Elektrotechnika a moderní elektronické obvody

Garant předmětu:

Jiří Hozman

Přednášející:

Jiří Hozman, Roman Matějka

Cvičící:

Jiří Hozman, Roman Matějka, Jan Štrobl

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Předmět se zabývá následujícími tématy: dílčí bloky slaboproudé a silnoproudé elektrotechniky, které se týkají zejména aplikací moderních digitálních a nebo analogově-digitálních obvodů či digitálně-analogových obvodů zejména v oblasti řízení pohonů a aktuátor), 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), systémy pro galvanické oddělení signálu a napájení (optočleny, lineární oddělovače, oddělovače datových sběrnic), výkonové budiče pro motory a jiné aktuátory (H-můstky, triakové a tyristorové řízení, IGBT tranzistory).

Požadavky:

Požadavky na udělení zápočtu:

Povinná docházka na cvičení se dvěma povolenými absencemi 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. Studenti vždy na konci hodiny dostanou zadání na domácí přípravu látky s tématikou na navazující hodinu. Studenti budou na začátku cvičení tázání na danou problematiku. V případě zásadní neznalosti nemůže student absolvovat cvičení.

Hodnocení zkoušky:

Student se může přihlásit na zkoušku, pouze pokud získá zápočet. Zkouška je tvořena písemnou částí (testem), který je tvořen otázkami typu MCQ za 1 bod (výběr ze tří možností a vždy je jedna správná odpověď) za správně vypracovanou odpověď, za všechny ostatní odpovědi, tj. špatnou, žádnou, špatně opravenou či vícenásobnou, je nula bodů. Opravy jsou možné pouze předepsaným způsobem (viz poučení na testu a před testem) a to pro otázky typu MCQ a pro každou otázku je možná pouze jedna oprava. Dále jsou v testu použity otevřené otázky, resp. řešení zadaných úloh (výpočty, návrhy, bloková schémata, grafy, průběhy, popisy apod.) s tím, že správně vypracovaná odpověď je za max. 5 bodů. Vše je v souladu s uvedenými zkouškovými okruhy. Celkem se jedná o 36 otázek (20 typu ABC po 1 bodu a 16 otevřených po max. 5 bodech - příklady, bloková schémata, práce s katalogovými listy, elektrotechnická schémata a zapojení, apod.). Doba vypracování 120 minut. Při počtu bodů na rozhraní klasifikačních stupňů (plus/mínus dva body) lze realizovat ještě ústní dozkoušení podle vypsaných zkouškových okruhů. Celkové hodnocení je udělen podle dosaženého počtu bodů ze zkouškového testu podle ECTS stupnice.

Osnova přednášek:

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

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

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

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

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

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

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

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

Osnova cvičení:

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:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky / 1. díl Základy elektroniky, ideální a reálné prvky. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2005. 342 s. ISBN 80-7300-146-2.

[2] DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky / 2. díl Polovodičové prvky a elektronky. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2005. 206 s. ISBN 80-7300-161-6.

[3] DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky. 3. díl, Optoelektronika. Praha: BEN - technická literatura, 2005. 158 s. ISBN 80-7300-184-5.

[4] DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky / 4. díl Přenosy v lineárních obvodech. Praha: BEN - technická literatura, 2006. 295 s. ISBN 80-7300-185-3.

[5] DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky / 5. díl Operační zesilovače a komparátory. Praha: BEN - technická literatura, 2007. 231 s. ISBN 978-80-7300-187-2.

[6] DOLEČEK, Jaroslav. Moderní učebnice elektroniky. 6. díl, Kmitočtové filtry, generátory signálu a převodníky dat. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2009. 271 s. ISBN 978-80-7300-240-4.

Doporučená literatura:

[7] MATOUŠEK, David. Číslicová technika: základy konstruktérské praxe. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2001. 207 s. ISBN 80-7300-025-3.

[8] VOŽENÍLEK, Petr a Josef JANOUŠEK. Základy silnoproudé elektrotechniky. Vyd. 1. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2005. 139 s. ISBN 80-01-03135-7.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

	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 KL:B-135 Hozman J. Matějka R. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebna
Út	místnost KL:B-131 Matějka R. Štrobl J. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. návrhu a funkce LPmístnost KL:B-131 Matějka R. Štrobl J. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. návrhu a funkce LPmístnost KL:B-131 Matějka R. Štrobl J. 16:00–17:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. návrhu a funkce LP
St
Čt
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní program Biomedicínské inženýrství (povinný předmět)