150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка

Вид материала

Рабочая учебная программа

Содержание 1. Цели и задачи освоения дисциплины 2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО 150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка Физика: раздел "Электричество и магнетизм"; Информатика Автоматизация производственных процессов 3. Требования к результатам освоения дисциплины По направлению 150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка По направлению 200100 Приборостроение По направлению 211000 Конструирование и технология электронных средств По направлению 230000 Информатика и вычислительная техника 4. Структура и содержание дисциплины "Электротехника и электроника"

Подобный материал:

• Аннотация рабочей программы дисциплины б. 1 «История» укрупненная группа 150000 Металлургия,, 2087.38kb.
• Аннотация рабочей программы дисциплины б. 1 «История» укрупненная группа 150000 Металлургия,, 2233.77kb.
• План работы методического объединения ссуз саратовской области по укрупненной группе, 52.12kb.
• Уважаемые коллеги, уважаемый президиум, 42.76kb.
• Программа дисциплины дс. 02 Вычислительные методы в математической физике для студентов, 127.31kb.
• Программа вступительного испытания по направлению «Металлургия», 51.65kb.
• Черная металлургия, 26.82kb.
• «Промышленность мира. Металлургия, машиностроение, химия», 20.54kb.
• Машиностроение металлообработка сварка. Металлургия 2011 номинации, 64.52kb.
• «Машиностроение. Металлургия. Металлообработка» и «Нефть. Газ. Химия», 57.62kb.

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.

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, Маhtcad, Matlab и других;

 создание у студентов достаточно широкой подготовки в области элек­тро­техники и электроники, которая позволит в дальнейшем осуществить специ­али­зацию 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:

150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка;

160000 Авиационная и ракетнокосмическая техника;

200000 Приборостроение и оптотехника;

210000 Электронная техника, радиотехника и связь;

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:

Автоматизация производственных процессов (направления 150000, 160000), Основы автоматического управления (направление 200100), Схемотехника элек­тронных устройств (направления 200100, 210000, 230000); Основы констру­ирования электронных устройств (направление 210000), ЭВМ и периферийные уст­ройства (направления 210200, 230000) и др.


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:

По направлению 150000 Металлургия, машиностроение и материалообработка:

 сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);

 выбирать средства измерений в соответствии с требуемой точностью и условиями эксплуатации (ПК-7);

 осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

 выявлять объекты для улучшения техники и технологии (ПК-11);

 к анализу и синтезу (ПК-18);

 выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-19);

 использовать физико-математический аппарат и программные средства для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20);

По направлению 160000 Авиационная и ракетнокосмическая техника:

 иметь навыки математического моделирования процессов и объектов на базе стандартных пакетов исследований (ЭИ-2);

 готовностью к проведению измерений и наблюдений, составлению описания проводимых исследований, подготовке данных для составления обзоров, отчётов и научных публикаций (ЭИ-3);

 осознавать сущность и значение информации в развитии современного общества; владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения переработке информации (ОК-10);

 способностью к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);


По направлению 200100 Приборостроение:

 овладения методологическими знаниями и умениями, позволяющими использовать присущие современной электротехнике и электронике методы научного познания, основанные на компьютерном моделировании и вычислительном эксперименте (ПК-1);

 самостоятельного добывания знаний в области электротехники и электроники в информационной среде с помощью информационных технологий, способствующих формированию и реализации потребности в самообразовании; учитывать современные тенденции развития и использования отечественной и зарубежной науки, техники и технологий в профессиональной деятельности (ПК-2);

 проводить исследования электротехнических и электронных устройств, обрабатывать и пред­ставлять результаты (ПК-4);

 проводить измерения и исследования электрических цепей и устройств по заданной методике с выбором средств измерений и обработкой результатов (ПК-25).

По направлению 211000 Конструирование и технология электронных средств:

 владения методами решения задач анализа и расчёта характеристик электрических цепей (ПК-4);

 владения основными приёмами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

 собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техни­ческую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

 моделировать объекты и процессы, используя стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследования (ПК-19);

 проводит эксперименты по заданной методике, анализировать результаты, составлять обзоры, отчёты (ПК-20);

По направлению 230000 Информатика и вычислительная техника:

 осваивать методики использования программных средств для решения практических задач (ПК-2);

 сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем (ПК-10);

 инсталлировать программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем (ПК-11);

 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 и электронике 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:

3.1. 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 и электронные 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 "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. Тема 2.5. Индуктивно связанные цепи. Понятие о взаимоиндукции. Взаимная индуктивность. Коэффициент связи двух индуктивных катушек. Согласное и встречное включение катушек. Уравнения электрического равновесия в цепях с индуктивно связанными катушками. Тема 2.6. Трехфазные цепи. Основные определения и понятия трехфазных цепей. Схемы соединения фаз источника и приёмника звездой. Нейтральный провод и его назначение. Векторные диаграммы. Линейные и фазные напряжения и токи. Схемы соединения фаз источника и приёмника треугольником. Мощности в трёхфазных цепях. Способы измерения активной мощности в трёхфазных цепях.	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