Doplňkové studijní materiály k látce probírané na cvičeních PBBEO.
– Elektronické obvody – 17PBBEO – 2017/2018 – ČVUT FBMI –
Program cvičení a doplňkové studijní materiály pro ZS 2017/2018
(poslední úprava 16. listopadu 2017)
- 1. Opakování ze základů teoretické elektrotechniky (17PBBTEL) - obvodové veličiny, prvky, základní zákony. Zesilovač - zesílení napětí, proudu, výkonu, frekvenční závislost.
- Poznámky k opakování základních principů a zákonů z teoretické elektrotechniky a jejich použití pro řešení elektrických obvodů: Prvky elektrických obvodů, Ohmův zákon, základní obvodové veličiny, Kirchhoffovy zákony, princip superpozice BBEO_CV_1.PDF (1 040 KB, 5.10.2011).
- Dodatek k použití Kirchhoffových zákonů BBEO_CV_1_APP.PDF (510 KB, 2.11.2011).
- Domácí úloha: Zesilovač napětí, napěťový dělič, derivační RC článek (2. výukový týden) BBEO_DU_2tyden_1516.pdf (88 KB, 12.10.2015).
- Příklady na použití Kirchhoffových zákonů pro řešení elektrických obvodů (příklady pro předmět EOS - Elektrické obvody na FEL) EOS_DU_2-3_2013.PDF (464 KB, 28.2.2013) a řešení obvodů s jedním nezávislým zdrojem (příklady pro předmět EOS) EOS_DU_3-4_2013.PDF (634 KB, 15.3.2013).
- 2. Operační zesilovač - ideální obvodový element, základní struktury zesilovačů, výpočet zesílení, integrátor.
- Neinvertující (kap. 2.3) a invertující zesilovač napětí (kap. 2.4) BBEO_CV_2.PDF (800 KB, 28.1.2011). Ideální operační zesilovač (IOZ, kap. 3.1), neinvertující (kap. 3.2) a invertující zesilovač napětí (3.3) s IOZ, sčítací zesilovač (3.4, nedokončeno) BBEO_CV_3_str_1-5.pdf (531 KB, 24.2.15).
- Domácí úloha: Odporový žebřík R-2R, sčítací zesilovač, invertující integrátor s IOZ (5. výukový týden) BBEO_DU_5tyden_1516.pdf (125 KB, 3.11.2015).
- Zpětná vazba (ZV), ZV soustava (kap. 2.1), ZV soustava se zesilovačem napětí (kap. 2.2) BBEO_CV_2.PDF (800 KB, 28.1.2011).
- 3. Reálný operační zesilovač - statické a dynamické parametry. Parametry nejběžnějších integrovaných operačních zesilovačů. Speciální operační zesilovače.
- Katalogový list operačního zesilovače LM741-Datasheet.pdf (National Semiconductor, 206 KB). Operační zesilovač s vnitřní (pevnou) kmitočtovou kompenzací (integrovaný kapacitor 30 pF).
- Katalogový list operačního zesilovače OP77-Datasheet.pdf (Analog Devices, 240 KB). Moderní operační zesilovač s vnitřní (interní) kmitočtovou kompenzací (integrované kompenzační prvky R a C). Amplitudová a fázová kmitočtová charakteristika s otevřenou smyčkou ZV (bez ZV) viz page 8, Figure 10 "Open-Loop Gain/Phase Response", amplitudová kmitočtová charakteristika s uzavřenou smyčkou ZV (se ZV) pro různé hodnoty zesílení viz Figure 9 "Closed-Loop Response for Various Gain Configurations". Na "Figure 17. Maximum Output Swing vs. Frequency" najdeme závislost výstupního rozkmitu na kmitočtu, která reprezentuje jak vliv omezeného rozkmitu, tak vliv omezené rychlosti přeběhu SR. Zjednodušené vnitřní schéma OP77 je uvedeno na Figure 38. "Simplified Schematic" page 14.
- Katalogový list operačního zesilovače LM748-TexasInstruments.pdf (Texas Instruments, 140 KB). Operační zesilovač LM748 (obdoba LM741) s vnější (nastavitelnou) kmitočtovou kompenzací (externí kapacitor 3 až 30 pF mezi vývody 1 a 8). Na obrázku "Figure 2. Inverting Amplifier with Balancing Circuit" je typické
zapojení s připojením externího kompenzačního kapacitoru C1 a obvodem pro minimalizaci napěťového ofsetu (R3 a R5 na vývod 5). V katalogovém listu lze dále nalézt amplitudovou kmitočtovou charakteristiku s otevřenou smyčkou ZV (bez ZV, viz page 6 "Open Loop Frequency Response") pro dvě hodnoty externího kompenzačního kapacitoru C1 (3 a 30 pF). Dále pak kmitočtovou charakteristiku pro velké signály "Large Signal Frequency Response" (závislost výstupního rozkmitu na kmitočtu), která reprezentuje jak vliv omezeného rozkmitu, tak vliv omezené rychlosti přeběhu SR). Vliv rychlosti přeběhu na výstupní signál sledovače napětí buzeného obdélníkovým vstupním signálem je znázorněn na obrázku "Voltage Follower Pulse Response".
- Katalogový list operačních zesilovačů CA741-CA748-HarrisSemiconductor.pdf (Harris Semiconductor, 414 KB). Operační zesilovač CA741 (obdoba LM741) s vnitřní (pevnou) kmitočtovou kompenzací (integrovaný kapacitor 30 pF) a jeho varianta CA748 (obdoba LM748) s vnější (nastavitelnou) kmitočtovou kompenzací (externí kapacitor 3 až 30 pF mezi vývody 1 a 8). Lze porovnat vnitřní zapojení (page 3-36, Fig. 2, Fig. 3) a vlastnosti v podstatě totožných OZ lišících se pouze typem kmitočtové kompenzace (pevná interní/volitelná vnější). Amplitudová kmitočtová charakteristika CA741 s otevřenou smyčkou ZV viz page 3-36, Fig.5.
- Katalogový list (neúplný) operačních zesilovačů MAA741-MA748_Tesla.pdf (TESLA n.p, 225 KB). Operační zesilovač MAA741 (obdoba LM741, CA741) s vnitřní (pevnou) kmitočtovou kompenzací a jeho varianta MAA748 (obdoba LM748, CA748) s vnější (nastavitelnou) kmitočtovou kompenzací. Jedná se o československé ekvivalenty vyráběné firmou TESLA n.p. Podobně jako u CA741 a CA748 lze porovnat vnitřní zapojení a vlastnosti v podstatě totožných OZ lišících se typem kmitočtové kompenzace.
- Domácí úloha: Vliv vstupní napěťové nesymetrie a vstupních proudů OZ na funkci zesilovačů napětí (6. výukový týden) BBEO_DU_6tyden_1516.pdf (125 KB, 9.11.2015).
- 4. Aplikace integrovaných operačních zesilovačů, katalogové údaje, popis obvodů v přístrojích.
- Katalogové listy (integrovaných) operačních zesilovačů viz materiály ke cvičení č. 3.
- 5. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - baterie, akumulátory, usměrňovače, stabilizátory, výpočty potřebných parametrů diod, orientace v katalogovývh údajích.
- Katalogový list usměrňovacích diod 1N4001-4007_RectifierDiodes.pdf (Vishay Semiconductors, 82 KB). Křemíkové planární usměrňovací diody 1N4001 až 1N4007 pro všeobecné použití. Důležité parametry pro propustný (Forward) směr I_F(AV), I_FSM, U_F a pro závěrný (Reverse) směr U_RRM, U_RMS, U_DC, I_R.
- Katalogový list "malosignálových" spínacích diod 1N4148_SmallSignalDiode.pdf (Vishay Semiconductors, 76 KB). Křemíkové planární "malosignálové" spínací diody pro všeobecné použití.
- Katalogový list Zenerových diod řady BZW03_Zener-Diodes.pdf (Vishay Semiconductors, 116 KB). Křemíkové Zenerovy (stabilizační) diody řady BZW03 pro napětí 6,8 až 270 V (BZW03C6V8 až BZW03C270). Důležité parametry pro Zenerovy (stabilizační) diody U_Z, I_ZT, P_tot, U_Z, I_R.
- 6. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - spínané zdroje a měniče, nábojová pumpa. Popis činnosti, vlastnosti integrovaných obvodů z katalogů.
- Domácí úloha: Měření (nabíjecího) proudu a dodaného náboje pomocí obvodů s ideálními OZ (ze 6. na 7. výukový týden) BBEO_DU_6-7_1718.pdf (353 KB, 10.11.2017). Základní úloha (pro všechny studenty) je výpočet nabíjecího proudu akumulátoru, proud je měřen pomocí obvodu s ideálním OZ. Rozšíření úlohy (nepovinné) ukazuje
možnost, jak pomocí intergrátoru s IOZ měřit náboj (případně i energii) dodaný do akumulátoru v průběhu nabíjení.
- 7. Komparátor - parametry, použití OZ, komparátor s hysterezí - výpočet, generátory - výpočet, oscilátory - výpočet.
- Domácí úloha (ze 7. na 8. výukový týden): Přechodný děj v obvodu s komparátorem (Př. 1) a fázový posun signálu v obvodu s ideálním OZ v harmonickém ustáleném stavu (Př. 2) BBEO_DU_7-8_1718.pdf (437 KB, 16.11.2017).
- 8. Logické funkce kombinační a sekvenční - formy zápisu, algebra, logické členy
- 9. Integrované logické členy - elementární členy NAND a NOR, integrované logické funkce, el. parametry
- 10. Polovodičové paměti - formát dat, kapacita, přístup k datům, princip uložení dat
- 11. Řetězec pro číslicový přenos a zpracování signálů - vzorkování, kvantování, rekonstrukce
- 12. Základní principy A/D a D/A převodu - převodníky A/D a D/A, princip, realizace
- 13. Rezerva, opakování, zápočet
- 14. Rezerva, opakování, zápočet.
Doplňkové studijní materiály
pro ZS 2017/2018 budou postupně doplňovány...
(Poslední úprava 16. listopadu 2017.)
Program cvičení a doplňkové studijní materiály (pro ZS 2015/2016) - neaktuální !
- 1. Opakování ze základů teoretické elektrotechniky (17PBBTEL) - obvodové veličiny, prvky, základní zákony
Doplňkové studijní materiály: Prvky elektrických obvodů, Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony BBEO_CV_1.PDF (1 040 KB, 5.10.2011), dodatek BBEO_CV_1_APP.PDF (510 KB, 2.11.2011). Použití Kirchhoffových zákonů při řešení el. obvodů (příklady pro předmět EOS na FEL) EOS_DU_2-3_2013.PDF (464 KB, 28.2.2013), řešení obvodů s jedním nezávislým zdrojem (příklady pro předmět EOS na FEL) EOS_DU_3-4_2013.PDF (634 KB, 15.3.2013).
- 2. Zesilovač - zesílení napětí, proudu, výkonu, frekvenční závislost, napájení, zpětná vazba
Doplňkové studijní materiály: Zpětná vazba (ZV), ZV soustava (kap. 2.1), ZV soustava se zesilovačem napětí (kap. 2.2) BBEO_CV_2.PDF (800 KB, 28.1.2011).
Domácí úloha: Zesilovač napětí, napěťový dělič, derivační RC článek (2. výukový týden) BBEO_DU_2tyden_1516.pdf (88 KB, 12.10.2015).
- 3. Operační zesilovač - ideální obvodový element, základní struktury zesilovačů, výpočet zesílení, integrátor
Doplňkové studijní materiály: Neinvertující (kap. 2.3) a invertující zesilovač napětí (kap. 2.4) BBEO_CV_2.PDF (800 KB, 28.1.2011). Ideální operační zesilovač (IOZ, kap. 3.1), neinvertující (kap. 3.2) a invertující zesilovač napětí (3.3) s IOZ, sčítací zesilovač (3.4, nedokončeno) BBEO_CV_3_str_1-5.pdf (531 KB, 24.2.15). Domácí úloha: Odporový žebřík R-2R, sčítací zesilovač, invertující integrátor s IOZ (5. výukový týden) BBEO_DU_5tyden_1516.pdf (125 KB, 3.11.2015).
- 4. Reálný operační zesilovač - statické a dynamické parametry
Doplňkové studijní materiály: Katalogový list operačního zesilovače LM741-Datasheet.pdf (National Semiconductor, 206 KB), katalogový list operačního zesilovače OP77-Datasheet.pdf (Analog Devices, 240 KB). Domácí úloha: Vliv vstupní napěťové nesymetrie a vstupních proudů OZ na funkci zesilovačů napětí (6. výukový týden) BBEO_DU_6tyden_1516.pdf (125 KB, 9.11.2015).
- 5. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - baterie, akumulátory, usměrňovače, měniče
- 6. Napájecí zdroje stejnosměrného napětí - spínané zdroje a měniče, nábojová pumpa
- 7. Komparátor - parametry, použití OZ, klopné obvody, generátory, oscilátory, VCO
- 8. Logické funkce kombinační a sekvenční - formy zápisu, algebra, logické členy
- 9. Integrované logické členy - elementární členy NAND a NOR, integrované logické funkce, el. parametry
- 10. Polovodičové paměti - formát dat, kapacita, přístup k datům, princip uložení dat
- 11. Řetězec pro číslicový přenos a zpracování signálů - vzorkování, kvantování, rekonstrukce
- 12. Základní principy A/D a D/A převodu - převodníky A/D a D/A, princip, realizace
- 13. Rezerva, opakování, zápočet
Poznámky k příkladům k procvičení (bývalé "malé prezentace")
Viz "Příklady k procvičení: Téma 1, Téma 2." na hlavní stránce předmětu PBBEO.
- Poznámky k zadáním tématu 1 (obvody s OZ se zápornou zpětnou vazbou - zesilovače, D/A převodník, integrátor, operační usměrňovač, vlastnosti reálného OZ) - Pozn_Tema_1_BBEO.pdf (100 KB, 2.11.2012)
- Poznámky k zadáním tématu 2 (napájecí zdroje a měniče, komparátory, klopné obvody BKO, MKO, AKO, oscilátory RC, LC, generátor tvarových kmitů) - Pozn_Tema_2_BBEO.pdf (105 KB, 21.11.2012)
Soubory pro simulace v MicroCapu během cvičení
--> Zpět na hlavní stránku předmětu 17PBBEO
--> Zpět na hlavní osobní stránku M. Pokorný
© 2017 M.P. M. Pokorný ČVUT FEL v Praze, katedra teorie obvodů
