Analogová technika

• 26 hod. přednášky
• 12 hod. cvičení
• 14 hod. laboratoře
• 12 hod. pc laboratoře

Předmět svým charakterem umožní získat praktický přístup k návrhu analogových obvodů nejrůznějšího typu.
Absolvent předmětu bude schopen:
- navrhnout základní analogové bloky s bipolárními a unipolárními tranzistory,
- vysvětlit vnitřní strukturu operačních zesilovačů a dalších analogových integrovaných obvodů,
- navrhnout základní lineární obvody s operačními zesilovači,
- navrhnout požadovanou přenosovou funkci aktivních filtrů,
- znát funkci základních nelineárních obvodů,
- navrhnout obvody s komparátory,
- rozumět aplikacím operačních zesilovačů či komparátorů ve funkčních generátorech, stabilizátorech napětí apod.

Získat základní aplikační znalosti analogové techniky v celé šíři, tj. od jednoduchých stavebních bloků s diodami, bipolárními a unipolárními tranzistory až po použití integrovaných analogových obvodů v konkrétních aplikacích.

Jsou požadovány znalosti na úrovni základů teoretické elektrotechniky, zejména Ohmův zákon a Kirchhoffovy zákony, student musí být schopen analyzovat jednoduché pasivní obvody, musí znát funkci polovodičové diody, funkci bipolárního a unipolárního tranzistoru.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

• SEDRA , A. S.; SMITH, K. C.: Microelectronic Circuits. Oxford University Press, Oxford 1998
• WINDER , S.: Filter design. Bidless, Oxford 1998
• RAUT, R.; Swamy, M.N.S.: Modern Analog Filter Analysis And Design, Wiley Verlag, 2005
• FEUCHT, D.: Designing High - performance amplifiers. SciTech Publishing, 2010

• VRBA, K.; MIŠUREC, J. Technika analogových obvodů. Vysoké učení technické v Brně, Nakladatelství VUTIUM, 2020. 423 s. ISBN: 978-80-214-5901-4. https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/195807
• TIETZE, Ulrich a SCHENK, Christph a GAMM, Eberhard.: Electronic circuits: Handbook for design and application. New York: Springer, 2008, ISBN: 978-354004295

1. Základní poznatky a metody řešení lineárních analogových obvodů (opakování): pasivní prvky, elementární obvody, zdroje napětí a proudů, základní metody řešení lineárních obvodů, spojování přenosových článků
2. Základní stavební bloky analogových obvodů: zapojení s diodami, s referenčními diodami, s bipolárními a unipolárními tranzistory, referenční zdroje napětí a proudu, proudová zrcadla
3. Struktura operačních zesilovačů: diferenční zesilovače, příklady zapojení operačních zesilovačů s bipolárními a unipolárními tranzistory, OTA zesilovače aj.
4. Parametry operačních zesilovačů a jejich vliv na základní zapojení: konečné zesílení, diferenčí a souhlasná vstupní impedance, výstupní impedance, klidové proudy, drift, šum, kmitočtová charakteristika, přechodová charakteristika
5. Lineární obvody s operačními zesilovači: invertující, neinvertující, sčítací a rozdílové zapojení, můstková zapojení, řízené zdroje napětí a proudu, ss referenční zdroje napětí a proudu, integrátor, derivátor, stř. zesilovače
6. Pasivní a aktivní kmitočtové filtry: dolní, horní a pásmové propusti, pásmové nádrže, fázovací články, aproximace kmitočtových charakteristik, návrh filtrů, filtry vyšších řádů
7. Nelineární obvody: horní, dolní a oboustranné diodové omezovače, diodové funkční měniče, logaritmické a exponenciální převodníky, operační usměrňovače
8. Obvody s elektronickými spínači: analogové multiplexery a demultiplexery, zesilovače s přepínatelným zesílením, elektronické střídače, vzorkovače/sledovače s pamětí
9. Napájecí zdroje: výkonové usměrňovače, stabilizátory napětí, integrované stabilizátory, symetrické stabilizátory sledovacího typy
10. Komparátory: parametry, okénkové komparátory, komparátory s hysterezí
11. Generátory: oscilátory, funkční generátory, multivibrátory

1. Návrh a vlastnosti referenčních zdrojů s diodou, Zenerovou diodou, s tranzistorem, integrované referenční zdroje
2. Zdroj konstantního proudu s tranzistorem, proudové zrcadlo, zdroj proudu s FET, zapojení zesilovače SE
3. Návrh jednoduchého diferenčního OZ, invertující zapojení OZ a vliv reálných vlastností OZ na jeho vlastnosti
4. Neinvertující zapojení OZ a jeho vlastnosti, návrh precisního přístrojového zesilovače, precisní zdroj proudu
5. Návrh aktivních filtrů: DP 2. řádu, DP 6. řádu, HP 2. řádu, PP 2. řádu
6. Návrh elektronického střídače, návrh zesilovače s elektronicky přepínatelným zesílením, dvoucestný operační usměrňovač, návrh napájecího zdroje s integrovaným stabilizátorem

1. - 2. Individuální návrh, stavba, oživení a změření kmitočtových filtrů s operačními zesilovači.
3. - 4. Individuální návrh, stavba, oživení a změření diodového funkčního měniče.
5. - 6. Individuální návrh, stavba, oživení a změření obvodů s komparátory.
7. Závěrečné zhodnocení realizovaných úloh

1. Stejnosměrná analýza a její význam při návrhu analogových obvodů
2. Střídavá analýza a její význam při návrhu analogových obvodů
3. Časová analýza a její význam při návrhu analogových obvodů
4. Citlivostní analýza a její význam při návrhu při návrhu analogových obvodů
5. Modely aktivních prvků, dělení dle úrovně
6. Identifikace chyb v návrhu analogového obvodu

V každém typu cvičení může student získat až 10 bodů, tzn. za všechny typy cvičení student získává až 30 bodů. Účast v počítačových a laboratorních cvičeních je povinná. Účast v numerických cvičeních je dobrovolná, povinný je je ale test znalostí na konci semestru. Vlastní zkouška je písemná a student za ni může získat až 70 bodů. Zkouška je zaměřena na orientaci v návrhu základních analogových obvodů a na schopnost analyzovat složitější analogové struktury.

Zápočet: Zápočet společně za všechny druhy cvičení uděluje Ing. David Kubánek, Ph.D.

Protože situace loňského roku byla z důvodu distanční výuky specifická, je nutno při opakování předmětu v letošním roce presenčně absolvovat jak laboratorní, tak i počítačová cvičení. Numerické cvičení bude uznáno, pokud bylo hodnocení numerického cvičení nenulové. O uznání numerických cvičení je nutno požádat na začátku semestru Ing. Davida Kubánka, PhD.

V případě přechodu na distanční výuku budou počítačová a laboratorní cvičení sloučena a hodnocena společně max 20 body.

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Laboratorní výuka a počítačová cvičení jsou povinná. Řádně omluvená zmeškaná laboratorní či počítačová cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit s jinou skupinou nebo v zápočtovém týdnu. Numerická cvičení jsou dobrovolná, závěrečný test ze cvičení je povinný.