Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое объединение вузов по образованию в области информационной безопасности сборник примерных программ учебных дисциплин по направлению подготовки (специальности)
Вид материала | Документы |
- Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое, 3299.35kb.
- Ступности (государственной, воинской, транснациональной и иной) мы будем, 86.46kb.
- Лекция по теме № Условия конкретного преступления, 298.33kb.
- Расписание занятий на цикле сертификационного усовершенствования для интернов, 88.88kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 653.58kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 657.68kb.
- Общая характеристика работы Актуальность темы, 398.26kb.
- Рекомендации по организации профилактической работы, направленной на предупреждение, 1352.37kb.
- История исторической науки, 496.22kb.
- Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации Государственное, 408.11kb.
Задачами дисциплины являются:
- формирование специальных физических, математических, теоретических и практических знаний, которые обеспечили бы возможность понимать и анализировать процессы в радиоэлектронных цепях систем обработки информации;
- обучение основам элементной базы полупроводниковой электроники, схемотехники электронных аналоговых устройств, схемотехники электронных цифровых устройств, схемотехники смешанных аналогово-цифровых устройств, устройств отображения информации;
- привитие навыков в использовании методов анализа базовых элементов и микроэлектронных устройств, применяемых в системах передачи и обработки информации;
- приобретение опыта использования элементной базы радиоэлектронной аппаратуры;
- формирование способности к самостоятельному и инициативному решению технических проблем.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Учебная дисциплина «Электроника и схемотехника» относится к области знаний о современных базовых радиоэлектронных элементах и микроэлектронных устройствах и является обязательной общепрофессиональной дисциплиной в системе высшего образования. Дисциплина «Электроника и схемотехника»- одна из основных составляющих прикладной подготовки специалистов в области обеспечения безопасности телекоммуникационных устройств.
Изучение дисциплины «Электроника и схемотехника» базируется на следующих дисциплинах: «Физика», «Математический анализ», «Информатика».
Процесс изучения дисциплины «Электроника и схемотехника» опирается на формируемые в вышеуказанных дисциплинах компетенций:
В результате изучения этих дисциплин студент должен
знать:
- основные законы электричества и магнетизма;
- основы теории колебаний и волн, оптики;
- основы квантовой физики и физики твёрдого тела;
- основные положения теории пределов функций, теории числовых и функциональных рядов;
- основные понятия информатики;
уметь:
- строить математические модели физических явлений и процессов;
- определять возможности применения теоретических положений и методов математического анализа для постановки и решения конкретных прикладных задач;
- работать с программными средствами общего назначения.
Дисциплина «Электроника и схемотехника» обеспечивает изучение следующих дисциплин: «Сети и системы передачи информации», «Безопасность жизнедеятельности».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины «Электроника и схемотехника» направлен на формирование следующих компетенций:
профессиональных компетенций (ПК):
общепрофессиональных:
- способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять соответствующий физико-математический аппарат для их формализации, анализа и выработки решения (ПК-1);
по видам деятельности:
в научно-исследовательской деятельности:
- способностью осуществлять подбор, изучение, анализ и обобщение научно-технической информации, нормативных и методических материалов по методам обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем (ПК-11);
- способностью оценивать технические возможности и вырабатывать рекомендации по построению систем и сетей передачи информации общего и специального назначения (ПК-17);
в проектной деятельности:
- способностью осуществлять рациональный выбор элементной базы обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем и их устройств (ПК-22);
в контрольно-аналитической деятельности:
- способностью проводить научно-исследовательские работы при аттестации системы защиты информации с учетом требований к обеспечению информационной безопасности (ПК-23);
в организационно-управленческой деятельности:
- способностью разрабатывать предложения по совершенствованию системы управления информационной безопасностью телекоммуникационной системы (ПК-28);
в эксплуатационной деятельности:
- способностью принимать участие в эксплуатации системы обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем (ПК-32);
- способностью определять технические характеристики телекоммуникационных систем (ПК-33).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
– современную элементную базу телекоммуникационных систем;
Уметь:
- осуществлять правильный выбор элементной базы при разработке и построении устройств телекоммуникации, радио- и электротехники;
Владеть:
– навыками расчета параметров элементов радиотехнических цепей.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Всего часов / зачетных единиц/ | Семестры | |
4 | 5 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 150 | 92 | 58 |
В том числе: | | | |
Лекции | 96 | 58 | 38 |
Практические занятия (ПЗ) | 36 | 24 | 12 |
Контрольная работа | 4 | 2 | 2 |
Семинары (С) | | | |
Лабораторные работы (ЛР) | 14 | 8 | 6 |
Самостоятельная работа (всего) | 100 | 34 | 66 |
В том числе: | | | |
Курсовой проект (работа) | 40 | | 40 |
Расчетно-графические работы | | | |
Домашнее задание | | | |
Реферат | | | |
Другие виды самостоятельной работы | 60 | 34 | 26 |
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | 38 | Зачет(2) | Экзамен(36) |
Общая трудоемкость часы зачетные единицы | 288 | | |
8 | | |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Введение
Предмет изучения дисциплины «Электроника и схемотехника». Этапы развития электроники. Полупроводниковая электроника, микроэлектроника и наноэлектроника.
Раздел 2. Элементная база полупроводниковой электроники
2.1. Свойства полупроводников
Собственные и примесные полупроводники. Получение примесных полупроводников p и n – типа. Физические процесс в p - n переходе. Емкости p - n перехода. Влияние температуры на параметры p - n перехода. ВАХ при прямом и обратном смешении, пробои p - n перехода. Типы переходов.
2.2. Полупроводниковые диоды
Разновидности диодов: выпрямительные, стабилитроны, варикапы, импульсные, СВЧ диоды, фото и светодиоды. Диоды с отрицательным дифференциальным сопротивлением: туннельный диод и лавинно-пролетный диод. Особенности нелинейных участков ВАХ. Эквивалентные схемы диодов. Примеры использования диодов и конструктивные особенности разновидностей диодов.
2.3. Биполярные транзисторы
Структура, принцип работы и конструкция биполярного транзистора. Разновидности биполярных транзисторов и их конструктивные особенности. Схемы включения, статические ВАХ. Дифференциальные параметры (Y и H) и их зависимости от режимов работы транзистора по постоянному току и от частоты. Эквивалентная схема Джиаколетто. Расчет дифференциальных параметров по справочным данным. Предельные рабочие частоты fТ, fβ, fα. Математическая модель транзистора. Эквивалентные схемы транзистора: транзистор, как активный четырехполюсник. Физическая эквивалентная схема транзистора. Влияние температуры, предельные режимы эксплуатации, особенности работы и конструкции транзисторов СВЧ диапазона. Лавинные транзисторы.
2.4. Полевые транзисторы
Структура, принцип работы и конструкция полевого транзистора с p - n переходом. ВАХ, дифференциальные параметры. Инверсия электропроводности полупроводника в МДП-структуре. Полевой транзистор с изолированным затвором – МДП (МОП) – транзистор: структура, принцип работы и конструкция. Схемы включения полевых транзисторов, ВАХ и дифференциальные параметры. Эквивалентные схемы транзистора. Разновидности полевых транзисторов и их конструкторско-технологические особенности.
2.5. Управляемые электронные переключатели
Тиристоры. Структура и принцип работы. Разновидности тиристоров и способы включения. Основные характеристики и параметры. Биполярные транзисторы с изолированным затвором. Структура принцип работы и способы включения. Основные характеристики и параметры.
2.6. Интегральные схемы (ИС)
Основные виды ИС. Технология изготовления ИС. Современные методы расчета электронных схем. Программы схемотехнического моделирования.
Раздел 3. Схемотехника электронных аналоговых устройств
3.1. Усилители электрических сигналов
Основные параметры и характеристики усилителей. АЧХ, ФЧХ и временные характеристики усилителей. Классификация усилителей.
3.2. Обратные связи в усилителях
Виды отрицательной и положительной обратных связей и влияние обратной связи на характеристики усилителей. Условия для создания генератора.
3.3. Усилительные каскады на биполярных транзисторах
Выбор рабочей точки на ВАХ транзистора и её схемотехническое обеспечение. Термостабилизация рабочей точки, термокомпенсация. Схема усилителя на транзисторе, включенном с ОЭ. Эквивалентная схема по переменному току, коэффициент усиления и его зависимость от частоты, АЧХ. Коррекция АЧХ в области нижних и верхних частот. Особенности усилителей на транзисторах, включенных с ОБ и ОК. Расчет схем по постоянному и переменному токам.
3.4 Усилительные каскады на полевых транзисторах
Выбор рабочей точки на ВАХ полевых транзисторов и её схемотехническое обеспечение. Усилительный каскад на транзисторе, включенном с ОИ. Сравнение его свойств с каскадом на биполярном транзисторе, включенном с ОЭ. Усилители на полевых транзисторах, включенных с ОЗ и ОС.
3.5. Многокаскадные усилители
Виды связей между каскадами. Усилители с RC – связью. Анализ частотных и временных искажений. Расчет многокаскадного усилителя по заданному коэффициенту усиления и полосе пропускания (импульсной характеристике).
Апериодический усилитель – усилитель импульсных сигналов. Причины искажения формы импульса. Переходная характеристика, её связь с АЧХ. Коррекция переходных характеристик в области малых и больших времен.
3.6. Усилители мощности
Режим покоя усилителя, рабочая точка. Графо-аналитический расчет усилителя мощности. Классы усиления: А, В, АВ, С, Д. Угол отсечки и К.П.Д. Недонапряженный, перенапряженный, критический режимы. Способы задания рабочей точки усилителя. Бестрансформаторные усилители мощности. Бустер тока и напряжения. Температурная стабилизация и термокомпенсация усилителя. Усилитель мощности на комплементарных транзисторах.
3.7. Усилители постоянного тока (УПТ)
Дрейф нуля в УПТ, способы уменьшения дрейфа. Балансные и небалансные усилители. Дифференциальный усилитель (ДУ). Основные требования к ДУ. ДУ с генератором стабильного тока и его передаточная характеристика. Реакция ДУ на синфазные и дифференциальные сигналы.
3.8. Операционный усилитель (ОУ)
Параметры ОУ. Схемотехника. ОУ различных поколений. Функциональные наборы ОУ в распространенных сериях ИС. Усилительные каскады на ОУ. Усилители постоянного и переменного тока. Эквивалентные схемы. Параметры.
Схемы суммирования, интегрирования, дифференцирования, логарифмирования, перемножения сигналов на основе ОУ. Интегральные аналоговые перемножители и их основные применения. Схемы управляемых источников тока и напряжения, схемы функционального преобразования сигналов. Схемы частотной фильтрации сигналов: активные фильтры, гираторы, синхронные фильтры.
3.9. Источники вторичного электропитания (ИВЭП)
Структурная схема ИВЭП. Схема мостового выпрямителя. Схемы инвертора и конвертора. Схема параметрического и компенсационного стабилизатора.
Раздел 4. Схемотехника электронных цифровых устройств
4.1. Ключи на биполярных и полевых транзисторах
Статические и динамические характеристики ключа. Способы повышения быстродействия.
4.2. Базовые схемы логических элементов (ЛЭ)
Базовые схемы ТТЛ, ЭСЛ, МДП и КМДП логик. Выходные уровни логических «0» и «1». Быстродействие, степень интеграции.
4.3. Триггеры.
Синхронные и асинхронные, однотактные и двухтактные триггеры RS, D, T, JK. Схемотехника, параметры, области применения.
4.4. Регистры памяти и сдвига
Регистры памяти, сдвиговые регистры со сдвигом вправо, влево, реверсивные. Схемотехника, области применения.
4.5. Счетчики импульсов
Счетчики суммирующие, вычитающие, реверсивные; с последовательным и параллельным переносом; двоичные, с произвольным коэффициентом счета, двоично-десятичные; счетчики кольцевые и счетчики Джонсона.
4.6. Комбинационные логические элементы в составе серий ИС.
И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, шинные формирователи, шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, преобразователи кодов. Программируемые логические матрицы (ПЛМ) и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).
4.7. Формирователи импульсов
Формирователи импульсов на собственных задержках и с RC цепочкой, интегральные компараторы, триггеры Шмитта.
4.8.Мультивибраторы
Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах и ОУ. Факторы, влияющие на стабильность параметров и методы стабилизации. Мультивибраторы в составе серий ИС.
Раздел 5. Схемотехника смешанных аналогово-цифровых устройств
5.1. Аналоговые ключи и мультиплексоры
Аналоговые ключи на биполярных, полевых и комплементарных МОП транзисторах. Интегральные аналоговые ключи и мультиплексоры.
5.2. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)
ЦАП с весовыми сопротивлениями. ЦАП с резистивной матрицей R-2R, основные параметры. Интегральные ЦАП.
5.3. Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП)
Параметры. Разновидности АЦП в интегральном исполнении. Быстродействующие параллельные АЦП, следящие АЦП, универсальные АЦП с поразрядным уравновешиванием, высокоточный АЦП с двойным интегрированием, АЦП косвенного преобразования.
5.4. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения
Способы линеаризации тока заряда и разряда конденсатора. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) со стабилизаторами тока. Компенсационные ГЛИН с положительной и отрицательной обратной связью. ГЛИН на ОУ.
Раздел 6. Устройства отображения информации
6.1. Устройства отображения символьной информации
Газоразрядные, светодиодные, жидкокристаллические (ЖК), электролюминесцентные. Схемы управления статического и динамического типа многоразрядными цифровыми индикаторами.
6.2. Устройства отображения графической информацией
Электронно-лучевые трубки, матричные ЖК и плазменные панели.
Раздел 7. Заключение
Тенденции развития элементной базы РЭА. Микропроцессоры, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), твердотельная электроника СВЧ диапазона, оптоэлектроника, акустоэлектроника, сверхпроводящая электроника, наноэлектроника.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Сети и системы передачи информации | + | + | + | + | + | + | + |
| Безопасность жизнедеятельности. | + | + | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ | ЛР | С | СР | Всего |
1 | Введение | 2 | | | | | 2 |
2 | Элементная база полупроводниковой электроники. | 22 | 10 | 4 | | 15 | 51 |
3 | Схемотехника электронных аналоговых устройств. | 24 | 8 | 2 | | 15 | 49 |
4 | Схемотехника электронных цифровых устройств. | 24 | 8 | 4 | | 15 | 51 |
5 | Схемотехника смешанных аналогово-цифровых устройств | 14 | 10 | 4 | | 8 | 36 |
6 | Устройства отображения информации | 8 | | | | 7 | 15 |
7 | Заключение | 2 | | | | | 2 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела (темы) дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудоемкость (часы) |
1 | 2. Полупроводниковые приборы | Исследование характеристик диодов. Исследование характеристик транзисторов. | 2 ч 2 ч |
2 | 3. Схемотехника электронных аналоговых устройств | Исследование операционного усилителя и устройств на нем. | 2 ч |
3 | 4. Схемотехника электронных цифровых устройств | Исследование базовых логических элементов. Исследование триггеров. | 2 ч 2 ч |
4 | 5. Схемотехника смешанных аналогово-цифровых устройств | Исследование ЦАП. Исследование АЦП | 2 ч 2 ч |
7. Примерная тематика курсовых работ
В качестве темы курсовой работы предлагается многовариантное задание: «Апериодический усилитель на транзисторах».
В процессе выполнения требуется разработать схему многокаскадного усилителя, провести электрический расчет и компьютерное моделирование основных узлов схемы.
При выполнении курсовой работы необходимо владеть всеми возможностями программы схемотехнического моделирования; уметь изобразить электронную схему, провести оценочный расчет, отладить функционирование, исследовать режимы работы, оптимизировать параметры и выполнить технический отчет по разработке.
Каждый раздел курсовой работы целесообразно строить в следующей форме:
- постановка задачи;
- проектирование схемы,
- оценочный (ручной) расчет,
- результаты исследования на компьютере,
- выводы.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Основы полупроводниковой электроники – М: Горячая линия-Телеком, 2005. – 392 с.: ил.
2. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. – М: «Гелиос АРВ», 2005. – 304 с.: ил.
б) дополнительная литература
1. Гуменюк А.Д., Журавлев В.И., Мартюшев Ю.Ю. и др. Основы электроники, радиотехники и связи Учебное пособие для вузов. Под редакцией Г.Д.Петрухина. – М: Горячая линия – Телеком, 2008. – 480 с.: ил.
в) программное обеспечение
Программы моделирования радиоэлектронных схем Electronics Workbench (v. 5.0 и выше), uSpice () или другие аналогичные программы машинного анализа линейных, нелинейных, аналоговых и цифровых устройств.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: нет
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Учебная лаборатория радиоэлектроники, оборудованная комплектами ЛКЭЛ-1 (по каталогу НТЦ «Владис» или аналогичными) и соответствующими измерительными приборами. Из расчета одно рабочее место на 2-х человек.
Компьютерные классы, оборудованные ПК c установленным программным обеспечением Windows XP/Vista/7, MS Office XP, Electronics Workbench. . Из расчета один ПК на одного человека. Видеопроектор.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Примерным учебным планом на изучение дисциплины отводятся два семестра. В качестве итогового контроля предусмотрены зачет и экзамен. На подготовку и сдачу экзамена в соответствии с учебным планом выделяется 36 часов. При изучении дисциплины выполняется курсовая работа (в пятом семестре). При изучении дисциплины проводятся две контрольные работы (по работе в каждом семестре). Контрольные работы, как правило, планируются на середину семестра по темам, изученным к этому времени.
При чтении лекций по всем темам программы рекомендуется теоретический материал сопровождать примерами из практики, что позволяет улучшить усвоение студентами материала курса.
При преподавании дисциплины целесообразно в каждом разделе дисциплины выделить наиболее важные моменты и акцентировать на них внимание обучаемых:
- во введении целесообразно отметить тенденции повышения степени интеграции элементов на кристалле и проблемы возникающие при этом;
- при изучении раздела аналоговой электроники важно научится пользоваться справочными параметрами различных изданий, ориентированных на различные эквивалентные модели прибора. Например, у биполярных транзисторов используется графическое представление (вольтамперные характеристики), малосигнальная система физических параметров, Н-параметров, параметров PSpice моделей. Необходимо уметь пользоваться разнородными параметрами и, при необходимости, уметь пересчитывать эти параметры в разных моделях одного и того же транзистора.
- при рассмотрении отрицательной обратной связи (ООС) в усилителях важно представлять их влияние на характеристики усилителей и уметь практически реализовать нужный вид ООС в усилителях на транзисторах и интегральных схемах;
- при изучении раздела цифровой электроники необходимо иметь представление о функциональном наборе стандартных серий интегральных схем, их выполняемых функциях и типовых включениях в электрических схемах;
- в разделе смешанных цифро-аналоговых приборов следует обратить внимание на вопросы электромагнитной совместимости аналоговых и цифровых элементов схемы;
- в разделе средств отображения информации следует подчеркнуть достоинства и недостатки существующих типов индикаторов, что позволить оптимально выбирать схему управления.
Рекомендуемый перечень тем контрольных работ:
- Электронные усилители.
- Характеристики полупроводниковых приборов
- Характеристики электрических фильтров.