Moodle FEL ČVUT
Elektronické prvky a obvody
B241 - Zimní 2024/2025
Elektronické prvky a obvody - B3B31EPO
| Kredity | 6 |
| Semestry | zimní |
| Zakončení | zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | čeština |
| Rozsah výuky | 4P+2L |
Anotace
Pedmět seznamuje studenty se základními principy a metodami řešení elektrických obvodů. Definuje obvodové prvky a uvádí jejich elementární aplikace. Zabývá se základními funkcemi elektrických a elektronických zařízení s analogovými i digitálními obvody. Uvádí principy funkce a metody analýzy těchto obvodů s ohledem na použití pro kybernetiku a řídicí techniku.
Cíle studia
None
Osnovy přednášek
1. Prvky elektrických obvodů: pasivní dvojpóly, řízené zdroje - popis, vztahy mezi obvodovými veličinami.
2. Základní zákony a teorémy v elektrických obvodech, analýza odporových obvodů, výkon.
3. Metody analýzy lineárních elektrických obvodů v časové oblasti. Přechodné jevy v RLC obvodech při stejnosměrném buzení.
4. Harmonický ustálený stav - vyjádření obvodových veličin pomocí fázorů, výkon v HUS, pojem rezonance.
5. PN přechod, prvky elektronických obvodů: dioda, tyristor, triak - popis činnosti, typické aplikace, model diody, princip linearizace.
6. Tranzistory: bipolární a unipolární tranzistor - princip činnosti, popis, charakteristiky, modely.
7. Aplikace tranzistoru jako řízeného spínače a zesilovacího prvku.
8. Ideální operační zesilovač: princip, základní lineární operační sít (invertující a neinvertující zapojení, sumátor, rozdílový zesilovač, převodníky u-i a i-u, integrátor, derivátor.
9. Reálné vlastnosti OZ a jejich vliv na obvodové struktury. Kmitočtová kompenzace.
10. Speciální aplikace OZ: oscilátory, izolační zesilovač, nelineární obvody s OZ, AKO, komparátory.
11. Klasické napájecí zdroje, lineární stabilizátory - principy a dosahované parametry.
12. Polovodičové spínače, spínání odporové a indukční zátěže, princip a vlastnosti spínaných zdrojů.
13. Struktury logických obvodů: diodová logika, princip CMOS invertoru, základní elektrické charakteristiky, zapojení a funkce dvouvstupuvého hradla NAND.
14. Kapacitní a induktivní vazba, rušení na vedení a odolnost vůči němu, vstupní obvody a budiče průmyslových sběrnic.
2. Základní zákony a teorémy v elektrických obvodech, analýza odporových obvodů, výkon.
3. Metody analýzy lineárních elektrických obvodů v časové oblasti. Přechodné jevy v RLC obvodech při stejnosměrném buzení.
4. Harmonický ustálený stav - vyjádření obvodových veličin pomocí fázorů, výkon v HUS, pojem rezonance.
5. PN přechod, prvky elektronických obvodů: dioda, tyristor, triak - popis činnosti, typické aplikace, model diody, princip linearizace.
6. Tranzistory: bipolární a unipolární tranzistor - princip činnosti, popis, charakteristiky, modely.
7. Aplikace tranzistoru jako řízeného spínače a zesilovacího prvku.
8. Ideální operační zesilovač: princip, základní lineární operační sít (invertující a neinvertující zapojení, sumátor, rozdílový zesilovač, převodníky u-i a i-u, integrátor, derivátor.
9. Reálné vlastnosti OZ a jejich vliv na obvodové struktury. Kmitočtová kompenzace.
10. Speciální aplikace OZ: oscilátory, izolační zesilovač, nelineární obvody s OZ, AKO, komparátory.
11. Klasické napájecí zdroje, lineární stabilizátory - principy a dosahované parametry.
12. Polovodičové spínače, spínání odporové a indukční zátěže, princip a vlastnosti spínaných zdrojů.
13. Struktury logických obvodů: diodová logika, princip CMOS invertoru, základní elektrické charakteristiky, zapojení a funkce dvouvstupuvého hradla NAND.
14. Kapacitní a induktivní vazba, rušení na vedení a odolnost vůči němu, vstupní obvody a budiče průmyslových sběrnic.
Osnovy cvičení
1. Úvod. Elektrický obvod, elektrické napětí a proud, řazení ideálních zdrojů napětí a proudu, ověření laboratorním měřením..
2. Ohmův zákon. Kirchhoffovy zákony, sériové a paralelní řazení rezistorů, ověření laboratorním měřením.
3. Metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů. počítačová analýza elektrických obvodů.
4. Test 1. Přechodné jevy v RLC obvodech při stejnosměrném buzení, výpočet a ověření počítačovou simulací.
5. HUS - fázory, impedance a admitance. Analýza elementárních obvodů v HUS,.
6. Frekvenční charakteristiky - ruční i počítačová analýza, ověření laboratorním měřením. Rezonance.
7. Test 2. Elementární obvody s diodami a tranzistory. Principy činnosti, analýza dominantních vlastností.
8. Simulace a laboratorní měření obvodů s tranzistory, spínací a lineární režim
9. Základní zapojení s operačním zesilovačem, analýza a simulace.
10. Laboratorní měření elementárních zapojení s operačním zesilovačem.
11. Oscilátory a astabilní klopné obvody s OZ.
12. Test 3. Stabilizátor se ZD, výpočet, simulace.
13. Laboratorní měření vlastností CMOS invertoru.
14. Konzultace, zápočet.
2. Ohmův zákon. Kirchhoffovy zákony, sériové a paralelní řazení rezistorů, ověření laboratorním měřením.
3. Metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů. počítačová analýza elektrických obvodů.
4. Test 1. Přechodné jevy v RLC obvodech při stejnosměrném buzení, výpočet a ověření počítačovou simulací.
5. HUS - fázory, impedance a admitance. Analýza elementárních obvodů v HUS,.
6. Frekvenční charakteristiky - ruční i počítačová analýza, ověření laboratorním měřením. Rezonance.
7. Test 2. Elementární obvody s diodami a tranzistory. Principy činnosti, analýza dominantních vlastností.
8. Simulace a laboratorní měření obvodů s tranzistory, spínací a lineární režim
9. Základní zapojení s operačním zesilovačem, analýza a simulace.
10. Laboratorní měření elementárních zapojení s operačním zesilovačem.
11. Oscilátory a astabilní klopné obvody s OZ.
12. Test 3. Stabilizátor se ZD, výpočet, simulace.
13. Laboratorní měření vlastností CMOS invertoru.
14. Konzultace, zápočet.
Literatura
1. Irwin, J. D.: Nelms R. M.: Basic engineering circuit analysis. Wiley, 2008, ISBN 0470128690
2. Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith: Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 6. vydání, 2009, ISBN 9780195323030
2. Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith: Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 6. vydání, 2009, ISBN 9780195323030
Požadavky
None