Унифицированная рабочая учебная программа по базовой дисциплине
| Вид материала | Рабочая учебная программа |
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Моделирование рынка ценных бумаг» ен., 282.34kb.
- Учебная программа для специальности 1-24 01 02 Правоведение Факультет юридический, 1491.42kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Организационная культура», 490.08kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Математическая логика», 134.62kb.
- Учебная программа для специальности: 1-25 01 07 Экономика и управление на предприятии, 615.59kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Современные проблемы науки и образования», 323.02kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине математическая логика, 72.41kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Аудирование английского языка» для специальности, 126.86kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Основы психолого-педагогической диагностики, 307.73kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины для студентов (Syllabus) Наименование дисциплины, 166.05kb.
1 2
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"МАТИ" - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К. Э. Циолковского
______________________________________________________________________
Кафедра "Электроника и информатика"
"УТВЕРЖДАЮ"
Проректор по учебной работе
________________ С.В. Сухов
" " __________ 20___ г.
УНИФИЦИРОВАННАЯ РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по базовой дисциплине
"Электротехника и электроника" (модуль 1) ООП ФГОС ВПО-3
укрупненной группы направлений подготовки (специальностей):
150000.62 Металлургия, машиностроение и материалообработка;
160000.62 Авиационная и ракетнокосмическая техника;
200000.62 Приборостроение и оптотехника;
210000.62 Электронная техника, радиотехника и связь;
230000.62 Информатика и вычислительная техника
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Цикл дисциплин: (ГСЭ, МиЕН или ОП): ^ ОП
Трудоемкость дисциплины (з.е.): 8
-
Вид учебной работы
Семестры (количество): 2
^ Трудоемкость дисциплины по семестрам (з.е.):
4
4
1 сем
2 сем
Час./неделю1
Час./неделю
Час./cем
Час./cем
^ Аудиторные занятия (АЗ) (всего),
в том числе:
4
4
64
64
Лекции (ЛК)
1,5
1,5
24
24
% лекционных часов от АЗ по дисциплине
38%
38%
Лабораторные работы (ЛР)
1,0
1,0
16
16
Практические занятия (ПЗ)
1,0
1,0
16
16
Контроль самостоятельной работы (тестирование, коллоквиум, контрольные работы) (КСР)
0,5
0,5
8
8
% интерактивных форм обучения от АЗ по дисциплине
25%
30%
^ Самостоятельная работа (СР):
в том числе:
Количество, ед.: 2 КР
Курсовая работа: (КР)
1,5
1,5
24
24
Подготовка к тестированию
0,5
0,5
8
8
Подготовка к защите лабораторной работы
0,25
0,25
4
4
Подготовка к практическому занятию
0,5
0,5
8
8
^ Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен):
Экз
Экз
36
36
Итого (час): 288 144 144
^ 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;
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, размещенных в сети Интернет;
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;
приобретение предметного опыта значимой для практики деятельности: от цели до получения полезного результата в процессе решения электротехнических задач;
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 при проведении вычислительных экспериментов на компьютере, а также владения методами оценки точности и применимости полученных результатов;
выработка умений применять математические методы моделирования и анализа электронных устройств с использованием программных сред типа Multisim, Labview, Маhtcad, Matlab и других;
создание у студентов достаточной 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
Профессиональный цикл. Базовая часть.
2.1. Перечень разделов дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения электротехники и электроники по укрупненной группе направлений подготовки:
150000.62 Металлургия, машиностроение и материалообработка;
160000.62 Авиационная и ракетнокосмическая техника;
200000.62 Приборостроение и оптотехника;
210000.62 Электронная техника, радиотехника и связь;
230000.62 Информатика и вычислительная техника:
Математика: разделы: “Векторный анализ”. "Теория функций комплексного переменного", "Дифференциальное и интегральное исчисление";
^ 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).
^ 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);
выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-19);
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);
^ 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);
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);
моделировать объекты и процессы, используя стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследования (ПК-19);
^ По направлению 230000 Информатика и вычислительная техника:
сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем (ПК-10);
овладения методологическими знаниями и умениями, позволяющими использовать присущие современной электротехнике и электронике методы научного познания, основанные на компьютерном моделировании и вычислительном эксперименте;
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.
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;
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"
| № п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Содержание раздела (часы лекций) | Трудоемкость, часы | ||
| ЛК | ПЗ | КСР | |||
| 1. | Электрические и магнитные цепи | ^ 1.1. Основные определения и методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока (3 час) (основные определения, элементы и топологические параметры цепей; законы Ома и Кирхгофа; анализ цепей с одним источником энергии; мощность, баланс мощностей; расчёт нелинейных цепей) ^ 1.2. Анализ и расчёт цепей переменного тока (6 час) (способы представления и параметры синусоидальных величин; анализ цепей с резистивными, индуктивными и ёмкостными элементами методом векторных диаграмм; фазовые соотношения между напряжениями и токами; активная, реактивная и полная мощность; коэффициент мощности; основы комплексного метода расчёта цепей; частотные свойства цепи, резонансные явления; понятие четырехполюсника; трехфазные цепи) ^ 1.3. Анализ и расчёт магнитных цепей (3 час) (основные законы и классификация цепей; анализ цепей постоянного магнитного потока с одной магнитодвижущей силой; свойства ферромагнетиков; магнитные цепи с переменными магнитными потоками) | 12 | 8 | 4 |
| 2. | Электромагнитные устройства, трансформаторы и электрические машины | ^ 2.1. Электромагнитные аппараты (демонстрация) (0,5 час) (принцип работы; параметры; контакторы, пускатели, выключатели; реле) 2.2. Трансформаторы (3,5 час) (назначение, классификация, принцип работы; однофазный трансформатор: коэффициент трансформации, трансформаторная ЭДС; опыты холостого хода и короткого замыкания; внешние характеристики; трехфазный трансформатор; автотрансформатор; измерительные трансформаторы напряжения и тока) ^ 2.3. Асинхронные двигатели (3 час) (назначение, классификация, принцип работы; статор и роторы; скольжение; частота вращения ротора; электромагнитный вращающий момент; механическая и рабочие характеристики; пусковой реостат и его назначение; регулирование частоты вращения двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами). ^ 2.4. Синхронные машины (2 час) (назначение, классификация, принцип работы; электрическая схема замещения синхронной машины; ЭДС трёхфазного генератора; внешняя и регулировочная характеристики генератора; синхронный двигатель, частота вращения ротора; вращающий момент и угловая характеристика; синхронный компенсатор реактивной мощности) ^ 2.5. Машины постоянного тока (3 час) (назначение, классификация, принцип работы; индуктор и якорь; схемы возбуждения и характеристики генераторов; двигатели постоянного тока (ДЛТ), их вращающие моменты, механические и рабочие характеристики; принципы регулирования частоты вращении ДПТ) | 12 | 8 | 4 |
| 3. | Основы аналоговой электроники | ^ 3.1. Элементная база электронных устройств (3 час) (свойства р-п перехода; полупроводниковые диоды; биполярный транзистор (схемы включения и h-параметры); типы полевых транзисторов; тиристор; режимы работы (усилительный, ключевой); интегральные микросхемы) ^ Тема 3.2. Источники вторичного электропитания (3 час) (схемы полупроводниковых выпрямителей (однофазные и трехфазные); сглаживающие фильтры. коэффициенты пульсации и сглаживания; стабилизаторы напряжения и тока; управляемый выпрямитель; внешние характеристики выпрямителей) ^ Тема 3.3. Усилители электрических сигналов (4 час) (классификация усилителей (постоянногшо и переменного тока); структурные схемы; обратные связи в усилителях; параметры и характеристики усилителей; схема на биполярном транзисторе с общим эмиттером; эмиттерный (истоковый) повторитель; дифференциальный усилитель; операционный усилитель) ^ Тема 3.4. Импульсные устройства (2 час) (структурные схемы импульсных устройств; режимы усиления мощности; транзисторный ключ; формирователи импульсов; ограничители уровня; компараторы; принципы построения автогенераторов; реализация LC- и RC-генераторов; демонстрация схем и выходных сигналов генераторов импульсов прямоугольной, треугольной и пилообразной форм) | 12 | 8 | 4 |
| 4 | ^ Основы цифровой электроники и оптоэлектронные приборы | Тема 4.1. Логические основы цифровых устройств (3 час) (основные логические операции и таблицы истинности; элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ; реализация сложных логических функций; минимизация логических функций; запись логических функций в универсальных базисах; интегральные схемы и базовые матричные кристаллы и ПЛИС) Тема 4.2. Цифровые комбинационные устройства (2 час) (шифратор и дешифратор; мультиплексор и демультиплексор; цифровой компаратор; полусумматор и сумматор; арифметико-логическое устройство) Тема 4.3. Цифровые последовательностные устройства (3 час) (обобщённая структурная схема последовательностного устройства; триггеры RS- T-, D- и JK-типа; двоичный счётчик; десятичный счётчик; универсальный регистр; схемы элементов памяти; запоминающие устройства) ^ Тема 4.4. Цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) (2 час) (дискретизация по времени, квантование по уровню и кодирование аналогового сигнала; классификация ЦАП и АЦП; резистивные матрицы: R-2R и с весовыми коэффициентами; разрядность и разрешающая способность ЦАП; схема АЦП последовательного счёта) ^ Тема 4.5. Оптоэлектронные приборы и индикаторные устройства (2 час) (светодиод и фотодиод: оптопары: фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор; сегментный диодный дисплей и линейные шкалы; столбиковый индикатор; логический пробник) | 12 | 8 | 4 |
^ 5. Лабораторный практикум
| № п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Наименование лабораторных работ | Трудоемкость (часы) |
| 1 | Электрические и магнитные цепи | 1. Электрические цепи переменного тока 2. Трёхфазные цепи | 8 |
| 2 | Электромагнитные устройства, трансформаторы и электрические машины | 3. Однофазный трансформатор. 4. Асинхронный двигатель или Двигатель постоянного тока . | 8 |
| 3 | Основы аналоговой электроники | 5. Преобразование сигналов на операционном усилителе (инвертирующий и неинвертирующий усилители, интегратор, огранчитель уровня). 6. Аналоговый компаратор и генератор на операционных усилителях. | 8 |
| 4 | Основы цифровой электроники и оптоэлектронные приборы | 7. Преобразователи кодов. 8. Триггеры или Цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователи. | 8 |
^ 6. Примерная тематика практических занятий, курсовых проектов (работ)
6.1. Примерная тематика практических занятий
Семестр 1 (16 час.)
1. Анализ электрического состояния электрических цепей постоянного тока. Делители напряжения, тока.
2. Анализ нелинейных цепей постоянного тока.
3. Анализ цепей синусоидального тока при последовательном соединении приемников.
4. Анализ цепей синусоидального тока символическим методом при параллельном соединении приемников.
5. Определение параметров пассивных четырехполюсников.
6. Анализ трёхфазных цепей при соединении приёмников звездой.
7. Анализ трёхфазных цепей при соединении приёмников треугольником.
8. Анализ неразветвленных магнитных цепей (прямая и обратная задача).
9. Определение параметров трансформатора по каталожным данным и построение внешней характеристики.
10. Определение параметров асинхронного двигателя по каталожным данным и построение его механической характеристики.
11. Определение параметров двигателя постоянного тока параллельного возбуждения по каталожным данным и построение механических характеристик.
Семестр 2 (16 час.)
1. Расчёт однофазного полупроводникового выпрямителя по заданным параметрам.
2. Расчёт схем транзисторных усилителей напряжения на операционных усилителях.
3. Расчёт генератора на основе операционного усилителя.
4. Расчёт аналоговых компараторов напряжения.
5. Синтез логических схем на основе базовых элементов.
6. Анализ интегральных преобразователей кодов (шифратора, дешифратора, мультиплексора, демультиплексора) на электронных моделях.
7. Разработка последовательностного устройства.
8. Анализ схем счётчиков (двоичного, десятичного, с произвольным коэффициентом пересчёта) с использованием электронных моделей.
9. Анализ интегрального универсального регистра на электронной модели.
10. Анализ работы АЦП и ЦАП на электронных моделях.
^ 6.2. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Семестр 1
Тема курсовой работы (24 час.):
"Анализ электрических цепей переменного тока в установившемся режиме"
Целью работы является закрепление у студентов навыков анализа и расчёта электрической цепи, представленной в виде пассивного несимметричного четырёхполюсника.
Содержание работы направлено на решение следующих принципиальных вопросов курса разделов 1 и 2 дисциплины Электротехника и электроника:
умение вести топологический анализ электрических цепей с целью выбора наиболее эффективных методов их расчёта;
закрепление навыков применения комплексного метода расчёта (метода узловых напряжений) электрических цепей в установившемся режиме;
умение использовать метод эквивалентного генератора для нахождения тока в отдельной ветви цепи;
активное применение удобной для инженерной практики теории четырёхполюсника при исследовании характеристик электронного устройства любой сложности, в частности, определять коэффициенты А-формы цепи, представленной в виде четырёхполюсника, и комплексного коэффициента передачи по напряжению Hu = U2/U1;
активное использование компьютера для моделирования варианта задания и проверки результатов пошагового его выполнения;
Методические указания к выполнению курсовой работы записаны на компакт-дисках, приобретенных в достаточном количестве библиотекой университета и выдаваемых на дом студентам по абонементу, содержат основные теоретические положения и расчётные формулы, варианты заданий и примеры их выполнения, рекомендации по оформлению отчётов. К курсовым работам прилагаются разработанные на кафедре "Электроника и информатика" в среде Borland C++ Builder или Adobe Flash и записанные на компакт-дисках программы моделирования и расчёта электрических цепей и устройств для поэтапного (само)контроля выполнения заданий.
Семестр 2
Тема курсовой работы:
^ Расчёт комбинационного и последовательностного устройств по заданному алгоритму (24 час.).
Её целью является закрепление умений расчёта комбинационных и последовательностных устройств и проверка результатов их работы с использованием стандартных программных систем моделирования и анализа электронных устройств.
^ 7. Образовательные технологии
7.1. Организация занятий по дисциплине "Электротехника и электроника" возможна как по обычной технологии по видам работ (лекции, практические занятия, лабораторный практикум, текущий контроль на четных неделях семестров) по диспетчерскому расписанию, так и по технологии группового модульного обучения при планировании проведения всех видов работ (аудиторных занятий и самостоятельной работы по дисциплине) в автоматизированной аудитории с проекционным оборудованием и компьютерами на 25 мест плюс 12-16 часов в лаборатории электротехники для проведения лабораторных работ на натурных стендах.
Для этого на кафедре "Электроника и информатика" разработаны и записаны на компакт-дисках программные учебно-методические комплексы (УМК) по электротехнике и электронике, в котором интегрированы электронные образовательные модули, базы данных, совокупность других дидактических средств и методических материалов, обеспечивающих сопровождение учебного процесса по всем видам занятий и работ по дисциплине (в том числе 80 flash-упражнений и 65 flash-заданий). В УМК совмещены форматы и идеология печатных и электронных учебных изданий и включены программные средства и ресурсы.
При изложении теоретического материала используются мультимедийные иллюстративные материалы, при проведении практических занятий – мультимедийные многовариантные упражнения, задания и тренажёры, функционирующие как в тренировочных, так в контрольных режимах, разработано 37 компьютерных лабораторных работ (20 работ по разделу "Электротехника" и 17 работ по разделу "Электроника"), с использованием программной среды NI Multisim 8 или 10 и разработанной на кафедре среды LabWorks с формированием электронных отчётов по работам и компьютерном тестированием перед защитой каждой работы. Студент выполняет моделирование схем электротехнических и электронных устройств в программной среде NI Multisum, проводит необходимые манипуляции на моделях в соответствии с индивидуальным заданием на выполнение каждой лабораторной работы (номер задания совпадает с номером записи фамилии студента в учебном журнале группы).
^ 7.2. Перечень интерактивныз занятий по дисциплине
Семестр 1 (20 час.)
| № п/п | Вид занятий (форма обучения) | Используемый инструментарий | Трудоём- кость (час) |
| 1 | Практическое занятие "Методы расчёта электрических цепейой постоянного тока" | Электротехнический калькулятор, 5 программ "Матричные методы расчёта цепей" [9.3.1] | 2 |
| 2 | Практическое занятие "Расчёт электрических цепей переменного тока и построение векторных диаграмм напряжений и токов" | Программы для построения временных диаграм напряжений и токов с фазовыми сдвигами в электрических цепях [9.3.1]. Тренажер для построения векторных диаграмм электрических цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединением элементов, функционирующий в тренировочном и контрольном режимах | 4 |
| 3 | Практическое занятие "Расчёт цепей трёхфазного тока" | Тренажер для построения векторных диаграмм напряжений и токов в трёхфазных цепях, в том числе при аварийных режимах | 2 |
| 4 | Практическое занятие "Расчёт магнитных цепей" | Программы расчёта нелинейных магнитных цепей графо-аналитическим методом и методом аналитической аппроксимации [9.3.1] | 2 |
| 5 | Практическое занятие "Анализ работы однофазного трансформатора" | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 2 |
| 6 | Лабораторная работа "Испытание асинхронного двигателя (АД)" | Программа для испытания АД с короткозамкнутым или с фазным ротором [9.3.1] | 4 |
| 7 | Лабораторная работа "Испытание двигателя постояного тока" | Программа для испытания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения [9.3.1] | 4 |
^ Семестр 2 (22 часа)
| № п/п | Вид занятий (форма обучения) | Используемый инструментарий | Трудоём- кость (час) |
| 1 | Практическое занятие "Расчёт однофазного выпрямителя по заданным параметрам" | Программа расчёта полупроводниковых выпрямителей | 2 |
| 2 | Практическое занятие "Синтез логических схем на основе базовых элементов" | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 2 |
| 3 | Практическое занятие "Анализ схем электронных счётчиков" | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 2 |
| 5 | Лабораторная работа "Преобразование сигналов с помощью операционного усилителя " | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 4 |
| 6 | Лабораторная работа "Аналоговый компаратор" | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 4 |
| 7 | Лабораторная работа "Преобразователи кодов" | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 4 |
| 8 | Лабораторная работа "Цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователи" | Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim | 4 |
8. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
8.1. Текущий контроль по разделам (темам) дисциплины будет проводиться во второй половине каждой чётной недели в виде компьютерного тестирования по 20-25 тестовым заданиям в тесте.
^ Семестр 1 (8 час.)
| № п/п | Наименование темы дисциплины | Дата проведения (неделя семестра) | Длительность сессии тестирования (час) |
| 1 | Анализ электрических цепейой постоянного тока | 2-я | 1 |
| 2 | Анализ электрических цепейой переменного тока | 4-я | 1 |
| 3 | Анализ цепей трёхфазного тока | . 6-я | 1 |
| 4 | Анализ магнитных цепей | . 8-я | 1 |
| 5 | Трансформаторы | 10-я | 1 |
| 6 | Асинхронные двигатели | 12-я | 1 |
| 7 | Машины постоянного тока | 14-я | 1 |
| 8 | Тестирование по модулю "Электротехника" | 16-я | 1 |
^ Семестр 2 (8 час.)
| № п/п | Наименование темы дисциплины | Дата проведения (неделя семестра) | Длительность сессии тестирования (час) |
| 1 | Элементная база электронных устройств | 2-я | 1 |
| 2 | Источники вторичного электропитания | 4-я | 1 |
| 3 | Усилители электрических сигналов | . 6-я | 1 |
| 4 | Автогенераторы | . 8-я | 1 |
| 5 | Логические элементы | 10-я | 1 |
| 6 | Цифровые комбинационные устройства | 12-я | 1 |
| 7 | Цифровые последовательностные устройства | 14-я | 1 |
| 8 | Тестирование по модулю "Электроника" | 16-я | 1 |
Примеры тестовых заданий
8.1.1. "Может ли (да/нет) использоваться на самолете в качестве нейтрального провода трехфазной цепи его металлическая обшивка (корпус)?" Эталон: да;
8.1.2. Укажите, какие из приведенных признаков:
а) минимальный ток, потребляемый контуром;
б) сдвиг фаз между напряжением и током на входе контура равен 90;
в) максимальный ток, потребляемый контуром,
г) минимальная проводимость контура,
д) отсутствие активных потерь в контуре,
е) минимальное сопротивление контура,
характеризуют:
1. Резонанс напряжений в электрической цепи;
2. Резонанс токов в электрической цепи".
Эталон: 1 в, е; 2 а, г.
8.1.3. Укажите, какой принцип из приведенных:
а) принцип наложения;
б) принцип эквивалентного генератора;
в) принцип компенсации;
г) принцип взаимности
полностью применим при расчете нелинейных электрических цепей?"
Эталон: в.
8.1.4. Параметры стабилитрона: Uст.ном = 30 В; Iст.min = 10 мА; Iст.max = 50 мА; Iст.ном = (Iст.max + Iст.min)/2 = (50 + 10)/2 = 30 мА. Укажите, чему равно динамическое сопротивление стабилитрона в окрестности рабочей точки (считая рабочий участок ВАХ стабилитрона линейным), если напряжение на стабилитроне на рабочем участке не должно изменяться более 0,1 %?
| 0,3 Ом | 0,5 Ом | 0,75 Ом | 1,0 Ом | 1,25 Ом |
^ 8.1.5. Укажите выходное напряжение uвых инвертирующего операционного усилителя (ОУ) при R1 = 10 кОм и Rос = 500 кОм, если входное дифференциальное напряжение uвх = 4 мВ.
+ 0,4 В + 0,2 В – 0,4 В – 0,2 В
8.1.6. Укажите число выводов у шифратора при четырёх информационных входах.
16 8 4 2 1 8.1.7. Укажите аналитическое выражение:
а)
б) 
в)
г) 
описывающее работу:
RS-триггера:
а) б) в) г)JK- триггера:
а) б) в) г)Т-триггера:
а) б) в) г) D-триггера:
а) б) в) г) 8.1.8. Укажите, в какой момент 5-разрядный двоичный счетчик возвращается в начальное состояние?
при поступлении на вход 16-го импульса; при подаче на вход 32-го импульса; при подаче на вход инверсного сигнала; при переполнении, наступающем при числе импульсов N = 25 – 1. 8.1.9. Укажите, можно ли свести к нулю погрешность квантования аналогового сигнала посредством выбора параметров устройства, например, за счёт увеличения разрядности АЦП?
да нет^ 8.2. Вопросы и типовые задачи, выносимые на экзамен, которые выдаются студентам на первом занятии семестра.
Семестр 1: по разделам 1 и 2 дисциплины
^ 8.2.1. Вопросы, выносимые на экзамен:
1. Пассивные элементы цепей и их характеристики.
2. Активные элементы цепей и их характеристики.
3. Расчет цепей постоянного тока методом преобразования схемы.
5. Методика расчета токов в сложной цепи постоянного тока одним из методом (методом законов Кирхгофа или методом узловых напряжений).
6. Основные величины, характеризующие синусоидальные функции, и способы их отображения.
7. Среднее и действующее значения синусоидальных функций.
8. Анализ процессов в RL-, RC-, RLC-цепи синусоидального тока.
9. Три вида мощности в цепях синусоидального тока.
10. Методика расчета тока и мощностей в последовательной RL-, RC-, RLC-цепи комплексным методом.
11. Расчет токов в цепи переменного тока при параллельном включении приемников.
12. Резонанс напряжений (РН) и его особенности.
13. Резонанс токов (РТ) и его особенности.
14. Четырехполюсники: определение, классификация, система уравнений в А-форме. Физический смысл и размерности А-коэффициентов.
15. Т- и П-образные схемы замещения четырехполюсников и их связь с А-коэффициентами.
16. Основные принципы и теоремы, лежащие в основе расчёта и работы электромагнитных устройств: (принцип непрерывности электрического тока и магнитного потока; закон полного тока; закон электромагнитной индукции; закон Ампера).
17. Расчет неоднородной неразветвленной магнитной цепи: а) прямая задача; б) обратная задача.
18. Назначение и классификация электрических аппаратов (электромагнитные реле, контакторы и пускатели, тепловое реле).
19. Назначение, устройство и принцип работы двухобмоточного трансформатора.
20. Анализ работы трансформатора (Тр) при ХХ и нагруженного Тр. Внешняя характеристика Тр.
21. Опыты ХХ и КЗ трансформатора.
22. Назначение, устройство и принцип действия асинхронного двигателя (АД).
23. Скольжение. Частота ЭДС статора и ротора. Схема замещения обмотки ротора и статора.
24. Вращающий момент АД. Зависимость момента от скольжения, т. е. М = f(S).
25. Механическая и рабочие характеристики АД. Пуск в ход АД. Реверсирование АД.
26. Назначение, устройство и принцип действия генератора постоянного тока (ГПТ). Способы возбуждения ГПТ. ЭДС якоря. Внешние характеристики ГПТ.
27. Назначение, устройство и принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ). Вращающий момент ДПТ.
28. Механическая и рабочие характеристики ДПТ. Способы регулирования частоты вращения ДПТ.
29. Назначение, устройство и принцип действия синхронного генератора (СГ). Способы возбуждения СГ. ЭДС якоря, реакция якоря.
30. Устройство, принцип действия и характеристики синхронного двигателя. Работа синхронного двигателя в качестве компенсатора реактивной мощности.
^ 8.2.2. Тематика типовых задач по разделам 1 и 2 дисциплины, выносимых на экзамен:
1. Расчет токов в сложной цепи с использованием правила делителя тока.
2. Расчет токов в двухконтурной цепи постоянного тока одним из указанных методов: методом преобразования, законов Кирхгофа, методом двух узлов.
3. Расчет токов в цепи переменного тока с последовательным или параллельным соединением двух-трех пассивных элементов (R, L и C) комплексным методом с построением векторной диаграммы токов и напряжений.
4. Расчет параметров колебательных контуров.
5. Расчет А-коэффициентов простейших четырехполюсников.
6. Расчет неразветвленной магнитной цепи при заданных геометрических размерах магнитопровода, его кривой намагничивания и магнитном потоке в зазоре.
Семестр 2: по разделам 3 и 4 дисциплины.
^ 8.2.3. Вопросы, выносимые на экзамен:
1. Основные этапы развития и главные области применения электроники. Основные типы электронных приборов.
2. Диоды и их свойства. Разновидности диодов.
3. Устройство, принцип действия, схемы включения и параметры биполярных транзисторов.
4. Полевые транзисторы: устройство, основные параметры и характеристики.
5. Устройство тиристора, его вольтамперная характеристика, область применения.
6. Типы интегральных микросхем. Семейства цифровых микросхем.
7. Структурная схема выпрямительного устройства напряжения. Однофазные одно- и двухполупериодные выпрямители напряжения: соответствующие средние значения выпрямленного напряжения и коэффициенты пульсации. Простейшие сглаживающие фильтры, коэффициент сглаживания. Внешние характеристики выпрямителей.
8. Назначение и классификация электронных усилителей. Основные параметры и характеристики усилителей.
9. Электронный усилитель на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером: назначение элементов, функционирование.
10. Эмиттерный (истоковый) повторитель. Дифференциальный усилитель.
11. Функциональная схема операционного усилителя (ОУ), условное обозначение; схемы инвертирующего и неинвертирующего ОУ, выходные характеристики. Функциональные узлы на ОУ.
12. Параметры импульсов и импульсных устройств. Транзисторный ключ.
13. Режимы усиления мощности в импульсных усилителях.
14. Условия функционирования электронных генераторов. LС- и RС-генераторы.
15. Генераторы импульсов треугольной, прямоугольной и пилообразной форм.
16. Способы выполнения операций в цифровых устройствах над кодовыми и бинарными словами.
17. Функции алгебры логики, в том числе стрелка Пирса и штрих Шеффера.
18. Представление логических функций математическими выражениями и переход от них к логическим схемам.
19. Понятия "комбинационное устройство" и "последовательностное устройство". Синтез цифровых автоматов.
20. Преобразователи кодов (шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры).
21. Аналоговые и цифровые компараторы.
22. Двоичные полусумматоры и сумматоры.
23. Принцип цифроаналогового преобразования с использованием устройств с резистивными матрицами. Погрешность преобразования. Напряжение на выходе преобразователя.
24. Физический процесс аналого-цифрового преобразования. Работа схемы АЦП последовательного счёта.
25. Асинхронный и синхронный RS-триггеры: таблицы переходов, аналитические выражения функционирования, временные диаграммы.
26. Т-, D- и JK-триггеры: таблицы переходов, аналитические выражения функционирования, временные диаграммы.
27. Бинарный счётчик с последовательным переносом.
28. Реверсивный синхронный бинарный и десятичный счётчики.
29. Работа параллельного регистра на RS-триггерах.
30. Схема сверхоперативной памяти на регистрах и её функционирование.
31. Элементы полупроводниковой памяти: на биполярных транзисторах с одномерной адресацией, на МОП-транзисторах с однокоординатной выборкой.
32. ПЗУ, состоящие: из диодной матрицы, из многоэмиттерных транзисторов.
33. Построение динамического элемента памяти на МОП-транзисторе с последовательно соединенным конденсатором.
^ 8.2.4. Тематика типовых задач по разделам 3 и 4 дисциплины, выносимых на экзамен:
1. Анализ выпрямителей и сглаживающих фильтров.
2. Анализ электронных схем, содержащих операционные усилители.
3. Составление таблиц истинности для логических схем.
4. Заполнение таблиц состояния цифровых схем, включающих дешифраторы и счётчики в соответствии с заданной последовательностью входных сигналов.
5. Заполнение таблиц состояния цифровых схем, включающих мультиплексоры, дешифраторы, счётчики и сумматоры в соответствии с заданной последовательностью входных сигналов.
^ 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) "Электротехника и электроника"
9.1. Основная литература
9.1.1. Беневоленский С. Б., Марченко А. Л. Основы электротехники. Учебное пособие для втузов. – М.: Физматлит, 2007, 568 с. (в библиотеке 200 экз).
9.1.2. Марченко А. Л. Основы электроники. Учебное пособие для вузов. М.: ДМК Пресс, 2009, 296 c. (в библиотеке 100 экз.).
9.1.3. Марченко А. Л., Освальд С. В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim 10 (+ CD). Учебное пособие для вузов. М.: ДМК Пресс, 2010, 446 c. (в библиотеке 100 экз.).
^ 9.2. Дополнительная литература
9.2.1. Немцов М. В. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. – М.: Изд. МЭИ, 2004, 460 с. (в библиотеке 100 экз.).
9.2.2. Электротехника и основы электроники. /Под ред. О. П. Глудкина и Б. П. Соколова. Учебник для вузов. – М. Высшая школа, 1993, 445 с. (в библиотеке 300 экз.).
9.2.3. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 2004, 768 с. (в библиотеке кафедры "Электроника и информатика" 30 экз.).
^ 9.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
9.3.1. Беневоленский С. Б., Марченко А. Л. Основы электротехники. – М.: Дискарт, компакт-диск, 2006, 600 Мб. (в библиотеке 100 экз.).
9.3.2. ссылка скрыта (Электротехника и промышленная электроника: конспекты лекций, МГТУ им. Н. Э. Баумана);
9.3.3. ссылка скрыта (Электронные учебные материалы по электротехнике, МАНиГ);
9.3.4. ссылка скрыта (Общая электротехника и электроника: электронный учебник, Мордовский государственный университет);
9.3.5. ссылка скрыта (Тесты и контрольные вопросы по электротехнике и электронике, ДВГТУ);
9.3.6. ссылка скрыта (Электрические машины: лекции и примеры решения задач);
9.3.7. ссылка скрыта (Электротехника и электроника: учебное пособие);
9.3.8. ссылка скрыта (тексты книг по электротехническим дисциплинам, в основном, в формате .pdf для бесплатного перекачивания);
9.3.9. ссылка скрыта (электронная электротехническая библиотека).
^
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) "Электротехника и электроника"
Кафедра "Электроника и информатика" имеет следующие лаборатории для проведения занятий по электротехнике и электронике:
10.1. (Ауд. 604А) Лаборатория электрических цепей (5 стендов типа ЭВ4-1) и электрических машин (5 стендов типа ЗВ4-2), предназначенных для выполнения лабораторных работ №№ 1…5 (см. п. 5).
10.2. (Ауд. 607А) Лаборатория электрических цепей и сигналов (8 стендов типа ЭЛУС) для выполнения лабораторных работ №№ 1, 3 (см. п. 5).
10.3. (Ауд. 624А) Лаборатория по электронике (2 стенда) для выполнения лабораторных работ №№ 5-8 (см. п. 5).
10.4. (Ауд. 608А) Дисплейный класс (10 компьютеров, объединенных в локальную сеть) для выполнения на моделях 37-ти лабораторных работ по электротехнике и электронике, в том числе всех запланированных лабораторных работ по дисциплине (см. п. 5) с использованием программных сред LabWorks и NI Multisim, и контрольного тестирования знаний.
^ 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
11.1. Рекомендации по проведению практических занятий
Практические занятия проводятся в автоматизированной аудитории с установленным проекционным оборудованием. Для этой цели разработаны на кафедре "Электроника и информатика" по всем разделам дисциплины интерактивные упражнения, в программном обеспечении которых предусмотрен пошаговый вывод на экран выполняемых действий (операций действия), возвращение как к началу упражнения, так и на предшествующие этапы его выполнения. После их изучения, выводятся на экран задания с активными полями (ячейками таблиц), куда вводятся ответы, которые программно проверяются и сравниваются с эталонами для оценки. При этом все студенты активно решают задачи, а затем один из них берёт ответственность за ввод ответов. В конце занятия проводится тестирование оценки уровня усвоенных знаний по изучаемой теме.
При выполнении расчётов рекомендуется использовать программный электротехнический калькулятор ElCalc, разработанный на кафедре программу для вычисления функций действительного и комплексного переменных, отображения результатов вычислений в виде таблиц и диаграмм; формирования и расчёта трёхфазных цепей при соединении приёмников звездой и треугольником; решения систем линейных уравнений 2-го, …, 6-го порядков как с вещественными, так и с комплексными коэффициентами.
По наиболее сложным темам и возникшим проблемам может быть проведены консультации на практическом занятии, с сообщениями студентов по этим темам и обсуждением. Например, по использованию комплексных чисел при расчёте электрических цепей переменного тока и построению векторных диаграмм, построению частотных характеристик параметров цепей и др.
^ 11.2. Рекомендации по проведению текущего контроля
Текущий контроль после каждых двух недель занятий рекомендуется проводить в виде компьютерного тестирования с использованием тестовых заданий первого и второго уровней и интерактивных многовариантных мультимедийных тренажеров, разработанных на кафедре, с балльной оценкой уровней учебных достижений студентов.
Рабочая учебная программа по дисциплине "Электротехника” составлена в соответствии с требованиями Федерального Государственных образовательных стандартов ВПО с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлениям:
150000.62 Металлургия, машиностроение и материалообработка;
160000.62 Авиационная и ракетнокосмическая техника;
200000.62 Приборостроение и оптотехника;
210000.62 Электронная техника, радиотехника и связь;
230000.62 Информатика и вычислительная техника
Авторы:
Зав. кафедрой "Электроника и информатика"
профессор, д.т.н. (Беневоленский С.Б.)
профессор, к.т.н. (Марченко А.Л.)
^ Рецензент: профессор, д.т.н. (Марсов В. И.)
Рабочая учебная программа рассмотрена на заседании Учебно-методического совета университета протокол № от “ “ ________ 20___ г. и признана соответствующей требованиям Федерального Государственного образовательного стандарта и учебного плана по направлениям:
150000.62 Металлургия, машиностроение и материалообработка;
160000.62 Авиационная и ракетнокосмическая техника;
200000.62 Приборостроение и оптотехника;
210000.62 Электронная техника, радиотехника и связь;
230000.62 Информатика и вычислительная техника
Председатель УМС Бабаевский П.Г.
Рабочая учебная программа рассмотрена методическими Советами факультетов №1, №2, №3, №4, №5, №6 и №14 и признана соответствующей требования Федерального Государственного образовательного стандарта и учебного плана по направлениям:
150000.62 Металлургия, машиностроение и материалообработка;
160000.62 Авиационная и ракетнокосмическая техника;
200000.62 Приборостроение и оптотехника;
210000.62 Электронная техника, радиотехника и связь;
230000.62 Информатика и вычислительная техника
Председатель методического Совета факультета № 1 ( )
Председатель методического Совета факультета № 2 ( )
^ Председатель методического Совета факультета №3 ( )
Председатель методического Совета факультета № 4 ( )
Председатель методического Совета факультета № 5 ( ) Председатель методического Совета факультета № 6 ( ) Председатель методического Совета факультета № 14 ( )
Декан факультета № 1 (Галкин В.И.)
^ Декан факультета № 2 (Попов В.Г.)
Декан факультета № 3 (Суминов И.В.)
Декан факультета № 4 (Ильин A.A.)
Декан факультета № 5 (Агамиров Л.В)
Декан факультета № 6 (Голов Р.С.)
Декан факультета № 14 ( )
Программа согласована с УМУ университета Козлов Н.А.
^ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"МАТИ" - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. Циолковского
_________________________________________________________________
Кафедра "Электроника и информтика"