Республики Беларусь «24»

Вид материалаПояснительная записка

Содержание


Примерный перечень лабораторных работ
Введение в специальность
Рекомендована к утверждению в качестве типовой
Пояснительная записка
Содержание дисциплины
Раздел 2. Принципы рациональной организации умственного труда в процессе учебы
Раздел 3. Научные исследования и организация НИРС
Раздел 4. Основные направления
Примерный перечень рефератов
ЛИТЕРАТУРА Основная
Аналоговая схемотехника средств
Кафедра микроэлектроники
Пояснительная записка
Содержание дисциплины
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Тема 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Тема 3. БАЗОВАЯ CХЕМОТЕХНИКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Тема 5. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
Тема 6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ
Тема 7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ УСИЛИТЕЛЕЙ
...
Полное содержание
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23
^

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ



1. Исследование характеристик линий задержки на основе LC-фильтров;

2. Исследование характеристик пьезоэлектрических трансформаторов;

3. Исследование фильтров и линий задержки на ПАВ;
  1. Исследование параметров контактных коммутационных устройств.



ЛИТЕРАТУРА



ОСНОВНАЯ

  1. Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.
  2. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. - М.: Высш. шк., 1987.
  3. Речицкий В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты. - М.: Радио и связь, 1987.
  4. Свитенко В.И. Электрорадиоэлементы. - М.: Высш. шк., 1987.



Дополнительная



1. Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовление. - М.: Мир, 1985.

2. Иванов Р.Д. Магнитные металлические плёнки в микроэлектронике. - М.: Сов. радио, 1980.

3. Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику. - М.: Высш. шк., 1991.

4. Быстров Ю.А., Литвак И.И., Персианов Г.М. Электронные приборы для отображения информации. - М.: Радио и связь, 1985.

5. Мэнгин И.Г., Макклелланд С. Технология поверхностного монтажа.

Будущее технологии сборки в электронике. - М.: Мир, 1990.

6. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. - Мн.: Выш. шк., 1989.
  1. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование / Под ред. Л.А. Коледова. - М.: Высш. шк., 1984.

8. Грязнов Н.М. Трансформаторы и дроссели в импульсных устройствах. - М.: Радио и связь, 1986.

9. Вдовин С.С. Проектирование импульсных трансформаторов. - Л.: Энергоатомиздат, 1991.


Утверждена


УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-036/тип.


^ ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-39 02 03 Медицинская электроника


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель:

А.Н. Осипов, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Кафедра информатики Учреждения образования «Минский государственный радиотехнический колледж» (протокол № 9 от 24 .04.2003 г.);

2-й неврологический отдел Государственного учреждения «Научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии» Министерства здравоохранения Республики Беларусь (протокол № 7 от 11.11.2002 г.)


^ Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 5 от 04.11.2002 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 18.11.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.


^

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



Типовая программа «Введение в специальность» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности І-39 02 03 Медицинская электроника высших учебных заведений. Она предусматривает ознакомление студентов с историей развития медицинской электроники, основными ее направлениями и современным уровнем развития, стандартом, учебным планом и квалификационной характеристикой специальности, профессиональными задачами, решаемыми инженером по специальности «Медицинская электроника», принципами рациональной организации умственной работы в процессе обучения, основами работы с литературой и нормативной технической документацией.

Рассматриваемая дисциплина является ознакомительной и вводной для таких дисциплин учебного плана, как «Элементная база средств медицинской электроники», «Электронная лечебная аппаратура», «Приборы и системы функциональной диагностики» и др.

В результате освоения дисциплины «Введение в специальность» студент должен:

уметь:

- пользоваться научно-технической, справочной, учебной и вспомогательной литературой, методикой рационального конспектирования и усвоения лекционного материала и другой учебной информации;

иметь представление:
  • о проектировании средств медицинской электроники;
  • об основных направления развития медицинской техники, искусственных источниках внешних лечебных воздействий;
  • о методах диагностирования человека;

знать:

- квалификационную характеристику инженера электронной техники и особенности учебного плана;

- содержание основных курсов специальности «Медицинская электроника».

Программа рассчитана на 35 учебных часов, в том числе 20 аудиторных часов занятий.

^

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ



Раздел 1. Подготовка специалистов с высшим образованием по специальности Медицинская электроника


История развития медицинской электроники. Роль медицинской электроники в современной медицине и электронике. Функции инженерных кадров в области здравоохранения. Задачи подготовки специалистов с высшим образованием и их решение в университете. Сущность и содержание многоступенчатой системы высшего образования. Квалификационная характеристика и учебный план специальности «Медицинская электроника». Особенности обучения по специальности. Краткий обзор читаемых курсов. Получаемая квалификация и назначение выпускаемых специалистов. Содержание профессиональной деятельности.


^ Раздел 2. Принципы рациональной организации умственного труда в процессе учебы


Виды умственного труда. Учеба и самоподготовка как виды умственного труда. Принципы рациональной организации умственного труда, обеспечивающие повышение его эффективности и работоспособности студентов. Приемы, применяемые при конспектировании лекций. Основы работы с литературой и технической документацией. Виды научно-технической и учебной литературы и их использование в учебном процессе. Принципы подбора и поиска литературы по библиотечным каталогам. Предметный и алфавитный каталоги. Децимальный номер. Цели работы с литературой. Знакомство с темой, конспектирование, поиск нужной информации, анализ, составление рефератов. Ведение учета литературы.


^ Раздел 3. Научные исследования и организация НИРС

в университете и на профилирующей кафедре


Цели и задачи научных исследований, проводимых в учебном процессе, и их связь с учебным процессом. Участие студентов в НИР. СНТО и его работа. Структура профилирующей кафедры. Тематика научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре.


^ Раздел 4. Основные направления

современной медицинской электроники


Классификация медицинской аппаратуры. Системы функциональной диагностики. Лечебная аппаратура. Приборы лабораторной диагностики, аппаратура для реабилитации больных и инвалидов. Направления применения компьютеров и современных электронных и информационных технологий в медицине. Основы проектирования и применения современных средств медицинской электроники. Этапы и особенности проектирования медицинской аппаратуры. Учет требований техники безопасности, эргономики, обеспечение надежности, простоты управления, технологичности. Нормативные документы по разработке медицинской аппаратуры. Элементная база и материалы для средств медицинской электроники. Классификация элементной базы, применяемой в медицинской аппаратуре. Сенсоры для медицинской измерительной аппаратуры и требования к ним. Материалы, применяемые для изготовления деталей и узлов медицинской аппаратуры и требования к ним.


^ Примерный перечень рефератов

  1. Электрокардиографическая аппаратура - принципы построения, история, современный уровень.
  2. Электромиографическая аппаратура: принципы построения, история, современный уровень.
  3. Ультразвуковая аппаратура: принципы построения и современный уровень.
  4. Рентгеновская аппаратура: принципы построения, история, современный уровень.
  5. Эндоскопическая техника: принципы построения, история, современный уровень.
  6. Обзор по электротерапевтической аппаратуре.
  7. Электроды для биомедицинских измерений.
  8. Фотоэлектрические датчики и их применение в медицинских диагностических приборах.



^

ЛИТЕРАТУРА




Основная


1. Государственный стандарт высшего образования специальности Т.07.03.00 «Медицинская электроника». Мн.,1999.

2. Попечителев Е.П., Кореневский Н.А. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника. – М.: Высш. шк., 2002.

3. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 376с.

4. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред. Р.И.Утямышева и М.Враны. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

5. Электрическая стимуляция мозга и нервов у человека / Н.П.Бехтерева, С.В.Медведев, А.Н.Шандурина и др. – Л.:Наука, 1990.

6. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура: Учеб. пособие - М.: Медицина, 1991.


Дополнительная

1. Цыбров Г.Е. Диагностическая электронная аппаратура: Учеб. пособие.- М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1988.- 44 с.

2. Кавецкий Р.Е. Применение радиоэлектронных приборов в биологии и медицине. – Киев: Наук. думка, 1986.

3. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высш. шк.,1996.


Утверждена


УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-037/тип.


^ АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА СРЕДСТВ

МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-39 02 03 Медицинская электроника


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель:

В.Т. Крушев, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Н.И. Шатило, заведующий кафедрой телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи», доцент, кандидат технических наук;

^ Кафедра микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 10 от 21.04.2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 11 от 24.03.2003 г.);

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 17 от 28.04.2003 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 14.05.2003 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.


^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Типовая программа «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности І-39 02 03 Медицинская электроника высших учебных заведений. Целью преподавания дисциплины является освоение будущими специалистами принципов работы электронных устройств аналоговой обработки сигналов и основ их схемотехнического проектирова­ния на современной элементной базе.

К основным задачам дисциплины относится изучение принципов построения и функционирования усилительных схем на различных электронных приборах, основ теории обратной связи и ее использования для формирования требуемых параметров и характеристик устройств аналоговой обработки сигналов, методов моделирования и анализа линейных радиоэлектронных схем в частотной и временной областях, а также основ интегральной аналоговой схемотехники.

Дисциплина «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники» является одним из первых специализированных курсов в подготовке инженеров специальности «Медицинская электроника» и находится на стыке дисциплин, обеспечивающих базовую теоретическую и инженерную подготовку специалиста. Фундаментальной основой для изучения дисциплины являются знания, полученные в курсах «Высшая математика», «Физика», «Электротехника», «Электронные приборы», «Метрология и измерения» и др.

В результате освоения дисциплины «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники» студент должен:

знать и понимать:
  • параметры и характеристики устройств аналоговой обработки гармонических и импульсных сигналов, методы их измерения;
  • принципы использования обратной связи для формирования требуемых параметров и характеристик устройств аналоговой обработки сиг­налов;
  • физику работы усилительных схем на различных электронных приборах;
  • критерии выбора и способы обеспечения заданных режимов работы схем в реальных эксплуатационных условиях;
  • принципы построения устройств обработки сигналов с использованием интегральных операционных усилителей;

уметь характеризовать:
  • современные направления проектирования и тенденции развития средств медицинской электроники с использованием принципов аналоговой обработки сигналов;

уметь анализировать:
  • процессы в аналоговых электронных схемах, их связь с конструкцией устройства и эксплуатационными условиями;

приобрести навыки:

  • инженерного проектирования и расчета аналоговых электронных устройств;
  • компьютерного моделирования и экспериментального исследования устройств различного функционального назначения с использованием современной вычислительной и измерительной техники.

Программа рассчитана на объем 102 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторных работ – 17 часов, практических занятий – 34 часа. Курсовое проектирование может быть предусмотрено с дополнительным объемом внеаудиторной работы в 45 часов.


^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


ВВЕДЕНИЕ

Цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами, методические указания по изучению. Области применения аналоговой схемотехники в медицинской электронике, клас­сификация аналоговых электронных устройств. Краткий исторический обзор и тенденции развития анало­говой электронной техники.


^ Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Входные и выходные данные устройства. Коэффициенты передачи по мощности, току и напряжению.

Амплитудно-частот­ная (АЧХ), фазочастотная (ФЧХ) и переходная (ПХ) характеристики, связь между ними. Формирование характеристик в частотной и временной областях элементарными звеньями. Логарифмические и линеаризованные формы представления АЧХ и ФЧХ.

Линейные и нелинейные искажения сигнала, нормирование искажений. Шумы и помехи в цепях аналоговых схем. Амплитудная характеристика и динамический диапазон устройства.

Стабильность параметров схем в эксплуатационных условиях.


^ Тема 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Виды обратных связей (ОС), способы организации. Показатели, характеризующие ОС.

Влияние ОС на коэффициент передачи и его стабильность, входное и выходное сопротивление устройства, его частотную, фазовую и переходную характеристики.

Динамический диапазон схемы с ОС. Устойчивость многокаскадных схем с обратной связью.


^ Тема 3. БАЗОВАЯ CХЕМОТЕХНИКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Критерии выбора элементной базы при проектировании усилителей. Режимы работы усилительных элементов. Энергетические показатели усилителя в различных режимах.

Способы включения биполярных транзисторов (БТ) по сигналу, основные свойства. Усилительные каскады по схе­мам с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК), основные параметры в области средних частот. Частотные свойства и динамический диапазон каскадов на БТ.

Цепи питания БТ в усилительных каскадах. Нестабилизированные цепи питания, причины нестабильности. Стабилизация режима с использованием обратной связи по постоянному току. Параметрическая стабилизация режима.

Усилительные каскады на полевых транзисторах (ПТ) по схемам с общим истоком (ОИ), общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС), основные параметры в области средних частот. Частотные свойства и динамический диапазон каскадов на ПТ.

Цепи питания ПТ в усилительных каскадах. Нестабилизированные цепи питания, причины нестабильности. Стабилизация режима ПТ в каскадах.

Источники тока и токовые зеркала на транзисторах.


^ Тема 5. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ

Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и эквивалентные схемы. Влияние разделительных и блокировочных конденсаторов на формирование частотных и переходных характеристик. Каскады с повышенным входным сопротивлением на биполярных и полевых транзисторах.


^ Тема 6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ

Особенности работы каскадов в режиме большого сигнала. Требования, предъявляемые к выходным каскадам. Виды выходных каскадов. Построение нагрузочных характеристик. Однотактные бестрансформаторные и трансформаторные выходные каскады. Двухтактные выходные каскады.


^ Тема 7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ УСИЛИТЕЛЕЙ

Усилители постоянного тока (УПТ). Принципы построения, обеспечение минимального дрейфа характеристик.

Дифференциальные усилители (ДУ) на биполярных и полевых тран­зисторах. Принцип действия, параметры в режиме малого сигнала.

Широкополосные и импульсные усилители с коррекцией частотных и переходных характеристик. Методы коррекции характеристик.


^ Тема 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Операционные усилители (ОУ). Основные параметры, типовые структуры и каскады современных ОУ. Принципы анализа схем на ОУ. Инвертирующее, неинвертирующее и дифференциальное включение ОУ.

Линейные преобразователи сигналов на ОУ. Масштабное преобразование, суммирование и вычитание сигналов. Дифференциаторы и интеграторы сигналов. Активные фильтры на ОУ.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тенденции и перспективы развития схемотехники аналоговых электронных устройств. Программное обеспечение САПР аналоговых схем.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ


Кроме основной задачи - закрепления теоретических знаний лекционного курса, ПЗ должны быть направлены на помощь в выполнении курсовой работы, если планом предусматривается ее выполнение параллельно с лекционным курсом. При общем объеме 34 часа тематика ПЗ распределяется следующим образом:
  • Основные параметры и характеристики АЭУ - 4 часа.
  • Применение обратной связи в АЭУ - 4 часа.
  • Цепи питания биполярных и полевых транзисторов - 4 часа.
  • Каскады предварительного усиления - 8 часов.
  • Регулировка и коррекция в усилителях - 2часа.
  • Выходные каскады - 2 часа.
  • Широкополосные и дифференциальные усилители - 4 часа.
  • Устройства аналоговой обработки сигналов на ОУ - 4 часа.
  • Моделирование и анализ аналоговых схем на ПЭВМ - 4 часа.



^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


Цикл лабораторных работ по курсу может включать в себя следующие работы:
  • Методы измерения основных характеристик и параметров АЭУ.
  • Исследование широкополосного каскада на биполярном транзисторе.
  • Исследование дифференциального усилителя.
  • Исследование многокаскадного усилителя с цепями обратной связи.

Перед выполнением лабораторной работы предполагается самостоятельная двухчасовая работа студентов, связанная с изучением ре­комендуемых пособий и выполнением расчетного задания. Для опреде­ления готовности студента к выполнению лабораторной работы прово­дится 5-10- минутное собеседование преподавателя с каждой бригадой или индивидуальный опрос. Результаты выполнения лабораторной рабо­ты студентами оформляются в виде индивидуальных отчетов, защита которых проводится, как правило, на следующем занятии.

При первом посещении лаборатории по данному курсу студенты инструктируются по правилам охраны труда и техники безопасности.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ


Цель работы - получение практических навыков в схемотехническом проектировании аналоговых электронных устройств. Наиболее показательной в учебном плане является разработка усилителей сигналов звуковых частот для аппаратуры различного вида и категории сложности. Однако тематика проектирования может быть расширена в любую область применения аналоговых схем: биометрические, широкополосные и импульсные усилители, УПТ и ОУ специального назначения, устройства обработки и преобразования анало­говых сигналов и т.д.

Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать следующие разделы:
  1. введение;
  2. предварительный расчет и обоснование структурной схемы;
  3. покаскадный электрический расчет принципиальной схемы;
  4. анализ характеристик схемы с использованием ЭВМ;
  5. заключение;
  6. список использованных источников.

Графическая часть работы содержит чертеж принципиальной электрической схемы устройства и перечень элементов. Тестовая и графическая части работы должны оформляться в соответствии с нормами ЕСКД.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ


Для компьютерного моделирования и анализа аналоговых электронных схем рекомендуется использовать программные продукты ведущих мировых разработчиков. Демонстрационные версии программ, пригодные к использованию в учебном процессе, распространяются по сети Интернет бесплатно. К числу таких программ относятся:
  1. Electronics Workbench EDA (версия 5 и выше).
  2. Microcap (версия 5 и выше).
  3. OrCAD Pspice A/D.


ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

  1. Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1992.
  2. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов / Под ред. О.В. Головина. -М.: Радио и связь, 1994.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
  1. Алексеев А.Г. и др. Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие для вузов / Под ред.Г.В.Войшвилло. -М.:Радио и связь,1986.
  2. Расчет электронных схем/Под ред. Г.И.Изъюровой. М.: Высш. шк., 1987.
  3. Попов Э.Г. Аналоговые электронные устройства: Метод. пособие. В 5 ч. - Мн.: БГУИР, 1997-2002.
  4. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу "Аналоговые электронные устройства". -Мн.: БГУИР, 1997.



Утверждена


УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-039/тип.


^ ЦИФРОВАЯ И ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНИКА


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-39 02 03 Медицинская электроника


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель:

А.И. Прохоров, старший преподаватель кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»


Рецензенты:

Н.С. Образцов, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;

^ Кафедра электроники Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 5от 04.11.2002 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 18.11.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.


^

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



Типовая программа «Цифровая и импульсная техника» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности І-39 02 03 Медицинская электроника высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является знание теории, инженерного расчета и умение проектирования схем получения и преобразования импульсов напряжения и тока.

В результате освоения дисциплины «Цифровая и импульсная техника» студент должен:

знать:

- базовые вопросы современной импульсной и цифровой техники, виды импульсных сигналов и их параметры; методы преобразования импульсов с помощью линейных и нелинейных цепей; ключевые и логические устройства; принципы функционирования и схемотехнику триггеров, формирователей, генераторов импульсов, построенных на дискретных и интегральных элементах, методы синтеза комбинационных схем и цифровых автоматов;

уметь:

- решать задачи проектирования и использования импульсных и цифровых устройств в различных СМЭ, синтеза логических и некоторых функциональных устройств СМЭ, вопросы синтеза цифровых автоматов.

Программа рассчитана на объем 150 учебных часов, том числе 100 часов аудиторных.


^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ

УСТРОЙСТВ СМЭ


Тема 1. Предмет и основные задачи курса

Характеристики импульсного процесса. Основные понятия и определения. Виды импульсных сигналов. Параметры электрических импульсов. Элементная база импульсной техники: линейные пассивные цепи, нелинейные элементы, ключевые устройства, операционные усилители, функциональные импульсные устройства. Типы и общая характеристика импульсных и цифровых устройств.

История развития импульсных и цифровых устройств, роль отечественных и зарубежных ученых.


^ Раздел 2. ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ


Элементы линейных импульсных цепей. Преобразование типовых импульсных сигналов RC-цепями. Осуществление операций дифференцирования и интегрирования импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных параметров на форму выходных сигналов. Применение операционных усилителей с обратной связью для повышения точности дифференцирования.

Назначение и области применения электрических линий задержки (ЛЗ). Свойства ЛЗ. Основные типы ЛЗ. Формирование импульсных сигналов с помощью длинных и искусственных линий задержки.


^ Раздел 3. НЕЛИНЕЙНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА


Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характеристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей.

Усилители-ограничители на операционных усилителях. Компараторы.

Фиксация начального уровня импульсных сигналов.

Усилители-формирователи укороченных импульсов.


^ Раздел 4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ


Алгебра логики: основные понятия. Логические переменные. Простейшие логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение. Логические функции. Способы задания логических функций.

Основные законы алгебры логики.

Преобразование булевых выражений. Тождественные преобразования, дизъюнктивные и нормальные формы, отрицание выражений.

Минимизация логических функций. Аналитические и табличные методы минимизации. Минимизация неполностью определенных логических функций.

Логические схемы. Логический базис. Построение логических схем по логическим уравнениям. Операция неравнозначности, реализация ее в различных базисах. Комбинационные схемы. Синтез комбинационных схем.

Выполнение логических операций во времени, последовательные процессы. Основные понятия теории конечных автоматов. Автоматы синхронные и асинхронные. Автоматное время. Способы задания автомата: таблица переходов и выходов, граф автомата.

Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового автомата. Синтез цифрового автомата. Линейные автоматы. Автоматы с программируемой логикой.


^ Раздел.5. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ И ЛОГИЧЕСКИЕ ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ


Характеристики электронных ключей. Диодные ключи.

Транзисторные ключи. Принцип действия, условия работоспособности, рабочие характеристики насыщенного транзисторного ключа с общим эмиттером.

Методы повышения быстродействия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ с фиксацией выходного напряжения, насыщенный ключ с нелинейной отрицательной обратной связью.

Логические элементы. Основные параметры и характеристики логических элементов.

Общая характеристика серий цифровых интегральных микросхем. Условные обозначения микросхем. Параметры и особенности схемотехнического построения базовых логических элементов ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, п-МОП, р-МОП, к-МОП, ИИЛ, ПТШ-GaAs серий. Многовходовые и многоступенчатые интегральные ключевые схемы.


^ Раздел 6. ТРИГГЕРЫ


Триггеры на интегральных микросхемах. Классификация. RS–триггеры. D–триггеры. T–триггеры. JK–триггеры.

Несимметричные статические триггеры, принцип действия, назначение, условия работоспособности, основные характеристики.


^ Раздел 7. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ


Основные характеристики мультивибраторов.

Мультивибраторы на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями. Определение формы, длительности импульсов и времени восстановления. Регулировка и стабильность длительности импульсов.

Ждущие мультивибраторы (одновибраторы) на биполярных транзисторах. Ждущий мультивибратор с коллекторно-базовыми связями.

Мультивибраторы на цифровых интегральных схемах в ждущем и автоколебательном режимах. Мультивибраторы жесткого возбуждения и с автоуправляемым смещением.

Мультивибраторы на операционных усилителях в автоколебательном и ждущем режимах.


^ Раздел 8. БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРЫ


Блокинг-генераторы, назначение и основные характеристики. Основная схема транзисторного блокинг-генератора с коллекторно-базовой связью: принцип действия, условия работоспособности, анализ длительности фронтов, вершины импульса, периоды следования импульсов.

Варианты схем блокинг-генераторов.


^ Раздел 9. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА


Основные характеристики и области применения генераторов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН).

Принцип действия и основные характеристики ГЛИН с простой интегрирующей RC-цепью.

Методы улучшения линейности ГЛИН: ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником; ГЛИН с компенсирующей эдс; ГЛИН с емкостной обратной связью и внутренним стробированием (фантастрон). Варианты схемной реализации методов.

Генераторы линейно изменяющегося тока (ГЛИТ).


Раздел 10. ^ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА


Селекторы импульсов: назначение, принцип действия и основные характеристики селекторов по амплитуде, длительности и временному положению импульсов.

Нелинейные устройства для получения временной задержки (интегральные таймеры).

Регистры: параллельные, последовательные, параллельно-последовательные, специализированные.

Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с параллельным переносом. Двоично-десятичные счетчики.

Дешифраторы.

Кодирующие устройства.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Основные направления и перспективы развития и совершенствования импульсных и цифровых устройств.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


1. Электронные ключи на биполярных транзисторах.

2. Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.

3. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения.

4. Исследование мультивибраторов.

5. Итоговое занятие.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ


Курсовая работа выполняется по темам: «Функциональные импульсные и цифровые устройства», «Цифровые автоматы».

Примеры курсовых работ:
  1. Селектор импульсов по длительности.
  2. Генератор задержанных импульсов с плавной регулировкой задержки.
  3. Устройство десятичной статической индексации.
  4. Устройство десятичной динамической индексации.
  5. Цифровой автомат.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

  1. Системы счисления, применяемые при проектировании цифровых устройств.
  2. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
  3. Арифметические операции с двоичными числами с использованием двоичных кодов.
  4. Арифметические операции с двоичными числами с использованием прямого, обратного и дополнительного кодов.
  5. Функции алгебры логики. Формы представления функций алгебры логики.
  6. Упрощение функций алгебры логики с использованием теорем булевой алгебры.
  7. Упрощение функций алгебры логики с помощью карт Карно.
  8. Упрощение функций алгебры логики машинными методами.
  9. Синтез схемы индикации десятичных цифр.
  10. Синтез схемы для суммирования двоичных чисел.
  11. Синтез схемы для вычитания двоичных чисел.
  12. Синтез схем сложения и вычитания двоичных чисел в прямом, обратном и дополнительных кодах.
  13. Синтез сумматора по модулю 2, дешифратора, демультиплексора, мультиплексора.
  14. Синтез комбинационных схем на мультиплексорах.
  15. Синтез комбинационных схем на программируемых логических матрицах.
  16. Способы описания и задания абстрактного цифрового автомата.
  17. Синтез абстрактного автомата.
  18. Синтез структурного автомата.


ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные устройства: Учеб. пособие. - М.: Сов. радио, 1992.

3. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем/ Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1985.

4. Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника. - М.: Высш. шк., 1989.

5. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. - М., 2002.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
  1. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. - М.: Радио и связь, 1981.
  2. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. - М.: Гелиос АРВ, 2002.
  3. Корнейчук В.Я., Тарасенко В.П., Мишинский Н. Вычислительные устройства на микросхемах. - Киев: Техника, 1986.
  4. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие/ Под ред. С.В. Якубовского. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1985.
  5. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. 2-е изд. перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. отд-ние, 1988.
  6. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения схем. ГОСТ 2.728.74.
  7. Интегральные микросхемы: Справочник/ Под ред. Б.В. Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1984.
  8. Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник/ Под ред. Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, 1985.
  9. Богданович М.Н. и др. Цифровые интегральные микросхемы. - Мн.: Беларусь, 1991.
  10. Левкович В.Н. Электронные ключи на биполярных транзисторах: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 1999.
  11. Левкович В.Н. Исследование формирователей импульсов на интегральных микросхемах: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 2000.
  12. Левкович В.Н. Исследование мультивибраторов: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 2000.
  13. Левкович В.Н. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 1999.
  14. Левкович В.Н. Исследование блокинг-генератора: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 1999.



Утверждена


УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-040/тип.


^ МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ И МИКРОТЕХНОЛОГИИ

В СРЕДСТВАХ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-39 02 03 Медицинская электроника


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составители:

А.Н. Осипов, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

^ В.А. Зеленков, старший преподаватель кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;

^ В.М. Бондарик, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Е.Г. Зайцева, доцент кафедры конструирования и производства приборов Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет», кандидат технических наук;

^ Кафедра сетей и устройств телекоммуникаций Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 3 от 21.10.2002 г.)


^ Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 5 от 04.11.2002 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 18.11.2002 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.


^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Типовая программа «Микроэлектронные схемы и микротехнологии в средствах медицинской электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности І-39 02 03 Медицинская электроника высших учебных заведений. Целью курса является изучение научных основ расчета интегральных схем (ИС) и структуры технологических процессов изготовления интегральных микросхем (ИМС) в условиях современного производства. Изучение дисциплины основано на знаниях, полученных студентами по курсам «Электротехника», «Электронные приборы».

В результате освоения дисциплины «Микроэлектронные схемы и микротехнологии в средствах медицинской электроники» студент должен:

знать:

- типовые технологические процессы изготовления специализированных ИС и используемые материалы;

- схемотехническую реализацию, расчет и синтез цифровых и аналоговых ИМС средств медицинской техники;

уметь характеризовать:

- технологические процессы производства и методы синтеза специализированных интегральных схем медицинского применения;

уметь анализировать:

- различные методы проектирования средств медицинской электронной техники на основе программируемых логических матриц, однокристальных ЭВМ, периферийных интерфейсных контроллеров;

приобрести навыки:

- разработки электрических схем и технологии изготовления интегральных схем для новых медицинских электронных аппаратов;

- синтеза заказных и полузаказных ИМС и разработки микропрограмм для контроллеров средств медицинской электронной техники.

Программа рассчитана на 150 учебных часов, в том числе 102 аудиторных часа занятий. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторные работы – 34 часа, практические занятия – 17 часов.

^

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ



Раздел 1. КОНСТРУКЦИИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ, ГИБРИДНЫХ

И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС


Подложки ИМС. Материалы, требования к ним. Пленочные резистивные, емкостные, проводящие элементы. Основные параметры, конструкции и исходные материалы элементов. Расчетные соотношения, методика проектирования и инженерного расчета пленочных элементов. Виды компонентов, бескорпусные активные компоненты полупроводниковых ИМС, транзисторы, диоды. Их конструктивно-технологические варианты. Пассивные элементы. Конструкции интегральных микросхем и микропроцессоров. Требования к конструкции ИМС. Типовые характеристики пленочных, гибридных и полупроводниковых ИМС. Особенности конструкции БГИС и микросборок, коммутационная плата как их основа. Технология получения слоев методом термического испарения в вакууме. Оборудование для вакуумных методов получения пленок. Сущность метода и схема установки для вакуумно-термического осаждения слоев. Термодинамика и кинетика процессов испарения. Состав осаждаемой пленки при испарении сплавов и многокомпозиционных смесей. Физические условия в рабочей камере установки. Влияние степени вакуума, температуры подложки и скорости конденсации на электрофизические параметры пленок. Классификация вакуумного оборудования.


^ Раздел 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, КОНДЕНСАТОРОВ, ПРОВОДНИКОВ И КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК


Технология напыления тонкопленочных резисторов. Материалы резистивных пленок. Технология и особенности осаждения резистивных пленок из металлов, сплавов и композиционных смесей. Технология получения тонкопленочных конденсаторов. Материалы и особенности осаждения диэлектрических слоев. Материалы и технология получения обкладок конденсаторов. Технология осаждения токопроводящих систем (ТС) (межсоединений и контактных площадок). Конструктивно-технологические особенности многоуровневых ТС в полупроводниковых и гибридных ИС. Материалы и технология осаждения токопроводящих слоев. Плазменные методы удаления и осаждения веществ с поверхности твердого тела. Сущность метода и принципиальная схема установки для ионно-плазменного осаждения слоев. Условия, обеспечивающие реализацию ионного и ионно-плазменного распыления (ИПР) в оборудовании: предельное парциальное и общее давление остаточных газов, локализация плазмы, стабилизация напряжения разряда, теплового режима подложки-пластины и мишени. Классификация и принцип действия ИПР систем. Основные типы оборудования ИПР и травления пленок. Преимущества и недостатки технологического процесса ИПР. Сущность основных процессов плазмохимической (ПХ) обработки: ПХ-травления диэлектриков, металлов и полупроводников; снятие слоев фоторезиста (ФР) и очистка пластин-подложек; синтез и осаждение пленок.

^

Раздел 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ

ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПАСТ



Сущность толстопленочной технологии. Конструктивно-технологические особенности толстопленочных ИС. Композиционные пасты для резистивных, диэлектрических и проводящих слоев. Технология получения паст. Перспективы использования новых материалов. Основные этапы технологического процесса получения толстопленочных ИС. Методы нанесения паст. Технология формирования рисунка. Особенности подложек для толстопленочных ИС.

^
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК


Роль окисных пленок в технологии ИМС. Методы получения диэлектрических пленок. Термическое окисление кремния. Методы проведения операций термического окисления. Осаждение пленок диэлектриков и поликристаллического кремния из газовой фазы. Техника пиролитического и плазмохимического осаждения. Основные параметры пленок диэлектриков и поликристаллического кремния. Диэлектрические пленки в ГИМС.


^ Раздел 5. ТЕХНОЛОГИЯ ДИФФУЗИИ И ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ


Применение диффузии в технологии ИС. Основы метода высокотемпературной диффузии. Источники примесей и требования к ним. Устройство диффузионных печей. Методы измерения глубины залегания p-n -перехода. Другие методы проведения диффузионных процессов: диффузия из ионно-легированных слоев, диффузия из поликристаллического кремния, радиационно-стимулированная диффузия, электрохимическое легирование. Основы метода ионного легирования, его сущность. Формирование ионного пучка. Распределение пробегов ионов в аморфных и монокристаллических мишенях. Влияние отжига на распределение внедренных ионов. Маскирование при ионном легировании, возможности ионной имплантации при создании различных классов полупроводниковых приборов и ИС с мелкозалегающими p-n – переходами.


^ Раздел 6. ЭПИТАКСИАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИМС


Основные термины. Эпитаксия. Автоэпитаксия, гетероэпитаксия, хэмоэпитаксия. Переходной эпитаксиальный слой. Элементы теории эпитаксиального роста. Классификация методов получения эпитаксиальных слоев. Получение эпитаксиальных слоев из газообразной фазы. Автоэпитаксия кремния. Хлоридный метод. Получение автоэпитаксиальных слоев кремния пиролизом силана. Получение эпитаксиальных слоев из молекулярных пучков в вакууме. Получение эпитаксиальных слоев из расплавов. Локальная эпитаксия. Практическое использование гетероэпитаксии. Легирование эпитаксиальных слоев. Методы контроля эпитаксиальных слоев. Аппаратура и производственное оборудование для проведения эпитаксиальных процессов.


^ Раздел 7. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ РИСУНКА ЭЛЕМЕНТОВ ИС


Метод свободной и контактной масок. Технология изготовления моно- и биметаллических свободных масок. Металлические и фоторезестивные контактные маски. Технология изготовления прецизионных масок. Контактная фотолитография. Физико-химические основы фотолитографического процесса. Фоторезисторы. Процесс фотолитографии и его основные операции. Методы формирования фоторезистивного слоя. Фотошаблоны и технология их производства. Проекционная фотолитография. Электронолитография и рентгенолитография - методы создания прецизионной топологии ИС с высокой разрешающей способностью. Резисисты для электронолитографии. Принцип метода рентгенолитографии. Шаблоны и резисты для рентгенолитографии. Методы получения рисунка микрофрезировкой остросфокусированными потоками частиц: электронным лучом, ионным лучом, лучом ОКГ.