Проект

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2

Проект

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"МАТИ" - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. Циолковского

__________________________________________________________

Кафедра "Электроника и информатика"

"УТВЕРЖДАЮ"

Проректор по учебной работе

________________ С.В. Сухов

" " __________ 20___ г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

"Электротехника и электроника" (модуль 1)

Укрупненная группа направлений подготовки (специальностей):

230000 Информатика и вычислительная техника

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Цикл дисциплин: (ГСЭ, МиЕН или ОП): ОП

Трудоемкость дисциплины (з.е./ час): 8 / 288

Вид учебной работы	Всего		Семестры
	з.е.	час		1		2		3
	з.е.	час		з.е.	час	з.е	час	з.е.	час
Аудиторные занятия (АЗ) (всего), в том числе:	4	144		2	72	2	72
Лекции (ЛК)	1,5	54		0,75	27	0,75	27
% лекционных часов от АЗ по дисциплине	38%	38%		38%	38%	38%	38%
Лабораторные работы (ЛР)	1,11	40		0,55	20	0,55	20
Практические занятия: (ПЗ)	1	36		0,5	18	0,5	18
Семинарские занятия (СЗ)
Текущий контроль (тестирование) (ТК)	0,39	14		0,19	7	0,19	7
% интерактивных форм обучения от АЗ по дисциплине	25%	25%		30%	30%	20%	20%
Самостоятельная работа (СР) (всего), в том числе:	4	144		2	72	2	72
Курсовая работа: (КР)	0,5	18		0,5	18
Курсовой проект: (КП)
Расчетно-графические работы (РГР)	0,5	18				0,5	18
Расчётная часть лаб. работ (РЧЛР)	0,56	20		0,28	10	0,28	10
Научно-исследовательская работа НИР)
Другие виды самостоятельной работы	1,22	44		0,22	8	1	36
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен):	1,22	44		1 Экз	36	0,22 зач	8
Общая трудоемкость дисциплины и трудоемкость по семестрам:	8	288		4	144	4	144

1. Цели и задачи освоения дисциплины

Целями изучения дисциплины Электротехника и электроника являются:

 овладение студентами действенными знаниями о сущности электромагнитных процессов в электротехнических и электронных устройствах, направленными на приобретение ими значимого опыта индивидуальной и совместной деятельности при решении задач, в том числе, с использованием электронных образовательных изданий и ресурсов, а также об инновационных методах инженерной деятельности в области электротехники и электроники;

 теоретическая и практическая подготовка бакалавров в области электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли грамотно выбирать необходимые электротехнические, электронные и электроизмерительные приборы и устройства;

 уметь их правильно эксплуатировать и составлять совместно с инженерами-электриками технические задания на модернизацию или разработку электронно-вычислительных комплексов и автоматизированных систем управления производственными процессами.

Исходя из того, что электротехника и электроника являются областями знаний и деятельности, в которых в наиболее полной степени реализуются возможности современных информационных технологий, в ряду основных целей является использование инновационных методов и методик в их обучении: методов проектного и проблемного обучения, тренинговых форм, предусматривающих актуализацию творческого потенциала и самостоятельной познавательной деятельности студентов.

Задачами изучения дисциплины Электротехника и электроника , соответствующими уровню общекультурных компетенций, являются:

 активизация самостоятельной познавательной деятельности студентов с использованием разнообразных источников информации, в том числе электронных образовательных изданий и ресурсов;

 создание дидактических условий для самоорганизации и самоуправления (планирования профессиональной деятельности), ценностно-смыслового самоопределения личности, осознания необходимости непрерывного самообразования;

 формирование ценностного отношения к электротехническим знаниям как к действенным, практико- и жизненноориентированным;

 мотивация к повышению коммуникативной компетенции (развитию способностей к коммуникации в профессиональной сфере и к социальному взаимодействию);

 формирование ценностного отношения к общенаучным знаниям, согласованию их с собственными мировоззренческими взглядами;

 содействие социализации студентов, повышению их творческого потенциала средствами электронных образовательных изданий и ресурсов, размещенных в сети Интернет;

 приобретение предметного опыта значимой для практики деятельности: от цели до получения полезного результата в процессе решения электротехнических задач в их содержательном и процессуальном аспектах;

 овладение студентами знаниями о методах моделирования электротехнических и электронных устройств с использованием программных комплексов;

 формирование умений применять теоретические знания в области электротехники и электроники для решения конкретных электротехнических задач программными средствами моделирования и анализа электронных средств.

Задачами изучения дисциплины Электротехника и электроника , соответствующими уровню профессиональных компетенций, являются:

 усвоение основных понятий, явлений и законов электротехники и электроники, а также овладение основными методами анализа электротехнических и электронных устройств;

 формирование у студентов научного мышления, правильного понимания границ применимости различных электромагнитных законов, теорий, и владения методами оценки степени достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных и математических методов исследования на моделях электротехнических и электронных устройств;

 выработка у студентов владения инженерными приемами и навыками решения конкретных задач электротехники и электроники, которые помогут в дальнейшем в решении инженерных задач по выбранному профилю подготовки;

 выработка у студентов навыков: проведения экспериментальных исследований электромагнитных явлений, имеющих место в электротехнических цепях и электронных устройствах, как на натурных стендах, так и вычислительных экспериментов на компьютере, а также владения методами оценки точности и применимости полученных результатов; сбора данных, изучения, анализа и обобщения научно-технической информации в области электротехники и электроники, в том числе использования электронных изданий и ресурсов, размещенных в сети Интернет;

 выработка умений применять математические методы моделирования и анализа электронных устройств с использованием программных сред типа Multisim, Labview, Matlab и других;

 создание у студентов достаточно широкой подготовки в области электротехники и электроники, которая позволит в дальнейшем осуществить специиализацию по выбранному профилю и направлению подготовки.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Профессиональны цикл. Базовая часть.

2.1. Перечень разделов дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения электротехники и электроники по укрупненной группе направлений подготовки (специальностей):

230000 Информатика и вычислительная техника:

Математика: разделы: “Векторный анализ ”. "Теория функций комплексного переменного", "Дифференциальное и интегральное исчисление", "Интегральные преобразования Фурье и Лапласа";

Физика: раздел "Электричество и магнетизм";

Информатика: разделы: "Вычислительные методы решения: систем линейных уравнений с вещественными и комплексными коэффициентами; дифференциальных уравнений 1-го и 2-го порядков"; операций с матрицами; простейшие навыки работы на компьютере и в сети Интернет.

2.2. Минимальные требования к «входным» знаниям, необходимым для успешного усвоении данной дисциплины:

Удовлетворительное усвоение программ по указанных выше разделам математики, физики и информатики.

2.3. Дисциплины, для которых освоение данной дисциплины необходимо как предшествующее:

Схемотехника;
ЭВМ и периферийные устройства.

Примечание: Перечень дисциплин ООП ВПО по выбранным профилям подготовки будет уточнен после разработки профилирующими кафедрами рабочих учебных планов.

3. Требования к результатам освоения дисциплины

Изучение дисциплины "Электротехника и электроника" направлено на формирование у студентов профессиональных компетенций, обладание которыми может быть выявлено на основе проявления студентами способностей:

 осваивать методики использования программных средств для решения практических задач (ПК2);

 сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем (ПК10);

 инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем (ПК11);

 овладения методологическими знаниями и умениями, позволяющими использовать присущие современной электротехнике и электронике методы научного познания, основанные на компьютерном моделировании и вычислительном эксперименте;

 самостоятельного добывания знаний в области электротехники в информационной среде с помощью информационных технологий, способствующих формированию и реализации потребности в самообразовании;

 овладения умениями, позволяющими адаптироваться в быстро изменяющихся условиях технологически развитого информационного общества, гармонично взаимодействовать с электронной информационной средой и быть в информационном обществе социально значимыми.

В результате освоения дисциплины "Электротехника и электроника" студент должен:

31. Знать:

 основные понятия, представления, законы электротехники и электроники и границы их применимости;

 математические модели объектов электротехники и электроники, возникающие в них электромагнитные процессы и результаты их анализа;

 методы анализа электрических, магнитных и электронных цепей;

 принципы функционирования, свойства, области применения и потенциальные возможности основных электротехнических устройств (машин и аппаратов), электронных приборов и узлов, электроизмерительных приборов; основы электробезопасности.

3.2. Уметь:

 описывать и объяснять электромагнитные процессы в электрических цепях и устройствах;

 строить их модели, решать задачи;

 читать электрические схемы электротехнических и электронных устройств;

 составлять простые электрические схемы цепей и их спецификации;

 экспериментальным способом и на основе паспортных (каталожных) данных определять параметры и характеристики типовых электротехнических и электронных устройств;

 грамотно выбирать и применять в своей работе электронные приборы и узлы, электротехнические устройства и аппараты.

3.3. Владеть:

 навыками планирования и практического выполнения действий, составляющих указанные умения в отведенное на выполнение контрольного задания время, самоанализа результатов, в частности, навыков моделирования объектов и электромагнитных процессов с использованием современных вычислительных средств.

4. Структура и содержание дисциплины (модуля) "Электротехника и электроника"

4.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины (модуля)	Содержание раздела	Трудоемкость, з.е./часы
1	Основные законы и методы расчёта линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока	Тема 1.1. Основные понятия и законы электрических цепей. Элементы цепи и её топологические параметры. Схемы замещения источников питания и их взаимное преобразование. Закон Ома. Законы Кирхгофа. Классификация цепей. Мощность источника энергии и баланс мощностей. КПД источника энергии. Тема 1.2. Методы анализа линейных цепей постоянного тока. Эквивалентные преобразования участков цепи. Делитель напряжения. Делитель тока. Метод наложения. Метод законов Кирхгофа. Потенциальная диаграмма. Метод контурных токов. Метод узловых напряжений. Метод эквивалентного генератора. Тема 1.3. Методы анализа нелинейных цепей постоянного тока. Параметры нелинейных элементов (НЭ). Вольт-амперные характеристики (ВАХ) НЭ. Способы задания ВАХ НЭ. Графический метод анализа. Метод аналитической аппроксимации ВАХ НЭ. Тема 1.4. Матричные методы анализа цепей постоянного тока. Граф электрической цепи. Узловая матрица. Контурная матрица. Законы Кирхгофа в матричной форме. Матричное уравнение контурных токов. Матричное уравнение узловых напряжений.	0,67/24
2	Анализ линейных электрических цепей переменного тока	Тема 2.1. Расчёт простых цепей переменного тока методом векторных диаграмм. Гармоническое колебание. Представления (в виде временных диаграмм, векторов, комплексных чисел) гармонических функций. Среднее и действующее значения гармонических величин. Метод расчёта с использованием векторных диаграмм. Треугольники сопротивлений и проводимостей ветви. Угол сдвига фаз между напряжением и током в ветвях и на входе цепи. Мощности в цепях гармонического тока. Коэффициент мощности цепи. Тема 2.2. Символический метод анализа цепей переменного тока. Комплексные величины и формы их представления. Комплексная схема замещения цепи. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. .Символический метод расчёта цепей. .Комплексная мощность. .Баланс мощностей в комплексной форме. Тема 2.3. Резонансные режимы в цепях гармонического тока. Условия возникновения резонансных режимов в цепях. Частотные характеристики. Резонансные контуры и их параметры (резонансная частота, добротность, полоса пропускания, волновое сопротивление (проводимость). Векторные диаграммы в комплексной плоскости. Энергетика процессов. Тема 2.4. Основы теории четырёхполюсника. Определение четырехполюсника (ЧП). Классификация четырёхполюсников. Уравнения четырёхполюсника. Коэффициенты А- и Н-формы и их определение. Параметры Т- и П-образной схем замещения ЧП. Согласование источника энергии с нагрузкой. Характеристические сопротивления ЧП. Постоянная передачи ЧП. Постоянная ослабления ЧП и её единицы (измерения). Постоянная фазы.	1/36
3	Анализ цепей при несинусоидальных воздействиях	Тема 3.1. Классический метод анализа воздействий на цепь. Основные понятия и правила (законы) коммутации. Анализ переходных процессов в цепях первого порядка. Начальные условия. Постоянная времени переходного процесса. Анализ цепей второго порядка. Апериодический и колебательный процессы и их параметры. Тема 3.2. Операторный метод анализа цепей. Оригиналы и изображения сигналов. Формулы прямого и обратного преобразования Лапласа. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Операторная схема замещения. Анализ переходных процессов в цепях первого и второго порядков. Передаточная функция цепи. Частотные характеристики цепей (АЧХ И ФЧХ). Диаграммы Боде простейших звеньев (ЛАЧХ и ЛФЧХ). Тема 3.3. Анализ электрических цепей при периодических несинусоидальных воздействиях. Представление периодических несинусоидальных функций рядом Фурье. Определение периодических несинусоидальных функций. Формы записи ряда Фурье (амплитудно-фазовая, тригонометрическая, в комплексной форме). Свойства функций, обладающих симметрией. Амплитудный и фазовый спектры сигналов. Среднее и действующее значения периодических несинусоидальных функций. Равенство Парсеваля. Расчёт напряжений и токов ветвей и на входе цепи. .Построение спектров входного и выходного сигналов. Коэффициенты выходного сигнала.	0,67/24
4	Электромагнитные устройства, трансформаторы и электрические машины	Тема 4.1. Анализ магнитных цепей. Основные законы магнитных цепей (Ампера. электромагнитной индукции. полного тока, законы Ома и Кирхгофа для магнитной цепи). Методы расчёта магнитных цепей. Прямая и обратная задачи анализа неразветвлённой цепи постоянного магнитного потока. Расчёт разветвлённых магнитных цепей. Магнитная цепь переменного магнитного потока. Схема замещения и векторная диаграмма катушки со сталью. Тема 4.2. Электромагнитные устройства. Электромагнитные аппараты (контакторы, пускатели, выключатели) и реле. Тема 4.3. Трансформаторы. Классификация трансформаторов. Однофазный трансформатор. Коэффициент трансформации. Опыты холостого хода и короткого замыкания. Внешняя характеристика. Трехфазный трансформатор. Автотрансформатор. Измерительные трансформаторы напряжения и тока. Тема 4.4. Асинхронные двигатели. Классификация асинхронных машин. Статор и роторы. Вращающееся магнитное поле. Скольжение. Частота вращения ротора. Схемы замещения асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами. Электромагнитный вращающий момент. Механическая и рабочие характеристики. Пусковой реостат и его назначение. Регулирование частоты вращения двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами. Тема 4.5. Машины постоянного тока. Классификация машин постоянного тока (МПТ). Индуктор и якорь. Схемы возбуждения МПТ. ЭДС генератора постоянного тока. Характеристики генераторов (холостого хода, внешние и регулировочные). Электрические схемы замещения двигателей независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждений. Вращающий момент ДПТ. ПротивоЭДС якоря. Механические и рабочие характеристики двигателей постоянного тока. Регулирование частоты вращении ДПТ. Тема 4.6. Синхронные машины. Классификация синхронных машин. Электрическая схема замещения синхронной машины. ЭДС трёхфазного генератора. Реакция якоря при разном типе нагрузок. Внешняя и регулировочная характеристики генератора. Мощность и электромагнитный момент. Подключение генератора к сети. Синхронный двигатель. Частота вращения ротора. Вращающий момент и угловая характеристика. Синхронный компенсатор реактивной мощности. Тема 4.7. Микромашины. Классификация микромашин. Универсальный коллекторный двигатель. Асинхронные и синхронные микромашины. Микромашины постоянного тока.	1,76/60
5	Основы аналоговой электроники	Тема 5.1. Элементная база электронных устройств. Свойства р-п перехода. Полупроводниковые диоды. Биполярный транзистор (схемы включения и h-параметры). Типы полевых транзисторов. Тиристор. Интегральные микросхемы. Тема 5.2. Источники вторичного электропитания. Схемы полупроводниковых выпрямителей (однофазные и трехфазные). Сглаживающие фильтры. Формы выпрямленного напряжения. Коэффициенты пульсации и сглаживания. Стабилизаторы напряжения и тока. Управляемый выпрямитель. Внешние характеристики выпрямителей. Тема 5.3. Усилители электрических сигналов. Структурная схема усилителя. Параметры и характеристики усилителей. Схема усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Эмиттерный и истоковый повторители. Дифференциальный усилитель. Усилитель мощности. Операционный усилитель. Тема 5.4. Параметры импульсов и импульсных устройств Формирователи импульсов посредством RC-цепи. Ограничители уровня на диодах и стабилитронах. Транзисторный ключ. Триггер. Электронный генератор (структурная схема). Условия возбуждения генераторов. LC-генератор. RC-генератор. Аналоговый компаратор напряжений. Генераторы импульсов прямоугольной, треугольной или пилообразной формы.	2/72
6	Основы цифровой электроники и оптоэлектронные приборы	Тема 6.1. Логические основы цифровых устройств. Основные логические операции и таблицы истинности. Элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Реализация сложных логических функций посредством логических элементов. Минимизация логических функций. Запись логических функций в универсальных базисах. Программируемые логические матрицы. Понятия комбинационное устройство, последовательностное устройство. Тема 6.2. Цифровые комбинационные устройства. Шифратор и дешифратор. Мультиплексор и демультиплексор. Цифровой компаратор. Полусумматор и сумматор. Тема 6.3. Цифровые последовательностные устройства. Триггеры RS- T-, D- и JK-типа. Двоичный счётчик. Десятичный счётчик. Регистр (нереверсивный, реверсивный, универсальный). Регистры (последовательные, параллельные и последовательно-параллельные). Арифметико-логическое устройство. Схемы элементов памяти. Запоминающие устройства (ОЗУ, ПЗУ). Тема 6.4. Цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Дискретизация по времени, квантование по уровню и кодирование аналогового сигнала. Резистивные матрицы: R-2R и с весовыми коэффициентами. Разрядность и разрешающая способность ЦАП. Схема АЦП последовательного счёта. Разрешающая способность и погрешность АЦП. Тема 6.5. Оптоэлектронные приборы и индикаторные устройства. Светодиод и фотодиод. Оптопары: фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор. Сегментный диодный дисплей и линейные шкалы. Столбиковый индикатор. Логический пробник.	2/72

4.2. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины (модуля)	ЛК^¹	ЛР	ПЗ	СЗ	ТК	СР
1	Основные законы и методы расчёта линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока	+	+	+		+	+
2	Анализ линейных электрических цепей переменного тока	+	+	+		+	+
3	Анализ цепей при несинусоидальных воздействиях	+	+	+		+	+
4	Электромагнитные устройства, трансформаторы и электрические машины	+	+	+		+	+
5	Основы аналоговой электроники	+	+	+		+	+
6	Основы цифровой электроники и оптоэлектронные приборы	+	+	+		+	+

5. Лабораторный практикум

№ п/п	Наименование раздела дисциплины (модуля)	Наименование лабораторных работ	Трудоемкость (з.е./ часы)
1	Основные законы и методы расчёта линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока	1. Измерение электрических величин и параметров элементов электрических цепей	АЗ: 0,11/4 СР (РЧЛР): 0,055/2 Всего: 0,165/6
2	Анализ линейных электрических цепей переменного тока	2. Резонансы в электрических цепях 3. Пассивный четырёхполюсник	АЗ: 0,22/8 СР (РЧЛР): 0,11/4 Всего: 0,33/12
3	Анализ цепей при несинусоидальных воздействиях	3. Переходные процессы в электрических цепях 1-го и 2-го порядков	АЗ: 0,11/4 СР (РЧЛР): 0,055/2 Всего: 0,165/6
4	Электромагнитные устройства, трансформаторы и электрические машины	4. Однофазный трансформатор 5. Двигатель постоянного тока	АЗ: 0,22/8 СР (РЧЛР): 0,11/4 Всего: 0,33/12
5	Основы аналоговой электроники	6. Простейшие транзисторные усилители 7. Электронные устройства на операционных усилителях	АЗ: 0,22/8 СР (РЧЛР): 0,11/4 Всего: 0,33/12
6	Основы цифровой электроники и оптоэлектронные приборы	8. Преобразователи кодов 9. Триггеры 10. Цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователи	АЗ: 0,33/12 СР (РЧЛР): 0,165/6 Всего: 0,5/18

6. Примерная тематика практических занятий, курсовых проектов (работ)

6.1. Примерная тематика практических занятий

СЕМЕСТР 1

1. Анализ электрического состояния электрических цепей постоянного тока. Делитель напряжения и тока.

2. Анализ цепей синусоидального тока методом векторных диаграмм.

3. Анализ цепей синусоидального тока с использованием символического метода (комплексных чисел)..

4. Определение параметров пассивных четырехполюсников.

5. Анализ переходных процессов в линейных цепях 1-го и 2-го порядков классическим методом.

6. Анализ переходных процессов в линейных цепях операторным методом.

7. Определение передаточных функций цепей и построение их частотных характеристик.

8. Анализ неразветвленных магнитных цепей (прямая и обратная задача).

9. Определение параметров трансформатора по каталожным данным и построение внешней характеристики.

10. Определение параметров двигателя постоянного тока параллельного возбуждения по каталожным данным и построение механических характеристик.

СЕМЕСТР 2

1. Определение параметров однофазного полупроводникового выпрямителя.

2. Определение параметров транзисторов по их каталожным характеристикам, в том числе h-параметров.

3.. Расчет параметров схем транзисторных усилителей напряжения.

4. Анализ электронных устройств на основе операционного усилителя.

5. Изучение работы аналоговых компараторов напряжения.

5. Синтез логических схем на основе базовых элементов.

6. Анализ интегральных преобразователей кодов (шифратора, дешифратора, мультиплексора, демультиплексора).

7. Анализ математических выражений триггеров и составление на их основе таблиц истинности.

8. Построение схем счётчиков (двоичного, десятичного, с произвольным коэффициентом пересчёта.

9. Анализ интегрального универсального регистра.

6.2. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

СЕМЕСТР 1

Тема курсовой работы:

"Анализ электрических цепей переменного тока в установившемся и переходном режимах"

Целью работы является закрепление у студентов навыков анализа и расчёта электрической цепи, представленной в виде пассивного несимметричного четырёхполюсника.

Содержание работы направлено на решение следующих принципиальных вопросов курса разделов 2 и 3 дисциплины Электротехника и электроника:

 умение вести топологический анализ электрических цепей с целью выбора наиболее эффективных методов их расчёта;

 закрепление навыков применения комплексного метода расчёта (метода узловых напряжений) электрических цепей в установившемся режиме;

 умение использовать метод эквивалентного генератора для нахождения тока в отдельной ветви цепи;

 активное применение удобной для инженерной практики теории четырёхполюсника при исследовании характеристик электронного устройства любой сложности, в частности, определять коэффициенты А-формы цепи, представленной в виде четырёхполюсника, и комплексного коэффициента передачи по напряжению H_u = U₂/U₁;

 активное использование компьютера для моделирования варианта задания и проверки результатов пошагового его выполнения;

 вести анализ переходных процессов классическим и операторным методами, возникающих в электрической цепи второго порядка при изменении её топологии (при подключении или коротком замыкании резистивного элемента в цепи);

 нахождение передаточной функции цепи по напряжению и на её основе выполнения расчётов и построения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик цепи.

СЕМЕСТР 2

Расчётно-графическая работа состоит из двух частей:

Часть 1: Расчёт усилителя напряжения. Её целью является закрепление умений расчёта параметров схемы транзисторного усилительного каскада на биполярном или полевом транзисторе с отрицательной обратной связью по напряжению, выбор элементов схемы в справочниках, вычерчивание схемы усилителя со спецификацией элементов.

Часть 2: Расчёт и схемная реализация цифрового автомата. Её целью является закрепление умений схемотехнического моделирования комбинационного устройства на базовых логических элементах.

Методические указания к выполнению курсовой работы записаны на компакт-дисках, приобретенных в достаточном количестве библиотекой университета и выдаваемых на дом студентам по абонементу, содержат основные теоретические положения и расчётные формулы, варианты заданий и примеры их выполнения, рекомендации по оформлению отчётов. К курсовым работам прилагаются разработанные на кафедре "Электротехника и электроника" в среде Borland C++ Builder или Adobe Flash и записанные на компакт-дисках программы моделирования и расчёта электрических цепей и устройств для поэтапного (само)контроля выполнения заданий.

7. Образовательные технологии

Организация занятий по дисциплине "Электротехника и электроника" возможна как по обычной технологии по видам работ (лекции, практические занятия, лабораторный практикум, текущий контроль на четных неделях семестров) по диспетчерскому расписанию, так и по технологии группового модульного обучения при планировании проведения всех видов работ (аудиторных занятий и самостоятельной работы по дисциплине) в автоматизированной аудитории с проекционным оборудованием и компьютерами, плюс 16 часов в лаборатории электротехники для проведения лабораторных работ на натурных стендах.

Для этого на кафедре "Электроника и информатика" разработаны и записаны на компакт-дисках программные учебно-методические комплексы по электротехнике и электронике, в котором интегрированы электронные образовательные модули, базы данных, совокупность других дидактических средств и методических материалов, обеспечивающих сопровождение учебного процесса по всем видам работ по дисциплине. В УМК совмещены форматы и идеология печатных и электронных учебных изданий и включены программные средства и ресурсы.

При изложении теоретического материала используются мультимедийные иллюстративные материалы, при проведении практических занятий – мультимедийные многовариантные упражнения, задания и тренажёры, функционирующие как в обучающих, так в контрольных режимах, разработано 37 компьютерных лабораторных работ (20 работ по модулю "Электротехника" и 17 работ по модулю "Электроника"), работающих непосредственно с компакт-диска в разработанной на кафедре среде LabWorks с формированием электронных отчётов по работам и компьютерном тестированием перед защитой каждой работы. Студент выполняет моделирование схем электротехнических устройств в программной среде Multisum 10, проводит необходимые манипуляции на моделях в соответствии с индивидуальным заданием на выполнение каждой лабораторной работы (номер задания совпадает с номером записи фамилии студента в учебном журнале группы).

8. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

8.1. Текущий контроль по разделам дисциплины будет проводиться во второй половине каждой чётной недели в виде компьютерного тестирования по 20-25 тестовым заданиям в тесте.

Примеры тестовых заданий

8.1.1. "Может ли (да/нет) использоваться на самолете в качестве нейтрального провода трехфазной цепи его металлическая обшивка (корпус)?" Эталон: да;

8.1.2. Укажите, какие из приведенных признаков:

а) минимальный ток, потребляемый контуром;
б) сдвиг фаз между напряжением и током на входе контура равен 90;

в) максимальный ток, потребляемый контуром,

г) минимальная проводимость контура,

д) отсутствие активных потерь в контуре,

е) минимальное сопротивление контура,

характеризуют:

1. Резонанс напряжений в электрической цепи;
2. Резонанс токов в электрической цепи".

Эталон: 1  в, е; 2  а, г.

8.1.3."Укажите, какой принцип из приведенных:

а) принцип наложения;

б) принцип эквивалентного генератора;

в) принцип компенсации;
г) принцип взаимности
полностью применим при расчете нелинейных электрических цепей?"

Эталон: в.

8.1.4. "Завершите написание формулы для определения реакции y(t) линейной электрической цепи на импульсное входное воздействие x(t), используя третью форму интеграла Дюамеля

Дайте определение пропущенной величины".

Эталон (4 с. о.):

Реакция линейной электрической цепи на импульсное воздействие

(1-я с. о.),

где g(t )  импульсная (весовая) функция цепи (2-я с. о.), определяемая в отсутствие накопленной в цепи энергии (т. е. при нулевых начальных условиях) (3-я с. о.) на входное воздействие в виде смещённой по оси времени на интервал  дельта-функции (t  ) (4-я с. о.);

8

.1.5. "Определите передаточную проводимость цепи (см. рис. 1), если R = 1 Ом; L = 1 Гн; С = 1 Ф".

Эталон (4 с. о.):

1. Передаточная проводимость цепи

.

2. Воспользовавшись правилом делителя тока, запишем выходной операторный ток

.
3. Операторный ток на входе цепи

.

4. Проведя несложные преобразования, окончательно получим выражение передаточной проводимости цепи

;

8.1.6. "Укажите, по каким из приведенных ниже формул вычисляют активную мощность, потребляемую цепью периодического несинусоидального тока ()?

а)

; б)

; в)

;

г) P =

.

Эталон: б, г.

8

.1.7. Анализируя осциллограмму, определите коэффициент затухания  (1/c) свободных колебаний тока в последовательном RLC-контуре.

 = ….

Эталон: 1.

_ст.ном

_с

_т.min

_ст.max

_с

_т.ном

_ст.max

_с

_т.min

динамическое сопротивление стабилитрона

0,3 Ом

0,5 Ом

0,75 Ом

1,0 Ом

1,25 Ом

выходное напряжение

_вых

₁

_ос

_вх

8.1.9. Укажите число выводов у шифратора при четырёх информационных входах.

16 8 4 2 1

8.1.10. Укажите аналитическое выражение:

а)

б)

в)

г)

описывающее работу:

RS-триггера: а)

б)

в)

г)

JK- триггера: а)

б)

в)

г)

Т-триггера: а)

б)

в)

г)

D-триггера: а)

б)

в)

г)

8.1.11. Укажите, в какой момент 5-разрядный двоичный счетчик возвращается в начальное состояние?

При поступлении на вход 16-го импульса

При подаче на вход 32-го импульса

При подаче на вход инверсного сигнала

При переполнении, наступающем при числе импульсов N = 2⁵ – 1

8.1.12. Укажите, можно ли свести к нулю погрешность квантования аналогового сигнала посредством выбора параметров устройства, например, за счёт увеличения разрядности АЦП?

Да Нет

8.2. Вопросы и типовые задачи, выносимые на экзамен, которые выдаются студентам на первом занятии.

СЕМЕСТР 1: по разделам 1, 2, 3 и 4 дисциплины

8.2.1. Вопросы, выносимые на экзамен:

1. Пассивные элементы цепей и их характеристики.

2. Активные элементы цепей и их характеристики.

3. Расчет цепей постоянного тока методом преобразования схемы.

5. Методика расчета токов в сложной цепи постоянного тока одним из методом (методом законов Кирхгофа, контурных токов. узловых напряжений).

6. Основные величины, характеризующие синусоид. функции, и способы их отображения.

7. Среднее и действующее значения синусоидальных функций.

8. Анализ процессов в RL-, RC-, RLC-цепи синусоидального тока.

9. Три вида мощности в цепях синусоидального тока.

10. Методика расчета тока и мощностей в последовательной RL-, RC-, RLC-цепи комплексным методом.

11. Расчет токов в цепи переменного тока при параллельном включении приемников.

12. Резонанс напряжений (РН) и его особенности.

13. Резонанс токов (РТ) и его особенности.

14. Четырехполюсники: определение, классификация, система уравнений в А-форме. Физический смысл и размерности А-коэффициентов.

15. Т- и П-образные схемы замещения четырехполюсников и их связь с А-коэффициентами.

16. Понятие о переходных процессах (ПП) в электрических цепях и их особенности. Вид кривых ПП и практическое время ПП.

17. Правила коммутации. Начальные условия при решении дифференциальных уравнений, описывающих ПП в линейной электрической цепи.

18. Расчёт ПП классическим методом при подключении источника энергии с постоянной ЭДС: а) к RL - цепи; б) к RС-цепи; в) к RLC-цепи.

19. Операторный (Лапласа) метод расчёта ПП в электрических цепях. Закон Ома и законы Кирхгофа в операторной форме.

20. Расчёт ПП операторным методом в линейной электрической цепи с одним накопителем.

21. Расчёт ПП в последовательной RLC-цепи операторным методом: а) при вещественных и кратных полюсах; б) при комплексно-сопряжённых полюсах.

22. Передаточная (схемная) H(p) функция цепи. Пример определения H(p). Комплексная передаточная функция цепи (комплексный коэффициент передачи цепи).

23..АЧХ и ФЧХ цепи. Виды представления (нормированные, логарифмические).

24. Анализ цепей при периодических несинусоидальных сигналах (порядок расчёта цепи). Формы записи ряда Фурье: амплитудно-фазовая, тригонометрическая, в комплексной форме. Формулы расчёта амплитуд и фаз гармоник.

25. Среднее и действующее значения периодического несинусоидального сигнала. Активная, реактивная и полная мощности периодического несинусоидального сигнала. Мощность искажения. Коэффициенты, характеризующие периодический несинусоидальный сигнал.

26. Основные принципы и теоремы, лежащие в основе расчёта и работы электромагнитных устройств: (принцип непрерывности электрического тока и магнитного потока; закон полного тока; закон электромагнитной индукции; закон Ампера).

27. Расчет неоднородной неразветвленной магнитной цепи: а) прямая задача; б) обратная задача.

28. Назначение и классификация электрических аппаратов (электромагнитные реле, контакторы и пускатели, тепловое реле).

29. Назначение, устройство и принцип работы двухобмоточного трансформатора.

30. Анализ работы трансформатора (Тр) при ХХ и нагруженного Тр. Внешняя характеристика Тр.

31. Опыты ХХ и КЗ трансформатора.

32. Назначение, устройство и принцип действия асинхронного двигателя (АД).

33. Скольжение. Частота ЭДС статора и ротора. Схема замещения обмотки ротора и статора.

34. Вращающий момент АД. Зависимость момента от скольжения, т. е. М = f(S).

35. Механическая и рабочие характеристики АД. Пуск в ход АД. Реверсирование АД.

36. Назначение, устройство и принцип действия генератора постоянного тока (ГПТ). Способы возбуждения ГПТ. ЭДС якоря. .Внешние характеристики ГПТ.

37. Назначение, устройство и принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ). Вращающий момент ДПТ.

38. Механическая и рабочие характеристики ДПТ. Способы регулирования частоты вращения ДПД.

39. Назначение, устройство и принцип действия синхронного генератора (СГ). Способы возбуждения СГ. ЭДС якоря, реакция якоря.

40. Устройство, принцип действия и характеристики синхронного двигателя. Работа синхронного двигателя в качестве компенсатора реактивной мощности.

41. Классификация микромашин. Универсальный коллекторный двигатель.

42. Микромашины постоянного тока.

43. Асинхронные и синхронные микромашины.

8.2.2. Тематика типовых задач по разделам 1, 2, 3 и 4 дисциплины, выносимых на экзамен:

1. Расчет токов в сложной цепи с использованием правила делителя тока.

2. Расчет токов в двухконтурной цепи постоянного тока одним из указанных методов: методом преобразования, ЗК, МКТ, МУН, МЭГ.

4. Расчет токов в цепи переменного тока с последовательным или параллельным соединением двух-трех пассивных элементов (R, L и C) комплексным методом с построением векторной диаграммы токов и напряжений.

5. Расчет параметров и построение частотных характеристик в цепи при резонансе напряжений.

6. Расчет А-коэффициентов простейших четырехполюсников.

7. Дана цепь с одним накопителем энергии в виде четырёхполюсника (с двумя или тремя элементами, один из которых является накопителем энергии):

а) найти классическим или операторным (Лапласа) методом и построить график выходной величины (напряжения или тока) при подключении цепи к источнику с постоянной ЭДС;

б) найти передаточную функцию цепи и на её основе рассчитать и построить АЧХ И ФЧХ цепи.

Blog

Проект

Содержание

Проект

"УТВЕРЖДАЮ"