Программа курс «Информационно-измерительная техника и электроника» Для государственных университетов Специальность 100400 Электроснабжение

Вид материала

Программа

Содержание Рабочая программа утверждена на заседании методсовета ФТИ ЯГУ Объем курса: 220 часов Требования к начальной подготовке, необходимой для успешного усвоения курса 1.2. Минимум содержания образовательной программы подготовки инженера по специальности 2.1. Основания для чтения курса Адресат курса Уровень требований

Подобный материал:

• Программа курс «Эксплуатация сэс» Для государственных университетов Специальность 100400, 64.52kb.
• Программа курс «Оптимизация сэс пп» Для государственных университетов Специальность, 60.72kb.
• Программа курс «Электрическое освещение» Для государственных университетов Специальность, 64.2kb.
• Программа курс «Метрология, стандартизация и сертификация» Для государственных университетов, 90.84kb.
• Программа курс «Монтаж и наладка сэс» Для государственных университетов Специальность, 78.28kb.
• Программа курса «Надежность электроснабжения» Для государственных университетов Специальность, 73.38kb.
• Методические указания к дисциплине и задания к контрольной работе для студентов заочной, 126.92kb.
• Информационно-измерительная система для определения следовых количеств веществ, 335.65kb.
• Программа II научно-практической конференции «Информационно-измерительная техника, 108.86kb.
• Методические указания и контрольные задания учебной дисциплины «Измерительная техника», 624.73kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Якутский государственный университете им. М.К. Аммосова

ПРОГРАММА

Курс «Информационно-измерительная техника и электроника»


Для государственных университетов


Специальность 100400 – Электроснабжение


Специализация 100401 – Электроснабжение промышленных предприятий


Якутск 2001 г.

Составитель ст. преподаватель

Максимова Н.А.

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение»

«___»_______2001 года, протокол №______

Зав. кафедрой_______________Н.С. Бурянина

Рабочая программа утверждена на заседании методсовета ФТИ ЯГУ

«___»_______2001 года, протокол №______

Председатель методсовета ФТИ ЯГУ_____________Т.В. Назаров

Рабочая программа утверждена на заседании научно-методического совета ЯГУ

«___»_______2001 года, протокол №______

Председатель научно-методического совета ЯГУ________А.Н.Яковлева

Объем курса: 220 часов, в том числе:

Лекционные занятия: 102 часа

Лабораторные занятия: 68 часов

Самостоятельная работа: 33 часа


Распределение часов курса по семестрам:

Семестр	Лекции	Лабораторн занятия	Самостоят работа	Кол-во курсовых работ	Количество РГР	Форма контроля
VI	34	17	18	1	-	Зачет
VII	68	51	15	-	8	Экзамен

1. Требования Государственного стандарта высшего профессионального образования к минимуму содержания образовательной программы по специальности 100400 – Электроснабжение
   

1. Требования к начальной подготовке, необходимой для успешного усвоения курса:
   

Успешное усвоение курса «Информационно-измерительная техника и электроника» требует знаний на уровне, предусмотренном Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по данной специальности, из области математики и материаловедения основных свойств проводников, диэлектриков и полупроводников, из области математики – основы теории вероятности и математической статистики, основных приемов обработки экспериментальных данных, булеву алгебру, двоичную систему счисления, арифметические действия над многоразрядными двоичными числами.


1.2. Минимум содержания образовательной программы подготовки инженера по специальности:

ОПД.Ф.04 03 Информационно-измерительная техника и электроника

Полупроводниковые приборы; усилители переменного и постоянного тока; операционные усилители; компараторы; усилители и генераторы на операционных усилителях; логические элементы, комбинационные логические схемы, счетчики, регистры, запоминающие устройства; преобразователи кодов, индикаторы; информационно-измерительная техника; средства измерений; измерительные преобразователи и аналоговые электромеханические электроизмерительные приборы; электронные аналоговые и цифровые измерительные приборы, осциллографы, вольтметры, частотомеры; информационно-измерительные системы.

Дополнением к стандарту является включение в программу раздела «Микропроцессорные устройства», что связано с требованиями современного уровня элементной базы автоматических устройств электроснабжения.

2. Принципы и цели курса
   

2.1. Основания для чтения курса

Основанием для чтения курса является Государственный стандарт высшего профессионального образования по направлению «Электроэнергетика» по специальности 100400 «Электроснабжение».

2. Адресат курса
   

Курс читается студентам специальности 100400 – «Электроснабжение».

2. Ядро курса
   

Ядром курса «Информационно-измерительная техника и электроника» являются разделы:

1. полупроводниковые приборы: принципы построения, работы, параметры, характеристики и применение полупроводниковых приборов,
   
2. электронные усилители: принципы построения, работы параметры, характеристики и применение усилителей постоянного и переменного токов, выполненных на базе аналоговых микросхем и дискретных элементов, операционных усилителей,
   
3. цифровые устройства: микросхемы цифрового типа – логические, комбинационные, последовательностные, методики синтеза цифровых устройств,
   
4. микропроцессорные устройства: архитектура, принцип действия однокристальных микропроцессоров, программирование,
   
5. информационно-измерительная техника: виды, средства и методы измерений, принципов обработки результатов измерений.
   

2. Уровень требований
   

В соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта инженер должен:

иметь представление об областях применения полупроводниковых электронных приборов, усилителей;

знать и уметь использовать элементную базу электронных приборов и устройств при проектировании устройств автоматики, методы и средства измерений;

иметь навыки использования средств информационно-измерительной техники, составления схем измерения и проведения экспериментов в электротехнических установках.

3. Вопросы зачета
   

Двоичная система счисления. Виды цифровых сигналов. Понятие логической функции, переменной, лог.0 и лог.1. Логические функции одного и двух аргументов. Цоколевка ИМС, правила отсчета выводов, маркировка ИМС. Базис логического уравнения, его преобразование, примеры. Правила записи ДФ и КФ по заданной таблице истинности лог. функции, примеры. Законы и тождества алгебры логики. Минимизация логический функций, метод карт Карно. Шифраторы, назначение, маркировки ИМС, синтез лог. схем. Дешифраторы, назначение, маркировки ИМС, синтез лог. схем. Мультиплексоры, назначение, маркировки ИМС. Демультиплексоры, Сумматоры, назначение, классификация, маркировки ИМС. Триггеры, назначение, классификация, маркировки ИМС. Понятие активного и пассивного уровней для триггерных схем. RS-триггеры с прямыми входами, виды, таблицы состояний, логические схемы. RS-триггеры с инверсными входами, виды, таблицы состояний, логические схемы. D –триггер, таблица состояний, логическая схема. Т-триггер, таблица состояний, логическая схема. Универсальный JK-триггер, таблица состояний, логическая схема. Регистры, назначение, классификация, маркировки ИМС. Параллельный регистр, лог. схема, принцип работы, примеры ИМС. Последовательный регистр, лог. схема, принцип работы, временные диаграммы, примеры ИМС. Цифровые счетчики, назначение, классификация, маркировки ИМС. Схема четырехразрядного асинхронного двоичного суммирующего счетчика, принцип работы, временные диаграммы, достоинства, недостатки. Схема четырехразрядного синхронного двоичного суммирующего счетчика, принцип работы, достоинства, недостатки. Микросхемы двоичных и двоично-десятичных реверсивных счетчиков-регистров, УГО, принцип работы, маркировки, временные диаграммы. Полупроводниковые запоминающие устройства, классификация, общая характеристика, параметры, маркировки ИМС. ОЗУ, назначение, структурная схема, принцип записи, воспроизведения, хранения информации, маркировки ИМС. Принцип построения блоков памяти. ППЗУ, ПЗУМ, назначение, структура, принцип записи, воспроизведения, хранения информации, маркировки ИМС. Индикаторы, классификация, конструкции, принцип действия, маркировки. Статическая цифровая индикация, достоинства, недостатки. Динамическая цифровая индикация, достоинства, недостатки.

Задачи - по синтезу цифровых устройств, принципу действия цифровых ИМС.

Пример 1. Определить состояние на выходах двоично-десятичного реверсивного счетчика-регистра при поступлении на вход прямого счета 97 импульсов, если предустановка счетчика равна 1000.

Пример 2. Построить временные диаграммы, отражающие изменение состояний на выходах четырехразрядного последовательного регистра при загрузке числа 1101 со сдвигом вправо.

Пример 3. Определить функцию, выполняемую ИМС, пояснить принцип действия, назначение входов, выходов по предложенному УГО ИМС.

Пример 4. Синтезировать лог. схему на ИМС КР1533ЛА3, выполняющую лог. функцию, заданную таблицей состояний. Предварительно произвести минимизацию.

4. Вопросы экзамена
   

1. Электропроводность твердого вещества.
   
2. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения.
   
3. Электронно-дырочный переход в прямом смещении.
   
4. Электронно-дырочный переход в обратном смещении.
   
5. Диффузионная и барьерная емкости р-n перехода.
   
6. Полупроводниковый выпрямительный диод, ВАХ, основные технические параметры, маркировка.
   
7. Графический расчет рабочего режима выпрямительного диода.
   
8. Однополупериодная и мостовая диодные схемы выпрямителей
   
9. Варикап, назначение, принцип действия, характеристики, маркировка.
   
10. Стабилитрон, назначение, ВАХ, маркировка. Параметрический стабилизатор напряжения.
    
11. Тиристоры, назначение, классификация, ВАХ, маркировка.
    
12. Биполярный транзистор, назначение, устройство, физические процессы, характеристики, маркировка.
    
13. Способы включения БТ. Сравнительная оценка схем включения.
    
14. Построение нагрузочной линии. Влияние температуры на свойства БТ.
    
15. h-параметры, биполярного транзистора.
    
16. Усилительные свойства биполярного транзистора.
    
17. Частотные свойства биполярного транзистора.
    
18. Униполярный транзистор, назначение, устройство, принцип действия, ВАХ, маркировка.
    
19. Структурная схема электронного усилителя.
    
20. Основные технические показатели усилителей.
    
21. Характеристики усилителей. Оценка искажений.
    
22. Динамический диапазон. Шумы усилителей.
    
23. Обратная связь в усилителях и ее влияние на основные показатели.
    
24. Общие принципы построения схем и работа усилителей.
    
25. Усилители постоянного тока.
    
26. Схемотехника операционных усилителей.
    
27. Идеальный операционный усилитель.
    
28. Усилитель тока на ОУ, усилитель напряжения.
    
29. Инвертор напряжения на ОУ.
    
30. Суммирующий усилитель на ОУ.
    
31. Интегратор и дифференциатор на ОУ.
    
32. Дифференциальный (разностный) усилитель на ОУ.
    
33. Активные фильтры на ОУ.
    
34. Компаратор на ОУ.
    
35. Понятия логической функции, переменной, лог.0 и лог.1.
    
36. Элементарные логические функции одного и двух аргументов. Логические микросхемы, маркировки.
    
37. Построение таблицы истинности для сложных логических функций. Приведите пример.
    
38. Запись дизъюнктивной и конъюнктивной форм логического уравнения по заданной таблице истинности. Приведите пример.
    
39. Минимизация логических функций методом карт Карно.
    
40. Шифраторы, назначение, принцип действия, таблица состояний, синтез логической схемы, маркировка ИМС.
    
41. Дешифраторы назначение, принцип действия, таблица состояний, синтез логической схемы, маркировка ИМС.
    
42. Демультиплексоры, назначение, принцип действия, таблица состояний, маркировка ИМС.
    
43. Мультиплексоры, назначение, принцип действия, таблица состояний, маркировка ИМС.
    
44. Двоичные сумматоры, назначение, принцип алгебраического сложения двоичных чисел, классификация, принцип действия, маркировки ИМС.
    
45. Интегральные триггеры, назначение, классификация, логические схемы, таблицы состояний, маркировки ИМС.
    
46. Регистры, назначение, принцип действия, логические схемы, временные диаграммы, маркировка ИМС.
    
47. Цифровые счетчики, назначение, классификация, маркировка ИМС.
    
48. Построение схем асинхронных двоичных счетчиков, временные диаграммы, циклический коэффициент, достоинства, недостатки.
    
49. Построение схем синхронных двоичных счетчиков, достоинства, недостатки.
    
50. Принцип ограничения циклического коэффициента.
    
51. Микросхемы реверсивных двоичных и двоично-десятичных счетчиков-регистров.
    
52. Полупроводниковые запоминающие устройства, назначение, классификация, функциональные обозначения, маркировки ИМС.
    
53. ОЗУ, назначение, структурная схема, классификация, принцип действия, маркировки ИМС.
    
54. Принцип наращивания разрядности ячеек ОЗУ и их количества.
    
55. ПЗУМ, ППЗУ, назначение, функциональная схема, режимы работы, маркировки ИМС.
    
56. РПЗУ, назначение, классификация, маркировки ИМС.
    
57. Микропроцессорные устройства, системы, назначение, классификация. Структурная схема центрального процессорного элемента МП К580ИК80.
    
58. Стек, назначение, принципы построения и действия.
    
59. Форматы данных и команд, способы адресации.
    
60. Система команд МП К580, классификация команд, структура кода.
    
61. Основные определения метрологии: средство измерения, измерение, погрешность, точность. Основные метрологические характеристики средств измерений.
    
62. Оценка погрешностей однократного измерения и ряда измерений.
    
63. Представление результатов измерений: правила записи и округления измеренного значения и погрешностей, построения экспериментальных характеристик.
    
64. Аналоговые электромеханические измерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной систем, метрологические характеристики, достоинства, недостатки.
    
65. Аналоговые электромеханические измерительные приборы электростатической, ферродинамической, электродинамической систем, метрологические характеристики, достоинства, недостатки.
    
66. Выпрямительный и термоэлектрический преобразователи, метрологические характеристики, достоинства, недостатки.
    
67. Общие принципы построения цифровых измерительных приборов. дискретизация, квантование, кодирование.
    
68. Принципы АЦП.
    
69. Измерение постоянного и переменного токов, расширение пределов измерения.
    
70. Измерение постоянного напряжения, расширение пределов измерения.
    
71. Детекторы электронных вольтметров: линейные, квадратичные, амплитудные. Градуировка шкал вольтметров.
    
72. Влияние формы сигнала на показания вольтметров различных систем.
    
73. Структурные схемы электронных вольтметров высокой и малой чувствительности, достоинства, недостатки, классификация и маркировка ЭВ.
    
74. Селективные вольтметры.
    
75. Измерение мощности, маркировка ваттметров.
    
76. Конструкция, принцип действия, регулировки электронно-лучевой осциллографической трубки.
    
77. Принцип получения изображения, условие неподвижного изображения на экране осциллографа.
    
78. Структурная схема электронного осциллографа, принцип действия, регулировки на передней панели. Классификация, маркировки ЭО.
    
79. Калибровка, измерение параметров электрических сигналов ЭО.
    
80. Виды синхронизации и разверток ЭО. Влияние формы развертки на изображение.
    
81. Структурные схемы электронно-счетного частотомера в режимах измерения частоты и хронометра. Маркировка частотомера.
    
82. Осциллографические методы измерения НЧ.
    
83. Измерение фазового сдвига фазометрами, маркировки фазометров. Осциллографические методы измерения фазового сдвига.
    
84. Измерительные генераторы, назначение, классификация, маркировка генераторов.
    
85. Обобщенная структурная схема измерительного генератора. Схемы задающих генераторов.
    
86. Структурная схема измерительного генератора ВЧ, принцип действия, регулировки.
    
87. Электромеханические омметры, последовательная и параллельная схемы измерения.
    
88. Мостовые методы измерения параметров компонентов электрических цепей.
    
89. Цифровые измерители параметров компонентов электрических цепей.
    
90. Резонансные методы измерения параметров компонентов электрических цепей. Q-метр.
    

6. Вопросы проверки остаточных знаний
   

Почему полупроводниковый диод проводит ток преимущественно в одном направлении? Какие формы уравнения можно записать по заданной таблице истинности логической функции? Как производится преобразование тока в однополупериодном выпрямителе? В какой последовательности осуществляется синтез комбинационных схем ЦУ? Поясните принцип действия двухполуперионого выпрямителя. Какие ЦУ называются комбинационными и последовательностными? Поясните принцип действия стабилитрона. Поясните понятия активного и пассивного логических уровней. Какими емкостями обладает полупроводниковый диод? Укажите причины их возникновения. Поясните понятие циклического коэффициента цифрового счетчика и принцип его ограничения. Поясните форму типовой вольт-амперной характеристики полупроводникового диода. Приведите назначение, классификацию, свойства полупроводниковых ЗУ. Приведите условно-графические обозначения БТ прямой и обратной проводимостей. Поясните режимы работы БТ. Конструкция, принцип действия знакомоделирующих индикаторов. Приведите схемы включения БТ. Как определяется коэффициент усиления по току в приведенных схемах, и какая из них обладает наибольшим его значением? Классификация, конструкция, принцип действия знакосинтезирующих индикаторов. Как определяются h-параметры БТ в схеме с ОЭ? Статическая и динамическая схемы управления цифровой индикацией. Поясните влияние частоты на усилительные свойства БТ. Какими предельными частотными параметрами характеризуется БТ? Структурная схема центрального процессорного элемента КР580. Поясните систему обозначений полупроводниковых приборов (маркировок). Форматы данных и команд КР580. Способы адресации. Поясните принцип действия ПТ с управляющим p-n переходом. Чем отличается истинное значение измеряемой величины от действительного? Погрешности измерения - от точности? Поясните назначение, принцип действия, ВАХ триодного тиристора (динистора). Какими метрологическими характеристиками оцениваются свойства средств измерений? Поясните назначение, принцип действия, ВАХ триодного тиристора (тринистора). Конструкция, принцип действия, область применения магнито-измерительного механизма измерительного прибора. Приведите типовую структурную схему электронного усилителя, поясните ее состав, назначения узлов и требования, предъявляемые к ним. Конструкция, принцип действия, область применения электромагнитного измерительного механизма измерительного прибора. Поясните входные и выходные показатели электронного усилителя. Конструкция, принцип действия, область применения электростатического измерительного механизма измерительного прибора. Поясните источники частотных и фазовых искажений, возникающих при работе электронного усилителя. Структурные схемы электронных вольтметров, достоинства и недостатки. Как производится оценка нелинейных искажений, возникающих при работе электронного усилителя? Структурная схема цифрового вольтметра. Приведите классификацию обратных связей, используемых в схемах электронных усилителей. Измерение постоянного и переменного напряжений, влияние входного сопротивления вольтметра на погрешность измерения. Назовите способы введения и снятия ООС в электронном усилителе. Как они влияют на входное и выходное сопротивления усилителя? Влияние частоты измеряемого сигнала на погрешность измерения напряжения. Как влияет ООС на коэффициент усиления, динамический диапазон и нелинейные искажения усилителя? Измерение постоянного и переменного токов, влияние входного сопротивления амперметра на погрешность измерения. Приведите основные требования, предъявляемые к усилителям. Поясните режимы работы и сравнительную оценку режимов работы типов А, АВ, В, С, D. Время-импульсный АЦП, назначение, принцип действия, временные диаграммы. Приведите классификацию электронных операционных схем. Приведите структурную схему и принцип действия ваттметра с индукционным методом преобразования. Какие устройства можно реализовать на основе операционных схем? Конструкция, принцип действия электронно-лучевой осциллографической трубки. Приведите назначение и основные свойства идеального операционного усилителя. Структурная схема электронного осциллографа. Почему при работе цифровых устройств используется двоичная система счисления? Перечислите системы счисления, используемые в ЦТ. Принцип получения изображения на экране осциллографа. Как осуществляется преобразование чисел из одной системы счисления в другую? Структурная схема, принцип действия цифрового частотомера. Приведите элементарные логические функции одного и двух аргументов. Структурная схема, принцип действия цифрового измерителя интервалов времени. Приведите основные законы и тождества алгебры логики. Назначение, классификация измерительных генераторов, система обозначений Что понимается под базисом логического уравнения, схемы? С какой целью и как производится преобразование базиса? Методы измерения фазы.

Примеры задач.

Пример 1. Запишите результат косвенного измерения сопротивления, если измерены: напряжение U =27 В, вольтметром с классом точности К_V = 0,5; сила тока I = 500 мА амперметром с классом точности К_А = 0,1.

Пример 2. Построить изображение осциллограммы при наблюдении синусоидального сигнала с частотой f = 1 кГц при двух видах развертки, приведенных на рисунке.




Пример 3. Составить программу, используя машинные коды и язык Ассемблер для решения следующего фрагмента задачи: число Е6₍₁₆₎ загрузить в регистр В. Вычесть содержимое регистра из числа 78₍₁₆₎, декрементировать и переслать в ячейку памяти ОЗУ, адрес которой хранится в паре регистров D, E.

Пример 4. В транзисторе КТ315А, включенном по схеме с ОЭ, ток базы изменился на 0,1 мА. Определить изменение тока эмиттера, если коэффициент передачи тока базы h_{21 Б} = 0,975.


7. Рекомендуемая литература


Основная

1. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М. Душина. – 6-е изд., перераб. И доп. – Л.: Энергоатомиздат., 1987.
   
2. Ушаков В.Н. Электротехника и электроника: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1997.
   
3. Сборник задач по электротехнике и основам электроники: Учеб пособие для вузов / В.Г. Герасимов, Х.Э. Зайдель, В.В. Коген-Далин и др.; Под ред. В.Г. Герасимова. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Высш. Шк., 1987.
   
4. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учеб. Пособие для вузов по спец. Электрон. Техники / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, В.А. Терехов и др. – М.: Высш. Шк., 1987.
   
5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – Челябинск: Металлургия, 1988.
   

Дополнительная

6. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения: Учебник для техникумов. – М.: Радио и связь, 1995.
   
7. Калабеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. – М.: Радио и связь, 1987.
   
8. Бирюков С.А. Применение интегральных микросхем серий ТТЛ. – М.: Радио, 1992.
   
9. Справочная книга радиолюбителя-конструктора / А.А. Бокуняев, Н.М. Борисов, Р.Г. Варламов и др.; Под ред. Н.И. Чистякова. – М.: Радио и связь, 1990.