Республики Беларусь «24»
| Вид материала | Программа |
- В перечень банков Республики Беларусь, имеющих право обязываться по векселю, утверждаемый, 419.3kb.
- Республики Беларусь 15 августа 2006, 202.35kb.
- Одобрен Советом Республики 8 февраля 1999 года общая часть глава 1 общие положения, 799.65kb.
- Об утверждении Инструкции о порядке взаимодействия государственных органов, ответственных, 157.85kb.
- Республики Беларусь «Об органах внутренних дел Республики Беларусь», 9.85kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.32kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.74kb.
- Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2001 г. N 1592 "Вопросы Министерства, 1509.5kb.
- Постановление государственного комитета по авиации республики беларусь, 78.75kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 13.86kb.
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД -137 / тип
ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ 41 01 02 «МИКРОЭЛЕКТРОНИКА»,
39 02 02 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ»
Составители:
Д.В. Гололобов - доцент кафедры теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
В.Т. Першин - доцент кафедры теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат физико-математических наук;
В.Н. Синица - доцент кафедры теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.
Рецензенты:
Кафедра ядерной физики Белорусского государственного университета
(протокол № 10 от 16 июня 2000 г.);
Н.И. Шатило - заведующий кафедрой телекоммуникационных систем Высшего колледжа связи, доцент, кандидат технических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 1 сентября 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Основы радиоэлектроники» разработана для специальностей Т.07.01.00 «Микроэлектроника» и Т.08.01.00 «Проектирование и производство радиоэлектронных средств». Она предусматривает изучение основ теории сигналов, электрических цепей, принципов работы и характеристик дискретных и интегральных элементов полупроводниковой техники, основ аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств, принципов построения и проектирования радиоэлектронных устройств и систем на базе достижений современной радиоэлектроники. Рассматриваются перспективы развития радиоэлектроники, формулируются насущные задачи современных направлений в данной области науки и техники.
Целью изучения дисциплины является освоение студентами теоретических основ современной радиоэлектроники и использование полученных знаний при проектировании радиоэлектронных устройств и систем.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов и рассчитана на объем 150 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 72 часа, лабораторных работ – 42 часа, практических занятий – 36 часов.
В результате освоения курса «Основы радиоэлектроники» студент дол- жен:
знать:
- методы анализа прохождения сигналов через типовые линейные и нелинейные цепи;
- принципы работы и характеристики электронных компонентов;
- принципы работы основных радиоэлектронных устройств;
- принципы построения современных радиоэлектронных систем;
- основные понятия, задачи и проблемы современной радиоэлектроники;
уметь:
- рассчитывать характеристики сигналов при их прохождении через радиоэлектронные цепи и устройства;
- рассчитывать основные электрические характеристики и параметры радиоустройств;
- анализировать радиоэлектронные цепи с учетом особенностей их работы при конструировании устройств;
приобрести навыки:
- расчета характеристик и параметров сигналов, цепей и отдельных устройств;
- использования основных методов расчета режимов преобразования сигналов и их аппаратурной реализации;
- измерения характеристик и параметров сигналов, базовых и законченных устройств с помощью контрольно-измерительной аппаратуры;
- моделирования радиоэлектронных процессов и устройств для реализации конкретной прикладной задачи (в том числе с использованием ПЭВМ).
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Тема 1. Задачи и направления радиоэлектроники
Радиоэлектроника как область науки и техники. Исторические сведения о развитии радиоэлектроники. Основные направления современной радио-электроники. Структурная схема радиоканала. Связь частоты сигнала с длиной электромагнитной волны. Диапазоны частот по классификации Международного консультативного комитета по радио. Роль дисциплины в выбранной специальности.
Тема 2. Сигналы как источник информации
Первичные сигналы. Назначение сигналов. Формы представления сигналов. Гармонический анализ периодических и непериодических сигналов. Понятие о спектральной плотности. Теоремы о спектрах. Распределение энергии в спектре.
Радиосигналы. Сигналы с амплитудной, угловой и смешанной модуляцией. Ширина спектра радиосигнала. Манипулированные сигналы.
Теорема Котельникова. Квантование и дискретизация непрерывных сигналов. Цифровое представление сигнала. Импульсно-модулированные колебания.
Помехи, их свойства и математическое описание. Основные статистические характеристики случайных процессов.
Тема 3. Основные понятия радиоэлектронных цепей
Пассивные элементы радиоцепей и их свойства. Модели дискретных и интегральных пассивных элементов.
Воздействие, реакция, понятие о характеристике цепи. Пассивные и активные цепи. Особенности цепей в интегральном исполнении. Задачи анализа и синтеза цепей. Линейные, нелинейные и параметрические цепи.
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
Тема 4. Четырехполюсники
Пассивные и активные четырехполюсники. Основные уравнения, параметры и эквивалентные схемы четырехполюсника. Комплексные функции передачи, входные функции и их связь с параметрами четырехполюсника.
Условия согласования, передачи максимальной мощности. Свойства простейших четырехполюсников: RC, RL, линейного трансформатора.
Тема 5. Свойства и методы расчета линейных цепей
с источниками гармонического тока
Комплексные сопротивления и проводимости. Закон Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Задачи анализа линейной цепи. Применение уравнения Кирхгофа, методы контурных и узловых напряжений для расчета сложных цепей. Использование принципа суперпозиции, теорема об эквивалентном источнике при анализе цепей. Алгоритмы анализа цепей на ЭВМ. Учет отклонений параметров элементов цепей и наличия паразитных явлений в реальных цепях.
Тема 6. Характеристики линейных цепей
Определения входных, выходных и передаточных комплексных функций. Годограф. Амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики.
Частотные характеристики и годограф простейших RC- и RL-цепей, резонансных последовательных, параллельных, связанных контуров. Влияние сопротивления источника сигнала и нагрузки на характеристики контура, частичное включение. Влияние паразитных явлений, связей и отклонений параметров элементов на характеристики цепей.
Тема 7. Импульсные сигналы в линейных цепях
Дифференциальные уравнения линейных цепей и их решение. Уравнения состояния. Характеристический полином, собственные и вынужденные колебания.
Спектральный метод анализа прохождения сигналов. Влияние частотных и фазовых искажений в линейных цепях на прохождение импульсных сигналов. Использование операторной функции для анализа прохождения сигналов. Определение сигналов по изображениям. Импульсная и переходная функции цепи. Импульсные воздействия в простейших RC- и RLC- цепях. Методы анализа переходных процессов на ЭВМ. Учет влияния на отклики отклонений параметров и паразитных параметров в реальных цепях.
Тема 8. Фильтры
Основные понятия и определения. Фильтры нижних, верхних частот, полосовой и режекторный. Схемы электрических фильтров и методы расчета по характеристическим и рабочим параметрам. Характеристики фильтра без потерь. Понятие о синтезе многозвенных фильтров. Фильтры с сосредоточенной селекцией. Понятие о пьезоэлектрических, электромеханических фильтрах, эквивалентные схемы.
Активные RC-фильтры. Основные определения и схемы активных фильтров. Преимущества активных фильтров.
Тема 9. Цепи с распределенными параметрами
Определение и параметры цепей с распределенными параметрами. Бегущие и стоящие волны в длинной линии. Режимы холостого хода и короткого замыкания. Использование длинных линий в качестве трансформаторов, сопротивлений, изоляторов, колебательных контуров, линий задержки, формирователей импульсов. Элементы с распределенными параметрами в микроэлектронике.
Тема 10. Нелинейные цепи
Аппроксимация нелинейных характеристик. Графические и аналитические методы анализа нелинейных цепей под воздействием постоянного тока. Устойчивость рабочей точки. Теория устойчивости.
Нелинейные безынерционные и инерционные цепи при гармоническом и негармоническом воздействиях. Суть метода угла отсечки. Коэффициенты Берга. Машинные методы анализа нелинейных цепей. Параметрические цепи, генераторы, усилители. Энергетические соотношения.
Раздел 3. Полупроводниковые приборы
Тема 11. Общие сведения о полупроводниковых приборах
Электропроводность полупроводников, образование и свойства p-n – перехода. Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые резисторы. Полупроводниковые диоды и описание их вольт-амперных характеристик.
Тема 12. Транзисторы
Образование двойного перехода. Классификация биполярных транзисторов. Режимы работы биполярного транзистора. Коэффициент передачи по току. Вольт-амперные характеристики транзистора. Эквивалентные схемы биполярного транзистора для случаев большого и малого сигналов. Схемы включения транзистора с общим эмитером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Система Н-параметров и характеристика транзистора в схеме включения с ОЭ. Полевые транзисторы. Классификация и устройство, основные характеристики. Схемы включения полевых транзисторов. Сравнение характеристик полевых и биполярных транзисторов.
Тема 13. Приборы с тремя и более переходами
Тиристоры: принцип действия, классификация, параметры и вольт-амперные характеристики. Приборы с большим количеством переходов. Особенности технологии и конструкций.
Раздел 4. АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Тема 14. Аналоговая обработка сигналов
Общие представления об областях применения аналоговых устройств. Особенности цифровых и аналоговых устройств радиоэлектронной аппаратуры. Тенденции комплексной микроминиатюризации радиотехнических цепей.
Аналоговые устройства, определение, роль. Классификация аналоговых устройств.
Тема 15. Усилители слабых сигналов
Назначение, классификация, параметры и характеристики усилителей. Искажения в усилителях. Основная схема усилительного каскада. Методы смещения рабочей точки. Методы стабилизации рабочей точки. Эквивалентные схемы усилительного каскада в области нижних, средних и верхних частот. Влияние паразитных связей. Разброс параметров. Особенности усилительных каскадов в микроэлектронике. Соединения усилительных каскадов. Многокаскадные усилители. Непосредственная связь. Дифференциальный каскад. Операционные усилители (ОУ) и их основные компоненты. Особенности схем интегральных операционных усилителей. Особенности импульсных и избирательных усилителей. Паразитные связи и их влияние на основные параметры устройств. Примеры типовых усилителей на ИМС.
Тема 16. Обратные связи в усилителях
Основные соотношения. Виды обратных связей. Влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителей. Устойчивость усилителей с обратной связью. Критерий Нейквиста. Цепи коррекции в усилителях. Широкополосные усилители. Ключевой режим работы усилителей.
Примеры операционных усилителей с обратной связью для реализации вычислительных алгоритмов над аналоговыми сигналами.
Тема 17. Усилители большой мощности
Режимы работы усилителей в классах А, В, С и D. Принципы увеличения
мощности и КПД. Зависимость энергетических показателей от режима работы усилителя. Способы возбуждения мощных усилителей. Однотактные и двухтактные апериодические усилители мощности. Особенности схем. Резонансные транзисторные усилители мощности. Режимы работы. Выбор рабочей точки. Конструктивные особенности усилителей большой мощности. Отвод тепла, устранение паразитных связей. Влияние разброса параметров элементов на показатели усилителя.
Тема 18. Генераторы гармонических колебаний
Классификация генераторов колебаний, показатели качества. Принцип генерирования колебаний, условия самовозбуждения.
Генераторы гармонических колебаний. Стационарный режим, условия баланса амплитуд и фаз. Классификация схем автогенераторов. Схемы транзисторных генераторов, генераторы на ИМС. Кварцевые генераторы. Генераторы с отрицательным сопротивлением. RC-генераторы. Управление частотой и стабилизация частоты генераторов. Конструктивные и схемные меры повышения стабильности частоты. Примеры типовых схем.
Тема 19. Преобразователи спектра
Принцип преобразования спектра. Математические основы анализа. Преобразователи частоты. Принцип работы. Основные параметры. Конструктивные и схемные способы устранения паразитных связей.
Модуляторы. Виды амплитудных модуляторов. Модуляторы фазо- модулированных и частотно-модулированных колебаний. Принцип работы, особенности схем и основные характеристики модуляторов. Модуляторы одной боковой полосы сигналов. Амплитудные, частотные и фазовые детекторы. Схемы детекторов, принцип действия, основные характеристики, искажения и способы их устранения.
Конструктивные особенности выполнения. Примеры типовых схем на ОУ.
Тема 20. Импульсные устройства
Устройства формирования импульсных сигналов. Схемы формирования и задержки импульсов. Формирование импульсов из гармонического колебания. Компаратор и пороговое устройство. Одновибратор и мультивибратор: принцип действия, временные диаграммы, период колебаний. Генераторы импульсов большой скважности, напряжения и тока пилообразной формы. Точность и стабильность параметров импульсных генераторов. Конструктивные особенности импульсных устройств и примеры типовых ИМС. Надежность.
Тема 21. Перспективы развития аналоговых устройств
Аналоговые микроэлектронные устройства с большой степенью интеграции. Пьезоэлектрические и акустоэлектронные устройства. Оптические аналоговые устройства. Математические и физические проблемы анализа процессов в аналоговых устройствах.
Раздел 5. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Тема 22. Цифровые системы и цифровая обработка сигналов
Определение, роль и классификация цифровых устройств на ИМС и БИС. Преимущества цифровых устройств.
Основные понятия, принципы передачи и обработки дискретных сигналов. Основы теории логических схем. Алгебра Буля, логические функции, их представление и преобразование. Понятие о минимизации логических функций и проектировании устройств на цифровых микросхемах.
Тема 23. Логические интегральные элементы
Электронные ключи на биполярных и полевых транзисторах. Классификация, основные параметры и характеристики логических микросхем. Логические интегральные микросхемы различных типов и различной степени интеграции (МИС, СИС, БИС), их сравнение. Интегральные триггеры. Классификация, принцип действия, типы управления. Двухступенчатые триггеры и триггеры с динамическими счетными входами. Универсальный триггер. Примеры типовых МИС и СИС.
Тема 24. Особенности элементной базы БИС
Применение динамических элементов. Входные и выходные трансляторы. Регистры, счетчики, шифраторы, дешифраторы, преобразователи кода. Основные типы, структурные схемы, принцип действия, параметры. Полусумматор, сумматор, суммирующие устройства. Арифметические логические устройства. Распределители импульсов БИС-памяти. Преимущества БИС, примеры БИС. БИС в современной бытовой РЭА.
Микропроцессорные БИС. Определение и основные параметры микропроцессоров, особенности структуры и функционирования. Структурная схема и принцип действия типового микропроцессора. Примеры серий микропроцессорных ИС. Основные проблемы применения и использования. Надежность.
Тема 25. Устройство цифровой обработки сигналов
Дискретизация и квантование аналоговых сигналов. Принцип аналого-цифровой обработки информации и сигналов. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Микропроцессор и микроЭВМ – составная часть современных радиоэлектронных систем. Функции, выполняемые микроЭВМ. Структурная схема микроЭВМ, назначение составных частей схемы. Принципы действия процессора, устройств оперативной и долговременной памяти, устройств управления, ввода и вывода информации. Применение микропроцессоров в устройствах обработки информации. Примеры цифровых устройств, используемых в РЭА. Цифровые фильтры, принцип действия и характеристики.
Раздел 6. ОСНОВНЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Тема 26. Радиоприемные устройства
Классификация и основные показатели приемных устройств. Приемник прямого усиления. Приемники информационного и синхронного типа.
Структурная схема радиоприемного устройства амплитудно-модулированных сигналов супергетеродинного типа.
Сопряжение настроек контуров, электронная перестройка частоты, автоматическая регулировка усиления в радиоприемных устройствах.
Специализированные интегральные схемы радиоприемных устройств амплитудно-модулированных сигналов.
Особенности радиоприемных устройств частотно-модулированных сигналов. Фазовая и частотная автоматическая постройка частоты (АПЧ).
Тема 27. Радиопередающие устройства
Классификация. Основные показатели. Получение модулированных колебаний большой мощности. Борьба с паразитными колебаниями. Сложение мощностей. Обеспечение быстрой перестройки передатчика, установка и стабилизация частоты. Управление, блокировка, сигнализация, конструктивные особенности передатчиков.
Современные радиопередающие устройства разных конструктивных исполнений. Современные тенденции и проблемы передатчиков.
Тема 28. Устройства электропитания
Сетевые трансформаторы устройств электропитания. Однофазные выпрямители переменного напряжения – однополупериодные, двухполупериодные, мостовые. Расчет электрических характеристик трансформаторов и выпрямителей.
Электронные стабилизаторы напряжения. Анализ показателей работы стабилизатора напряжения: коэффициента полезного действия, коэффициента стабилизации, коэффициента сглаживания пульсаций. Защита стабилизатора напряжения от перегрузок.
Умножители напряжения.
Бестрансформаторные устройства электропитания.
Тема 29. Основы телевидения
Физические основы и принцип передачи изображений. Классификация систем телевещания.
Характеристики телевизионного сигнала.
Стандарты систем вещательного телевидения.
Структурная схема черно-белого телевизора.
Особенности передачи и приема сигналов цветного телевидения.
Раздел 7. Современные радиоэлектронные
устройства и системы
Устройства опто-, акусто-, магнито- и криоэлектроники.
Цифровая запись и воспроизведение звука. Прием цифрового радиовещания. Системы радиоуправления объектами.
Системы радиопротиводействия.
Телевидение повышенного качества и высокой четкости. Спутниковое телевидение. Цифровое телевидение.
Принципы лазерной записи и воспроизведения.
Системы информационного обслуживания.
Бытовые и персональные ЭВМ.
Многоракурсное и голографическое телевидение.
Раздел 8. Перспективы развития радиоэлектроники
Тенденции и проблемы развития радиоэлектроники. Совершенствование элементной базы РЭУ и РЭС. Внедрение цифровых методов обработки информации. Защита информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
- Расчет спектров периодических и непериодических сигналов.
- Расчет параметров и частотных характеристик избирательных цепей.
- Расчет фильтров.
- Нелинейные цепи и режимы преобразования сигналов.
- Расчет усилительных каскадов.
- Расчет генераторов гармонических колебаний.
- Импульсные устройства.
- Устройства на основе цифровых микросхем.
- Расчет основных характеристик приемных устройств.
- Расчет вторичных источников питания.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1. Анализ спектров видеосигналов.
2. Анализ спектров радиосигналов.
3. Исследование цепей переменного тока. Фильтры.
4. Исследование частотно-избирательных цепей.
5. Моделирование усилителей переменного напряжения на ЭВМ.
6. Исследование усилительных каскадов.
7. Исследование нелинейного четырехполюсника.
8. Исследование генераторов гармонических сигналов.
9. Исследование амплитудного модулятора.
10. Исследование амплитудного детектора.
11. Импульсные устройства.
12. Источники питания.
13. Исследование радиоприемников.
14. Исследование логических элементов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ
| Название программы | Ф.И.О. автора | Ученая степень автора |
| SAS | В.М. Дашенков | Профессор |
| USIL | В.Н. Синица | Доцент |
| AMOD | В.М. Дашенков | Профессор |
| ADET | В.М. Дашенков | Профессор |
| IZBIR | В.Н. Синица | Доцент |
| Пакет математических программ MAT CAT | ||
| PER | В.Т. Першин | Доцент |
ЛИТЕРАТУРА
Основная
- Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. – М.: Радио и связь, 2000.
- Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1990.
- Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. - М.: Высш. шк., 1988.
- Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высш. шк., 1991.
Дополнительная
1. Ворсин Н.Н., Ляшко М.Н. Основы радиоэлектроники. - Мн.: Выш. шк., 1992.
2. Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1987.
- Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высш. шк., 1988.
- Электроника. Энциклопедический словарь. - М.: Сов. энциклопедия, 1991.
Бочаров Л.Н., Жебряков С.К., Колесников И.Ф. Расчет электронных устройств на транзисторах. – М.: Энергия, 1978.