Электроника

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Всего аудиторных занятий 108 часа Целью преподавания дисциплины 2Содержание теоретического раздела дисциплины 3Содержание практического раздела дисциплины Тематика практических занятий 4Программа самостоятельной познавательной 6Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

• Учебный вычислительный комплекс на базе персональной микроэвм «Электроника ук нц», 111.52kb.
• Направление ­- электроника и наноэлектроника профиль – Микроэлетроника и твердотельная, 23.05kb.
• Учебное пособие по курсу " Электроника и микроэлектроника" для студентов, обучающихся, 437.7kb.
• Разработка фоточувствительных полупроводниковых приборов с отрицательной дифференциальной, 398.26kb.
• Умк дисциплины «Электротехника и электроника. Радиоэлектроника» кафедры рэ. Дисциплина, 107.72kb.
• Электротехника и электроника пояснительная записка, 2218.03kb.
• Квантовая электроника и нелинейная оптика выписка из гос впо (радиофизика и электроника, 78.74kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «электротехника и электроника» Направление подготовки, 330.69kb.
• Рабочая учебная программа по дисциплине: электротехника и электроника (Теоретические, 407.78kb.
• М. А. Сёмкин 2010 г. Рабочая программа, 290.2kb.

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


УТВЕРЖДАЮ:
Декан факультета АВТ
___________Мельников Ю.С.

____________

(дата)


ЭЛЕКТРОНИКА


Рабочая программа для направления

550200 "Автоматизация и управление"


Факультет - электрофизический (ЭФФ)

Обеспечивающая кафедра – компьютерные измерительные системы и метрология (КИСМ)


Курс - 3

Семестр - 5

Учебный план набора 1999 года с изменениями __________________ года


Распределение учебного времени


Лекции 72 часа (ауд,)

Лабораторные занятия 18 часов (ауд,)

Практические (семинарские) занятия 18 часов (ауд,)

Всего аудиторных занятий 108 часа

Самостоятельная (внеаудиторная) работа 90 часов

Общая трудоемкость 198 часов

Экзамен в 5 семестре


2000


Предисловие


1 Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО по направлению 550200 "Автоматизация и управление", утвержденного

рассмотрена и одобрена на заседании обеспечивающей кафедры Компьютерных измерительных систем и метрологии _______ протокол № _____.

2 Разработчик

доцент кафедры КИСМ ___________ Сергеев В.М.


3 Зав. обеспечивающей кафедрой КИСМ __________ Муравьев С.В.


4 Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.


Зав. выпускающей __________ Малышенко А.М.

кафедрой ИКСУ


Зав. выпускающей __________ Цапко Г.П.

кафедрой АИКС


АННОТАЦИЯ


Рабочая программа учебной дисциплины "Электроника" предназначена для подготовки специалистов ТПУ направления 550200 "Автоматизация и управление".

Рабочая программа "Электроника" по содержанию, объему аудиторных и самостоятельных занятий, структуре (соотношению теоретических, практических и лабораторных занятий) соответствует образовательному стандарту специальности ТПУ направления 550200 "Автоматизация и управление" в части федеральных, региональных и университетских требований к содержанию общетехнической подготовки.

Программа составлена доцентом кафедры КИСМ Сергеевым В.М.

1ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ учебной ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина "Электроника" является общетехнической, базовой для изучения специальных дисциплин, предусмотренных ГОС ТПУ направления 550200 "Автоматизация и управление".

Целью преподавания дисциплины является

• формирование корректных мировоззренческих представлений о задачах, решаемых с помощью электронных устройств, физических процессах, происходящих в электронных устройствах;
  
• получение навыков математического описания изучаемых процессов и устройств, методов анализа и проектирования и самообразования в данной предметной области.
  

Достижение указанных целей обеспечивается за счет определения содержания лекционных, практических и лабораторных занятий, соответствующих современному состоянию электроники, развития творческих навыков в решении учебных задач, использование современных информационных технологий, обоснованной программы самостоятельной учебной деятельности, методической поддержки всех видов занятий, текущего и итогового контроля.

2СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

2.1Основные задачи, решаемые электронной техникой.

2.1.1Обработка информации, представленной электрическими сигналами. основные характеристики сигналов: аналоговые, цифровые, спектральное представление сигналов. Связь ширины спектра со скоростью изменения сигнала во времени. Полоса пропускания канала связи.

2.1.2Основные операции обработки сигналов: усиление, фильтрация, преобразование спектра, хранение, передача по каналам связи. Электронные элементы, необходимые для основных операций – электрически управляемые сопротивления (усилительные элементы), нелинейные элементы, линейные частотозависимые элементы, элементы памяти.

2.1.3Основные виды преобразования электрической энергии: переменного напряжения в постоянное - выпрямители, постоянного напряжения в переменное – инверторы, постоянного напряжения в постоянное – преобразователи напряжения, переменного напряжения в переменное другой частоты – преобразователи частот. Электрические элементы, необходимые для преобразования: неуправляемые и управляемые вентили, трансформаторные низко- и высокочастотные дроссели, конденсаторы.

2.2Краткий очерк развития радиоэлектроники, информационные технологии проектирования современных электронных устройств.

2.3Микроэлектронные компоненты – основа современной электроники. Основы теории электропроводности полупроводников.

2.3.1Электронные компоненты на основе беспримесных полупроводников: термо-, фото-, тензо- резисторы, варисторы. Принцип действия, применение в системах автоматики и управления (САУ).

2.3.2Электронные компоненты на основе одного р-п перехода: физика электропроводности, нелинейные и линеаризованные модели, инерционность и ее следствия, тепловой и электрический пробой. Силовые и импульсные диоды, стабилитрон, варикап, свето-, фотодиоды, диоды Шоттки, основные характеристики, применение в САУ.

2.3.3Электрически управляемые (усилительные) элементы. Принцип управления энергией. Мощность управления. непрерывный и ключевой режимы управления. Инерционность усилительного элемента и ее последствия. нелинейные характеристики управления. Статический режим, графо-аналитический метод его определения. линеаризованная модель, режим покоя, определение параметров линеаризованной модели по статическим характеристикам. Учет инерционности в линеаризованной модели.

2.3.4Биполярные, полевые транзисторы, тиристоры – физические основы управления проводимостью, нелинейные характеристики управления (вольтамперные характеристики – ВАХ), предельные электрические режимы, область безопасной работы (ОБР), линеаризованные модели, характер инерционности. Сравнительный анализ свойств и предпочтительный характер применения в САУ.

2.4Основы теории линейных усилительных устройств.

2.4.1Линеаризованные модели усилительных устройств, основные характеристики и параметры, линейные и нелинейные искажения.

2.4.2Отрицательная обратная связь – структурные схемы, анализ влияния глубины обратной связи на стабилизацию параметров, снижение искажений. Проблема обеспечения устойчивости усилителя с ООС.

2.5Операционные усилители – многофункциональные компоненты электронной техники.

2.5.1Принцип построения, основные характеристики и параметры.

2.5.2Обеспечение статического режима – балансировка по напряжению смещения и по входным токам.

2.5.3Модель идеального ОУ и ее использование для анализа функциональных преобразований сигналов на основе ОУ.

2.5.4Примеры построения на основе ОУ функциональных преобразователей: масштабирующие устройства, интегрирующее устройство, согласующее устройство (повторитель напряжения, активные фильтры, компараторы, ограничители, автогенераторы гармонических и импульсных сигналов).

2.6Усилители мощности.

2.6.1Способы обеспечения высокого КПД: энергетический расчет.

2.6.2Ключевые усилители. Методы управления мощностью в нагрузке. Амплитудно-импульсное и широтно-импульсное регулирование (ШИР), широтно-импульсная модуляция (ШИМ), "следящее" питание.

2.6.3Предельное значение КПД ключевых усилителей: статические и динамические потери.

2.7Основы цифровой электроники. Информационная универсальность бинарных сигналов: отображение дисперсных состояний технических объектов, десятичных чисел, аналоговых сигналов. Преимущества при обработке, хранении и передаче по каналам связи перед аналоговыми сигналами.

2.7.1Основы алгебры логики. Логические элементы: схемотехника, основные характеристики и параметры.

2.7.2Комбинационные цифровые устройства, табличный и алгебраический способы представления, минимизация. Примеры комбинационных устройств: кодовые преобразователи, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры.

2.7.3Последовательностные цифровые устройства: триггерная ячейка, способы синхронизации, функционирование RS Т, D и JK триггеров. Цифровые счетчики (датчики частоты), регистры.

2.7.4Аналого-цифровое преобразование. Метод импульсно-кодовой модуляции. Частота дискретизации. Погрешность от дискретного квантования по уровню. АЦП с линейно нарастающим опорным сигналом. АЦП параллельного типа.

2.7.5Цифро-аналоговые преобразователи. Принцип построения на основе резистивной матрицы R-2R. Перемножающие ЦАП.

2.8Источники вторичного электропитания.

2.8.1Функциональные схемы построения: без преобразования частоты, с преобразованием частоты.

2.8.2Схемотехника выпрямительных устройств.

2.8.3Стабилизаторы постоянного напряжения. Линеаризованная модель. Параметрический стабилизатор. Линейный компенсационный стабилизатор. Ключевой стабилизатор.

3СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Знакомство с измерительными приборами, экспериментальное определение статических характеристик, параметров линеаризованной модели, инерционности биполярного транзистора (4/4 часа).
   
2. Исследование функциональных преобразователей на ОУ (4/4 часа).
   
3. Исследование энергетических характеристик усилителей мощности (4/4 часа).
   
4. Исследование комбинационных и последовательностных цифровых устройств (6/6 часов).
   

ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. 
   Входной контроль знаний по электротехнике (2/2 часа).
   
2. Определение статического режима и построение линеаризованной модели нелинейного четырех полюсного элемента (2/2 часа).
   
3. Применение диодов в электронной технике: выпрямители, стабилизатор-ограничитель, оптическое развязывающее устройство, коммутатор (2/2 часа).
   
4. Расчет линейного регулятора - усилителя на основе биполярного транзистора. обеспечение и стабилизация статического режима, определение параметров линеаризованной модели (2/2 часа).
   
5. ОУ – балансировка, анализ на основе модели идеального ОУ функционального преобразователя(2/2 часа).
   
6. Энергетический расчет линейного усилителя мощности (2/2 часа).
   
7. Логические элементы, синтез комбинационных схем (2/2 часа).
   
8. Счетчики: разбор функционирования программируемого интегрального счетчика (2/2 часа).
   

4ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Программа самостоятельной учебной деятельности по дисциплине "Электроника" предусматривает: проработку лекционного материала и тем, выносимых на самостоятельное изучение; подготовку к практическим занятиям; выполнение индивидуальных заданий, подготовку к выполнению лабораторных работ, оформление отчетов.

Программой предусмотрено выполнение следующих индивидуальных заданий:

• применение диодов, стабилитронов в САУ (4 часа);
  
• задание режима покоя усилительного элемента для работы в линейном режиме, определение параметров линеаризованной модели, ее использование для расчета (4 часа);
  
• проектирование функционального преобразователя на ОУ ( 4часа);
  
• энергетический расчет усилителя мощности (4 часа);
  
• синтез комбинационного цифрового устройства( 4 часа);
  
• применение программируемого цифрового счетчика (4 часа).
  

Самостоятельная проработка тем, проработка лекционного материала – 30 часов: ключевые усилительные элементы JGBT-типа – принципы действия, сопоставление со свойствами МДП транзисторов; интегральные драйверы для управления мостовыми и полумостовыми инверторами; интегральные ШИМ – контроллеры для импульсных стабилизаторов напряжения.

5Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины

Текущий контроль осуществляется на основе оценки качества (в баллах) всех видов аудиторной и внеаудиторной самостоятельной деятельности и преследует цель стимуляции академической активности, учебной дисциплины, корректировки объема самостоятельной деятельности. Итоги текущего контроля используются для определения допуска к итоговому теоретическому зачету или экзамену и определения программы (при необходимости) дополнительных занятий.

Банк контрольных материалов, используемых для организации СПД, будет подготовлен в виде самостоятельного учебно-методического издания.

6УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. В качестве учебно-методического обеспечения используется банк контрольных вопросов к практическим и лабораторным занятиям, современная справочная литература по современным компонентам электроники, методические указания к выполнению лабораторных работ, включая указания по использованию профессионального моделирующего пакета MicroSim DesignLab 8.0 для выполнения виртуальных лабораторных работ, учебное пособие "Электроника", издаваемое с 2000 года по линии ЦДО.
   
2. Перечень рекомендуемой литературы
   

Основная литература

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991.
   
2. Горбачев Г.П., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
   
3. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. - М.: Высшая школа, 1988.
   

Дополнительная литература

4. Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника, 1990.
   
5. Прянишников В.А. Электроника. –СПб: Корона принт, 1998.
   
6. Хоровиц Г., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х т. Пер. с англ., 1993.