Detail předmětu

Elektrotechnika a elektronika ve fyzikálním experimentu

FSI-TEF Ak. rok: 2024/2025 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

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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Předmět je hodnocen na základě závěrečného 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.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, povinný

Program C-AKR-P: Akreditované předměty v CŽV, celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu
specializace CZS: Předměty zimního semestru, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

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

Vyučující / Lektor

Osnova


  1. Bezpečnost práce v laboratořích, multimetr, odporový dělič, nepájivé kontaktní pole.

  2. Laboratorní zdroje, generátory funkcí, osciloskopy. Měření volt-ampérových charakteristik.

  3. Měření nabíjení kondenzátorů. Měření frekvenčních charakteristik filtrů.

  4. Simulace elektronických obvodů.

  5. Jednocestný a můstkový usměrňovač napětí, integrovaný stabilizátor napětí, spínaný zdroj napětí.

  6. Měření charakteristik invertujího zapojení operačního zesilovače.

  7. Relaxační oscilátor a aktivní filtr na bázi operačního zesilovače.

  8. Měření malých signálů s využitím operačního zesilovače.

  9. Digitalizace signálu, převod teploty na frekvenci.

  10. Zapojení a pozorování odezvy analogového PI regulátoru.

  11. Demonstrace vyžití lock-in zesilovače pro detekci slabých signálů.

  12. Logické obvody – ukázky a simulace klopných obvodů, SPI komunikace a využití logického analyzátoru.