Программа содержит процедуру проведения, перечень тем и вопросов по дисциплинам, входящим в экзамен. Программа предназначена для абитуриентов, поступающих на направление 210100 «Электронные промышленные устройства» магистратуры тпу

Вид материала

Содержание

I.Цели и задачи
II.Состав учебных дисциплин, включённых в программу подготовки к сдаче вступительных испытаний
III.Содержание учебных дисциплин 3.1. Теория цепей и микросхемотехника
Усилители электрических сигналов
LC-автогенераторы. RC
Генераторы негармонических сигналов
3.2. Основы микропроцессорной техники
3.3. Цифровые устройства
Функциональные устройства цифровой автоматики.
Большие интегральные схемы запоминающих устройств.
3.4. «Основы преобразовательной техники» и «Энергетическая электроника»
3.5. Математический анализ и расчет электронных схем
Iv.контроль подготовки абитуриентов к мдэ
V.ПРИМЕРы ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА Пример 1 Томский политехнический университет БИЛЕТ № 5
Билет № 6
VI.ИСТОЧНИКИ УЧЕБНОЙ ИНФОРМАЦИИ Литература к подготовке по курсу «Электронные цепи и микросхемотехника»
Литература к подготовке по курсу «Микропроцессорная техника»
Литература к подготовке по курсу «Цифровые устройства»
Литература к подготовке по курсу «Основы преобразовательной техники» и «Энергетическая электроника»
Литература к подготовке по курсу «Математический анализ и расчет электронных схем»
...
Полное содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

Т
ОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ИНК

____________ В.А. Клименов

«____» _____________ 2011 г.

ПРОГРАММА

междисциплинарного экзамена для поступающих в магистратуру на
направление 210100 «Электроника и наноэлектроника»,
специализации «Электронные промышленные устройства»,
«Электронные системы управления, контроля, диагностики в технике и медицине» магистратуры

Институт: неразрушающего контроля (ИНК)

Обеспечивающая кафедра: Промышленной и медицинской электроники (ПМЭ)

Томск 2011

ПРЕДИСЛОВИЕ

Программа содержит процедуру проведения, перечень тем и вопросов по дисциплинам, входящим в экзамен.

Программа предназначена для абитуриентов, поступающих на направление 210100 «Электронные промышленные устройства» магистратуры ТПУ.

Составители: Е.В. Ярославцев

Д.Н. Огородников

О.А. Кожемяк

Е.Ю. Буркин

А.Ф. Глотов

Г.С. Воробьева

Ф.А. Губарев

Рецензент д.т.н., профессор Казанцев Ю.М.

Программа рассмотрена и рекомендована к изданию методическим семинаром кафедры «Промышленной и медицинской электроники»

«____» ____________ 2011г.

Зав. каф. ПМЭ, д.т.н. Г.С. Евтушенко

I.Цели и задачи

1.1. Основные цели магистерской подготовки

Получение высшего углубленного профессионального образования, позволяющего выпускнику обладать универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его востребованности на рынке труда, обеспечивающими возможность быстрого и самостоятельного приобретения новых знаний, необходимых для быстрой адаптации и успешной профессиональной карьеры в избранной сфере деятельности в области электроники и наноэлектроники.

1.2. Задачи магистерской подготовки

Проектно-конструкторская деятельность:

Подготовка заданий на разработку проектных решений.
Проведение патентных исследований с целью обеспечения патентной чистоты новых проектных решений и патентоспособности и определения показателей технического уровня проектируемых изделий.
Разработка эскизных, технических и рабочих проектов изделий электронной техники с использованием современных средств автоматизации проектирования, передового опыта разработки конкурентоспособных изделий.
Оценка инновационного потенциала проекта.

Проектно-технологическая деятельность:

Проектирование технологических процессов с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства.
Обеспечение технологичности конструкторских решений, применение средств и систем автоматизации процессов производства материалов и изделий электронной техники.
Разработка норм выработки, технологических нормативов на расход материалов, заготовок, электроэнергии, выбор оборудования и технологической оснастки.

Научно-исследовательская деятельность:

Разработка рабочих планов и программ проведения научных исследований и технических разработок, подготовка отдельных заданий для исполнителей.
Сбор, обработка, анализ и систематизация научно-технической информации по теме исследования, выбор методик и средств решения задачи.
Разработка методики, проведение исследований и измерений параметров и характеристик изделий электронной техники, анализ их результатов.

Организационно-управленческая деятельность:

Организация работы коллектива исполнителей, принятие исполнительских решений в условиях спектра мнений, определение порядка выполнения работ.
Поиск оптимальных решений при создании продукции с учетом требований качества, надежности и стоимости, а также сроков исполнения, безопасности жизнедеятельности и экологической чистоты.
Управление программами освоения новой продукции и технологии.

Научно-педагогическая деятельность:

Участие в разработке рабочих программ новых учебных дисциплин на основе изучения современной научно-технической и учебно-методической литературы, а также на основе собственных результатов научных исследований.
Проведение аудиторных учебных занятий, руководство курсовым проектированием и практикой студентов в группах подготовки бакалавров.
Участие в разработке и в реализации новых образовательных технологий, включая технологии дистанционного обучения.

II.Состав учебных дисциплин, включённых в программу подготовки к сдаче вступительных испытаний

2.1. Теория цепей и микросхемотехника

2.2. Основы микропроцессорной техники

2.3. Цифровые устройства

2.4. Математический анализ и расчет электронных схем

2.5. Основы преобразовательной техники

2.6. Энергетическая электроника

2.7. Микроэлектроника

III.Содержание учебных дисциплин

3.1. Теория цепей и микросхемотехника

Анализ электрических цепей в частотной и временной области–фильтры, колебательные контура, разделительные, укорачивающие, квазидифференцирующие и -интегрирующие цепи, электронные узлы непрерывного и импульсного действия–усилители, генераторы и преобразователи гармонического и негармонического сигнала.

Усилители электрических сигналов.

Основные положения теории электронных усилителей. Определение электронного усилителя, классификация по различным признакам, принцип действия, основные параметры и характеристики, структурная схема.

Однокаскадные усилители с резистивно-емкостной связью. Каскады на биполярном транзисторе по схемам включения с общим эмиттером, общим коллектором, общей базой. Режим покоя. Классы усиления. Цепи смещения. Температурная стабильность усилителя. Анализ каскадов в режиме малого сигнала в области низких, средних и высоких частот. Усилители на полевых транзисторах.

Обратные связи (ОС) в усилителях. Определение ОС. Классификация видов ОС. Влияние ОС разного типа на характеристики и параметры усилителей. Основные способы подачи ОС в реальных устройствах. Устойчивость усилителей с ОС.

Усилители постоянного тока (УПТ). Основные особенности и характеристики УПТ. Многокаскадные УПТ прямого усиления. Параллельно-балансные каскады. Дифференциальный каскад.

Выходные каскады усилителей. Работа усилителя на биполярных транзисторах в режиме большого сигнала, нелинейные искажения. Однотактный трансформаторный каскад. Бестрансформаторные усилители мощности.

Избирательные усилители. Избирательные усилители с резонансными контурами. Избирательные усилители с RC-цепями.

Генераторы гармонических колебаний. Основные положения теории электронных генераторов. Определение электронного генератора. Классификация. Генераторы гармонических колебаний с внешним возбуждением.

Автогенераторы гармонических колебаний. Условия и режимы самовозбуждения автоколебаний. LC-автогенераторы. RC-автогенераторы.

Электронные ключевые схемы

Общие положения теории электронных ключевых устройств

Идеальные ключи (управляемые и неуправляемые). Реальные ключи и их отличие от идеальных. Параметры реальных электронных ключей. Ключи на полупроводниковых диодах.

Ключи на биполярных транзисторах. Схемы замещения. Основные расчетные соотношения. Переходные процессы при переключении транзистора. Метод заряда. Транзисторные ключи с форсированным переключением. Ненасыщенные ключи.

Ключи на полевых транзисторах. Ограничители, пороговые схемы, фиксаторы уровня. Ограничители амплитуды сигналов. Диодные ограничители. Усилители-ограничители. Компараторы. Фиксаторы уровня

Генераторы негармонических сигналов

Общие положения теории генераторов негармонических колебаний. Классификация генераторов.

Триггерные устройства. Общая характеристика триггерных устройств. Триггеры на динисторах, тиристорах, биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями. Схемы запуска. Области применения.

Одновибраторы (ждущие мультивибраторы). Общая характеристика ждущих мультивибраторов. Области применения. Одновибраторы на различной элементной базе.

Релаксационные автогенераторы. Общая характеристика автоколебательных мультивибраторов. Генераторы на негатронах, биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями.

Генераторы пилообразного напряжения (ГПН). Общая характеристика ГПН, области применения, базовая схема. Варианты схемотехники ГПН.

Блокинг-генераторы. Общая характеристика блокинг-генераторов. Особенности работы в автоколебательном и ждущем режимах.

3.2. Основы микропроцессорной техники

. Теоретические основы микропроцессорных систем (МПС). Типовая структура МПС.

Микропроцессоры. Основные характеристики и типы микропроцессоров (МП). Организация однокристальных 8-разрядных микропроцессоров. Архитектура микропроцессора серии К580. Система команд, режимы адресации данных.

Управление МП системой на базе К580, тактирование МП и синхронизация микропроцессорной системы. Работа первичного управляющего автомата в режимах прерывания и прямого доступа к памяти. Слово состояния и основные циклы работы. Режим ожидания.

Организация ввода-вывода информации.Общие принципы организации ввода-вывода информации, схемотехника портов ввода-вывода. Способы ввода-вывода: изолированный, с отображением на память; операции ввода-вывода: программно управляемый обмен, обмен информацией по прерываниям, прямой доступ к памяти; форматы ввода-вывода: последовательный, параллельный. Драйверы ввода-вывода.

Интерфейсные БИС общего назначения. Параллельный периферийный адаптер К580ВВ55. Режим работы параллельного периферийного адаптера, его программирование. Универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик, контроллер прерываний, контроллер прямого доступа к памяти.

Микроконтроллеры. Однокристальные микроЭВМ семейств MCS-51и PIC-контроллеров, их сравнительные характеристики, логика работы. Проектирование систем управления и контроля на однокристальных микроЭВМ. Характеристика систем команд. Современные однокристальные РIС-контроллеры с гарвардской архитектурой.

Средства автоматизированного программирования. Средства автоматизации проектирования программного продукта. Язык ассемблера, директивы языка ассемблера. Симуляторы для отладки программного обеспечения микропроцессорных систем, построенных на базе семейств MCS-51и PIC-контроллеров. Этапы разработки программного обеспечения.

3.3. Цифровые устройства

Назначение дисциплины и ее место в общепрофессиональной подготовке дипломированного специалиста в области электроники.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. Системы счисления. Основы алгебры логики (Булевой алгебры). Булевы функции (БФ) одной переменной, булевы функции двух и более переменных. Основные аксиомы и законы алгебры логики. Формы представления БФ. Совершенная дизъюнктивная и совершенная конъюнктивная нормальные формы. Табличная форма.

Минимизация БФ и синтез логических схем. Основные типы логического базиса. Опасные состязания (гонки) в логических схемах и способы их устранения.

Параметры базовых логических элементов. Базовые логические элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, схемы с тремя состояниями, схемы с открытым коллектором, буферные элементы, триггеры Шмидта. Схемотехнические особенности , функциональные особенности построения основных схем ТТЛ и ТТЛШ. Базовые логические элементы КМОП-структур. Инвертор КМОП, двунаправленный ключ. И-НЕ, ИЛИ-НЕ в КМОП логике. Схема с тремя состояниями. Правила эксплуатации микросхем КМОП. Сопряжение микросхем ТТЛ и КМОП.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИКИ.

Автоматы комбинационного типа. Мультиплексоры. Схемотехника мультиплексоров. Основные функции мультиплексоров. Функциональные возможности. Способы наращивания. Мультиплексоры как универсальные логические устройства. Демультиплексоры и дешифраторы. Основные функции. Таблица истинности. Другие функциональные возможности этих устройств. Способы наращивания. Преобразователи кодов. Применение. Шифраторы. Основное назначение. Таблица истинности. Приоритетные шифраторы. Применение. Арифметические устройства. Полусумматоры, сумматоры. Схемотехника. Выполнение арифметических действий над двоичными числами с помощью сумматоров. (Сложение, вычитание, умножение, деление). Другие функции сумматоров. Наращивание. Устройства контроля четности, цифровые компараторы, арифметические логические устройства (АЛУ).

Логические автоматы последовательного типа (автоматы с памятью). Бистабильная ячейка (БЯ) и способы управления БЯ. Триггеры. Основное назначение и параметры триггеров. Типы триггеров. RS, RST, D, DV, T, TV, JK – триггеры. Схемотехника, основные свойства и особенности каждого типа. Таблицы истинности и диаграммы работы. Счетчики. Основное назначение и классификация счетчиков. Регистры последовательного приближения. Схемотехника. Таблицы состояний регистров. Наращивание разрядности. Преобразование информации. Кольцевые регистры (счетчики). Счетчик Джонсона. Временные диаграммы и особенности работы.

ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ЦАП и АЦП).

Классификация, назначение, область применения. Принцип функционирования ЦАП. Основные параметры и характеристики. АЦП параллельного преобразования, последовательного приближения, интегрирующие АЦП, сигма-дельта АЦП: принцип функционирования, основные параметры и характеристики.

БОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

Классификация ЗУ, основные параметры. Способы выборки информации. Структура и типы БИС ЗУ. Типы ПЗУ и их применение. Особенности каждого типа. Структурная организация ОЗУ. Статическое и динамическое ОЗУ. Диаграммы работы и режимы записи и считывания. Регистровые ОЗУ и их назначение. Кеш – память. Организация модулей ЗУ заданной информационной емкости. Способы организации. Методы расчета.

3.4. «Основы преобразовательной техники» и «Энергетическая электроника»

Введение. История развития, области применения и пути совершенствования устройств энергетической электроники. Примеры структур систем электропитания различного назначения.

Источники электрической энергии. Характеристики и принцип действия химических, солнечных, топливных, термоэлектрических, МГД, атомных и турбогенераторных источников электроэнергии. Промышленная сеть. Показатели качества источников и потребителей электроэнергии постоянного и переменного тока, особенности работы мощных преобразователей. Особенности источников электроэнергии ограниченной мощности.

Основные виды преобразования электрической энергии с помощью вентилей. Типы преобразователей и их структура, идеализированные преобразователи однофазного и трехфазного тока, регулируемые преобразователи постоянного напряжения. Базовые схемы выпрямителей, преобразователей постоянного напряжения в постоянное, инверторов. Основные характеристики реальных преобразователей. Назначение и режимы работы элементов силовой части преобразователей. Типы нагрузок преобразователей.

Ключевые элементы преобразователей. Силовые диоды и тиристоры. Параметры, последовательное и параллельное соединение, защитные цепи, расчет потерь. Формирователи импульсов управления тиристорами. Запираемые тиристоры и симисторы. Основные параметры. ВАХ. Характеристики управления и защиты. Силовые MOSFET и IGBT транзисторы и транзисторные модули. Особенности работы высоковольтных транзисторов в режиме ключа. ОБР. Требования к сигналу управления. Методы снижения статических и динамических потерь. Формирователи импульсов управления мощными транзисторами.

Особенности мощных преобразователей электрической энергии большой мощности, принципы и особенности эксплуатации преобразователей электрической энергии.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное, вентильный преобразователь как элемент системы автоматического управления. Однофазные выпрямители. Трехфазные выпрямители. Умножители напряжения. Управляемые выпрямители, принцип импульсно-фазового управления, регулировочные характеристики. Сглаживающие фильтры. Способы ограничения сверхтоков при включении выпрямителей.

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока. Параметрические стабилизаторы и источники опорных напряжений. Стабилизаторы напряжения и тока с непрерывным регулированием. Импульсные стабилизаторы напряжения. Реверсивные преобразователи постоянного тока.

Системы управления и защиты импульсных стабилизаторов. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Однотактные инверторы. Особенности работы трансформатора. Передача энергии в нагрузку при замкнутом или разомкнутом состоянии силового ключа. Способы обеспечения полного магнитного цикла трансформатора. Подключение нагрузки через выпрямитель и фильтр. Двухтактные инверторы. Базовые схемы. Исключение сквозных токов через ключи. Симметрирование магнитного цикла трансформатора. Влияние индуктивности нагрузки на работу инвертора. Процессы рекуперации. Получение выходного напряжения синусоидальной формы. Резонансные инверторы. Достоинства и недостатки. Условия получения формы тока ключей близкой к синусоидальной. Внешние характеристики. Регулирование выходного напряжения. Инверторы модуляционного типа. Способы модуляции. Формирование низкочастотной огибающей выходного напряжения заданной формы. Системы управления инверторов.

Преобразователи частоты с непосредственной связью. Групповое соединение преобразователей. Особенности проектирования устройств энергетической электроники. Схемные и технологические способы повышения электромагнитной совместимости преобразователей. Помехоподавляющие фильтры, экранирование, заземление, рациональное размещение блоков и их взаимного соединения. Правильный выбор общих точек соединения экранов, системы управления и заземления.

Охлаждение элементов преобразователей. Типовые способы охлаждения. Радиаторы, электрическая изоляция прибора и радиатора. Основы теплового расчета, ориентировочный расчет охладителя.

3.5. Математический анализ и расчет электронных схем

Алгоритмы решения взаимосвязанных задач анализа и синтеза в процессе проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Уровни проектирования и соответствующего им моделирования электронных устройств с использованием средств вычислительной техники.

Схемное моделирование. Задачи схемного моделирования. Минимальный базовый набор компонентов для моделирования электронных схем на ЭВМ.. Адекватность схемной модели моделируемому объекту. Иерархия схемных моделей и их классификация. Выбор типа схемной модели в зависимости от целей анализа. Область применения глобальных, локальных моделей и моделей линейных приращений на примерах p-n перехода и биполярного транзистора. Основы составления моделей. Теорема подобия для линейных систем. Модели линейных приращений для транзисторов. Гибридная малосигнальная модель транзистора на верхних частотах. Основы синтеза глобальных моделей. Аппроксимация характеристик и определение параметров схемных моделей электронных компонентов. Аналитическое представление ВАХ. Степенное приближение. Интерполяция. Метод наименьших квадратов. Метод кубических сплайнов. Кусочно-линейное приближение. Аппроксимация с помощью трансцендентных функций. Преобразование нелинейных ВАХ. Синтез схемных моделей с заданной ВАХ. Схемная макромодель для неидеального операционного усилителя.

Методы математического моделирования. Математическое моделирование. Основные понятия и определения. Основные характеристики математической модели, связывающей внутренние и внешние параметры моделируемого объекта. Классификация математических моделей. Матрицы. Векторные пространства. Ранг матрицы, базис пространства решений, линейная независимость решения систем уравнений. Моделирование в однородном и неоднородном координатном базисе. Характеристический полином цепи, интерпретация собственных чисел и векторов матриц при моделировании электронных цепей. Моделирование в однородном координатном базисе узловых потенциалов. Неавтономные многополюсники. Свойства полной матрицы проводимостей многополюсников. Матрицы проводимостей дискретных компонентов электронных схем и интегральных схем. Алгоритм получения матрицы проводимостей электронной схемы. Представление электронной схемы эквивалентным четырехполюсником. Получение схемных функций по матрице проводимостей. Представление электронной схемы эквивалентным генератором Тевенена. Матрицы и графы. Метод направленных графов. Основные понятия и определения. Составление систем алгебраических уравнений электрического равновесия цепи в топологической форме. Топологическая интерпретация основных соотношений между переменными ветвей. Узловой анализ линейных схем. Понятие обобщенной ветви графа. Машинное формирование узловых уравнений для линейных резистивных схем и R, L, C – цепей в установившемся режиме работы. Метод сигнальных графов как средство для аналитического анализа электронных цепей. Основные понятия и определения. Адекватность сигнального графа алгебраической системе уравнений. Получение матрицы передач нормализованного и ненормализованного сигнальных графов и их эквивалентность. Решение графа с помощью топологических операций преобразования графов и с помощью формулы Мезона. Схемные функции цепи как соответствующие топологические передачи графа. Косвенные и прямые методы построения сигнального графа пассивных и активных электрических цепей. Построение графа для дискретных компонентов электронных цепей и для функциональных узлов на интегральных схемах. Алгоритм построения сигнального графа электронной схемы косвенным и прямым методами. Топологическое моделирование электронных схем с отрицательными обратными связями. Топологическая интерпретация формулы для определения возвратной разности. Топологическая формула для расчета чувствительности передаточной функции электронной цепи относительно варьируемого параметра. Метод пространства состояний. Основные понятия и определения. Выбор системы линейно независимых переменных состояния для топологически невырожденных электронных цепей. Матричная запись системы уравнений переменных состояния в нормальной форме. Методы составления математической модели цепи в пространстве состояний. Алгоритм получения матричного уравнения переменных состояния с помощью топологических матриц. Способы получения выходных уравнений в матричном виде.

Статический анализ электронных схем. Задача расчета статического режима работы электронных схем. Характеристика методов решения систем нелинейных алгебраических уравнений: метод простых итераций, метод наискорейшего спуска, метод Ньютона – Бройдена. Узловой анализ нелинейных схем. Алгоритмы и вычислительные методы. Топологическое формирование узловых уравнений. Решение системы нелинейных алгебраических уравнений для цепи третьего порядка. Идея итерации с неподвижной точкой. Метод Ньютона – Рафсона для одного уравнения с одним неизвестным. Геометрическая интерпретация алгоритма Ньютона – Рафсона. Скорость сходимости. Метод Ньютона – Рафсона для решения систем из n уравнения. Матрица Якоби. Схемная интерпретация алгоритма Ньютона – Рафсона. Линеаризация нелинейной схемы с помощью дискретных моделей для нелинейных сопротивлений и нелинейных управляемых источников тока как необходимое условие для использования методов анализа линейных цепей при расчете статического режима работы электронной схемы.

Малосигнальный анализ. Задачи, решаемые при анализе электронных схем в режиме малого сигнала. Характеристика схемных функций во временной и частотной области. Передаточные функции электронных цепей. Характеристический полином цепи. Нули и полюсы передаточной функции цепи. Свободные и вынужденные колебания в устойчивых электрических цепях. Реакция электронной цепи на тестовые воздействия. Импульсная и переходная характеристики цепи. Реакция цепи на произвольное воздействие. Характеристика переходных процессов в пассивных и активных цепях электронных схем. Переходные процессы при большом сигнале. Анализ электронных цепей методом переменных состояния. Аналитическое решение системы уравнений переменных состояния. Интегрирование дифференциальных уравнений приведением системы уравнений переменных состояния к разностным уравнениям при аппроксимации непрерывной кривой кусочно – постоянной или кусочно – линейной функцией времени. Методы численного интегрирования уравнений переменных состояния: явный метод Эйлера, неявный метод Эйлера, метод трапеций. Понятие о жестком дифференциальном уравнении и проблема постоянной времени цепи. Устойчивость численных методов. Анализ ошибок методов численного интегрирования. Локальная и полная ошибка. Ошибка локального усечения. Характеристика современных методов численного интегрирования с переменным шагом, прогнозом и коррекцией. Аппроксимация интегрирования дифференциальных уравнений резистивной схемой, однозначно соответствующей методу интегрирования. Получение дискретных схемных моделей для линейных емкостей и индуктивностей и их применение для анализа переходных процессов во временной области в базисе узловых потенциалов при большом сигнале. Анализ электронных цепей в частотной области. Расчет частотных характеристик по схемным функциям цепи, полученными обобщенным методом узловых потенциалов и методом сигнальных графов. Получение матричной передаточной функции по уравнениям переменных состояния. Алгоритм Фадеева. Передаточная функция цепи как задача о собственных значениях. Связь временных и частотных характеристик электронной цепи. Влияние ограничения полосы пропускания на реакцию цепи во временной области. Условия неискаженной передачи сигнала через цепь. Частотный метод анализа. Анализ реакции цепи при периодическом и непериодическом воздействиях. Связь преобразований Фурье и Лапласа. Применение дискретного преобразования Фурье для расчета реакции во временной области для цепи с известной схемной функцией в частотной области.

Исследование чувствительности и оптимизация электронных схем. Постановка задачи. Определения чувствительности. Чувствительность функций цепи. Чувствительность нулей и полюсов. Многопараметрическая чувствительность наихудшего случая. Статистическая многопараметрическая чувствительность. Методы определения чувствительности электронных схем. Теорема Телегена. Метод присоединенной схемы и алгоритм его реализации. Метод присоединенной системы уравнений. Алгоритм расчета чувствительности систем линейных алгебраических уравнений. Применение метода присоединенной системы уравнений к анализу электронных цепей. Расчет чувствительности к паразитным параметрам. Операционный усилитель как специальный случай элемента электронной цепи с паразитными параметрами. Расчет чувствительности модуля, фазы, добротности. Температурная чувствительность. Анализ шумов. Чувствительность произвольной выходной величины. Чувствительность к большим изменениям параметров компонентов электронной цепи и анализ отказов.

Введение в теорию оптимизации. Постановка задачи. Основные определения и понятия. Классическая теория минимизации. Основной итерационный алгоритм. Поиск вдоль линии. Квадратичные функции многих переменных. Методы спуска при минимизации. Наискорейший спуск. Метод сопряженного градиента. Метод Ньютона. Проектирование на основе минимизации. Постановка задачи. Среднеквадратические целевые функции. Минимаксные решения. Минимизация чувствительностей. Анализ цепей методом Монте – Карло.

Автоматизированный анализ электронных схем. Структура пакетов прикладных программ (ППП) по автоматизированному анализу электронных схем. Входной и выходной языки ППП. Синтаксис предложений описания базового набора элементов электронных цепей. Управление заданиями на расчет и вывод результатов анализа. Способы задания управляемых линейных и нелинейных источников тока и напряжения. Способы описания функций сигналов. Описание схемных моделей ключей. Информационное обеспечение ППП. Работа с библиотекой макромоделей. Работа с графическим постпроцессором.

3.6. Микроэлектроника

Понятие об операционном усилителе.

Определение операционного усилителя (ОУ), функциональная схема ОУ. Обозначение микросхем ОУ. Схема включения, характеристики и параметры ОУ. Основные характеристики: амплитудная, амплитудно-частотная, фазо-частотная. Параметры ОУ: основные, эксплуатационные. Классификация ОУ. Способы коррекции характеристик и параметров ОУ.

Линейные функциональные преобразователи.

Масштабные усилители и сумматоры электрических сигналов. Дифференциальный усилитель. Электронные интеграторы и дифференциаторы, способы их коррекции и защиты. Активные фильтры.

Нелинейные функциональные преобразователи.

Логарифмические и антилогарифмические усилители. Принцип построения, действия. Погрешности логарифмирования, температурная коррекция логарифмических усилителей. Защита от возбуждения и перегрузки ОУ. Ячейка «идеальный диод», принцип построения. Схема точного выпрямителя. Кусочно-линейные аппроксиматоры нелинейных передаточных характеристик электронных преобразователей.

Перемножители аналоговых сигналов.

Общие принципы построения ПАС. ПАС косвенного и прямого действия. Применения перемножителей: операции деления, возведения в квадрат, извлечения квадратного корня.

Компараторы.

Компараторы аналоговых сигналов: основные понятия, термины, классификация. Применение компараторов: детекторы уровня. Дребезг компараторов и борьба с ним.

Генераторы электрических сигналов.

Основные положения теории генераторов. Классификация генераторов. Генераторы гармонических колебаний на ОУ: принцип построения, особенности. Генераторы импульсов на ОУ. Автоколебательный и ждущий мультивибраторы. Генераторы импульсов на логических элементах: принцип построения, автоколебательный мультивибратор, ждущий мультивибратор. Таймер 555, функциональная схема, принцип действия. Генераторы импульсов на таймерах. Автоколебательный и ждущий режимы работы. Генераторы пилообразного напряжения (ГПН) на ОУ: общие понятия, термины, схемотехника.

IV.КОНТРОЛЬ ПОДГОТОВКИ АБИТУРИЕНТОВ К МДЭ

Форма проведения экзамена — письменный ответ по билету из шести комплексных вопросов, относящихся к разным из вышеуказанных курсов, с последующим собеседованием с аттестационной комиссией. Каждый абитуриент в зависимости от правильности и полноты ответов на вопросы оценивается по сто балльной шкале: ниже 56 баллов – экзамен считается несданным. Экспертная оценка складывается из оценки ответов студента на вопросы билета и ответов на вопросы членов аттестационной комиссии.

Содержание экзаменационных билетов разрабатывается обеспечивающими кафедрами и утверждается её заведующими. Решение об оценке аттестационной комиссией принимается коллегиально и утверждается путём голосования её членов, простым большинством голосов. Программа междисциплинарного экзамена доводится до сведения абитуриентов не позднее, чем за 1 месяц до проведения экзамена.

V.ПРИМЕРы ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА

Пример 1

Томский политехнический университет

БИЛЕТ № 5

	Записать алгоритм расчета чувствительности выходного напряжения по отношению к температуре, игнорируя паразитные элементы и темературный коэффициент емкости. Положить . В разложении Тейлора функции температурной зависимости проводимостей учесть только линейную часть
	Реализовать модуль ЗУ с информационной емкостью 3 Кбайт и произвести расчет элементов схемы, если известно: , , , , , , , ,
	Расскажите о повышающем преобразователе постоянного напряжения. Приведите схему, описание работы, диаграммы для режима непрерывного и прерывистого тока дросселя. Получите выражение для коэффициента передачи и в режиме непрерывного тока дросселя.
	Приведите схему автоколебательного мультивибратора на ОУ (t_и⁺ > t_и^–). Нарисуйте диаграммы напряжений на выходе и на времязадающем конденсаторе, получите формулу для расчета длительности положительного импульса.
	Подсистема прерываний в микропроцессорных системах 80Х86.
	Определить входное и выходное сопротивления эмиттерного повторителя на средних частотах, если: R_Э=1к; R_б=470к; R_Н=200Ом; b=50; r_б=200Ом; I_ОЭ=1мА.

Пример 2.

Томский политехнический университет

БИЛЕТ № 6

	Методом присоединенной системы записать порядок вычисления отношение сигнал – шум на выходе цепи, пренебрегая шумами зависимого источника. Для проводимости принять
	Реализовать схему приоритетного шифратора на 3 входа на мультиплексоре КР1533КП2.
	Расскажите об инвертирующем преобразователе постоянного напряжения. Приведите схему, описание работы, диаграммы для режима непрерывного и прерывистого тока дросселя. Получите выражение для коэффициента передачи и в режиме непрерывного тока дросселя.
	Приведите схему автоколебательного мультивибратора на ОУ с регулируемой скважностью выходных импульсов. Поясните принцип действия. Нарисуйте диаграммы напряжений на выходе и на времязадающем конденсаторе (t_и⁺ < t_и^–).
	Каким образом используется микросхема таймера 8253 в архитектуре IBM PC AT?
	Определить величину запирающего напряжения на базе запертого и степень насыщения открытого транзисторов в исходном состоянии, если:
			; ;; ; ; ; ; ; ; .

VI.ИСТОЧНИКИ УЧЕБНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Литература к подготовке по курсу «Электронные цепи и микросхемотехника»

Основная:

Быстров Ю.А., Мироненко И.Г., Хижа Г.С. Электронные цепи и устройства. Учебник для вузов. С.-Пб.; Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 1999.-512 с.: ил.
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. М.: Радио и связь, 1991– 2 изд.(1 изд.– 1982 г.).
Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники – 3 изд.- М.: Радио и связь, 1990 (2 изд.- 1985 г.).
Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. М.: Высш. школа, 1988.
Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. Учеб. пособие для вузов.- 3 изд., М.: Высш. школа, 1989 (1 изд.- «Основы импульсной техники»-1979 г.).
Остапенко Г.С. Усилительные устройства. Учебник для вузов.- М.:, Радио и связь, 1989.

Дополнительная:

Джонс М.Х. Электроника - практический курс: Пер с англ.- М.: Постмаркет, 1999.-528 с.
Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций.- СПб.: Корона принт, 1998.- 400 с.
Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства: Учеб. пособие для электротехн. и энерг. вузов.- М.: Высш. шк., 1989.- 287 с.: ил.
Бакалов В.П. и др. Основы теории электронных цепей и электроники. М.: Радио и связь,1989.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд. 4-е, М.: Энергия, 1977.
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.- М.: Мир, 1982.
Забродин Ю.С. Промышленная электроника. Учебник для вузов.- М.: Высш. школа, 1982.
Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные устройства, М., Сов. радио, 1980.
Гольденберг Л.М. Импульсные устройства, М.: Радио и связь, 1981.
Чекулаев М.А. Сборник задач и упражнений по импульсной технике.- М.: Высш. школа, 1987.
Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учеб. пособие для вузов по спец. электрон. техн / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев и др. - М.: Высш. школа, 1987.- 335 с.

Литература к подготовке по курсу «Микропроцессорная техника»

Клингман Э. Проектирование микропроцессорных систем. М.: Мир. 1988. - 575с.
Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.
Трамперт В. AVR-RISK микроконтроллеры.: Пер. с нем. – К.: «МК-ПРЕСС», 2006.-464с., ил.
Ю.А.Шпак. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров. – К.: «МК-ПРЕСС», 2006.-400с., ил.
О. Николайчук. х51 – совместимые микроконтроллеры фирмы Silicon Laboratories (Cygnal). – M.: ООО «ИД СКИМЕН», 2004. – 628., илл.

Литература к подготовке по курсу «Цифровые устройства»

Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. М.: Радио и связь. 1990.
Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. – 390 с.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. – М.: Радио и связь, 1990. –350 с.
Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах - М.: Радио и связь. 1992 (1996).
Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Полный курс: учебник для вузов. - М.: Горячая линия, 1999 (2000, 2005). – 768 с.
Алексенко А.В., Шагуров И.И. Микросхемотехника.– М.: Радио и связь, 1990 (1982).
Большие интегральные схемы ЗУ./ Под ред. А.Ю. Гордонова, Ю.Н. Дьякова. Справочное пособие. – М: Радио и связь, 1990. – 286 с.
Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: Функционирование, параметры, применение. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.
Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику. Пер. с англ. – М.: Мир, 1984.
Пухальский Г.И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. – М.: Радио и связь, 1990.
Микросхемы АЦП и ЦАП: справочник. — М. : Додэка-XXI, 2005. — 431 с. : ил.

Литература к подготовке по курсу «Основы преобразовательной техники» и «Энергетическая электроника»

1. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение / П. А. Воронин. – М.: Додэка-XXI, 2001. – 384 с.: ил. – ISBN 5-94120-010-2.

2. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов/Под ред. В.А. Лабунцова. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.: ил.

3. Абрамович М.И., Бабайлов В.М., Либер В.Е. и др. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 432 с.: ил.

4. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник/В.В.Бачурин, В.Я. Ваксенбург, В.П.Дьяконов и др.: Под ред. В.П.Дьяконова. – М.: Радио и связь, 1994. – 280 с.: ил.

5. Зи. С. Физика полупроводниковых приборов: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.

6. Уильямс Б. Силовая электроника: приборы применение, управления. Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 240 с.: ил.

7. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 376 с.: ил.

8. Багинский Б.А. Бестрансформаторные преобразователи переменного напряжения в постоянное. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. – 224 с.

9. Чиженко И.М., Руденко В.С., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. Учебн. Пособие для специальности "Промышленная электроника" М., "Высш. школа", 1974. – 430 с. с ил.

10. Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.Н., Шевченко П.Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. – М.: Радио и связь, 1988. – 288 с.: ил.

11. Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания/ Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 240 с.

Литература к подготовке по курсу «Математический анализ и расчет электронных схем»

Основная литература

1.Чуа Л.О., Пен – Мин Лин. Машинный анализ электронных схем. Алгоритмы и вычи лительные методы. М. Энергия, 1980.

2. Влах И , Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М. Радио и связь, 1988.

3. Ильин В.Н. и др. Автоматизация схемотехнического проектирования. М.,Радио и связь, 1987.

4. Остапенко А.Г. Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов. М. Радио и связь 1985.

5. Сигорский В.П., Петренко А.И. Алгоритмы анализа электронных схем М., Советское радио, 1976.

6. Калабеков Б.А. и др. Методы автоматизированного расчета электронных схем в технике связи. М., Радио и связь, 1990

Дополнительная литература

1. Матханов П.И. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. М , Высшая школа, 1990.

2. Матханов П. И. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи. М ,Высшая школа, 1988.

3. Сиберт У. М. Цепи, сигналы, системы. В двух частях. М , Мир, 1988.

4. Корячко В.П. и др. Теоретические основы САПР. М., Энергоатомиздат, 1987.

5. Молчанов А.А. Моделирование и проектирование сложных систем. Киев, Высшая школа, 1988.

6. Анисимов В.Н. Топологический расчет электронных схем. Ленинград, Энергия,1977.

7. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. Киев, техника, 1975.

8. Системы автоматизированного проектирования. Под редакцией Норенкова И. П. Вып. 1 – 9. Минск, Высшая школа, 1988.

Литература к подготовке по курсу «Микроэлектроника»

Основная:

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая шк., 1991. – 617с.
Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. – М.: Радио и связь, 1991. – 376с.
Фолкенберри Л.М. Применение операционных усилителей и линейных интегральных схем. – М.: Мир, 1985. – 572с.
Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. М.: Высшая шк., 1989. – 527с.
Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. – Л.: Энергоатомиздат, 1981. – 248с.

Дополнительная

Аналоговая и цифровая электроника: Полный курс: Учебник / Ю. Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А. И. Гуров; Под ред. О.П. Глудкина.– М.: Горячая Линия-Телеком, 2002.– 768 с.: ил.
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергоатомиздат. 1988.– 304с.
Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы. – М.: Мир, 1979. – 255с.
Мэндл М. 200 избранных схем электроники. – М.: мир, 1985.– 350с.
Серов, Владимир Никитович. Аналоговые функциональные устройства на основе ОУ: Учебное пособие / В. Н. Серов.– М.: Изд-во МИРЭА, 1994.– 80 с.: ил.
Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов / В.Н. Павлов, В.Н. Ногин.– М.: Горячая линия-Телеком, 2001.– 320 с.: ил.
Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник / Под ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1990. – 496с.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987.– 352с.