Otevřené Elektronické Systémy - BSP

Otevřené Elektronické Systémy -‐ BSP přípravné materialy akreditace V1.2.0 (8.10.2012) řešitelský tým

prof. Jan Sýkora, prof. Marie Demlová, prof. Jan Hamhalter, prof. Pavel Hazdra, prof. Zbyněk Škvor, prof. Pavel Zahradník, prof. Ivan Zemánek

Tento dokument obsahuje pouze vybrané, obsahově nejdůležitější, části akreditačních materiálů. Nejedná se finální podobu akreditačních materiálů a v určitých částech ještě může dojít k drobným změnám a vylepšením.

B – Charakteristika studijního programu a jeho oborů, pokud se na obory člení Vysoká škola Součást vysoké školy Název studijního programu Název studijního oboru Garant studijního programu Místo uskutečňování studijního oboru Zaměření na přípravu k výkonu regulovaného povolání Charakteristika studijního programu

ČVUT v Praze FEL Otevřené Elektronické Systémy (Open Electronic Systems) nedělí se na obory prof. Ing. Jan Sýkora, CSc. ne

Program je zaměřen na poskytnutí velmi universální teoretické průpravy v širokém základu matematiky, fyziky, a teoreticko-průpravných předmětů z oblasti elektronických systémů. Většina předmětů programu má charakter teoretický a prakticko-profesní předměty jsou redukovány. Z důvodů vysoké univerzality je celý BSP konstruován jako jeden průchod s malou variabilitou, která zabraňuje předčasné specializaci bez adekvátních základů. I když není BSP-OES studium cílem samo o sobě, poslouží díky své teoretické náročnosti výborně jako selekce tvořivých a nadaných absolventů, kteří se pak snadno samostatně zorientují v libovolné technické oblasti. Sjednocující a vším se prolínající myšlenkou konstrukce programu je důraz na „pyramidu“ vzdělání, kdy nižší patro vzdělání musí být vždy bytelnější a širší než na něm stavěná vyšší patra a že universitní podstata vzdělání stojí na nadčasově platné teorii a nikoliv schopnosti provádět rutinní výpočty. Program doplňuje portfolio již existujících spíše prakticko-profesně zaměřených programů o čistě teoreticko-univerzitní program. Existující předměty ostatních programů tedy nevytváří konkurenci, ale naopak doplněk. Předměty programu jsou tvořeny těmito skupinami: • Předměty Obecného základu (CF - Common Fundamentals) o Povinné předměty programu o poskytují obecné matematické a fyzikální základy využitelné ve většině technických oborů • Předměty Profesních základů (PF - Professional Fundamentals) o Povinné předměty programu o poskytuji univerzální průpravu pro celou šíři oblastí pokrývající elektronické systémy • Humanitní a Soft-Skills předměty o Volitelné z existující nabídky předmětů programů FEL (http://www.fel.cvut.cz/cz/education/bk/prehled.html) o celkem požadováno 8 kreditů během studia Profil absolventa studijního oboru (studijního programu) & cíle studia Absolvent bakalářského programu OES získá širokou a velmi univerzální teoretickou průpravu v oblasti matematiky, fyziky, teorie EM pole, teorie obvodů analogových i digitálních, teorie systémů, zpracování signálů a komunikací, teorie polovodičové techniky. Základním cílem je připravit takového absolventa na následující magisterské studium ve velmi širokém spektru technických oborů, které bude moci na těchto základech stavět.

Charakteristika změn od předchozí akreditace (v případě prodloužení platnosti akreditace)

Prostorové zabezpečení studijního programu Budova ve vlastnictví VŠ Budova v nájmu – doba platnosti nájmu Informační zabezpečení studijního programu

OES-‐courses V1.2.0 (8.10.2012) BSP -‐ Common & Professional Fundamentals sem/hod 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 BSP1 Linear Algebra Mathematics -‐ Calculus 1 Discrete Math. & Graphs Alg. Development & Prog. Intr. to El. Sys.Comp. Alg. Syst. TV B-‐LAG (~A0B01LAG) B-‐MC1 (~A3B01MA1) B-‐DMG (*QB-‐DMA) B-‐ADP B-‐IES B-‐CAS 4+2s 7 z,zk 4+2s 7 z,zk 3+1s 5 z,zk 2+2c 5 z,zk 0+2L 2 z 0+2c 2 z 0+2 BSP2 Mathematics -‐ Calculus m-‐D Diff. Eq. & Numerical Methods Physics 1 Digital Design Elem. of Electronics English B-‐MCM (=A3B01MA2) B-‐DEN B-‐PH1 (~A3B02FY1) B-‐DIT B-‐ELE 4+2s 7 z,zk 4+2s 7 z,zk 4+2L 7 z,zk 2+2s 5 z,zk 2+0 4 kz 0+2 BSP3 Math. – Complex Var. and Int. Transf. Probability, Statistics, and Information Th.Physics 2 Electromagnetic Field Theory B-‐MCT (~A3M01MKI) B-‐PSI (=A0B01PSI) B-‐PH2 (*A3B02FY2) B-‐EMT 4+2s 7 z,zk 4+2s 6 z,zk 4+2L 7 z,zk 4+2s 8 z,zk BSP4 Optimization and Game Theory Advanced Matrix Analysis Signals and Systems Solid State Physics Circuit Theory B-‐OGT B-‐AMA (*A2M01VKM)B-‐SAS B-‐SST (~QB-‐EPV) B-‐CIR (*QB-‐TEO) 3+1s 4 z,zk 3+1s 4 z,zk 4+2s 8 z,zk 3+1L 4 z,zk 4+2s 8 z,zk BSP5 Digital Signal Processing Digital Communications Data Network Theory DSP & Com. Lab Analog and Active Circuits Electronic & Optoelectronic Devices B-‐DSP B-‐DCM (~A-‐DKM) B-‐DNT B-‐DCL B-‐AAC B-‐EOD (~A2B34ELP) 4+0 5 z,zk 4+0 5 z,zk 4+0 5 z,zk 0+2c 2 z 3+2s 6 z,zk 3+2L 6 z,zk BSP6 Statistical Signal Processing Feed-‐Back Control Systems Electrodynamics Electronic Measurements BP project B-‐SSP B-‐FCS (~A3B35ARI) B-‐ELD B-‐EME B-‐BP 4+0 6 z,zk 4+2L 6 z,zk 3+1s 5 z,zk 2+1L 4 kz 0+7 9 z

(=) (~) (*)

existujici predmet mirna modifikace existujiciho predmetu velka modifikace existujiciho predmetu, pouzito pouze omezene, ev. v jinem semestru

Nazev predmetu CODE (equiv) rozsah ECTS zakonceni rozsah= prednaska + (s)seminar/(c)computer/(L)lab Common Fundamentals (CF) Professional Fundamentals (PF) Humanities & Soft Skills Common Lab

BSP BSP

jeden spolecny pruchod, vse povinne = PP -‐ predmet programu jeden spolecny pruchod, vse povinne = PO -‐ predmet oboru pouzit z existujici nabidky lab sdruzujici temata z vice prednaskovych predmetu

26

2

30 kr

0

30 kr

2

30 kr

2

30 kr

2

31 kr

30 kr

C – Pravidla pro vytváření studijních plánů SP (oboru) a návrh témat prací Vysoká škola Součást vysoké školy Název studijního programu Název studijního oboru Název předmětu Lineární algebra (B-LAG Linear Algebra) Matematika – kalkulus 1 (B-MC1 Mathematics – Calculus 1) Diskrétní matematika a grafy (B-DMG Discrete Math. & Graphs) Algoritmizace a programování (B-ADP Algorithm Development & Programming) Úvod do elektronických systémů (B-IES Introduction to Electronic Systems) Počítačové algebraické systémy (B-CAS Computer Algebra Systems) Matematika – vícedimenzionální kalkulus (B-MCM Mathematics–Calculus m-D) Diferenciální rovnice & numerické metody (B-DEN Differential Equations & Numerical Methods) Fyzika 1 (B-PH1 Physics 1) Digitální technika (B-DIT Digital design) Základy elektroniky (B-ELE – Elements of Electronics) Matematika – komplexní proměnná a integrální transformace (B-MCT – Mathematics – Complex Variable and Integral Transforms) Pravděpodobnost, statistika a teorie informace (B-PSI – Probability, Statistics, Information Theory) Fyzika 2 (B-PH2 Physics 2) Teorie elektromagnetického pole (B-EMT – Electromagnetic Field Theory) Optimalizace a teorie her (B-OGT Optimization and Game Theory) Maticový počet (B-AMA Advanced Matrix Analysis) Signály a soustavy (B-SAS – Signals and Systems) Fyzika pevných látek (B-SST Solid State Physics) Teorie obvodů (B-CIR Circuit Theory) Digitální zpracování signálu (B-DSP Digital signal processing) Digitální komunikace (B-DCM Digital Communications) Teorie datových sítí (B-DNT – Data Networks Theory)

ČVUT v Praze FEL Otevřené Elektronické Systémy (Open Electronic Systems) nedělí se na obory

rozsah

způsob zák. druh před.

přednášející

dop. roč.

4+2s

z, zk

P(CF)

prof. Pták

1/1

4+2s

z, zk

P(CF)

doc. Tkadlec

1/1

3+1s

z, zk

P(CF)

prof. Demlová

1/1

2+2c

z, zk

P(CF)

Ing. Zděnek

1/1

0+2L

z

P(PF)

prof. Zahradník

1/1

0+2c

z

P(PF)

RNDr. Němeček

1/1

4+2s

z, zk

P(CF)

doc. Tišer

1/2

4+2s

z, zk

P(CF)

doc. Habala

1/2

4+2L

z, zk

P(CF)

doc. Bednařík

1/2

2+2s

z, zk

P(PF)

1/2

2+0

kz

P(PF)

doc. Skalický, Ing. Lucki prof. Zemánek

4+2s

z, zk

P(CF)

prof. Hamhalter

2/3

4+2s

z, zk

P(CF)

prof. Navara, Ing. Kroupa

2/3

4+2L

z, zk

P(CF)

doc. Bednařík

2/3

4+2s

z, zk

P(PF)

prof. Škvor

2/3

3+1s

z, zk

P(CF)

Ing. Kroupa

2/4

3+1s

z, zk

P(CF)

doc. Dont

2/4

4+2s

z, zk

P(PF)

2/4

3+1L

z, zk

P(PF)

prof. Vejražka, Ing. Kačmařík doc. Voves

4+2s

z, zk

P(PF)

Prof. Zemánek

2/4

4+0

z, zk

P(PF)

prof. Zahradník

3/5

4+0

z, zk

P(PF)

prof. Sýkora

3/5

4+0

z, zk

P(PF)

Dr. Kencl

3/5

1/2

2/4

Laboratoř digitálního zpracování signálu a komunikací (B-DCL – Digital Signal Processing and Communication Laboratory) Analogové a aktivní obvody (B-AAC – Analog and Active Circuits) Elektronické a optoelektronické součástky (B-EOD – Electronic and Optoelectronic Devices) Zpracování stochastických signálů (B-SSP – Statistical Signal Processing) Zpětnovazebné řídicí systémy (B-FCS – Feedback Control Systems) Elektrodynamika (B-ELD Elektrodynamics) Elektronická měření (B-EME – Electronic Measurements)

0+2c

z

P(PF)

prof. Zahradník, prof. Sýkora, Dr. Kencl

3/5

3+2s

z, zk

P(PF)

Prof. Zemánek

3/5

3+2L

z, zk

P(PF)

prof. Hazdra

3/5

4+0

z, zk

P(PF)

3/6

4+2L

z, zk

P(PF)

prof. Sovka, prof. Sýkora prof. Šebek

3+1s

z, zk

P(PF)

doc. Hazdra

3/6

2+1L

z, zk

P(PF)

Doc. Holub, Doc. Kašpar

3/6

3/6

Obsah a rozsah SZZk 1. Lineární závislost a nezávislost, báze, dimenze. Lineární zobrazení, jádro a obor hodnot, skalární a vektorový součin. (B-LAG) 2. Matice, determinant, inverzní matice, vlastní čísla a vlastní vektory matice. Soustavy lineárních rovnic. (B-LAG) 3. Funkce jedné proměnné, limita a spojitost. Derivace, její vlastnosti a význam. Souvislost derivace s průběhem funkce. Lokální a globální extrémy. (B-MC1) 4. Primitivní funkce, určitý integrál. Metody výpočtu: substituce a per partes. Užití a význam integrálu. (B-MC1) 5. Celá čísla, Eukleidův (I rozšířený) algoritmus, zbytkové třídy modulo n a operace s nimi, konečná tělesa (zvláště charakteristiky 2). (B-DMG) 6. Binární relace na množině, relace ekvivalence, uspořádané množiny, Booleovy algebry. Orientované a neorientované grafy, souvislost, silná souvislost, acyklické grafy. (B-DMG) 7. Strukturované programování, struktura programu v C, řízení běhu, proměnné, operátory, výrazy a příkazy, vstup/výstup, funkce, předávání parametrů, ukazatele, struktury, soubory, standardní knihovny (obsah), algoritmy řazení a vyhledávání, rekurze, reentrantní funkce, programování systému přerušení. (B-ADP) 8. Základní kritéria konvergence číselných řad. Mocninné řady. Vázané extrémy. Lagrangeova metoda. Dvojný a trojný integrál, věta o substituci. Potenciál vektorového pole. (B-MCM) 9. Fourierovy řady. Směrové a parciální derivace - gradient. Lokální extrémy. Křivkový integrál, Greenova a Gaussova věta. (B-MCM) 10. Obyčejné diferenciální rovnice: homogenní a nehomogenní lineární rovnice s konstantními koeficienty, soustavy lineárních rovnic. (B-DEN) 11. Numerická matematika – výhody a problémy. Numerické metody pro hledání nulového bodu funkce, řešení soustav lineárních rovnic a řešení obyčejných diferenciálních rovnic. (B-DEN) 12. Kinematika a dynamika hmotného bodu, soustavy hmotných bodů, tuhého tělesa a kontinua (newtonovská a analytická mechanika). Speciální teorie relativity - základní vztahy kinematiky a dynamiky a jejich důsledky. (BPH1) 13. Popis elektrického a magnetického pole – Maxwellovy rovnice a jejich význam a rozbor, magnetická síla, Ohmův zákon, Joulovo teplo, kapacita kondenzátoru, energie elektromagnetického pole, základní materiálové vztahy. (BPH1) 14. Derivace v komplexním oboru. Holomorfní funkce. Křivkový integrál komplexní funkce. Tylorův a Laurentův rozvoj holomorfní funkce. Singularity. Reziduová věta. (B-MCT) 15. Fourierova transformace a její vlastnosti. Laplaceova transformace a její inverze. Transformace Z a její vlastnosti. Řešení diferenciálních a diferenčních rovnic pomocí transformací. (B-MCT) 16. Náhodná veličina a náhodný vektor. Distribuční funkce, hustota a pravděpodobnostní funkce náhodné veličiny. Střední hodnota a rozptyl náhodné veličiny a jejich odhady. Sdružené charakteristiky náhodného vektoru. Korelace a nezávislost náhodných veličin. Metoda maximální věrohodnosti. Základní principy statistického testování hypotéz. Markovské řetězce, klasifikace stavů. (B-PSI) 17. Entropie a vzájemná informace, základní vlastnosti a význam. Kódování zpráv, Kraftova-MacMillanova nerovnost. Souvislost entropie a střední délky kódového slova. Optimální kódování. Informační kanál a jeho kapacita. (B-PSI) 18. Základní zákony termodynamiky, základní termodynamické veličiny pro popis soustav a jejich dělení, termodynamické děje, princip maximální entropie, pravděpodobnostní rozdělení v termodynamice. (B-PH2) 19. Kanonický tvar vlnové rovnice a její řešení, Dopplerův jev, disperze (fázová a grupová rychlost), disipace a difrakce vln. Interference a koherence vlnění. Základní pojmy, vztahy a interpretace kvantové mechaniky. (B-PH2) 20. Lineární programování, simplexový algoritmus. Dualita v úlohách LP. Úloha konvexní optimalizace, Lagrangeovy multiplikátory. Strategické a maticové hry. (B-OGT) 21. Vlastní čísla a vektory matice, diagonalizovatelnost matic, unitární matice, spektrální rozklad hermitovských matic, definitní matice, singulární rozklad matice a metoda nejmenších čtverců, definice funkce matice pomocí Jordanova kanonického tvaru a pomocí interpolačního polynomu, maticová exponenciela a soustava homogenních diferenciálních rovnic. (B-AMA) 22. Vyjádření čísel, logické funkce a jejich minimalizace, realizace logického kombinačního obvodu (LKO), hazardní stavy v LKO, aplikace logických kombinačních obvodů. (B-DIT) 23. Paměťové členy a jejich vlastnosti, logické sekvenční obvody (LSO) – základní části a popis chování, analýza a syntéza asynchronních a synchronních LSO, hazardní stavy v LSO, diagnostika číslicových obvodů. (B-DIT) 24. Obvodové veličiny (napětí, proud, okamžitý výkon), střední a efektivní hodnota, obvodové prvky (rezistor, kapacitor, induktor, zdroje), Kirchhoffovy zákony, elementární metody analýzy (dělič napětí a proudu, řazení prvků, transfigurace, Theveninův a Nortonův teorém, princip superpozice), výkonové přizpůsobení. (B-ELE) 25. Vlastnosti a veličiny elektromagnetického pole a vln, matematický zápis jejich vztahů. Interakce pole s hmotou. (BEMT) 26. Řešení jednoduchých konfigurací elektromagnetických polí, stanovení sil, indukčností, odporů a kapacit. (B-EMT) 27. Signály ve spojitém a diskrétním čase. Charakteristiky (energie, výkon, vzájemná energie a výkon, korelační funkce). Ortogonální rozklad. Popis v časové a kmitočtové oblasti. Průchod soustavou. Náhodné signály, popis. (BSAS) 28. Pásmové signály. Komplexní obálka signálu, Hilbertova transformace. Vzorkování pásmových signálů. Základy

analogových modulací (důvod pro použití modulace, způsoby modulace a demodulace). (B-SAS) 29. Charge carrier transport in semiconductors in connection with band structure and crystal lattice defects. (B-SST) 30. Transport nosičů náboje v polovodičích, souvislost s pásovou strukturou a s poruchami krystalové mřížky. (B-SST) 31. Obecné metody analýzy obvodů. (metoda smyčkových proudů, metoda uzlových napětí), analýza v časové a frekvenční /operátorové oblasti, analýza obvodů v ustálených stavech (SUS, HUS, PNUS), přechodné jevy. (B-CIR) 32. Systémový popis obvodů, časové a frekvenční charakteritiky (přenos, impulsní a přechodová charakteristika) stabilita, zpětná vazba, Nyquistova charakteristika. Základy teorie diskrétních LTI systémů. (B-CIR) 33. Transformace konečné délky (DFT, DCT). Návrh číslicových FIR a IIR filtrů, jedno- a vícerozměrných. Multirate systémy, banky filtrů, wavelety. Spektrální analýza, okna. (B-DSP) 34. Definice, klasifikace a základní vlastnosti (energetické, spektrální) digitálních modulací. Modely komunikačních kanálů. Principy blokových, konvolučních a TCM kódů. Demodulace a dekódování. Chybovost dekodéru. (BDCM) 35. Architektura sítě. Topologie, graf, protokoly, model vrstev, spojované a nespojované přenosy. Metody sdílení přístupu, deterministické a nedeterministické. Základní směrovací protokoly. Metody řízení toku na transportní vrstvě. (B-DNT) 36. Analogové frekvenční filtry, vlastnosti, analýza v časové a frekvenční oblasti. Syntéza filtrů (filtry LC, kaskádní syntéza, ARC filtry, použití OA, OTA, TIA, CCII, spínané kapacitory (přeladitelnost). (B-AAC) 37. Elektronické obvody s polovodičovými prvky (usměrňovače, zesilovače signálu, specální a kombinované zesilovače, dynamická zátěž, operační sítě, harmonické oscilátory, klopné obvody, polovodičové spínače). (B-AAC) 38. Základní polovodičové struktury (přechody PN a MS, heteropřechody, kvantová jáma, struktura MIS): principy činnosti, vlastnosti, elektrické charakteristiky a způsoby realizace. (B-EOD) 39. Elektronické aktivní prvky (tranzistory MOSFET, BJT, JFET), výkonové spínací součástky, paměťové prvky, polovodičové zdroje a detektory záření – principy, struktury, charakteristiky, modely a aplikace. (B-EOD) 40. Teorie odhadu parametrů a detekce (klasifikace a vlastnosti, CR mez, postačující statistika). ML estimátor, EM algoritmus, bayesovské estimátory. Detekce a testování hypotéz. Adaptivní filtrace: modelování, Wienerova a Kalmánova filtrace, metoda nejmenších čtverců, gradientní a rekursivní algoritmy, spektrální analýza. (B-SSP) 41. Dynamické systémy (spojité a diskrétní) a jejich modely. Tvorba a převody modelů. Linearizace. Odezva systému na vstupní signál a na počáteční podmínky. Frekvenční charakteristika. Základní vlastnosti systému. (B-FCS) 42. Řídicí systémy. Zpětná vazba. Cíle řízení. Sledování a ustálená odchylka. Vlastnosti řídicích systémů. Jednoduché regulátory a jejich návrh. Stavové a polynomiální metody návrhu. Citlivost, neurčitost, tvarování frekvenční charakteristiky. Diskrétní systémy, jejich vlastnosti a řízení. Číslicové řízení spojitých systémů. Systémy nelineární, MIMO a s dopravním zpožděním. (B-FCS) 43. Vlny ve vedení a na rozhraní prostředí. Impedanční přizpůsobení a vyzařování vln. Vedení vln vlnovodem obdélníkového a kruhového průřezu, mezní frekvence a šířky pásma. (B-ELD) 44. Teorie nejistot v měření, šíření nejistot, principy měření střídavého a stejnosměrného napětí a proudu, měření výkonů, měření času, frekvence a fáze, principy analogového a digitálního osciloskopu a spektrálního analyzátoru. (B-EME) Požadavky na přijímací řízení Znalosti středoškolské matematiky a fyziky. Další povinnosti / odborná praxe

Návrh témat prací a obhájené práce Ukázková zadání bakalářských prací Analýza vlastností kódů třídy FSM pomocí přenosové funkce a její experimentální ověření. Sestavte a implementujte obecný algoritmus automatického generování grafu a přenosové funkce kódů popsatelných jako FSM. Algoritmus musí být univerzálně použitelný pro popis obecných jevů asociovaných s přechodem v mřížce kódů a měl by být použitelný pro libovolnou výstupní abecedu (GF, konstelační prostor). Soustřeďte se na vlastnosti související s chybovostí detekce. Výsledky analýzy (zejména chybovosti) ověřte praktickou implementací vybraného kodéru a dekodéru implementovaného pomocí Viterbiho algoritmu. Koaxiální kabel v širokopásmových aplikacích Proveďte analýzu vlastností souosého vedení (koaxiálního kabelu) v celém pásmu jednomodového přenosu. Na základě numerického řešení matematického popisu elektromagnetického pole sestavte program, který umožní analýzu a návrh takového vedení (jeho charakteristické impedance a ztrát). Uvažujte reálné vodiče i dielektrikum. Fotovoltaické články na bázi organických látek Seznamte se s principy činnosti a způsoby realizace polymerových fotovoltaických článků. Na základě provedené analýzy vyberte nejvhodnější postup a využijte ho pro realizaci vybraného typu fotočlánku. Zhodnoťte dosažené výsledky a navrhněte postupy vedoucí ke zvýšení účinnosti realizovaného fotovoltaického článku. Digitalizace a zpracování videosignálu vyžívající FPGA Seznamte se s vnitřní architekturou programovatelných hradlových polí (FPGA) řady SPARTAN-3E firmy Xilinx a metodikou jejich návrhu v jazyce VHSIC HDL. Seznamte se s principy zpracování analogového videosignálu a způsobů jeho digitalizace a následného zobrazení. Navrhněte systém umožňující digitalizaci a zobrazení analogového videosignálu z černobílé kamery na monitoru v rozlišení SVGA. Zvažte možnosti využití navrženého systému pro detekci pohybu obrazu ve vybrané části zorného pole. Pro implementaci využijte vývojové prostředí SPARTAN 3-E Starter Kit, videodekodér VDEC1 a návrhový systém ISE. Návaznost na předchozí studijní program (podmínky z hlediska příbuznosti oborů)

D – Charakteristika studijního předmětu Název studijního předmětu Typ předmětu Rozsah studijního předmětu Jiný způsob vyjádření rozsahu Způsob zakončení Další požadavky na studenta

Lineární algebra (B-LAG Linear Algebra) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 7 z, zk

Forma výuky

1/1

přednášky, semináře

Vyučující prof. RNDr. Pavel Pták, DrSc. Stručná anotace předmětu Tento kurs pokrývá úvodní partie lineární algebry. Soustředí se na spřízněné pojmy lineárního prostoru a lineární transformace (lineární nezávislost, báze a souřadnice) a matice (determinanty, inverzní matice, matice lineárního zobrazení, vlastní čísla). Aplikace zahrnují řešení soustav lineárních rovnic, geometrii 3-dimenzionálního prostoru (včetně skalárního a vektorového součinu) a řešení lineárních diferenciálních rovnic. 1. Lineární prostor (axiomaticky), lineární závislost a nezávislost 2. Báze, dimenze, reprezentace vektoru v bázi 3. Matice (operace s maticemi), hodnost, regulární matice. 4. Determinanty a výpočet inverzní matice 5. Soustavy lineárních rovnic (Frobeniova věta, GEM) 6. Lineární zobrazení (souvislost s maticemi a soustavou lin. rovnic) 7. Vektorový a skalární součin. Analytická geometrie v R3. 8. Vlastní vektory lineárních zobrazení a matic. 9. Podobnost matic, diagonalizace matic. 10. Prostor se skalárním součinem (axiomaticky), ortogonalizace, ortonormální báze. 11. Norma indukovaná skalárním součinem. 12. Bilineární a kvadratické formy. Multilineární formy. 13. Úvod do teorie tenzorů. 14. Rezerva Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Meyer, C.: Matrix Analysis and Applied Algebra, SIAM, 2001. 2. Pták, P.: Introduction to Linear Algebra. ČVUT, Praha, 2005. 3. Krajník, E.: Základy maticového počtu. ČVUT Praha, 2006. 4. P. Olšák: Úvod do algebry, zejména lineární, skriptum FEL ČVUT, Praha 2007.


Matematika – kalkulus 1 (B-MC1 Mathematics – Calculus 1) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 7 z, zk

Forma výuky


Vyučující doc. RNDr. Josef Tkadlec, CSc. Stručná anotace předmětu Cílem kurzu je seznámit studenty se základy diferenciálního a integrálního počtu funkce jedné proměnné. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Elementární funkce, limita a spojitost funkce. Derivace funkce, její vlastnosti a aplikace. Věty o střední hodnotě. L'Hospitalovo pravidlo. Limita posloupnosti. Taylorův polynom. Extrémy funkcí (lokální i absolutní), průběh funkce. Primitivní funkce, základní metody výpočtu. Integrace racionálních a dalších typů funkcí. Určitý integrál (pomocí součtů). Newtonova-Leibnitzova formule. Numerický výpočet určitého integrálu. Aplikace pro výpočet ploch, objemů a délek. Nevlastní integrál. Diferenciální rovnice - formulace úlohy. Metoda separace proměnných . Lineární diferenciální rovnice 1. řádu (variace konstant). Aplikace, numerické aspekty. Rezerva

Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. J. Tkadlec: Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné. ČVUT Praha, 2004. 2. J. Tkadlec: Diferenciální rovnice. Laplaceova transformace. ČVUT Praha, 2005.

1/1


Diskrétní matematika a grafy (B-DMG Discrete Math. & Graphs) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 3+1s kreditů 5 z, zk

Forma výuky

1/1

přednášky, seminář

Vyučující prof. RNDr. Marie Demlová, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět seznamuje se základy diskrétní matematiky se zaměřením na elektrotechnické oboru. Obsah předmětu pokrývá nekonečné množiny s důrazem na pojem mohutnosti množin; binární relace s důrazem na relaci ekvivalence a uspořádání; celá čísla, relace modulo; základní algebraické struktury včetně konečných těles. Dále se předmět zabývá grafy a jejich základními vlastnostmi. 1. Množiny, mohutnost množin 2. Binární relace na množině, relace ekvivalence, uspořádání 3. Celá čísla, Eukleidův (rozšířený) algoritmus, 4. Relace modulo n, zbytkové třídy a práce s nimi 5. Algebraické operace, pologrupy, grupy 6. Množiny se dvěma binárními operacemi, booleovské algebry 7. Okruhy zbytkových tříd Zn, tělesa Zp, polynomy nad tělesy Zp 8. Galoisova tělesa GF(2k) 9. Homomorfismy algebraických struktur 10. Neorientované grafy, stromy a kostry 11. Orientované grafy, silná souvislost a acyklické grafy 12. Kombinatorika 13. Asymptotický růst funkcí 14. Rezerva Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Lindsay N. Childs: A Concrete Introduction to Higher Algebra, Springer; 3rd edition (November 26, 2008), ISBN-10: 0387745270 2. Jiří Demel: Grafy a jejich aplikace, Academia; 2002, ISBN 80-200-0990-6 3. Richard Johnsonbaugh: Discrete Mathematics, Prentice Hall, 4th edition (1997), ISBN 0-13-518242-5


Algoritmizace a programování (B-ADP Algorithm Development & Programming) povinný doporučený ročník / semestr 1/1 14 týdnů hod. za týden 2+2c kreditů 5 z, zk

Forma výuky

přednášky, pc sem.

Vyučující Ing. Jiří Zděnek, CSc. Stručná anotace předmětu Cíl předmětu: Naučit studenty algoritmizovat základní i pokročilejší počítačové úlohy a naprogramovat je v jazyku C. Předmět je zaměřen na procedurální programování. Probírají se: Struktura počítače, proměnné, datové typy, deklarace, operátory, výrazy, příkazy, funkce, předávání parametrů, pole, ukazatele, struktury, metodika překladu a ladění programů, funkce preprocesoru, makra, podmíněný překlad, standardní knihovny, specifika programování systému přerušení počítače a metodika ladění programů. 1. Systémová struktura počítače, procesor, paměti, periferní zařízení 2. Systém přerušení, zpracování asynchronních událostí 3. Algoritmy, programy, programovací jazyky, jazyk C 4. Proměnné, typy, operátory, výrazy, příkazy, vstup a výstup 5. Řízení běhu programu, řídící struktury 6. Struktura programu v C, podprogramy a funkce 7. Předávání parametrů (hodnotou, odkazem), reentrantní funkce 8. Procedurální programování 9. Pole, struktury a uniony 10. Ukazatele a ukazatelová aritmetika 11. Soubory, standardní knihovny 12. Algoritmy vyhledávání a řazení, rekurze 13. Preprocesor, podmíněný překlad, makra, hlavičkové soubory 14. Specifika programování vestavěných (Embedded) systémů Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Kernighan, B.W. - Ritchie, D.M.: Programovací jazyk C, Computer Press, Brno 2006. ISBN: 9788025108970 2. Harbison, S.P.- Steele, G.L.: A Reference Manual 5th ed. Prentice Hall 2002. ISBN: 978-0130895929 3. Herout, P.: Učebnice jazyka C. 6. vyd. Kopp 2010. ISBN: 978-80-7232-383-8 4. Herout, P.: Učebnice jazyka C – 2.díl, 4. vyd. Kopp 2010. ISBN: 978-80-7232-367-8 5. Wróblenski, P.-Michalek, M.-Kiszka, B: Algoritmy. Datové struktury a programovací techniky. Computer Press, 2004. ISBN: 80-251-0343-9


Matematika – vícedimenzionální kalkulus (B-MCM Mathematics – Calculus mD) povinný doporučený ročník / semestr 1/2 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 7 z, zk

Forma výuky


Vyučující doc. RNDr. Jaroslav Tišer, CSc. Stručná anotace předmětu Tento předmět pokrývá úvod do diferenciálního a integrálního počtu funkcí více proměnných spolu se základními integrálními větami o křivkovém a plošném integrálu. V další části se probírají řady funkční a mocninné s přihlédnutím na Taylorovy a Fourierovy řady. 1. Základní kritéria konvergence řad. 2. Funkční řady, Weierstrasseovo kritérium. Mocninné řady. 3. Standardní Taylorovy rozvoje. Fourierovy řady. 4. Funkce více proměnných, limita, spojitost. 5. Směrové a parciální derivace - gradient. 6. Derivace složené funkce, derivace vyšších řádů. 7. Jakobiho matice. Lokální extrémy. 8. Vázané extrémy. Lagrangeova metoda. 9. Dvojný a trojný integrál - Fubiniho věta a věta o substituci. 10. Křivkový integrál a jeho aplikace. 11. Plošný integrál a jeho aplikace. 12. Gaussova, Greenova, Stokesova věta. 13. Potenciál vektorového pole. 14. Rezerva Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. J. Hamhalter, J. Tišer, Diferenciální počet funkcí více proměnných, ČVUT 2005. 2. J. Hamhalter, J. Tišer, Integrální počet funkcí více proměnných, ČVUT 2005.


Diferenciální rovnice & numerické metody (B-DEN Differential Equations & Numerical Methods) povinný doporučený ročník / semestr 1/2 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 7 z, zk

Forma výuky


Vyučující doc. Mgr. Petr Habala, Ph.D. Stručná anotace předmětu Tento předmět je úvodem k diferenciálním rovnicím a numerickým metodám. Nabízí přehled hlavních typů obyčejných diferenciálních rovnic a představí parciální diferenciální rovnice. Uvede studenta do postupů při numerickém řešení základních problemů (kořeny, soustavy lineárních rovnic, ODR). 1. Numerická integrace. 2. Numerické metody hledání nulových bodů funkcí (bisekce, metoda tečen (Newtonova), metoda prosté iterace). 3. Obyčejné diferenciální rovnice. Jednoznačnost a existence řešení. 4. Numerické řešení diferenciálních rovnic (Eulerova metoda a další). 5. Lineární diferenciální rovnice s konstantními koeficienty (struktura množiny řešení, charakteristická čísla). 6. Báze řešení homogenních lineárních diferenciálních rovnic. Rovnice s kvazipolynomiální pravou stranou. 7. Metoda variance konstant. Princip superpozice. Kvalitativní vlastnosti řešení. 8. Soustavy lineárních diferenciálních rovnic s konstantními koeficienty (eliminační metoda, metoda vlastních čísel). 9. Finitní metody řešení soustav lineárních rovnic (GEM, LU rozklad). 10. Metoda iterace pro řešení soustav lineárních rovnic. 11. Numerické metody nalezení vlastních čísel a vlastních vektorů matic. 12. Parciální diferenciální rovnice (základní typy, aplikace ve fyzice). 13. Funkce Gama. Besselova diferenciální rovnice. Besselovy funkce prvního druhu (rozvoje). Aplikace pro rovnici vlnění. 14. Rezerva. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Tkadlec, J.: Diferenciální rovnice. Laplaceova transformace. ČVUT, Praha, 2005. 2. Navara, M., Němeček, A.: Numerické metody. FEL ČVUT, Praha, 2003. 3. Lecture notes pro přednášky.


Fyzika 1 (B-PH1 Physics 1) povinný 14 týdnů hod. za týden z, zk

4+2L

doporučený ročník / semestr kreditů 7 Forma výuky

1/2

přednášky, laboratoře

Vyučující doc. Dr. Ing. Michal Bednařík Stručná anotace předmětu V rámci základního předmětu Fyzika 1 jsou studenti uvedeni do dvou hlavních partií fyziky. První partie se týká klasické mechaniky. V rámci klasické mechaniky, která je pomyslnou vstupní bránou do studia fyziky vůbec, se studenti seznámí s kinematikou hmotného bodu, dynamikou hmotného bodu, soustavy hmotných bodů či tuhého tělesa. Studenti by si měli osvojit takové znalosti z klasické mechaniky, aby byli schopni řešit základní úlohy spojené s popisem mechanických soustav, se kterými se setkají v průběhu dalšího studia. Navíc na těchto znalostech staví navazující předmět Fyzika II. Na klasickou mechaniku v rámci tohoto kurzu navazuje úvod do relativistické mechaniky. Druhá partie je věnována elektrickému a magnetickému poli. Studenti jsou během výuky této partie postupně seznámeni se základními zákonitostmi jak časově proměnných, tak časově neproměnných elektrických a magnetických polí. Nabyté znalosti studenti využijí v dalších oblastech studia, zejména v elektrických obvodech, teorii materiálů či dynamických systémů. Na těchto znalostech opět staví navazující předmět Fyzika 2. 1. Fyzikální jednotky, základní druhy fyzikálních polí. Souřadnicové soustavy. 2. Kinematika hmotného bodu (přímočarý pohyb, pohyb po kružnici a obecný křivočarý pohyb). 3. Newtonovy pohybové zákony, inerciální a neinerciální vztažné soustavy, pohybové rovnice v inerciálních i neinerciálních soustavách. 4. Práce, výkon, konzervativní silová pole, kinetická a potenciální energie. Zákon zachování mechanické energie. 5. Základy analytické mechaniky - zákony zachování, vazby a zobecněné souřadnice a hybnosti, Lagrangeovy rovnice druhého druhu pro konzervativní systémy, integrály pohybu, Hamiltonián a Hamiltonovy kanonické rovnice. 6. Centrální silové pole, pohyb v centrálním silovém poli, Keplerovy zákony. Newtonův gravitační zákon, gravitační pole soustavy hmotných bodů a těles se spojitě rozloženou hmotou. Intenzita a potenciál gravitačního pole. Energie gravitačního pole. 7. Mechanické kmitavé soustavy. Netlumený a tlumený mechanický lineární oscilátor. Vynucené kmity. Rezonance výchylky a rychlosti. 8. Soustava hmotných bodů, izolovaná a neizolovaná soustava hmotných bodů, I. a II. věta impulzová, zákon zachování hybnosti, momentu hybnosti a mechanické energie pro soustavu hmotných bodů. Hmotný střed a těžišťová soustava. Tuhé těleso, obecný pohyb tuhého tělesa, pohybové rovnice tuhého tělesa, otáčení tělesa kolem pevné osy a pevného bodu, tenzor setrvačnosti. 9. Teorie deformace, mechanické napětí, Hookův zákon. 10. Úvod do mechaniky tekutin - Eulerova pohybová rovnice tekutin, barometrická formule, Bernoulliova rovnice, Pascalův a Archimédův zákon. 11. Základní postuláty speciální teorie relativity, Lorentzova transformace, relativistická kinematika a dynamika. 12. Vlastnosti elektrického náboje, Coulombův zákon, intenzita a potenciál elektrického pole soustavy bodových nábojů či spojitě rozloženého elektrického náboje. Gaussova věta, Maxwellovy rovnice pro elektrostatické pole ve vakuu. Potenciál a intenzita pole elektrického dipólu, vektor elektrické polarizace a elektrické indukce, dielektrika v elektrickém poli, Maxwellovy rovnice elektrostatiky pro materiálové prostředí. Vodič v elektrickém poli, Faradayova klec. Kapacita, kondenzátor. Energie elektrostatického pole. 13. Stacionární elektrický proud, proudová hustota, rovnice kontinuity elektrického náboje, elektromotorické napětí, Ohmův zákon, Jouleův zákon. Magnetostatické pole, Lorentzova síla, Ampérův zákon, Biotův-Savartův zákon. Magnetický moment, vektor magnetické polarizace, intenzita magnetického pole. Silové účinky magnetického pole, vlastnosti látek v magnetickém poli. Energie magnetostatického pole. 14. Elektromagnetická indukce, energie elektromagnetického pole. Maxwellův proud. Soubor Maxwellových rovnic. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Bednařík, M.: Fyzika 1, skriptum ČVUT, 2011. 2. Kvasnica, J., Havránek, A., Lukáč, P., Sprášil, B.: Mechanika, ACADEMIA, 2004. 3. Sedlák, B., Štoll, I.: Elektřina a magnetismus, ACADEMIA, 2002. 4. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, 2000.


Matematika – komplexní proměnná a integrální transformace (B-MCT – Mathematics – Complex Variable and Integral Transforms) povinný doporučený ročník / semestr 2/3 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 7 z, zk

Forma výuky


Vyučující prof. RNDr. Jan Hamhalter, CSc. Stručná anotace předmětu Cílem předmětu je vyložit základní principy analýzy v komplexním oboru a integrálních transformací. Komplexní analýza je dovedena do reziduové věty a jejích aplikací. S využitím tohoto aparátu jsou dále vybudovány základy Fourierovy, Laplaceovy a Z-transformace. Pozornost je věnována i aplikacím zejména pro řešení diferenciálních a diferenčních rovnic. 1. Komplexní rovina. Základní pojmy komplexní analýzy 2. Diferencovatelnost funkcí. Cauchy-Riemannovy podmínky, holomorfnost. 3. Elementární funkce (Mobiova transformace , exponenciální funkce, logaritmus, goniometrické funkce). 4. Křivkový integrál, Cauchyova věta a Cauchyův integrální vzorec. 5. Mocninné řady. Rozvoj holomorfní funkce v Taylorovu řadu. 6. Laurentovy řady. Rozvoj holomorfní funkce funkce v Laurentovu řadu. 7. Singularity. Reziduum a jeho výpočet. 8. Reziduová věta a její aplikace 9. Fourierova transformace. 10. Laplaceova transformace – základní gramatika. 11. Inverzní Laplaceova transformace. Riemann-Mellinův vzorec. Metoda reziduí. 12. Transformace Z. Inverzní transformace Z. 13. Řešení diferenčních rovnic pomocí transformace Z. 14. Rezerva. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. J.Hamhalter, J.Tišer: Funkce komplexní proměnné, Skripta FEL ČVUT, 2001. 2. H.A.Priestly: Introduction to Complex Analysis, Oxford University Press, 2003. 3. A.D.Wunsch: Complex variables with Applications, Third Edition, Pearson 2005. 4. L.Debnath: Integral Transforms and their Applications, 1995, CRC Press, Inc. 5. J.L.Shiff, The Laplace transform, Theory and Applications. Springer Verlag, 1996. 6. J.Veit: Integrální transformace, XIV, SNTL, Praha 1979.


Pravděpodobnost, statistika a teorie informace (B-PSI – Probability, Statistics, Information Theory) povinný doporučený ročník / semestr 2/3 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 6 z, zk

Forma výuky


Vyučující prof. Ing. Mirko Navara, DrSc., Ing. Tomáš Kroupa, Ph.D. Stručná anotace předmětu Předmět seznamuje se základy teorie pravděpodobnosti, matematické statistiky, matematické teorie informace a kódování. Zahrnuje popisy pravděpodobnosti, náhodných veličin, jejich rozdělení, charakteristik a operací s náhodnými veličinami. Jsou vyloženy výběrové statistiky, bodové a intervalové odhady, základní testy hypotéz a metoda nejmenších čtverců. Základy teorie Markovových řetězců. Shannonova entropie, vzájemná a podmíněná informace. 1. Základní pojmy teorie pravděpodobnosti. Kolmogorovův model pravděpodobnosti. Nezávislost, podmíněná pravděpodobnost, Bayesův vzorec. 2. Náhodné veličiny a způsoby jejich popisu. Náhodný vektor. Distribuční funkce. 3. Kvantilová funkce. Směs náhodných veličin. 4. Charakteristiky náhodných veličin a jejich vlastnosti. Operace s náhodnými veličinami. Základní typy rozdělení. 5. Charakteristiky náhodných vektorů. Kovariance, korelace. Čebyševova nerovnost. Zákon velkých čísel. Centrální limitní věta. 6. Základní pojmy statistiky. Výběrový průměr, výběrový rozptyl. Intervalové odhady střední hodnoty a rozptylu. 7. Metoda momentů, metoda maximální věrohodnosti. EM algoritmus. 8. Testování hypotéz o střední hodnotě a rozptylu. Testy dobré shody, testy korelace, neparametrické testy. 9. Diskrétní náhodné procesy. Stacionární procesy. Markovovy řetězce. 10. Klasifikace stavů Markovových řetězců. 11. Asymptotické vlastnosti Markovových řetězců. Přehled a ukázky aplikací. 12. Shannonova entropie diskrétního rozdělení a její axiomatické vyjádření. Věta o minimální a maximální entropii. 13. Podmíněná entropie. Řetězcové pravidlo. Subaditivita. Entropie spojité veličiny. 14. Fanova nerovnost. Informace ve zprávě Y o zprávě X.


Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Navara, M.: Pravděpodobnost a matematická statistika. Skriptum FEL ČVUT, 1. vydání, Praha, 2007. 2. Rogalewicz, V.: Pravděpodobnost a statistika pro inženýry. Skriptum FBMI ČVUT, 2. vydání, Praha, 2007. 3. Zvára, K., Štěpán, J.: Pravděpodobnost a matematická statistika, 2. vydání, Matfyzpress, MFF UK, Praha, 2002. 4. Nagy, I.: Pravděpodobnost a matematická statistika. Cvičení. Skriptum FD CVUT, Praha, 2002.


Fyzika 2 (B-PH2 Physics 2) povinný 14 týdnů hod. za týden z, zk

4+2L

doporučený ročník / semestr kreditů 7 Forma výuky

2/3


Vyučující doc. Dr. Ing. Michal Bednařík Stručná anotace předmětu Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1. V rámci tohoto předmětu se studenti seznámí se základními pojmy a vztahy z fenomenologické a statistické termodynamiky. Na termodynamiku navazuje úvod do teorie vln. Studenti budou seznámeni se základními vlastnostmi vlnění a jeho popisu, přičemž výuka je vedena tak, aby si studenti uvědomili univerzálnost popisu vlnění, bez ohledu na jeho charakter. Na teorii vln navazují partie, které se věnují konkrétním druhům vlnění, tj. akustickému a elektromagnetickému. Závěrečné přednášky jsou věnovány kvantové mechanice. Znalosti z předmětu Fyzika 2 mají studentům sloužit při studiu řady odborných oblastí, se kterými se setkají během studia. Nabyté znalosti z oblasti kvantové mechaniky mají studentům pomoct se orientovat v nových technologiích a v základních principem fungování některých elektronických prvků. 1. Termodynamické soustavy, stavové a procesní termodynamické veličiny, teplota, teplo, práce, vnitřní energie, ideální plyn, stavová rovnice, tepelná kapacita, 1. a 2. věta termodynamiky, entropie, 3. věta termodynamiky. 2. Mikrostav a makrostav soustavy, statistické soubory, statistická definice entropie, princip maximální entropie, základní pravděpodobnostní rozdělení, kinetická teorie plynů. 3. Druhy vln, základní pojmy (fázová rychlost, grupová rychlost, disipace a disperze vln, disperzní relace), obecná vlnová rovnice, Dopplerův jev. 4. Skládání vlnění, konstruktivní a destruktivní interference, koherence, difrakce vln, Huygensův-Fresnelův princip, blízké a vzdálené pole. 5. Akustické vlny, základní akustické veličiny, lineární vlnová rovnice akustiky, hladina akustického tlaku a intenzity. 6. Vlnová rovnice elektromagnetického pole, šíření elektromagnetických vln, Poytingův vector, polarizace světla a jeho disperze. Anizotropní prostředí, aplikace polarizace. 7. Geometrická optika – paprsková aproximace, světelný paprsek, Fermatův princip, odraz a lom, kritický odraz, tenké čočky. 8. Vlnová optika - difrakce, Fresnelův a Fraunhoferův ohyb, interference světla, Braggova rovnice. Základy Fourierovské optiky. 9. Základy fotometrie (svítivost, světelný tok, jas, zářivost, absorpce světla). 10. Úvod do kvantové mechaniky - záření absolutně černého tělesa, fotoelektrický jev, Comptonův jev, Bohrův model atomu. 11. Základní principy kvantové mechaniky: vztah mezi analytickou a kvantovou mechanikou. Operátory: Hermitovy a unitární operátory, Diracova symbolika. Měření v kvantové teorii. Kompatibilita, Heisenbergovy relace neurčitosti. 12. Teorie reprezentací: x,p,E reprezentace. Vlnová funkce. Schrodingerova rovnice, příklady. 13. Harmonický oscilátor, centrální pole, kvantová čísla. 14. Fermiony a bosony. Spin. Pauliho vylučovací princip. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, 2000. 2. Malý, P.: Optika, KAROLINUM, 2008. 3. Kvasnica, J.: Statistická fyzika, ACADEMIA, 1983. 4. Sedlák, B., Štoll, I.: Elektřina a magnetismus, ACADEMIA, 2002. 5. Beiser A.: Úvod do moderní fyziky. ACADEMIA, 1975. 6. Skála, L.: Úvod do kvantové mechaniky, KAROLINUM, 2011.


Optimalizace a teorie her (B-OGT Optimization and Game Theory) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 3+1s kreditů 4 z, zk

Forma výuky

2/4


Vyučující Ing. Tomáš Kroupa, Ph.D. Stručná anotace předmětu Předmět seznamuje studenty se základy optimalizace (zejména konvexní) a teorie her s ohledem na aplikace v odborných elektrotechnických předmětech a v teorii informace. Jsou probrány základní vlastnosti konvexních množin a funkcí nutné pro porozumění úloze konvexního a lineárního programovaní. Pozornost je věnována dualitě v optimalizačních úlohách. V druhé části předmětu jsou diskutovány modely strategických her založené na pojmu Nashovy rovnováhy, smíšené strategie a dále kooperativní herní modely. 1. Matematická úloha optimalizace. Lokální a globální extrémy. 2. Konvexní množiny a konvexní funkce. 3. Úlohy konvexní optimalizace. Úlohy s omezeními, Lagrangeovy multiplikátory. 4. Dualita. 5. Úlohy s omezeními ve tvaru nerovností, Karush-Kuhn-Tuckerovy podmínky. 6. Lineární programování I. Dualita. 7. Lineární programování II. Simplexový algoritmus. 8. Kvadratická optimalizace. 9. Výpočetní algoritmy. 10. Strategické hry. Nashova rovnováha. 11. Smíšená a korelovaná ekvilibria. 12. Strategické hry s neúplnou informací. 13. Kooperativní hry. Jádro a Shapleyho hodnota. 14. Rezerva. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. S. Boyd, L. Vandenberghe. Convex optimization. Cambridge University Press, 2004. 2. G. Owen. Game theory. Academic Press Inc., San Diego, CA, third edition, 1995. 3. J. Dupačová, P. Lachout. Úvod do optimalizace. Matfyzpress, 2011


Maticový počet (B-AMA Advanced Matrix Analysis) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 3+1s kreditů 4 z, zk

Forma výuky

2/4


Vyučující doc. RNDr. Miroslav Dont, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět navazuje na základní kurz lineární algebry; předpokládá se relativně dobrá znalost základů. Hlavní cíle jsou věty o spektrálním rozkladu a příslušné aplikace. Dále použití Jordanova kanonického tvaru matice na definici a výpočet maticové funkce. 1. Opakování základních pojmů lineární algebry. 2. Reálné a komplexní matice, operace na maticích. 3. Vlastní čísla a vlastní vektory čtvercových matic. 4. Diagonalizace čtvercové matice, podmínky diagonalizovatelnosti. 5. Standardní skalární součin, ortogonalizace, ortogonální projekce. 6. Unitární matice, Fourierova matice. 7. Vlastní čísla a vektory hermitovských a unitárních matic. 8. Věta o spektrálním rozkladu pro hermitovské matice. 9. Definitnost matic, charakteristika pomocí vlastních čísel. 10. Metoda nejmeších čtverců, algebraická formulace, normální rovnice. 11. Singulární rozklad matice, aplikace na nejmenší čtverce. 12. Jordanův kanonický tvar matice. 13. Funkce matice, definice a výpočet. 14. Vyjádření funkce matice mocninnou řadou, aplikace.


Studijní literatura a studijní pomůcky 1. C. D. Meyer: Matrix Analysis and Applied Linear Algebra, SIAM 2000 2. M. Dont: Maticová analýza, skripta, nakl. ČVUT 2011


Úvod do elektronických systémů (B-IES – Introduction to Electronic Systems) povinný doporučený ročník / semestr 1/1 14 týdnů hod. za týden 0+2L kreditů 2 z

Forma výuky

laboratoře

Vyučující prof. Ing. Pavel Zahradník, CSc. Stručná anotace předmětu Motivační předmět. Syllabus je tvořen sadou demonstračních úloh a měření. Náplň je tematicky rozdělena a studenti si budou moci vybrat dle svých předchozích znalostí z následující nabídky. Cílem je, aby si studenti s různorodým základem ze střední školy doplnili chybějící znalosti a dovednosti a získali představu o šíři záběru programu OES. 1. teorie elektromagnetického pole a. Nehomogenní elektrické pole, průraz dielektrika, Teslův transformátor b. Interakce látek s vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem c. Vedená elektromagnetická vlna – vlnovod s kovovým pláštěm d. Vedená elektromagnetická vlna – dielektrický vlnovod e. Vyzařování, odolnost zařízení. 2. teorie obvodů a. Seznámení se základními měřicími přístroji (zdroj ss napětí, voltmetr, ampérmetr, generátor funkcí, osciloskop) - měření. b. Základní pasivní obvodové prvky (rezistor, kapacitor, induktor) – vztahy napětí-proud, měření na přípravku. c. Integrační a derivační RC obvod – frekvenční závislost přenosu, měření na přípravku. d. Vlastní a vnucené kmity obvodu RLC, měření na přípravku. e. Polovodičová dioda jako spínač, jednocestný usměrňovač a Graetzův usměrňovač s odporovou zátěží, vliv filtračního kondenzátoru, měření na přípravku. f. Tranzistor jako řízený spínač, rozsvícení LED, měření na přípravku. g. Spínání a rozpínání induktivního obvodu (relé), ochrana spínače (tranzistoru), měření na přípravku. h. Tranzistor jako řízený zdroj proudu, tranzistorový zesilovač signálu, měření na přípravku. i. Operační zesilovač (OZ), realizace matematických operací, měření na přípravku. j. Generátor periodického signálu (multivibrátor s 2 tranzistory, generátor s OZ), měření na přípravku. k. Odrazy vln na elektrickém vedení, počítačové demo, měření na přípravku. 3. polovodičových součástek a. Zatížený odporový dělič, integrační a derivační RC článek, frekvenční závislost přenosu, měření a simulace. b. Aplikace diody s přechodem PN a Schottkyho diody v usměrňovači, měření a simulace. c. MOSFET jako proudový zdoj a spínač, aplikace v invertoru NMOS, meření a simulace. d. Výkonový MOSFET jako spínač, spínání induktivní zátěže, ochrany, nábojová pumpa, měření a simulace. e. Fázové spínání výkonové zátěže tyristorem, měření a simulace. f. Optická vazba svítivka – fotodetektor, demonstrace a měření pro kombinace různých typů svítivek a fotodetektorů. g. Demonstrace optické komunikační cesty obsahující nábojovou pumpu, step-up konvertor, klopný obvod s OZ, optický vysílač a přijímač, měření a simulace 4. teorie signálů a systémů a digitální komunikace a. Demonstrace detekce přítomnosti signálu v šumu pomocí filtrace (matched filter) b. Demonstrace elementární detekce digitálně modulovaného signálu v šumu. c. Demonstrace základních principů zdrojového a kanálového kódování. d. Demonstrace estimátoru zpoždění (radar, navigace). e. Demonstrace prostorového estimátoru směru příchodu signálu. 5. mikroprocesorové techniky a. Demonstrace jednoduchého výukového přípravku s mikroprocesorem b. Demonstrace vývoje programu použitím instrukcí z instrukční sady c. Demonstrace vývoje programu použitím vyššího programovacího jazyka d. Demonstrace vývoje programu pro ovládání vstupů a výstupů e. Demonstrace vývoje programu pro vytvoření hry na VGA monitoru, ping-pong, life

Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky


Počítačové algebraické systémy (B-CAS–Computer Algebra Systems) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 0+2c kreditů 2 z

Forma výuky

1/1

pc semináře

Vyučující RNDr. Aleš Němeček Stručná anotace předmětu Matlab, Mathematica, Maple Cílem předmětu je seznámení studentů se základy promyšlené a efektivní práce v prostředí počítačových algebraických systemů. Soustředíme se na výpočty a grafické demonstrace teoretických a praktických postupů, se kterými se studenti paralelně seznamují v úvodních matematických přednáškách Matematika 1 a Lineární algebra. Náplň cvičení názorně doplňuje a rozšiřuje zvláště příklady, které jsou početně náročné a jejich řešení bez použití CAS je zdlouhavé. Studenti si osvojí postupy a příkazy pro řešení základních matematických problémů, které se prolínají prakticky celým studiem. Ty lze později samostatně nebo v jiných předmětech dále rozvíjet. 1. Systém MatLab : Úvod, ovládání, základní dovednosti. 2. Datové struktury a jejich efektivní použití. 3. Lineární algebra: Matice, operace s maticemi, determinanty, inverzní matice, vlastní čísla. 4. Soustavy lineárních rovnic: symbolické a numerické řešení. 5. Systém Maple: Úvod, ovládání, základní dovednosti. 6. Diferenciální a integrální počet: příkazy pro calculus, úpravy výrazů. 7. Aplikace diferenciálního počtu. 8. Samostatná práce s konzultacemi, řešení příkladů. 9. Aplikace integrálního počtu. 10. Samostatná práce s konzultacemi, řešení příkladů. 11. Systém Mathematica: Úvod, ovládání, základní dovednosti. 12. Tipy a triky . 13. Samostatná práce s konzultacemi, řešení příkladů. 14. Rezerva Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky


Digitální technika (B-DIT Digital design) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 2+2s kreditů 5 z, zk

Forma výuky

1/2


Vyučující doc. Ing. Petr Skalický, CSc., Ing. Michal Lucki, Ph.D. Stručná anotace předmětu Cílem tohoto kurzu je seznámit studenty s popisem kombinačních a sekvenčních logických obvodů, funkčních bloků a jejich návrhem. Jak s matematickýmtak funkčním popisem, stejně jako s algoritmy minimalizace výstupních i přechodových funkcí sekvenčních obvodů. Karnaughovy mapy, paměťové členy, konečný stavu moučný a Moore stroje jsou nezbytnou součástí obsahu. Konstrukční přístupy jsou hodnoceny založit na vzorku úkoly. 1. Číslicové obvody, základní pojmy, funkce analogových a číslicových procesů. Digitální informace, digitální průběhy, kódy (BCD, Gray kód). Booleova algebra, logické funkce a jejich vyjádření. 2. Číselné soustavy. Vyjádření čísel bez a se znaménkem, jejich sčítání, odečítání a násobení. Práce s jednotkovým a dvojkovým doplňkem, Boothovy algoritmy . 3. Vyjádření logické funkce pravdivostní tabulkou. De Morganova pravidla. Minimalizace logické funkce(algebraická, Quine-McCluskey). Realizace logické funkce logickými hradly s různými typy výstupů (TTL, otevřený kolektor, třístavový výstup). 4. Minimalizace logické funkce pomocí Karnaughovy mapy pro 3 až 6 proměnných. Pravidlo zrcadlení. 5. Kombinační obvody a jejich návrh. Možnosti řešení sekvenční logiky pomocí kombinačního obvodu (regulace teploty s hysterezí). 6. Přechodové jevy v kombinačních logických obvodech - zpoždění signálů, hazardní stavy a jejich odstranění. 7. Formální popis funkčních bloků. Vektorové vyjádření. Aritmetický a logický komparátor, multiplexer a jeho použití, demultiplexer, prioritní enkodér. Využití 3-stavové funkce. 8. Latch, spínání a součástky pamětí. Asynchronní a synchronní operace. RS latch realizace obvody NOR a NAND. D-latch, paměťový člen D, JK a T. Ukázky implementace a časové podmínky pro správnou činnost. 9. Registry, posuvné registry SIPO, PISO a SISO, sériové a paralelní paměti. Čítače (binární, dekadické). Základní popis programovatelných obvodů (PLD, CPLD) a polí (PGA, FPGA). 10. Sekvenční obvody. Matematický popis konečného stavového automatu. Funkce přechodů a výstupů. Mealyho a Moorův logický obvod. Stavový diagram a tabulka přechodů. Transformace Mealyho na Moorův automat. 11. Minimalizace tabulky přechodů sekvenčního obvodu. Ekvivalentní a slučitelné stavy. Kódování tabulky přechodů Mealyho a Moorova sekvenčního obvodu. 12. Formální popis funkčních zařízení. Binární komparátor, binární sčítačka, odečítačka. Ukázkové implementace. 13. Řešení úloh návrhu sekvenčních obvodů (distribuovaná regulace, řadiče zařízení, bloky v továrně). 14. Vypočet a ověření návrhu stavů kombinačních a sekvenčních obvodů. Opakování před zkouškou. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky 1. FABRICIUS, E. : Digital Design and Switching Theory CRC Press; 1 edition, 1992 2. GREGG, J.: Ones and Zeros: Understanding Boolean Algebra, Digital Circuits, and the Logic of Sets (IEEE Press Understanding Science & Technology Series), 1998 3. WHITESITT, J.: Boolean Algebra and ItsApplications (Dover Books on Computer Science), 2010 4. STANKOVIC, R., ASTOLA, J.: FromBooleanLogic to SwitchingCircuits and Automata: TowardsModernInformation Technology (Studies in ComputationalIntelligence), Springer, 2011 5. HASSOUN, S., SASAO, T.: LogicSynthesis and Verification (TheSpringer International Series in Engineering an1d Computer Science), KluverAcademic Publisher, 2001 6. HACHTEL, G., SOMENZI, F.: LogicSynthesis and VerificationAlgorithms, Springer, 2006 7. KOHAVI, Z., JHA, N.: Switching and FiniteAutomataTheory, Cambridge University Press, 2009 8. HOLDSWORTH, B., WOODS, C.: Digital Logic Design, Integra Software Services, UK Printed, FourthEdition, 2002 9. PEDRONI, V.: Circuit Design and Simulationwith VHDL, MIT Press, 2010 10. NELSON, V., NAGLE, H., CARROLL, B., IRWIN, D.: Digital LogicCircuitAnalysis and Design, 1995


Základy elektroniky (B-ELE – Elements of Electronics) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 2+0 kreditů 4 kz

Forma výuky

1/2

přednášky

Vyučující prof. Ing. Ivan Zemánek, CSc. Stručná anotace předmětu Jedná se o volné pokračování B-IES, tentokráte již s odborným obsahem, které poskytuje elementární základy a vzájemné souvislosti pro navazující do hloubky jdoucí předměty (např. B-CIR, B-DIT, B-EMT, B-SAS). Výklad využívá relativně elementární matematické a fyzikální postupy adekvátní 2. semestru BSP. Předmět představuje základy v následujících oblastech: (1) teorie pole a obvodů, (2) teorie polovodičových součástek, (3) teorie signálů a systémů, (4) digitální a mikroprocesorové techniky. 1. Teorie pole a obvodů a. Klasifikace prostředí. Podmínky zavedení potenciálu, potenciál v elektrostatickém poli. Elektrostatické pole – Laplaceova a Poissonova rovnice, řešení 1D úloh pro potenciál. b. Gaussova věta pro elektrostatiku. Intenzita E, indukce D, řešení jednoduchých úloh přímou integrací. Princip superpozice a jeho aplikace. Kapacita a její výpočet. c. Stacionární proudové pole. Odpor, vodivost. Nehomogenní proudové pole. d. Magnetostatické pole. Ampérův zákon. Statická, dynamická a energetická definice indukčnosti. e. Elektrický obvod – speciální případ elektromagnetického pole. Obvodové veličiny – napětí, proud, okamžitý výkon, práce elektrického napětí a proudu. Charakteristické hodnoty periodických obvodových veličin (maximální, střední, efektivní hodnota). f. Základní prvky elektrických obvodů (rezistor, kapacitor, induktor, nezávislý zdroj napětí, nezávislý zdroj proudu) a jejich charakteristiky. g. Kirchhoffovy zákony, řazení dvojpólů, dělič napětí, dělič proudu. h. Stacionární ustálený stav, elementární metody analýzy lineárních odporových obvodů (metoda postupného zjednodušování, transfigurace, Théveninův a Nortonův teorém, přemístění zdrojů, princip superpozice). Výkon, výkonové přizpůsobení. i. Hopkinsonův zákon. Reluktance. Jednoduché magnetické obvody a výpočet indukčnosti. 2. Aktivní a pasivní obvodové prvky a jejich realizace a. Nelineární pasivní prvky a spínače (termistor, fotoodpor, dioda) b. Aktivní prvky ve fungující jako zdroje (napětí a proudu) nebo spínače (MOSFET, BJT) 3. Signály a jejich zpracován v elektronických systémech a. Signály - základní pojmy a definice – signál a jeho vztah k reálným fyzikálním veličinám, jednoduché vlastnosti a klasifikace signálů (periodický, harmonický, pulsy, výkon, energie). b. Systémy – základní pojmy a definice – vstupně-výstupní popis systému, lineární systém. c. Elementární metody zpracování signálů – energie, výkon, časová a frekveční filtrace, průměrování, elementární rozklady signálů. 4. Úvod do mikroprocesorů a mikrokontrolérů a. univerzální a specializované mikroprocesory b. základní architektury, vnitřní bloky, registry, zásobník, přerušení, paměť, sběrnice, instrukční cyklus, typické instrukce, adresovací režimy, operandy, typické periferie, DMA c. programovaní, asembler a vyšší programovací jazyky Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky


Teorie elektromagnetického pole (B-EMT – Electromagnetic Field Theory) povinný doporučený ročník / semestr 2/3 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 8 z, zk

Forma výuky


Vyučující prof. Ing. Zbyněk Škvor, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět poskytuje základní vědomostí o teorii elmg. pole a o metodách řešení takových polí. 1. Náboje jako zdroj pole. Vymezení makroskopické teorie pole. Gaussova v. pro elektrostatiku. Intenzita E, indukce D, řešení jednoduchých úloh přímou integrací. Elektrostatické pole – Laplaceova a Poissonova rovnice, řešení 2D úloh pro potenciál 2. Maxwellovy rovnice, Coulombův zákon, princip minima energie. Princip superpozice a jeho aplikace. Podmínky na rozhraní dielektrik. Kondenzátor, výpočet kapacity a průrazného napětí. 3. Elektrické pole obecně rozložených nábojů. Numerické metody řešení statických polí = MKP, MKD, MOM. 4. Stacionární proudové pole. Podmínky na rozhraní vodivých prostředí. Řešení polí metodou zrcadlení. Odpor, vodivost. Nehomogenní proudové pole. 5. Magnetostatické pole. Ampérův zákon. Energie, objemová hustota energie. Výpočet sil. Interní a externí indukčnost. Interakce pole s dielektrikem, magnetikem. 6. Biotův-Savartův zákon. Vlastní a vzájemná indukčnost tenkých vodičů obecného tvaru. Vektorový magnetický potenciál a jeho kalibrace. 7. Lorentzova síla. Indukovaná napětí, princip dynama a motoru. 8. Veličiny pole jako fázory. Maxwellovy rovnice pro harmonický ustálený stav. 9. Elektromagnetická vlna v neomezeném prostředí. Vlnová rovnice. Rychlost šírení, útlum, polarizace, impedance, disperse. 10. Povrchový jev ve vodičích, povrchový odpor. Povrchový jev ve vrstvě (plechu). 11. Bilance výkonu elmg. Vlny (Poyntingův teorém a vektor). Přenos energie vlnou. 12. Odraz vlny na rozhraní dvou prostředí. PSV. 13. Vedení s vlnou TEM. Telegrafní rovnice. Charakteristická a vlnová impedance. Přenos výkonu. Souosé vedení. Maximální přenášený výkon, minimální útlum. 14. Vedení vlny mezi dvěma vodivými deskami. Mody, impedance, fázová a skupinová rychlost šírení, přenos výkonu. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Iskander, M. F. : Electromagnetic Fields and Waves, Prentice hall, Englewood Cliffs 1992 2. Mayer, D.: Aplikovaný elektromagnetismus. Kopp, České Budějovice 2012.


Signály a soustavy (B-SAS – Signals and Systems) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+2s kreditů 8 z, zk

Forma výuky

2/4


Vyučující prof. Ing. František Vejražka, CSc., Ing. Petr Kačmařík, Ph.D. Stručná anotace předmětu Vyjádření spojitých a diskrétních signálů v časové a kmitočtové oblasti. Náhodné signály a jejich parametry. Základní informace o analogových modulacích a o jejich šumových poměrech. Průpravný předmět pro další studium zaměřené na sdělování, měření a zpracování signálů. 1. Signály ve spojitém a diskrétním čase. 2. Energie, výkon, korelace, Hilbertův prostor. 3. Ortogonální systémy. 4. Popis v kmitočtové doméně (FT a FS) pro signály se spojitým a diskrétním časem. 5. Vlastnosti a vzájemné vztahy FT, FS, DtFT, DtFS, DFT. 6. Vlastnosti druhého řádu v časové a kmitočtové doméně, Parsevalova věta. 7. Lineární časově invariantní systémy v časové doméně. 8. Lineární časově invariantní systémy v kmitočtové doméně. 9. Náhodné signály, stacionarita a ergodicita. 10. Charakteristiky 2. řádu náhodných signálů v časové doméně. 11. Náhodné signály v kmitočtové doméně, výkonová a energetická spektrální hustota (empirická, stochastická, průměrná). 12. Vzorkování signálu a jeho rekonstrukce u determionistických a náhodných signálů.. 13. Náhodné pásmové signály, komplexní obálka, charakterisky 2. řádu komplexní obálky. 14. Analogové modulace.


Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Hrdina, Z. - Vejražka, F.: Signály a soustavy. Skriptum. Vydavatelství ČVUT Praha, 1. vyd. 1998. 2. V. Oppenheim, A. S. Willsky with S.H. Nawab: Signals and Systems. Prentice-Hall, Second Edition, 1997. 3. Taylor, F.J.: Principles of signals and systems. McGraw-Hill, 1994. 4. Proakis, J.G.: Digital Communications. McGraw-Hill, 2001. 5. Girod, B., Rabenstein, R., Stenger, A.: Signals and System. John Wiley & Sons. 2001 6. Yarlagadda, R.K. Rao: Analog and Digital Signals and Systems. Springer 2010.


Fyzika pevných látek (B-SST Solid State Physics) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 3+1L kreditů 4 z, zk

Forma výuky

2/4


Vyučující doc. RNDr. Jan Voves, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět, který je zaměřen na fyziku pevných látek, doplňuje partie statistické fyziky a dále seznamuje se základními vlastnostmi materiálů užívaných v elektronice, zejména polovodičů. 1. Základy statistické fyziky, Liouvillův teorém. Gibbsovo rozdělení. 2. Termodynamické potenciály: entalpie, volná energie, chhemický potenciál, entropie a pravděpodobnost. 3. Statistická rozdělení: Maxwell-Boltzmannovo rozdělení, Fermiho-Diracovo a Boseho-Einsteinovo. 4. Pojem pevné a kondenzované látky a jejich popis; krystaly. Klasifikace krystalů, reciproká mřížka. 5. Dynamické vlastnosti kryst. mřížky; měrná tepla. 6. Defekty kryst. mřížky; bodové poruchy, dislokace; vlastnosti povrchů, nanokrystaly. 7. Charakter a druhy vazeb v krystalech; van der Waalsovy krystaly. Iontové a kovalentní krystaly. 8. Pásová struktura pevných látek. Polovodiče, efektivní hmotnost, hustota stavů. 9. Polovodič v termodynamické rovnováze. Elektrony a díry. Výpočet polohy Fermiho hladiny 10. Transportní jevy v polovodičích, srážkové mechanismy. 11. Elektrony a díry v nerovnováze, generace a rekombinace nositelů náboje. 12. Elektrická vodivost dielektrik, elektrická pevnost a průraz vlastní a tepelný. Polarizace dielektrik ve střídavém poli, komplexní permitivita a ztrátový činitel, feroelektrika, pyroelektrika, piezoelektrika. 13. Kovy, Fermiho plyn volných elektronů, Fermiho plochy. Magnetické jevy v látkách a jejich podstata, látky dia-, para-, fero-, feri-, antifero- magnetické. 14. Optické vlastnosti pevných látek, luminiscence. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Ch. Kittel: Introduction to Solid State Physics, 8th ed., Wiley 2005 2. K. F. Brennan: The Physics of Semiconductors, Cambridge University Press 1999


Teorie obvodů (B-CIR Circuit Theory) povinný 14 týdnů hod. za týden 4+2s

doporučený ročník / semestr kreditů 8

z, zk

Forma výuky

2/4


Vyučující Prof. Ing. Ivan Zemánek, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět B-CIR představuje kompletní systematický výklad teorie elektrických obvodů. Vychází z obecné fyzikální podstaty elektromagnetických jevů, elektrický obvod představuje jako speciální, kvazistacionární případ elektromagnetického pole, definuje základní obvodové veličiny (napětí, proud) a základní obvodové prvky modelující všechny druhy skutečných energetických interakcí. Předmět se orientuje výhradně na lineární elektrické obvody (tzv. spojité LTI systémy), seznamuje studenty se základními principy a teorémy v teorii obvodů a metodami řešení lineárních obvodů pracujících v ustálených i přechodných režimech činnosti. Důsledně přitom rozlišuje metodiku řešení v časové a frekvenční oblasti. “Systémový” přístup předmět uplatňuje při analýze přenosových vlastností a stability obvodů, a v teorii zpětné vazby. V závěru se předmět zabývá základy teorie diskrétních LTI systémů. 1. Rekapitulace – obvodové veličiny (napětí, proud, okamžitý výkon, práce elektrického napětí a proudu), obvodové prvky (rezistor, kapacitor, induktor, nezávislý zdroj napětí, nezávislý zdroj proudu), elementární metody analýzy. Nové pojmy – vazební obvodové prvky (vázané induktory, řízené zdroje). 2. Topologie obvodů, obecné metody analýzy obvodů (metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů). 3. Elektrické obvody v přechodných a ustálených stavech. Analýza lineárních obvodů v časové a frekvenční oblasti (Steinmetzova transformace, Fourierova řada, Fourierova transformace, Laplaceova transformace). 4. Stacionární ustálený stav (SUS) v lineárních obvodech. Obecné metody analýzy lineárních odporových obvodů, maticové vyjádření obvodových rovnic. 5. Harmonický ustálený stav (HUS), symbolicko-komplexní metoda, fázory, imitace, přenos. Elementární a obecné metody analýzy HUS, fázorové diagramy, výkon, výkonové přizpůsobení, rezonance. 6. Trojfázové soustavy. 7. Periodický neharmonický ustálený stav (PNUS), Fourierovy řady, spektrum periodického signálu, analýza lineárních obvodů v PNUS, efektivní hodnota, výkon periodického napětí a proudu. 8. Přechodné jevy v lineárních obvodech. Analýza přechodných jevů 1. a 2. řádu v časové oblasti. 9. Operátorová analýza přechodných jevů v lineárních obvodech. 10. Přenosové charakteristiky, impulsní a přechodová charakteristika lineárních obvodů, konvoluce, stabilita. 11. Frekvenční charakteristiky. 12. Zpětná vazba (ZV), záporná a kladná ZV, Nyquistova charakteristika, stabilita, druhy ZV, vliv ZV na vybrané parametry obvodu. 13. Operační zesilovač, lineární operační sítě (invertující a neinvertující zesilovač napětí, sledovač napětí, sčítací zesilovač, integrátor, derivátor, převodníky napětí – proud). 14. Základy teorie diskrétních LTI systémů. Souvislosti a rozdíly se spojitými LTI systémy (klasickými analogovými obvody) Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky 1. V. Havlíček, M. Pokorný, I. Zemánek: Elektrické obvody 1, Vydavatelství ČVUT, 2005. 2. V. Havlíček, I. Zemánek: Elektrické obvody 2, Vydavatelství ČVUT, 2008. 3. R. Čmejla, V. Havlíček, I. Zemánek: Základy teorie elektrických obvodů 1 - cvičení, Vydavatelství ČVUT, 2009. 4. R. Čmejla, V. Havlíček, I. Zemánek: Základy teorie elektrických obvodů 2 - cvičení, Vydavatelství ČVUT, 2007. 5. R. L. Boylestad: Introductory Circuit Analysis, Merril Publishing Company, 1987. 6. D. E. Scott: An Introduction to Circuit Analysis, McGraw-Hill Book Company, 1987. 7. J, D. Irwin, R. M. Nelms: Basic Engineering Circuit Analysis. 9th ed., Wiley, 2008. 8. T. L. Floyd,: Principles of Electric Circuits. Conventional Current Version, 8th ed. Pearsen Prentice Hall. 9. Ch. K. Alexander, M. N. O. Sadiku: Fundamentals of Electric Circuits. 3rd ed., McGraw-Hill. 10. Nilsson: Electric Circuits. Prentice Hall, 2004.


Digitální zpracování signálu (B-DSP Digital signal processing) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+0 kreditů 5 z, zk

Forma výuky

3/5

přednášky

Vyučující prof. Ing. Pavel Zahradník, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět je zaměřen na základy číslicového zpracování signálů, systémy a metody pro číslicové zpracování signálů. 1. Přehled signálů diskrétních v čase v časové a kmitočtové oblasti 2. Transformace konečné délky (DFT, DCT) 3. Transformace z 4. Lineární časově invariantní systémy diskrétní v čase v transformované oblasti 5. Struktury číslicových filtrů 6. Návrh číslicových FIR filtrů, pokročilé aproximace 7. Návrh číslicových IIR filtrů 8. 2-D and m-D signály 9. 2-D and m-D transformace 10. Návrh 2-D and m-D číslicových filtrů 11. Analýza vlivu konečné délky slova 12. Základy multirate číslicového zpracování signálů 13. Multirate banky filtrů a wavelety 14. Spektrální analýza, okna


Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Sanjit K. Mitra, Digital Signal Processing, 4th Edition, McGraw-Hill, 2010 2. Boaz Porat: A course in Digital signal processing, John Wiley 1997


Digitální komunikace (B-DCM Digital Communications) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+0 kreditů 5 z, zk

Forma výuky

3/5

přednášky

Vyučující prof. Ing. Jan Sýkora, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět pokrývá základy teorie digitální komunikace: modulace, klasické kódování, modely kanálu a základní principy dekódování. Výklad je systematicky budován v teoretické linii, která umožňuje rozkrýt vnitřní vazby a principy. To umožní studentům vybudovat si znalosti a aktivním způsobem je užít při návrhu a konstrukci komunikačního systému. Předmět vytváří základnu pro navazující pokročilé kurzy teorie komunikace. 1. Digitální modulace a kódování, základní vlastnosti, klasifikace. 2. Digitální modulace bez paměti – linerání/nelineární (PSK, QAM, FSK, …) 3. Digitální modulace s pamětí – lineární/nelineární (TCM, CPFSK, CPM, ...) 4. Space-time, adaptivní a multiplexní (ODFM) digitální modulace. 5. Výkonová spektrální hustota digitálně modulovaného signálu. 6. Základní principy kanálového kódování. 7. Lineární kódy nad konečným tělesem. Blokové kódy. 8. Konvoluční kódy, přenosová funkce. 9. Kódy v konstelačním prostoru, kódované modulace, TCM. 10. Základní modely kanálu (AWGN, lineární). 11. Demodulace a dekódování, dekodér minimalizující pravděpodobnost chyby. 12. Dekódování FSM kódů, Viterbiho algoritmus. 13. Chybovost dekodéru, union bound, pravděpodobnost párové chyby. 14. Úvod do pokročilého kódování/dekódování, mnoho-uživatelská komunikace. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. J. G. Proakis: Digital Communications. McGraw-Hill. 2001 2. D. Tse, P. Viswanath: Fundamentals of Wireless Communications, Cambridge University Press, 2005 3. E. Biglieri: Coding for Wireless Channels, Springer, 2005 4. B. Vucetic, J. Yuan: Space-Time Coding, John Wiley & Sons, 2003 5. Goldsmith: Wireless communications, Cambridge University Press, 2005 6. B. Vucetic, J. Yuan: Turbo codes - principles and applications, Kluwer academic publishers, 2000 7. Oppermann I., Hamalainen M., Iinatti J.: UWB theory and applications, John Wiley & Sons, 2004 8. Meyr, H., Moeneclaey, M., Fechtel, S. A.: Digital Communication Receivers-Synchronization, Channel Estimation and Signal Processing. John Wiley. 1998 9. Mengali, U., D'Andrea, A. N.: Synchronization Techniques for Digital Receivers. Plenum Press. 1997 10. R. E. Blahut: Algebraic codes for data transmission, Cambridge University Press, 2006 11. T. M. Cover, J. A. Thomas: Elements of Information Theory, John Wiley & Sons, 1991 12. S. M. Kay: Fundamentals of statistical signal processing-estimation theory, Prentice-Hall 1993 13. S. M. Kay: Fundamentals of statistical signal processing-detection theory, Prentice-Hall 1998


Teorie datových sítí (B-DNT – Data Networks Theory) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+0 kreditů 5 z, zk

Forma výuky

3/5

přednášky

Vyučující Dr. Lukáš Kencl Stručná anotace předmětu Tato přednáška shrnuje teoretické základy návrhu architektur a technik provozu datových sítí součanosti. Projdeme běžné typy architektur sítě a základy metod pro správu toku dat v sítích, sdílení společného síťového media a vyhodnocování výkonnosti sítě. 1. Architektura sítě: topologie, graf 2. Architektura sítě: protokoly, model vrstev 3. Architektura sítě: adresace, spojované a nespojované přenosy 4. Pravděpodobnostní modely sítí, bezdrátové a mobilní site, ad-hoc site, sítě s tolerancí zpoždění 5. Metody sdílení přístupu – deterministické: TDMA, token bus, ring 6. Metody sdílení přístupu – nedeterministické: Aloha, CSMA/CA, CSMA/CD 7. Vybrané partie z modelování přenosu dat, toky a směrování v sítích, Ford-Fulkersonův algoritmus, maximální tok – minimální řez 8. Transportní vrstva: řízení toku, posuvné okénko, metody potvrzování 9. Transportní vrstva: předcházení zahlcení 10. Mosty: výpočet spanning tree 11. Směrování: link-state protokoly, Bellman-Ford algoritmus 12. Směrování: distance vector protokoly, Dijkstrův algoritmus 13. Řízení přenosu dat: leaky bucket, network calculus, třídy a metriky výkonu (kvalita služby, propustnost, zpoždění, ztracené pakety) 14. Shrnutí a opakování Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. James F. Kurose, Keith W. Ross - Computer Networking: A Top-Down Approach. Addison-Wesley, 2010. 2. Raj K. Jain - The Art of Computer Systems Performance Analysis. Wiley, 1991. 3. Jean-Yves Le Boudec, Patrick Thiran - Network Calculus. Springer, 2001.


Laboratoř digitálního zpracování signálu a komunikací (B-DCL – Digital Signal Processing and Communication Laboratory) povinný doporučený ročník / semestr 3/5 14 týdnů hod. za týden 0+2c kreditů 2 z

Forma výuky

pc semináře

Vyučující prof. Ing. Pavel Zahradník, CSc., prof. Ing. Jan Sýkora, CSc., Dr. Lukáš Kencl Stručná anotace předmětu Jedná se společnou laboratoř prakticky spojující teoretické znalosti získané v předmětech B-DSP (Digitální zpracování signálu), B-DCM (Digitální komunikace) a B-DNT (Teorie datových sítí). Demonstruje jak tyto oblasti dohromady umožňují návrh komplexního funkčního systému. Studenti v kurzu navrhnou soubor dílčích funkčních bloků využívající dílčí znalostí z výše uvedených předmětů, které v závěru umožní konstrukci komplexního demonstračního systému pro digitální zpracování signálu a komunikace. Laboratoř užívá počítačové simulace (např. Matlab) k praktickému ověření funkčnosti a vlastností systému. Zároveň ukazujeme jak mohou být použité rozličné CAD a matematické SW balíky k návrhu systému. Laboratoř je organizována blokovou formou (0+4) v týdnech 8-14. To umožní v asociovaných přednáškách dostatečně rozvinout teorii. 8. Návrh FIR filtru, struktury filtrů. 9. Lineární digitální modulátor. Blokový a konvoluční kodér. 10. Přístup ke sdílenému mediu – deterministický a nedeterministický. 11. Jednoduchý ARQ systém. 12. Multi-rate a 2-D zpracování signálu. 13. Digitální demodulátor pro AWGN lineární kanál. Dekodér blokového kódu. Dekodér konvolučního kódu, Viterbiho algoritmus. Vyhodnocení chybovosti detekce. 14. Demonstrace kompletního funkčního systému – např. filtrovaný obraz se šumem přenesený digitální modulací přes sdílené medium s vícenásobnými skoky. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky


Analogové a aktivní obvody (B-AAC – Analog and Active Circuits) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 3+2s kreditů 6 z, zk

Forma výuky

3/5


Vyučující Prof. Ing. Ivan Zemánek, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět je zaměřen na výklad, matematický popis, analýzu a návrh základních analogových aktivních obvodů a funkčních bloků elektronických systémů na bázi základních polovodičových elektronických součástí pracujících v lineárních i nelineárních režimech činnosti. 1. Rekapitulace metod analýzy lineárních obvodů. Zobecněná metoda uzlových napětí. 2. Lineární dvojbrany, charakteristiky, přenosové vlastnosti, dělení obvodového řetězce. 3. Analogové frekvenční filtry, vlastnosti, analýza v časové a frekvenční oblasti. Syntéza filtrů, filtry LC, kaskádní syntéza ARC filtrů, použití OA, prvků OTA, TIA, CCII, filtry se spínanými kapacitory (přeladitelnost). 4. Nelineární obvody, Nelineární odporové obvody, VA-charakteristiky, aproximace charakteristik, pracovní bod, linearizace v pracovním bodě. Metody analýzy nelineárních odporových obvodů, metody analytické, grafické (metoda zatěžovací přímky), numerické (metoda Pickardova, regula-falsi, Newtonova). 5. Obvody s polovodičovými diodami. 6. Základní zapojení zesilovačů s bipolárními tranzistory (SE, SC, SB), klidový pracovní bod, RC vazba, “střídavé” parametry zesilovače v DKP, SKP a HKP. 7. Základní zapojení zesilovačů s unipolárními tranzistory (SS, SD, SG), klidový pracovní bod, RC vazba, “střídavé” parametry zesilovače v DKP, SKP a HKP. 8. Dynamická zátěž, proudová zrcadla, Darlingtonovo zapojení, koncové zesilovače, třídy zesilovačů, dvojčinné zesilovače. Koncové zesilovače logických členů (dvojčinný stupeň TTL, komplementární stupeň CMOS). 9. Diferenční zesilovač, kombinované zesilovače, kaskoda, struktura operačního zesilovače, parametry. 10. Lineární operační site (rekapitulace), nelineární operační sítě (operační usměrňovač, komparátor s hysterezí, logaritmátor, exponenciátor, měřič maximální hodnoty). 11. Harmonické oscilátory, klopné obvody, generátory funkcí, napěťově řízený oscilátor, fázový závěs. 12. Polovodičové spínače, aplikace (spínání induktivní zátěže, spínání obvodů s LED, analogový multiplexer, vzorkovací obvody (S/H), spínané kapacitory, struktury logických členů, spínané zdroje). 13. Klasické napájecí zdroje (transformátor, usměrňovač, filtr, stabilizátor), princip spínaných zdrojů. 14. Obvody s optoelektrickými součástkami (použití fotodiody, fototranzistoru, LED). Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. J. Bičák, M. Laipert, M. Vlček: Lineární obvody a systémy, Česká technika - nakladatelství ČVUT, Praha 2007 2. Sedra, Smith: Microelectronic Circuits. Oxford University Press 2007. 3. J. Vedral, J. Fischer: Elektronické obvody pro měřicí techniku, Vyd. ČVUT, 1999. 4. J. Vobecký, V. Záhlava: Elektronika, Grada Publishing, 2001. 5. M. Husák: Návrh napájecích zdrojů pro elektroniku, Vydavatelství ČVUT, 2006. 6. J. Punčochář: Operační zesilovače v elektronice. Nakladatelství BEN – technická literatura, Praha 1996. 7. T. L. Floyd,: Principles of Electric Circuits. Conventional Current Version, 8th ed. Pearsen Prentice Hall.


Elektronické a optoelektronické součástky (B-EOD – Electronic and Optoelectronic Devices) povinný doporučený ročník / semestr 3/5 14 týdnů hod. za týden 3+2L kreditů 6 z, zk

Forma výuky


Vyučující prof. Ing. Pavel Hazdra, CSc. Stručná anotace předmětu V rámci předmětu se studenti seznámí s teorií, principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových prvků. Fyzikálních princip činnosti a praktická realizace součástek je doplněna výkladem adekvátních modelů pro malý i velký signál a analýzou základních elektronických zapojení užívaných v analogové i číslicové technice. V laboratořích se studenti seznámí s principy simulace činnosti polovodičových struktur a jejich návrhu, měřením charakteristik a extrakcí jejich elektrických parametrů, které budou následně využijí při analýze základních zapojení využívající simulátoru PSPICE. 1. Přechod PN, termodynamická rovnováha, propustná a závěrná polarizace, Shockleyho rovnice. Bariérová a difúzní kapacita, mechanismy průrazu, vliv teploty. 2. Přechod kov-polovodič, hereropřechody, kvantové struktury. 3. Polovodičové diody (struktury, statické a dynamické charakteristiky, parametry a modely). 4. Struktura MIS: ochuzení, akumulace, slabá a silná inverze inverze, faktory ovlivňující prahové napětí, potenciálová jáma, mechanismy průrazu. 5. Tranzistor MOSFET: struktura, princip činnosti, ideální a reálná charakteristika, prahové napětí, vliv polarizace substrátu, teplotní závislost charakteristik, typy průrazu. 6. Tranzistor MOSFET: typy, modely pro velký a malý signál, stejnosměrná analýza obvodů s tranzistory MOSFET: nastavení pracovního bodu, základní zapojení a aplikace, vysokofrekvenční a spínací vlastnosti. 7. Bipolární tranzistor (BJT): struktura, princip činnosti, Ebers-Mollův model, Earlyho jev, lavinový průraz BJT, charakteristiky, modely pro velký a malý signál. 8. Bipolární tranzistor: pracovní bod a jeho nastavení, náhradní lineární obvod a jeho parametry, spínací vlastnosti, mezní kmitočet, Gumme-Poonův model a vysokofrekvenční model BJT. 9. Výkonové spínací prvky: dioda PiN, tyristor, IGBT, výkonový MOSFET - principy činnosti, struktury, charakteristiky, parametry, modely a typické aplikace. 10. Tranzistory JFET, MESFET. Tranzistory využívající kvantové jevy: HEMT, HBT, SET, apod. Polovodičové paměťové prvky: principy, typy a aplikace. 11. Diskrétní a integrovaná realizace elektronických prvků – rozdíly a specifika. Ukázky a analýza základních struktur (CMOS). 12. Optické vlastnosti polovodičů, interakce světla s polovodičem, absorpce, emise, stimulovaná emise, exciton, fotoproud. 13. Detektory záření (PN, PiN, APD, MS, detektory využívající kvantové struktury – princip činnosti, charakteristiky, parametry, šum), fovoltaické články, CCD. 14. Zdroje záření – svítivka (princip, účinnost, struktury); laser (princip činnosti, statické a dynamické vlastnosti, struktury). Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly Studijní literatura a studijní pomůcky 1. S.M. Sze, K.Ng.Kwok: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 2006


Zpracování stochastických signálů (B-SSP – Statistical Signal Processing) povinný doporučený ročník / semestr 3/6 14 týdnů hod. za týden 4+0 kreditů 6 z, zk

Forma výuky

přednášky

Vyučující prof. Ing. Pavel Sovka, CSc., prof. Ing. Jan Sýkora, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět poskytuje teoretické základy ve třech hlavních oblastech zpracování stochatických signálů: 1) teorie odhadu parametrů, 2) teorie detekce, 3) optimální a adaptivní filtrace. Zpracování stochatických signálů tvoří klíčový teoretický základ pro řadu aplikací – digitální komunikace, zpracování audio a video signálů, radar, rádiovou navigaci, měření a vyhodnocování experimentů, atd. 1. Odhady parametrů a. MVU estimátor, Cramer-Rao mez, kompositní hypotézy, vlastnosti estimátorů b. Postačující statistika c. Maximálně věrohodný odhad, EM algoritmus d. Bayesovské estimátory (MMSE, MAP) 2. Detekce a. Testování hypotéz (binární, násobná, kompositní) b. Deterministické signály c. Náhodné signály 3. Optimální a adaptivní filtrace a. Modelování signálů (ARMA, Padého approximace, ...) b. Toeplitzovy rovnice, Levinsonova-Durbinova rekurse c. MMSE filtry, Wienerův filtr d. Kalmánův filtr e. Metoda nejmenších čtverců (LS), rekursivní LS (RLS) f. Gradientní algoritmy a metoda největšího spádu g. Spektrální analýza Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Steven Kay: Fundamentals of Statistical Signal Processing – Estimation theory 2. Steven Kay: Fundamentals of Statistical Signal Processing – Detection theory 3. Monson Hayes: Statistical digital signal processing and modeling 4. Ali Sayed: Fundamentals of Adaptive Filtering


Zpětnovazebné řídicí systémy (B-FCS – Feedback Control Systems) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 4+2L kreditů 6 z, zk

Forma výuky

3/6


Vyučující prof. Ing. Michael Šebek, DrSc. Stručná anotace předmětu Základní kurz automatického řízení. Seznamuje s základními pojmy a vlastnostmi dynamických systémů fyzikálních, inženýrských, biologických, ekonomických, robotických a informatických. Vysvětluje, jak lze pomocí zpětné vazby měnit chování a potlačit vliv neurčitosti. Představuje klasické i moderní metody analýzy a návrhu automatických řídicích systémů. Studenti oboru řízení budou na těchto myšlenkách a poznatcích stavět při studiu pozdějších speciální předmětů. Studenti dalších oborů a programů se zde přesvědčí o tom, že obor řízení je inspirující, všudypřítomný a zábavný, a že stojí za to s ním i v budoucnu spolupracovat. 1. Úvod 2. Modelování systémů 3. Dynamické chování 4. Vlastnosti systémů 5. Stabilita 6. Zpětná vazba 7. Root locus 8. Frekvenční metody 9. Stavové metody 10. Polynomiální metody 11. Robustní řízení 12. Číslicové řízení 13. Nelineární systémy 14. Složitější systémy


Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Richard C Dorf, Robert H. Bishop: Modern Control Systems. Prentice Hall; 11 edition, 2007. ISBN: 0132270285 2. J. David Powell, Gene F. Franklin, Abbas Emami-Naeini: Feedback Control of Dynamic Systems. Prentice Hall; 5 ed., 2005, ISBN: 0131499300 3. Norman S. Nise: Control Systems Engineering. Wiley; 5 ed. 2007. ISBN-10:0471794759 4. Karl J. Aström, Tore Hägglund: Advanced PID Control. ISA 2005. ISBN-10: 1556179421 5. Karl J. Aström, Bjorn Wittenmark: Computer-Controlled Systems. Prentice Hall 3 ed. 1996. ISBN-10: 0133148998


Elektrodynamika (B-ELD Elektrodynamics) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 3+1s kreditů 5 z, zk

Forma výuky

3/6


Vyučující doc. Ing. Pavel Hazdra, Ph.D. Stručná anotace předmětu Student získá potřebné vědomosti o šíření elektromagnetických vln a jejich chování na rozhraní prostředí, a to jak izotropních, tak i anizotropních, o vedení vln kovovými a dielektrickými vlnovody, o vyzařování elektromagnetických vln a jejich šíření v radiokomunikačním řetězci. Doplněny jsou i základní technické aplikace, zejména impedanční přizpůsobení. 1. Vlna na rozhraní dvou prostředí, Snellův zákon, Fresnelovy vzorce. 2. Totální odraz, evanescentní vlna. Polarizace vlny odrazem, Brewsterův úhel. 3. Průchod vlny vrstveným prostředím.Čtvrtvlnný transformátor. 4. Vlna v anizotropním prostředí a na rozhraní s takovým prostředím. 5. Kovový vlnovod obecného průřezu, vedené a evanescentní vlny. 6. Vlnovod obdélníkového a kruhového průřezu 7. Planární vedení (mikropáskové, štěrbinové), dielektrické vlnovody, (deska, tyč), rezonátory. 8. Maticový popis obvodů s rozprostřenými parametry, rozptylové a vlnové přenosové parametry. 9. Důsledky impedančního nepřizpůsobení. Stojatá vlna na vedení. Transformace impedance vedením. Smithův impedanční diagram. 10. Přizpůsobování impedancí (LC, úseky vedení, kombinace). 11. Numerické metody - FDFD a FDTD. 12. Retardované potenciály, Greenova fce. Zdroje vln - elementární zářiče 13. Elementární dipól a lineární anténa konečné délky. Základní parametry antén. 14. Rovnice radiového přenosu. Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. R. E. Collin: Field Theory of Guided Waves. IEEE Press, Piscataway 1990 2. R. F. Harrington: Time-Harmonic Electromag. Fields. John Wiley and Sons,Inc., New York, 2001 3. Balanis: Advanced Engineering Electromagnetics. John Wiley and Sons,Inc., New York, 1989 4. Mayer: Aplikovaný elektromagnetizmus. KOPP České Budějovice, 2012. 5. J. D. Kraus: Electromagnetics, 5th ed., McGraw-Hill, 2005 6. J. D. Kraus, D. A. Fleisch: Electromagnetics with Applications, McGraw-Hill, 1999 7. M. N. O. Sadiku: Numerical Techniques in Electromagnetics with MATLAB. CRC Press, Taylor and Francis Group, New York, 2009 8. R. Garg: Analytical and Computational Methods in Electromag.. Artech House, London, 2008


Elektronická měření (B-EME – Electronic Measurements) povinný doporučený ročník / semestr 14 týdnů hod. za týden 2+1L kreditů 4 kz

Forma výuky

3/6


Vyučující Doc. Ing. Jan Holub, PhD., Doc. Ing. Petr Kašpar, CSc. Stručná anotace předmětu Předmět je zaměřen na výklad základních pojmů metrologie a aparátu nejistot měření. Seznamuje studenty se základními principy i s vybranými pokročilými metodami měření, používanými zejména v elektronice, telekomunikacích a radiokomunikacích. 1. Metrologie - věda o měření, obecné a teoretické problémy měření, nejistoty 2. Obecné struktury a principy měřicích přístrojů (analogových, číslicových) 3. Generátory signálů, referenční zdroje, normály (obecně) 4. Pojem linearity v měření, zkreslení 5. Principy měření střední a efektivní hodnoty, detekce špiček 6. Principy AD převodníků, sigma delta, ultrarychlé s elektrooptickým jádrem 7. Dithering, číslicový multimetr s vysokým rozlišením, principy DA převodníků 8. Principy a metodika měření času, frekvence a fáze, princip fázové synchronizace a přímé číslicové syntézy 9. Principy a metodika měření stejnosměrného a střídavého napětí a proudu, měření výkonu 10. Principy a metodika měření elektrického odporu, kapacity a indukčnosti 11. Principy a metodika měření magnetické indukce a intenzity 12. Princip analogového a digitálního osciloskopu, spektrálního analyzátoru a měřicího přijímače, spektrální analyzátory pracující v reálném čase 13. Principy systémů pro automatizované, vícekanálové měření, sběr dat (PC) 14. Elektronické měření neelektrických veličin – základní principy Informace ke kombinované nebo distanční formě Rozsah konzultací (soustředění) hodin za týden Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly

Studijní literatura a studijní pomůcky 1. John G. Webster: The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook. CRC Press Inc., 1998 2. Haasz, Sedláček: Uncertainties in Electrical Measurements, Publishing House of the CTU in Prague, 2004. 3. Haasz, Sedláček: Electrical Measurements. Publishing House of the CTU in Prague, 2006.

Otevřené Elektronické Systémy - BSP

Recommend Documents