Detail předmětu
Elektrotechnika a elektronika ve fyzikálním experimentu
FSI-TEF Ak. rok: 2027/2028 Zimní semestr
Kurz se zabývá vlastnostmi prvků elektronických obvodů a jejich použitím v experimentální praxi. Pozornost je věnována měřicím přístrojům, generátorům, filtrům, operačním zesilovačům, zpracování signálů a základům logických obvodů. Teoretický výklad je výrazně podpořen praktickými aplikacemi ve cvičení.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
4
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Základní elektrické a magnetické veličiny (elektrický náboj, elektrické napětí a proud, vektory elektromagnetického pole).
Základy elektromagnetizmu (Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony, Coulombův zákon, Biot-Savartův zákon, Faradayův zákon, Ampérův zákon).
Elektrické a magnetické vlastnosti látek.
Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů
Předmět je hodnocen klasifikovaným zápočtem na základě protokolů z měřených úloh a závěrečného bodovaného testu.
Vymezení kontrolované výuky: kontrola účasti na začátku laboratorní výuky. Zameškanou laboratorní výuku lze v omluvených případech nahradit: během semestru s jinou skupinou nebo na konci semestru formou individuálního zadání.
Učební cíle
Předmět umožňuje studentům navázat na poznatky z dřívějšího studia a tyto rozšířit o praktické dovednosti.
Studenti se seznámí se základy moderní elektrotechniky a elektroniky, které jsou nutné především pro zvládnutí budoucí technické praxe. Studenti, jejichž primární zaměření je fyzikálně-technické, získají základní povědomí o elektronice, principech a metodách měření a měřicích přístrojích formou řešení modelových případů. Hlavní zaměření směřuje do laboratorní fyzikální praxe.
Studijní opory
Autorské prezentace a doprovodné materiály k přednáškám a laboratorním cvičením
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Osnova
- Elektrické veličiny a jejich vztahy, elektronické součástky, obvody
- Elektronické přístroje – Napájecí zdroje, osciloskopy, funkční generátory
- Kapacita a indukčnost, střídavé napětí, derivační a integrační členy, filtry
- Softwarové nástroje v elektrotechnice – simulace obvodů, návrh DPS
- Polovodičové součástky – diody, tranzistory, integrované obvody
- Zesilovače a jejich vlastnosti, základní zapojení operačního zesilovače
- Sčítací, rozdílové, integrační, derivační a transimpedanční zapojení operačních zesilovačů, aktivní filtry, typická využití
- Měření neelektrických veličin, chyby měření, senzory
- Spektrální analýza signálů, digitalizace signálů, vlastnosti A/D a D/A převodníků
- Regulace a automatizace – spojitá a nespojitá regulace, základní typy regulátorů a jejich využití v průmyslové a laboratorní praxi
- Vznik a vliv rušení a šumu, typy šumu, filtrování signálů, lock-in detekce
- Logická hradla, kombinační a sekvenční logické obvody
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Osnova
- Bezpečnost práce v laboratořích, multimetr, odporový dělič, nepájivé kontaktní pole.
- Laboratorní zdroje, generátory funkcí, osciloskopy. Měření volt-ampérových charakteristik.
- Měření nabíjení kondenzátorů. Měření frekvenčních charakteristik filtrů.
- Simulace elektronických obvodů.
- Jednocestný a můstkový usměrňovač napětí, integrovaný stabilizátor napětí, spínaný zdroj napětí.
- Měření charakteristik invertujího zapojení operačního zesilovače.
- Relaxační oscilátor a aktivní filtr na bázi operačního zesilovače.
- Měření malých signálů s využitím operačního zesilovače.
- Digitalizace signálu, převod teploty na frekvenci.
- Zapojení a pozorování odezvy analogového PI regulátoru.
- Demonstrace vyžití lock-in zesilovače pro detekci slabých signálů.
- Logické obvody – ukázky a simulace klopných obvodů, SPI komunikace a využití logického analyzátoru.