Руководство по изучению Дисциплины

Вид материала

Руководство

Содержание Фамилия, имя, отчество Место работы, должность Место дисциплины в процессе подготовки специалиста Формы проведения занятий Формы контроля Сфера профессионального использования Список специальностей (специализаций), для которых предназначен курс 3. Для изучения данной дисциплины студент должен знать 4. Перечень основных тем 4.1.2. Аналоговые компараторы напряжений 4.1.3. Аналоговые перемножители напряжений 4.1.4. Коммутаторы аналоговых сигналов 4.2. Тема 2. Цифровые интегральные микросхемы 4.2.3. Счетчики импульсов и регисторы 4.2.4. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы 4.2.5. Мультиплексоры и демультиплексоры 4.2.6. Цифровые запоминающие устройства 4.3.1. Аналого-цифровые преобразователи 4.3.2. Цифро-аналоговые преобразователи 4.3.3. Устройства выборки и хранения аналоговых сигналов ... Полное содержание

Подобный материал:

• Руководство по изучению дисциплины «история отечественной литературы серебряный век», 208.14kb.
• Руководство по изучению дисциплины «Старославянский язык», 426.91kb.
• Руководство по изучению дисциплины «Локальные сети эвм», 1457.25kb.
• Руководство по изучению дисциплины «Системы искусственного интеллекта», 705.89kb.
• Примерный тематический план список литературы, рекомендуемый к изучению дисциплины, 547kb.
• Руководство по изучению дисциплины «Электротехника и электроника» / Шахтинский институт, 1780.18kb.
• Руководство по изучению дисциплины «физическая культура», 729.61kb.
• Пособие по изучению дисциплины Москва, 378.19kb.
• Приложение б памятка по изучению дисциплины, 85.06kb.
• Курс № п/п Наименование дисциплины Автор Наличие методических указаний по изучению, 171.2kb.

К
Федеральное агентство по образованию


Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета

(Новочеркасского политехнического института)


АФЕДРА МАТЕМАТИКИ, ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ


Меньшенин С.Е.


Руководство по изучению

Дисциплины

«Микроэлектроника и схемотехника»


Шахты 2006

Меньшенин С.Е. Руководство по изучению дисциплины «Микроэлектроника и схемотехника» / Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). - Шахты, 2006. - 106 с.


Рассмотрено и обсуждено на заседании кафедры математики, информационных систем и технологий

«_____»______________ 2006 г. Протокол № ______


Зав. кафедрой А.М. Безуглов


© Меньшенин С.Е. 2006г.

© Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), 2006 г.

Содержание

1. Основные сведения об авторах 4
   
2. Место дисциплины в процессе подготовки специалиста 4
   
3. Для изучения данной дисциплины студент должен знать 7
   
4. Перечень основных тем изучаемой дисциплины 7
   

4.1. Тема 1. Аналоговые интегральные микросхемы 7

4.2. Тема 2. Цифровые интегральные микросхемы 12

4.3. Тема 3. Аналого-цифровые функциональные устройства

и источники электропитания электронных устройств 15

5. Список литературы ..23
   
6. Глоссарий ..24
   
7. Средства обеспечения освоения дисциплины ..100
   
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины ..100
   
9. Перечень лабораторных работ ..101
   
10. Рейтинг-план…………………………………………………………...103
    

1. Основные сведения об авторах

^ Фамилия, имя, отчество	Меньшенин Сергей Евгеньевич
Ученая степень, ученое звание	Кандидат технических наук
^ Место работы, должность	Кафедра МИСТ, доцент
Рабочий телефон	(8636) 22-15-74
E-mail
Страница на сайте ШИ (ф) ЮРГТУ(НПИ)

2. ^ Место дисциплины в процессе подготовки специалиста
   

Аннотация:

Дисциплина «Микроэлектроника и схемотехника» имеет лекционную составляющую и курс лабораторных работ. Развитие электроники характеризуется постоянным увеличением сложности электронных устройств. В настоящее время принято считать, что сложность электронной аппаратуры каждые пять лет возрастает примерно в десять раз. Различные отрасли технической электроники базируются на единой основе - использовании электронных приборов. Они объединены общностью принципов действия и характеристик основных электронных функциональных устройств (усилителей, генераторов, выпрямителей, логических элементов и т. д.). Эти устройства являются составными частями сложных электронных систем, например в области компьютерных технологий.

Электроника – отрасль науки и техники изучающая:

• физические явления в электровакуумных и полупроводниковых приборах;
  
• электрические характеристики и параметры электровакуумных и полупроводниковых приборов;
  
• свойства устройств и систем, основанных на применении электровакуумных и полупроводниковых приборов.
  

Первое из этих направлений составляет физические основы электроники, второе и третье – техническую электронику.

В наше время современная электроника стоит на этапе комплексной микроминиатюризации, развитии функциональной электроники и оптоэлектроники.

Курс «Микроэлектроника и схемотехника» является логическим продолжением дисциплины «Электротехника и электроника» физических основ электроники и состоит в изучении: функциональных схем электронных устройств, микросхемотехники, цифровых и импульсных устройств.

В часы, отведенные на лабораторные работы, решаются практические задачи с использованием компьютеров. Комплекс лабораторных проводится при помощи программы моделирования электронных схем «Electronics Workbench 4.0», которая максимально приближена к реальному эксперименту.

^ Формы проведения занятий: лекции (34 часа), лабораторные работы (34 часа для специальности 230201 «Информационные системы и технологии» и 17 часов для специальности 080801 «Прикладная информатика (в экономике)).

^ Формы контроля: рубежный контроль, зачет.

Ведущий преподаватель: С.Е. Меньшенин, к.т.н., доцент кафедры МИСТ

Цель: Настоящая ценность специалиста в области компьютерной техники возрастает, когда, кроме знаний техники, он владеет языками программирования и имеет хорошую математическую подготовку. Однако знание в области искусственного интеллекта поднимает этих специалистов на наиболее высокий уровень интеллектуального программиста-математика.

Целью преподавания дисциплины является обучение студентов основам интеллектуализации информационных систем различного назначения с раскрытием проблемной области искусственного интеллекта, моделями представления данных и знаний, классификацией интеллектуальных систем.

Задачи: Освоение методов устранения неопределенности при представлении знаний, их обобщении и классификации; рассмотрение вопросов интеллектуализации процедур прикладного характера в предметной области – поиск, управление и контроль (восприятие информации и модель обучения).

В результате изучения дисциплины студент должен:

- знать основы интеллектуализации и информационных систем различного назначения с раскрытием проблемной области искусственного интеллекта, моделями представления данных и знаний, классификацией интеллектуальных систем;

- знать сущность методов устранения неопределенности при представлении знаний, их обобщении и классификации;

- уметь разбираться в задачах компьютерной логики и лингвистики;

- уметь разбираться в вопросах интеллектуализации процедур прикладного характера в предметной области – поиск, управление и контроль;

- иметь представление о методологических аспектах построения экспертных систем и связанных с ними структурных и технологических задачах;

- иметь представление о диалоговых системах.

^ Сфера профессионального использования:

Курс «Микроэлектроника и схемотехника» служит базой для следующих дисциплин:

- для специальности 230201 «Информационные системы и технологии»: Локальные сети ЭВМ (7 семестр), Теория информационных процессов и систем (7 семестр), Интеллектуальные информационные системы (8 семестр);

- для специальности 080801 «Прикладная информатика (в экономике): Теория экономических информационных систем (8 семестр), Системы искусственного интеллекта (8 семестр).

^ Список специальностей (специализаций), для которых предназначен курс:

Курс предназначен для студентов 4-го курса, обучающихся по специальностям 230201 «Информационные системы и технологии» и 080801 «Прикладная информатика (в экономике)


^ 3. Для изучения данной дисциплины студент должен знать следующие разделы (определения, понятия, законы):

• из математики: системы обыкновенных дифференциальных уравнений, производная и дифференциал, определенный интеграл;
  
• из физики: электротехника и электроника, электрический ток в вакууме, газах, физика твердого тела и полупроводники, системы единиц и универсальные постоянные, полупроводниковые приборы, компоненты электронных схем, схемы электронных преобразователей.
  

^ 4. Перечень основных тем

4.1. Тема 1. Аналоговые интегральные микросхемы

4.1.1. Введение. Операционные усилители

Введение содержит характеристику дисциплины и ее связь с другими дисциплинами учебного плана; ее роль в области развития науки, техники и технологии. Этапы развития электроники. Комплексная микроминиатюризации, оптоэлектроника. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития схемотехники. Устройство и принцип действия. Динамические свойства и характеристики операционных усилителей. Основные характеристики операционных усилителей. Классификация и применение операционных усилителей. Инвертирующие и неинвертирующие усилители.

^ 4.1.2. Аналоговые компараторы напряжений

Устройство и принцип действия. Характеристики аналоговых компараторов. Классификация компараторов. Применение аналоговых компараторов напряжения. Основные параметры быстродействующих компараторов.

^ 4.1.3. Аналоговые перемножители напряжений

Устройство и принцип действия. Классификация и типы перемножителей. Основные параметры микросхем перемножителей напряжения. Основные параметры микросхем балансовых модуляторов. Применение перемножителей.

^ 4.1.4. Коммутаторы аналоговых сигналов

Устройство аналоговых ключей и коммутаторов сигналов. Диодные ключи. Ключи на биполярных транзисторах. Ключи на полевых транзисторах. Многоканальные коммутаторы или мультиплексоры.

Изучив данную тему, студент должен:

иметь представление:

• о принципе действия и устройстве операционных усилителей, аналоговых компараторов напряжений, аналоговых перемножителях напряжений, коммутаторов аналоговых сигналов;
  
• о схемах замещения операционных усилителей и структурных схемах компаратора напряжения;
  

знать:

• основные характеристики операционных усилителей, аналоговых компараторов, коммутаторов аналоговых сигналов и их классификацию;
  
• причины возникновения автоколебаний;
  
• требования к характеристикам операционных усилителей, аналоговых компараторов, коммутаторов аналоговых сигналов;
  
• способы построения аналоговых перемножителей напряжения;
  
• классификацию и типы перемножителей напряжения;
  

уметь:

• подбирать параметры элементов по заданным условиям работы;
  

владеть навыком:

• сборки электрических схем.
  

При изучении темы необходимо:

• читать пособия [1 – 20] (часть предлагаемого материала и литературы представлена в электронном виде);
  
• акцентировать внимание на следующих понятиях:
  

Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:

1. Что называют операционным усилителем?
   
2. Каково основное назначение операционного усилителя?
   
3. Что входит в состав обратных связей операционного усилителя?
   
4. Какие требования предъявляются к характеристикам операционного усилителя?
   
5. Каков частотный диапазон усиливаемых операционным усилителем сигналов?
   
6. На какой из входов операционного усилителя можно подавать входные сигналы?
   
7. Что понимается под инвертирующим входом операционного усилителя?
   
8. Что понимается под неинвертирующим входом операционного усилителя?
   
9. Что получится если один из двух входов операционного усилителя соединить с его общим выводом?
   
10. Что понимается под аналоговым компаратором напряжений?
    
11. Перечислите основные особенности аналоговых компараторов напряжений?
    
12. В чем состоит существенное отличие аналоговых компараторов напряжений от операционного усилителя?
    
13. Что представляют собой специализированные ком­параторы напряжений в сравнении с обычными ком­параторы напряжений? Для чего их применяют?
    
14. Для чего используется положительная обратная связь в ком­параторах напряжений?
    
15. Какие недостатки использования положительной обратной связи в ком­параторах напряжений Вам известны?
    
16. Что понимается под термином «гисте­резис»? Чем вызвано появление гисте­резиса в ком­параторах напряжений?
    
17. От чего зависит быстродействие компаратора?
    
18. Чем вызвано применение диодов Шотки в схеме двухстороннего ограничителя компаратора?
    
19. Что и по каким причинам произойдет при увеличении входного напряжения свыше поро­гового значения у компараторов?
    
20. Какие недостатки компараторов на операционных усилителях Вам известны?
    
21. Что представляет собой аналоговый перемножитель напряжений?
    
22. Что представляет собой четырехквадрантный перемножитель напряжений?
    
23. Что понимается под масштабирующим напряжением перемножителя напряжений?
    
24. Какова основная особенность операции перемножения у аналоговых перемножителей напряжений?
    
25. Что представляют собой двухквадрантный и одноквадрантный перемножители напряжений?
    
26. От чего зависти выходное напряжение в аналоговых перемножителей напряжений?
    
27. Что применяется для получения высокой точности перемножения сигналов в микросхемах перемножителей?
    
28. Перечислите и охарактеризуйте способы построения аналоговых перемножителей напряжения.
    
29. Можно ли подстроить значение масштаби­рующего коэффициента во всем диапазоне?
    
30. Как оценивается погрешность нелинейности аналоговых перемножителей напряжения? Как уменьшить эту погрешность?
    
31. От чего зависит погрешность, связанная с прямым прохождением сигнала в аналоговых перемножителях напряжения?
    
32. Приведите классификацию аналоговых перемножителей напряжения?
    
33. Что такое балансный модулятор?
    
34. Перечислите варианты применения перемножителей.
    
35. Что представляют собой коммутаторы аналоговых сигналов?
    
36. Что понимается под термином «коммутация сигна­лов»?
    
37. Устройство коммутатора аналоговых сигналов.
    
38. Каково основное назначение ключей аналоговых сигналов?
    
39. Могут ли ключи аналоговых сигналов исказить сигнал в процессе его передачи?
    
40. Каково назначение адресного дешифратора команд?
    
41. От чего зависит длительность временных задержек при передаче сигналов в коммутаторах аналоговых сигналов?
    
42. Зачем в состав коммутаторов включают различные согласующие или нормирующие усилители?
    
43. От чего зависят способы подключения источни­ка сигнала в коммутаторах аналоговых сигналов к нагрузке?
    
44. Что представляют собой ключи аналоговых сигналов?
    
45. Что представляют собой диодные ключи аналоговых сигналов? Каково их основное применение?
    
46. Что представляют собой ключи на биполярных транзисторах? Каково их основное применение?
    
47. Что представляют собой ключи аналоговых сигналов на полевых транзисторах? Каково их основное применение?
    
48. Что оказывает существенное влияние на быстродействие ключей на полевых транзисторах?
    
49. Что представляют собой многоканальные коммутаторы или мультиплексоры? Каково их основное применение?
    

^ 4.2. Тема 2. Цифровые интегральные микросхемы

4.2.1. Цифровые логические элементы

Классификация и основные параметры. Серийные логические интегральные микросхемы. Серии и основные параметры логических интегральных микросхем, выполненных по транзисторно-транзисторной логике.

4.2.2. Триггеры

Основные сведения. Виды триггеров. Их классификация и определения. Принципы построения триггеров. Интегральные микросхемы триггеров. Параметры интегральные микросхемы триггеров.

^ 4.2.3. Счетчики импульсов и регисторы

Основные определения и виды счетчиков. Классификация счетчиков по структуре: последовательные (каскадные), параллельные и параллельно-последовательные. Асинхронные счетчики. Синхронные счетчики. Регистры сдвига. Кольцевые счетчики. Счетчики Джонсона. Двоично-десятичные или декадные счетчики. Интегральные микросхемы счетчиков. Интегральные микросхемы регистров.

^ 4.2.4. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы

Преобразователи кодов. Шифраторы. Дешифраторы. Их классификация и определения. Интегральные микросхемы преобразователей кодов, шифраторов и дешифраторов.

^ 4.2.5. Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексоры. Демультиплексоры. Их классификация и определения. Обобщенная схема мультиплексора. Применение мультиплексоров. Интегральные микросхемы мультиплексоров. Мультиплексоры- демультиплексоры.

^ 4.2.6. Цифровые запоминающие устройства

Основные понятия и виды запоминающих устройств. Основные характеристики запоминающих устройств. Классификация цифровых запоминающих устройств. Классификационные признаки запоминающих устройств. Классификация цифровых запоминающих устройств по их функциональному назначению. Динамические запоминающие устройства. Статические запоминающие устройства. Ассоциативные запоминающие устройства. Основные электрические параметры запоминающих устройств. Статические и динамические параметры запоминающих устройств. Статические и динамические оперативные запоминающие устройства. Постоянные запоминающие устройства. Репрограммируемые постоянные запоминающие устройства. Интегральные микросхемы запоминающих устройств.

Изучив данную тему, студент должен:

иметь представление:

• о принципах действия цифровых интегральных микросхем;
  

знать:

• основные понятия, характеристики и классификации цифровых логических элементов, триггеров, счетчиков импульса, регистров, преобразователей кодов, шифраторов и дешифраторов, мультиплексоров и демультиплексоров, цифровых запоминающих устройств;
  
• основные параметры логических элементов и интегральных микросхем;
  

уметь:

• производить обработку экспериментальных данных, выполнять необходимые графические зависимости.
  

При изучении темы необходимо:

• читать пособия [1 – 20] (часть предлагаемого материала и литературы представлена в электронном виде);
  
• акцентировать внимание на следующих понятиях:
  

Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:

1. Что понимается под цифровыми логическими элементами на интегральных микросхемах?
   
2. Дайте классификацию цифровым интегральным микросхемам.
   
3. Какие параметры являются основными для цифровых логических элементов?
   
4. Что понимается под таким параметром цифровых логических элементов как коэффициент разветвления по выходу?
   
5. От чего зависит мощность, потребляемая логической интегральной микросхемой?
   
6. Что представляют собой триггеры?
   
7. Какие виды триггеров Вам известны? Охарактеризуйте их.
   
8. В чем отличие триггеров от комбинационных логических схем?
   
9. Перечислите основные типы триггеров и охарактеризуйте их.
   
10. Что представляют собой счетчики импульсов и регистры?
    
11. Что понимается под модулем счета у счетчика?
    
12. Какие способы кодирования последовательности внутренних состояний счетчика Вам известны?
    
13. Какой счетчик называется суммирующим, а какой вычитающим?
    
14. Какой счетчик называется синхронным?
    
15. Что представляют собой программируемые счетчики?
    
16. Что используют для получения больших значений модуля пересчета?
    
17. Что представляет собой асинхронный суммирующий счетчик?
    
18. Что представляет собой синхронный суммирующий счетчик?
    
19. Что представляет собой триггерный регистр сдвига?
    
20. Перечислите и охарактеризуйте способы ввода информации в регистр сдвига?
    
21. На чем могут быть реализованы сдвиговые регистры?
    
22. Перечислите варианты применения регистров сдвига.
    
23. Каким показателем определяется направление сдвига?
    
24. Что представляют собой кольцевые счетчики? Перечислите их недостатки и варианты применения.
    
25. Что представляют собой счетчики Джонсона? Перечислите их недостатки и варианты применения.
    
26. Что представляют собой двоично-десятичные счетчики? Перечислите их недостатки и варианты применения.
    
27. Назначение цифровых запоминаю­щих устройств.
    
28. Каковы основные характеристики цифровых запоминающих устройств?
    
29. Приведите классификацию цифровых запоминаю­щих устройств.
    
30. Что такое оперативные запоминающие устройства?
    
31. Что такое постоянные запоминающие устройства?
    
32. Что такое программируемые постоянные запоминающие устройства? Чем они отличаются от постоянных запоминающих устройств?
    
33. Что представляют собой репрограммируемые постоянные запоминающие устройства?
    
34. Что представляют собой репрограммируемые постоянные запоминающие устройства с ультрафиоле­товым стиранием и электрической записью информации?
    
35. Что представляют собой ассоциативные запоминающие устройства?
    
36. В чем отличие статических запоминающих устройств от динамических?
    
37. В чем отличие синхронных статических запоминающих устройств от асинхронных статических запоминающих устройств?
    
38. Приведите классификацию запоминающих устройств по способу обращения к массиву памяти. Дайте их сравнительную характеристику.