Číslicové a analogové obvody

Přednášející:

Martin Kohlík, Jan Kyncl (gar.), Martin Novotný (gar.)

Cvičící:

Martin Kohlík, Jan Kyncl (gar.), Martin Novotný (gar.), Jaroslav Borecký, Šimon Branda, Ondřej Brém, Martin Daňhel, Robert Hülle, Ondřej Chládek, Dominik Igerský, Stanislav Jeřábek, Pavel Kubalík, Jaromír Mikušík, Vojtěch Miškovský, Vojtěch Nevřela, Vojtěch Pail, Jan Řezníček, Petr Socha, Filip Štěpánek, Daniel Vančura, Tomáš Zimmerhakl

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Základy analogových obvodů, základy číslicových obvodů. Matematický popis obvodů. Analýza obvodů. Návrh jednoduchých obvodů, výpočet jejich parametrů. Znalost SW Mathematica.

Požadavky:

Středoškolská matematika a fyzika.

Osnova přednášek:

1. Napětí, proud, zdroj napětí, zdroj proudu. Ideální vodič.

2. Idealizované součástky (rezistor, kondenzátor, cívka) a jejich parametry (odpor, kapacita, indukčnost). Obvodové rovnice. Metoda uzlových napětí. Numerická matematika pro řešení rovnic popisujících elektrické obvody.

3. Paralelní a sériové řazení rezistoru, kondenzátoru, cívky. RC článek. Výkon. Stejnosměrné obvody.

4. Digitální abstrakce, Boolská logika, boolské funkce (negace, NAND, NOR, AND, OR, sum-of-products), spínače typu N a typu P, implementace logických hradel pomocí spínačů typu N a spínačů typu P.

5. Polovodiče, vlastnosti. Základní nelineární prvky vyskytující se v elektrických obvodech (diody, ...), charakteristiky, linearizace. MOSFET. MOSFET jako zesilovač. MOSFET jako spínač.

6. Struktury logických prvků (technologie CMOS, fyzická struktura, logická hradla, multiplexery, třístavové budiče, hladinové klopné obvody, hranové klopné obvody). Energie a výkon v číslicových systémech.

7. Harmonický ustálený stav s jednou frekvencí. Fázory, impedance, přenos, decibely.

8. Výkon. Střední a efektivní hodnota.

9. Fourierovy řady.

10. Rezonanční obvody; rovnice, časové průběhy veličin včetně výkonů. Měření a ukázka ladění.

11. Homogenní vedení (různé přístupy, základní ukázky zakončení atd.). Zpoždění signálů v číslicových systémech. Symetrická vedení, asymetrická vedení.

12. Magneticky vázané obvody. Transformátory.

13. Operační zesilovače, komparátory (vlastnosti, jednoduchý obvod s OZ, vstupní a výstupní odpor, příklady, RC obvody s OZ, OZ v saturaci, kladná zpětná vazba).

Osnova cvičení:

1. Úvod do SW Mathematica.

2. Úvod do SW Mathematica.

3. TEST1. Metoda uzlových napětí.

4. Metoda uzlových napětí.

5. Metoda uzlových napětí.

6. Stejnosměrné obvody. Obvody s tranzistory.

7. TEST2. Úvod do harmonického ustáleného stavu.

8. Harmonický ustálený stav s jednou frekvencí.

9. Harmonický ustálený stav - impedance, přenos.

10. Harmonický ustálený stav - imepedance, přenos, výkon.

11. TEST3.

12. Zápočet

13. Rezerva.

Cíle studia:

Cílem předmětu je osvojit si teoretické základy číslicových a analogových obvodů a základní metody jejich řešení. Studenti se dozvědí, jak vypadají struktury počítače na nejnižší úrovni. Seznámí se s funkcí tranzistoru. Proč procesor topí, je ho potřeba chladit a jak spotřebu snížit. Čím je omezena maximální frekvence a jak ji zvýšit. Proč je potřeba sběrnici počítače zakončovat, co se stane, když ji nezakončí. Jak (principiálně) vypadá napájecí zdroj počítače. Na cvičeních budou studenti provádět měření na obvodech. Obvody budou také sami navrhovat, některé návrhy budou ověřovat na přípravcích. Pro řešení budou používat SW Mathematica.

Studijní materiály:

Poznámka:

Informace o předmětu a výukové materiály naleznete na https://courses.fit.cvut.cz/BI-CAO/

Rozsah:přednášky+cvičení:2p+2c.

Další informace:

https://courses.fit.cvut.cz/BI-CAO/

Rozvrh na zimní semestr 2018/2019:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost TK:PU1 Jeřábek S. Chládek O. 11:00–12:30 (paralelka 206) Dejvice NTK PU 1místnost T9:105 Novotný M. Kohlík M. 16:15–17:45 (přednášková par. 1) Dejvice Posluchárnamístnost T9:105 Novotný M. Kohlík M. 18:00–19:30 (přednášková par. 2) Dejvice Posluchárna místnost TK:PU1 Hülle R. Chládek O. 12:45–14:15 (paralelka 207) Dejvice NTK PU 1místnost T9:107 Novotný M. Kohlík M. 16:15–17:45 (přednášková par. 3) Dejvice Posluchárnamístnost TK:PU1 Štěpánek F. Igerský D. 18:00–19:30 (paralelka 303) Dejvice NTK PU 1 místnost TK:PU1 Jeřábek S. Igerský D. 16:15–17:45 (paralelka 302) Dejvice NTK PU 1
Út	místnost TK:PU1 Borecký J. Mikušík J. 09:15–10:45 (paralelka 101) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Borecký J. Mikušík J. 11:00–12:30 (paralelka 102) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Kubalík P. Branda Š. 12:45–14:15 (paralelka 103) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Miškovský V. Socha P. 14:30–16:00 (paralelka 104) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Kubalík P. Vančura D. 16:15–17:45 (paralelka 105) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Kubalík P. Pail V. 18:00–19:30 (paralelka 106) Dejvice NTK PU 1
St	místnost TK:PU1 Miškovský V. Socha P. 09:15–10:45 (paralelka 204) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Miškovský V. Socha P. 11:00–12:30 (paralelka 205) Dejvice NTK PU 1
Čt
Pá	místnost TK:PU1 Daňhel M. Řezníček J. 09:15–10:45 (paralelka 107) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Daňhel M. Řezníček J. 11:00–12:30 (paralelka 201) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Daňhel M. Řezníček J. 12:45–14:15 (paralelka 202) Dejvice NTK PU 1místnost TK:PU1 Daňhel M. Řezníček J. 14:30–16:00 (paralelka 203) Dejvice NTK PU 1

Rozvrh na letní semestr 2018/2019:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Informační technologie - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2012 (povinný předmět programu)
• Informatika, plán pro fázi studia bez oboru - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Web a multimedia - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Teoretická informatika - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Informační technologie - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Softwarové inženýrství - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Informační systémy a management - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2013 (povinný předmět programu)
• Informatika, plán pro fázi studia bez oboru - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Web a multimedia - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Teoretická informatika - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Informační technologie - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Počítačové inženýrství - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Softwarové inženýrství - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Informační systémy a management - verze pro ty, kteří se zapsali v roce 2014 (povinný předmět programu)
• Bc. program Informatika, studijní plán pro fázi studia bez oboru, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Bezpečnost a informační technologie, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Teoretická informatika, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bc.obor Počítačové inženýrství, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Informační systémy a management, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Znalostní inženýrství, verze 2015, 2016 a 2017 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Softwarové inženýrství, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Webové inženýrství, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor WSI, zaměření Počítačová grafika, verze 2015, 2016, 2017 a 2018 (povinný předmět programu)
• Bakalářský obor Znalostní inženýrství, verze 2018 (povinný předmět programu)