpočtům, demonstrační simulace obvodů v programu MicroCap) dostupné na moodle.cvut.cz

[1] Uhlíř, J. Elektronické obvody (pro předmět F7PBBEO na ČVUT FBMI). 1. vyd. Kladno, ČVUT FBMI, 2019.

[2] IRWIN, J. David a R. M. NELMS. Basic engineering circuit analysis. 10nd ed. Hoboken: John Wiley, c2011.

Selected Chapters for University of Wisconsin Milwaukee. ISBN 978-1-118-11892-4.

Doporučená literatura:

[3] Uhlíř, J.: Elektrotechnika pro informatiky, Vydavatelství ČVUT Praha 2008, ISBN 987-80-01-03981-6

[4] Neumann, P., Uhlíř, J.: Elektronické obvody a funkční bloky 1 a 2, Vydavatelství ČVUT Praha 2005, vydání 2.

přepracované 279 s., ISBN 80-01-03281-7

[5] Doleček, J. Základy elektroniky. Praha, BEN - techn. literatura 2005.

[6] Maťátko, J. Elektronika. 5. vydání. Praha, Idea servis 2002.

[7] Láníček, R. Elektronika - obvody, součástky, děje. Praha, BEN - technická literatura 1998.

[8] Matoušek, D. Číslicová technika. Praha, BEN - technická literatura 2002.

Studijní pomůcky:

Freeware: Simulační program MicroCap

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)