Программа дисциплины по кафедре автоматики и системотехники схемотехника

Вид материала

Программа дисциплины

Содержание 6. Практические занятия Темы практических занятий 7. Курсовое проектирование 8. Контроль знаний студентов 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Аналоговое устройство – Дрейф – самопроизвольное изменение сигнала под действием различных дестабилизирующих факторов. Импульсное устройство Интегральная схема Комбинационное устройство Обратная связь Печатная плата Устройство выборки и хранения

Подобный материал:

• Программа дисциплины по кафедре Автоматики и системотехники моделирование систем, 250.13kb.
• Программа дисциплины по кафедре Автоматики и системотехники Теория автоматического, 566.51kb.
• Программа дисциплины по кафедре Автоматики и системотехники микропроцессорные системы, 453.35kb.
• Программа дисциплины Архитектура высокопроизводительных вычислительных систем для направления, 190.03kb.
• Программа дисциплины по кафедре Вычислительной техники Cхемотехника ЭВМ, 731.86kb.
• Рабочая программа дисциплины Схемотехника (Наименование дисциплины), 127.75kb.
• Курс "Цифровая схемотехника" Направление: «Электроника и наноэлектроника» Учебная, 13.92kb.
• М. А. Сёмкин 2010 г. Рабочая программа, 290.2kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины схемотехника аналоговых электронных устройств, 286.09kb.
• Учебная программа дисциплины схемотехника © бгу (Электронный документ), 110.02kb.

6. Практические занятия


Целью практических занятий является развитие навыков синтеза, расчета и проектирования электронных устройств и систем автоматики.

Рекомендуется следующий перечень практических занятий:

1. Основные этапы и содержание проектирования
   

Цель занятия: ознакомление студентов с основными этапами проектирования, ГОСТами, нормативными документами.

Задачи занятия:

• развитие навыков разработки структурных и функциональных схем, временных диаграмм;
  
• ознакомление со справочной литературой, ГОСТами и нормативными документами на проектирование электронных устройств;
  
• анализ технического задания, выбор вариантов решения и содержание курсового проекта.
  

Продолжительность задания – 4 часа.


2. Особенности проектирования аналоговых устройств и систем автоматики

Цель занятия: ознакомление студентов с особенностями проектирования аналоговых устройств и систем.

Задачи занятия:

• ознакомление со спецификой требований к аналоговым устройствам и методами их расчета.
  
• ознакомление с современной элементной базой аналоговой электроники.
  

Продолжительность занятия – 4 часа.


3. Особенности проектирования цифровых устройств и систем автоматики

Цель занятия: ознакомление студентов с особенностями проектирования цифровых устройств и систем.

Задачи занятия:

• ознакомление со спецификой требований к цифровым устройствам и методами их расчета.
  
• ознакомление с современной элементной базой цифровой электроники.
  

Продолжительность занятия – 4 часа.


4. Особенности проектирования измерительных устройств и каналов ввода-вывода систем автоматики

Цель занятия: ознакомление студентов с особенностями проектирования измерительных устройств и преобразователей.

Задачи занятия:

• ознакомление со спецификой требований к измерительным устройствам и преобразователям. Виды и расчет погрешностей измерения.
  
• Ознакомление с современной элементной базой: датчики, интегральные схемы, преобразователи.
  

Продолжительность занятия – 4 часа.


5.Особенности проектирования устройств силовой электроники

Цель занятия: ознакомление студентов с особенностями проектирования устройств силовой электроники.

Задача занятия:

• ознакомление с основными устройствами силовой электроники, с основными параметрами, характеристиками и областями применения:
  
• ознакомление с современной элементной базой силовой электроники;
  
• ознакомление с методами расчета, анализа и проектирования устройств силовой электроники.
  

Продолжительность занятия – 4 часа.

4. Средства автоматизации проектирования электронных устройств
   

Цель занятия: ознакомление с современными автоматизированными системами проектирования электронных устройств.

Задача занятия: ознакомление с современными системами схемотехнического и конструкторско- технологического проектирования.

Продожительность занятия – 2 часа.

4. Организация питания электронных устройств
   

Цель занятия: ознакомление с организацией питания электронных устройств

Задачи занятия:

• ознакомление с требованиями на источники питания;
  
• анализ и выбор вариантов решения питания:
  
• выбор структурных и функциональных схем источников питания;
  
• анализ и выбор схемотехнических решений основных узлов источников питания.
  

Продолжительность занятия – 4 часа.

4. Конструкторско-технологическая проработка проекта
   

Цель занятия: развитие навыков решения конструкторских и технологических задач при проектировании электронных устройств автоматики.

Задачи занятия:

• ознакомление с типовыми конструкциями и решениями узлов электронной аппаратуры;
  
• ознакомление с основными способами компоновки и монтажа.
  

Продолжительность занятия – 2 часа.

4. Проектирование печатных плат
   

Цель занятия: развитие практических навыков проектирования печатных плат.

Задачи занятия:

• ознакомление с современными средствами проектирования печатных плат;
  
• приобретение практических навыков проектирования печатных плат в системе PCAD.
  

Продолжительность занятия – 6 часов.

Тематика практических занятий приведена в таблице 4.


Таблица 4 – Практические занятия и их взаимосвязь с содержанием лекционного курса

№ п/п	№ раздела по варианту содержания			Темы практических занятий
	1	2	3
1	6			Основные этапы и содержание проектирования
2	6			Особенности проектирования аналоговых устройств и систем автоматики
3	6			Особенности проектирования цифровых устройств и систем автоматики
4	6			Особенности проектирования измерительных устройств и каналов ввода-вывода систем автоматики
5	6			Особенности проектирования устройств силовой электроники
6	6			Средства автоматизации проектирования электронных устройств
7	6			Организация питания электронных устройств
8	6			Конструкторско-технологическая проработка проекта
9	6			Проектирование печатных плат

7. Курсовое проектирование


Цель проектирования – формирование и развитие знаний, умений и навыков проектирования электронных систем и устройств автоматики.


Задачи проектирования состоят в формировании и развитии:

• представлений об основных этапах проектирования;
  
• знаний и приемов применения методов анализа и синтеза, схемотехнического моделирования, современных САПР;
  

- навыков работы с научно-технической, периодической, патентной литературой и нормативной документации; оформления конструкторской документации с учетом действующих стандартов и нормативных документов.


Краткое содержание проекта:

• Литературно-аналитический обзор по предмету проекта;
  
• Анализ технического задания и выбор варианта решения;
  
• Разработка структурной и/или функциональной схемы устройства (системы);
  
• Разработка принципиальных схем;
  
• Расчет схем и выбор элементной базы;
  
• Конструкторско-технологическая проработка проекта.
  

Объем проекта:

• пояснительная записка 25-30 стр;
  
• графический материал в количестве эквивалентном 2-3 листам чертежей формата А1.
  
• Ориентировочный время выполнения 59,5 час.
  

Примерная тематика курсового проектирования:

А) Измерительные устройства, каналы и системы:

• каналы преобразования и ввода/вывода аналоговых сигналов:
  
• измерительные устройства, приборы и системы измерения технологических параметров.
  

Б) Исполнительные устройства и органы:

• мощные транзисторные и тиристорные устройства постоянного и переменного тока;
  
• преобразователи энергии и частоты.
  

В) Системы автоматики:

• стабилизаторы и регуляторы параметров технологических процессов;
  
• системы автоматического управления различного назначения.
  

8. Контроль знаний студентов

Вопросы входного контроля:

1. Классификация, основные параметры, характеристики и области применения полупроводниковых приборов.
   
2. Схемы выпрямления и их основные параметры.
   
3. Параметрические стабилизаторы напряжения.
   
4. Назначение, классификация ОС.
   
5. Влияние ООС на параметры и характеристики усилителей.
   
6. Статический режим усилительных каскадов. Выбор точки покоя.
   
7. Классификация и области применения различных режимов усиления.
   
8. Цепи смещения усилительных каскадов.
   
9. Особенности анализа усилительных каскадов на переменном токе
   
10. Основные свойства и параметры усилительных каскадов с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором в диапазоне средних частот.
    
11. Свойства усилительных каскадов в области низких частот. Способы частотной коррекции.
    
12. Свойства усилительных каскадов в области высоких частот. Способы частотной коррекции.
    
13. Сравнительный анализ и области применения усилительных каскадов с разными схемами включения транзисторов.
    
14. Особенности построения, параметры и характеристики усилителей постоянного тока.
    
15. Дифференциальные усилительные каскады, их основные параметры и характеристики.
    
16. Импульсные сигналы: основные параметры и характеристики.
    
17. Особенности работы транзистора в ключевом режиме.
    
18. Статические состояния транзистора в ключевом режиме и способы их обеспечения.
    
19. Назначение, основные параметры транзисторных ключей.
    
20. Схемотехнические варианты решения транзисторных ключей.
    
21. Факторы, влияющие на быстродействие транзисторных ключей.
    
22. Компенсационные и импульсные стабилизаторы напряжения и тока
    
23. Основы булевой алгебры
    
24. Формы представления логических функций
    
25. Методы минимизации логических функций
    
26. Синтез комбинационных схем
    
27. Синтез цифровых автоматов
    

Вопросы для текущего контроля:

Приведены в методических указаниях к лабораторным работам.


Вопросы для выходного контроля:

1. Операционные усилители (ОУ). Основные понятия и структурная схема
   
2. Способы подачи входных сигналов на ОУ. Амплитудные характеристики
   
3. Основные параметры и характеристики ОУ.
   
4. Основные свойства схем на ОУ. Принципы виртуального короткого замыкания и нуля.
   
5. Свойства схем на ОУ с ООС.
   
6. Инвертирующий усилитель на ОУ. Определение основных параметров.
   
7. Неинвертирующий усилитель на ОУ. Определение основных параметров.
   
8. Инвертирующий сумматор.
   
9. Вычитающее устройство
   
10. Интегрирующий усилитель
    
11. Дифференцирующий усилитель
    
12. Назначение, принципы построения и основные параметры избирательных усилителей
    
13. LC-усилители
    
14. RC-усилитель с мостом Вина
    
15. RC-усилитель с 2Т-мостом.
    
16. Классификация, основные параметры генераторов
    
17. Условия самовозбуждения генераторов.
    
18. LC-генератор с трансформаторной обратной связью
    
19. Индуктивная трехточка
    
20. Емкостная трехточка
    
21. RC-генераторы с фазосдвигающими цепями.
    
22. RC-генератор с мостом Вина
    
23. RC-генератор с 2Т- мостом
    
24. Параметры и характеристики импульсных сигналов
    
25. Импульсная модуляция
    
26. Дифференцирующие цепи
    
27. Интегрирующие цепи
    
28. Основные понятия, характеристики и параметры ключевых устройств
    
29. Особенности ключевого режима работы биполярного транзистора
    
30. Анализ статических состояний транзисторного ключа. Режим отсечки
    
31. Анализ статических состояний транзисторного ключа. Режим насыщения
    
32. Динамические процессы в транзисторном ключе
    
33. Способы повышения быстродействия транзисторных ключей
    
34. Транзисторные ключи для работы с однополярным управляющим сигналом
    
35. Логические элементы. Основные понятия, типы и обозначения.
    
36. Основные параметры и характеристики ЦИС
    
37. Основные типы цифровых ИС (ТТЛ/ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ). Сравнительная характеристика и области применения. Основные параметры.
    
38. Классификация комбинационных устройств
    
39. Сумматоры и полусумматоры
    
40. Дешифраторы
    
41. Шифраторы
    
42. Мультиплексоры и способы наращивания мультиплексоров
    
43. Демультиплексоры
    
44. Преобразователи кодов
    
45. Схемы сравнения (Цифровые компараторы)
    
46. Триггеры. Общие понятия и классификация
    
47. RS-триггеры
    
48. JK-триггеры
    
49. Т-триггеры
    
50. D-триггеры
    
51. Счетчики. Основные понятия и классификация
    
52. Асинхронные счетчики
    
53. Синхронные счетчики
    
54. Счетчики с параллельным переносом
    
55. Классификация регистров
    
56. Параллельные регистры
    
57. Сдвигающие регистры
    
58. Классификация запоминающих устройств
    
59. ОЗУ
    
60. ПЗУ
    
61. Аналоговые электронные ключи. Основные параметры и классификация
    
62. Аналоговые электронные ключи на биполярных транзисторах
    
63. Аналоговые электронные ключи на полевых транзисторах
    
64. Аналоговые компараторы
    
65. Устройства выборки и хранения
    
66. ЦАП. Основные параметры, характеристики и классификация
    
67. ЦАП с двоично-взвешенной резистивной матрицей
    
68. ЦАП с резистивной матрицей R-2R
    
69. АЦП. Общие понятия, параметры и классификация
    
70. АЦП единичных приближений
    
71. АЦП последовательных приближений
    
72. АЦП параллельного преобразования
    
73. АЦП параллельно-последовательного приближения.
    

9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Список основной литературы:

1. Алексенко А. Г., Шагурин И. И. Микросхемотехника: Учеб. пособие. – М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.

2. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов // Ю. Ф. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров / Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 1999. – 768 с.

3. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк. 1991. – 622 с.

4. Лачин В. И., Савелов Н. С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д.: изд-во «Феникс», 2002. – 576 с.

5. Прянишников В. А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: КОРОНА- принт, 1998. – 400 с.

6. Скаржепа В. А., Луценко А. И. Электроника и микросхемотехника. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник /Под общ. ред. А. А. Краснопрошиной. – Киев: Выща шк., 1989. – Ч.1. – 431 с.

7. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства /Бойко В. И., Гуржий А. Н., Жуйков В. Я. и др. – СПб.: БХВ-Петербург. 2004. – 512 с.

8. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 528 с.

9. Чье Ен Ун. Электроника. Импульсные элементы и устройства. – Хабаровск, Изд-во Хабар. ГТУ, 2002. – С.67.

10. Чье Ен Ун. Электроника. Цифровые элементы и устройства. – Хабаровск, Изд-во Хабар. ГТУ, 2002. – С.97.

Список вспомогательной литературы:

1. Аналоговые и цифровые интегральные схемы: Справочное пособие / Под ред. С. В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1985. – 432 с.

2. Букреев И. Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. – М.: Радио и связь, 1990. – 416 с.

3. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 248 с.

4. Ерофеев Ю. Н. Импульсная техника. – М.: Высш. школа, 1989. – 527 с.

5. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. – М.: Высш. школа, 1982. – 496 с.

6. Зельдин Е. А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 280 с.

7. Коломбет Е. А., Юркович К., Зодл Я. Применение аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1990. – 320 с.

8. Никамин В. А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Справочник. – СПб.: Корона принт; М.: «Альтекс-А», 2003. – 224 с.

9. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие. – СПб.: Политехника, 1996. – 885 с.

10. Чернявский Е. А., Чье Ен Ун. Аналого-цифровые измерительно-вычислительные преобразователи. – СПб.: Энергоатомиздат, 1994. – 140 с.

11. Чье Ен Ун. Функциональная организация и микросхемотехника измерительных преобразователей и каналов микропроцессорных систем автоматики: Учебн. пособие. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 1995. – 125 с.

12. Электроника: Справочная книга // Ю. А. Быстров, Я. М. Великсон, В. Д. Вогман и др. / Под ред. Ю. А. Быстрова. – СПб.: Энергоатомиздат, 1996. – 544 с.

4. Материально-техническое обеспечение дисциплины
   

Для проведения лабораторного практикума и практических занятий используется класс ПЭВМ с установленными системами схемотехнического моделирования MICROCAP и конструкторско-технологического проектирования PCAD.


11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

На основании программы разрабатываются ра­бочие учебные программы дисциплины с учетом фактического числа часов, отведенных на ее изучение, и специальности подготовки студентов. В рабочих программах предусматривается изучение основ схемотехники, кото­рые определяются профилем подготовки каждого направления (специальности) бакалавров и дипломированных спе­циалистов. Исходя из этого, в рабочей програм­ме отдельные разделы программы могут быть либо усилены, либо со­кращены или опущены.

Лабораторный практикум и практические занятия должны быть нацелены на практическое изучение схемотехники основных типов электронных устройств автоматики, а так же на приобретение студентами базовых навыков анализа и синтеза схем.

Базовыми для дисциплины «Схемотехника» являются курсы «Электротехника», «Электроника», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Математические основы теории систем». Курс «Электротехника» дает базовые понятия о построении электрических цепей, их элементах, режимах работы и методах расчетов. Курс «Электроники» обеспечивает знания об устройстве, принципах действия, основных параметрах и характеристиках полупроводниковых приборов; принципах построения и анализа основных типов электронных устройств в различных режимах. Курс «Метрология, стандартизация и сертификация» дает сведения о способах и средствах измерения электрических и неэлектрических величин, видах погрешностей и основных нормативных документах в области метрологии и стандартизации. Курс «Математические основы теории систем» создает теоретическую базу для изучения цифровой схемотехники.

Программа рассчитана на 238 часов для специальности 220201.65 – «Управление и информатика в технических системах» и 136 часов для специальности 230201.65 – «Информационные системы и технологии».

4. Словарь терминов и персоналий
   

Аналого-цифровой преобразователь – устройство для автоматического преобразования аналогового сигнала в эквивалентный цифровой код.

Аналоговое устройство – устройство, предназначенное для формирования, преобразования или обработки аналоговых сигналов.

Генератор – устройство для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию колебаний.

Дрейф – самопроизвольное изменение сигнала под действием различных дестабилизирующих факторов.

Импульсное устройство - устройство, предназначенное для формирования, преобразования или обработки импульсных сигналов.

Интегральная схема – микроэлектронное изделие, выполненное в виде электрически соединенных компонентов на полупроводниковом кристалле, и предназначенное для выполнения определенной функции формирования, преобразования или обработки сигналов или информации.

Комбинационное устройство – устройство, выходные состояния, которого зависят только от входных состояний.

Компаратор – устройство для сравнения аналоговых сигналов или цифровых кодов.

Обратная связь – явление, при котором часть выходного сигнала подается на вход устройства.

Операционный усилитель – усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, предназначенный для работы с глубокими обратными связями.

Печатная плата – конструктивно несущее изделие для монтажа и электрического соединения компонентов электронного устройства.

Последовательностное устройство – цифровое устройство, выходные состояния которого зависят как от входных, так и внутренних состояний.

Схемотехника – область науки и техники, занимающаяся вопросами анализа и синтеза схем электронных устройств.

Усилитель- устройство для усиления тока, напряжения или мощности электрического сигнала за счет энергии источника питания.

Устройство выборки и хранения – устройство, предназначенное для выборки мгновенного значения сигнала и его хранения в течение заданного времени.

Цифро-аналоговый преобразователь – устройство для автоматического преобразования цифрового кода в эквивалентный аналоговый сигнал.

Цифровое устройство - устройство, предназначенное для формирования, преобразования или обработки цифровых сигналов.

Функциональный преобразователь – устройство, предназначенное для реализации функционального преобразования над входным сигналом.

Электрический сигнал – ток или напряжение, изменяющееся во времени.

Электронное устройство – устройство для формирования, преобразования или обработки электрических сигналов.