Elektrotechnika

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

V rámci předmětu jsou zastoupeny dílčí bloky slaboproudé a silnoproudé elektrotechniky, které se týkají zejména aplikací moderních digitálních a nebo analogově-digitálních obvodů či digitálně-analogových obvodů a to jak ve slaboproudých aplikacích, tak i silnoproudých (zejména v oblasti řízení pohonů a aktuátorů). Základní koncepce a požadavky pro tyto obvody, jako je jejich napájení, zatížitelnost, připojení k dalším periferiím apod. Důraz je dále kladen na principy a aplikace synchronní a asynchronní komunikační linky (SPI, I2C, OneWire, USART), programovatelné obvody (principy programovatelné logiky, přehled programovatelných obvodů - PAL, GAL, CPLD, FPGA, postupy programování obvodů), mikrokontroléry a mikroprocesory (8bitová, 16bitová a 32bitová architektura). Dále systémy pro galvanické oddělení signálu a napájení (optočleny, lineární oddělovače, oddělovače datových sběrnic). V rámci silového řízení budou také zmíněny výkonové budiče pro motory a jiné aktuátory (H-můstky, triakové a tyristorové řízení, IGBT tranzistory).

Požadavky:

A) Požadavky pro získání zápočtu:

Povinná docházka na cvičení s jednou povolenou absencí (1 blokový modul), bez nutnosti náhrady. V případě většího počtu absencí ze závažných důvodů bude řešeno individuálně. Studenti jsou si povinni vést laboratorní deník, do kterého si budou zaznamenávat postupy a naměřené výsledky v průběhu cvičení. Tento deník je nedílnou součástí pro získání zápočtu.

B) Zkouška:

Student se může přihlásit na zkoušku, pouze pokud získá zápočet. Zkouška je tvořena písemnou částí (testem) a to ze dvou základních oblastí: teoretické otázky z přednášek (1 bod za správně vypracovanou odpověď, za všechny ostatní odpovědi, tj. špatnou, žádnou, škrtnutou či vícenásobnou, je nula bodů, výběr ze tří možností a vždy je jedna správná odpověď, opravy odpovědí nejsou možné, tj. škrtání znamená 0 bodů za odpověď) a řešení zadaných úloh (obdoba ze cvičení - výpočty, návrhy - správně vypracovaná odpověď max. za 5 bodů). Vše je v souladu s uvedenými zkouškovými okruhy. Celkem se jedná o 60 otázek (50 typu ABC po 1 bodu a 10 otevřených po max. 5 bodech - příklady, bloková schémata, práce s katalogovými listy, elektrotechnická schémata a zapojení, a pod). Doba vypracování 120 minut. Při klasifikaci na rozhraní klasifikačních stupňů lze realizovat ještě ústní dozkoušení podle vypsaných zkouškových okruhů.

C) Celkové hodnocení:

Výsledný klasifikační stupeň je udělen podle dosaženého počtu bodů ze zkouškového testu podle ECTS stupnice uvedené ve SZŘ ČVUT.

Osnova přednášek:

1) Základní rozdělení elektrotechniky (silnoproud, slaboproud), .ČSN x normy ve zdravotnictví, bezpečnost, vodiče a konektory

2) Vývoj elektrotechniky, přechod od reléové a vakuové techniky k polovodičům. Charakteristika základních řad součástek (výkonové, logické, programovatelné), jejich pouzdra, proudové a teplotní zatížitelnosti.

3) Možnosti napájení v elektrotechnice, baterie a akumulátory, transformátory, DC/DC měniče, stabilizátory, referenční zdroje napětí a proudu.

4) Binární algebra a její význam, číselné soustavy (DEC, BIN, HEX, OCT), aplikace logiky, aritmeticko-logické jednotky, celočíselná algebra, algebra plovoucí čárky, kódování znaků, ukázky aplikace.

5) Komplexní systémy digitálních obvodů, paměti, procesory

6) Komunikace, datové sběrnice (sériová/paralelní, USART, SPI, I2C, CAN, OneWire). Praktická komunikace s obvody.

7) Oddělovací obvody (optické, kapacitní, indukční), binární, lineární.

8) Prvky pro spínání zátěže (ohmické a indukční) - relé, stykače, SSR, triaky a tyristory, bipolární, unipolární a IGBT tranzistory, výkonové optočleny.

9) Řízení motorů a aktuátorů (solenoidy) v elektrotechnice - AC a DC motory, bezkartáčové motory, H - můstky, enkodéry

10) Krokové motory a servopohony, inteligentní drivery krokových motorů, mikrostep technologie.

11) Hradlová pole, PAL, GAL, CPLD, FPGA, principy použití, vývojové nástroje a programování. Hyperparalelismus využitím FPGA, srovnání s technologií ASIC.

12) Vzorkovací a paměťové obvody (S/H), převodníky A/D, D/A, PGA, , programovatelné AFE využití pro analogové aplikace (UZV, EKG, elektrochemické senzory).

13) Vysoké napětí v biomedicínských aplikacích - lasery, fotonásobiče, rentgenky, piezoelementy. Zdroje VN napětí, VN kabely, bezpečnost použití.

Osnova cvičení:

1) Elektrická rozvodná síť, konstrukce napájecího zdroje

2) Základ TTL logiky

3) Lineární stabilizátory a reference

4) Sběrnice a paralelní komunikace s IO

5) Galvanické oddělení

6) Registry a paměťové obvody

7) Spínaní výkonové zátěže, relé

8) Sériová komunikace SPI a I2C komunikace

9) H můstky a krokové motory

10) PGA, digitálně programovatelné analogové prvky

11) AFE a vzorkovací obvody

12) Hradlová pole CPLD a FPGA

Cíle studia:

Hlavním cílem předmětu je umožnit studentům získat základní vědomosti a dovednosti s dílčími bloky slaboproudé a silnoproudé elektrotechniky, které se týkají zejména aplikací moderních digitálních a nebo analogově-digitálních obvodů v lékařské elektronice.

Studijní materiály:

[1] Doleček, J.: Moderní učebnice elektroniky - 1. díl - základy, ideální a reálné prvky: rezistor, kondenzátor, cívka. BEN - technická literatura, Praha, 2005, 344 s. ISBN 80-7300-146-2

[2] Doleček, J.: Moderní učebnice elektroniky - 2. díl - polovodičové prvky a elektronky. BEN - technická literatura, Praha, 2005, 208 s. ISBN 80-7300-161-1

[3] Doleček, J.: Moderní učebnice elektroniky - 3. díl - optoelektronika, optické prvky a vlákna. BEN - technická literatura, Praha, 2005, 160 s. ISBN 80-7300-184-5

[4] Doleček, J.: Moderní učebnice elektroniky - 4. díl - přenosy v lineárních obvodech a základy zesilovačů. BEN - technická literatura, Praha, 2006, 296 s. ISBN 80-7300-185-3

[5] Doleček, J.: Moderní učebnice elektroniky - 5. díl - operační zesilovač a komparátory. BEN - technická literatura, Praha, 2007, 232 s. ISBN 80-7300-187-2

[6] Doleček, J.: Moderní učebnice elektroniky - 6. díl - kmitočtové filtry, generátory signálů a převodníky dat. BEN - technická literatura, Praha, 2009, 240 s. ISBN 80-7300-240-4

[7] Matoušek, D. Číslicová technika - základy konstruktérské praxe. BEN. Praha 2001.

[8] Voženílek, Janoušek: Základy silnoproudé elektrotechniky , ČVUT Praha, 2006

Poznámka:

WWW stránka předmětu http://www.fbmi.cvut.cz/studenti/predmety/17pmbel

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: