Elektronika pro fyziky - NEVF115

• Anglický název: Electronics for Physicists
• Zajišťuje: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Další informace: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html
• Garant: doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.; prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.
• Vyučující: prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.

Anotace

čeština

Základy elektronických obvodů. Stejnosměrné a střídavé lineární obvody, operační zesilovače, polovodičové prvky a jejich charakteristiky, zesilovače a zpětná vazba. Optoelektronické prvky a jejich použití. Modulace a směšování. Generátory signálů. Analogová regulace.

Poslední úprava: T_KEVF (07.05.2005)

angličtina

Basic principles of electronic circuits. DC and AC linear circuits, operational amplifiers, semiconductor components and their characteristics, amplifiers with back loops. Optoelectronic components and their applications, signal generators, analog control and regulation circuits.

Poslední úprava: T_KEVF (07.05.2005)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Získání zápočtu je podmínkou pro konání zkoušky.

Udělení zápočtu je podmíněno průběžnou účastí na výuce, aktivitou při cvičeních a vypracováním zjednodušeného protokolu z měření. Cvičení je prováděno formou absolvování čtyř praktických úloh, každá v rozsahu 3 hodin. Úlohy budou prováděny zpravidla ve středu dopoledne, případně podle dohody se studenty, ve skupinách 2-3 studentů. Po absolvování úlohy skupina vypracuje jeden referát. Odevzdání referátů ze všech 4 úloh je podmínkou získání zápočtu.

Povaha kontroly studia předmětu vylučuje opakování této kontroly, zápočet se tedy opakovat nedá.

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (22.09.2024)

angličtina

The necessary condition of the successful termination of the subject is the successful pass through the examination, i.e. the marking of the examination by the "výborně", "velmi dobře" or "dobře" mark. The examination must be performed within the time period prescribed by the time schedule (harmonogram) of the academic year that corresponds to the date of the subject registration.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

Literatura

M. Tichý: Elektronika, www skripta, http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/skripta/elektronika/

M. Šícha, M. Tichý: Elektronické zpracování signálů, skripta, Karolinum Praha přepracované vydání 1998.

M. Seifart: Polovodičové prvky a obvody na zpracování spojitých signálů, Alfa, Bratislava 1988.

Poslední úprava: T_KEVF (11.10.2011)

Metody výuky

čeština

Výuka v ZS 2020 probíhá formou on-line přednášek. Více informací viz https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2020)

angličtina

The lecture is conducted on-line in the winter semester 2020. For more information, see https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2020)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška je ústní, uchazeč se vyjádří ke dvěma zadaným tématům. Požadavky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

angličtina

The form of the examination is oral; the student expresses his knowledge to two topics. The requirements correspond to the syllabus of the subject in the scope that was presented during the lecture course.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

Sylabus

čeština

1. Základy analýzy stejnosměrných a střídavých elektrických obvodů
Metody řešení sítí s odpory, kondenzátory, indukčnostmi a zdroji napětí a proudů. Symbolická metoda. Kirchhoffovy zákony, metoda smyčkových proudů, metoda uzlových napětí. Superpoziční, Theveninův a Nortonův teorém. Ekvivalence reálných zdrojů napětí a proudu.

2. Principy polovodičových prvků
Základní charakteristiky polovodičových prvků, druhy diod a jejich aplikace (usměrňovače, filtry), princip funkce bipolárního a unipolárního tranzistoru, ostatní diskrétní polovodičové prvky.

3. Zesilovače, zpětná vazba
Pracovní přímka, pracovní bod, zapojení se společnou bází, emitorem, kolektorem. Jednostupňový a vícestupňový zesilovač, druhy vazeb mezi stupni. Frekvenční charakteristika zesilovače, Bodeho diagram. Druhy zesilovačů (širokopásmové, úzkopásmové, střídavé, stejnosměrné, výkonové). Zpětná vazba v zesilovačích, její vliv na parametry zesilovačů.

4. Operační zesilovače (OZ)
Základní zapojení s ideálním OZ (invertující a neinvertující zesilovač, sčítání, integrace, derivace analogového signálu). Reálný OZ (klidový proud, frekvenční charakteristika, rychlost přeběhu). Kritérium stability OZ, zpětná vazba. Sledovač, komparátor, Schmittův klopný obvod.

5. Zdroje napětí a proudu
Transformátory, usměrňovače a násobiče napětí. Spojité a spínací stabilizátory napětí. Měniče napětí. Stabilizátory proudu.

6. Optoelektronické prvky a jejich použití
Fotoodpor, fotodioda, fototranzistor, princip funkce, příklady aplikací. Diody LED, optické vazební členy, princip funkce. Příklady analogových obvodů s optoelektronickou vazbou.

7. Generátory signálů
Generátory napětí harmonického průběhu - s obvody RC a LC, řízené krystalem. Generátory neharmonického periodického napětí (s výstupním průběhem trojúhelníkovitým (pilovitým), s výstupním průběhem obdélníkovým (klopné obvody)).

8. Modulace a směšování
Druhy a metody modulace (amplitudová, frekvenční, fázová). Demodulace. Analogový a digitální přenos.

Přednáška je doplněna praktickým cvičením v rozsahu 0/1. Cvičení je prováděno formou absolvování čtyř praktických úloh, které posluchače po řadě seznámí (i) se základními vlastnostmi DA a AD převodníků, (ii) s vlastnostmi DA a AD převodníků typu sigma-delta s rozlišením 16-24 bitů, (iii) se základy mikrovlnných měření v pásmu 10 GHz a (iv) s měřením povrchového odporu a pohyblivosti elektronů v tenké vrstvě metodou Van der Pauw.

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (20.09.2024)

angličtina

1. Fundamentals of circuit analysis
Basic principles of electronic circuits, Ohm's law; analysis of networks with resistors, capacitors, inductances and voltage and current sources. Vector and complex-number representation. Kirchhoff's laws, network analysis by circulation currents and mode voltages, super-position theorem, Norton's theorem, Thevenin's theorem. Equivalence of real voltage and current sources.

2. Operational amplifiers
Basic applications of ideal operational amplifiers (inverting and non-inverting amplifier, summation and integration of analog signals).

Real operational amplifier (bias input current, slew rate, frequency and phase characteristics). Stability criteria, back-loop effect. Comparators, Schmidt triggers.

3. Principles of semiconductor elements
Physical principles of diodes, bi-polar and uni-polar transistors, and other semiconductor elements. Characteristics of diodes and their applications (rectifiers, filters, switching circuits).

4. Amplifiers, feed-back loop
Working point, working line, common base, emitter and collector circuits. Single-stage and multi-stage amplifiers, inter-stage coupling, frequency response. Amplifier classifications (broad-band, selective, AC, DC, impulse, power amplifiers). Feed-back loop in amplifiers, its influence on amplifier characteristics.

5. Analog control and regulation
Principles, P, PI, PID regulators. Linear and switching voltage stabilizers. DC-DC converters, HV converters.

6. Optoelectronic elements and their application
Photoresistor, photodiode, phototransistor - functional principles, examples of applications. LED diodes, opto-couplers, examples of analog circuits with optical coupling.

7. Signal generators
Harmonic generators with LC and RC circuits, crystal controlled oscillators. Generators of non-harmonic signals (triangle, saw-tooth, square wave), flip-flop triggers.

8. Modulation and signal mixing
Modulation classification (amplitude, frequency, phase). Demodulation. Analog radio and TV broadcasting.

The lecture is complemented by a practical exercise in the extent 0/1. The exercise is carried out in the form of completing four practical tasks, which in turn familiarize the listeners with (i) the basic properties of DA and AD converters, (ii) the properties of DA and AD converters of the sigma-delta type with a resolution of 16-24 bits, (iii) the basics of microwave measurements in the 10 GHz band and (iv) with measurements of sheet resistance and electron mobility in a thin layer by the Van der Pauw method.

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (22.09.2024)