Analogová technika

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

Studenti získají 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. 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.

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 „osoby poučené“, 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
• VRBA, K.; KOTON, J. Analogové kmitočtové filtry. Vysoké učení technické v Brně: Nakladatelství VUTIUM, 2023. 91 s. ISBN: 978-80-214-6168-0.

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 může získat až 30 bodů.

Účast v počítačových a laboratorních cvičeních je povinná. Řádně omluvená zmeškaná laboratorní či počítačová cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit s jinou skupinou nebo v zápočtovém týdnu. 

Cvičení odborného základu, která mají demostrační charakter, jsou dobrovolná. Povinný je je ale na konci semestru test ze znalostí látky probírané ve cvičeních odborného základu. 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.

Zápočet z minulého roku bude uznán, pokud bylo hodnocení jednotlivých typů cvičení nenulové a součet bodů ze všech typů cvičení byl minimálně 15. O uznání numerických cvičení je nutno požádat na začátku semestru Ing. Davida Kubánka, PhD.

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.