Республики Беларусь «24»
| Вид материала | Пояснительная записка |
- В перечень банков Республики Беларусь, имеющих право обязываться по векселю, утверждаемый, 419.3kb.
- Республики Беларусь 15 августа 2006, 202.35kb.
- Одобрен Советом Республики 8 февраля 1999 года общая часть глава 1 общие положения, 799.65kb.
- Об утверждении Инструкции о порядке взаимодействия государственных органов, ответственных, 157.85kb.
- Республики Беларусь «Об органах внутренних дел Республики Беларусь», 9.85kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.32kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.74kb.
- Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2001 г. N 1592 "Вопросы Министерства, 1509.5kb.
- Постановление государственного комитета по авиации республики беларусь, 78.75kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 13.86kb.
V. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 39 02 03 «МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»
Составитель:
В.В. Баранов –профессор кафедры электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук.
Рецензенты:
Кафедра микроэлектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 7 от 15 мая 2000 г.);
^ В.А. Чекан -- начальник лаборатории Белорусского республиканского объединения порошковой металлургии, кандидат технических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 20 от 12 июня 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы.
^
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Элементная база средств медицинской электроники» разработана для студентов специальности «Медицинская электроника». Она предусматривает изучение теоретических и практических основ выбора элементной базы для конкурентоспособных средств медицинской электроники. Целью изучения дисциплины является овладение научным подходом к выбору и использованию элементной базы в средствах медицинской электроники (СМЭ) в соответствии с требованиями к электрическим параметрам и условиям эксплуатации, требованиям экономичности производства и материалоёмкости конструкций СМЭ. Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 68 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 51 час, лабораторных работ - 17 часов.
^ Предмет ДИСЦИПЛИНЫ, его основные задачи,
связь с другими дисциплинами
Предмет дисциплины – элементная база средств медицинской электроники, включающая электрорадиоэлементы (ЭРЭ) и устройства функциональной электроники (УФЭ).
Цель изучения дисциплины – ознакомление с принципами работы и конструктивно-технологическими особенностями элементной базы СМЭ, освоение методов расчета и моделирования наиболее широко применяемых разновидностей элементной базы.
В результате изучения дисциплины студент должен
знать:
- принципы действия и физические эффекты, используемые в элементной базе СМЭ;
- особенности конструкции и технологии важнейших представителей элементной базы СМЭ;
- основы проектирования и производства элементной базы СМЭ;
уметь:
- анализировать работу различных разновидностей элементной базы СМЭ;
- обоснованно выбирать элементную базу для СМЭ различного класса;
- разрабатывать конструкторскую документацию элементной базы СМЭ;
- проектировать технологические процессы изготовления элементной базы СМЭ.
Изучение дисциплины основано на использовании знаний, полученных студентами по следующим дисциплинам:
- «Электронные приборы» – устройство и физические принципы функционирования приборов твердотельной электроники;
- «Электротехника» – линейные и нелинейные электрические цепи, теория сигналов, электрические фильтры;
- «Конструкционные и электротехнические материалы СМЭ» – свойства основных конструкционных, полупроводниковых, проводниковых, диэлектрических и магнитных материалов.
В свою очередь, данная дисциплина является базовой для ряда тематически связанных дисциплин учебного плана, изучаемых в последующих семестрах.
^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
Понятие и классификация элементной базы СМЭ; особенности интегральных микросхем (ИМС), дискретных электрорадиоэлементов, устройств функциональной электроники, сенсоров и актюаторов. Примеры функциональных преобразователей. Функциональная, конструктивная и технологическая интеграция элементов СМЭ. Преимущества изделий интегральной электроники (ИМС и УФЭ).
- ^ СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СМЭ
1.1. Эволюция элементной базы СМЭ. Основные
направления функциональной электроники
Поколения СМЭ и эволюция элементной базы. Оценка показателей качества СМЭ различных поколений. Комплексная микроминиатюризация СМЭ, роль компоновки элементов и межэлементных соединений. Оптимальное использование ИМС, УФЭ и дискретных электрорадиоэлементов. Основные тенденции развития интегральной электроники. Общая характеристика основных направлений функциональной электроники (ФЭ), примеры устройств.
^ 1.2. Особенности проектирования ЭРЭ и УФЭ
с учётом требований САПР
Моделирование СМЭ и её элементной базы - неотъемлемый атрибут компьютерного проектирования с применением САПР. Модель ЭРЭ и УФЭ как композиция рабочего элемента, элементов защиты от внешних воздействий, деталей крепления и соединения. Основные и паразитные параметры, их физическое обоснование, связь с конструкцией и технологией. Примеры моделей: Эбберса-Молла биполярных транзисторов, твёрдотельных МОП- структур и структур с биполярно-полевым эффектом, аналоговых ИМС, элементов с распределёнными параметрами.
^ 2. Конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, трансформаторы и LC-фильтры и линии задержки. Элементы
и особенности технологии поверхностного монтажа
2.1. Резисторы
Условия использования дискретных ЭРЭ в современных СМЭ. Резисторы, их классификация, модели (схемы замещения), параметры. Особенности конструкции постоянных резисторов. Маркировка. Резисторы со специальными свойствами: терморезисторы, низкоомные резисторы, варисторы, фоторезисторы и др. Переменные резисторы. Старение резисторов.
2.2. Конденсаторы
Классификация конденсаторов. Модели в различном интервале частот, параметры конденсаторов, их маркировка. Особенности конструкции, технологичность, масса, стоимость и др. технико-эксплуатационные показатели. Использование конденсаторов и резисторов в СМЭ.
^ 2.3. Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы
Катушки индуктивности. Обозначение, их основные параметры и характеристики. Основные элементы конструкции, их особенности в зависимости от рабочей частоты и внешних факторов. Виды и технология создания обмоток, применяемые провода. Паразитная (собственная) емкость катушек индуктивности. Экранирование катушек. Сердечники катушек индуктивности. Вариометры. Печатные катушки индуктивности. Дроссели: особенности конструкции и применение. Трансформаторы преобразователей напряжения, импульсные трансформаторы: особенности конструкции и применяемых материалов. Роль тепловых режимов; факторы, влияющие на надежность трансформаторов. Особенности расчета трансформаторов.
^ 2.4. Пассивные LC-фильтры и активные RC-фильтры
Устройство, принцип действия и основные параметры LC-фильтров. Особенности конструкции и технологии. Выбор элементной базы для многоконтурных фильтров: роль L- и C-элементов в обеспечении точности, стабильности, надежности, приемлемой стоимости. Сглаживающие фильтры. Перспективы использования бескорпусных ЭРЭ в LC-фильтрах. Активные RC-фильтры: классификация, схемы построения и основы проектирования.
^ 2.5. Элементы для поверхностного монтажа
Поверхностный монтаж как современная тенденция комплексной микроминиатюризации СМЭ. Базовые типоконструкции элементов для поверхностного монтажа. Безвыводные (чиповые) резисторы, конденсаторы. Выбор корпусов, материалов, формы выводов с учётом расположения элементов на печатной плате и применения методов групповой пайки. Технологические аспекты поверхностного монтажа. Особенности применения ГАП и используемого оборудования для сборки и испытания.
^ 3. Устройства акустоэлектроники
3.1. Основные теоретические представления о фильтрации
и задержке сигналов В устройстваХ
акустоэлектроники
Частотный коэффициент передачи и импульсная характеристика фильтров, их связь через преобразование Фурье. Интеграл свертки. Передаточные функции реактивных фильтров. Общая классификация фильтров. Принцип действия дискретного фильтра. Основные характеристики линий задержки.
^ 3.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И РАБОТЫ УСТРОЙСТВ
АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ
Физические основы акустоэлектроники. Типы акустических волн в твёрдом теле. Поверхностные акустические волны (ПАВ), их типы. Методы возбуждения ПАВ. Электродные преобразователи ПАВ: однофазные и двухфазные (встречно-штыревые). Упрощенные эквивалентные схемы преобразователей ПАВ. Согласование преобразователей с внешними цепями. Потери энергии в преобразователях ПАВ, однонаправленные преобразователи.
^ 3.3. Фильтры на ПАВ
Особенности конструкции фильтров на ПАВ. Модели ВШП преобразователя, применяемые при анализе и расчете фильтров на ПАВ. Импульсная характеристика (ИХ) и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) эквидистантного ВШП. ИХ и АЧХ полосового фильтра на ПАВ. Аподизация ВШП и расчёт полосового фильтра. Функции и методы аподизации преобразователей в фильтрах на ПАВ. Параметры и применение фильтров на ПАВ.
^ 3.4. Линии задержки на ПАВ
Классификация линий задержки на ПАВ. Особенности и основные характеристики. Импульсная характеристика ПАВ линии задержки (ЛЗ). Элементы расчета ПАВ ЛЗ. Конструктивные варианты ЛЗ с однократной задержкой и многоотводных ЛЗ. Регулировка времени задержки. Дисперсионные ЛЗ, принцип действия, применение, конструктивные варианты.
^ 3.5. Резонаторы на ПАВ и другие элементы акустоэлектроники
Резонаторы на ПАВ: устройство, характеристики ПАВ-резонаторов (погрешность центральной частоты, потери и др.), применение в СМЭ. Функциональные (пьезоэлектрические) трансформаторы (на объёмных волнах и ПАВ), акустические разветвители, фазовращатели на ПАВ. Усиление ПАВ.
^ 3.6. Выбор материалов и особенности технологии
устройств на ПАВ
Материалы, применяемые для изготовления звукопроводов устройств на ПАВ, и их основные характеристики. Основы технологии изготовления моно- и поликристаллических звукопроводов. Маршрутная технология фильтров на ПАВ на основе ЦТС керамики. Особенности создания электродных структур на поверхности звукопровода. Требования к корпусам устройств на ПАВ, основы технологии сборки.
4. Коммутационные устройства и соединители
^ 4.1. ТЕОРИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ РАЗЪЕМНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Место и роль соединителей и устройств коммутации в СМЭ. Основы теории электрических разъёмных контактов: поверхности контактных тел, переходное сопротивление (Rстяг, Rтун, Rдоп). Физические механизмы переноса носителей заряда в разъёмных контактах. Нестабильность переходного сопротивления (статистическая и динамическая). Методика оценки переходного сопротивления для плоского и точечного контакта. Особенности эксплуатации контактов. Электрическая эрозия при размыкании и замыкании контактов. Схемы искрогашения. Механическая эрозия. Общий износ контактов при эксплуатации.
- ^ Основные типы конструкций
контактно-коммутационных устройств
Базовые типоконструкции контактно-коммутационных устройств, включающие неразъёмные, разъёмные, скользящие и разрывные контакты. Реле, герконы и другие электромеханические коммутационные элементы. Классификация и особенности конструктивного исполнения реле. Стандартизация типовых коммутационных устройств и соединителей. Применяемые материалы, процессы нанесения покрытий. Технологичность.
^ 5. Устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС)
5.1. Принципы построения и действия ПЗС
Принципы функционирования, основные характеристики и параметры ПЗС. Классификация ПЗС. Построение ПЗС. Методы ввода и детектирования заряда. Конструктивные варианты линеек ПЗС: однонаправленные, ПЗС с объемным каналом и др. Технологические особенности изготовления ПЗС.
^ 5.2. Структуры с зарядовой связью
Линии задержки на ПЗС. Дискретные фильтры на ПЗС: структура, методы взвешивания отсчётов, характеристики. ПЗС корреляторы. Сравнение основных параметров устройств обработки сигналов на ПЗС и на ПАВ. Принципы работы и основные параметры линейных и матричных формирователей видеосигнала на ПЗС. Построение ПЗС ЗУ, принципы их проектирования и основные параметры.
^ 6. Элементы устройств памяти и логики
6.1. Классификация и основные свойства устройств
памяти, применяемых в СМЭ
Роль устройств памяти в СМЭ в связи с растущим использованием микропроцессоров. Используемые физические принципы. Классификация элементов памяти по функциональному назначению, в зависимости от метода доступа, особенностей записи, хранения и считывания. Основные характеристики устройств памяти: объем памяти, быстродействие, энергопотребление, стоимость, габариты, масса, и др. Элементы памяти на магнитных носителях – на ферритовых сердечниках, магнитных пленках. Основные методы создания магнитных пленок с необходимыми свойствами и контроля их параметров. Конструктивно-технологические пути повышения надежности и эффективности производства. Устойчивость элементов памяти различных типов к внешним воздействиям.
^ 6.2. Элементы памяти на цилиндрических магнитных доменах
Образование и физическая сущность элементов памяти на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). Методы возбуждения, продвижения и считывания ЦМД в устройствах памяти. Характеристики доменно-продвигающих структур. Конструктивно-технологические особенности и характеристики устройств памяти на ЦМД. Стабильность и надежность.
^ 6.3. Элементы полупроводниковых ЗУ и логических устройств
Принцип работы элементов памяти на биполярных транзисторах. Разновидности ячеек памяти – ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И2Л. Характеристики и области применения. Оперативная память на МОП-транзисторах: функциональные особенности и разновидности ячеек – статические n-канальные МОП, КМОП и динамические. Характеристики и области применения. Параметры логических элементов в составе микропроцессоров. Постоянные ЗУ масочного типа и на твёрдотельных МДП-структурах – МНОП, МОП ПЗ, с пленками аморфных полупроводников. Обозначения интегральных устройств памяти и логических элементов.
^ 7. Элементы устройств оптоэлектроники и устройств отображения информации
- Основы оптоэлектроники и волоконно-оптической связи
Основные направления оптоэлектроники. Элементы оптоэлектронных систем. Линзовая и волоконная оптика. Световоды: устройство и основные разновидности. Характеристики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Применяемые материалы и их влияние на основные характеристики световодов. Технология изготовления и сочленения волоконных световодов. Волоконно-оптические кабели.
^ 7.2. Элементы оптоэлектронных систем обработки информации: излучатели и фотоприемники
Излучатели оптоэлектронных систем (ОЭС): требования, основные параметры. Материалы и основные типоконструкции светоизлучающих диодов (СИД). Принцип действия, основные характеристики фотоприемных элементов ОЭС. Разновидности фотоприемников: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Оптопары и оптроны. Оптоэлектронные функциональные элементы, интегральные схемы. Принципы работы и особенности применения оптических дисковых систем в качестве запоминающих устройств.
^ 7.3. Элементы устройств отображения информации:
основные разновидности и характеристики
Классификация устройств отображения информации, в частности, индикаторов; их характеристики и параметры. Конструктивно-технологические разновидности и основные характеристики индикаторов: на лампах накаливания, полупроводниковые, газоразрядные, катодолюминесцентные, электролюминесцентные индикаторы. Физические основы функционирования жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), используемые физические эффекты. Технические и эксплуатационные свойства. Основные типоконструкции ЖКИ: буквенно-цифровые, аналоговые, мозаичные, ЗУ на основе ЖК. Конструкция и технология ЖКИ с динамическим рассеянием и на твист-эффекте. Технические и эксплуатационные свойства.
^ 8. Криотроны, хемотроны и другие УФЭ
- Криотроны и другие устройства на основе сверхпроводимости
Сверхпроводники. Квантование магнитного потока. Джозефсоновские переходы. Криотроны и приборы на основе эффекта Джозефсона. Сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор. Примеры схем. Применение новых материалов для устройств криогенной техники, высокотемпературная сверхпроводимость.
^ 8.2. Хемотроны и другие функциональные элементы
Хемотроны, особенности конструкции и применение. Приборы на основе аморфных полупроводников, на эффекте Ганна и др. Биоэлектроника. Перспективы развития элементной базы СМЭ.