| МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
« У Т В Е Р Ж Д А Ю »
Проректор по учебной работе
________________ Е.Г. ЮДИН
П Р О Г Р А М М А
по дисциплине
« ЭЛЕКТРОНИКА »
для студентов факультета ИУ
группы ИУ6
Объем учебной работы (в час) и виды итогового контроля знаний.
Всего 3 сем. 4 сем. 5 сем.
Выделено на дисциплину 204 51 102 51
Аудиторская работа 119 34 85 -
Лекции 68 34 34 -
Семинары 17 - 17 -
Лабораторные занятия 34 - 34 -
Внеаудиторская работа 85 17 17 51
семестровые задания - - - -
51 - - 51(2,15)
курсовой проект - - - -
НИРС - - - -
Самостоятельная проработка курса 34 17 17 -
Контроль знаний
Рубежный контроль
№1 - (11) - -
№2 - - (11) -
Зачеты - зачет - зачет
Экзамены - - экзамен -
Факультет Информатики и систем управления
Кафедра Компьютерные системы и сети
Москва 2002 г.
1. Цели и задачи дисциплины.
Дисциплина входит в цикл общепрофессиональных дисциплин и является базовой для изучения специальных дисциплин.
Основные цели
дисциплины: подготовка специалистов к деятельности по проектированию, производству и эксплуатации основных средств вычислительной техники - вычислительных машин, комплексов, систем и сетей.
Задачи
дисциплины - формирование умений и навыков по следующим направлениям деятельности:
- использование современных методов и средств схемотехнического проектирования объектов вычислительной техники;
- проведение инженерных расчетов, выполнение научно-исследовательских и проектных работ с применением типовых математических моделей, пакетов прикладных программ, а также проблемно-ориентированных САПР;
- разработка обоснованных технических требований к элементной базе средств вычислительной техники.
2. Профессиональные навыки, умения и знания, приобретенные в результате изучения дисциплины.
Знания.
В результате изучения курса студент должен знать:
- классификацию и назначение основных типов электронных приборов, физические основы их работы, характеристики, системы параметров и эквивалентные схемы электронных приборов;
- типовые схемотехнические решения схем усилителей, источников питания, генераторов и формирователей импульсных сигналов, простых и сложных электронных ключей, элементов памяти;
- основы анализа и расчета электронных схем, в том числе с применением пакетов прикладных программ систем автоматизированного проектирования;
- понятия: номинальные электрические и предельные эксплуатационные параметры приборов и микросхем, рабочая точка, малосигнальный и большого сигнала режим работы прибора, усилительная способность, быстродействие, частотные свойства, помехоустойчивость и нагрузочная способность применительно к элементам средств вычислительной техники.
- методики построения эквивалентных схем различных устройств по их принципиальным электрическим схемам, оценки параметров электронных приборов в зависимости от положения их рабочей точки, обеспечения требуемого режима работы усилительного прибора в составе электронной схемы;
- методики анализа типовых схемотехнических решений усилителей, генераторов, ключевых схем, источников питания;
- методики обеспечения частотных, усилительных и других свойств усилителей, обеспечения заданного быстродействия, допустимой помехи, нагрузочной способности ключевых схем;
- свойства приборов и изделий, выпускаемых промышленностью, такие, как униполярные и биполярные транзисторы, диоды, усилители дифференциальные, операционные, мощности, стабилизаторы напряжения, генераторы и ключи, выпускаемые в виде микросхем.
Навыки и умения.
Студент на уровне репродуктивной деятельности должен уметь:
- использовать различные электронные приборы, в том числе и интегральные схемы, в электронных схемах, оценивать параметры электронных приборов в зависимости от особенностей их применения;
- проанализировать работу усилительных или переключательных схем;
- определить структуру проектируемого электронного функционального узла по заданным на него техническим требованиям, правильно выбрать активные компоненты для его построения и рассчитать параметры пассивных компонентов;
- работать с технической литературой, справочниками, ГОСТами, технической документацией.
Основные исходные профессиональные знания, умения и навыки,
необходимые для изучения данной дисциплины:
- знания
электропроводности различных материалов, работы выхода, явления фотоэффекта, электронной эмиссия, движения носителей заряда в различных средах, энергетических зонных диаграмм, уровня Ферми, законов Ома, Кирхгофа, методов анализа электрических цепей, методов решения систем линейных и нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений.
- навыки и умения
выполнения и чтения чертежей в соответствии с ГОСТ ЕСКД, владения клавиатурой ПЭВМ, пользования операционными системами ЭВМ;
- Содержание дисциплины.
3.1. Лекции – 68 часов.
3.1.1.Введение
-2 часа.
Предмет и задачи курса в системе подготовки специалистов в области компьютерных систем и сетей.
3.1.2.Физические основы функционирования изделий микроэлектроники
- 6 часов.
Энергетические зонные диаграммы и носители заряда в полупроводниках. Статистика носителей заряда в полупроводниках. Электропроводность полупроводников. Движение носителей заряда и их рекомбинация в полупроводниках. Поверхностные и контактные явления в полупроводниках.
3.1.3.Электронные приборы -
18 часов.
Классификация электронных приборов по принципу действия и назначению, частотным свойствам и рассеиваемой мощности.
Принцип действия, вольтамперные характеристики, эквивалентные схемы для малого и большого сигнала, системы номинальных и предельных эксплуатационных параметров электронных приборов, зависимости их параметров от режимов работы, температуры, частоты. Система обозначений и области применения. Конструктивные особенности.
В этом разделе рассматриваются:
- выпрямительные, высокочастотные и импульсные диоды, диоды Шоттки,стабилитроны, варикапы, туннельные диоды;
- биполярные транзисторы, униполярные транзисторы с индуцированным и встроенным каналом, с изолированным затвором и затвором в виде обратно смещенного p-n перехода;
- приборы с зарядовой связью;
- неуправляемые и управляемые тиристоры;
- светодиоды, фотодиоды и фототранзисторы, фотоэлементы и фотоэлектронные умножители;
- электроннолучевые трубки с электростатическим и магнитным отклонением луча;
- оптроны;
- особенности компонентов интегральных схем, таких, как тонкопленочные и полупроводниковые резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, типичные структуры планарных биполярных и униполярных транзисторов, диодов,их свойства и паразитные эффекты.
3.1.4.Основы аналоговой схемотехники
- 18 часов.
Основные виды аналоговых схем, их характеристики и параметры. Методы обеспечения режима работы усилительных приборов в аналоговых схемах. Особенности реализации аналоговых схем в интегральном исполнении. Методики анализа работы аналоговых схем различного назначения. Обратные связи в усилителях, их разновидности и влияние на свойства усилителей.
В этом разделе рассматриваются:
- особенности однокаскадных усилителей при разных способах включения транзисторов, повторители напряжения и тока, каскодные схемы, оконечные каскады, дифференциальные усилители, генераторы стабильного тока;
- операционные усилители, широкополосные и избирательные усилители, активные фильтры;
- аналоговые коммутаторы и компараторы;
- вторичные источники питания: параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения с непрерывным и импульсным регулированием.
3.1.5. Основы цифровой схемотехники
- 16 часов.
Работа биполярного и униполярного транзисторов в ключевом режиме. Ключ с барьером Шоттки. Основные характеристики и параметры базовых логических элементов. Базовые логические элементы с непосредственными связями на инверторах с логикой на входе, эмиттерно-связанная логика, инжекционная логика. Бистабильная ячейка, триггер Шмитта.
3.1.6. Генераторы сигналов
- 4 часа.
Генераторы синусоидальных сигналов. Генераторы прямоугольных импульсов на операционных усилителях и базовых логических элементах, работающие в ждущем и автоколебательном режимах. Генераторы линейно изменяющегося напряжения.
3.1.7. Функциональная микроэлектроника
- 4 часа.
Тенденции развития физической структуры и схемотехники аналоговых и цифровых интегральных схем.
Диэлектрическая электроника. Принципы построения МНОП и МДП - запоминающих элементов.
Устройства на ПЗС и их характеристики.
Хемотроника. Элементы информационно-управляющих систем на жидкостной основе.
Магнитоэлектроника. ЗУ на тонких магнитных пленках.
3.2.
Семинары – 17 часов.
Семинары проводятся в 4-ом семестре по следующим темам:
- Ознакомление с пакетом анализа электронных схем типа «Electronics WorkBench» -2 часа.
- Освоение методики расчета цепей смещения рабочей точки в усилительном каскаде на биполярном и униполярном транзисторах - 4 часа.
- Освоение методики работы с библиотеками параметров компонентов электронных схем (на примере диодов и транзисторов) пакета «Electronics WorkBench» - 2 часа.
- Моделирование работы усилителя на постоянном токе с применением пакета «Electronics WorkBench» - 2 часа.
- Анализ работы линейного усилителя на переменном токе (на основе эквивалентных схем) в диапазонах средних, низких и высоких частот - 3 часа.
- Моделирование поведения усилителя, работающего в режиме малого и большого сигнала, на переменном токе - 2 часа.
- Выявление, классификация и оценка глубины обратных связей в усилителях с различными видами ОС - 2 часа.
3.3. Лабораторные занятия – 34 часа.
Лабораторные занятия проходят в 4-ом семестре по следующим темам:
- Исследование источника питания - 4 часа.
- Исследование трех схем включения транзистора - 4 часа.
- Исследование широкополосного усилительного каскада на униполярном транзисторе - 4 часа.
- Исследование ключевого режима работы биполярного транзистора - 4 часа.
- Исследование схем формирования и ограничения импульсных сигналов – 4 часа.
- Исследование транзисторно-транзисторного ключа со сложным инвертором - 4 часа.
- Исследование генератора прямоугольных импульсов, работающего в автоколебательном режиме - 4 часа.
- Исследование одновибраторов с укорочением и расширением входных сигналов - 4 часа.
4. Самостоятельная работа – 85 часов.
4.1.
Семестровая – 51 час.
Выполняется в 5-ом семестре по индивидуальным заданиям на тему: “ Разработка малосигнального однокаскадного усилителя с заданными свойствами ”.
Задание выдается на 2-ой неделе, срок окончания работы 15-я неделя.
4.2.
Самостоятельная проработка разделов курса – 34 часа.
В 3-м семестре изучаются следующие темы:
- Газоразрядные приборы с горячим и холодным катодом (тиристоры, стабилитроны, неоновые лампы, знаковые индикаторы) - 5 часов.
- Особенности построения избирательных усилителей - 5 часов.
- Разновидности построения ключевых схем с применением диодов Шоттки – 7 часов.
В 4-ом семестре изучаются следующие темы:
- Операционные усилители с цифровым управлением
коэффициентом усиления – 5 часов.
- Компараторы с малыми погрешностями – 5 часов.
- Разновидности построения ключевых схем с применением диодов Шоттки – 7 часов.
5. Литература
5.1.
Основная литература
1. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая Линия – Телеком, 1999. – 768 с.: ил.
2. И.П. Степаненко. Основы микроэлектроники. Учебное пособие. М. Сов. радио: 1998. - 320 с., ил.
3. В.А. Завадский. Компьютерная электроника. - К.: ВЕК, 1996. - 368 с., ил.
4. В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. - 2-ое изд. перераб. и дополн. - М.: Высшая школа 1991. - 622 с
5.2.
Дополнительная литература.
1. Е.П. Угрюмов Цифровая схемотехника: Учебное пособие. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. – 528 с.: ил.
2. М. Кауфман, А.Г. Сидман. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. Справочник в 2-х томах. Москва. Энергоатомиздат: 1991.
3. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники в 2-х томах. М.: Мир, 1983.
4. Е.И. Манаев. Основы радиоэлектроники, М: Радио и связь: 1985. - 480 с., ил.
6.
Технические средства обучения.
Измерительные приборы (осциллографы, вольтметры, генераторы), макеты электронных устройств и Персональные ЭВМ используются студентами в ходе экспериментов над объектами электронной техники при выполнении лабораторных работ.
Персональные ЭВМ вместе с прикладными программами анализа электронных схем используются также на семинарах для моделирования работы различных электронных схем при проектных расчетах.
7.
Методические указания по изучению дисциплины.
Дисциплина “Электроника” базируется на знаниях, полученных ранее в ходе изучения математики (методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений), физики (взаимодействие носителей заряда с электромагнитным полем в различных средах) и теоретических основ электротехники (методы анализа линейных и нелинейных электрических цепей).
Изучаемый материал выстроен по степени нарастания его сложности, имеет тесную связь последующих разделов с предыдущими. Поэтому сначала необходимо составить ясное представление о принципах действия электронных приборов и особенностях их работы, изучить систему параметров и характеристик отдельных приборов, а затем рассматривать способы и особенности построения аналоговых и переключательных схем на них. Созданная таким образом база знаний позволит на следующих этапах работы над дисциплиной “Электроника” с успехом изучить совокупность вопросов, связанных с обеспечением заданных параметров у разрабатываемых электронных функциональных устройств типа усилителей переменного и постоянного тока, ключей, генераторов, стабилизаторов напряжения и т.д.
Семинары, лабораторный практикум и инициируют у студентов необходимость решения практических вопросов, возникающих в ходе анализа, исследования и проектирования различных объектов электронной техники, встречающихся при изучении дисциплины.
Автор программы к.т.н.,
доцент кафедры ИУ-6 / Иванов С.Р. /
Заведующий кафедрой ИУ-6
д.т.н, профессор / Сюзев В.В. /
Председатель методической
комиссии факультета ИУ
д.т.н., профессор / В.Н. Четвериков/
Руководитель НУК ИУ
д.т.н., профессор / В.А. Матвеев/
Начальник методического
содержание ..
68
69
70 ..
|