Рабочая программа по дисциплине «Основы теории цепей» по направлению «Телекоммуникации»для специальности 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение». Учебные планы набора 2005 г и последующих лет
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа по дисциплине «Космические и наземные системы радиосвязи и сети телерадиовещания», 80.91kb.
- Рабочая программа по дисциплине Радиотехнические цепи и сигналы (ртциС) (по выбору), 248.04kb.
- Рабочая программа по дисциплине радиоприемные устройства для специальности 210405 радиосвязь,, 156.18kb.
- Рабочая программа по дисциплине «основы схемотехники» для специальности: 210405 (Радиосвязь,, 126.35kb.
- Университет Систем Управления и Радиоэлектроники утверждаю проректор по учебной работе, 132.7kb.
- Рабочая программа по дисциплине "Технико-экономический анализ деятельности предприятий", 356.09kb.
- Рабочая программа по дисциплине "Финансы и кредит" Для специальности 080801 Прикладная, 181.17kb.
- Рабочая программа по дисциплине: «Эконометрика» для специальности 080801 "Прикладная, 57.53kb.
- Программа курса "Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника" Введение Класс, 424.65kb.
- Основы теории цепей, 32.22kb.
Федеральное агентство по образованию РФ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
М.Т.Решетников
___________________2007 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Основы теории цепей» по направлению
«Телекоммуникации»для специальности
210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение».
Учебные планы набора 2005 г. и последующих лет
Факультет Радиотехнический
Профилирующая кафедра Телекоммуникаций и основ радиотехники
Обеспечивающая кафедра Телекоммуникаций и основ радиотехники
Курс 2, семестры 3 и 4 Формы отчетности
Рабочая программа рассчитана на 290 ч. Экзамен - 3 сем.,
Распределение учебного времени: Экзамен - 4 сем.
Лекции 79 ч. Курсовая работа - 4 сем.
Практические занятия 44 ч. .
Лабораторные занятия 35 ч.
Планируемое число часов на
самостоятельное изучение дисциплины 132 ч.
Всего
аудиторных занятий 158 ч.
самостоятельной работы 132 ч.
2007
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 210400 «Телекоммуникации» для специальности 210405 «Радиотехника, радиовещание и телевидение», утвержденного 17.03.2000 г. (рег. № 151 тех/дс).
Программа обсуждена на заседании кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники _______________ 2007 г., протокол № ______
Разработчик
доцент кафедры ТОР И.В. Мельникова
Зав .обеспечивающей и профилирующей
кафедрой ТОР, профессор, д.т.н. А.В. Пуговкин
Рабочая программа согласована с деканатом радиотехнического факультета ______________2007 г.
Декан РТФ,
профессор, к.ф.-м.н. Л.А. Боков
^ 1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПОЦЕССЕ
1.1 Цель и задачи дисциплины
Дисциплина ОТЦ является одной из основных общепрофессиональных дисциплин, на ней базируется подготовка дипломированного специалиста по специальности 210401 “Физика и техника оптической связи”.
В процессе изучения ОТЦ студенты получают базовую теоретическую подготовку, необходимую для дальнейшего изучения специальных дисциплин, раскрывающую теоретические основы и принципы работы и моделирования радиоэлектронных устройств различного назначения.
Основной задачей дисциплины является обучение студентов современным методам анализа и основам синтеза электрических цепей. В процессе изучения необходимо овладеть методами анализа линейных электрических цепей (ЛЭЦ) с сосредоточенными параметрами в установившемся и переходном режимах, ознакомиться с основами анализа линейных цепей с распределенными параметрами и резистивных нелинейных электрических цепей (НЭЦ), освоить основные методы синтеза ЛЭЦ с сосредоточенными параметрами.
^ 1.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
ЗНАТЬ:
- методы и средства теоретического и экспериментального исследования электричес-
ких цепей;
- основы теории нелинейных резистивных цепей;
- основные методы анализа электрических цепей в режиме гармонических колебаний;
- методы анализа электрических цепей при негармонических воздействиях;
- частотные характеристики и временные характеристики электрических цепей;
- основы теории четырехполюсников, в том числе с обратной связью;
- основы теории цепей с распределенными параметрами;
- основы теории электрических аналоговых и дискретных фильтров;
УМЕТЬ:
- рассчитывать и измерять параметры и характеристики линейных и нелинейных
электрических цепей;
- рассчитывать и анализировать электрические цепи в установившемся и неустановив-
шемся режимах на персональных ЭВМ;
^ ИМЕТЬ НАВЫКИ:
экспериментального исследования электрических цепей в рамках физического и математического моделирования.
1.3 Перечень разделов курсов «Высшая математика», «Физика» и «Электроника», необходимых для изучения дисциплины ОТЦ
Высшая математика:
1) смысл определенного интеграла, производной, графическое дифференцирование; навыки интегрирования и дифференцирования;
2) комплексные числа и выражения, работа с ними;
3) решение системы линейных алгебраических уравнения в матричной форме;
4) гиперболические функции;
5) понятие дифференциальных уравнения в полных и частных производных, классический способ решения линейных неоднородных уравнений n-го порядка;
6) операционное исчисление;
7) ряды Фурье;
8) понятие обобщенных функций (функция Хэвисайда и дельта-функция).
Физика: раздел «Электричество»
Электроника:
- модели ламп и транзисторов,
- статические характеристики электронных приборов.
^ 1.4 Обьем дисциплины и виды учебной работы
Дисциплина изучается в 3-м и 4- семестрах
| Вид учебной работы | Кол-во часов в 3-м семестре | Кол-во часов в 4-м семестре | Всего часов |
| Общая трудоемкость дисциплины | 146 | 144 | 290 |
| Лекции | 45 | 34 | 79 |
| Лабораторные занятия | 18 | 17 | 35 |
| Практические занятия | 27 | 17 | 44 |
| Самостоятельная работа | 56 | 76 | 132 |
| Вид итогового контроля | экзамен | экзамен курсовая работа | |
^ 1.5 Разделы дисциплины и виды занятий
| № п/п | Раздел дисциплины | Лекции (79 час.) | Лаборат занятия (35 час.) | Практ. занятия (44 час.) | | |
| 1 | Введение | 5 | 2 | 4 | ||
| 2 | Основные методы анализа линейных электрических цепей в установившемся режиме | 14 | 6 | 10 | | |
| 3 | Комплексные и операторные функции цепи | 7 | 4 | 6 | | |
| 4 | Резонансные цепи | 10 | 6 | 8 | | |
| 5 | Основы теории четырехполюсников | 7 | 2 | 4 | | |
| 6 | Электрические фильтры | 7 | 6 | 2 | | |
| 7 | Цепи с распределенными параметрами | 7 | 2 | 2 | | |
| 8 | Анализ электрических цепей в переходном режиме | 10 | 4 | 4 | | |
| 9 | Временные и частотные характеристики и их взаимосвязь | 2 | 2 | 2 | | |
| 10 | Условия физической реализуемости операторных функций, введение в синтез | 3 | | | | |
| 11 | Основные методы анализа нелинейных электрических цепей в установившемся режиме | 6 | | 2 | | |
| 12 | Заключение | 1 | | | | |
^ 2. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА (79 час.)
3-й семестр (45 час.) 4-й семестр (34 часа)
темы 2.1-2.4 темы 2.5-2.12
2.1 Введение (5 час.)
Определения, понятия, законы, постановка задачи.
Электрический ток, цепь, элементы (компоненты) цепи, параметры элементов; идеальные элементы: сопротивление, индуктивность, емкость, источник тока, источник э.д.с., зависимые источники; операционный усилитель; эквивалентные (рабочие) модели элементов цепи; деление элементов на линейные, нелинейные и параметрические, их свойства, обозначения, компонентные уравнения; схемы цепи: структурные, принципиальные, эквивалентные; топология схемы; основные соотношения в цепи: законы Ома, Кирхгофа, мощность и баланс мощностей (все для мгновенных значений); установившийся и неустановившийся режимы работы цепи; понятие двухполюсника, четырехполюсника, многополюсника; типовые входные воздействия в теории цепей; математическая модель цепи (ММЦ) в виде системы уравнений и в виде дифференциального уравнения цепи; зависимость методов решения ММЦ от типа цепи и режима; задачи дисциплины ОТЦ.
^ 2.2 Основные методы анализа линейных электрических цепей в установившемся режиме
Метод комплексных амплитуд (3 часа)
Эквивалентные преобразования участков цепи (4 ч.)
Методы анализа сложных цепей (5 ч.)
Основные теоремы теории цепей (2 ч.)
Обоснование выбора гармонического сигнала, параметры гармонического сигнала, постоянное воздействие – как частный случай гармонического; суть любых символических методов; суть метода комплексных амплитуд (МКА), алгебраизация ММЦ, законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме, мощность и баланс мощностей в комплексной форме; треугольники сопротивлений, проводимостей, мощностей; векторные диаграммы токов и напряжений.
Определение эквивалентных участков. Последовательное, параллельное, последовательно-параллельное соединения; эквивалентный пересчет генераторов тока и напряжения; перенос источников тока и э.д.с. в другие ветви; цепи со взаимоиндукцией, развязка индуктивносвязанных цепей;
Метод контурных токов и метод узловых потенциалов. Получение канонических ММЦ на основе соответствующих законов Кирхгофа; уменьшение числа искомых неизвестных; матричная форма записи ММЦ и ее решение. Машинный метод анализа цепей на базе метода узловых потенциалов.
Метод наложения (теорема о наложении решений).
Метод эквивалентного генератора. Теорема об эквивалентном генераторе. Определение тока в отдельной ветви цепи методом эквивалентного генератора.
Теорема взаимности (или обратимости), понятие входного и передаточного сопротивления и проводимости; теорема компенсации.
О расчете электрических цепей на постоянном токе, некоторые особенности расчета электрических цепей с емкостями.
- ^ Комплексные и операторные функции цепи
Понятие комплексной и операторной функций цепи (3 часа).
Частотные характеристики (2часа).
Частотные характеристики реактивных двухполюсников (2 часа).
Определение комплексной и операторной функций. Обобщенный сигнал А еpt и
его связь с реальным сигналом. Общий вид операторной функции на основе дифференциального уравнения цепи. Связь комплексной и операторной функций. Деление функций на входные и передаточные. Некоторые способы проверки соответствия операторной функции и модели цепи: техника определения порядка полиномов операторных функций (исключение емкостных контуров и индуктивных сечений), проверка на размерность слагаемых полиномов и самих функций, проверка соответствия значения операторных функций и поведения цепи на крайних частотах
( и ).
Определение АЧХ и ФЧХ на базе комплексной функции. Частотные характеристики (ЧХ) RC, RL и RLC-цепей. Особенности ЧХ цепей, модели которых содержат единственный реактивный элемент, несколько однотипных реактивных элементов, разнотипные реактивные элементы. Понятие фазового резонанса; методика определения резонансных частот и резонансных сопротивлений. Четность активной и нечетность реактивной составляющих сопротивления относительно частоты. Полюсно-нулевое представление функций цепи. Понятие нулей и полюсов функций. Определение ЧХ на основе полюсно-нулевого представления операторных функций. Понятие полосы пропускания цепи (ППЦ) , методика определения ППЦ.
Определение реактивного двухполюсника (РД), особенности АЧХ и ФЧХ РД, о возможности применения понятия фазового резонанса; диаграмма реактивных сопротивлений, основные правила их построения; техника определения порядка РД (сумма порядков независимых контуров и упрощенный вариант по числу независимых реактивностей). Применение диаграмм РД для качественного анализа ЧХ цепей с малыми потерями.
Применение ЭВМ для расчета комплексных входных и передаточных функций, частотных характеристик электрических цепей, автоматизация расчета.
- ^ Резонансные цепи
Одиночные колебательные контура (6 час.)
Система двух связанных контуров (4 часа)
О д и н о ч н ы е к о л е б а т е л ь н ы е к о н т у р ы
Явление резонанса и его значение в радиотехнике и электросвязи. Последовательный резонансный контур. Резонанс напряжения. Резонансная частота. Определение тока и напряжений на участке цепи при резонансе. Векторная диаграмма. Энергетические соотношения при резонансе. Колебание энергии в контуре. Входное сопротивление последовательного контура. Частотные характеристики: резонансная кривая (амплитудно-частотная характеристика) и фазо-частотная характеристика. Абсолютная и относительная расстройки. Добротность и затухание контура. Избирательность и полоса пропускания. Коэффициент передачи контура по напряжению.
Общие соотношения для параллельного контура любого вида, частный случай контуров высокой добротности. Простой параллельный колебательный контур, параллельные колебательные контуры с разделенными индуктивностями и разделенными емкостями. Резонанс токов. Резонансная частота. Резонансное сопротивление. Определение токов в ветвях. Векторная диаграмма. Добротность параллельного контура. Последовательная и параллельная схемы замещения параллельного контура. Мощность на резонансе и при расстройке. Частотные характеристики простых и сложных параллельных контуров. Влияние внешних цепей на частотные характеристики контуров.
С и с т е м а с в я з а н н ы х к о н т у р о в
Определение связанных контуров. Виды связи. Сопротивление связи. Коэффициент связи. Система уравнений для связанных контуров. Эквивалентная схема двух связанных контуров, взаимное сопротивление. Виды резонансов системы связанных контуров. Критическая связь. Оптимальная связь. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики двухконтурной связанной системы, если оба контура колебательные и если один контур колебательный, а другой апериодический. Полоса пропускания системы из двух контуров. Входное сопротивление двухконтурной связанной системы при последовательном и параллельном подключении источника к первичному контуру. Энергетические соотношения в системе связанных контуров. Условие получения максимальной мощности в нагрузке.
^ 2.5 Основы теории четырехполюсников (7 час.)
Определение и классификация четырехполюсников. Основные уравнения четы-
рехполюсников и эквивалентные схемы. Внутренние или собственные параметры обратимого и необратимого четырехполюсников. Уравнения симметричного и несимметричного четырехполюсников в гиперболических функциях. Характеристические параметры: характеристические сопротивления, мера (постоянная) передачи, собственное затухание и коэффициент фазы. Логарифмические единицы затухания. Рабочее затухание. Согласованная нагрузка. Согласованное каскадное соединение. Последовательное, параллельное и каскадное соединения и их матричные уравнения. Матрицы типовых четырехполюсников. Идеальный трансформатор. Мостовой четырехполюсник. Двойной Т-образный RC-мост.
Применение ЭВМ для расчета Y-параметров эквивалентных схем четырехполюсников.
Четырехполсники с обратной связью. Понятие положительной и отрицательной обратной связи.
Автоколебательные цепи: условие самовозбуждения и условие стационарных колебаний.
Формирование частотной характеристики за счет цепи обратной связи в активных RC-фильтрах.
- ^ Электрические фильтры (7 час.)
Назначение и классификация фильтров. Полосы прозрачности и задерживания.
Понятие дискретизации сигнала по времени и уровню. Цифровые фильтры.
Общий анализ фильтров без потерь. Фильтры типа «К». Фильтры нижних частот, верхних частот, полосовые и заграждающие. Преимущества и недостатки фильтров типа «К». Фильтры типа «М». Последовательно-производные и параллельно-производные полузвенья: вывод, общий анализ, примеры.
Безындуктивные фильтры. Пассивные и активные RC-фильтры. Использование обратной связи для коррекции частотных характеристик. Корректоры частотных характеристик.
Полиномиальные фильтры.
^ 2.7 Цепи с распределенными параметрами (7 час.)
Двухпроводная линия как пример цепи с распределенными параметрами. Первичные параметры однородной линии. Дифференциальные уравнения линии. Решение уравнений для установившегося гармонического воздействия. Волны в линии. Вторичные параметры: волновое сопротивление, коэффициенты распространения, затухания и фазы. Фазовая и групповая скорости и длина волны. Уравнения линии в гиперболических функциях. Входное сопротивление линии. Линия как четырехполюсник. Линия без потерь Линия с согласованной нагрузкой. Бегущие волны. Стоячие волны на линии при холостом ходе, коротком замыкании или реактивной нагрузке. Линия, нагруженная активным сопротивлением. Коэффициент отражения. Коэффициент бегущей и стоячей волны. Линия, нагруженная активно-реактивным сопротивлением.
Линия с потерями. Линия без искажений (условия Хевисайда). Входное сопротивление линии с потерями. Линия как согласующий трансформатор, как изолятор, как реактивное сопротивление, как контур, как фидер, как формирователь прямоугольных импульсов.
Понятие S-параметров четырехполюсника, включенного между длинными линиями.