Elektrické obvody a prvky

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra teorie obvodů

Anotace:

Předmět uceleně seznamuje studenty se základními a nejdůležitějšími principy a metodami řešení elektrických obvodů. Definuje základní obvodové veličiny a prvky, seznamuje studenty se skutečnými součástmi elektrických zařízení a zabývá se základními metodami analýzy obvodů. Je orientován na základní tématické celky z oblasti analogové i digitální techniky, potřebné pro studium kybernetiky a řídicí techniky.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/A3B31EOP

Požadavky:

* Solidní znalosti z matematiky:

a) analýza funkcí 1 proměnné

b) základy infinitezimálního počtu

c) diferenciální rovnice

d) řady

e) komplexní proměnná

f) transformace

g) základy lineární algebry

* Solidní znalosti z fyziky:

a) mechanika

b) základy elektřiny a magnetismu (Maxwellovy rovnice)

* Základní znalosti z teorie signálů

Osnova přednášek:

1. Elementy elektrických obvodů

2. Základní výpočty, Kirchhofovy zákony, elementární vztahy pro rezistory, kapacitory a induktory

3. Výpočty ve stacinárním ustáleném stavu (SUS -obvody se stejnosměrným proudem)

4. Výpočty ve stacinárním ustáleném stavu (SUS -obvody se stejnosměrným proudem)

5. Výpočty v harmonickém ustáleném stavu (HUS) - výkon v HUS

6. Výpočty v harmonickém ustáleném stavu (HUS) - frekvenční chrakteristiky

7. Přechodné děje, výpočty v časové oblasti

8. Přechodné děje, výpočty v časové oblasti

9. Obvody druhého řádu, širokopásmový obvod, rezonance

10. Nelineární nesetrvačný jednobran - polovodičová dioda. Řešení obvodů ve stacionárním ustáleném stavu

11. Nelineární nesetrvačný dvojbran - bipolární a unipolární tranzistor, parametry pro řešení SUS

12. Linearizace nelineárních obvodů

13. Elektronické spínače a obvody s nimi

14. Tranzistorový zesilovač s bipolárním a unipolárním tranzistorem

15. Zesilovač - zesílení napětí, proudu, výkonu, zpětná vazba v zesilovači (paralelní, sériová, napěťová, proudová)

16. Operační zesilovač - ideální obvodový element, zapojení základních struktur operačních sítí

17. Reálný operační zesilovač - statické parametry: omezený rozkmit výstupního napětí, ofset, konečné zesílení, přenos souhlasné složky

18. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - baterie, akumulátory, usměrňovače, měniče

19. Komparátor - základní parametry, elektronický obvod komparátoru, komparátor s hysterezí, bistabilita

20. Generátor tvarových kmitů, sinusový oscilátor LC a RC

21. Logické funkce, zápis a realizace logickými členy, integrované logické funkce (dekodéry, paritní generátory, posuvné registry, čítače,.)

22. Integrované polovodičové logické členy - integrované obvody (technologické rodiny), elektrické parametry

23. Polovodičové paměti - formát uložených dat, kapacita čipu a paměťového bloku, princip uložení dat (permanentní, semipermanentni, volatilní)

24. Řetězec pro číslicový přenos a zpracování analogových signálů

25. Základní principy A/D a D/A převodu

26. Studenty vyžádaná témata - opakování

Osnova cvičení:

1. Úvod. Elektrický obvod, elektrické napětí a proud, vztahy s výkonem na rezistoru a s

energií. Řazení rezistorů, kapacitorů a induktorů, řazení ideálních zdrojů napětí a proudu.

Kirchhoffovy zákony, napěťový a proudový dělič. Seznámení se simulátorem

elektrických obvodů MicroCap (MC), simulace děliče.

2. Výpočty ve stacionárním ustáleném stavu. Théveninův a Nortonův teorém.

3. Pokročilé výpočty ve stacionárním ustáleném stavu, metoda uzlových napětí, metoda

smyčkových proudů, princip superpozice, řízené zdroje.

4. 1. test - SUS. Výpočty v harmonickém ustáleném stavu, fázory, frekvenční

charakteristiky, činný a jalový výkon.

5. Přechodné jevy v RC a RL obvodech při stejnosměrném buzení, výpočet a ověření

počítačovou simulací.

6. Laboratorní měření - SUS, HUS, přechodné děje.

7. Diody. Základní zapojení diody jako usměrňovače, dynamické vlastnosti, VA

charakteristika, model diody a jeho linearizace, jednoduchý příklad přenosového článku s

diodou. Jednocestný a dvoucestný usměrňovač.

8. Spínací obvody s tranzistory. Laboratorní měření - převodní charakteristika

MOSFETu, MOSFET jako spínač.

9. Zesilovač se společným E a S, linearizace, výpočet součástek pro nastavení pracovního

bodu, ověření simulací v MC.

10.Základní zapojení s operačním zesilovačem, lineární zesilovače, oscilátory a AKO s OZ,

funkce, analýza a simulace v MC.

11. 2. test - diody, tranzistory, OZ. Laboratorní měření - OZ - základní parametry, Wienův

oscilátor.

12.Logické členy, složitější dekodéry, oddělovače, funkce D registru a latche. Samostatný

úkol - dekodér paměťového bloku sestavený ze zadaných obvodů.

13.Základní výklad, výpočty zpoždění a činitele odrazu na vedení, simulace dlouhých

vedení.

Cíle studia:

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními obvodovými prvky, principy a metodami řešení elektrických obvodů a jejich aplikacemi. Dále se studenti seznámí s principy elektronických prvků, tj. diod, tranzistorů, tyristorů i operačních zesilovačů a naučí se základním metodám analýzy těchto obvodů.

Studijní materiály:

Neumann, P. - Uhlíř, J.: Elektronické obvody a funkční bloky 1., Praha: Vydavatelství ČVUT, 2005, 279 s., ISBN 80-01-03281-7

V. Havlíček, M. Pokorný, I. Zemánek: Elektrické obvody 1, Vydavatelství ČVUT, 2005.

V. Havlíček, I. Zemánek: Elektrické obvody 2, Vydavatelství ČVUT, 2008.

Uhlíř, J.: Elektrotechnika pro informatiky, Praha: skriptum ČVUT, 2008, ISBN 978-80-01-03981-6

R. Čmejla, V. Havlíček, I. Zemánek: Základy teorie elektrických obvodů 1 - cvičení, Vydavatelství ČVUT, 2009.

R. Čmejla, V. Havlíček, I. Zemánek: Základy teorie elektrických obvodů 2 - cvičení, Vydavatelství ČVUT, 2007.

J. Vobecký, V. Záhlava: Elektronika, Grada Publishing, 2001.

R. A. DeCarlo, Pen-Min Lin: Linear Circuit Analysis. Prentice Hall, 1995.

J, D. Irwin, R. M. Nelms: Basic Engineering Circuit Analysis. 9th ed., Wiley, 2008.

A. S. Sedra, K. C. Smith: Microelectronic Circuits. 3rd ed., Saunders College Publishing 1991 / Oxford University Press, 2007, 2011.

[18] Nilsson: Electric Circuits. Prentice Hall, 2004.

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 28p+6c

Další informace:

http://amber.feld.cvut.cz/magnetgroup/index.php/vyuka/eop

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: